Чего не знает современная наука - Сборник статей

Получается, что колоссальная часть насущных проблем человека не имеет отношения к научному знанию? Все, зачем нужна наука, сводится к развитию технологий, созданию новых машин, приборов, облегчающих наше физическое существование и обеспечивающих комфорт нашей персоне, и никак не связано с ответами на «вечные вопросы о главном» – о счастье, о любви, о смерти и бессмертии…

Не правда ли, это куб?

Если подчиняться строгим законам формальной логики, то, видимо, такой вывод и следует сделать. Научное, выверенное знание – это лишь маленькие огоньки в окружающей их тьме незнания. Однако даже далекие отблески этих огней помогают нам ориентироваться на довольно большом пространстве.

Наше сознание устроено так, что из фрагментов всегда стремится создать целое. Рассмотрим изображение на рисунке. Без особого напряжения мы видим куб, хотя, формально говоря, ничего, кроме кусочков ломаных линий, на нем не изображено. Так же и из известных нам точно установленных фактов мы складываем полную картину – картину мира, то есть совокупность целостных представлений об устройстве мира, Вселенной, о нашем месте в ней, о наших возможностях, способностях и т. п.; и исходя из этой картины мы строим нашу жизнь.

Насколько достоверны фрагменты, на которые мы опираемся, настолько достоверна и наша картина мира.

На знании физических законов строится физическая картина мира, которая, хотя формально и не содержит нравственных, эмоциональных и других аспектов, однако вписывается во всеобщую картину мира как «совокупность предметного содержания, которым обладает человек».

Модель атома

Но что знает современный человек даже о физической картине мира? Вернемся к науке XIX века. Помимо того, что она прекрасно описывала обширный круг природных явлений, она обладает замечательной особенностью: ее законы понятны и наглядны. Действительно, в основе классической науки лежат представления о пустом бесконечном пространстве, которое может быть заполнено предметами, никак не влияющими на пространство и не связанными между собой (кроме как силами гравитационного притяжения или электрическими или магнитными силами, которые проявляются в виде полей), время течет равномерно, везде одинаково и независимо от наблюдателей. Есть объекты и наблюдающие их субъекты, объекты ведут себя «объективно» независимо ни от чего, и на любой вопрос об их природе, поведении имеется ясный и однозначный ответ, никак не зависящий от вопрошающего субъекта. Весь наш жизненный опыт свидетельствует о том, что мир наш ровно так и устроен, ну уж по крайней мере пространство, время и предметы; что же касается объективных истин – мы свято верим, что они существуют, просто пока часть из них нам неизвестна. Да так нас, в основном, учат и в средней школе, а часто и в вузах.

И вот такая разделенность мира на взаимно не связанные между собой предметы, существующие в пустом пространстве, которая по принципу, иллюстрируемому рисунком куба, переносится с объектов «мертвой» физической природы и на человека, вносит свою лепту в одну из самых тяжелых проблем современного человека – проблему одиночества, отделенности человека от других людей и от природы. Речь идет не о физической изолированности, отсутствии контактов, а именно о внутреннем одиночестве, разрыве связей на уровне души. Это чувство тяготит нас, дает ощущение ненужности, покинутости человека во Вселенной.

Но так ли безусловно верны эти представления, как мы в этом уверены? Ведь до эпохи Просвещения господствовали представления о человеке как сыне Природы, о Боге, любящем свое творение и т. п., а сейчас они воспринимаются как просто метафоры. Таким образом, классическая картина мира входит в противоречие с традиционными представлениями о единстве мира, не только материальном, но и духовном.

Однако ряд открытий XX века показал, что наши классические представления о таких фундаментальных понятиях, как пространство, время, вещество, просто неверны. В это трудно поверить – но оказывается, что пространство связано со временем и ведет себя по-разному для разных наблюдателей. Что энергия и масса – лишь разные проявления одной сути, что пространство и время не существуют вечно, а родились когда-то вместе со Вселенной. Эти и множество других открытий сделаны благодаря тому, что ученые смогли заглянуть в такие уголки нашего мира, пространственные и временные масштабы которых несоизмеримо малы или велики по сравнению с привычными нам размерами и ритмами, и оказалось, что физика этих явлений принципиально отлична от классической. И трудность ее осознания в том, что ее законы, в отличие от законов классической науки, начисто лишены очевидности и наглядности.

Одной из наиболее парадоксальных с точки зрения бытового опыта является физика микромира. Поведение микрочастиц оказалось настолько неожиданным, что физики отказались от попыток «понять» его законы и вместо этого стараются «привыкнуть» к ним. Одним из примеров этого является так называемый парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена (ЭПР). Теоретический и экспериментальный анализ этого парадокса свидетельствует о том, что специально приготовленные частицы, физические параметры которых связаны между собой (например, сумма значений параметров первой и второй частицы равны нулю), сохраняют эту связь на сколь угодно далеком расстоянии. Проявляется это в том, что воздействие измерительного прибора на одну частицу при измерении ее параметров тут же сказывается на параметрах второй. Это свойство микрочастиц можно трактовать как единство квантового мира: пара связанных частиц описывается единой математической моделью (общей волновой функцией, квадрат которой дает вероятность обнаружить те или иные значения физических параметров частиц), поэтому изменение одной частицы меняет систему в целом. В принципе, можно предложить классический вариант этой ситуации, который не вызовет удивления: пусть имеется два шара – белый и черный, – упакованных в две коробки. Одну коробку увозят на другой конец Вселенной (это можно сделать мысленно, не тратя средств на путешествие), а вторую открывают; если в ней белый шар, то автоматически и мгновенно становится известно, что в первой – черный. Отличие квантового парадокса ЭПР в том, что до «открытия ящика», то есть до измерения, ни первая, ни вторая частицы НЕ ИМЕЛИ определенных физических характеристик – они их ОДНОВРЕМЕННО ОБРЕТАЮТ в момент измерения (волновая функция, описывающая их взаимосвязанные физические параметры, одновременно схлопывается в две точки, определяющие точные значения параметров).

Приведем еще один мысленный эксперимент, показывающий единство материального мира, который относится уже не к микромасштабам, а ко всему космосу. Это так называемый принцип Э. Маха, простейший вариант которого можно пояснить так: инерциальные свойства тел обусловлены их взаимодействием с бесконечно удаленными большими массами Вселенной. Иными словами: удаление всей массы Вселенной приведет к тому, что вы лишитесь собственной массы. В подтверждение этого принципа проведем следующий мысленный эксперимент. Возьмем два одинаковых тяжелых шара, свяжем их веревкой и заставим крутиться вокруг их общего центра масс – вокруг точки, находящейся в середине веревки. Естественно, веревка натянется – это действуют центробежные силы. Однако если во всей Вселенной есть только эти два шара, то нет никакой возможности убедиться, что шары вращаются, – вращение должно фиксироваться системой координат, а ее не с чем связать! Не ясно, вращаются эти шары или находятся в покое. Из этого сторонники принципа Маха делают вывод о том, что веревка не будет натянута – инертные свойства шаров исчезнут.

Эти два небольших эпизода из области физики дают нам возможность несколько более глубоко взглянуть на окружающий нас мир, все еще полный загадок и тайн, и понять, что мы не столь уж независимы от всего творящегося вокруг нас.

Алексей Чуличков, д-р физ. – мат. наук, МГУ

Древние науки

Алхимия

Алхимия родилась в Средние века, хотя правильнее будет сказать возродилась, поскольку она возникла в глубокой древности. Ко временам Средневековья ее таинственные метафизические знания были почти утрачены, но остались практические указания, рецепты, советы, которые нужно было осуществлять, чтобы они могли стать доказательством ее подлинности и действенности.

Поэтому в Средние века мы видим огромное количество экспериментов. Мы находим множество исторических свидетельств об алхимиках, которые сумели довести до завершения свой труд, достичь того, что нам кажется утопией: они сделали золото. И были вознаграждены за это королями. Мы также находим упоминания об алхимиках, которые, несмотря на обещания и огромные старания, не добились успеха. Им не приходилось рассчитывать на милость королей и знати. А есть свидетельства об алхимиках, которые исчезали – вместе со своими лабораториями!