Тогда же, в начале века, произошел переворот в наших взглядах на пространство, время и тяготение, но наука «малых скоростей» сохранилась не только в смысле принципа соответствия - она продолжала развиваться, и практически вся современная техника - ЭВМ, телевидение, радио, космические полеты, современные химия и биология - обходится ньютоновыми представлениями о пространстве и времени.
Хороший пример переплетения старых и новых идей дает история эфира (см. с. 198).
В XIX веке его наделяли сложнейшими противоречивыми свойствами для объяснения законов распространения света в пустоте и в движущихся телах. Теория относительности разрешила все противоречия эфира. Более того - исчезла необходимость в этом понятии. Однако позже выяснилось, что пустота - бывший эфир - носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля («нулевые колебания»), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие («виртуальные») частицы могут сделаться реальными - из «пустоты» рождается сноп частиц.
Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию эфира, но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива - оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют «вакуумом» или «физической пустотой».
История эфира на этом не закончилась.
Теория относительности строится на предположении, что в нашем мире не существует выделенной системы координат и поэтому не существует абсолютной скорости, мы наблюдаем только относительные движения. Но с открытием реликтового излучения такая система координат появилась - это система, в которой кванты реликтового излучения распределены по скоростям сферически симметрично, как частицы газа в неподвижном ящике. (Реликтовое излучение - это электромагнитные волны, возникшие примерно 20 миллиардов лет назад, когда Вселенная была горячей. Исследуя реликтовое излучение, можно увидеть Вселенную, какой она была на ранних стадиях развития.) В «новом эфире» есть абсолютная скорость, тем не менее следствия теории относительности сохраняются с колоссальной точностью в согласии с принципом соответствия.
История эфира продолжается.
Применение квантовой механики к теории тяготения привело к важнейшему результату - кроме нулевых колебаний элементарных частиц, о которых мы только что говорили, в вакууме существуют нулевые колебания поля тяготения. Но, как следует из теории тяготения Эйнштейна, изменение гравитационного поля приводит к изменению геометрических свойств пространства. Отношение длины окружности к радиусу колеблется около значения 2л, соответствующего евклидовой геометрии. Для больших радиусов эти колебания практически не наблюдаемы, но чем меньше масштаб расстояний, тем больше амплитуда «дрожаний» геометрии вакуума.
В последнее время физики-теоретики пытаются выяснить взаимное влияние этих колебаний геометрических свойств и нулевых колебаний элементарных частиц. Эйнштейн надеялся объединить тяготение и электродинамику, а такая теория пошла бы гораздо дальше - она означала бы «сверхобъединение» всех известных физических взаимодействий.
Романтика и поэзия науки не в разрушении старого, а в переплетении и проникновении друг в друга новых и прежних идей. В науке, как и в искусстве, новое не отменяет красоты старого, а дополняет ее.
Итак, наука оберегает свои завоевания. Но как устанавливаются научные истины? Один из важнейших методов - проверка теоретических предсказаний опытом.
«Штатские люди любят судить о предметах военных, даже фельдмаршальских, а люди с инженерным
образованием судят больше о философии и политической экономии» (Ф. Достоевский)
«Эксперимент есть эксперимент, даже если его поставили журналисты», - было сказано в одном из наших журналов по поводу встречи редакции с экстрасенсом, с «медиумом», как сказали бы сто лет назад. Я не встретил ни одного экспериментатора, который бы не рассмеялся, услышав эту фразу. Самое тонкое и сложное - постановка недвусмысленного эксперимента, и здесь необходим строжайший профессионализм.
Чтобы установить истину, нужно поставить научный эксперимент, то есть эксперимент, проведенный специалистами, дающий повторяемые результаты и подтвержденный независимыми опытами других исследователей. Это в равной мере относится ко всем опытным наукам - к физике, химии, астрономии, биологии, психологии… В астрономии вместо слова «эксперимент» (словарь определяет его так: проба, опыт, проверка гипотезы) принято употреблять слово «наблюдение», подчеркивающее невозможность изменить ход событий по желанию экспериментатора, но суть остается - астрономический эксперимент состоит в том, что место, время и способ наблюдения отбираются так, чтобы получить ответ на поставленный вопрос. Впрочем, в наши дни с помощью спутников стали возможны астрономические эксперименты и в обычном смысле слова.
Даже в математике при поисках доказательств
делают правдоподобные предположения, которые предстоит проверить, то есть ставят эксперимент.
В опытных науках процесс доказательства никогда не прекращается, поскольку постоянно расширяются границы, в которых проверяется правильность предположения.
Вот пример астрономического эксперимента. Согласно классической, ньютоновой механике планеты должны двигаться по эллипсам, причем оси эллипса неподвижны в пространстве. Это было проверено многочисленными наблюдениями траектории Меркурия. Было доказано, что предсказание теории Ньютона выполняется с колоссальной точностью: орбита Меркурия хотя и поворачивается, но крайне медленно - один оборот за три миллиона лет. Одновременно с блестящим подтверждением предсказаний классической механики возник и парадокс - надо было объяснить это малое, но принципиально важное отклонение от ньютоновой теории, согласно которой орбита строго неподвижна. Объяснение появилось только после создания теории тяготения (общей теории относительности), которая позволила вычислить угловую скорость вращения орбиты, выразив ее через постоянную тяготения, массу Солнца и скорость света. Это один из удивительных примеров красоты науки ¦- теория связала воедино такие разнородные явления, как тяготение и распространение света.
Даже в физике, химии и астрономии не всегда удается повторить условия эксперимента. Как быть с биологией или психологией, где объекты отличаются друг от друга? Можно ли там требовать повторяемости и воспроизводимости результатов? Да, можно и нужно - без этого нет науки! Разумеется, здесь гораздо труднее поставить недвусмысленный эксперимент, но зато не требуется той неслыханной точности, которая необходима была, чтобы обнаружить астрономические отклонения от классической механики. В этих науках, по крайней мере на их современной стадии, часто довольствуются не количественными, а качественными результатами.
Биологические объекты, конечно, не столь одинаковы, как молекулы, но общность биологических соотношений поразительна! Эта общность, сходство соотношений позволяет установить закономерности и является основой науки. Законы генетики были открыты Грегором Менделем на горохе и Томасом Морганом на дрозофиле, а оказались применимыми ко множеству биологических объектов.
Даже разброс свойств может быть объектом научного, то есть повторяемого, эксперимента. Можно изучать статистические характеристики объектов, измеряя вероятность появления того или иного признака.
Нужно сказать, что любой тонкий эксперимент, к какой бы области науки он ни относился, плохо повторяем. В физике, когда изучаемый эффект сравним с фоном мешающих явлений, приходится делать многократные измерения и «набирать статистику», чтобы результат стал достаточно убедительным.
Большинство заблуждений и суеверий возникает как следствие поспешных выводов из неубедительных экспериментов. Но что считать убедительным? Надо ли доверять тому, что видишь своими глазами?
«Я видел утку и лису, Что пироги пекли в лесу, Как медвежонок туфли мерил И как дурак всему поверил»
(Английская детская песенка)
