Читать книгу Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации - Геннадий Горелик - Страница 15

Прежде всего выясним суть новой физики, отличие ее от предыдущей науки. Ведь опыты и математика Галилея не выходили за пределы возможностей Архимеда, которого Галилей не зря называл “божественнейшим”. В чем Галилей вышел за эти пределы, помогает увидеть Эйнштейн, изобразивший жизнь родной науки схемой:

Здесь аксиомы A – основы теории – “свободные изобретения человеческого духа, не выводимые логически из эмпирических данных”. Аксиомы эти изобретает интуиция, взлетающая (дугообразной стрелой), оттолкнувшись от почвы эмпирических данных Э. Из аксиом логически выводят конкретные утверждения У и приземляют их (пунктирными стрелками), сопоставляя с данными наблюдений Э.

Аксиомы изобретают гораздо реже, чем применяют уже известные для объяснения новых явлений, но поразительные успехи современной физики обязаны именно праву изобретать новые – “нелогичные” – понятия. Это право, впервые реализованное Галилеем, предполагает веру в то, что:

Природа основана на глубинных, не очевидных, законах, которые Человек, тем не менее, способен постичь, изобретая понятия и проверяя теории, на них основанные, в опытах.

Назовем это предположение постулатом фундаментальной науки, поскольку оно означает веру в то, что природа – стройное мироздание, стоящее на некоем невидимом – “подземном” – фундаменте, доступном, тем не менее, познанию. Невооруженный глаз видит лишь “надземные” этажи, но чтобы понять целостный архитектурный план, физики начинают с фундамента, очам не видного. Они задают Природе вопросы в виде измерительных опытов. Измерения дают четкие ответы, позволяя подтвердить или опровергнуть математически выраженную теорию. Потому и необходим комплект из двух инструментов – опыта и математики. Но требуется и нечто большее – то, что Эйнштейн назвал “отважнейшими измышлениями, способными связать эмпирические данные”.

Главное, фундаментальные понятия вовсе не обязаны быть очевидными – эти “свободные изобретения человеческого духа” оправдываются или отвергаются в процессе познания. “Понятия нельзя вывести из опыта логически безупречным образом”, “не согрешив против логики, обычно никуда и не придешь”, – писал Эйнштейн, подразумевая логику предыдущей теории. Но, совершая первый шаг – первый взлет интуиции, другой логики физик еще и не имеет.

Плодотворность неочевидных идей в познании Вселенной обнаружил Коперник, получив убедительные следствия из абсурдной для того времени идеи о движении Земли вокруг Солнца. Успех Коперника помог Галилею изобрести метод познания, следуя которому физик волен изобретать сколь угодно неочевидные – “воображаемые” – понятия, отталкиваясь от наблюдений, если затем сумеет завершить творческий взлет интуиции надежным приземлением.

Именно таким образом Галилей открыл закон свободного падения – первый фундаментальный закон, согласно которому в пустоте движение любого тела не зависит от того, из чего оно состоит. Неочевидное и “нелогичное” понятие, которое ему понадобилось, – “пустота”, точнее – “движение в пустоте”. И понятие это он ввел вопреки величайшему тогда авторитету Аристотеля, доказавшего логически, как считалось, что пустота, то есть ничто, реально не существует. Галилей не воспринимал пустоту органами чувств, не проводил опытов в пустоте. Он мог лишь сопоставить эксперименты с движениями в воде и в воздухе, и это стало взлетной полосой для его изобретательного разума. Так он пришел к понятию “невидимой” пустоты, что помогло ему открыть закон инерции, принцип относительности и, наконец, закон свободного падения. Тем самым он показал, как работает изобретенный им метод.

На схеме Эйнштейна проявилось ключевое отличие физики Галилея-Эйнштейна, или современной науки, от науки Архимеда – стрела изобретательной интуиции, взлетающая вверх. Все физические понятия Архимеда наглядны: форма тела, плотность вещества и плотность жидкости. И этого хватило для создания теории плавания – малыми шагами, последовательно. Подобным же образом Птолемей составил геоцентрическую теорию планетных движений. Не любую теорию, однако, можно создать, ограничиваясь лишь наглядными понятиями и малыми шагами.

Коперник совершил идейный взлет, решив исследовать, как выглядят планетные движения, если на них смотреть с “солнечной точки зрения”. А взлет Кеплера – предположение о том, что траектории планет описываются не разными комбинациями круговых циклов и эпициклов, а неким единым образом. И Коперник, и Кеплер, фактически принимая постулат фундаментальной науки, изучали по сути лишь один объект – Солнечную систему. Они опирались лишь на астрономические, “пассивные”, наблюдения, а главным их теоретическим инструментом была математика. Поэтому их можно назвать фундаментальными астро-математиками.

Галилей применил изобретательную свободу познания в мире явлений земных, где возможны активные систематические опыты. Он верил в то, что оба мира – подлунный и надлунный – подвластны единым законам. Обнаружив в земных явлениях, с помощью своих опытов, фундаментальность закона инерции и принципа относительности он счел их действующими универсально во всей Вселенной и решил парадокс Коперника: почему люди не замечают огромную скорость движения Земли вокруг Солнца. А чтобы понять фундаментальность открытого им закона свободного падения, понадобился Ньютон, разглядевший в этом земном законе всеобщий закон всемирного тяготения.

Поэтому и можно назвать Галилея первым современным физиком (и астрофизиком). Можно также фундаментальную физику переднего края назвать Галилеевой, а Архимедовой назвать всю остальную физику, где к понятиям наглядно-очевидным добавляются фундаментальные понятия, уже проверенные и ставшие привычными. По примеру “пустоты” Галилея изобретались следующие фундаментальные понятия: всемирное тяготение, электромагнитное поле, кванты энергии, фотоны, пространство-время и пр.

Метод Галилея стал главным двигателем современной науки, давая новые понятия и законы природы. Начинал же Галилей с веры в фундаментальную закономерность природы и в способность человека к познанию.