Страница 3 из 51
К этой драматической ситуации мы еще возвратимся не раз — настолько она разрушительна и созидательна одновременно. И это представляет особый интерес, так как именно такое положение дел и готовит эволюцию мировоззрения.
Пропущенные главы
Следуя логике науки, мы должны пропустить две важнейшие главы развития науки: одна касается блестящих опытов Кулона, Эрстеда и Фарадея, заложивших основы экспериментального изучения электрических и магнитных явлений. Результаты этих опытов вместе с объединившими их идеями Фарадея были сведены Максвеллом в электродинамику, теорию, не уступающую по значению механике Ньютона.
Единственный недостаток электродинамики Максвелла — ее применение ограничено случаем неподвижных тел.
В другой главе — речь должна была бы идти о том, как два физика — Герц и Лоренц — попытались преодолеть этот недостаток, расширив теорию Максвелла. Они избрали два противоположных пути к этой цели. Два логически безупречных направления. Но оба пришли к одному и тому же результату. Пришли в один и тот же тупик.
Но мы не закончили с прозрениями Эйнштейна, без которых не могли бы состояться эти открытия. Эйнштейн удивил научный мир уже своими первыми работами. Три из них он выполнил, не имея постоянного жилища и перебиваясь случайными заработками. Остальными он занимался в «часы безделья» — после восьми часов службы — и по воскресеньям.
Упомянем здесь только о трех эпохальных работах Эйнштейна, что вошли в сокровищницу науки. Первая из них открыла путь в квантовую физику. В ней предсказано существование квантов света и вскрыта их противоречивая двойственная природа. В ней же раскрыта тайна фотоэффекта. Вторая называется «К электродинамике движущихся тел». Из этого названия можно заключить, что автор хочет сделать еще одну попытку расширить теорию Максвелла.
Но он хочет несравненно большего. Он обнаружил глубокое противоречие между электродинамикой Максвелла и механикой Ньютона, основанной на принципе относительности Галилея. Он стремится устранить это противоречие. Эйнштейн приходит к Теории относительности, к «парадоксу близнецов», к признанию того, что энергия обладает инерцией, а эфир не нужен для понимания явлений Природы…
Третье великое достижение Эйнштейна, относящееся к 1905 году — создание теории флуктуаций — хаотических движений или иных хаотических процессов, происходящих в микромире. Процессов, зачастую приводящих к видимым хаотическим движениям.
Теория относительности до сих пор поражает воображение и демонстрирует какой мощи может достичь интеллект человека. Она была признана и взята на вооружение крупнейшими физиками. Неудовлетворенным был лишь ее создатель. Его тревожило, что теория применима только к процессам, происходящим в телах, движущихся без ускорения. Глубокие раздумья уже в 1907 году привели его к новым открытиям. Он сообщает о «полной физической равноценности гравитационного поля и соответствующего ускорения». Отсюда следует, что ход часов зависит от гравитационного поля, в котором они находятся. В поле тяготения лучи света искривляются.
Эйнштейн выдвигает в качестве руководящего принципа эквивалентность тяжелой и инертной массы.
Многолетний труд завершен 2 декабря 1915 года: «… наконец завершено построение Общей теории относительности, как логической схемы…»
В следующей главе развития физических идей упор делается на Общей теории относительности. Предсказано существование гравитационных волн. Впоследствии подтверждена их реальность. Разрешен «парадокс близнецов», возникла идея о «новом эфире»: он представляет собой гравитационное поле и влияет на физические процессы.
Триумф Общей теории относительности: обнаружено искривление лучей света вблизи Солнца.
Неожиданное потрясающее следствие Общей теории относительности: Фридман извлекает из ее уравнений намек на процесс расширения Вселенной. Хаббл подтвердил это обработкой своих астрономических наблюдений: удаленные галактики разбегаются тем скорее, чем больше расстояние между ними. Гамов наполняет находку Фридмана физическим содержанием — расширение Вселенной началось «Большим взрывом».
Казалось бы, тут физики вступают на скользкий путь фантастических домыслов — ну насколько могут быть реалистичны рассуждения о Начале Мира?!
Однако, гипотеза Большого взрыва подтверждена наблюдениями! Самое эффектное из них — открытие реликтового радиоизлучения, фона, который существует в мировом пространстве с момента Большого взрыва. Это как бы меридианная сетка, относительно которой можно теперь судить о координатах движущихся в космосе тел.
Неожиданная, нежданная, почти случайная /впрочем, именно случайная/ находка — чуть ли не важнейшее открытие ученых за века познания Природы.
На переломе веков
На рубеже 20-го века зародилась новая физика — специфическая физика микромира, квантовая физика. Ее первым ростком было признание того, что обмен энергией между излучением и веществом осуществляется порциями — квантами /Планк/. Решающим революционным шагом стал вывод: свет состоит из порций энергии — квантов света, и неизбежное признание двойственной природы света: свет есть и частица, и волна /Эйнштейн/.
На переломе веков произошла резкая, непредвиденная, почти стихийная ломка физического мировоззрения.
Лед сломали два удивительных человека: классик Планк и новатор Эйнштейн. Планк был пианистом, Эйнштейн скрипачом. Они оба чувствовали гармонию звуков, интуитивно ощущали гармонию Природы. Когда они подошли к водоразделу между познанием мира зримых вещей и тайны строения материи, Планку, последнему из классиков, было 42 года. Эйнштейну, первому из новаторов, шел 21 год.
Планк, профессор теоретической физики, консерватор, еще молился старым богам. Он мучился от того, что «изменял» своим учителям. Он не замышлял бунтарства. Просто, ведомый своим ощущением гармонии Природы, он написал формулу обмена энергией между веществом и светом и получил… нежданный результат: математика утверждала, что обмен этот происходит скачкообразно, малыми порциями, а не непрерывно, плавно, как привыкли считать до начала 20-го века!
Планк ужаснулся бы, узнав, что в историю науки он вошел как «отец» квантов…
Эйнштейн тоже негодовал. Но по противоположному поводу: он корил себя за неспособность более радикального ухода от прежних догм.
Не вспоминали ли они мудрого Герца, сказавшего: «Невозможно избавиться от ощущения, что математические формулы умнее нас и умнее даже их создателей, ибо мы извлекаем из этих формул много больше того, что было в них заложено сначала».
Планк и Эйнштейн обменялись эстафетной палочкой на переломе веков…
Далее в игру вступила плеяда «сердитых» молодых людей, которых можно назвать абстракционистами от науки: не имея возможности увидеть, потрогать, измерить события, происходящие в глубинах материи, они отдались на волю воображения, интуиции: в результате на свет явились диковинные теории, никоим образом не укладывающиеся в рамки прежних физических представлений. На научном небосводе вспыхнули ярчайшие звезды: Бор, Дирак, де-Бройль, Гейзенберг, Шредингер…, а за ними шли все новые и новые энтузиасты… Они и «сделали» физику 20-го века — грандиозное творение человеческого Разума, которая как лампа Алладина повела сегодняшних исследователей к новым знаниям.
Квантовые идеи овладели наукой. Возникла квантовая механика. Идея сочетания дискретных и волновых свойств в явлениях природы была распространена на электроны, а затем и на другие микрочастицы.
Так физика вторглась в микромир, вглубь материи.
Важнейшими этапами развития квантовых идей было предсказание и последующее открытие античастиц, а затем предсказание существования виртуальных частиц. Эти частицы не могут быть обнаружены непосредственным опытом, так как они рождаются лишь на неизмеримо короткое мгновение. Рождаются парами (частица и античастица) с тем, чтобы немедленно слиться воедино и исчезнуть. Реальность этого странного и необычного процесса подтверждается рядом косвенных экспериментов, необъяснимых без признания доказанного факта: виртуальные частицы взаимодействуют с реальными частицами.