му, придя к выводу, что Бог всегда присутствует во Вселенной, чтобы исп-
равлять эти несообразности.
Великий математик Лаплас поставил перед собой честолюбивую задачу
уточнить и усовершенствовать подсчеты Ньютона "и предложить оконча-
тельное описание механики Солнечной системы и настолько приблизить тео-
рию к наблюдениям, чтобы в астрономических таблицах не осталось белых
пятен" [40, 2371. Результатом его усилий была большая работа в пяти то-
мах, "Небесная механика", где Лаплас успешно и подробно описал движение
планет, лун и комет, причины приливов и других гравитационных явлений.
Он показал, что из ньютоновских законов движения следует, что Солнечная
система неподвижна. Когда Лаплас продемонстрировал Наполеону первое из-
дание своей книги, тот, как рассказывают, заметил: "Месье Лаплас, мне
сказали, что этот грандиозный труд об устройстве Вселенной не содержит
ни одного упоминания о Творце". На что Лаплас резко ответил: "Я не нуж-
даюсь в этой гипотезе".
Вдохновленные блестящим успехом ньютоновской механики в астрономии,
физики использовали ее для описания непрерывного течения жидкостей и ко-
лебаний упругих тел и вновь добились успеха. Наконец, даже теория тепло-
ты получила механистическое обоснование, согласно которому теплота
представляет собой энергию, порожденную сложным хаотическим движением
молекул вещества. Так, при повышении температуры воды подвижность моле-
кул возрастает до тех пор, пока они не преодолевают сил взаимного притя-
жения и не разделяются. При этом вода превращается в пар. Напротив, при
охлаждении термическое движение замедляется, между молекулами возникает
более прочная связь, и образуется лед. Подобным же образом можно с чисто
механической точки зрения объяснить много других температурных явлений
(см. рис, 2).
Триумф механики Ньютона убедил физиков в том, что ее законы управляют
движением всей Вселенной и являются основными законами природы, и что
явления природы не могут иметь другого объяснения. Тем не менее, по про-
шествии менее ста лет стало очевидно, что ньютоновская модель не может
объяснить новые открытия, а ее закономерности действуют не всегда.
Все началось с открытия и исследования явлений электричества и магне-
тизма, которые не допускали механического толкования, свидетельствуя о
существовании сил неизвестной до этого разновидности. Важный шаг был
сделан Майклом Фарадеем и Клерком Максвеллом-первый из которых был одним
из величайших экспериментаторов в истории науки, а второй -блестящим те-
оретиком. Когда Фарадей поднес к медной катушке магнит и вызвал в ней
электрический ток, преобразовав таким образом механическую работу в
электрическую энергию, наука оказалась в тупике. Этот фундаментальный
эксперимент дал рождение разнообразной электрической инженерии и стал
основой для теоретических размышлений Фарадея и Максвелла, плодом кото-
рых стала целая теория электромагнетизма. Фарадей и Максвелл, исследовав
эффекты действия сил электричества и магнетизма, в первую очередь заин-
тересовались их природой. Они заменяли понятие "силы" понятием "силового
поля" и первыми вышли за пределы физики Ньютона.
Вместо вывода о том, что два противоположных заряда притягиваются
точно также, как две "точки массы" в ньютоновской механике, Фарадей и
Максвелл сочли более приемлемым утверждать, что каждый заряд создает
вокруг себя особое "возбуждение", или "состояние", так что противополож-
ный заряд, находящийся поблизости, испытывает притяжение. Состояние спо-
собное порождать силу, было названо полем. Поле создает каждый заряд не-
зависимо от присутствия противоположного заряда, способного испытать его
воздействие.
Это открытие существенно изменило представление о физической ре-
альности. Ньютон считал, что силы тесно связаны с телами, между которыми
они действуют. Теперь же место понятия "силы" заняло более сложное поня-
тие "поля", соотносившееся с определенными явлениями природы и не имев-
шее соответствия в мире механики. Вершиной этой теории, получившей наз-
вание электродинамики, было осознание того, что свет есть не что иное,
как переменное электромагнитное поле высокой частоты, движущееся в
пространстве в форме волн. Сегодня мы знаем, что и радиоволны, и волны
видимого света, и рентгеновские лучи - не что иное, как колеблющиеся
электромагнитные поля, различающиеся только частотой колебаний, и что
свет-лишь незначительная часть электромагнитного спектра.
Несмотря на новые открытия, в основе физики все еще лежала механика
Ньютона. Сам Максвелл пробовал объяснить результаты своих исследований с
механистической точки зрения, считая поле напряженным состоянием эфи-
ра-очень легкой среды, заполняющей все пространство, а электромагнитные
волны-колебаниями эфира. Это было вполне естественно, так как в волнах
обычно видели колебание какой-либо среды: воды, воздуха и так далее. Од-
нако Максвелл одновременно использовал несколько механистических объяс-
нений своих открытий, очевидно, не воспринимая ни одного всерьез. Види-
мо, он интуитивно чувствовал, если и не говорил этого открыто, что глав-
ное в его теории - поля, а не механистические модели. На этот факт через
десять лет обратил внимание Эйнштейн, заявивший, что эфира не существу-
ет, и что электромагнитные поля имеют свою собственную физическую приро-
ду, могут перемещаться в пустом пространстве и не относятся к явлениям
из области механики.
Итак, в начале двадцатого века физика располагала двумя признанными
теориями, каждая из которых объясняла природные явления лишь в одной
разновидности; механикой Ньютона и электродинамикой Максвелла. Ньюто-
новская модель уже не была единственной опорой физики.
Современная физика
Первые три десятилетия нашего столетия радикально изменили положение
дел в физике. Одновременное появление теории относительности и теории
атома поставило под сомнение представление ньютоновской механики об аб-
солютном характере времени и пространства, о твердых элементарных части-
цах, о строгой причинной обусловленности всех физических явлений и о
возможности объективного описания природы. Старые понятия не находили
применения в новых областях физики.
У истоков современной физики-великое свершение одного человека,
Альберта Эйнштейна. Две его статьи, опубликованные в 1905 году, содержа-
ли две радикально новые мысли. Первая стала основой специальной теории
относительности Эйнштейна; вторая заставила по-новому взглянуть на элек-
тромагнитное излучение и легла в основу теории атома - квантовой теории.
Квантовая теория создавалась благодаря совместным усилиям целой группы
физиков. Однако теорию относительности практически полностью разработал
сам Эйнштейн. Научные труды Эйнштейна увековечили грандиозные достижения
человеческого разума, став своего рода пирамидами современной цивилиза-
ции.
Эйнштейн был твердо уверен в том, что природе изначально присуща гар-
мония, и его научной деятельностью руководило желание найти общую основу
для всей физики. Первым шагом к этой цели было объединение двух самосто-
ятельных теорий классической физики-электродинамики и механики-под эги-
дой специальной теории относительности. Она объединила и дополнила пост-
роения классической физики и одновременно потребовала решительного пе-
ресмотра традиционных представлений о времени и пространстве и подорвала
одно из оснований ньютоновского мировоззрения.
Согласно теории относительности, неверно, что пространство имеет три
измерения, а время существует отдельно от него. Одно тесно связано с
другим, и вместе они образуют четырехмерный "пространственно-временной"
континуум. Пространство, как и время, не существует само по себе. Далее,
в отличие от ньютоновской модели, здесь нет единого течения времени.
Разные наблюдатели, двигаясь с различными скоростями относительно наблю-
даемых ими явлений, указывали бы разную их последовательность. В таком
случае, два события, одновременные для одного наблюдателя, для других
произойдут в различной последовательности. В результате, все измерения в
пространстве и времени, которые становятся относительными, теряют свой
абсолютный характер. И время, и пространство-лишь элементы языка, кото-
рый использует некий наблюдатель для описания наблюдаемых явлений.
Понятия времени и пространства настолько основополагающи, что их из-
менение влечет за собой изменение общего подхода к описанию явлений при-
роды. Самое важное последствие этого изменения-осознание того, что мас-
са-одна из форм энергии. Даже неподвижный объект наделен энергией, зак-
люченной в его массе, и их соотношение выражается знаменитым уравнением
Е=мс^2 в котором с-скорость света.
Эта константа исключительно важна для теории относительности. Для
описания физических явлений, при которых действуют скорости, близкие к
скорости света, всегда следует пользоваться теорией относительности. В
особенности это касается электромагнитных явлений, одним из которых яв-
ляется свет, и которые подвели Эйнштейна к созданию его теории.
В 1915 году Эйнштейн выдвинул общую теорию относительности, которая,
в отличие от специальной, учитывала гравитацию, то есть взаимное притя-
жение всех тел с большой массой. В то время, как специальная теория была
подвержена множеству экспериментов, общая теория еще не нашла своего
окончательного подтверждения. И все же она является наиболее широко
признанной, последовательной и изящной теорией гравитации, и находит ши-
рокое применение в астрофизике и космологии.
Согласно теории Эйнштейна, гравитация способна "искривлять" время и
пространство. Это означает, что в искривленном пространстве законы евк-
лидовой геометрии не действуют, так же как двухмерная плоскостная гео-
метрия не может быть применена на поверхности сферы. На плоскости, нап-
ример, мы можем нарисовать квадрат следующим образом: отмерить один метр
на прямой линии, отложить прямой угол и снова отмерить один метр, затем
отложить еще один прямой угол и снова отмерить метр, наконец, в третий
раз отложить прямой угол и, вернувшись в исходную точку, получить квад-
рат. Однако на поверхности шара эти правила не подействуют. Точно таким
же образом евклидова геометрия бесполезна в искривленном трехмерном
пространстве. Далее, теория Эйнштейна утверждает, что трехмерное прост-
ранство действительно искривлено под воздействием гравитационного поля
тел с большой массой.
Пространство вокруг таких тел-планет, звезд и т. д.-искривлено, и
степень искривления зависит от массы тела. А поскольку в теории относи-
тельности время не может быть отделено от пространства, присутствие ве-
щества оказывает воздействие и на время, вследствие чего в разных частях
Вселенной время течет с разной скоростью. Таким образом, общая теория
относительности Эйнштейна полностью отвергает понятия абсолютного прост-
ранства и времени. Относительны не только все измерения в пространстве и
времени; сама структура пространства-времени зависит от распределения
вещества во Вселенной, и понятие "пустого пространства" также теряет
смысл.
Классическая физика рассматривала движение твердых тел в пустом
пространстве. Такой подход и сегодня остается уместным, но лишь по отно-
шению к так называемой "зоне средних измерений", то есть в области наше-
го обыденного опыта, когда классическая физика остается полезной теори-
ей. Оба представления о пустом пространстве и о твердых материальных те-
лах,- настолько укоренились в нашем мышлении, что нам очень трудно
представить себе некую физическую реальность, где бы эти представления
не были бы применимы. И все же современная физика, выходя за пределы зо-
ны средних измерений, заставляет нас сделать это. Выражение "пустое
пространство" утратило смысл в астрофизике и космологии--науках о Все-
