Очарование науки
Что есть наука
Это скучный вопрос — что такое наука. Есть десятки ответов на него — ярких и унылых, серьезных и шутливых, глубоких и примитивных. Многие из них демонстрируют остроумие, изощренность и элегантность мышления. Но точен и бесспорен лишь один, простой и лишенный пафоса, — наука есть добыча Знаний. За ним все — и цель, и профессия, и вдохновение, и способы добычи, и пути познания. Великий Ньютон заключил эту мысль в чеканную и монументальную формулу: “Наука есть движение мысли человеческой вслед за мыслью Творца”. Это движение по дороге великих, блестящих идей и унизительных заблуждений, вдохновения и отчаяния, взлетов и падений, ярких озарений и унылых, тусклых тупиков, дорога восторга и смертельных ошибок. Великая и драматическая дорога познания, бесконечная и полная очарования…
Очарование познания
Наука открыла устройство мира. Она показала, что мир устроен изумительно просто, но в этой таинственной простоте есть интригующая загадочность. Наука открыла чертежи и законы, по которым сотворен мир; она установила, что мир создан по точному математическому законодательству — по формулам и уравнениям с точно заданными мировыми константами. Это законодательство наука отчеканила в теориях — строгих и совершенных. Первая из них и самая древняя — эвклидова геометрия, теория физического пространства (Эйнштейн назвал ее триумфом мышления). Она не могла предвидеть искривление пространства, открытое Эйнштейном через 23 века после Эвклида, и потому она не точна. Однако отклонение в размерах объектов эвклидовой геометрии (без учета искривления пространства) от реальных размеров (с учетом искривления) в масштабе одного метра составляет величину, меньшую диаметра атома водорода (около 0,5 ангстрем, или 0,5·10-10 м); это соответствует точности теории 10-8%. Классическая, ньютоновская механика дает безупречное описание законов и явлений движения тел, однако для быстро движущихся тел (при скоростях, близких к скорости света) ее предсказания чуть-чуть отличаются от опыта. Но родились две теории относительности — специальная и общая, которые безупречны; их точность превосходит фантастическую величину 10-12%. Они включают ньютоновскую механику и дают блестящее описание не только нашего, классического, земного мира, но и мира космогонического, экзотического с позиции простого жителя Земли. Более того, они включают динамическую теорию гравитации и описание космогонических явлений и объектов (например, двойных пульсаров и черных дыр).
Заметим, что обе теории относительности появились раньше, чем обнаружились их подтверждения, и это демонстрирует волшебную силу науки и человеческой мысли, когда предсказания опережают опыт. И нужно добавить, что эти теории заключены в безупречно строгую и загадочно точную математическую форму.
Абсолютно безупречной и точной является электромагнитная теория полей — электрического, магнитного, светового (теория Максвелла). Она прекрасно работает в масштабном диапазоне от протонов и нейтронов до галактических размеров, то есть дает классическое описание полей с поражающей воображение точностью 10-34%; из нее также родилась специальная теория относительности. Все теории — и материальных тел, и полей — великолепно согласованы, дополняют и расширяют друг друга, обеспечивая точное и строгое описание классического мира — мира макроскопических тел.
Наука, описывающая микромир, — квантовая механика — родилась в начале XX века, точнее, вечером 19 октября 1900 года, когда к Максу Планку пришел его друг Рубенс и принес экспериментальные результаты по излучению абсолютно черного тела в длинноволновой области. “Квантовая магия”, “квантовое таинство” — вот лишь некоторые ее определения; это самая точная и загадочная наука, где все не так, но все верно и более того — абсолютно точно. И она математически так же строга и совершенна, как и классическая механика. “Царственное уравнение” квантовой механики — уравнение Шредингера — абсолютно точно; не найдено ни одного явления или события в микромире, которое расходится с его количественными предсказаниями.
Наш жизненный опыт говорит, что тела могут иметь любую энергию, а все объекты — либо частицы, либо волны; третьего не дано. В мире квантовой механики это третье есть: объекты микромира ведут себя непостоянно и нелогично — они преображаются из частиц в волны и обратно. Кроме того, им разрешены только определенные энергетические состояния и запрещено иметь произвольную, любую энергию. И эти волшебные свойства — не вымысел, они все строго подтверждены всем опытом жизни и экспериментальной науки. Неопровержимая достоверность парадоксального результата…
Да, в квантовой механике все не так, но она — величайшее достижение XX века, опора новой, современной цивилизации, ее новое лицо и новые прорывы — от атомной энергии до высадки человека на Луну. Она породила изысканную, элегантную теорию — квантовую электродинамику, квантовую теорию полей и движущихся зарядов. Точность этой теории такая же, как если бы расстояние от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса измерялось с точностью до толщины человеческого волоса. И это не просто впечатляющий
