Страница 49 из 54
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 10-8 до 10-16 см, а время жизни от бесконечности до 10-24 с. Для пояснения скажем, что 10-10 см = 10-9 мм – миллиардной части миллиметра; величина же 10-16 см еще в миллион раз меньше. Что касается временных промежутков, то 10-9 с, 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 мега-мир 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:
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.
Для пояснения выводов, следующих из нее, приведем простой пример. Допустим, с Земли стартовал космический корабль со скоростью, близкой к световой, и вернулся обратно через 50 лет, прошедших на Земле. Однако по часам корабля этот полет продолжался бы всего год (ведь при движении со скоростью света ход времени по сравнению с земным значительно замедляется). Если космонавт, отправившись в полет в возрасте 25 лет, оставил на Земле только что родившегося сына, то при встрече 50-летний сын будет приветствовать 26-летнего отца. Нельзя спрашивать, почему за один год сын космонавта состарился на 50 лет. Ведь в разных системах отсчета (на Земле и в космическом корабле) время текло по-разному, и сын постарел на 50 лет за годы, прожитые на Земле, тогда как в корабле прошел всего один год.
Теория относительности доказала, что не существует неизменного и абсолютного как пространства, так и времени. Если и то и другое меняется вслед за изменениями, происходящими в материи (например, изменениями скорости), значит, пространство и время – это не независимые от материи ее вместилища, как считал Ньютон, а, наоборот, ее неотъемлемые свойства, или признаки, или качества. По новым представлениям без материи нет ни пространства, ни времени, так же как без пространства и времени не может быть материи. Говоря проще, пространство, время и материя – это не разные (наподобие сосуда и налитой в него жидкости), а равнозначные понятия. Когда в апреле 1921 г. корреспондент «Нью-Йорк таймс» спросил Эйнштейна, как бы он мог просто и кратко сформулировать главную идею своей теории, тот ответил: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы; согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время».
Теория относительности вовсе не опровергла законы классической механики. Она показала, что они справедливы только для определенных условий или масштабов и не могут быть всеобщими. Они способны описать и объяснить только некий фрагмент реальности, но далеко не все существующее. Теория относительности, охватившая гораздо большую область действительности по сравнению с объектами классического естествознания, включила в себя классическую механику на правах частного случая, установив ограниченную область ее применения.
Открытие микромира. Тайны атома
До конца XIX в. в науке господствовало убеждение, что все физические тела состоят из очень маленьких частиц – молекул, невидимых глазу, но доступных наблюдению в мощный микроскоп. Однако сами молекулы состоят из еще более мелких частиц – атомов. Например, молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух водорода. Атомы, считалось в науке прошлых столетий, – последний предел делимости вещества. Они представляют собой простейшие, мельчайшие и неделимые частицы, которые лежат в основе любого физического тела. Кроме того, если они неделимы, значит, постоянны и неизменны. Само вещество может меняться или превращаться как угодно, благодаря всевозможным атомным взаимодействиям. Сами же атомы пребывают всегда в одном и том же состоянии. Будучи неделимой вечной мировой основой, они не могут распадаться на части, рождаться, исчезать, переходить в другие формы и так далее. Вспомним, что слово «атом» было впервые употреблено древним философом Демокритом. Его идеи об атомах как последнем пределе вещества с небольшими изменениями существовали более двух тысяч лет. Они легли в основу механицизма классического естествознания, были в нем развиты и продолжены. В XIX в. эти представления доживали последние дни. Открытия в физике, сделанные на рубеже прошлого и нынешнего столетий, разрушили многовековые представления об атомах, произвели настоящую революцию в науке.