Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации

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 отличие физики Галилея от физики 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, совершив идейный взлет, решил 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 комбинациям 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. Их можно назвать фундаментальными астроматематиками.

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 фундаментальность закона инерции, он считал его действующим и для астрономических явлений. И стал первым современным физиком (и астрофизиком).

С тех пор так работает физика переднего края, которую можно назвать Галилеевой. Оставшуюся часть физики можно назвать Архимедовой: здесь к понятиям наглядно-очевидным добавляются фундаментальные понятия, уже проверенные и ставшие привычными. Следующие, после Галилеевой «пустоты», неочевидные понятия — всемирное тяготение, электромагнитное поле, кванты энергии, фотоны, пространство-время и пр. Чтобы ввести в науку «новое слово», нередко необходимо отказаться от привычных старых (от эфира, например), что бывает даже труднее.

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

Источник веры в фундаментальную закономерность

Размышляя о научном познании, Эйнштейн заметил: «Невозможно построить дом или мост без использования лесов, не являющихся частью самой конструкции». Какие же леса помогали строителям новой науки?

О современнике Галилея — Кеплере — Эйнштейн писал, что тот

жил в эпоху, когда власть закона в природе отнюдь не была общепризнанной. А его вера в единообразный закон была столь велика, что дала ему сил на десять лет терпеливого труда — эмпирически исследовать движения планет, чтобы найти их математические законы.

Все основатели новой науки разделяли такую веру в фундаментальную закономерность природы. Вера и знание сотрудничают в науке: вера определяет начало и энергию исследования, а знание — его итог. В чем источник этой веры?

Неожиданную подсказку обнаружил историк-марксист (и, разумеется, атеист) Э. Цильзель, исследуя происхождение выражения «закон природы». Оказалось, что выражение это возникло лишь в семнадцатом веке и притом благодаря библейскому мировосприятию. Слово «закон» до того имело лишь юридический смысл.

В своих книгах Галилей вместо этого слова писал «ragione» (соотношение) или «principio» (принцип). В его теологических письмах, однако, началось превращение: [2]

2

Письма (1613–1615) адресованы ученику и герцогине-покровительнице.

И Библия и Природа исходят от Бога. Библия продиктована Им, а Природа лишь исполняет Его веления.

Библия, убеждая в истинах, необходимых для спасения, нередко использует иносказания, понятные даже людям необразованным. А прямое значение слов было бы богохульством, когда, например, говорится о руках и глазах Бога, о Его гневе и сожалении, о Его забывчивости и незнании будущего. Природа же, никогда не нарушая законов, установленных для нее Богом, вовсе не заботится о том, доступны ли человеческому восприятию ее скрытые причины и способы действия. Бог наделил нас органами чувств, языком и разумом, чтобы мы сами могли познавать устройство Природы. Поэтому, когда мы узнаем нечто о природных явлениях, опираясь на опыт и надежные доказательства, это знание не следует подвергать сомнению на основе фраз из Библии, которые кажутся имеющими иной смысл. Особенно это относится к явлениям, о которых там лишь несколько слов. Ведь в Библии не упомянуты даже все планеты.

Галилей тут фактически изложил постулат фундаментальной науки: нерушимые законы управляют скрытыми причинами в Природе, а человек способен их понять.

К концу семнадцатого века Галилеевы «законы, установленные Богом для природы», превратились просто в «законы природы» — благодаря Декарту и Ньютону, глубоко религиозным и очень авторитетным людям науки. Для атеиста Цильзеля выражение «закон природы» — это лишь «метафора библейского происхождения», но для религиозных основателей новой науки это было метафорой не более, чем другие описания Бога. Выражение «закон природы» вошло в общий язык верующих и неверующих, а к двадцатому веку забылось и то, что оно существовало не всегда, и его библейское происхождение.

Не так важна история словосочетания «закон природы», как роль библейского мировосприятия в мышлении основателей новой науки. Связь двух видов веры в их сознании помогает увидеть зависимость постулата фундаментальный науки от постулатов Библии о Творце-Законодателе и о человеке, созданном как Его подобие.

Вернемся к вопросу Нидэма. Что общего у стран, где новая наука приживалась легко? Сравнивать, впрочем, следует не страны в целом — разные по истории и уровню развития, — а людей, идущих в науку, то есть, очевидно, людей читающих. К семнадцатому веку наиболее читаемой книгой христианской Европы была Библия, доступность которой резко выросла благодаря изобретению книгопечати в пятнадцатом веке, и Реформации в шестнадцатом.

Буквально все основатели новой науки были верующими. Коперник имел духовное звание, Галилей и Кеплер в юности хотели стать священниками, а Ньютон о Библии написал больше, чем о физике. В своих научных исследованиях они, по выражению Кеплера, видели служение Богу. А в религии мыслили так же свободно, как и в науке. Причем в науке истину они искали, опираясь на книгу Природы, а в религии опирались на Библию, полагая, что у обеих книг один Автор.

Конечно, и в семнадцатом веке, когда возникала современная физика, были атеисты. Атеизм «жил и работал» еще во времена Архимеда — у Эпикура и его последователей. Открытым атеистом был коллега и друг Ньютона — астроном Э. Хэли (Галлей). Однако среди основателей новой физики атеистов не было. Чтобы это объяснить, выделим на схеме Эйнштейна три рода задач: изобретение новых понятий и аксиом Э=>A, вывод из аксиом проверяемых утверждений A=>У, эмпирическая проверка этих утверждений У=>Э. Изобретению новых фундаментальных понятий способствуют интуиция и вера, присущие религиозному мировосприятию. А для последних двух задач требуется изобретательное конструирование из уже известных теоретических и материальных элементов, и религиозность этому не помогает, а то и мешает, «отвлекая от дела». Так что физикам-атеистам — таким как Людвиг Больцман, Поль Дирак, Лев Ландау, Стивен Вайнберг — работы хватает.

Все три звена эйнштейновской схемы необходимы, чтобы замкнуть цикл познания. Но начать следующий виток спирали науки способен лишь новый взлет изобретательной интуиции, основанной на вере. В начале же первого цикла, при рождении современной физики, роль новых понятий была особенно велика, и, соответственно, определяющей стала роль верующих физиков. Это объяснение охватывает и следующих изобретателей фундаментальных понятий — Максвелла, Планка и Эйнштейна, которые тоже не были атеистами.

Кредо Эйнштейна: «Господь изощрен, но не злонамерен». Друга его, атеиста М. Соловина, беспокоило, что в подобных шутках слишком большая доля религии. Эйнштейн пояснял, что «не нашел лучшего слова, чем „религиозная“, для уверенности в рациональном характере реальности, доступной человеческому уму, а там, где это чувство отсутствует, наука вырождается в бескрылый эмпиризм». И добавил: