Коллектив авторов - Новая история стран Европы и Америки XVI–XIX века. Часть 1

Квантовая теория преодолевала, таким образом, уверенность в обязательной наглядности, очевидности, строгой логичности изучаемых явлений. Мир элементарных частиц казался скорее виртуальным, призрачным, нежели реальным. Любая попытка дать исчерпывающее объяснение его законов неизбежно приводила к противоречию, а описание взаимодействия элементарных частиц могло быть составлено лишь на основе вероятностных принципов. В результате создание теории квантовой механики значительно ускорило формирование неклассической общенаучной методологии. Базовые постулаты квантовой физики (в первую очередь сформулированные Н. Бором принципы дополнительности и соответствия) приобрели философское значение.

В обобщенном виде принцип дополнительности гласил, что любое сложное явление может быть полно описано лишь при применении не менее чем двух взаимоисключающих понятий. Такие понятия отражают сущностные свойства изучаемого явления, хотя и являются антиподами по отношению друг другу (например, функция и структура, волна и корпускула и т. п.). Таким образом, принцип дополнительности обосновывал необходимость синтеза различных характеристик сложных явлений, а также самих методов научного познания.

Принцип соответствия рассматривал ту же проблему в ином ракурсе – каждая новая научная теория может быть признана истинной только в том случае, если она не противоречит достоверно установленным предыдущим теориям. Исходя из этого принципа, научное познание основывалось не только на синтезе методов, но и на преемственном накоплении «достоверных» знаний. Подобная установка преодолевала дисциплинарные традиции позитивизма, но сохраняла позитивистскую трактовку сущности научного знания – как комплекса точно установленной, «зафиксированной» информации.

Реализация принципов дополнительности и соответствия в построении научной картины мира наталкивалась на противоречие между классическими и неклассическими закономерностями. Эта проблема решалась квантовой физикой на основе вероятностного принципа. Любой постулат должен был изначально формулироваться с помощью принципов классической механики. Если из него следовали многообразные и даже противоречащие друг другу выводы, то итоговая характеристика движения определялась как наиболее вероятностное состояние. Таким образом, неклассические закономерности рассматривались как предельные, особые проявления классических.

Иной вариант анализа сложных явлений мира был разработан в теории релятивисткой механики (лат. «relativus» – «относительный»). Первые шаги к формированию теории относительности были предприняты еще в конце XIX в. Польский физик Мариан Смолуховский (1872–1917) выдвинул идею флуктуаций, т. е. временных колебаний термодинамических систем, делающих явления обратимости и необратимости относительными, зависимыми от времени и условий наблюдений. Американский ученый Джозайя Гиббс (1839–1903) рассматривал релятивистскую механику как «теорию ансамблей», т. е. мысленную совокупность систем, не находящихся в строго определенном взаимодействии. Свойства такого «ансамбля» оказывались относительны в зависимости от произвольного набора сосуществующих компонентов. Проблемам релятивисткой динамики были посвящены многие работы М. Планка. В окончательном виде принципы релятивистской механики были сформулированы А. Эйнштейном (в 1905 г. как специальная, а в 1916 г. – как общая теория относительности).

Специальная теория относительности исходила из двух классических постулатов: во-первых, в любых инерциальных, т. е. движущихся прямолинейно и без ускорения, системах все физические процессы протекают одинаково, во-вторых, скорость света в вакууме не зависит от движения источника или наблюдателя, т. е. она предельна и одинакова во всех инерциальных системах. Однако было отвергнуто фундаментальное допущение ньютоновской физики – представление об абсолютной одновременности событий, т. е. абсолютной природе времени и пространства. Эйнштейн был убежден, что ускоренное движение наблюдаемой системы, равно как и самого наблюдателя вносит существенные коррективы в восприятие времени, длины и массы тел. События, синхронные с точки зрения одного наблюдателя, не являются одновременными для второго наблюдателя, движущегося относительно первого. Следовательно, само понятие одновременности является лишь относительным. Длина одного и того же объекта с точки зрения движущегося и неподвижного наблюдателей также будет различной. Масса объекта является относительной величиной, поскольку с точки зрения ускоренного движения представляет собой меру инерционности, а значит возрастает по мере увеличения скорости.

Все эти относительные закономерности можно обнаружить при приближении к скорости света. На малых скоростях релятивисткая механика переходит в классическую и вполне согласуется с постулатами «ньютоновской картины мира». Таким образом, идеи Эйнштейна отнюдь не «отменяли» основы классической физики. Но они закрепляли совершенно новое представление о единстве пространства и времени. Пространство перестало восприниматься как «кладовая» для материи, а евклидова геометрия приобрела своего рода новую ось координат – четвертую, временную.

Исходя из специальной теории относительности, Эйнштейн сформулировал закон пропорциональности массы и энергии. По его мнению, на микроуровне проявляется прямая зависимость массы составляющих атом частей и энергии, необходимой для их удержания. Атомная энергия, таким образом, представляет собой массу ядра атома, перешедшую в энергетическое состояние. Это открытие объединило законы сохранения массы и энергии, рассматривавшиеся раньше автономно, и стало основой для развития ядерной физики.

Еще более важные следствия имела разработка общей теории относительности, которая распространялась на системы с произвольным, а не прямолинейным движением. Еще в 1911 г. Эйнштейн высказал гипотезу о том, что свет обладает инерцией и должен испытывать гравитационное воздействие. Таким образом, световые лучи, испускаемые звездами и проходящие вблизи Солнца, должны изгибаться у его поверхности. Значит, само пространство является неоднородным, и его геометрическая структура зависит от распределения масс, от вещества и поля. Эта гипотеза, подтвержденная астрономическими наблюдениями, на новом уровне обосновывала понятие неэвклидовой геометрии об «искривленном пространстве», точнее изменении геометрических свойств четырехмерного «пространства-времени» вокруг тел, образующих гравитационное поле.

Теория относительности дала толчок для формирования смежной научной отрасли – астрофизики. Сам Эйнштейн попрежнему считал Вселенную конечной и стационарной. Однако он рассматривал эти характеристики не в качестве пространственных, а отражающих наличие во Вселенной конечного количества материальных объектов. В начале 1920-х гг. советский физик А.А. Фридман (1888–1925) выдвинул гипотезу о расширяющейся Вселенной – едином пространственно-временном континууме с изменяющимся во времени радиусом кривизны. Использование новейшей оптической техники и достижений физико-математической теории позволило перейти к изучению энергетических свойств небесных светил. Американскими астрономами в начале XX в. была разработана классификация спектральных типов звезд и доказана эволюционная преемственность в развитии звездных систем. Было также установлено, что расстояния между галактиками постепенно увеличивается, то есть Вселенная расширяется как в евклидовом, так и неевклидовом пространстве. Стало возможным теоретически вычислить «возраст» Вселенной с некоего момента ее создания (примерно 13 млрд лет). Окончательно версия о расширяющейся нестационарной Вселенной была закреплена в середине XX в. в теории «большого взрыва» Г.А. Гамова (1904–1968).