Александр Хоменков

ФРАГМЕНТЫ ИЗ КНИГИ

НАУКА ПРОТИВ МИФОВ

ТАЙНА ЖИВОЙ МАТЕРИИ

1. 2. 1. Нахождение границ ньютоновской механики

Как уже говорилось, ньютоновская механика была, хоть и искусственно-насильственным образом, но все же включена в систему механистического мировоззрения. Полагалось, что любое явление мира можно объяснить либо на основании законов Ньютона, либо, по крайней мере, на основании чего-то близкого к этим законам, чего-то связанного с описанием движения материальных объектов в пространстве нашего мира. Однако со временем выяснилось, что подобный механистический стиль мышления наталкивается на границы своей применимости.

Прежде всего, эта ограниченность проявилась при разработке теории электромагнитного поля. Когда физики стали работать в этой области, то для них «было естественно на первых порах считать и природу электромагнитного взаимодействия… тоже механическим… Такое представление было вполне закономерно и исторически неизбежно, так как наши органы чувств "не знают" никаких взаимодействий, кроме механических, которые давали бы ощущения усилия, силы» (Марков). И подобные механистические представления исследователи первоначально пытались распространить на явления электромагнетизма. В физической литературе конца XIX столетия можно встретить довольно оригинальные механистические модели электромагнитных явлений. «На каждом шагу вы находите здесь веревки, переброшенные через блоки, продетые сквозь небольшие кольца и носящие тяжести, трубки, из которых одни всасывают воду, другие набухают, стягиваются и растягиваются, зубчатые колеса, сцепленные между собой или с зубчатыми стержнями» (Дюгем).

Механистическая направленность мышления в этой области «привела к идее особой гипотетической среды, предполагаемой арене явлений электромагнитных – эфира. В течение многих десятилетий с большой настойчивостью физики работали над созданием теории механического эфира… стремились построить механическую модель электромагнитных явлений. Упорная неудача преследовала эти поиски… (В частности) все модели неизменно "отказывали в работе", как только переходили к исследованию электромагнитных явлений с точки зрения систем, двигающихся с различными скоростями. Наконец физики признали свое "поражение" в попытках построить механическую модель эфира. Это "поражение" было величайшей победой в более глубоком смысле. Ибо оказалось раскрытым существование принципиально новой реальности – электромагнитного поля» (Марков).

Прорыв физической мысли в этой области, кстати, по своей направленности совпал с тем, что совершил в свое время и в своей области Исаак Ньютон. И там и здесь механистическая наглядность была принесена в жертву математическому инструментарию, который, в конце концов, сам становился «источником фундаментальных понятий». Известный немецкий физик Генрих Герц (1857–1894), на вопрос, «что такое теория Максвелла» ответил: «я не сумел бы дать более краткого и определенного ответа, чем следующий: теория Максвелла есть система уравнений Максвелла».

В целом же электромагнитная теория, так же как и теория тяготения Ньютона, «не только выпадала из механической картины мира, но и бросала ей вызов». В то же время если механицизм все же сумел в свое время «подмять» под себя ньютонианство, то с электромагнетизмом этот номер уже не прошел. Попытки вписать электромагнитные явления в ту систему понятий, которая базировалась на механистической идеологии и использовала законы механики в виде своей «научной опоры» не принесли ожидаемых плодов. Альберт Эйнштейн (1879–1955) охарактеризовал эту ситуацию следующими словами:

«Галилей, Ньютон и их современники установили подлинные физические законы механики. Вплоть до конца XIX века физики были убеждены в том, что эти основные законы механики вообще должны составлять базис всей теоретической физики, т. е. что каждая физическая теория в конечном счете должна сводиться к механике… О том, что может возникнуть потребность в коренной перестройке фундамента всей физики, никто не думал. После исследований Фарадея и Максвелла постепенно стало ясно, что основы механики находятся в противоречии с электромагнитными явлениями… (Ученые) со временем стали все более отчетливо понимать, что сведение уравнений электромагнитного поля к уравнениям механики невозможно».

Осознание этого факта, как известно, потребовало значительных усилий. По словам Эйнштейна, «исходя из механических представлений, сначала пытались рассматривать поле как некоторое механическое состояние (движения или напряжения) гипотетической среды (эфира), заполняющей пространство. Но, поскольку, несмотря на настойчивые попытки, такая механическая трактовка не увенчалась успехом, постепенно привыкли рассматривать "электромагнитное поле" как последний, не сводимый ни к чему другому структурный элемент физической реальности» (Эйнштейн).

Весьма примечательно то, что после осознания этого факта последовал обратный процесс: «стремление к созданию единого фундамента всей физики заставило изменить подход к проблеме на прямо противоположный и сводить уравнения механики к электромагнитным явлениям» (Эйнштейн). Однако со временем стало ясно, что «и тот фундамент физики, который был построен с привлечением теории поля Фарадея-Максвелла, так же, как и основанная на нем механика, не может противостоять натиску новых экспериментальных данных» (Эйнштейн). Другими словами – оказалось, что механику Ньютона также невозможно свести к электродинамике, как и электродинамику к механике.

Далее в процесс разрушения механистического мировоззрения включилась теория относительности. По словам известного немецкого физика Макса Планка (1858–1947), «всякий, кто принимает механистическое мировоззрение в качестве постулата физического мышления, никогда не примирится с теорией относительности» (Планк). Ведь, согласно теории относительности, «объективный, т. е. не зависящий от измеряющего наблюдателя субстанциальный эфир вовсе не может существовать: иначе из двух наблюдателей, движущихся в пространстве относительно друг друга, только один имел бы право утверждать, что он находится в покое относительно эфира, в то время как, согласно теории относительности, оба наблюдателя пользуются одинаковыми правами» (Планк). Можно говорить о том, что «специальная теория относительности запрещает считать эфир состоящим из частиц, поведение которых можно наблюдать в пространстве и времени» (Цехмистро). Такие представления об эфире «не есть нечто, с необходимостью навязанное нам в таком виде природой, а, по выражению Планка, является "злосчастным порождением механической теории"» (Аронов, Шемянский). И изгнание этих представлений «освободило физику от пут механистического понимания мира как единственно возможного» (Аронов, Шемянский).

Впрочем, история понятия «эфир» вовсе не закончилась с утверждением аксиом релятивистской физики. «Эйнштейн в период создания теории относительности должен был говорить о пустом пространстве. Это была наиболее радикальная форма отрицания классического эфира. Но уже в последующие годы Эйнштейн указывал на невозможность пустоты и на необходимость допустить существование нового эфира, лишенного механических свойств» (Цехмистро). Согласно представлениям Эйнштейна, слово «эфир» по прежнему еще можно употреблять, но в несколько измененном смысле. В самом деле, это слово «изменяло свой смысл много раз в процессе развития науки. В данный момент оно уже не употребляется для обозначения среды, построенной из частиц. Его история, никоим образом не законченная, продолжается теорией относительности» (Эйнштейн, Инфельд). Но в рамках релятивистских представлений, речь должна уже идти не об эфире как «злосчастном порождении» механистического мировоззрения, а о чем-то принципиально новом, что, по словам Эйнштейна, является средой, которая лишена «всех механических и кинематических свойств, но в то же время определяющая механические (и электромагнитные процессы)». В таком понимании ущербность старого значения термина «эфир» связана с фундаментальным положением о том, что «все явления в природе можно объяснить с механистической точки зрения. Наука не имела успеха в последовательном проведении механистической программы, и сегодня ни один физик не верит в возможность ее выполнения» (Эйнштейн, Инфельд).

Аналогичным образом ситуация сложилась и в физике микромира, где механистические законы классической физики уступили место законам квантовой механики. Эта отрасль точного естествознания, по словам Эйнштейна, «в своих основах принципиально отличается от обеих программ», которые он ради краткости назвал «программами Ньютона и Максвелла» (Эйнштейн). В литературе, посвященной этой проблеме, пишется: «с точки зрения классической механики, атом, являющийся системой, состоящей из тяжелой положительно заряженной частицы и электронов, может находиться в равновесии только при условии, если электроны будут обращаться вокруг тяжелой частицы – ядра. Однако классическая электродинамика утверждает, что в таком случае электроны, двигаясь с ускорением, будут непрерывно излучать электромагнитные волны и, теряя вместе с тем свою энергию, должны постепенно приближаться к ядру. Таким образом, с точки зрения классических представлений атом должен быть крайне неустойчивым, а испускаемый атомом спектр электромагнитных волн непрерывным. Между тем опыт свидетельствовал о том, что атом – поразительно устойчив, а испускаемый им спектр является не непрерывным, а дискретным, состоящим из отдельных резких спектральных линий. Классическая теория стала, таким образом, в непримиримое противоречие с опытом» (Кузнецов). На пути устранения этого противоречия и была создана квантовая механика, логика которой кардинально отлична как от логики программы Ньютона, так и от логики программы Максвелла.

По словам Вернера Гейзенберга, Нильсу Бору, внесшему основополагающий вклад в развитие квантовой теории, «было ясно, что квантовые условия в известном смысле разрушают внутреннюю прочность ньютоновской механики» (Гейзенберг), еще недавно претендовавшей на универсальность. Ведь выдвинутые им постулаты атомной теории «порывали с основами классических представлений» (Кузнецов). Другие ученые также почувствовали, что привычная почва уходит у них из-под ног. Нобелевский лауреат Макс фон Лауэ писал о том, что квантовая механика явилась «не продолжением прежней физики, а переворотом в ней». Другой Нобелевский лауреат – Отто Штерн (1888–1969) – вспоминал, как «в 1913 году после выхода в свет первой работы Бора… заявил одному своему другу: "Если эта бессмыслица, которую только что опубликовал Бор, верна, то я больше не хочу быть физиком"».

Представления о «бессмыслице» возникли здесь, судя по всему, из-за невозможности согласовать законы квантовой механики с механистическими стереотипами мышления, которые, можно сказать, «вошли в плоть и кровь» естествоиспытателей. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг вспоминает, как однажды ожидал со своим коллегой лифт и во время ожидания «разговор зашел о молодом теоретике, подававшем надежды на старших курсах и затем исчезнувшем из вида. Я спросил Фила, что помешало бывшему студенту продолжать исследования. Фил грустно покачал головой и сказал: "Он попытался понять квантовую механику"». Здесь уместно вспомнить о том, что «у физиков бытует афоризм: "квантовую механику нельзя понять, к ней надо привыкнуть"» (Чайковский).

Аналогичные трудности возникали, кстати, и во времена становления электродинамики. Известный британский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) (1824–1907) в свое время писал:

«Изучая какой-нибудь предмет, я никогда не чувствую удовлетворения, покуда я не могу построить соответствующей механической модели. Когда я могу построить механическую модель, я понимаю; когда же я не в состоянии построить соответственную механическую модель, я не понимаю; и по этой причине я не понимаю электромагнитной теории света».

В этом непонимании явно ощущается «оглушенность» известного физика специфическим для его эпохи «воющим звуком механицизма». И если даже такой незаурядный ум, каким являлся Кельвин не смог избежать этой участи, то что тогда говорить об остальной массе ученых и философов.

Итак, еще в конце XIX столетия физика начала предоставлять свидетельства о несостоятельности механистического мировоззрения. Многие выдающиеся ученые пришли к выводу, что подобное механистическое объяснение явлений «есть химера» (Дюгем). Действительно, «бурное развитие теории теплоты, учения об электричестве и магнетизме обнажили трудности, встающие перед механицизмом, возродив склонность, имевшуюся уже у Галилея, к чисто описательной трактовке природы» (Печенкин).

Но по настоящему эта тенденция обрела права на свое существование лишь в ХХ столетии: «мало-помалу представители науки приходят к той мысли, что механи(ци)зм не составляет основы явлений, а есть лишь познавательный прием, с помощью которого они могут быть кратко описаны и обобщены. Что всякая наука есть описание, а не объяснение» (Пирсон).

Под «объяснением» здесь подразумевается возможность сведения всего многообразия природных явлений к более простым и элементарным закономерностям, в идеале – к какой-либо механической модели.