именно революционные изменения, затрагивающие основы науки, определяют общие контуры научной картины мира на длительный период.
Между аристотелевской и ньютоновской революциями лежит исторический период почти 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, во-первых, 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 (т. е. 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.
12.1. 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. Относительный по- латыни relativus, поэтому третья научная картина мира часто называется релятивистской.
В ее основу легла знаменитая теория относительности, созданная Эйнштейном в начале XX 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 10-8 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 мегамир началось в первые годы XX 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
