Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации

Природа основана на глубинных, не очевидных, законах, которые Человек, тем не менее, способен постичь, изобретая понятия и проверяя теории, на них основанные, в опытах.

Назовем это предположение постулатом фундаментальной науки, поскольку оно означает веру в то, что природа – стройное мироздание, стоящее на некоем невидимом – “подземном” – фундаменте, доступном, тем не менее, познанию. Невооруженный глаз видит лишь “надземные” этажи, но чтобы понять целостный архитектурный план, физики начинают с фундамента, очам не видного. Они задают Природе вопросы в виде измерительных опытов. Измерения дают четкие ответы, позволяя подтвердить или опровергнуть математически выраженную теорию. Потому и необходим комплект из двух инструментов – опыта и математики. Но требуется и нечто большее – то, что Эйнштейн назвал “отважнейшими измышлениями, способными связать эмпирические данные”.

Главное, фундаментальные понятия вовсе не обязаны быть очевидными – эти “свободные изобретения человеческого духа” оправдываются или отвергаются в процессе познания. “Понятия нельзя вывести из опыта логически безупречным образом”, “не согрешив против логики, обычно никуда и не придешь”, – писал Эйнштейн, подразумевая логику предыдущей теории. Но, совершая первый шаг – первый взлет интуиции, другой логики физик еще и не имеет.

Плодотворность неочевидных идей в познании Вселенной обнаружил Коперник, получив убедительные следствия из абсурдной для того времени идеи о движении Земли вокруг Солнца. Успех Коперника помог Галилею изобрести метод познания, следуя которому физик волен изобретать сколь угодно неочевидные – “воображаемые” – понятия, отталкиваясь от наблюдений, если затем сумеет завершить творческий взлет интуиции надежным приземлением.

Именно таким образом Галилей открыл закон свободного падения – первый фундаментальный закон, согласно которому в пустоте движение любого тела не зависит от того, из чего оно состоит. Неочевидное и “нелогичное” понятие, которое ему понадобилось, – “пустота”, точнее – “движение в пустоте”. И понятие это он ввел вопреки величайшему тогда авторитету Аристотеля, доказавшего логически, как считалось, что пустота, то есть ничто, реально не существует. Галилей не воспринимал пустоту органами чувств, не проводил опытов в пустоте. Он мог лишь сопоставить эксперименты с движениями в воде и в воздухе, и это стало взлетной полосой для его изобретательного разума. Так он пришел к понятию “невидимой” пустоты, что помогло ему открыть закон инерции, принцип относительности и, наконец, закон свободного падения. Тем самым он показал, как работает изобретенный им метод.

На схеме Эйнштейна проявилось ключевое отличие физики Галилея-Эйнштейна, или современной науки, от науки Архимеда – стрела изобретательной интуиции, взлетающая вверх. Все физические понятия Архимеда наглядны: форма тела, плотность вещества и плотность жидкости. И этого хватило для создания теории плавания – малыми шагами, последовательно. Подобным же образом Птолемей составил геоцентрическую теорию планетных движений. Не любую теорию, однако, можно создать, ограничиваясь лишь наглядными понятиями и малыми шагами.

Коперник совершил идейный взлет, решив исследовать, как выглядят планетные движения, если на них смотреть с “солнечной точки зрения”. А взлет Кеплера – предположение о том, что траектории планет описываются не разными комбинациями круговых циклов и эпициклов, а неким единым образом. И Коперник, и Кеплер, фактически принимая постулат фундаментальной науки, изучали по сути лишь один объект – Солнечную систему. Они опирались лишь на астрономические, “пассивные”, наблюдения, а главным их теоретическим инструментом была математика. Поэтому их можно назвать фундаментальными астро-математиками.

Галилей применил изобретательную свободу познания в мире явлений земных, где возможны активные систематические опыты. Он верил в то, что оба мира – подлунный и надлунный – подвластны единым законам. Обнаружив в земных явлениях, с помощью своих опытов, фундаментальность закона инерции и принципа относительности он счел их действующими универсально во всей Вселенной и решил парадокс Коперника: почему люди не замечают огромную скорость движения Земли вокруг Солнца. А чтобы понять фундаментальность открытого им закона свободного падения, понадобился Ньютон, разглядевший в этом земном законе всеобщий закон всемирного тяготения.

Поэтому и можно назвать Галилея первым современным физиком (и астрофизиком). Можно также фундаментальную физику переднего края назвать Галилеевой, а Архимедовой назвать всю остальную физику, где к понятиям наглядно-очевидным добавляются фундаментальные понятия, уже проверенные и ставшие привычными. По примеру “пустоты” Галилея изобретались следующие фундаментальные понятия: всемирное тяготение, электромагнитное поле, кванты энергии, фотоны, пространство-время и пр.

Метод Галилея стал главным двигателем современной науки, давая новые понятия и законы природы. Начинал же Галилей с веры в фундаментальную закономерность природы и в способность человека к познанию.

Источник веры в фундаментальную закономерность

Размышляя о научном познании, Эйнштейн заметил: “Невозможно построить дом или мост без использования лесов, не являющихся частью самой конструкции”. Какие же леса помогали строителям новой науки?

Современник Галилея, Кеплер, как писал Эйнштейн, «жил в эпоху, когда общая закономерность природы вовсе не была признанной. Как же сильно он верил в такую закономерность, если десятилетия терпеливо трудился, чтобы эмпирически исследовать планетное движение и сформулировать его математические законы!»

Все основатели новой науки разделяли такую веру в фундаментальные законы природы и в свою способность открыть их. Вера и знание на самом деле всегда сотрудничают в науке: вера определяет начало и энергию исследования, а знание – его итог. В чем же источник такой веры?

Неожиданную подсказку обнаружил историк-марксист (и, разумеется, атеист) Э. Цильзель, исследуя происхождение выражения “закон природы”. Он обнаружил, что выражение это возникло лишь в 17-ом веке как “метафора библейского происхождения”. А до того слово “закон” имело лишь юридический и богословский смысл.

Действительно, Галилей в своих книгах о физике, говоря по сути о законах природы, использовал слова “соотношение” или “принцип”. Слово “закон” появилось лишь в его теологических письмах, где он объяснил, что:

И Библия и Природа исходят от Бога. Библия продиктована Им и убеждает в истинах, необходимых для спасения, на языке, доступном даже людям необразованным. Природа же, никогда не нарушая законов, установленных для нее Богом, вовсе не заботится о том, доступны ли человеческому восприятию ее скрытые причины. Чтобы мы сами могли их познавать, Бог наделил нас органами чувств, разумом, языком.

Галилей тут фактически изложил постулат фундаментальной науки: нерушимые законы управляют скрытыми причинами в Природе, а человек способен их понять.

К концу 17-го века Галилеевы “законы, установленные Богом для природы”, превратились просто в “законы природы” – благодаря Декарту и Ньютону, глубоко верующим и очень авторитетным людям науки. Выражение “закон природы” вошло в общий язык верующих и неверующих, а к 20-му веку забылось и то, что оно существовало не всегда, и его библейское происхождение.

Не так важна родословная самого выражения, как роль библейского мировосприятия в мышлении основателей новой науки. Историки не сомневаются, что все основатели новой науки были верующими. Коперник имел духовное звание, Галилей и Кеплер в юности хотели стать священниками (первому не разрешил отец, второму – власти университета, в котором тот учился за казенный счет), а Ньютон о Библии написал больше, чем о физике. В своих научных исследованиях они, по выражению Кеплера, видели служение Богу. А в религии мыслили так же свободно, как и в науке, воспринимая церковные каноны столь же критично как и научные. Основателей новой науки можно объединить конфессией “Библейский Теизм”, поскольку к Библии они относились столь же серьезно, как к Природе, вырабатывая собственное понимание Библейского текста. Ньютон, например, на основании своих библейских исследований отверг догмат Троицы, а Галилей утверждал:

Когда мы узнаем нечто о природных явлениях, опираясь на опыт и надежные доказательства, это знание не следует подвергать сомнению на основе фраз из Библии, которые кажутся имеющими иной смысл. Особенно это относится к явлениям, о которых там лишь несколько слов. Ведь в Библии не упомянуты даже все планеты.

Но что же тогда в Библии могло быть столь важным для творцов современной физики – людей мощного разума, опирающихся на опыт?

Физика для верующих и неверующих

Атеисты были и в древности. Сама Библия засвидетельствовала это: «Сказал безумец в сердце своем: 'нет Бога'». Здесь слово «безумец» (в других переводах, «глупец»), конечно, отражает восприятие верующего автора и дожившую до нашего времени проблему взаимоНЕпонимания теистов и атеистов. Но «в сердце своем» значит «в глубине души», а не просто для какого-то внешнего эффекта. Значит, уже в библейские времена были атеисты, давшие себе труд в глубине своей души обдумать вопрос о (не)бытии Божьем.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Сноски

1

Евгений Евтушенко. Карьера.