Новая занимательная астрономия

Но в конце концов новое знание все же торжествует. Как известно, на смену системе Аристотеля — Птолемея пришло учение Коперника. С прежним заблуждением — геоцентризмом было покончено навсегда. Но и система Коперника, в свою очередь, содержала целый ряд заблуждений. Ее автор считал, что все планеты обращаются вокруг Солнца строго по окружностям и с постоянными угловыми скоростями. Коперник полагал также, что Вселенная ограничена сферой неподвижных звезд.

Следующим шагом в познании мира явилось открытие Кеплером законов обращения планет вокруг Солнца. Кеплер показал, что планеты в действительности движутся по эллипсам и с переменной скоростью. Но в поисках причин этого движения Кеплер исходил из распространенного в то время заблуждения, что для поддержания равномерного прямолинейного движения необходимо постоянное действие силы. И он искал в Солнечной системе силу, «подталкивающую» планеты и не дающую им остановиться.

Вскоре и с этим заблуждением было покончено: Галилей открыл принцип инерции, а Ньютон — основные законы движения и закон всемирного тяготения. Эти открытия не только окончательно прояснили закономерности Солнечной системы, но и разрушили представления о сфере неподвижных звезд.

Классическая физика пришла к выводу, что все тела Вселенной существуют и движутся в бесконечном и безграничном пространстве.

Однако, в свою очередь, классическая физика Ньютона принесла с собой новое величайшее заблуждение: твердую уверенность в том, что все без исключения явления природы сводятся к чисто механическим процессам. Мы уже не говорим о таких «частных» заблуждениях, как «абсолютное пространство», «абсолютное время» и т. п.

Все вопросы мироздания представлялись с точки зрения классической физики вполне ясными и решенными бесповоротно и окончательно, как, впрочем, и почти все другие проблемы. Но и на этот раз достигнутая ясность оказалась обманчивой, а истина — куда более сложной, чем считалось во времена Ньютона.

Открытая в начале текущего столетия Эйнштейном теория относительности перевернула успевшие уже стать привычными ньютоновские представления о пространстве и геометрических свойствах Вселенной. При этом одной из главных заслуг Эйнштейна явилось установление глубокой органической связи между свойствами материи и геометрией пространства.

Новая очередная трансформация здравого смысла науки была довольно метко отражена в стихотворной форме:

Любопытно, что первое и второе двустишия принадлежат разным авторам и написаны с интервалом около 200 лет.

Разумеется, здесь верно лишь то, что от классических представлений о пространстве пришлось отказаться. Но это вовсе не означает, что теория относительности вернула науку к доньютоновским, аристотелевским временам. Новая физика явилась необычайно важным шагом к еще более глубокому пониманию строения окружающего нас мира…

И этот процесс изменения здравого смысла продолжается и сегодня и будет продолжаться и впредь… Потому что и наши современные знания о Вселенной отнюдь не являются истиной в последней инстанции.

Итак, здравый смысл в науке — явление относительное, временное, соответствующее уровню знаний данной эпохи. Поэтому ученым в их борьбе за все более глубокое познание мира приходится вести неизбежное сражение и с привычными представлениями, привычным здравым смыслом.

Что же касается наглядности, то чем дальше развивается наука, в особенности физика и астрономия, тем в большей степени мы отказываемся от всего того, что можно зримо себе представить. Это может не нравиться, даже раздражать, но от этого никуда не уйти.

Странный мир современной физики! Это новый мир, в котором очень многое трудно и даже невозможно наглядно себе представить, — мир не только современной физики, но и современной астрономии. Наука уже вступила на его извилистые и крутые дороги.

И следя за новыми поразительными открытиями, против которых нередко восстает наш здравый смысл, поскольку они не укладываются в привычные представления, мы никогда не должны забывать о том, что всякий здравый смысл неизбежно включает в себя и заблуждения.

От теории к теории

Как мы уже говорили, появление принципиально новых фактов, необъяснимых в рамках существующей теории, ведет к разработке теории более общей, которая «вбирает в себя» и прежние представления.

Как отмечает советский космолог А. Л. Зельманов, если в процессе познания оказывается, что какая-то группа закономерностей может быть выведена из закономерностей более общих, то это отнюдь не означает, что первые целиком сводятся ко вторым. У них имеется своя специфика. Другими словами, «выводимость» еще не есть простая «сводимость». Соотношение между частными и общими теориями значительно сложнее.

Рис. 3. Развитие познания от частной теории к общей.

Представим себе, что у нас есть две физические теории, из которых одна частная, другая более общая. Тогда область применимости частной теории лежит внутри области применимости общей. У этих теорий разные уравнения. И дело не только в том, что уравнения общей теории точнее. Если взять совокупности всех физических величин, входящих в те и другие уравнения, то окажется, что они неодинаковы. Есть некоторые величины, общие для обеих теорий. Но есть и разные — в уравнениях общей теории одни, в уравнениях частной другие.

Появление новых величин в более общей теории связано с применением новых понятий. При переходе от частной теории к общей выясняется, что сами понятия частной теории (именно понятия, а не уравнения) являются приближенными, отражают реальный мир лишь с определенной степенью точности. Новые понятия, применяемые в более общей теории, являются более точными.

Таким образом, при переходе от частной теории к общей происходит то, что называется ломкой понятий. Именно поэтому частная и общая теории качественно отличаются друг от друга.

Каким же образом в таком случае одна из них может быть частным случаем другой, вытекать из нее? Уравнения более общей физической теории содержат на одну мировую константу больше. Таких констант в настоящее время известно три: постоянная тяготения, так называемый квант действия, или постоянная Планка, и скорость света (обычно используется величина, обратная скорости света).

Так, например, уравнения классической механики Ньютона вообще не содержат мировых констант, а уравнения квантовой механики, частным случаем которой является механика Ньютона, содержат постоянную Планка.

Для того чтобы из общей теории получить частную, необходимо соответствующим образом преобразовать уравнения и перейти к пределу при стремлении «лишней» константы к нулю. Уравнения, которые мы получим в результате такого предельного перехода, будут не эквивалентны исходным. Те и другие качественно отличны друг от друга, в них входят разные величины, они имеют различный смысл.

Поэтому, если бы мы располагали только уравнениями частной теории и захотели провести обратную операцию, т. е. по уравнениям частной теории восстановить уравнения общей, нам не удалось бы этого сделать, так как по виду уравнений частной теории нельзя догадаться, какими должны быть уравнения общей теории. Для этого необходимы соображения более высокого порядка, например философские. Это утверждение, разумеется, не следует понимать в том смысле, что непосредственно из философских соображений можно выводить уравнения или получать другие конкретные физические результаты. Но философские принципы помогают определять наиболее перспективные пути развития науки, осуществлять выбор между различными возможными вариантами новых теорий.