Вардан Торосян - Концепции современного естествознания

Еще в начале века, когда А. Эйнштейна спросили, в чем различие между временем и вечностью, он ответил: «чтобы это объяснить, потребуется целая вечность!» Прошло почти целое столетие, но до сих пор непросто представить себе предсказанные теорией относительности искривление и сокращение пространства – времени, знаменитый парадокс близнецов, возможность бесконечной, но ограниченной вселенной, расширяющейся вселенной (а теперь еще и раздувающейся и пульсирующей). Не менее необычны результаты квантовой механики (обо всем этом подробнее речь пойдет в разделе III).

В современном естествознании совершенно новые черты приобретает проблема соотношения субъекта и объекта исследования: выявляется не только их органичное единство на всех стадиях исследования (начиная с выбора и выделения объекта до интерпретации результатов), но и то, что субъект, по существу, конструирует объект. Более того, анализируя эту особенность естествознания, мы видим, что, по существу, так происходит в любой предметной области, в самых различных науках.

Естествознание имеет дело – как на теоретическом, так и экспериментальном уровне с объектами исключительно сложными, почти недоступными исследованию. Так, к числу наиболее экзотических и загадочных объектов современной науки относятся «черные дыры» – космические тела столь высокой массы, что их поле тяготения не выпускает ни световое, ни радио-, никакое излучение – а ведь только они могут доставлять информацию. В последнее время появились убедительные свидетельства, что «черные дыры» – не только объекты теории (предсказанные еще Лапласом), но реально существующие тела. Исключительный интерес представляют сверхплотные состояния, предшествующие «Большому взрыву» (Big Bang) расширяющейся вселенной, однако о них мы можем судить только по теоретическим экстраполяциям (перенесению теоретических выводов на прошлое), обнаруживающим свои пределы применимости задолго до приближения к «нуль – точке» или по косвенным наблюдательным свидетельствам реликтовому излучению, доходящему от источников, давно уже прекративших свое существование, как вестник из далекого прошлого.

Неслучайно огромную известность приобрела книга нобелевского лауреата С. Вайнберга «Первые три минуты» (после взрыва). Не менее характерно, что когда Дж. Гамова (1904–1968), одного из авторов «расширяющейся вселенной», спросили, а что же было до большого взрыва, он напомнил ответ Св. Августина на вопрос, чем же занимался Бог до шести дней творения – готовил ад для тех, кто осмелится задать такой вопрос. Современная наука все более задается такими адскими вопросами, и именно поиски ответов на них составляют ее прогресс. Так, в своей нобелевской речи биолог Ф. Крик, открывший структуру РНК и ДНК – молекул генетического кода, сообщил, что этого успеха он достиг потому, что еще в ранней молодости отделил вопрос об их структуре от вопроса, почему она именно такая. Читатель догадался, что такой вопрос задали уже ученики Ф. Крика!

Современное естествознание имеет дело с ветвящимися мирами, гиперскоростями, исчезающе малыми величинами, виртуальными частицами. Хотя наука ориентирована на предметное и объективное исследование реальности (включая в это исследование объекты, которые могут стать предметом практического освоения только в будущем), в ней приходится иметь дело с объектами, не сводимыми к наглядным предметам обыденного опыта.

Целый ряд объектов исследования естественных наук является теоретическими конструктами, не имеющими реальных прототипов и даже аналогов. Подобная ситуация издавна знакома естествознанию, но при введении, скажем, понятий идеального газа, абсолютно упругого удара или абсолютно черного тела предполагалось, что, хотя таковых не существует в природе, но эти идеализации отталкиваются от реальных аналогов, идеализируя, выделяя те или иные их особенности для разностороннего исследования. В эпоху классического естествознания ученый был убежден в реальном существовании теплорода, флогистона, эфира, хотя и сознавал, что, скажем, теплород не обязательно должен быть жидкостью с приписываемыми ей свойствами, обеспечивающими перенос тепла. Именно поэтому буквально трагедией оказался для ученых классической формации вывод опыта Майкелсона-Морли (1881 г.) о том, что эфир попросту не существует (после того, как он прослужил в течение нескольких веков в качестве исключительно полезного теоретического конструкта).

Даже после поучительных уроков, связанных с крахом механико-математических представлений, ученые, приученные к соответствующему стилю мышления, продолжали стремиться к наглядным моделям (так, яркий пример – планетарная модель атома Резерфорда, сменившаяся затем моделью Зоммерфельда – Бора, где электроны, вращаясь по орбитам вокруг ядра, могли уже перескакивать с одной орбиты на другую, испуская или поглощая квант энергии). Признания же, что они вовсе не вращаются по орбитам, а лишь меняют свой энергетический уровень, и по сей день не встретить в учебниках физики (во всяком случае, школьных). Опять же к этому надо относиться с пониманием, оправдывая естественностью стремления к наглядности. Но что сказать о виртуальных частицах, появившихся в физике уже в первой половине века (задолго до модной сейчас виртуальной реальности) – вопрос о реальности или нереальности их существования покажется современному физику столь же неуместным и невежественным, как пресловутый вопрос о конях спереди или сзади локомотива. Получается так, что сам вопрос о реальности шаг за шагом сменяется, замещается вопросом о допустимости или недопустимости тех или иных конструктов в той или иной теории.

Особенности объектов естественнонаучных теорий делают недостаточными те средства, которые применяются в обыденном познании. Прежде всего сказанное относится к языку науки, все более специализирующемуся по мере ее развития. Становится неизбежным особый понятийный аппарат, включающий такие понятия, как «странность» или «очарование» – со строгим научным статусом и вполне конкретным содержанием, в них вкладываемым. Наряду со специализированным языком естествознание все более нуждается в развитии особых средств и методов исследования, как теоретических, так и экспериментальных. Развитие естественных наук неоднократно приводило к созданию специального математического аппарата (логарифмы в эпоху Кеплера, дифференциальное и интегральное исчисление у Декарта и Лейбница, тензорный анализ – новый раздел математики, который потребовался Эйнштейну для создания общей теории относительности и был создан по его просьбе коллегой – математиком).

Специфика современного наблюдательного и экспериментального естествознания связана прежде всего с быстрыми изменениями исследуемых состояний, недоступностью объектов, неоднозначностью в интерпретации опытных результатов, их теоретической нагруженностью (то есть зависимостью от теории, на основе которой ставится опыт). Эти проблемы решаются также по-разному. Хорошо известен пример Архимеда, который смог установить наличие примесей в золотой короне (которую, конечно, нельзя было распиливать) гениально просто – по объему вытесненной жидкости. Вопреки легенде о ядрах, бросаемых Галилеем с пизанской башни, он в этом не нуждался (да и ничего бы это ему не дало, при том уровне измерительной техники). Сыграв в остроумную игру с природой, он судил об ускорении по количеству жидкости, вытекающей по желобам при различном наклоне (см. гл. 6). По крайней мере к XVII в. относятся свидетельства о создании на Земле такой «приборной ситуации», в которой для измерения скорости света (Олаф Рёмер) использовалось другое небесное тело (спутник Юпитера), отражавшее свет.