Что день грядущий…
Беспредельные возможности науки» — эти крылатые словечки беззаботно порхают по страницам романов и газетных статей.
Да, в некотором смысле наука беспредельна. Здание науки находится в состоянии непрерывного строительства. Входят в строй и подводятся под общую крышу отдельные секции. Но никто не возьмется назвать срок окончания всего строительства. Вот в таком смысле наука действительно беспредельна.
Но это совсем не означает, что наука способна переварить любую комбинацию фактов. И из сказанного ни в малейшей степени не следует, что научное здание находится в состоянии перестройки и что инженеры, строящие это здание, по первому возгласу любого дилетанта готовы сломать любой из возведенных корпусов и на его месте воздвигать новый. А именно так, к сожалению, думают многие. И таких людей нисколько не смущает утверждение любой рениксы.
— Подумаешь! — рассуждают они. — Пройдут десятилетия, и наука доберется до понимания сегодняшних тайн.
Или:
— Противоречия с современным уровнем знания?! Что за печаль! На то вы и ученые с широким кругозором. Ломайте ваше здание, чего его жалеть, стройте новое.
Разумеется, им не жалко, не они строили.
А вот ученым действительно жалко. И не только на перестройку, даже на замену одного треснувшего кирпича исследователи идут с превеликой осторожностью. И пойдут лишь тогда, когда будет достаточно неоспоримых фактов, свидетельствующих о необходимости такой замены.
Что же касается полной перестройки, то пока в ней нужды нет. И нет опасности, что за сколько-нибудь фундаментальную реконструкцию придется взяться когда бы то ни было впредь!
— Как так! — воскликнет иной читатель научно-популярной литературы. — Что это за консерватизм! Как это не придется перестраивать, когда наука только и делает, что перестраивается! Вы что? Забыли про теорию относительности, про квантовую механику?
Нет, не забыл. А, напротив, остановлюсь сейчас на этих вещах подробней. Моей целью будет показать, что наука развивается поступательно, что предыдущие ее завоевания не отменяются последующими, что новые приобретения науки относятся к новым условиям, с которыми не сталкивалась «старая» наука.
Лучше всего познакомимся с этой важной особенностью науки на примере механики.
Совсем-совсем давно великий Исаак Ньютон сформулировал свои законы механики. Записанные по-латыни крупным шрифтом, они украшали сумрачную физическую большую аудиторию старого Московского университета на Моховой улице, где я учился. Они напоминали о вечности и незыблемости науки, о великих ее свершениях, о ее могуществе — способности предвидеть события, предвычислять траектории комет. Они были флагом, знаменем, символом того отряда человечества, к которому мне хотелось принадлежать.
Сотни, тысячи задач решались с помощью этих законов. Достаточно задать систему тел, силы, которые действуют на эти тела, их направление и изменение во время движения, и вы будете знать про Движение этих тел все. Вот, скажем, данное тело: направится ли оно вправо или влево, ускорится или замедлится, в какой момент доберется вот до этого места и в каком направлении продолжит отсюда свое путешествие.
Правда, десятки страниц, исписанных формулами, должны лечь на стол одна за другой, но ответ будет найден — ответ на все вопросы, которые вам только захочется поставить. Не верите? Пожалуйста, проверяйте. Расхождения с опытом не будет. А будет предсказано движение во всех деталях.
Первое предсказание такого рода и его триумф хорошо известны. (Я сейчас представляю себе, как поморщится мой редактор. «Бог мой! — воскликнет он. — Опять пример с Леверье, описанный во всех книгах и даже в другой книге того же автора».)
Хорошо, деталей не будет. Но все же, дорогой читатель, знайте и помните. С помощью законов механики Ньютона было рассчитано, в какое время и в каком месте должна находиться неизвестная до тех пор планета, и потом (чувствуете — потом!) планета была обнаружена именно там и именно тогда, где и когда это предписали законы Ньютона.
Бесчисленным является количество задач, решенных при помощи законов Ньютона.
Бесчисленным является число механизмов и машин, которые построены и успешно действуют на основе этих законов.
Да, ускорение тела строго пропорционально действующей на него сумме сил. Да, силы в природе встречаются только равными и противоположно направленными парами. Да, тело, предоставленное самому себе, будет двигаться прямолинейно и равномерно, и только вмешательство сил может вывести его из этого состояния.
Нет числа примерам из других областей наук, которые строго логическим рассуждением выводятся из этих законов.
Механика Ньютона — величайшее завоевание человеческой мысли — вечна и непоколебима.
Почему не может быть такого положения дела, чтобы механика Ньютона оказалась неверной? Я ответил на это несколькими страницами раньше. Потому что она есть не что иное, как обобщение человеческого опыта.
— А как же?..
— Да, да! Все знаю, одну минутку.
Общий закон природы, которым пользуются естествоиспытатели, сервируется всегда под некоторым соусом Сущность закона останется неизменной, но его обрамление, толкование, подача читателю меняются с каждым десятилетием. И ньютоновская механика, которую преподают сегодня в вузе, мало похожа на механику, созданную самим Ньютоном.
В чем же неизменная сущность закона?
Она состоит в тех правилах, которые являются руководством для решения задач. Она состоит в описании и предсказании явлений, которые должны произойти в таких-то и таких-то условиях. Она состоит в указании процедур измерений некоторых величин и в описании тех графиков, которые получатся, если некий игрек откладывать в функции икса.
А обрамление?
Оно содержит ряд определений, с помощью которых сокращается разговор и предмет делается более наглядным. Скажем, траектория — это кривая, по которой движется тело. Кроме определений, имеются некоторые утверждения о свойствах пространства и времени, далеко не всегда имеющих прямое отношение к делу, и из которых не всегда понятно, что хотел сказать автор теории или ее комментатор.
Так что в обрамление входят всяческие слова и фразы, не имеющие отражения в опытных процедурах.
Отделение сущности от фестончиков далеко не всегда является простой задачей.
После смерти Ньютона прошло много времени. Родилась электродинамика. Было доказано, что световые волны являются электромагнитным излучением. Измерение скорости света стало интересной задачей, служащей для проверки электромагнитной теории света. Майкельсон ставит свои знаменитые опыты по измерению скорости света и обнаруживает неприятную деталь, нарушающую безупречность теории: скорость света в направлении движения Земли и в направлении, перпендикулярном движению Земли, оказывается одинаковой.
Это не укладывалось в существующие представления. Большинство ученых думало, что пространство заполнено некоторым неподвижным эфиром (пространство ведь абсолютно, так сказано у Ньютона), а земной шар движется по отношению к эфиру. Если так, то Земля как бы догоняет луч света, посланный по движению, и убегает от луча, посланного «назад». Ясно, что такой эффект должен сказаться на скорости светового луча. А он не сказывается. Неприятность? Темное пятнышко? Или, как было сказано одним крупнейшим физиком того времени, облачко, омрачающее синее небо науки конца XIX века?
Да! Это нетерпимо, как зубная боль. И много лучших умов искало выхода из противоречия. Решение пришло в 1905 году. Так родилась теория относительности Альберта Эйнштейна — гения, равного Ньютону.
Вот здесь-то и понадобилось очистить орех от скорлупы. Признание абсолютности пространства и времени — это обрамление закона Ньютона. А сущность закона совсем не здесь, а в соотношениях между силой и ускорением, в утверждении независимости массы тела от скорости движения. Эти положения не могут быть опровергнуты; они есть обобщение человеческого опыта.
Но опыт касался тел, движущихся со скоростями, несравненно меньшими, чем скорость света. Значит, теперь мы вправе вносить в законы Ньютона любые поправки, но с одним непременным условием: при малых значениях отношения v/с — скорости тела к скорости света — новая теория должна оставить законы Ньютона в целости и сохранности. Иными словами, новая теория должна быть неким обобщением, из которого прежняя теория (незыблемое завоевание науки!) должна вытекать как частный случай.
Откинув утверждение Ньютона об абсолютности времени, объявив независимость скорости света от системы координат, в которой ведется наблюдение, законом природы, Эйнштейн формулирует теорию относительности, которая решает сразу много задач.
