Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

От механики к физике и философии

Емкое название гениального труда И. Ньютона — «Математические начала натуральной философии» — подобно формуле, показывающей взаимосвязь классической механики и философии. Ньютон создал науку, на которую многие годы ориентировалась философия. Так, Кант выдвинул «принцип развития», утверждающий основанную на законах ньютоновской механики великую общность явлений природы. 220 лет назад в книге «Всеобщая естественная история и теория неба» Кант поставил задачу найти, исходя из принципа развития, то, что «связывает между собой в систему великие звенья Вселенной во всей ее бесконечности». Он стремился показать, как из первоначального состояния природы на основе механических законов образовались сами небесные тела и каков источник их движения.

Задача найти источник движения, не довольствуясь ньютоновской идеей первоначального толчка — великая задача. В космогонии Канта гармония мира рождается из первоначального хаоса, содержащего, однако, все, что, по мнению Канта, было необходимо для наведения порядка: силы притяжения и отталкивания. Первые — наука обрела в ньютоновской теории тяготения, вторые — и по сей день являются предметом поиска ученых. Но Кант не сомневался в реальности сил отталкивания, и роль им отводил иную, чем физики, исследующие ныне гравитацию вакуума. Кант считал, что «материя с самого начала стремится к формированию», причем силы притяжения создают «сгустки» будущих небесных тел, а силы отталкивания способствуют возникновению их орбитального движения. Материя, внутренние силы которой могли привести к формированию небесных тел и их упорядоченному движению, не нуждалась (как потом заявит Лаплас) в «гипотезе бога». Что же касается Канта, то ему принадлежит крылатая фраза: «Дайте мне материю, и я построю из нее мир»; это он сказал: «Мир имеет источником своего устройства механическое развитие по всеобщим законам природы». И не случайно основоположники марксизма отмечали, что в космогонической гипотезе Канта «заключалась отправная точка всего дальнейшего движения вперед». В брешь, пробитую Кантом, устремился поток развития науки.

Наука не могла остановиться на механике Ньютона. И дело не только в том, что были найдены границы применимости законов классической механики. Главное заключается в сложности и многообразии окружающего нас мира, который не может быть объяснен на основе одних только законов механики. Кант, конечно, чувствовал это. Он понимал, что нельзя к механике свести специфику органического мира, и оказался вынужденным объяснить жизнь с позиций «принципа целесообразности», неминуемо ведущего к признанию бога. Да и сложность неорганической природы не давала философу покоя. Пытаясь обосновать идею вечности природы, он уподоблял ее фениксу — сказочной птице, которая, по представлениям древних, дожив до старости, сжигала себя, а затем возрождалась из пепла молодой и обновленной. Не сравнивая эту красивую сказку с не менее красивой гипотезой «пульсирующей Вселенной», напомним лишь, что Кант оказался первым из пророков современной планетной космогонии, и не будем торопиться определять ценность его идей для современной релятивистской космологии. Для нас сейчас важно другое: физика Вселенной не тождественна механике Вселенной. Для XX в. эта мысль лишена свежести. В XVIII в., во времена Канта, дело обстояло, как мы видели, иначе.

Современная астрофизика выросла из анализа спектров, интерпретацию которых дали атомная физика и квантовая механика. Неспециалиста всегда поражает обилие информации, которую ученые извлекают из невзрачных по виду спектров далеких космических источников. Еще более удивительны достижения радиоастрономии, с появлением которой «астрофизика на основе теории атома» почти полностью превратилась в «астрофизику на основе плазмы».

Анализ разнообразных процессов взаимодействия вещества и излучения привел к новым представлениям о Вселенной. Заблуждение человечества по поводу того, из чего состоит Вселенная, сравнимо лишь с заблуждением о том, какое место во Вселенной занимает наша планета. «Здравый смысл» услужливо подсказывал человеку, что Земля — центр Вселенной, тот же «здравый смысл» сладко шептал, что в Земле сосредоточена практически вся масса вещества (звезды — гвоздики, вбитые в небесный свод; Солнце очень мало, размером «со ступню человеческую» и т. д.). Понимание ошибочности этого представления пришло с победой гелиоцентризма. Помните, у Ломоносова: «Кто видел простака такого, который бы вертел очаг вокруг жаркого?».

Итак, Солнце — гигантский «очаг», физику которого гениальный Ломоносов представлял себе достаточно хорошо и замечательно образно («горящий вечно океан»). В Солнце сосредоточена, как мы знаем, большая часть массы вещества солнечной системы. Звезды — другие солнца — также вобрали в себя очень много вещества. Планет других звезд мы не видим, хотя не сомневаемся, что они должны быть. Знаем мы и о существовании облаков диффузной материи и о межзвездной среде, где есть атомы и даже молекулы. Знаем и о том, что потоки вещества в виде космических лучей пронизывают Вселенную. Наконец, вспоминаем, что во Вселенной должно быть еще и излучение. Но лишь совсем недавно стало ясно, что во Вселенной царит именно излучение, а не вещество: миллиард радиоквантов низких энергий приходится на один атом вещества.

Внимание новейшей астрофизики и внегалактической астрономии буквально приковано к нестационарным процессам во Вселенной. Вспышки на Солнце, физические переменные и вспыхивающие звезды, новые и сверхновые звезды, пульсары, активность ядер галактик, рентгеновские источники излучения, квазары — вот неполный перечень процессов и космических объектов, чья нестационарность является сейчас предметом всестороннего исследования. Нестационарность, о которой раньше практически ничего не было известно, стала и одним из краеугольных камней современных представлений о Вселенной.

По этому поводу выдающийся советский астрофизик академик В. А. Амбарцумян писал: «Сегодня вся астрофизика оказалась буквально пронизана идеей эволюции звезд, звездных скоплений и галактик. Это, несомненно, явилось результатом большого внимания к изучению нестационарных объектов во Вселенной». В. А. Амбарцумян неоднократно напоминал, что еще тридцать лет назад Вселенная казалась нам спокойным и даже торжественным миром почти неизменных неподвижных звезд. Такая картина вполне соответствовала механистическим представлениям о Вселенной, развитым на основе небесной механики и только что зародившейся астрофизики, изучавшей главным образом равновесное тепловое излучение звезд. Теперь же, по определению В. А. Амбарцумяна, «Вселенная — это быстро и глубоко изменяющийся мир, наполненный богатейшим разнообразием жизненных процессов космических тел».

За последние десятилетия человек узнал о Вселенной во много раз больше, чем за всю предысторию астрономии. Невозможно переоценить полученные ныне знания о Вселенной для физики, философии, мировоззрения. В наш космический век, век науки и прогресса знания о Вселенной становятся элементом культуры каждого образованного человека. Но наука продолжает развиваться. Возникают новые проблемы, задачи, вопросы. «Вечные» вопросы — что представляет собой окружающий нас мир (в масштабах, изучаемых астрономией), бесконечна ли Вселенная, каково ее прошлое и будущее, одиноки ли мы во Вселенной — получают в наше время новое звучание, новую трактовку. С позиций науки сегодняшнего дня далеко не на все такие вопросы можно дать простые, односложные ответы. Астрофизика будущего может не только существенно повлиять на развитие «земной» физики, но и внести важные коррективы в наши представления о пространстве и времени — главных атрибутах вечно движущейся и изменяющейся материи. Не будет преувеличением сказать, что данные современной астрофизики, внегалактической астрономии и космологии являются составной частью естественнонаучного фундамента материалистической философии.

Говорят, что «здравый смысл» есть сумма знаний и заблуждений. В процессе познания пограничная область между знанием и заблуждением сокращается, а вот между знанием и незнанием — увеличивается: чем больше мы узнаем, тем больше, оказывается, нужно узнать, тем более сложные вопросы приходится обсуждать и решать. «Все, что мы знаем,— сказал Лаплас на смертном одре,— это только маленькая частица того, что остается нам неизвестным».

И еще. Нередко приходится слышать, что к некоторым вопросам теоретической физики легче привыкнуть, нежели их понять или тем более прочувствовать. Истоки этого афоризма ясны: восприятие теоретической физики затруднено отсутствием наглядности. Известно, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, но, к сожалению, многие явления и процессы, относящиеся к квантовой механике или теории относительности, увидеть нельзя. Логически непротиворечивое обоснование этих явлений и процессов, равно как и методически продуманная система изложения соответствующих вопросов, лишь отчасти компенсируют отсутствие наглядности. На помощь восприятию приходит практика, понимаемая в самом широком смысле. Современникам громадных ускорителей элементарных частиц легче понять теорию, лежащую в основе происходящих в ускорителях процессов, чем людям, которые знакомились с основами квантовой механики и СТО во времена, еще далекие от их практического применения. Изобретенные лет через сорок после рождения квантовой механики транзисторы и лазеры ввели электронику и квантовую механику не только в различные области науки и техники, но и в повседневную жизнь каждого из нас. Эти примеры показывают, как практика помогает отвлеченным теориям утвердиться в сознании людей, желающих понять эти теории. Но нам скоро встретятся и иного рода примеры.

Неэвклидова геометрия сегодня не стала наглядней, чем несколько десятилетий назад. Но сегодня со школьной скамьи детям не только внушается мысль о возможности существования неэвклидовой геометрии, но и указываются конкретные области, в которых без такой геометрии невозможно обойтись. Неэвклидова геометрия лежит в основе общей теории относительности, а без нее нельзя обойтись при исследовании настоящего и прошлого Большой Вселенной. Поэтому «земная» теоретическая физика, помогая с помощью космической лаборатории понять то, что происходит во Вселенной, увеличивает число своих поклонников.

Мы знаем, что Вселенная и в прошлом играла роль космической лаборатории для физиков. Но если когда-то это была преимущественно лаборатория по проблемам механики, то сейчас проблематика космической лаборатории неизмеримо расширилась. В ней появились совершенно новые темы, связанные с самыми разнообразными областями физики. Теперь это настоящая физическая лаборатория, в которой с увлечением трудятся настоящие физики.

Е. П. ЛЕВИТАН - "ФИЗИКА ВСЕЛЕННОЙ"

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика