Владимир Лавриненко - Философия

Вскоре ее вытеснила модель, хотя и противоречившая привычным представлениям физиков, однако соответствовавшая новым экспериментальным данным. Это – планетарная модель Э. Резерфорда (1871—1937). Эксперименты, о которых идет речь, были поставлены в связи с другим принципиально важным открытием – открытием в конце XIX в. явления радиоактивности. Само это явление также свидетельствовало о сложной внутренней структуре атомов химических элементов. Резерфорд применил бомбардировку мишеней, сделанных из фольги разных металлов, потоком ионизированных атомов гелия. В результате выяснилось, что атом имеет размер 10 в -8 степени см, а тяжелая масса, несущая положительный заряд, всего лишь 10 в степени 12 см.

Итак, в 1911 г. Резерфорд открыл атомное ядро. В 1919 г. он подверг бомбардировке альфа-частицами азот и открыл новую внутриатомную частицу, ядро атома водорода, которую он назвал «протоном». Физика вступила в новый мир – мир атомных частиц, процессов, отношений. И сразу же обнаружилось, что законы этого мира существенно отличаются от законов привычного нам макромира. Для того чтобы построить модель атома водорода, пришлось создавать новую физическую теорию – квантовую механику. Отметим, что за короткий исторический срок физики обнаружили большое количество микрочастиц. К 1974 г. их стало чуть ли не вдвое больше, чем химических элементов в периодической системе Менделеева.

В поисках основ классификации такого большого количества микрочастиц физики обратились к гипотезе, согласно которой многообразие микрочастиц может быть объяснено, если предположить существование новых, субъядерных частиц, различные комбинации которых выступают как известные микрочастицы. Это была гипотеза о существовании кварков. Ее высказали почти одновременно и независимо друг от друга в 1963 г. физики-теоретики М. Гелл-Ман и Г. Цвейг.

Одна из необычных особенностей кварков должна состоять в том, что у них будет дробный (если сравнивать с электроном и протоном) электрический заряд: или -1/3 или +2/3. Положительный заряд протона и нулевой заряд нейтрона легко объяснимы кварковым составом этих частиц. Правда, следует заметить, что физикам не удалось ни в эксперименте, ни в наблюдениях (в частности, и в астрономических) обнаружить отдельные кварки. Пришлось разрабатывать теорию, объясняющую, почему сейчас существование кварков вне адронов невозможно.

Другим фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира, стало создание теории относительности. В 1905 г. молодой и никому не известный физик-теоретик Альберт Эйнштейн (1879—1955) опубликовал в специальном физическом журнале статью под неброским заголовком «К электродинамике движущихся тел». В этой статье была изложена так называемая частная теория относительности. По существу, это было новое представление о пространстве и времени, и соответственно ему была разработана новая механика. Старая, классическая физика вполне соответствовала практике, имевшей дело с макротелами, движущимися с не очень-то большими скоростями. И только исследования электромагнитных волн, полей и связанных с ними других видов материи заставили по-новому взглянуть на законы классической механики.

Опыты Майкельсона и теоретические работы Лоренца послужили базой для нового видения мира физических явлений. Это касается в первую очередь пространства и времени, фундаментальных понятий, определяющих построение всей картины мира. Эйнштейн показал, что введенные Ньютоном абстракции абсолютного пространства и абсолютного времени должны быть оставлены и заменены другими. Прежде всего отметим, что характеристики пространства и времени будут по-разному выступать в системах неподвижных и движущихся относительно друг друга.

Так, если измерить на Земле ракету и установить, что ее длина составляет, к примеру, 40 метров, а затем с Земли определить размер той же ракеты, но движущейся с большой скоростью относительно Земли, то окажется, что результат будет меньше 40 метров. А если измерить время, текущее на Земле и на ракете, то окажется, что показания часов будут разными. На движущейся с большой скоростью ракете время, по отношению к земному, будет протекать медленнее, и тем медленнее, чем выше скорость ракеты, чем больше она будет приближаться к скорости света. Отсюда следуют некоторые отношения, которые с нашей обычной практической точки зрения являются парадоксальными.

Таков так называемый парадокс близнецов. Представим себе братьев-близнецов, один из которых становится космонавтом и отправляется в длительное космическое путешествие, другой остается на Земле. Проходит время. Космический корабль возвращается. И между братьями происходит примерно такая беседа: «Здравствуй, – говорит остававшийся на Земле, – рад тебя видеть, но почему ты почти совсем не изменился, почему ты такой молодой, ведь с того момента, когда ты улетал, прошло тридцать лет». «Здравствуй, – отвечает космонавт, – и я рад тебя видеть, но почему ты так постарел, ведь я летал всего пять лет». Итак, по земным часам прошло тридцать лет, а по часам космонавтов только пять. Значит, время не течет одинаково во всей Вселенной, его изменения зависят от взаимодействия движущихся систем. Это один из главных выводов теории относительности.

Немецкий математик Г. Минковский, анализируя теорию относительности, пришел к выводу, что следует вообще отказаться от представления о пространстве и времени как отдельно друг от друга существующих характеристиках мира. На самом деле, утверждал Минковский, есть единая форма существования материальных объектов, внутри которой пространство и время не могут быть выделены, обособлены. Поэтому нужно понятие, которое выражает это единство. Но когда дело дошло до того, чтобы обозначить это понятие словом, то нового слова не нашлось, и тогда из старых слов образовали новое: «пространство-время».

Итак, надо привыкать к тому, что реальные физические процессы происходят в едином пространстве-времени. А само оно, это пространство-время, выступает как единое четырехмерное многообразие; три координаты, характеризующие пространство, и одна координата, характеризующая время, не могут быть отделены друг от друга. А в целом свойства пространства и времени определяются совокупными воздействиями одних событий на другие. Анализ теории относительности потребовал уточнения одного из важнейших философских и физических принципов – принципа причинности.

К тому же теория относительности встретилась с существенными трудностями при рассмотрении явления тяготения. Это явление не поддавалось объяснению. Потребовалась большая работа, чтобы преодолеть теоретические трудности. К 1916 г. А. Эйнштейн разработал «Общую теорию относительности!. Эта теория предусматривает более сложную структуру пространства-времени, которая оказывается зависимой от распределения и движения материальных масс. Общая теория относительности стала той основой, на которой в дальнейшем, стали строить модели нашей Вселенной. Но об этом позже.