Книга Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации - Геннадий Горелик

Мало кто сомневается в том, что основатель современной физики — Галилей, хоть он и опирался на законы Архимеда, вдохновлялся открытием Коперника, поддерживался Кеплером, и лишь Ньютон развил его идеи до полного триумфа.

Знатоки спорят, однако, о вопросе Джозефа Нидэма, знаменитого историка китайской науки:

Почему современная наука, с ее математизацией гипотез о природе и с ее ролью в создании передовой техники, возникла лишь на Западе во времена Галилея? Почему она не развилась в Китайской цивилизации (или Индийской), а только в Европе? [Ведь] до пятнадцатого века Китайская цивилизация была намного эффективнее Западной в применении знаний о природе к практическим нуждам человека.

Эйнштейн, отвечая на сходный вопрос, обострил его еще более:

Развитие западной науки основано на двух великих достижениях — на греческом изобретении формально-логической системы (в геометрии Евклида) и на открытой в эпоху Возрождения возможности находить причинные связи посредством систематических опытов. Меня не удивляет, что китайские мудрецы не сделали этих шагов. Изумляет, что эти открытия были сделаны вообще.

«Чудом науки» Эйнштейн восторгался не раз, но отказался искать ответ, который проверить нельзя. Чудеса новой физики основаны на многократной опытной проверке ее гипотез. История же состоялась единожды, она не воспроизводима — значит, гипотезы о ее причинных связях опытами не проверить.

Подобные доводы не обескураживают размышляющих об истории науки, в которой драма идей переплетается с судьбами людей. Главное событие в развитии науки — рождение идеи, а это, как известно, дело сугубо человеческое, и потому история физики — наука гуманитарная, хоть в ней и говорят о физических измерениях и математических соотношениях.

В гуманитарных делах также возможна определенность, как, например, в правосудии, решающий орган которого — коллегия присяжных, то есть обычные, не искушенные в юриспруденции граждане. Присяжным дано право выслушать доводы и, опираясь на свой здравый смысл, согласиться с предложенным им утверждением или его отвергнуть. Подобную роль может взять на себя вдумчивый читатель.

Вопрос Нидэма прежде всего следует расширить в пространстве и во времени, чтобы говорить не об одном лишь уникальном событии — рождении современной физики. Само слово «физика» появилось в четвертом веке до нашей эры у Аристотеля, а век спустя Архимед открыл первые физические законы, полностью сохранившие смысл доныне, — законы равновесия и плавания. В последующие две тысячи лет, однако, физика изменилась так мало, что в своих книгах Галилей опровергал Аристотеля и восхищался Архимедом. Исследования же самого Галилея и его последователей к концу семнадцатого века оформились в новую физику.

Новую науку приняли: Декарт во Франции, Гюйгенс в Голландии, Ньютон в Англии, Лейбниц в Германии, Ломоносов в России, но за пределы Европы Галилеева наука почему-то не проникала, хотя в шестнадцатом веке Китай, Индия и мир Ислама не уступали Европе по уровню развития. В Европе освоили технологию производства бумаги, пришедшую из Китая и ставшую предпосылкой книгопечатания. Приняли также десятичную систему счисления, принесенную из Индии, у арабов позаимствовали «алгебру» и пр.

Учитывая приведенные факты, расширим вопрос Нидэма:

Чего не хватало античной науке, чтобы сделать следующий после Архимеда шаг, и почему после рождения современной физики неевропейские цивилизации не участвовали в ее развитии по меньшей мере три столетия?

Историки пытались связать рождение новой науки то с запросами капитализма, то с Реформацией, якобы освятившей реальный земной опыт. Наперекор этому возникла идея о том, что главной силой Научной Революции стала «математизация природы», а вовсе не опыты сами по себе. Пытались понять, с чего началось сотрудничество практиков и теоретиков, сравнивая Европу с другими цивилизациями. В таком сравнении Нидэм и пришел к своему вопросу.

Само разнообразие типов объяснений свидетельствует об их неубедительности. Беря за основу некую черту исторической реальности, не учитывали другие факторы. Первые достижения новой физики — в небесной механике — не имели выхода в экономику. Необходимость соединить опыт с математикой Роджер Бэкон провозгласил еще в тринадцатом веке, а по сути, без философских деклараций, их соединил уже Архимед, совмещавший три профессии: математик, инженер-изобретатель и физик. Среди основателей новой науки были и католики, и протестанты. И наконец, в Китае, без капитализма, теоретики успешно сотрудничали с «технарями», а физика не возникла.

Ответ на вопрос Нидэма должен объяснить, чем характерно время рождения новой науки, что объединяло страны, в которых она легко прижилась, какие силы способствовали ее рождению и развитию.

Первый же взгляд на культурное пространство новой науки обнаруживает, что пространство это было христианским. Христианство, однако, возникло за 16 веков до того и успело разделиться на три непримиримые конфессии. Да и каким образом религия могла бы пробудить физику после многовековой дремы?!

Физика современная и физика фундаментальная

Прежде всего выясним суть новой физики, отличавшую ее от физики предыдущей. 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 свое понимание физики схемой:

Здесь аксиомы A — основные понятия и законы теории — «свободные изобретения человеческого духа, не выводимые логически из эмпирических данных». Аксиомы эти изобретает интуиция, взлетающая (дугообразной стрелой), оттолкнувшись от почвы эмпирики Э. Из аксиом логически выводят конкретные утверждения У: их приземляют (пунктирными стрелками), сопоставляя с данными наблюдений Э.

Аксиомы изобретают гораздо реже, чем применяют уже известные для объяснения новых явлений, но поразительные успехи современной физики достигнуты именно методом, изображенным Эйнштейном. А изобрел этот метод Галилей, открыв, можно сказать, способ изобретения новых понятий.

Этот метод предполагает, что:

1. Природа основана на глубинных, вовсе не очевидных, законах.

2. Человек способен постичь устройство Природы, свободно изобретая понятия и проверяя их опытами.

Назовем эти предположения двойным постулатом фундаментальной науки, поскольку они означают веру в то, что природа — стройное мироздание, стоящее на некоем невидимом — «подземном» — фундаменте и, тем не менее, доступное познанию. Невооруженный глаз видит лишь «надземные» этажи, но физики стремятся понять архитектурный план, начиная с фундамента, очам не видного. Природе задают 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».