Эйнштейновская (неклассическая) научная картина мира
На рубеже прошлого и нынешнего столетий произошла третья в истории человечества научная революция. Вспомним, что временем первой называют V век до н. э., а научную картину мира, ставшую ее результатом, – древней, или античной, или натурфилософской, или аристотелевской. Вторая научная революция произошла приблизительно в XVI–XVII вв. и сформировала вторую научную картину мира, которая называется классической, или механистической, или ньютоновской. Просуществовав около трех столетий и добившись огромных научных результатов, классическое естествознание исчерпало свои возможности и уступило место третьей научной картине мира, которая стала называться неклассической, или эйнштейновской – по имени ее наиболее выдающегося представителя, знаменитого ученого ХХ в. Альберта Эйнштейна.
Три научные революции обусловили три длительные стадии развития науки, каждой из которых соответствует своя научная картина мира. Это, конечно, не означает, что в истории науки важны одни лишь революции. В промежутках между ними делаются научные открытия и создаются новые теории. Однако именно революционные изменения, затрагивающие основы науки, определяют общие контуры научной картины мира на длительный период.
Между аристотелевской и ньютоновской революциями лежит исторический период по чти в две тысячи лет; Эйнштейна от Ньютона отделяют немногим более двухсот лет. Но не прошло и ста лет со времени появления нынешней научной картины мира, как у многих ученых возникло ощущение близости новой научной революции. Таким образом, можно утверждать, что историческое развитие науки идет с ускорением.
Однако научные революции (в отличие от общественно-политических) не пугают людей. Наоборот, среди ученых утвердилась вера в то, что эти революции, вопервых, необходимый элемент в развитии науки, а во-вторых, не только не исключают, но, напротив, предполагают взаимосвязь между старыми и новыми научными знаниями и представлениями. Известный датский ученый XX в. Нильс Бор сформулировал так называемое правило соответствия: всякая новая научная теория не отвергает начисто предшествующую, а включает ее в себя на правах частного случая, то есть устанавливает для прежней теории ограниченную область применимости. И при этом обе теории (старая и новая) вполне могут мирно сосуществовать. Например, Земля, как известно, имеет форму шара. Но при переходе через улицу (то есть в ограниченных масштабах) ее можно считать плоской. В этих пределах данное утверждение будет «соответствовать действительности». А вот выход за эти пределы (например, в космическое пространство) потребует полностью изменить наши представления и создать новую теорию, в которой найдется место и для старой, но лишь на правах частного случая.
Итак, каждая новая научная картина мира не уничтожает предыдущую, а, являясь более широкой, включает ее в себя. Кроме того, без предыдущего не могло бы быть и последующего, или, говоря иначе, любые новые взгляды, идеи и теории обязаны своим появлением на свет всем старым представлениям, существовавшим задолго и незадолго до них.
Со скоростью света. Теория относительности
Появление второй научной картины мира было связано в первую очередь со сменой геоцентризма гелиоцентризмом. Третья научная картина мира отказалась от какого-либо центризма вообще. По новым представлениям Вселенная стала рассматриваться безграничной, а у безграничности, как известно, не может быть центра. А вернее, таким центром можно считать любую точку. Но это будет условный, или относительный центр, и вся система отсчета, связанная с ним, тоже будет условной, или относительной. То есть она будет верна при одном выбранном центре (или относительно его), но не при другом (относительно другого). Таким образом, все системы отсчета и все вытекающие из них утверждения будут относительными – правильными в одних координатах и неправильными в других. Третья научная картина мира часто называется релятивистской(от лат. relativus– «относительный»).
Альберт Эйнштейн (1879–1955)
В ее основу легла знаменитая теория относительности, созданная Эйнштейном в начале ХХ в. Основу этой теории составило новое представление о пространстве и времени, которое перевернуло все привычные представления и очевидные истины, считавшиеся безусловными в классическом естествознании, базировавшемся на ньютоновской механике. По представлениям Ньютона, пространство и время являются вместилищами материи. Они существуют вечно, сами по себе, всегда неизменны и ни от чего не зависят. Так, например, если бы материи не было, то пространство и время все равно были бы. То есть им абсолютно безразлично, заполнены они материей или нет; они вполне могут существовать пустыми. Для иллюстрации можно сравнить их с сосудом, а материю – с жидкостью, которая наливается в него. Так вот, сосуд остается всегда одним и тем же, несмотря ни на какие изменения, происходящие в жидкости, содержащейся в нем. Ее может быть мало, много, вовсе не быть; она может быть теплой или холодной, окрашенной или бесцветной и так далее. Все это никак не влияет на сосуд, в котором она содержится. Так же и ньютоновские пространство и время всегда остаются одними и теми же, несмотря ни на какие изменения, происходящие с материей, их заполняющей.
Объектом изучения классического естествознания, считавшего пространство и время вместилищами материи, был макромир(от греч. makros– «большой»). Это мир, в котором мы живем, реальность, повседневно нас окружающая. Расстояния в нем измеряются миллиметрами, сантиметрами, метрами и километрами, а время – секундами, минутами, часами, месяцами и годами. Однако по современным представлениям помимо макромира есть еще две области действительности. Одна из них – это микромир(от греч. mikros– «маленький») – сфера предельно малых объектов, где расстояния измеряются величинами от 10 –8до 10 –16см, а время жизни от бесконечности до 10 –24с. Для пояснения скажем, что 10 –10см = = 10 –9мм – миллиардной части миллиметра; величина же 10 –16см еще в миллион раз меньше. Что касается временных промежутков, то 10 –9с, например, – миллиардная часть секунды. Другая область реальности – это мегамир(от греч. megas– «очень большой») – сфера колоссальных космических расстояний и громаднейших временных промежутков. Расстояния в нем измеряются световыми годами, а время существования объектов – миллионами и миллиардами лет. Например, ближайшая к нам галактика – туманность Андромеды – находится от нас на расстоянии 2 700 000 световых лет. Это значит, что для достижения этой галактики нам надо 2 700 000 лет (а один год, как известно, – это 365 дней) лететь к ней со скоростью света (300 000 км/с).
Проникновение научной мысли в микромир и мегамир началось в первые годы ХХ в., стало главным признаком третьей научной революции и одной из основных черт новой, неклассической картины мира. Классическое естествознание имело дело только с макромиром, который мы можем непосредственно наблюдать и который поэтому является для нас наиболее изученным, простым и понятным. Наши о нем представления во многом исходят из очевидных вещей и здравого смысла. Совсем наоборот обстоит дело с микро– и мегамирами, которые выходят за пределы нашего жизненного опыта и недоступны для нашего наблюдения. Неудивительно поэтому, что законы, которые там действуют, вполне могут не совпадать с простыми представлениями, привычными ожиданиями, очевидными вещами и здравым смыслом.
Если, согласно классической механике, пространство и время – независимые и неизменные мировые объекты, никак не связанные с материей, которая их заполняет, то теория относительности Эйнштейна показала, что такое утверждение справедливо только для макромира, то есть для земных условий, масштабов и скоростей. И действительно, с какой бы скоростью ни передвигались по Земле и в ее атмосфере материальные объекты, пространство и время для всех этих объектов никак не меняются, постоянно остаются одними и теми же. Однако если рассмотреть скорости, которые в сотни раз превышают земные, то картина окажется совершенно иной. Самой большой из всех известных и возможных скоростей является скорость света. Она равна 300 000 км/с. Любая земная скорость по сравнению с ней может считаться равной нулю. У Леонида Мартынова есть такие стихи:
Это почти неподвижности мука —
Мчаться куда-то со скоростью звука,
Зная при этом, что есть уже где-то
Некто, летящий со скоростью света.
Так вот А. Эйнштейн неопровержимо доказал в своей теории относительности, что при движении материальных объектов со скоростями, близкими к скорости света, и пространство, и время для этих объектов меняются: пространство искривляется, а время начинает течь медленнее, что совершенно невероятно для привычных нам земных условий и напрочь исключается законами ньютоновской механики. На самом деле ничего удивительного нет. Просто земные условия и скорости – это одна система отсчета, а космические масштабы и скорость света – совсем другая. Для одной системы отсчета пространство и время представляют собой одно, а для другой – совершенно другое. Стало быть, никакой абсолютной, точной, безупречной, везде и всегда верной и единственной картины и системы отсчета быть не может, так как все относительно. Понятно, почему открытие Эйнштейна получило название теории относительности.
