ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки — непрерывный и устойчивый процесс. Тем не менее в нем можно выделить определенные периоды, отмеченные выдающимися эмпирическими открытиями или теоретическими идеями. Один из таких поворотных пунктов, датируемый примерно 1600 г., связан с именем Галилея, заложившего своими исследованиями в механике основы эмпирического метода и давшего убедительные доказательства в пользу коперниковой системы мироздания, которая родилась пятью — десятью годами раньше. Эти события знаменовали конец схоластической философии природы, базирующейся на учении Аристотеля, и зарождение современной науки.

Другой поворотный пункт наступил примерно в 1900 г. Он был вызван потоком экспериментальных открытий — рентгеновские лучи, радиоактивность, открытие электрона и т. д. — и построением двух фундаментальных теорий: квантовой механики и теории относительности. Рождение квантовой механики следует датировать 1900 г., когда Макс Планк впервые сформулировал свою революционную идею об «атомах энергии», или «квантах». Это событие оказалось столь глубоко значительным для дальнейшего развития науки, что его обычно считают рубежом, разделяющим классическую физику и современную, или квантовую, физику. Теорию относительности фактически не следовало бы связывать с каким-либо одним именем или одной датой. Она уже предчувствовалась в 1900 г., и Некоторые крупнейшие математики и физики — Лармор, Фицджеральд, Лоренц, Пуанкаре, если упоминать лишь немногих, — знали многие из ее разделов. В 1905 г. Альберт Эйнштейн заложил основы этой теории на базе чрезвычайно общих принципов философского характера, а несколькими годами позже Герман Минковский придал этой теории окончательную логическую и математическую форму. Причина того, что с теорией относительности нередко связывают имя лишь одного Эйнштейна, заключается в том, что его работа 1905 г. послужила первым шагом к еще более фундаментальной «общей» теории относительности, которая включила новую теорию гравитации и открыла новые горизонты в нашем понимании строения Вселенной.

Родившуюся в 1905 г. специальную теорию относительности по справедливости можно считать завершающим моментом классического периода или началом новой эры в науке. Ибо, с одной стороны, она исходит из твердо установленных классических понятий о материи, распределенной непрерывно в пространстве и времени, и о каузальных, или, более точно, детерминистических, законах природы. Но, с другой стороны, она вносит революционные представления о пространстве и времени, решительно критикуя традиционные концепции, сформулированные Ньютоном. Таким образом, она открывает новые пути осмысливания естественных явлений. Это в наши дни и представляется наиболее выдающимся подвигом Эйнштейна, отличающим в корне его работу от работ его предшественников, а современную науку — от классической.

Еще до Эйнштейна изучение физического мира привело к преодолению пределов, ограничивающих доступное человеческим чувствам. Ученые знали о невидимом (ультрафиолетовом, инфракрасном) свете, о неслышимых звуках, управляли электромагнитными полями в пустом пространстве, неощутимыми для чувств и лишь косвенно доступными наблюдению через их воздействие на материю, и т. д. Такого рода обобщения стали возможными и необходимыми, когда была понята ограниченная ценность непосредственного чувственного восприятия. Простой пример: ощущение холодного и теплого недостаточно точно, чтобы на его основе построить теорию теплоты; поэтому его место заняли термометры, позволившие наблюдать разность температур в виде разности высот столбика ртути, или другие аналогичные устройства. Сейчас мы. знаем бесчисленное множество случаев, когда одно из наших чувств заменяет или по крайней мере служит проверкой другого. По сути дела, вся наука — это сложный лабиринт такого рода взаимосвязей, составляющих чисто геометрические структуры, понятные зрению или прикосновению и, таким образом, предпочитаемые нами как заслуживающие наибольшего доверия. Этот процесс представляет собой самую суть объективизации, которая преследует цель сделать наблюдения настолько независимыми от индивидуальности наблюдателя, насколько это возможно. В этом смысле электромагнитные поля, неощутимые непосредственно ни для одного из человеческих чувств, могут быть введены посредством сведения их к механическим величинам, доступным для измерения в пространстве или во времени.

Другой общей чертой науки стал принцип сведения к относительному. Широко известным примером действия этого принципа послужило открытие сферичности земной поверхности. До тех пор пока Земля считалась плоским диском, направление «сверху вниз», или вертикальное, в любом месте Земли было

чем-то абсолютным. Теперь под ним понимают направление к центру земного шара, и, таким образом, оно определено только относительно точки, где расположен наблюдатель. Общий вопрос, являются ли направление или точка в пространстве и момент в потоке времени чем-либо абсолютным, был разрешен для науки знаменитыми аксиомами Ньютона. Сами их формулировки не оставляют сомнения в том, что ответ Ньютона был утвердительным. Но его уравнения движения по-своему противоречат этому: имеются определенные эквивалентные системы отсчета, находящиеся в относительном движении, каждую из которых можно одинаково обоснованно считать пребывающей в абсолютном покое. Таким образом, ньютоновское пространство абсолютно лишь в ограниченном смысле. Дальнейшие исследования, в частности исследования по электромагнетизму и оптике, выявили другие, еще более серьезные трудности ньютоновской позиции.

Эйнштейн преодолел этот барьер, критически пересмотрев принятые тогда идеи пространства и времени. Он нашел их неудовлетворительными и заменил их на лучшие.. Тем самым он следовал ведущим принципам научного познания: объективизации и сведению к относительному. Он, кроме того, использовал еще один принцип, несомненно известный и ранее, но использовавшийся главным образом в логическом анализе, а не в научных рассуждениях, например, Эрнстом Махом, физиком и философом, работы которого произвели большое впечатление на Эйнштейна. Этот принцип утверждает, что понятия и утверждения, недоступные эмпирической проверке, не должны иметь места в физической теории. Эйнштейн проанализировал одновременность двух событий, происходящих в различных точках пространства, и обнаружил, что это как раз такого рода недоступное проверке понятие. Это открытие привело его в 1905 г. к новой формулировке фундаментальных свойств пространства и времени. Десятью годами позже тот же самый принцип в применении к движению под действием сил тяготения послужил Эйнштейну путеводной нитью при установлении общей теории относительности.

Этот принцип, требующий исключения ненаблюдаемых, был объектом долгой философской дискуссии. Его называли позитивистским, и он действительно был близок к философии позитивизма, в которой Мах сыграл роль одного из основоположников. Позитивизм признает реальными только непосредственные чувственные восприятия, все остальное толкуется как плод ума; он ведет к скептической позиции по отношению к внешнему миру. Но ничто так не далеко от убеждений Эйнштейна: позднее он настойчиво провозглашал себя противником позитивизма.

Этот метод, с таким успехом использованный Эйнштейном, следует рассматривать как эвристический критерий, выявляющий слабые стороны традиционной теории, оказавшейся с эмпирической точки зрения несостоятельной. Он сыграл выдающуюся роль в фундаментальных исследованиях в современной физике, особенно в развитии квантовой теории; в свете этого факта эйнштейновский образ мышления знаменует не только высшую ступень классического периода, но и начало новой эры в физике.