Явочное предъявление математических решений и последуещее развитие их до физических следствий, хорошо просматривается в логической фактуре всей теории относительности. Так обстоит дело в случае с сопровождением четырехмерных координатных сеток световыми постулатами, так происходит в общей теории относительности, когда псевдориманова пространственно-временная геометрия возводится в ранг гравитационного поля. Что дает нам такой метод?
Предположение о том, что за категорией «пространство» должна стоять, некая универсальная материальная субстанция, само по себе не ново. Впервые об этом обстоятельно задумались, когда были обнаружены волновые свойства света. Реализация волновых процессов предполагает наличие некоторой физической системы или среды, способной приходить в состояние волнового возмущения и нести на себе энергию. В соответствии с этими представлениями, волновые признаки света наиболее естественным образом объясняются существованием особого рода светоносного эфира, являющегося выражением определенных свойств материального пространства и обеспечивающего процесс распространения световых волн. Долгое время идея светоносного эфира занимала прочное место в теоретических рассуждениях, и казалось, что остается только закрепить приоритет этой гипотезы с помощью дополнительных экспериментальных наблюдений. Выдвигались различные, чаще всего довольно неуклюжие, модели «газообразного» или «желеобразного» состояния эфира, что соответствовало продольному или поперечному характеру происхождения световых волн.
Итак, перед нами два теоретических сценария возникновения мира — Божественный и научный. К тому же мы располагаем реально действующей Вселенной в единственном экземпляре, со своим безальтернативным ходом эволюционного развития. Попытаемся разобраться, какой из двух сценариев наиболее полно отвечает результатам опытных наблюдений, унифицирует наше мышление и содержит наименьшее число логически независимых исходных начал. Комбинаторика из которых позволяет устанавливать взаимосвязь всего комплекса физических закономерностей, согласно которых реализуется жизнь мироздания.
Преемственность теории относительности не могла ограничиться только математической фактурой. Вместе с уравнениями в нес, со всей неизбежностью, перекочевал из электромагнитной теории дефицит понятийного арсенала. Предложенная Эйнштейном теория движения, также, как и электромагнитная теория, не выдвигала никаких соображений по поводу реального физического содержания своих понятийных основ. Попросту говоря, теория относительности не предложила никаких смысловых понятийных эквивалентов, выражающих действительные физические свойства вещества, пространства, времени. Самое большое, что мог позволить себе Эйнштейн, это сформулировать световые постулаты, которые только и приходятся выражением объективных физических свойств реального пространства-времени. Однако природа происхождения этих постулатов осталась за пределами «досягаемости» познавательных возможностей теории относительности и потому световые постулаты сделались одной из наиболее непостижимых ее сторон.
Предлагая к рассмотрению две независимые концепции сотворения и функционирования мироздания мы имеем в виду, что с широкой гносеологической точки зрения они, в принципиальном плане, абсолютно равноправны. Позиционно оба мировоззренческих обобщения смотрятся, как говорится, «по-полам-на-пополам». Наука не может извлечь рациональными методами неопровержимые аргументы, запрещающие присутствие во Вселенной Божественного промысла. Религия, со своей стороны, не в состоянии предъявить категорические свидетельства объективности ее догматических столпов. Между тем, отрицать существование Бога только на том основании, что его никто никогда не видел, так же несостоятельно, как подвергать сомнению наличие постоянного магнитного поля у поверхности нашей планеты. Которое ведь тоже никто никогда не видел и едва ли сподобится такой участи.
Борис Дмитриев
Я, Дмитриев Борис 1946 года рождения, более 40 лет занимаюсь исследованиями в области изучения «движения». Об этом свидетельствует, например, вышедшая в свет в 2003 году моя книга «Что такое движение».
Основываясь на результатах моих личных исследований, могу с большой вероятностью утверждать, что человечество стоит на пороге освоения не изведанных доселе форм и методов движения. Имеется в виду создание летательных аппаратов, работающих на до сих пор еще не задействованных физических закономерностях. Такие инженерные конструкции будут обладать уникальными динамическими возможностями, поскольку кинематика и траектория их перемещения окажется на порядок эффективней любых из представленных ныне летательных агрегатов.
Наши нынешние представления о движении тел восходят к Галилею и Ньютону. До них люди верили Аристотелю, утверждавшему, что естественное состояние тела — покой, а движется оно только под влиянием силы или импульса. Отсюда следовало, что тяжелое тело должно падать быстрее легкого, потому что оно сильнее притягивается к Земле.
Аристотелевская традиция провозглашала также, что все законы, управляющие Вселенной, можно вывести путем чистого умозрения, без экспериментальной проверки. Поэтому до Галилея никто не дал себе труда удостовериться, действительно ли тела различной массы падают с разной скоростью.
Говорят, что Галилей демонстрировал ложность утверждения Аристотеля, бросая предметы с накренившейся башни в итальянском городе Пиза. Эта история, скорее всего, выдумана, но Галилей все же делал нечто подобное: он скатывал шары разной массы по гладкой наклонной плоскости. Это аналогично вертикальному падению тел, но благодаря меньшим скоростям в подобном эксперименте легче выполнять наблюдения.
Чтобы говорить о природе Вселенной и рассуждать о том, имеет ли она начало или конец, следует уяснить, что представляет собой научная теория. Мы будем исходить из того наивного представления, что теория не более чем модель Вселенной или некоторой ее части, а также набор правил, которые помогают соотнести абстрактные величины и практические наблюдения. Теория существует только в наших умах и не имеет иной реальности (что бы ни означало это слово).
Одним из аргументов стали затмения Луны. Аристотель понял, что их вызывает Земля, которая, проходя между Солнцем и Луной, отбрасывает тень на Луну. Аристотель заметил, что тень Земли всегда круглая. Так и должно быть, если Земля — сфера, а не плоский диск. Имей Земля форму диска, ее тень была бы круглой не всегда, но только в те моменты, когда Солнце оказывается точно над центром диска. В остальных случаях тень удлинялась бы, принимая форму эллипса (эллипс — это вытянутая окружность).
Мы живем в странной и замечательной Вселенной. Неординарное воображение требуется, чтобы оценить возраст ее, размеры, неистовство и даже красоту. Место, занимаемое людьми в этом безграничном космосе, может показаться ничтожным. И все же мы пытаемся понять, как устроен весь этот мир и как мы, люди, смотримся в нем.
Несколько десятилетий назад известный ученый (некоторые говорят, что это был Бертран Рассел) выступал с публичной лекцией по астрономии. Он рассказал, что Земля обращается вокруг Солнца, а оно, в свою очередь, — вокруг центра обширной звездной системы, называемой нашей Галактикой. В конце лекции маленькая пожилая леди, сидевшая в задних рядах, встала и заявила:
— Вы рассказывали нам здесь полную ерунду. В действительности мир — это плоская плита, покоящаяся на спине гигантской черепахи.
Абсолютный ноль — самая низкая возможная температура, при которой вещество не содержит тепловой энергии.
Античастица — каждому типу частиц соответствуют свои античастицы. Когда частица сталкивается с античастицей, они аннигилируют, оставляя только энергию.
Антропный принцип — принцип, согласно которому мы видим Вселенную такой, а не иной, потому что, если бы она была иной, нас бы здесь не было и мы не могли бы ее наблюдать.
Атом — основная единица обычного вещества, которая состоит из крошечного ядра (сложенного из протонов и нейтронов), окруженного обращающимися вокруг него электронами.
Большое схлопывание — сингулярность в конце эволюции Вселенной.
Большой Взрыв — сингулярность в начале эволюции Вселенной.
Вес — сила, порождаемая действием на тело гравитационного поля. Вес пропорционален массе, однако не тождествен ей.
Исаак Ньютон не был приятным человеком. Его плохие отношения с другими учеными печально известны, а свои последние годы он провел в горячих спорах [о приоритете открытий]. После публикации «Начал» — несомненно, самого важного из когда либо написанных физических трудов — Ньютон быстро достиг широкой известности. Он был назначен президентом Королевского общества и первым из ученых возведен в рыцарское достоинство.
Галилей, возможно, больше любого другого человека ответственен за рождение современной науки. Известный конфликт с Римско католической церковью имеет ключевое значение для его философии, поскольку Галилей одним из первых стал доказывать, что человек способен познать, как устроен мир, и, более того, познать это путем наблюдения за реальными явлениями.
Галилей с самого начала верил в теорию Коперника (что планеты обращаются вокруг Солнца), но он стал публично высказываться в ее поддержку только тогда, когда нашел необходимые доказательства. Он написал о теории Коперника на итальянском языке (а не на латыни, принятой тогда в ученой среде), и скоро его взгляды получили широкую поддержку вне университетов. Это вызвало раздражение профессоров—приверженцев Аристотеля, которые объединились против Галилея, стремясь добиться от Католической церкви запрета на учение Коперника.
Связь Эйнштейна с политикой ядерного вооружения общеизвестна: он подписал знаменитое письмо президенту Франклину Рузвельту, убеждая, что Соединенные Штаты должны серьезно отнестись к идее атомной бомбы, и он же в послевоенные годы прилагал все усилия для предотвращения ядерной войны. Но это были не просто отдельные поступки ученого, втянутого в мир политики. Жизнь Эйнштейна, говоря его собственными словами, «делилась между политикой и уравнениями».
Начало политической деятельности Эйнштейна совпало с Первой мировой войной, когда он был профессором в Берлине. Питая отвращение к тому, что считал пустой растратой человеческих жизней, он стал участвовать в антивоенных демонстрациях. Его выступления в защиту акций гражданского неповиновения и публичная поддержка тех, кто отказывался нести воинскую повинность, не снискали ему симпатий коллег. После войны он приложил немало сил для примирения наций и улучшения международных отношений. Это также не добавило Эйнштейну популярности, и скоро политические взгляды затруднили ему въезд в Соединенные Штаты, даже для чтения лекций.
Пытаясь ответить на вопросы, мы принимаем ту или иную «картину мира». И бесконечная башня из черепах, поддерживающих плоскую Землю, такая же картина, как и теория суперструн (рис. 37). И то и другое есть теории строения Вселенной, хотя последняя гораздо более математизирована и точна, чем первая. Им обеим недостает наглядных подтверждений: никто никогда не видел гигантской черепахи, на спине которой покоится Земля, но никто не видел и суперструн. Однако черепашью теорию не назовешь добротной научной концепцией, потому что она предсказывает, что люди могут свалиться с края света. Этот прогноз не согласуется с опытом, если только не окажется, что он объясняет предполагаемые исчезновения людей в Бермудском треугольнике!
Но какой бы точки зрения вы ни придерживались, остается весьма примечательным фактом то, что значения подобных чисел как будто специально выбраны так, чтобы сделать возможным развитие жизни. Например, если бы заряд электрона был немного другим, это нарушило бы баланс электромагнитных и гравитационных сил в звездах и они либо не смогли бы сжигать водород и гелий, либо перестали бы взрываться. Можно надеяться, что в конце концов будет создана полная, последовательная, объединенная теория, которая вберет в себя все частные теории как приближения и которую не нужно будет подгонять под наблюдаемые факты подбором произвольных постоянных вроде величины заряда электрона.
Качество научной теории, как мы уже говорили, определяется ее способностью предсказывать результаты эксперимента. Квантовая теория ограничивает эту нашу способность. Не ограничивает ли квантовая теория возможности науки? Когда наука развивается, то пути ее движения должны диктоваться самой природой. В данном случае природа требует, чтобы мы пересмотрели то, что подразумеваем под предсказанием: мы не способны точно предсказать результат эксперимента, но можем многократно повторить эксперимент и подтвердить, что различные его исходы отмечаются с вероятностями, предсказанными квантовой теорией. Таким образом, принцип неопределенности не заставляет отказываться от веры в то, что миром управляют физические законы. На деле большинство ученых в конце концов приняли квантовую механику именно потому, что она великолепно согласуется с экспериментом.
