В словаре русского языка С. И. Ожегова дается такое определение физики: «Одна из основных областей естествознания, наука о свойствах и строении материи, о формах ее движения и изменения, об общих закономерностях явлений природы». В общем довольно точно сказано и, во всяком случае сейчас, мы можем удовлетвориться этим определением.
Физика строилась и продолжает развиваться в результате специально проводимых экспериментов или наблюдений движения небесных тел и некоторых природных явлений на Земле, а также путем анализа полученных таким образом данных. На простейшем уровне анализ наблюдений и экспериментального материала может носить качественный характер или сводится к установлению причинных связей и математической (в частности, статистической) обработке рядов наблюдений. Но затем необходимо более глубокое исследование природы наблюдаемого явления или эффекта, понимание его места в физике в целом, количественное рассмотрение. На этом этапе неизбежно использование математических методов, ибо математика —это один из языков физики, необходимый язык всякой количественной науки. Так и получается, что в физике, и особенно в тесно примыкающей к ней астрономии (ограничимся здесь только этими областями естествознания), весь путь рука об руку проходят эксперимент (или наблюдения) и теория, теория и эксперимент.
Теоретическая физика —это область физики, которая посвящена пониманию и обобщению экспериментальных данных, выявлению единства ряда внешне различных явлений, математической формулировке физических представлений и законов, анализу вытекающих из этих законов следствий.
Не претендую на то, что такое определение является лучшим из возможных, Но я ведь и не предлагаю обогатить им словарь русского языка. Суть же дела, как можно надеяться, ясна. Ее, этой сути, пришлось коснуться потому, что теоретическую физику иногда пытаются свести к использованию в физике математических методов. В лучшем случае здесь имеет место отождествление теоретической физики с так называемой математической физикой. Последнее название, все реже используемое, применялось преимущественно, когда речь шла о решении дифференциальных уравнений, встречающихся в физике. Сейчас и этот круг вопросов чаще относят к теоретической физике, но, главное, теоретическая физика значительно шире. Классическая (ньютоновская) механика, теория электромагнитного поля (уравнения Максвелла и т. д.), специальная и общая теория относительности, квантовая механика — все это главы теоретической физики. Когда сравнительно недавно мои коллеги-физики и я столкнулись с утверждением, что «квантовая механика —это на 80% математика», мы просто рассмеялись. Достаточно сказать, что практически весь математический аппарат, используемый в квантовой механике, был известен до ее создания. А вот сама квантовая механика, как и теория относительности, — величайшие достижения физики и, собственно, всего естествознания в нашем столетии. Сводить эти теории, их содержание и применение к соответствующему математическому аппарату просто абсурдно.
Теоретическая физика, как ясно из сказанного, ровесница самой физики. Другое дело, что название «теоретическая физика» в прошлом не применялось, да и физику нередко называли или в какой-то мере отождествляли с «натуральной философией». Насколько я знаю, не использовались до нашего века и названия «физик-теоретик» и «физик-экспериментатор». В зависимости от природных склонностей и способностей, жизненной судьбы и конкретного состояния физики и астрономии одни физики и астрономы концентрировали свое внимание на экспериментах или наблюдениях, а другие на теории — обработке результатов измерений, их количественной интерпретации.
Так, Коперник сам мало наблюдал, и на современном языке его следовало бы отнести к теоретикам. То же можно сказать о Кеплере. А вот Тихо Браге — типичный наблюдатель. Галилей — в основном экспериментатор и наблюдатель. Ньютон — в первую очередь теоретик, но он и много экспериментировал. Фарадей был «чистым» экспериментатором, а Максвелл — теоретиком, хотя и не чуждым эксперименту. Но, главное, все эти великие люди были мыслителями, астрономами и физиками, а относительная роль эксперимента (наблюдений) и теории в их деятельности в значительной мере определялась ситуацией, стоявшими задачами. Коперник мог опираться на уже имевшиеся результаты наблюдений, его основная цель состояла в анализе этих результатов на основе гелиоцентрической системы. Галилей не мог не экспериментировать и не наблюдать, ибо не было до него соответствующих экспериментов и наблюдений. Ньютон, хотя именно он заложил основы небесной механики (теории движения небесных тел — планет, Луны и т. д.), мог не заниматься астрономическими наблюдениями и их обработкой — это до него сделали другие (так, например, Ньютон вывел из уравнений механики законы Кеплера, обобщившие наблюдения движения планет). Максвелл опирался на результаты экспериментов Фарадея. В общем с развитием науки, расширением ее фронта, увеличением числа физиков и астрономов происходило разделение труда. Так и появились, практически только в текущем столетии, профессии: физик-теоретик и физик-экспериментатор. Уже всех создателей теории относительности и квантовой механики (Планка, Эйнштейна, Бора, де Бройля, Шрёдингера, Гейзенберга, Дирака и ряда других) можно назвать физиками-теоретиками (исключением стал Ферми, который был и теоретиком и экспериментатором). Но нужно ли говорить, что они ничего не смогли бы сделать, если бы не опирались на экспериментальные данные, полученные их предшественниками — физиками пли их современниками — физиками-экспериментаторами.