Конец зигзага на пути познания? По материалам публикаций журнала Президиума Российской академии наук

Дизайнер обложки Ольга Третьякова

© С. В. Гальперин, 2018

© Т. Л. Мышко, 2018

© Ольга Третьякова, дизайн обложки, 2018

ISBN 978-5-4490-4451-8

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

От авторов

Книга, предлагаемая вниманию читателя, целиком состоит из материалов, публикуемых в период 2005—2014 годов на страницах издаваемого под руководством Президиума Российской академии наук научно-популярного и общественно-политического журнала «Энергия: экономика, техника, экология». Стало быть, какого-либо грифа, ограничивающего их доступность, к примеру, «секретно», или хотя бы «для служебного пользования», они не имеют.

Возникновение большинства обсуждаемых в них в форме непринуждённого диалога проблем обусловлено труднопостижимыми для непосвящённого сложностями в культивируемой нынешней фундаментальной наукой картине мира. Между тем общий путь решения этих проблем, намечаемый с первой же беседы, оказывается до того простым, что то и дело вспоминается заключительная строка самой таинственной из крыловских басен: «А Ларчик просто открывался». Да и форма подачи материала способствует, в свою очередь, доступности его любому мало-мальски грамотному, достаточно внимательному и притом не лишённому воображения человеку, так что, найдя на страницах книги простые ответы на, казалось бы, весьма сложные вопросы, он вполне сможет ощутить себя обладателем целостной картины мира. Более того, ему самомý не понадобится особых усилий, чтобы, при желании, поделиться приобретёнными знаниями с домочадцами и коллегами.

Впрочем, любознательному читателю, человеку бывалому, подобных уверений, конечно же, будет совершенно недостаточно. А где же, спросит он, результаты обсуждений этих «простых ответов» авторитетными учёными – непревзойдёнными профессионалами? Уж у них-то, вне всяких сомнений, достаточно средств, чтобы изобличить любого, кто пытается бесцеремонно вторгаться в сферу небожителей, да ещё имеет дерзость отрицать то, что составляет для них «с младых ногтей» не просто азы познания, но и является предметом подлинно научной веры.

Увы, результатов этих вообще не существует, поскольку ни одного обсуждения, позволяющего положить конец подобному кощунству, так и не состоялось, вопреки обычаям высокой академической науки: на приглашения как со стороны участников диалога к общему разговору, так и самой редакции журнала, не откликнулся (в течение целых десяти лет!) н и к т о. Можно, конечно, отнести это на счёт заурядного снобизма, царящего, приходится полагать, в близких к научному Олимпу кругах, которым названные материалы, по существу-то, и адресованы, в чём внимательный читатель сможет убедиться сам (относиться же к публикациям в журнале, издаваемом под руководством Президиума РАН, как, предположим, к первоапрельской шутке – это, вероятно, всё же слишком). Но волей-неволей напрашивается и совершенно иной вывод: столь «красноречивое» молчание свидетельствует об отсутствии необходимых и достаточных для оппонирования аргументов. Да оно и неудивительно, – результаты решения обсуждаемых в беседах проблем, свидетельствуют прежде всего о давно назревшей необходимости возврата к пути, по которому шло классическое естествознание.

Характер целеполагания на этом пути с предельной ясностью выражает сама Нобелевская медаль, которую вручают с начала прошлого века и поныне за выдающиеся достижения в области физики и химии. На её оборотной стороне (реверсе) изображены две женские фигуры, олицетворяющие Природу, стоящую на пьедестале с Рогом Изобилия в руке, и Науку, приподнимающую над её лицом вуаль, раскрывая, тем самым, тайны Природы. Драматизм заключается в том, что с той же поры, уверовав в самодостаточность человеческого разума, интеллектуальный авангард приступил к формированию принципиально иного целеполагания. Напрочь отказавшись от дальнейших попыток раскрытия общих тайн Природы – фундамента целостного мировоспрития, Наука заменила прежнее занятие созданием отдельных «лоскутов» знания с тем, чтобы, в конечном счёте, соединить их в единое полотно, распростёртое над всем материальным миром.

Отсюда, конечно же, следует, что нынешнее изображение на реверсе Нобелевской медали безнадёжно устарело, и нет ничего проще, нежели срочно его сменить. Единственной альтернативой этому решению является признание того, что нарушение преемственности развития научной мысли в начале минувшего века было роковой ошибкой, которая привела к формированию зловещего зигзага на многовековом пути человеческого познания. Осознать это самóй нынешней науке, естественно, всё ещё не под силу. Тем не менее, сделать это придётся (время не ждёт), причём, конечно же, вовсе не для того, чтобы вопросительный знак исчез из названия настоящей книги. Сегодня возврат познания на прямой путь означает не просто научный переворот (инверсию поля познания) – он ведёт к благотворному интеллектуально-духовному преображению человека и всего человеческого сообщества.

Сами авторы искренне надеются, что затраченные ими усилия на подготовку настоящей книги не окажутся напрасными и послужат просветлению мысли каждого, кто с ней ознакомится.

Справка:

«ЭНЕРГИЯ: экономика, техника, экология» – ежемесячный научно-популярный и общественно-политический иллюстрированный журнал Президиума Российской академии наук. Издаётся с января 1984 года издательством «Наука».

Учредители:

Российская академия наук; Объединенный институт высоких температур РАН.

«Энергия: экономика, техника, экология»

2005. №11. С. 64—68.

Альберт Эйнштейн – Колумб в физике

С. В. Гальперин

Великая поэзия… – это наука с удивительным расцветом своих открытий, своим завоеванием материи, окрыляющая человека, чтобы удесятерить его деятельность.

Нынешний год мировое сообщество отмечает как год Эйнштейна, связывая его с событиями столетней давности – выходом в свет трёх статей молодого учёного, совершивших переворот в естествознании.

Сравнение гения ХХ в., совершившего прорыв к новому мировоззрению, с некогда проложившим путь к неизвестному континенту мореплавателем, безусловно, уже давно воспринимается как литературный штамп. Но именно теперь, по прошествии целого столетия с начала прорыва, назревает реальная возможность убедиться в том, что смысл этой исторической аналогии всё ещё не исчерпан.

Конечно, трудный путь создания физической теории может в чём-то напоминать полный приключений и неожиданностей поиск европейских мореплавателей в эпоху великих географических открытий. Сам Эйнштейн подобный путь считал вполне естественным, рассматривая физику как авантюру познания: именно так, по авторскому замыслу, должна была называться книга, популярно излагавшая историю развития фундаментальных проблем физики. К сожалению, при издании, осуществлённом Эйнштейном вместе с Леопольдом Инфельдом в 1938 г., она получила лишённое романтики название: «Эволюция физики» (нелишне отметить, что на родном Эйнштейну немецком «авантюра» и «приключение» обозначаются одинаково).

Если выдающихся покорителей морской стихии обычно изображают с подзорной трубой на капитанском мостике, то Эйнштейна иногда – стоящим у доски, исписанной уравнениями. Сам же он, отвечая однажды на вопрос, где находится его лаборатория, вынул из нагрудного кармана авторучку и сказал: «Вот здесь». Математическая стихия в определённой мере играла для него такую же роль, как для знаменитых капитанов водная; чувствовал он себя в ней достаточно комфортно, не только овладевая по мере надобности соответствующим инструментарием, но и внося попутно собственный вклад в развитие формальных математических методов. Ему даже принадлежит следующее определение: «Чистая математика – это своего рода поэзия логики идеи». Возможно, сам Эйнштейн впервые ощутил поэзию математики, когда в начале учебного года ему, двенадцатилетнему гимназисту, попал в руки обычный учебник, позже вспоминаемый им, как «священная книжечка по геометрии», и он, движимый «божественным любопытством», что называется, в один присест усвоил все премудрости евклидовой геометрии. Впрочем, основания для такого определения могли возникнуть у него и при первом погружении в глубины математической статистики, которое понадобилось при проведении ранних исследований в сфере молекулярной физики, или позже при разработке общей теории относительности (ОТО), потребовавшей от него не только усвоения, но и существенного развития тензорного исчисления.

Однако математический формализм, при всей его строгости и точности, по-видимому, не слишком ограничивал свободу мышления Эйнштейна, заявившего как-то: «Ни один учёный, не мыслит формулами». На проводимый по теме математических открытий опрос он ответил следующим образом: «Слова и язык, как письменный, так и разговорный, по-видимому, не играют никакой роли в процессе моего мышления. Физические понятия, которые служат элементами мышления, – это более или менее отчётливые знаки или образы, которые можно воспроизводить или комбинировать «по желанию». Существует, естественно, и определённая взаимосвязь между этими элементами и связанными с ними логическими понятиями»1. То, что упоминаемые в ответе «знаки» и «образы» воспринимаются непосредственно очами ума, сомнению не подлежит, – именно такая интеллектуальная воззрительность оказывается для Эйнштейна первичной. Тем самым по отношению к нему подтверждается правота Э. Гуссерля, который считал основой мыслительного процесса созерцание сущности в «эйдосе» – мысленной предметности. К тому же всё это нисколько не затрагивало стержень незыблемой веры Эйнштейна: «причинный закон определяет все события».

Не будет преувеличением считать, что одним из весьма конкретных элементов мышления Эйнштейна являлась скорость – визуально воспринимаемый им образ, естественно, связанный непосредственно с соответствующим понятийным определением из механики. Обычно, приступая к популярному изложению специальной теории относительности (СТО), не упускают возможности сослаться на мысленный эксперимент, неоднократно воспроизводимый в ранней юности самим Эйнштейном: попытку погнаться за обладающим собственной неизменной скоростью световым лучом. Гораздо менее известно, что и в дальнейшем его продолжает волновать всё та же проблема скорости, причём в сфере, весьма далёкой от механики и оптики: он ставит перед известным детским психологом Ж. Пиаже вопрос о связи между восприятием расстояния, скорости и времени у детей, заодно желая выяснить, не является ли субъективное интуитивное понимание времени «прежде всего, интегралом со скоростью»2. Столь неоправданный, на первый взгляд, разброс интересов углублённого в физические проблемы учёного оказывается вполне закономерным, если принять во внимание его приверженность взглядам Э. Маха, который был твёрдо убеждён: опираться в познании мира следует исключительно на чувственно обнаруживаемое. В данном случае Эйнштейн, скорее всего, и пытается выяснить, насколько объективным является отнесение к таковому скорости. Вообще своеобразие связи Мах – Эйнштейн давно вызывает пристальное внимание: признание самого факта её существования позволяет подойти достаточно близко к истокам важнейших решений Эйнштейна на пути познания мира. Возникла она, вне всяких сомнений, после того, как он, восемнадцатилетний студент Цюрихского политехникума, по совету давнего верного друга Мишеля Бессо взялся за чтение книги Маха: «Механика; историко-критический очерк её развития», автор которой, работая преимущественно в областях акустики и оптики, интересовался не только и даже не столько физическими процессами, характеризующими то или иное явление, относясь при этом весьма скептически к его физико-математической трактовке, сколько физиологическими и психологическими особенностями его восприятия. Свои выводы, сугубо критического характера, он распространял на всю сферу классической механики, что нашло отражение в названии книги, не говоря уже о её содержании. Глубокий скептицизм Маха по отношению к достижениям классического естествознания, противопоставление общепризнанным авторитетам своего мнения и безапелляционность собственных выводов, выражающих полную внутреннюю свободу, оказались настолько созвучны взглядам юного Эйнштейна, что он и через двенадцать лет в письме к Маху, нисколько не кривя душой, назвал себя «глубоко уважающим его учеником»3.

Было бы, однако, опрометчиво полагать, что, называя себя учеником Маха, Эйнштейн целиком разделял его взгляды. Посетив своего 75-летнего учителя (это была, кстати, их единственная встреча), он даже не думал скрывать своё собственное понимание объективности мира, никак не сводящегося к «комплексу ощущений», как утверждал Мах; своё ясное представление об атомистике, абсолютно отрицаемой Махом, и т. д. Впрочем, с наибольшей полнотой противоречивость связи Мах—Эйнштейн обнаружилась в беседе Эйнштейна с Вернером Гейзенбергом, которая состоялась через много лет после ухода Маха из жизни. В дословно воспроизведённой записи этой беседы налицо ничем не прикрытый прагматизм Эйнштейна по отношению к наследию Маха. Вот характерный пример: соглашаясь с тем, что при построении своей СТО он в полной мере использовал утверждения Маха о необходимости включения в теорию лишь наблюдаемых величин (речь здесь идёт о показаниях часов), Эйнштейн далее заявляет: «Возможно, я и пользовался философией этого рода, но она, тем не менее, чушь. Или, я сказал бы осторожнее, помнить о том, чтó мы действительно наблюдаем, а что нет, имеет, возможно, некоторую эвристическую ценность. Но с принципиальной точки зрения желание строить теорию только на наблюдаемых величинах совершенно нелепо. Потому что в действительности всё ведь обстоит как раз наоборот. Только теория решает, что именно можно наблюдать…«4. И для Эйнштейна такой откровенный прагматизм вполне оправдан, поскольку он не только не препятствует, но, наоборот, благоприятствует достижению цели, а это – главное. К тому же он полностью вписывается в представления самого Эйнштейна об идеале человека науки, выраженный им следующим образом: «…Для учёного в принципе не существует научных авторитетов, утверждения и суждения которых могли бы сами по себе претендовать на «истинность». Это приводит к парадоксальному положению, когда человек, посвящающий все свои усилия вещам объективным, становится – с общественной точки зрения – крайним индивидуалистом, который, по крайней мере, в принципе – не верит ни во что, кроме своего собственного суждения»5.

Увы, как свидетельствует история, эта вера зачастую ведёт к заблуждениям в науке. Более того, заблуждения эти, не будучи осознанными, оказываются, до поры до времени, необычайно устойчивыми, закрепляются в общественном сознании, делая его совершенно невосприимчивым к выявляющим их очевидным фактам и убедительным аргументам, подтверждая, тем самым, общеизвестный вывод Гёте о том, что ложное учение не поддаётся опровержению, поскольку исходит из того, что ложь есть истина.

Нынешняя ортодоксальная наука, пытаясь обезопасить себя от проникновения в свою среду заблуждений, выработала некий обобщающий критерий истинности: узнать – значит измерить (многократно издававшаяся у нас в 70-х гг. прошлого века «Физика для всех» Ландау и Китайгородского начинается с обсуждения фундаментальных мер измерения и их бережно хранимых эталонов). Естественно, при этом совершеннейшей профанацией выглядит давнее утверждение недоверчивого и дотошного Маха, что, мол, физики совершают большую ошибку, «забрасывая ощущения, получаемые с помощью органов чувств, в три жестянки, на которых навешены этикетки: «масса, время и пространство»». Вполне возможно, однако, что Эйнштейн, обдумывая в своё время основы теории относительности, как раз принимал во внимание это предупреждение; по крайней мере, в своей автобиографии он сформулировал ближайшую цель своей работы следующим образом: «Необходимо было составить ясное представление о том, что означают в физике пространственные координаты и время некоторого события»6. Нетрудно заметить, что существенную помощь в достижении названной цели оказал ему именно первичный образ скорости, проявившей к тому же в качестве чисто физического явления массу достоинств. Прежде всего, она обнаружила свою неуничтожимость в самих основах СТО, стало быть, оказалась поистине абсолютным явлением, вне зависимости от того, была ли она различной по величине в той или иной инерциальной системе, или строго постоянной в мире электромагнетизма и оптических явлений. Последнее, кстати, переводило её в почётный ранг мировой феноменологической постоянной, то есть в повсеместно наблюдаемый во внешнем мире факт, нисколько не зависящий от восприятия его человеком (это и стало одним из постулатов СТО). Можно было даже предположить, что именно в скорости человеческому разуму наряду со временем явлена тайна текучести бытия в иной ипостаси – первичном отношении двух фундаментальных мер измерения (пути как пространственной мерности и длительности как меры времени), имеющем абсолютный характер и проявляющем прямую их взаимозависимость по величине. В свою очередь, это могло наводить на мысль, что попытки рассматривать эти меры при построении картины мироздания раздельно, либо в каких-то иных соотношениях, чреваты заблуждениями.

Впрочем, 26-летним старшим экспертом патентного бюро в Бёрне, готовившим к отправке в редакцию журнала «Анналы физики» свою статью «К электродинамике движущихся тел» владели, по всей вероятности, совершенно иные мысли. Используемые им математические преобразования ясно показывали, что при скорости больше световой составляющие её путь и время превращаются в мнимые величины. Для того же, чтобы математика совпала с физикой, следовало ввести запрещающий принцип, считая его объективно существующим законом природы: скоростей, выше световой, в мире просто не существует. С электродинамикой Максвелла этот принцип прекрасно согласуется, если отказаться заодно и от эфира, якобы заполняющего ньютоново абсолютное пространство, стало быть, и от представлений об этом пространстве. Новизна всего предлагаемого сама по себе требовала преодоления психологического барьера – явления неизбежного и вездесущего, с которым Эйнштейн и столкнулся. Однако барьер этот был на удивление сравнительно легко преодолён. Более того, стремительно ворвавшийся «со стороны» в круг избранных молодой учёный удостоился внимания не только ведущих физиков, но и не менее именитых математиков; вот, к примеру, «резюме» одного из обитателей математического Олимпа Германа Минковского, которым тот поделился со своими студентами: «Эйнштейн излагает свою глубокую теорию с математической точки зрения неуклюже – я имею право так говорить, поскольку своё математическое образование он получил в Цюрихе у меня»7.

Гёттингенский профессор, однако, пошёл гораздо дальше: находясь на пике творческой активности (ему исполнилось всего сорок четыре), он решает оставить издавна увлекавшую его теорию чисел ради того, чтобы придать СТО достойную её геометрическую форму. В октябре 1908 г. Минковский выступил на собрании естествоиспытателей в Кёльне с вызвавшим сенсацию докладом, который начинался так: «Воззрения на пространство и время, которые я хочу изложить перед вами, возникли на экспериментально-физической основе. Их тенденция радикальна. Отныне пространство само по себе и время само по себе обречены на превращение в фикцию, и лишь некое единение обоих сохранит объективную реальность»8. Профессор действительно считал некогда не слишком внимательного к своему предмету студента весьма нерадивым и сейчас поступил с его неухоженным детищем так, как подсказало ему чутьё высокого профессионала: добавив к трём пространственным координатам давно известной прямоугольной системы координат четвёртую – «временнýю», он представил СТО в форме четырёхмерной геометрии – своеобразной клетки, в которую поместил (по аналогии с материальной точкой классической механики) «точку-событие». Совокупность таких не совсем обычных точек, создающих, по его мнению, пространственно-временнóе многообразие, он назвал «миром», а путь, изображающий движение в нём какой-либо частицы – «мировой линией». Правда, сама световая скорость превращалась здесь в некое подручное средство; «временнáя» координата, в которую она входила, имела самую обычную мерность длины, хотя и приобретала некую «мнимость». Зато она прекрасно вписывалась в уравнение пространства четырёх измерений, позволяя без всяких усилий производить любые преобразования такой координатной системы. Казалось, что здесь просто-таки торжествует закон «экономии мышления», обнаруженный Махом, хотя аналогия виделась достаточно формальной (у Маха экономия мышления создает связь между ощущениями, у Минковского «экономные» связи образовали исключительно математические символы, наделённые физическим содержанием). И всё же…

Нововведение в целом было встречено физиками с энтузиазмом: оно было не только простым, но ещё и в определённой мере зримым. Вся новизна СТО прекрасно усваивалась отлаженным аппаратом аналитической механики, которым давно гордилось классическое естествознание; главное же – появлялась реальная надежда на полное и необратимое воссоединение классической механики с электродинамикой Максвелла и оптическими явлениями… Нет ничего удивительного в том, что и сам Эйнштейн, несмотря на своё, вероятно, достаточно сдержанное отношение к приёмам «чистой» математики (замечания гёттингенских небожителей по отношению к нему, скорее всего, имели под собой некоторое основание), не только признал произведённую без его ведома геометризацию СТО, но тут же начал активно её пропагандировать, правда, в одиночку, поскольку сам автор её скончался всего через четыре месяца после выступления в Кёльне. Доклад его, носивший название «Пространство и время», оказывался, таким образом, своеобразным завещанием, оставленным физикам: «Трёхмерная геометрия становится главной в четырёхмерной физике»9. Что касается трёхмерной геометрии, то здесь никаких особых проблем не предвиделось. Из исторической практики многих тысячелетий следовало, что она прекрасно справлялась с осуществлением пространственных измерений. Представления же о трёхмерности самого пространства стало формироваться, вероятно, лишь после того, как Галилей обратил внимание на то, что всякая точка в пространстве является началом трёх взаимноперпендикулярных направлений.

Но это было лишь начало. Решающая же роль в активном распространении и закреплении представления о трёхмерном пространстве, несомненно, принадлежит Декарту, который был твёрдо убеждён, что пустоты в мире нет, и вещество, по существу, совпадает с пространством: «Пространство, или внутреннее место, также разнится от телесной субстанции, заключённой в этом пространстве, лишь в нашем мышлении. И действительно, протяжение в длину, ширину и глубину, составляющее пространство, составляет и тело»10. Именно Декарт первым «физикализировал» пространство, считая, что оно обладает непроницаемостью. Он же заложил основы аналитической геометрии в качестве метода объединения геометрии с алгеброй, открыв дорогу применению системы координат, названной его именем. Но это значит, что рассматриваемая в геометризованной СТО трёхмерность пространства целиком обусловливалась мировоззрением Декарта и оказывалась вне его условной и несостоятельной. Между тем всё, что так или иначе касалось проблем абсолютного и относительного пространства, имеющих отношение к основам СТО, было связано исключительно с мировоззрением Ньютона, а вовсе не Декарта.

А что же Ньютон, которому в год кончины Декарта исполнилось всего семь лет? Он, конечно же, в период своей учёбы в Кембридже знакомится с трудами Декарта, но в его мировосприятии мерность пространства не только не отождествляется с мерностью вещества, заполняющего его, но и сама по себе мерность оказывается результатом непрерывного движения. Это следует со всей очевидностью из его трактата «О квадратуре кривых», изданного, кстати, когда автору пошёл седьмой десяток (стало быть, сомневаться в устойчивости его взглядов на мир не приходится): «Линии описываются и по мере описания образуются не приложением частей, а непрерывным движением точек, поверхности – движением линий, объёмы – движением поверхностей, углы – вращением сторон, времена – непрерывным течением и т. д. Такое происхождение имеет место и на самом деле в природе вещей и наблюдается ежедневно при движении тел»11. Оставаясь на такой позиции, приходим к выводу, что участвующая в образовании линейной (одномерной) формы точка сама по себе пространственной мерности лишена. Казалось бы, её и представить в таком случае совершенно невозможно. Однако всё обстоит по-другому: классическое естествознание, которое твёрдо стоит на том, что пространство однородно (все точки в нём равнозначны) и изотропно (все направления в нём равноправны), предоставляет именно такую возможность. Рассуждения очень просты: во-первых, если все направления равноправны, то это равноправие должно проявляться и в одной-единственной точке; во-вторых, если все точки в пространстве равнозначны, то равноправие направлений должно проявляться в любой из точек. Отсюда общий вывод: однородное и изотропное пространство может быть представлено как бесконечное множество точек, каждая из которых является центром бесконечного множества направлений.