Знаете такой оборот: "этого нет в природе". Он, в общем-то, вызывает некоторые негативные эмоции. А что такое "природа" и откуда собеседник знает, чего в ней нет? Мне, как релятивисту-популяризатору, часто приходится читать такие комментарии: того в природе нет, этого, "чего не хватишься - ничего нет!"
Позвольте мне высказать некоторые соображения по этому вопросу.
Начнем с того, что устройство мира можно описать математическими и иными моделями и теориями разной степени математизированности, и это очень далеко от бытового опыта. Поэтому всё, что мы можем сказать, это "вот такие уравнения и вот такая умозрительная картинка неплохо описывают наблюдаемые явления, позволяя что-то посчитать, объяснить и предсказать". Всё остальное не имеет никакого отношения к реальности. Все эти обороты, вроде "здравый смысл", "нормальная физика", "очевидно", "элементарные рассуждения" - это всё мимо.
Потому что ничего (вообще ничего) в природе нет. Все концепции физики - модели, упрощения, нереалистичные объекты, а то и противоречивые внутренне. И это нормально.
Хорошо, когда удаётся подобрать какие-то образы, но иногда это вместо улучшения понимания только запутывает.
Вот материальная точка: объект пренебрежимо малых размеров, форма которого не играет роли. В природе не существует, естественно: размеры всегда есть и форма тоже. Но концепция существует и полезна.
Несмотря на то, что противоречива: задачу о столкновении материальных точек решать, конечно, можно, только вот необходимо игнорировать гравитацию. Ведь столкнувшись, они уже больше никогда не смогут оторваться друг от друга.
Казалось бы - нет никаких "точек" в природе, рассмотрим упругие шарики!
Но ведь их тоже нет. Абсолютно упругих тел нет и не может быть, это приближение, и весьма грубое. Необходимо учитывать строение шарика, то есть считать его сплошной средой с каким-то уравнением состояния. Просто для абсолютно упругой среды это уравнение вырождается в "объем постоянен, плотность тоже".
Но ведь в природе нет сплошных сред! Любое вещество атомарно, состоит из частиц: атомов, молекул. И пустого места в любом веществе больше, чем не-пустого. И квантовые эффекты там очень даже важны.
Так что простейшую задачку о столкновении двух шариков решить "невозможно", если закапываться вглубь: это задача о взаимодействии ансамблей частиц, активно взаимодействующих друг с другом всевозможными способами, от сильного взаимодействия до гравитации.
Но атом - разве он есть в природе? Красивый рисунок с планетарной структурой - не более, чем грубая иллюстрация. Атом - это квантовый объект, в котором почти весь объем (если можно вообще говорить про объем в контексте принципа неопределенности и вероятностного языка квантовой физики) занимает пустое пространство. Там есть ядро, которое тоже устроено очень сложно: там удерживаемые сильными ядерными силами нуклоны, состоящие из удерживаемых сильными ядерными силами кварков, которые почти не связаны (асимптотическая свобода), но выбраться не в силах (конфайнмент) и почти вся масса ядра - это энергия связи, и эта энергия связи окутывает нуклон "глюонным облаком". Там есть электроны, которые даже легче кварков, и которые занимают какие-то квантовые уровни энергии по строгим своим правилам.
Атом никак не описать на бытовом языке - всё будет очень грубым приближением. Просто у нас нет опыта работы с такими объектами, и нет ни слов, ни понятий. Это как фримену Арракиса объяснять технику ныряния и подводной охоты. Или экваториальному африканцу - сложности бега на лыжах в метель. Не поймет.
Но давайте выбираться из колодца. Если нам нужно добраться до самой сути, мы будем докапываться до самых глубин. Я думаю, что закончится всё струнами: все частицы - это одинаковые струны с различными модами колебаний (нотами). Там всё получается достаточно изящно и полно, чтобы я в это поверил. Даже гравитация получается сама собой, ее изначально не закладывали. Правда, там дополнительные измерения и совершенно невероятная математика, и вообще никакой наглядности.
Можно ограничиться небольшой квантовой надстройкой и говорить об атомах, частицах, молекулах и излучении/поглощении. Этого хватает для химии и прикладной физики. Рабочий материал "в природе" есть только условно: вот атом, он ведет себя вот так, потому что так устроен мир: заткнись и считай.
Можно заниматься химией, например, или физикой и не вникая в квантовую структуру. Тогда атомы и молекулы (шарики, планеты и т.п.) просто подчинены вот таким-то законам, и всё. И вот на этом уровне, который проходят в школе, многие и пребывают, считая его единственным - и считают, что на этом уровне объекты "есть в природе".
Но на самом деле есть только уравнения, описывающие нечто непостижимое более или менее разумно, и ещё (обычно выводимые из уравнений) эмпирические законы, и ещё некоторая грубая, но наглядная картинка в голове. Да, эмпирические законы могут исторически идти раньше, но это не меняет сути дела.
Конечно, такую позицию могут заклеймить позитивизмом. Я ничего не имею против позитивизма, но вся борьба философских воззрений лежит вне науки. Кто-то может верить в непознаваемое, а кто-то нет. Кто-то может считать природу в принципе познаваемой, а кто-то вправе так не считать. Кто-то может полагать, что всё можно объяснить просто, а кто-то твёрдо знает, что это упрощение, а то и профанация. Но это не имеет отношения к сути. Нельзя вести дискуссию о релятивисткике, например, с позиций своих представлений, сформированных на загородном участке у бабушки и подкрепленных философскими познаниями, полученными на общеобразовательных лекциях на первом курсе. Кривизна - это не согнутая кочерга, принцип неопределенности - это не "вечно не знаю, куда запрятал заначку", и так далее.
Вот пример, последний. Гравитационный радиус шара случайно совпадает с радиусом, для которого вторая космическая скорость для данной массы, вычисленная по формуле Ньютона, равна скорости света. можно вести дискуссию, случайно это или есть какие-то веские причины для совпадения, но это совпадение, так или иначе. Просто потому, что формула Ньютона приближенная и вблизи горизонта событий чёрной дыры просто неверна. Вторая космическая скорость здесь просто не работает, нет такого понятия. С горизонта событий отдалиться невозможно никак вообще. Поэтому рассуждение вида "скорость меньше второй космической не запрещает отдалиться немного - а там мы уже вне горизонта событий и можем улететь" неверны, и это просто попадание в ловушку неверной аналогии. Лучше бы совпадения не было.
Потому-то на квантовую теорию поля наскоков меньше: там изначально заумь. Даже чтобы просто понять слова, надо долго учиться: гильбертово пространство, операторы, собственные векторы... А в теории относительности вроде как всё бытовое: часы, линейки, скорость, кривизна.
Но это иллюзия.