Концепции современного естествознания

И не скрепляй она все своим большим иль меньшим

сцепленьем:

Прикосновенье одно всему причиняло бы гибель,

Ибо ведь если ничто не имело бы вечного тела,

Всякая сила могла б сплетенье любое расторгнуть.

Но, раз на деле начал сцепления между собою

Многоразличны и вся существует материя вечно,

Тело вещей до тех пор нерушимо, пока не столкнется

С силой, которая их сочетанье способна разрушить.

Так что, мы видим, отнюдь не вничто превращаются вещи,

Но разлагаются все на тела основные обратно.

И в заключенье: дожди исчезают, когда их низвергнет

Сверху родитель-эфир на земли материнское лоно.

Но наливаются злаки взамен, зеленеют листвою

Ветви дерев, и растут, отягчаясь плодами, деревья.

Весь человеческий род и звери питаются ими,

И расцветают кругом города поколением юным,

И оглашается лес густолиственный пением птичьим;

Жирное стадо овец, отдыхая на пастбище тучном,

В неге ленивой лежит, и, белея, молочная влага

Каплет из полных сосцов, а там уже и юное племя

На неокрепших ногах по мягкому прыгает лугу,

Соком хмельным молока опьяняя мозги молодые.

Словом, не гибнет ничто, как будто совсем погибая,

Так как природа всегда возрождает одно из другого

И ничему не дает без смерти другого родиться.

Н. Коперник

О вращениях небесных сфер

Среди многочисленных и разнообразных занятий науками и искусствами, которые питают человеческие умы, я полагаю, в первую очередь нужно отдаваться и наивысшее старание посвящать тем, которые касаются наипрекраснейших и наиболее достойных для познавания предметов. Такими являются науки, которые изучают божественные вращения мира, течения светил, их величины, расстояния, восход и заход, а также причины остальных небесных явлений и, наконец, объясняют всю форму вселенной. А что может быть прекраснее небесного свода, содержащего все прекрасное! Это говорят и самые имена: Caelatus (небо) и Mundus (мир); последнее включает понятие чистоты и украшения, а первое - понятие чеканного (Caelatus).

Многие философы ввиду необычайного совершенства неба называли его видимым богом. Поэтому, если оценивать достоинства наук в зависимости от той материи, которой они занимаются, наиболее выдающейся будет та, которую одни называют астрологией, другие - астрономией, а многие из древних - завершением математики. Сама она, являющаяся, бесспорно, главой благородных наук и наиболее достойным занятием свободного человека, опирается почти на все математические науки. Арифметика, геометрия, оптика, геодезия, механика и все другие имеют к ней отношение.

И так как цель всех благородных наук - отвлечение человека от пороков и направление его разума к лучшему, то больше всего может сделать астрономия вследствие представляемого ею разуму почти невероятно большего наслаждения. Разве человек, прилепляющийся к тому, что он видит построенным в наилучшем порядке и управляющимся божественным изволением, не будет призываться к лучшему после постоянного, ставшего как бы привычкой созерцания этого, и не будет удивляться творцу всего, в ком заключается все счастье и благо? И не напрасно сказал божественный псалмопевец, что он наслаждается творением божьим и восторгается делами рук его! Так неужели при помощи этих средств мы не будем как бы на некоей колеснице приведены к созерцанию высшего блага? А какую пользу и какое украшение доставляет астрономия государству (не говоря о бесчисленных удобствах для частных людей)! Это великолепно заметил Платон, который в седьмой книге «Законов» высказывает мысль, что к полному обладанию астрономией нужно стремиться по той причине, что при ее помощи распределенные по порядку дней в месяцах и годах сроки празденств и жертвоприношений делают государство живым и бодрствующим. И если, говорит он, кто-нибудь станет отрицать необходимость для человека восприятия этой одной из наилучших наук, то он будет думать в высшей степени неразумно. Платон считает также, что никак невозможно кому-нибудь сделаться или назваться божественным, если он не имеет необходимых знаний о Солнце, Луне и остальных светилах.

И вместе с тем скорее божественная, чем человеческая, наука, изучающая высочайшие предметы, не лишена трудностей. В области ее основных принципов и предположений, которые греки называют «гипотезами», много разногласий мы видели у тех, кто начал заниматься этими гипотезами, вследствие того, что спорящие не опирались на одни и те же рассуждения. Кроме того, течение светил и вращение звезд может быть определено точным числом и приведено в совершенную ясность только по прошествии времени и после многих произведенных ранее наблюдений, которыми, если можно так выразиться, это дело из рук в руки передается потомству.

Действительно, хотя Клавдий Птолемей Александрийский, стоящий впереди других по своему удивительному хитроумию и тщательности, после более чем сорокалетних наблюдений завершил создание всей этой науки почти до такой степени, что, кажется, ничего не осталось, чего он не достиг бы, мы все-таки видим, что многое не согласуется с тем, что должно было бы вытекать из его положений; кроме того, открыты некоторые иные движения, ему не известные. Поэтому и Плутарх, говоря о тропическом солнечном годе, заметил: «До сих пор движение светил одерживало верх над знаниями математиков». Если я в качестве примера привожу этот самый год, то я полагаю, что всем известно, сколько различных мнений о нем существовало, так что многие даже отчаивались в возможности нахождения точной его величины.

Если позволит бог, без которого мы ничего не можем, я попытаюсь подробнее исследовать такие же вопросы и относительно других светил, ибо для построения нашей теории мы имеем тем больше вспомогательных средств, чем больший промежуток времени прошел от предшествующих нам создателей этой науки, с найденными результатами которых можно будет сравнить те, которые вновь получены также и нами. Кроме того, я должен признаться, что многое я передаю иначе, чем предшествующие авторы, хотя и при помощи, так как они впервые открыли доступ к исследованию этих предметов.

Р. Декарт. Первоначала философии

...Я нисколько не сомневаюсь в том, что мир изначально был создан во всем своем совершенстве, так что уже тогда существовали Солнце, Земля, Луна и звезды; на Земле не только имелись зародыши растений, но и сами растения покрывали некоторую ее часть; Адам и Ева были созданы не детьми, а взрослыми. Христианская религия требует от нас такой веры, а естественный разум убеждает нас в ее истинности, ибо, принимая во внимание всемогущество Бога, мы должны полагать, что все им созданное было с самого начала во всех отношениях совершенным. И подобно тому как природу Адама и райских дерев можно много лучше постичь, если рассмотреть, как дитя мало-помалу формируется во чреве матери и как растения происходят из семян, нежели просто видеть их, какими их создал Бог,-- подобно этому мы лучше разъясним, какова вообще природа всех сущих в мире вещей, если сможем вообразить некоторые весьма понятные и весьма простые начала, исходя из коих мы ясно сможем показать происхождение светил, Земли и всего прочего видимого мира как бы из некоторых семян; и хотя мы знаем, что в действительности все это не так возникло, мы объясним все лучше, чем описав мир таким, каков он есть или каким, как мы верим, он был сотворен. А поскольку я думаю, что отыскал подобного рода начала, я и постараюсь их здесь изложить.

…Мы уже отметили выше…, что все тела, составляющие универсум, состоят из одной и той же материи, бесконечно делимой и действительно разделенной на множество частей, которые движутся различно, причем движение они имеют некоторым образом кругообразное, и в мире постоянно сохраняется одно и то же количество движения. Но сколь велики частицы, на которые материя разделена, сколь быстро они движутся и какие дуги описывают, мы не смогли подобным же образом установить. Ибо так как Бог может управлять ими бесконечно различными способами, то какие из этих способов им избраны, мы можем постичь только на опыте, но никак не посредством рассуждения. Вот почему мы вольны предположить любые способы, лишь бы все вытекающее из них вполне согласовалось с опытом. Итак, если угодно, предположим, что вся материя, из которой Бог создал видимый мир, была сначала разделена им на части, сколь несмежно равные между собой и притом умеренной величины, т.е. средней между различными величинами тех, что ныне составляют небо и звезды. Предположим, наконец, что все они стали двигаться с равной силой двумя различными способами, а именно каждая вокруг своего собственного центра, образовав этим путем жидкое тело, каковым я полагаю небо; кроме того, некоторые двигались совместно вокруг нескольких центров, расположенных в универсуме так, как в настоящее время расположены центры неподвижных звезд; число их тогда было больше, оно равнялось числу звезд вместе с числом планет и комет; скорость, с которой они были движимы, была умеренная, иначе говоря, Бог вложил и них все движение, имеющееся в мире и ныне.

…Этих немногих предположений, мне кажется, достаточно, чтобы пользоваться ими как причинами или началами, из коих я выведу все следствия, видимые в нашем мире, на основании одних изложенных выше законов… Я не думаю, чтобы можно было измыслить иные, более простые, более доступные разуму, а также и более правдоподобные начала, нежели эти. И хотя указанные законы природы таковы, что, даже предположив описанный поэтами хаос, иначе говоря, полное смещение всех частей универсума, все же возможно посредством этих законов доказать, что смешение должно было мало-помалу привести к существующему ныне порядку мира -- что я уже и пытался показать,-- но так как соответственно высшему совершенству, присущему Богу, подобает считать его не столько создателем смешения, сколько создателем порядка, а также и потому, что понятие наше о нем менее отчетливо, то я и счел нужным предпочесть здесь соразмерность и порядок хаотическому смешению. И так как нет соразмерности и порядка проще и доступнее для познания, чем тот, который состоит в полном равенстве, я и предположил, что все части материи сначала были равны как по величине, так и по движению, и не пожелал допустить в универсуме никакого неравенства, кроме того, которое состоит в различии положения неподвижных звезд, что для всякого, кто созерцает ночное небо, обнаруживается с ясностью, не допускающей сомнений. Впрочем, маловажно, каким я предполагаю изначальное расположение материи, раз впоследствии, согласно законам природы, в этом расположении должно было произойти изменение. Едва ли можно вообразить расположение материи, исходя из которого нельзя было бы доказать, что, согласно этим законам, данное расположение должно постоянно изменяться, пока не составится мир, совершенно подобный нашему (хотя, быть может, из одного предположения это выводится дольше, чем из другого). Ибо в силу этих законов материя последовательно принимает все формы, к каким она способна, так что, если по порядку рассмотреть эти формы, возможно наконец дойти до той, которая свойственна нашему миру. Я особенно это подчеркиваю для того, чтобы стало ясно, что, говоря о предположениях, я не делаю, однако, ни одного такого, ложность которого -- хотя бы и явная -- могла бы дать повод усомниться в истинности выводимых из него заключений.

А. Пуанкаре. Эволюция современной физики

Мы имеем, таким образом, драгоценные сведения о свойствах эфира. Позволяют ли они нам построить материальное изображение той среды, которая наполняет Вселенную, и решить таким образом проблему, перед которой оказывались безуспешными долгие усилия наших предшественников?

Некоторые ученые, по-видимому, питали эту надежду… В настоящее время мы наблюдаем среди физиков как раз противоположную тенденцию; они полагают, что материя есть предмет крайне сложный и что напрасно мы считаем себя хорошо осведомленными относительно нее. Происходит это потому, что мы очень привыкли иметь с ней дело и ее странные свойства в конце концов начинают нам казаться естественными. Но в объективной действительности эфир, по всей вероятности, значительно проще и именно его то и следовало бы рассматривать как основу.

Нельзя, следовательно, определить эфир материальными свойствами. Пытаться определить его иными качествами, чем те, непосредственное и точное познание которых дает нам опыт, значило бы делать дело, заранее обреченное на неудачу.

Эфир определен, раз в каждой точке его нам известны по величине и по направлению два поля - электрическое и магнитное, которые могут в этой точке существовать. Эти два поля могут изменяться; мы по привычке говорим о движении, которое распространяется в эфире, но явление, доступное опыту, - это распространение этих изменений.

Так как электроны, рассматриваемые как изменение эфира, распределенного симметрически вокруг данной точки, вполне симулируют инерцию, это основное свойство материи, то становится очень соблазнительным предположить, что и сама материя есть более или менее сложное сочетание движущихся наэлектризованных центров.

Склонность эта обыкновенно очень значительна, как доказывает исследование световых спектров, образуемых атомами. И именно вследствие компенсаций, происходящих между различными движениями, существенные свойства материи, например, закон сохранения инерции, не противоречат гипотезе.

Силы сцепления, как предполагается, обязаны своим происхождением взаимным притяжениям, которые действуют на электрических и магнитных полях, образуемых внутри тела. Можно даже допустить, что под влиянием этих действий может образоваться тенденция к определенным ориентировкам, иначе говоря, здесь выступает причина, по которой материя может кристаллизоваться.

Все опыты над проводимостью газов или металлов и над радиациями активных тел давали нам основание рассматривать атом, как состоящий из центра, заряженного положительно, по величине равного приблизительно самому же атому, при чем вокруг этого центра вращаются, тяготея к нему, электроны. Можно, очевидно, предположить, что этот положительный центр сохраняет основные свойства материи и что только сами электроны обладают одной лишь электромагнитной массой.

Об этих положительных частицах мы плохо осведомлены, хотя они и встречаются в изолированном виде, как мы это видели, например, в канальных лучах. Их нельзя было изучать столь же уверенно, как самые электроны; благодаря своей величине, они производят в телах, на которые падают, значительные потрясения, которые выражаются вторичными испусканиями, усложняющими и маскирующими первоначальное явление. Есть, тем не менее, серьезные основания думать, что эти положительные центры не отличаются простотой. Так, Штарк Точно также и Ленар установил, что часть спектра электрической дуги обязана, по-видимому, своим существованием атомам, сделавшимся положительными благодаря потере одного или нескольких отрицательных электронов., опираясь на очень остроумные доказательства, добытие им опытным путем, приписывает им образование спектров полос в Гейсслеровых трубках; сложность спектра раскрыла бы и сложность центра. Впрочем, известные особенности, которые представляет проводимость металлов, не могли бы быть объяснены, раз не было бы сделано подобного предложения. Таким образом, атом, лишенный катодной частицы, также может быть разложен на элементы, аналогичные электронам и заряженные положительно.

Раз уже это так, то ничто не мешает предполагать, что и этот центр также симулирует инерцию своими электромагнитными свойствами и что он представляет собою лишь известное состояние, локализованное в эфире.

Как бы то ни было, но здание, построенное подобным образом, состоящее из электронов, находящихся в периодическом движении, необходимо должно ветшать. Электроны подвержены ускорениям, которые образуют излучения, направленные наружу. Некоторые из них могут отдаляться от тела, гарантии сохранения первоначальной прочности в конце концов ослабевают, начинает образовываться новое соединение и материя является нам претерпевающей преобразования, замечательные примеры которых дают нам радиоактивные тела.

Все эти замечания о строении материи мы уже встречали по частям. Более глубокое изучение электрона позволяет нам занять такую позицию, стоя на которой мы можем видеть вещи ясно в их целом и угадывать бесконечные горизонты.

Но для того, чтобы укрепить эту позицию, следовало бы еще устранить некоторые возражения: устойчивость электрона недостаточно доказана; почему, каким образом не рассеивается его заряд, какие связки обеспечивают постоянство его строения?

С другой стороны, остаются таинственными явления тяготения. Лоренц, правда, пытался выработать теорию, в которой он объясняет притяжение, допуская, что два заряда одинакового знака отталкиваются меньше, чем притягиваются два заряда равных, но с обратными знаками, при чем разница, судя по вычислениям, так ничтожна здесь, что не поддается непосредственному наблюдению. Он пытался также объяснить тяготение теми давлениями, которые должны оказывать на тела колебательные движения, образующие лучи, способные проникать очень глубоко. Недавно Сутерлянд выдвинул было то объяснение, что притяжение создается разницей действия конвекционных токов, образуемых теми положительными и отрицательными тельцами, которые составляют атомы небесных светил и вовлекаются в астрономические движения. Но все эти гипотезы крайне туманны и многие авторы полагают, вместе с Лянжевеном, что притяжение создается известным родом действия эфира, совершенно отличным от рода электромагнитного.

М. Планк. Единство физической картины мира

С давних времен, с тех пор, как существует изучение природы, оно имело перед собой в качестве идеала конечную, высшую задачу: объединить пестрое многообразие физических явлений в единую систему, а если возможно, то в одну-единственную формулу. При решении этой задачи издавна противостояли друг другу два метода, которые нередко соревновались между собой, а еще чаще взаимно исправляли и дополняли друг друга, в особенности в тех случаях, когда они соединялись для совместной работы в руках одного исследователя. Один из этих методов, более решительный, смело обобщает в одно целое результаты отдельных исследований и сразу ставит в центр внимания одно какое-нибудь понятие или один закон, которому и стремится подчинить с большим или меньшим успехом всю природу со всеми ее проявлениями. Так, у Фалеса Милетского - «вода», у Вильгельма Оствальда - «энергия», у Генриха Герца - «принцип прямейшего пути» играли всякий раз роль главного и центрального пункта физического мировоззрения, который должен объяснить и связать между собой все физические явления.

Второй метод осторожнее, скромнее и достовернее, но зато ведет не так быстро к цели, как первый, и потому получил признание значительно позднее. Он отказывается с самого начала от окончательных результатов и вносит в общую картину только те штрихи, которые представляются достоверно установленными на основании непосредственных опытов, а обобщение их предоставляет дальнейшему исследованию. Наиболее выразительную формулировку получил этот метод в известном определении, которое Густав Кирхгоф дал механике, как «описанию» происходящих в природе движений. Оба метода взаимно дополняют друг друга, и физическое исследование не может отказаться ни от одного из них.

Но теперь я намерен вести речь не об этой двойной методике нашей науки. Я хотел бы обратить ваше внимание на более важный принципиальный вопрос о том, к каким результатам привела эта своеобразная методика и к каким результатам она должна привести в будущем. Никто не станет сомневаться в том, что физика сделала подлинные успехи в своем развитии, что мы с каждым десятилетием значительно лучше познаем природу. В этом может нас убедить один только взгляд на все растущие по числу и значению средства, при помощи которых человечество подчиняет природу своим целям. Но каково в общем направление, в котором развиваются эти успехи? Насколько мы действительно приблизились к конечной цели, к единой системе? Исследование этих вопросов должно иметь величайшее значение для всякого физика, который хочет сознательно следить за развитием своей науки. Если мы сумеем добиться ответа на этот вопрос, то мы будем также в состоянии отдать себе отчет и в другом вопросе, о котором ведется столько горячих споров: чем является по существу то, что мы называем физической картиной мира? Есть ли эта картина только целесообразное, но в сущности произвольное создание нашего ума, или же мы вынуждены, напротив, признать, что она отражает реальные, совершенно не зависящие от нас явления природы?

Для того чтобы определить, в каком направлении происходит развитие физической науки, есть только один способ: сравнить современное состояние ее с тем, в котором она находилась в прежнее время. Если же спросить, какой внешний признак может дать лучшую характеристику данной стадии развития какой-нибудь науки, то я не могу указать более общего признака, чем тот способ, по которому наука определяет свои основные понятия и подразделяет свои различные области. Дело в том, что ясность и целесообразность определений и способ распределения материала нередко содержат в себе в неявной форме последние и самые зрелые результаты исследования.

Посмотрим теперь, как обстоит дело в этом отношении в физике. Прежде всего мы убеждаемся в том, что научное физическое исследование во всех его областях связано или с непосредственными практическими потребностями, или с особо выдающимися явлениями природы. Этим точкам зрения естественно соответствует первоначальное разделение физики и наименование отдельных ее областей. Так, например, геометрия возникла из искусства землемерия, механика - из учения о машинах, акустика, оптика, учение о теплоте - из соответствующих восприятий чувств, учение об электричестве - из любопытных наблюдений над натертым янтарем, теория магнетизма - из замечательных особенностей руды, найденной у города Магнезии. Соответственно тому, что весь наш опыт связан с ощущениями органов чувств, физиологический элемент оказывается преобладающим во всех физических определениях. Короче: вся физика, ее определения и вся ее структура, первоначально имела, в известном смысле, антропоморфный характер.

Насколько отличается от этого картина современной теоретической физики! Прежде всего она в целом имеет более объединенный характер. Число отдельных областей физики значительно уменьшилось, так как родственные области слились между собой: так, например, акустика целиком вошла в механику, магнетизм и оптика слились с электродинамикой. Это упрощение сопровождается заметным ослаблением роли исторически-человеческого элемента во всех физических определениях. Какой физик вспоминает еще в настоящее время по поводу электричества о натертом янтаре или по поводу магнетизма - о малоазиатском месте нахождения первого естественного магнита? В физической акустике, оптике, учении о теплоте оказались исключительными именно ощущения отдельных органов чувств. Физические определения тона, цвета, температуры вовсе не заимствованы теперь от непосредственных восприятий соответствующих органов чувств. Тон и цвет определяются на основании числа колебаний или длины волны…

Это вытеснение специфически-чувственного элемента из определения физических понятий зашло так далеко, что даже те области физики, которые первоначально считались едиными, как соответствующие одному чувственному ощущению, теперь оказались распавшимися на части, вследствие разрушения объединявшей их связи - в противоречии даже с общим стремлением к объединению и слиянию. Наилучшим примером может служить учение о теплоте. Первоначально теплота представляла собой определенную ограниченную область физики, которая характеризовалась ощущениями теплового чувства. В настоящее время мы видим, что во всех учебниках физики целый отдел о тепловом лучеиспускании выделен из теплоты и отнесен к оптике. Роль теплового ощущения оказывается уже недостаточной для того, чтобы связать разнородные части: одна из этих частей вошла в оптику и вместе с последней в электродинамику, а другая - в механику, в частности - в кинетическую теорию материи.

Если мы оглянемся на сказанное, то мы можем формулировать его вкратце следующим образом. Развитие всей теоретической физики до настоящего времени совершается под знаком объединения ее системы, которое достигается благодаря освобождению от антропоморфных элементов, в частности - от специфических чувственных ощущений. Если, с другой стороны, вспомнить, что, по общепризнанному мнению, ощущения являются исходным пунктом всякого физического исследования, то это отклонение от основных предпосылок может показаться странным, даже парадоксальным. А между тем ни один факт в истории физики не представляется таким несомненным, как этот. Действительно, должны были существовать неоценимые преимущества, ради которых стоило совершить такое принципиальное самоотречение!

Прежде чем перейти ближе к этому важному пункту, обратим наш взор от прошлого и настоящего к будущему. Как будет разделена система физики в будущем? В настоящее время противостоят друг другу две значительные области - механика и электродинамика, или, как еще иначе говорят, физика материи и физика эфира. Первая - объединяет акустику, теплоту, химические явления; вторая - включает магнетизм, оптику и лучистую теплоту. Будет ли это подразделение окончательным? Я этого не думаю, прежде всего потому, что обе эти области вовсе не резко отграничены друг от друга. Относятся ли, например, явления лучеиспускания к механике или электродинамике? Или же - в какую область включить законы движения электронов? С первого взгляда можно было бы сказать, что к электродинамике, так как у электронов весомая материя не играет никакой роли. Но обратим внимание хотя бы на движения свободных электронов в металлах. При изучении, например, исследований Лоренца мы найдем, что законы такого движения гораздо больше подходят к кинетической теории газов, чем в электродинамике. Вообще мне кажется, что первоначальная противоположность между эфиром и материей несколько сгладилась. Электродинамика и механика вовсе не противостоят друг другу, взаимно исключая одна другую, как это принято думать в широких кругах, где даже говорят о борьбе между механическим и электродинамическим миросозерцанием. Механика нуждается для своего обоснования только в понятиях пространства, времени и того, что движется, назовем ли мы это веществом или состоянием. Без этих понятий не может обойтись и электродинамика. Соответственным образом обобщенное понимание механики могло бы включить в себя также и электродинамику. Действительно, есть немало указаний, говорящих за то, что эти области, которые уже теперь частью переходят друг в друга, со временем сольются в одну область - общую динамику.

Если противоположность между материей и эфиром будет ликвидирована, то какая точка зрения будет окончательно положена в основу разделения системы физики? На основании того, что мы сказали выше, этот вопрос вместе с тем характеризует весь дальнейший ход развития нашей науки. Но для ближайшего изучения его нам необходимо проникнуть несколько глубже в особенности физических принципов.

М. Планк

Физическая картина мира

…Оглянемся на те изменения, которые претерпела картина мира в ходе развития науки, и сравним их с намеченными нами особенностями будущего развития. Тогда придется признать, что будущий образ мира окажется гораздо более бледным, сухим и лишенным непосредственной наглядности по сравнению с пестрым красочным великолепием первоначальной картины, которая возникла из разнообразных потребностей человеческой жизни и несла на себе отпечаток всех специфических чувственных ощущений. Эту особенность точных наук можно оценить как серьезный их недостаток. К тому же нужно иметь в виду то важное обстоятельство, что мы не можем совершенно исключить наши ощущения, так как мы не можем заградить единственный источник нашего эмпирического знания, а потому не может быть и речи о непосредственном познании абсолютного.

Какое же обстоятельство дает такие особенные преимущества будущей картине мира, что оно вытеснит все прежние, несмотря на указанные недостатки? Это не что иное, как единство его: единство по отношению ко всякому месту и времени, единство по отношению ко всем исследователям, всем народностям, всем культурам.

Если мы присмотримся ближе, то старую систему физики можно сравнить не с одной картиной, а скорее с целой коллекцией картин, поскольку для каждого класса явлений природы имеется свой образ. И все эти различные картины не были связаны между собой; можно было удалить любую из них, нисколько не повлияв на все остальные. Это окажется уже невозможным по отношению к будущей картине физического мира. В ней нельзя будет пренебречь ни одним штрихом. Каждый штрих представится необходимой составной частью целого и будет иметь определенное значение для наблюдаемой природы. С другой стороны, каждое наблюдаемое физическое явление найдет себе свое место в общей картине. В этом заключается существенное различие по сравнению с обычными образами, по отношению к которым считается достаточным, если они соответствуют оригиналу хотя бы в некоторых, а не во всех чертах. По моему мнению, этому различию уделяется слишком мало внимания даже в кругах физиков. В современной специальной литературе приходится встречаться с такого рода замечаниями, что, применяя теорию электронов или кинетическую теорию газов, следует всегда иметь в виду, что они претендуют дать только приблизительный образ действительности. Если перефразировать это замечание таким образом, что нельзя требовать от всех следствий из кинетической теории газов полного соответствия данным опыта, то такое мнение основывалось бы на грубом недоразумении.

Когда Рудольф Клаузиус вывел в середине прошлого столетия из основ кинетической теории газов, что скорости газовых молекул измеряются при обычной температуре сотнями метров в секунду, то ему возражали на это, что газы диффундируют очень медленно друг в друга и что местные разности температур в газах выравниваются также очень медленно. Тогда Клаузиус не ссылался в подтверждение своей гипотезы на то, что она дает лишь приблизительный образ действительности и что от нее нельзя требовать слишком много. Напротив, он показал, вычислив величину среднего свободного пробега, что нарисованная им картина соответствует действительности также и в других указанных случаях. Он был твердо убежден, что, если бы новая теория оказалась в противоречии хотя бы с одним фактом, то она неминуемо потеряла бы свое место в общей физической картине мира. Точно также обстоит дело и в настоящее время.

То обстоятельство, что физическая картина мира удовлетворяет высоким требованиям, которые ей предъявляются, и обуславливает ту непреодолимую силу, с которой она завоевывает всеобщее признание, независимо от доброй воли отдельного исследования, независимо от национальности и от века, независимо даже от человеческого рода. Последнее утверждение может показаться на первый взгляд слишком смелым, если даже не абсурдным. Но вспомним, например, о тех заключениях, которые мы сделали выше по поводу физики марсиан. Нам придется тогда признать, что такие обобщения относятся, во всяком случае к тем, повседневно применяемым в физике, когда по поводу непосредственно наблюдаемых фактов делаются заключения, которые никогда не могут быть проверены человеческими наблюдениями; зато всякий, кто не хочет признать их значения и убедительности, тем самым вынужден отказаться от физического метода мышления.

Ни один физик не сомневается в правильности допущения, что существо, которое было бы в состоянии физически мыслить и имело бы особый орган для ультрафиолетовых лучей, признало бы однородность этих лучей с видимыми лучами, хотя никто не видел ни ультрафиолетового луча, ни такого существа. Точно так же химик никогда не задумывается перед тем, чтобы приписать находящемуся на Солнце натрию такие же свойства, какие имеет земной натрий, несмотря на то, что он никогда не может надеяться наполнить свою пробирку солью солнечного натрия.

Последние соображения приводят нас уже к ответу на те вопросы, которые я поставил в конце своего вступления: является ли физическая картина мира только более или менее произвольным созданием нашего ума, или же, наоборот, мы вынуждены признать, что она отражает реальные, совершенно независящие от нас явления природы? Выражаясь конкретнее, имеем ли мы разумные основания утверждать, что принцип сохранения энергии существовал в природе еще тогда, когда ни один человек не мог думать о нем или что небесные тела будут по-прежнему двигаться согласно закону тяготения и после того, как Земля со всеми ее обитателями разлетится в куски?

Если я, на основании всего вышесказанного, отвечу утвердительно на этот вопрос, то я при этом хорошо сознаю, что этот ответ находится в известном противоречии с тем направлением в философии природы, которым руководит Эрнст Мах и которое пользуется в настоящее время большими симпатиями среди естествоиспытателей. Согласно этому учению, в природе не существует другой реальности, кроме наших собственных ощущений, и всякое изучение природы является в конечном счете только экономным приспособлением наших мыслей к нашим ощущениям, к которому мы приходим под влиянием борьбы за существование. Разница между физическим и психическим - чисто практическая и условная; единственные существенные элементы мира - это наши ощущения.

Если мы сопоставим это положение с теми результатами, которые мы вывели из нашего обзора действительного развития физики, то мы неизбежно придем к странному заключению, что это развитие выражается в непрерывном исключении именно этих элементов мира из физической картины мира. Каждый добросовестный физик должен был бы старательно отличать свое собственное мировоззрение, как своеобразное по логическому содержанию и совершенно отличное от всех других. Положим, что два других физика, произведя один и тот же опыт, стали бы утверждать, что получили противоположные результаты. Наш исследователь допустил бы принципиальную ошибку, если бы вздумал утверждать, что по меньшей мере один из них ошибается: ведь противоречие могло быть обусловлено различием обоих миросозерцаний. Я не думаю, чтобы настоящий физик мог когда-нибудь прийти к такому странному ходу мыслей.

Я готов признать, что доказанная на опыте чрезвычайно малая вероятность практически не отличается от невозможности. Но зато я особенно хотел бы подчеркнуть, что те нападки, которые названная школа направляет против атомистических гипотез и электронной теории, несправедливы и несостоятельны. Напротив, я готов выдвинуть в противовес им такое положение (я знаю, что не останусь одинок в защите его): атомы, хотя мы знаем еще мало подробностей об их свойствах, не более и не менее реальны, чем небесные тела или окружающие нас земные предметы, и если я говорю, что атом водорода весит 1,6 х 10^-24 г, то это положение не менее обосновано, чем то, что Луна весит 7 х 10²⁵ г. Правда, я не могу ни положить атом водорода на чашку весов, ни вообще увидеть его. Но и Луну я тоже не в состоянии положить на весы. Что же касается видения, то существуют, как известно, также невидимые небесные тела, масса которых измерена более или менее точно: ведь масса Нептуна была измерена еще раньше, чем какой-нибудь астроном вздумал направить на него свой телескоп. Не существует такого метода физического измерения, из которого было бы исключено всякое познание, основанное на индукции; это не относится и к непосредственному измерению. Достаточно раз заглянуть в лабораторию точных исследований, чтобы убедиться в том, какой запас опытных данных и отвлеченных рассуждений требуется для одного такого простого, на первый взгляд, измерения.

Но постоянная и цельная картина мира представляет собой, как я пытался доказать, ту незыблемую цель, к которой непрерывно стремиться естествознание в ходе своего развития. В отношении физики мы имеем основания утверждать, что уже современная картина мира, хотя она еще сверкает различными красками в зависимости от личности исследователя, все же содержит в себе некоторые черты, которых больше не изгладит никакая революция ни в природе, ни в мире человеческой мысли. Этот постоянный элемент, не зависящий ни от какой человеческой и даже ни от какой вообще мыслящей индивидуальности, и составляет то, что мы называем реальностью. Найдется ли, например, в настоящее время хоть один серьезный физик, который сомневался бы в реальности принципа сохранения энергии? Скорее наоборот: реальность этого принципа принимается за первоначальное допущение, которое кладется в основу научного исследования.

Правда, еще невозможно дать какие-либо общие указания относительно того, насколько можно быть уверенным, что мы уже установили основные черты будущей картины мира. В этом отношении нужно быть очень осторожным. Но этот вопрос стоит только на втором плане. Единственно важным является только признание незыблемой, хотя и недостижимой, цели, и эта цель состоит не в полном приспособлении наших мыслей к нашим ощущениям, а в полном освобождении физической картины мира от индивидуальности творческого ума. Это и есть более точная формулировка того, что я назвал выше освобождением от антропоморфных элементов. Надеюсь, что таким образом я исключу возможность недоразумения, будто миросозерцание должно быть вообще освобождено от творческого ума: последнее совершенно неосуществимо.

В заключение я приведу еще один довод, который произведет, пожалуй, большее впечатление, чем вышеприведенные соображения по существу, на тех, кто считает самым важным критерием познания человеческо-экономическую точку зрения. Когда великие творцы точного естествознания проводили свои идеи в науку, - когда Коперник удалил Землю из центра мира, когда Кеплер формулировал свои законы, когда Ньютон открыл всемирное тяготение, когда Гюйгенс установил волновую теорию света, когда Фарадей создал основы электродинамики, - едва ли все эти ученые опирались на экономическую точку зрения в борьбе против унаследованных воззрений и подавляющих авторитетов. Нет, опорой всей их деятельности была незыблемая уверенность в реальности их картины мира. Ввиду такого несомненного факта трудно отделаться от опасения, что ход мыслей передовых умов был бы нарушен, полет их фантазии ослаблен, а развитие науки было бы роковым образом задержано, если бы принцип экономии Маха действительно сделался центральным пунктом теории познания. Не будет ли действительно «экономичнее», если мы укажем принципу экономии более скромное место? Во всяком случае вы видите уже по формулировке этого вопроса, что я вовсе не намерен умалять или даже отрицать ценность принципа экономии в высшем его значении.

Мы можем даже сделать еще один шаг вперед. Названные мною ученые говорили вовсе не о своей картине мира, а о самом мире или природе. Есть ли заметная разница между их «миром» и нашей «картиной мира будущего»? Разумеется, нет: ведь еще со времен Канта стало общепризнанным, что не существует метода, при помощи которого можно было бы установить такое различие. Сложное выражение «картина мира» стали употреблять только из осторожности, чтобы с самого начала исключить возможность иллюзий. Но мы можем снова заменить его простым словом «мир», если заранее решим быть осторожными и понимать под этим словом только идеальное миросозерцание будущего. Таким путем мы придем к более реалистическому способу выражения, который даже с экономической точки зрения следует предпочесть сложному и с трудом воспринимаемому позитивизму Маха. Это тот самый способ выражения, который фактически употребляется физиками, когда они говорят на языке своей науки.

Я говорил только что об иллюзиях. С моей стороны было бы худшей иллюзией, если бы я думал, что мои соображения отличаются всеобщей убедительностью или хотя бы общепринятостью, и я всячески постараюсь не впасть в такую иллюзию. Несомненно, об этих вопросах будет еще много передумано и написано: ведь теоретиков много, а бумага терпелива. Поэтому мы должны еще более единодушно и неотступно придерживаться того, что мы все без исключения всегда признавали: это прежде всего добросовестность в самокритике, соединенная с настойчивостью в борьбе за то, что мы раз признали справедливым; затем искреннее, не зависящее даже от недоразумений уважение к личности научного противника и, наконец, спокойная уверенность в силе того слова, которое еще девятнадцать столетий тому назад учило безошибочно отличать ложных пророков от истинных: «По плодам их - познаете их».

4. ПРОБЛЕМА ЭЛЕМЕНТАРНОГО ОБЪЕКТА

В. Вайскопф. Нильс Бор, квант и мир

Одним из достижений, выделяющихся в сложной истории идей XX в., явилось развитие наших представлений о строении вещества. Это развитие шло путем неуклонного, все более глубокого проникновения в суть внутренней структуры атома и сопровождалось чрезвычайным расширением нашего понимания природы материи. Современный научный прогресс часто описывают, оперируя представлениями о революциях и переворотах, когда новая теория разрушает предшествующие теории. Однако такое описание проходит мимо того факта, что развитие науки по своей внутренней сущности эволюционно. Любая из новых и так называемых революционных идей в современной науке возникла как усовершенствование старой системы мышления, ее обобщение или расширение. Теория относительности не устраняет механику Ньютона -- орбиты спутников все еще рассчитываются по ньютоновской теории, -- она расширяет область применения механики на случай высокой скорости и устанавливает общую значимость одних и тех же концепций для механики и теории электричества. Появление квантовой теории, видимо, больше других событий в науке напоминает революцию, но даже эти идеи, например принцип неопределенностей, следует рассматривать как уточнение классической механики при переходе к рассмотрению очень малых систем; они не меняют степени приложимости классической механики к движению более крупных тел.

Постоянный и непрекращающийся рост знаний о строении вещества может помогать ученым, живущим в этом столетии беспорядков и переворотов, сохранять стабильность образа мыслей. Влияние же его на общество оказывается иным. Любой рост знаний этого рода приносит все больше и больше способов и средств обращения с новыми веществами, новыми видами энергии и новыми орудиями насилия, которые можно по желанию пускать в ход или прекращать их применение. Это, в свою очередь, неизбежно меняет образ жизни во все возрастающей степени, оставляя нас в неприятном положении, когда мы с нашей привычной системой оценок сталкиваемся с человеческими проблемами, порожденными новыми достижениями науки.

Ничто не может дать лучшей иллюстрации этих проблем, чем изучение жизни Нильса Бора. Это был великий физик, один из величайших. Его имя стоит рядом с именами Галилея, Ньютона, Максвелла и Эйнштейна. Его труды положили начало тому великому развитию науки, о котором мы говорим здесь, и продолжали влиять на него в течение полувека. В большей степени, чем какой-либо другой ученый, он был озабочен человеческими проблемами своей науки, столкновением политики и интересов общества. Он родился в 1885 г.; его жизнь как ученого началась примерно в 1905 г. и продолжалась пятьдесят семь лет. 1905 г. был годом, когда Эйнштейн лишь через несколько лет после открытия Планком кванта действия опубликовал свою первую статью по специальной теории относительности.

…В 1913 г. была опубликована работа о квантовых орбитах атома водорода. В этой замечательной статье предлагалось объяснять необъяснимые свойства атома с помощью введения совершенно новой физической концепции -- представления о квантовом состоянии. Идеи Бора основаны на предшествующих работах Планка и Эйнштейна. Он применил идею кванта к атомной структуре. Вряд ли существует другая статья в физической литературе, которая вызвала бы появление такого множества теорий и открытий.

Этой знаменитой статьей отмечено начало серии новых прозрений. За десять лет, последовавших после ее публикации, многие явления, ранее не находившие объяснения, встали на свое место в общей схеме представлений: структура спектров элементов; процесс поглощения и излучения света; сущность периодической системы элементов, загадочной последовательности свойств 92 различных видов атомов. Это был период, когда качество (индивидуальность химических веществ) было сведено к количеству (числу электронов в атоме). Все это основывалось на боровском предположении о существовании в атоме квантовых орбит, которое в то время еще было предварительной гипотезой. Современники Бора, однако, воспринимали это предположение совершенно буквально, хотя Бор предупреждал их в своих статьях и письмах, что оно не может быть окончательным объяснением и что должно быть открыто нечто фундаментальное, чтобы по-настоящему понять все происходящее при атомном квантовании.

Второй период явился временем, когда квант был полностью понят. Это был героический период, не имеющий параллелей в истории физики, наиболее плодотворный и самый интересный этап современной физики. Не существует отдельной статьи Бора, которая характеризовала бы этот период в той же мере, как это было сделано в первом периоде работой 1913 г. Бор нашел новый метод работы. Он больше не действовал в одиночку, а трудился, объединившись с другими физиками. Он приобрел большую силу, собрав вокруг себя наиболее активных, наиболее одаренных и самых перспективных физиков мира. В это время у Бора в его знаменитом Институте теоретической физики в Копенгагене работали такие люди, как Клейн, Крамерс, Паули, Гейзенберг, Эренфест, Гамов, Блох, Казимир, Л.Д. Ландау и многие другие. Именно в это время и при участии этих людей были заложены основы квантовых представлении, постигнуто и рассмотрено соотношение неопределенностей, впервые понят корпускулярно-волновой парадокс.

В оживленных дискуссиях с участием двух или большего числа собеседников проливался свет на глубочайшие проблемы строения вещества. Можно представить себе, какая атмосфера, какая жизнь, какая интеллектуальная активность царили в то время в Копенгагене. Здесь ощущалось влияние Бора в самых лучших его проявлениях. Именно здесь он создал свой стиль, копенгагенский дух, стиль весьма специфический, который он внедрил в физику. Мы видим его, величавого, действующего, говорящего, живущего как равный в группе молодых оптимистически настроенных, остроумных, полных энтузиазма людей, постигающих глубочайшие загадки природы, действующих в духе атаки, в духе свободы от привычных пут, в атмосфере шуток, которую с трудом можно описать. Помню, что будучи очень молодым человеком в те времена, когда мне посчастливилось оказаться в Копенгагене, я бывал слегка ошарашен некоторыми шутливыми выходками, происходившими в ходе дискуссии и, как мне казалось, свидетельствующими о нарушении приличий. Я поделился своими чувствами с Бором, и он ответил мне так: «Существуют вещи настолько серьезные, что о них можно только шутить».

В это великое для физики время Бор и его сотрудники прикоснулись к нерву Вселенной. Интеллектуальный взор человека устремился к внутренним механизмам природы, до этого покрытым тайной. Как только были установлены фундаментальные принципы атомной механики, стало возможным понять и рассчитать почти все явления в мире атомов, такие, как атомное излучение, химическая связь, строение кристаллов, металлическое состояние и многие другие. До этого для нас окружающая природа была полна различных сил: электромагнитных, капиллярных, сил сцепления, химических и упругих; теперь все они свелись к одной -- к электромагнитной силе. В течение всего лишь нескольких лет была заложена основа науки об атомных явлениях, выросшей теперь в огромную отрасль знания.

Попытаюсь в нескольких словах обрисовать роль новых идей, возникновению которых способствовал Бор. Химия и физика развивались порознь. Химия была наукой о веществе и его специфических свойствах. Атом был понятием химическим: атом золота, кислорода, серебра -- разные специфические объекты, существование которых было замечено, но не понято. Физика занималась общими свойствами движения, деформаций и напряжений, электрическими и магнитными полями. Две науки были очень далеки друг от друга. Еще нельзя было ответить на вопрос, откуда взялись характерные свойства вещества.

Специфичность атомов определенного сорта представлялась великим чудом. Что мешало природе породить атом золота, который слегка отличался бы от другого? Почему бы не существовать промежуточным атомам, которые были бы наполовину атомами золота, а наполовину -- атомами серебра? Почему не происходит непрерывного изменения свойств от золота до серебра? Что заставляет все атомы одного вещества быть с такой точностью одинаковыми? Почему они не меняются, когда вещество нагревают или подвергают другим внешним воздействиям? Эти вопросы стали еще более острыми и обескураживающими после того как Резерфорд обнаружил, что атомы представляют собой маленькие солнечные системы с атомным ядром вместо центрального солнца и электронами, обращающимися вокруг него подобно планетам. Такие системы должны быть исключительно чувствительны к соударениям и другим возмущающим воздействиям.

Бор увидел, что существует связь между этими свойствами атомов и квантовой теорией. Он попытался формализовать эту точку зрения, постулируя существование квантовых состояний атомных систем, характерных для каждого вида вещества. Электроны могут группироваться вокруг ядра только в небольшом числе вполне определенных вариантов - квантовых состояний - и никаким другим способом. Состояние с наименьшей энергией есть то, которое неизменно должны образовывать электроны при нормальных условиях. Это стабильная конфигурация, поскольку любое ее изменение возможно лишь при подводе энергии в количестве, достаточном для достижения следующего квантового состояния, которое расположено выше по энергетической шкале. Именно такое низшее состояние ответственно за типичные свойства атомов.

Пока это лишь подходящая формулировка объяснения того странного факта, что атомы обладают специфическими свойствами. У Бора она значила несколько больше, поскольку он дал некоторые правила корректного расчета энергий этих квантовых состояний в ряде простых случаев. Однако реальное значение эта новая концепция приобрела, когда стала ясной ее тесная связь с двойственной природой электронов, движение которых иногда наблюдается как движение частиц, а иногда как волновое движение.

Аристотель. Бытие и материя

...Большинство первых философов считало началом всего одни лишь материальные начала, а именно то, из чего состоят все вещи, из чего как первого они возникают и во что как в последнее они, погибая, превращаются, причем сущность хотя и остается, но изменяется в своих проявлениях, - это они считают элементом и началом вещей. И потому они полагают, что ничто не возникает и не исчезает, ибо такое естество (рhysis) всегда сохраняется; подобно тому как и про Сократа мы не говорим, что он вообще становится, когда становится прекрасным или образованным, или что он погибает, когда утрачивает эти свойства, так как остается субстрат - сам Сократ, точно так же, говорят они, не возникает и не исчезает все остальное, ибо должно быть некоторое естество -- или одно, или больше одного, откуда возникает все остальное, в то время как само это естество сохраняется.