Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

• Название: Тайны пространства и времени
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Вече
• Жанр: Философия
• Год: 2000
• ISBN: 5-7838-0711-7

Известный ученый и публицист В.Н. Комаров в своей книге размышляет над тайнами пространства и времени – самыми загадочными в ряду тайн мироздания.

---

Становление новой неклассической физики не могло не сказаться и на формировании соответствующего ей неклассического стиля научного мышления.

Революция в астрономии

В середине XX столетия революция произошла и в современной астрономии. Хотя она и носила локальный характер, тем не менее внесла достаточно существенные коррективы в сложившиеся к тому времени взгляды на мир.

До того Вселенная представлялась стационарной, то есть считалось, что она изменяется с течением времени плавно и постепенно. Однако в дальнейшем был обнаружен целый ряд «нестационарных» космических объектов, в которых за короткие, по астрономическим масштабам, промежутки времени происходили качественные изменения, сопровождающиеся выделением колоссальных количеств энергии. К числу подобных объектов относились, например, квазары (о которых подробнее мы поговорим позже), а также некоторые галактики. Вообще выяснилось, что нестационарные явления происходят буквально на всех уровнях существования материи во Вселенной. У астрофизиков даже вошел в обиход термин «взрывающаяся Вселенная».

Известный астрофизик академик В.А. Амбарцумян предположил, что их природа связана с какими-то еще неизвестными нам физическими процессами и еще не открытыми современной наукой законами физики.

В результате сложилось отчетливое представление о том, что Вселенная – это грандиозная физическая лаборатория, в которой мы можем наблюдать такие явления, которые не можем воспроизвести и исследовать в земных лабораториях.

Как и другие революции в науке, революция в современной астрономии связана не только с обнаружением новых, неизвестных ранее фактов, но и с рядом новых методологических проблем. В частности, сложились два принципиально противоположных подхода к пониманию сущности эволюционных процессов, протекающих во Вселенной.

Один из них получил название «классического». Его сторонники считают, что звезды и галактики образуются в результате конденсации холодного газа. Согласно концепции, разработанной В.А. Амбарцумяном и учеными Бюраканской обсерватории, расположенной под Ереваном, звезды и галактики образуются в результате распада – быть может, взрывного распада, очень плотных «дозвездных тел».

Расходятся последователи упомянутых концепций и в способах исследования. «Классики» придерживаются метода построения теоретических моделей. Любое предположение они стараются облечь в математическую форму и с помощью введения вспомогательных «подгоночных» параметров получить желаемый результат – согласовать модель с фактами.

Академик же Амбарцумян считал, что к построению математической теории можно приступать только при наличии достаточного количества фактов.

Постнеклассическая наука

Как мы уже отмечали, основу неклассической науки составили такие фундаментальные физические теории как специальная и общая теории относительности и квантовая механика. Неклассическая наука определяла характер естествознания вплоть до 70-х годов XX столетия. Но затем, в результате использования в естествознании компьютерных технологий, подход к изучению тех или иных проблем изменился. Если раньше исследование природы развивалось по отдельным, в значительной мере обособленным направлениям, то для современного естествознания стал характерным комплексный подход к исследованию различных, часто разнородных, на первый взгляд, явлений.

Еще Эйнштейн пытался создать единую теорию, которая объединила бы электромагнитные явления и гравитацию. Однако ему не были тогда известны сильные (ядерные) и слабые (с участием нейтрино) взаимодействия. К тому же он принципиально отвергал квантовую механику. Поэтому в то время его попытки к успеху не привели.

Однако в истории науки нередко складываются парадоксальные ситуации. К их числу можно отнести и создание квантовой теории поля, которая представляет собой синтез отвергавшейся Эйнштейном квантовой механики и разработанной тем же Эйнштейном специальной теории относительности. В свою очередь, на основе этой теории была построена квантовая электродинамика, описывающая взаимодействие между электронами и фотонами и с очень большой степенью точности подтвержденная многочисленными экспериментами. Оказалось, что электромагнитные взаимодействия заряженных частиц обусловлены тем, что эти частицы обмениваются фотонами.

Затем аналогичная теория была создана и для сильных взаимодействий – квантовая хромодинамика. В основе этой теории лежит представление о том, что составные части атомных ядер – нуклоны состоят из особых элементарных частиц, обладающих дробными электрическими зарядами – кварков. В настоящее время считается, что в природе существуют кварки нескольких различных типов или «ароматов», и для каждого кварка имеется соответствующий антикварк. Что же касается взаимодействия кварков в нуклонах, то квантовая хромодинамика объясняет его обменом особыми безмассовыми частицами – глюонами.

Развитие квантовой хромодинамики позволило значительно расширить существовавшие ранее представления о глубинных свойствах материи и приступить к созданию единой теории, объединяющей все известные элементарные частицы. Суть ее состоит в том, что основные физические взаимодействия – слабое, электромагнитное, сильное и гравитационное – проявляются как разные только при сравнительно небольших энергиях, а при достаточно высоких энергиях они сливаются, объединяются.

Вообще для современной теоретической физики характерно стремление к обобщениям – к тому, чтобы обнаружить скрытое сходство в, казалось бы, разнородных явлениях.

В расширяющейся Вселенной

Конец XX столетия ознаменовался весьма важными открытиями и теоретическими разработками в области астрономии и астрофизики.

Как известно, мы живем в расширяющейся Вселенной. Все окружающие нас скопления галактик взаимно удаляются. Впервые на это обстоятельство указал ленинградский математик А. Фридман, обнаруживший в уравнениях ОТО нестационарное решение, не замеченное Эйнштейном. В дальнейшем этот теоретический вывод был подтвержден открытием так называемого красного смещения в излучении галактик, которое свидетельствовало об удалении этих источников излучения.

Еще спустя некоторое время была разработана теория «горячей расширяющейся Вселенной», согласно которой она образовалась в результате «Большого взрыва» первоначального необычайно плотного сгустка космического вещества – своеобразного «первоатома». Эта теория долгое время считалась общепринятой, но затем обнаружился ряд обстоятельств, которые она объяснить не смогла.

Тогда возникла еще одна, как бы «дополнительная» теория, относящаяся к самому начальному этапу формирования Вселенной и способная преодолеть возникшие трудности. Более подробно мы познакомимся с этой теорией несколько позже, поскольку она имеет непосредственное отношение к распределению материи в пространстве мироздания.

И даже самый интригующий вопрос: что заставило материю нашей Вселенной формироваться именно в звездные системы – галактики? – не считается в наши дни бесперспективным.

Таковы главные события, характеризующие постнеклассический этап развития физики и астрофизики в XX столетии. Вполне естественно, что они внесли немало нового и в научную картину мира и в соответствующий этой картине стиль научного мышления.

«Знание о незнании»

В последние годы в произведениях научно-популярной, научно-художественной и научно-фантастической литературы часто встречаются такие слова как «загадка», «тайна», «неизвестное», «неведомое» и им подобные. И это не случайно. Дело не только в том, чтобы привлечь внимание читателей к этим книгам. А в том, что по существу процесс научного исследования представляет собой не что иное, как своеобразный увлекательный детектив, цель которого – раскрытие тайн природы.

Такая цель не может не увлекать и тех людей, которые непосредственно участвуют в научных исследованиях, и тех, кто интересуется достижениями и проблемами современной науки.

Способность познавать окружающий мир, раскрывать причины явлений и закономерные связи и зависимости между ними – одна их удивительнейших способностей человека! Благодаря ей он открыл фундаментальные законы мироздания, проник в целый ряд сокровенных тайн строения материи, в загадочные глубины микромира. Полученные знания помогли людям буквально из земли, воды и воздуха создать впечатляющий мир техники – машины, станки, самолеты, космические ракеты, межпланетные корабли, орбитальные станции… Приступив к успешному освоению космоса, человечество превратилось в космическую цивилизацию!