Как складываются научные концепции

 

Различия трех основных методов познания — религиозного, научного и философского кратко можно определить так: религия — вера; наука — доказуемое знание; философия — общие логичные рассуждения. Хотя в действительности между ними нет резкого различия. Элементы веры неизбежны в науке, религиозные и философские воззрения не должны противоречить доказуемым знаниям и т. д.

Опора на знания — не только достоинство, но и недостаток науки. Ведь слишком многое нам остается неизвестным, а есть наверняка и то, что никогда не постигнет ум человека. Религиозные идеи опираются на догмы, а потому слишком инертны и нередко вступают в противоречие с достоверно установленными фактами. Однако мудрость древних компенсирует этот недостаток. Наиболее «всеядна» философская мысль. Она охватывает все возможные области познания, размышляя о религии, науке, искусстве, истории, обыденной жизни. Но эти идеи обычно слишком абстрактны и далеко не всегда согласуются с конкретными сведениями.

Вот и о науке мы привыкли говорить обобщенно, хотя эта колоссальная область знания делится на обширнейшие разделы, которые принято называть: естественные, точные, технические, общественные, гуманитарные. Но, как мы уже отмечали, современная физика лишь с большой натяжкой может считаться наукой о природе, а математические знания относятся скорее к логике и философии, чем к точным наукам (не зря же есть среди них и теория вероятности, позволяющая весьма точно вычислять неточности).

За последние десятилетия главным образом в связи вульгаризацией научных знаний в средствах массовой рекламы, агитации и пропаганды (СМРАП) в общественном мнении стали стираться грани между такими понятиями, как гипотеза, теория, учение. Об эмпирических обобщениях (то есть, обобщениях опытных доказанных фактов) и вовсе не упоминают.

Научные исследования бывают двух типов. В одних случаях ученые (и не обязательно профессиональные) путем наблюдений или экспериментов добывают факты — те сведения, которые можно проверить. Это очень важно иметь в виду: научно обоснованный факт обязательно должен быть проверяемым.

К примеру, время от времени в прессе появляются сообщения о наблюдавшихся НЛО, увиденном кем-то где-то снежного человека и т. п. Мне доводилось почти полвека сотрудничать с нашими ведущими научно-популярными изданиями. За это время не раз возникали и спадали подобные весьма сомнительные, а то и очевидно искусственно раздутые сенсации.

Их преподносят под видом науки, тогда как к ней они не имеют, в сущности, никакого отношения. Потому что отсутствуют факты, доказывающие данное «явление». Это еще не означает, будто неведомого загадочного явления нет и не может быть. В некоторых случаях так и есть (снежный человек, летающие тарелки). В других — не исключено что-то реальное. Но если сообщение проверить невозможно, его нельзя преподносить как научный факт.

Короче, добыча ценных интересных сведений — дело нелегкое. Порой оно требует огромных расходов времени и энергии (когда проводятся сложные эксперименты). Но на одних лишь фактах наука не строится, так же как груда кирпичей не равнозначна выстроенному зданию.

Нередко предполагают, что именно с фактов начинается наука. В действительности так бывает редко. Чаще всего первой бывает мысль: предположение, догадка, гипотеза. Она нацеливает исследователя на определенную проблему. Кроме того, важно умело использовать научный метод. Бывают, конечно, случайно обнаруженные факты. Но все-таки трудно открыть то, не зная что.

Имея определенный набор фактов, ученый может вывести на этом основании некоторые предположения: предложить гипотезу. Она не только объясняет данный набор фактов, но и выходит за его пределы. В ней присутствует немалая доля фантазии. Но в то же время она не должна противоречить каким-то иным фактам.

Другие ученые на основе тех же сведений могут придумать свои гипотезы. Какая из них более верна? Для этого надо или отыскать ошибки в рассуждениях, или привлечь дополнительные факты. В результате останется немного гипотез и появится возможность разрабатывать их более детально и основательно. Так гипотеза превращается в научную теорию.

Значит ли это, что теория, в особенности, если ее признало большинство специалистов, и она вошла в учебники, верна? Нет, конечно. Просто, на данный момент она лучше других, вот и все. В истории науки было множество разработанных теорий, которые казались незыблемыми — до поры, до времени. Позже обнаруживались факты, их опровергающие или им не соответствующие.

Важное уточнение: один убедительный факт, опровергающий теорию, перевешивает сотни и тысячи фактов, ее подтверждающих. Это еще не значит, что данную теорию следует тут же отбросить за ненадобностью. Надо ее заново продумать и пересмотреть, используя то полезное, что в ней содержится.

Очень важно научиться отличать гипотезы от теорий, а последние не считать неоспоримыми истинами. Но тогда каким научным идеям следует доверять? В принципе — никаким. Хотя есть еще эмпирическое обобщение, которое стоит наравне с фактами. Вот как определил его В. И. Вернадский:

«Эмпирическое обобщение опирается на факты, индуктивным путем собранные, не выходя за их пределы и не заботясь о согласии или несогласии полученного вывода с другими существующими представлениями о природе. В этом отношении эмпирическое обобщение не отличается от научно установленного факта: их совпадение с нашими научными представлениями о природе нас не интересует, их противоречие с ними составляет научное открытие».

Ярким примером эмпирического обобщения В. И. Вернадский считал периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева. Другой пример: принцип «живое от живого» (о нем нам еще придется потолковать). Еще один: существование круговоротов материи.

Есть еще одна система научного обобщения фактов — учение. Оно отличается от теории или эмпирического обобщения тем, что объединяет комплекс фактов и идей, почерпнутых из разных наук, но относящихся к одному природному объекту.

Каждый специалист подходит к изучению того или иного явления (объекта) с позиций своей науки. Например, один и тот же камень математик опишет по-своему, геохимик — не так, как он, геофизик — на свой лад, геолог — иначе. Наиболее полное описание такого образца требует комплексного подхода.

Конечно, учения о камне нет — слишком локален данный объект. Обычно создают учения о более значимых, фундаментальных природных телах и явлениях: о земных сферах, об эволюции, о вулканах, о Мировом океане, о биосфере, о техносфере. Но тут уже приходится говорить не о сугубо научных, а о научно-философских проблемах.

...Возможно, кому-то из читателей подобные рассуждения покажутся излишними и скучными. Однако если не принимать их в расчет, начинается интеллектуальный первозданный хаос, неорганизованность мысли. Тогда даже образованный и эрудированный человек начинает предаваться нелепым суевериям и беспочвенным фантазиям, принимая их за истину.

Можно сказать так: зеркало познания должно быть чистым, предельно ровным и отлично отполированным; только в таком случае оно будет более или менее адекватно отражать реальность. Но вот вопрос: можно ли считать таким идеальным зеркалом — науку?

 

Вселенная с красным сдвигом

 

Происхождение окружающего и сотворившего нас мира испокон веков было для любознательных людей наиболее жгучей загадкой – на пределе возможностей разума. И вот в середине XX века астрономы и физики разных стран, удостоенные почетных званий, увенчанные Нобелевскими премиями, а также широкие массы узких специалистов пришли к единодушному мнению: тайна возникновения Мироздания наконец-то разгадана!

Началось это с эйнштейновской общей теории относительности. В ней выведены формулы состояния Вселенной, основанные на нескольких физических показателях. В 1922 году советский ученый А.А. Фридман уточнил выкладки Эйнштейна и математически доказал, что Вселенная должна находиться в нестабильном состоянии. Чуть позже американец Э. Хаббл, наблюдая далекие звезды и галактики, установил: их световое излучение смещается в красную сторону спектра и чем дальше находится объект, тем больше смещение.

Почему так происходит? В чем причина этого «сдвига по фазе»? Отчего вдруг такое покраснение дальних звезд?

В ту пору ведущие физики некоторых стран разрабатывали проекты всеразрушающей атомной бомбы. И сами того не подозревая, теоретики-астрофизики пошли тем же путем: придумали взрывной вариант рождения Вселенной. Один из его разработчиков, советский ученый Г.А. Гамов (уехавший впоследствии на Запад), предположил: от того «первовзрыва» должно сохраняться в космическом пространстве своеобразное «реликтовое излучение» с температурой немного выше абсолютного нуля, составляющего −273°С.

Следы этого излучения обнаружили в 1963 году два американских астрофизика Р. Вильсон и А. Пензиас. Космологи возликовали: теоретическое предсказание сбылось! Значит, гипотезу Гамова можно считать теорией!

Через 15 лет Вильсон и Пензиас получили Нобелевскую премию. И впредь продолжились физико-математические разработки концепции Большого взрыва. Словно ученые обнаружили золотую жилу и принялись наперебой добывать ценный продукт (конечно, не желтый металл, а информацию).

Характерное признание принадлежит одному из таких американских разработчиков М. Дэвису. В 1976 году он писал: «Обнаружение реликтового излучения является самым важным открытием в космологии с тех пор, как Хаббл показал, что Вселенная расширяется. Реликтовое излучение усилило нашу веру в безыскусственную космологию горячей Вселенной с большим взрывом...» Обратите внимание на два ключевых слова: «вера» и «безыскусственная».

Вообще-то, понять ликование физиков нетрудно. Ведь именно с представителями этой науки, благодаря мощной рекламе в политической и научно-популярной литературе, стали связывать высшие интеллектуальные достижения человечества. Когда американцы в целях эксперимента и в назидание соперникам спалила в атомном пекле два японских мирных города (мгновенье — и убиты более двухсот тысяч людей!), вроде бы подтверждением гениальных физиков и зримым доказательством колоссального эффекта атомных взрывов.

Первыми уверовали в великое открытие ученые. Затем восторженные популяризаторы стали внедрять эту веру в массы. Подумать только: разгадана тайна рождения Мироздания!

Что имел в виду М. Дэвис, говоря о «безыскусственности» теории Большого взрыва? По-видимому, он хотел подчеркнуть: она опирается не на общие рассуждения, философские домыслы, словесные образы, а на математические выкладки.

Когда рассматриваешь научные труды, посвященные этой теории, приходишь в изумление и огорчение от обилия формул. Конечно, и Ньютон в своих знаменитых «Математических началах натуральной философии» формул привел предостаточно. Однако там они служат вспомогательным целям и призваны рассчитать траектории небесных тел, уточнить и обобщить множество конкретных астрономических фактов.

Текстовая часть у Ньютона вполне достойна считаться философской. Она насыщена интересными мыслями, исполненными логики и здравого смысла. Увы, этого нельзя сказать о трудах астрофизиков второй половины XX века. Именно к современному космологу в наибольшей степени подходит образ, созданный поэтом Максимилианом Волошиным почти столетие назад:

 

Таким бы точно осознала мир

Сама себя постигшая машина.

 

...На первый взгляд кажется, что теория Большого взрыва выстроена безупречно. Недаром же видные ученые, анализируя ее, удовлетворенно произносят, повторяя Творца: «Это хорошо».

В фундаментальной монографии известные физики академики Я. В. Зельдович и И. Л. Новиков высказались однозначно: «Наблюдения показывают, что мы живем в... расширяющейся Вселенной. Красное смещение спектральных линий света, приходящего к нам из далеких галактик, есть следствие допплер-эффекта, связанного с тем, что эти галактики удаляются от нас».

Вот так, без тени сомнений. А они, вроде бы, вполне уместны, когда речь идет о бесконечно более сложном, чем мы, объекте. Впрочем, ученые рассмотрели еще один вариант объяснения красного смещения: «старение» фотонов, квантов света, которые, прежде чем достичь земного наблюдателя, проделывают невообразимо долгий путь в космосе – в миллионы и миллиарды световых лет. В таком случае красное смещение указывает на возраст фотонов, а не звезд.

Данный вариант специалисты отвергли. По их мнению, старение фотонов должно было бы сопровождаться «размазыванием» изображений светящихся объектов и другими заметными явлениями. Проблема до сих пор окончательно не прояснилась. Однако это лишь одна альтернатива доплеровскому красному смещению. Есть, по меньшей мере, два других варианта, оставшиеся вне поля зрения специалистов.

Английский астроном Э. Милн в 30-е годы XX века предположил, что старели не фотоны, а материя. Звезды были иными миллиарды лет назад. Мы как бы читаем письма от адресатов или сильно постаревших, или даже давно умерших. Было бы странно предполагать, что они вторично написали бы точно такое письмо, как в далекой и безвозвратной юности. Мысль Милна интересна, но ее невозможно ни доказать, ни опровергнуть. Подобные гипотезы остаются вне науки, пока не появятся новые сведения, позволяющие их обосновать (или отбросить).

Возможен еще один вариант объяснения красного смещения. На мой взгляд, он предпочтительней трех первых.

Вспомним: скорость света признана постоянной с одним существенным уточнением — в вакууме. В начале века его считали неизменной космической пустотой. Затем выяснилось, что это особое состояние материальной среды, насыщенной энергией. Теперь зададим себе простой вопрос: почему бы за миллиарды лет свойства космического вакуума оставались постоянными? Нет никакой гарантии такой стабильности. Логично предположить, что вакуум изменялся, как все на свете.

При изменении «плотности» вакуума, должна меняться и скорость света в нем. Чем дальше от нас объект в пространстве, тем дальше он от нас и во времени. Следовательно, тем дольше от него шел световой сигнал и тем более раннюю стадию эволюции вакуума он отражает. В таком случае красное смещение сообщает об изменениях космического вакуума за многие миллиарды лет.

За последние годы была высказана еще одна гипотеза о природе красного смещения. Физик Д.Ф. Черняев предпочел возродить идею эфирной среды (в принципе это то же, что и космический энергоемкий вакуум), привел ряд математических выкладок и пришел к выводу: «Все наблюдаемые на Земле случаи возникновения эффекта Доплера связаны с процессом сжатия или разряжения некоторой среды, окружающей движущийся предмет. Именно определяемая направлением деформация вещественной среды и обусловливает соответствующее изменение длины волны электромагнитного излучения».

Иначе говоря, луч света, преодолевая сопротивление космической среды, меняет длину волны. Таким образом: «Космологическое красное смещение информации о разбегании галактик не содержит».

Что же получается? Мировое сообщество физиков, основываясь на свои специальные и весьма ограниченные знания природы, избрало всего лишь один вариант объяснения из нескольких возможных. Покоряясь авторитету физики, подавляющее большинство ученых вполне этим удовлетворилось. А физики занялись математическими упражнениями на заданную тему, подгоняя новые факты под принятую на веру данную теорию.

Почему так получилось? Неужели ни у кого из уважаемых специалистов не возникло сомнений в том, что их модель Мироздания, раздувающегося, как пузырь, слишком примитивна по своей сути, хотя в результате использования головоломных физических формул чрезвычайно сложна и с формальных позиций вполне корректна?

Вспоминается сказка Андерсена «Новое платье короля». Торжественно шествующая по научным и популярным изданиям, восхваляемая письменно и устно теория Большого взрыва напоминает, пожалуй, ту самую царственную особу, облаченную в мнимое одеяние.

Хотелось бы походить на ребенка, воскликнувшего: «А король-то голый!» Но я не исключаю своей ошибки, скажем так, обмана зрения. Мало ли что померещится неспециалисту. Да и ниспровергать ставшую привычной теорию вовсе не обязательно. Достаточно всерьез усомниться в ней, а не поклоняться, как самодержцу или идолу.

Можно возразить: как же можно в ней усомниться, если она построена на основе новейших научных исследований? На экспериментах, наблюдениях. Уж не желает ли ниспровергатель вовсе отказаться от всей современной физики и сочинить собственную?

Полагаю, что подобного ниспровержения не требуется. Останутся все те же фундаментальные константы и неопровержимые факты. Откроется лишь возможность нового их толкования, только и всего. Тем самым появится новое пространство для поисков. Нет никакой гарантии, что на этом пути ждут исследователей великие успехи. Но есть надежда на появление неожиданных идей и, как следствие, практической их реализации.

 

В каком мире мы живем?

 

Вряд ли многие из нас посмеют утверждать, что наш мир сугубо положительный. Тотчас всплывают в памяти его отрицательные проявления: зверства, убийства, войны, катастрофы... Но мы будем толковать положительность и отрицательность только в прямом физическом смысле. Имеются в виду материальные основы нашего Мироздания.

Известно, что «опорные» элементарные частицы, из которых состоит материя: протон со знаком плюс и электрон со знаком минус. Экспериментально установлено: протон приблизительно в 1840 раз массивнее электрона.

Вселенная катастрофически несимметрична! Судите сами. Количество положительных и отрицательных зарядов в первом приближении одинаково. Значит, повсюду и в нас самих масса протонов почти в две тысячи раз превышает суммарную массу электронов. Очевидная положительность материи!

Из этого факта вытекает еще одно существенное следствие. Как доказали физики, с увеличением массы частицы возрастают ее корпускулярные и уменьшаются волновые свойства. Абсолютное преобладание по массе положительных частиц определяет «весомость» материи и нас самих. В противном случае все вокруг бы вибрировало и рассеивалось, образуя причудливые мимолетные узоры и случайные сгустки, чтобы тут же рассеяться и возникнуть в новых эфемерных образах. На это обстоятельство ученые предпочитают не обращать внимания.

Почему же Мироздание построено по канонам науки из массивных положительных протонов и легчайших электронов?

Любой специалист по атомной физике напомнит, что открыты античастицы, представляющие собой зеркальное отражение частиц. Поэтому электрону соответствует позитрон, а протону — антипротон.

Так-то оно так, да почему-то античастицы пребывают неизвестно где или даже вовсе отсутствуют во Вселенной. Некогда предлагались гипотезы о витающих где-то антимирах, но никаких подтверждений данной идеи обнаружить не удалось.

Это загадочное обстоятельство специалисты тоже стараются не замечать. Мол, на нет — и суда нет. Но ведь дело не в суде, а в сути Вселенной!

Частицы и античастицы в экспериментах возникают из сгустков электромагнитных полей обязательно совместно, абсолютно симметрично: сколько частиц, столько же и античастиц. Стало быть, с позиций современной астрофизики мы имеем какую-то «Полувселенную»! Где же могла затеряться ее «антиполовина»?

Так на одну загадку (резкий дефицит общей массы отрицательных частиц) накладывается другая: отсутствие антимира.

Без сомнения, перед нами какая-то фундаментальная тайна Мироздания. Казалось бы, астро- и микрофизики должны денно и нощно ломать головы над этой проблемой.

Правда, некогда два проницательных теоретика китайской национальности предположили, что в микромире нарушается симметрия. Тотчас крупнейший физик В. Паули отозвался: «Я не верю, что Бог является левшой в управлении слабыми взаимодействиями, и готов побиться об заклад на очень большую сумму, что эксперимент даст симметричный результат».

Вскоре на опыте было неопровержимо доказано, что Паули с треском бы проиграл свой заклад.

Эта история связана с изучением ничтожных отклонений электронов при распаде атомных ядер в сильном магнитном поле. А в нашем случае – вселенский масштаб. Получается, как в басне Крылова: «Слона-то я и не приметил!» Глобальное, космическое катастрофически резкое и устойчивое нарушение симметрии осталось вне внимания ученых!

Между прочим, тот же В. Паули в свое время заранее предупредил экспериментаторов о существовании неизвестной античастицы – позитрона (отражения электрона в антимире). Предвидение подтвердилось на опыте, и это был триумф теории. Но когда авторитетные специалисты не предполагают нарушения симметрии, а эксперимент ее доказывает, то это свидетельствует о непорядке в мире теорий.

Вообще-то в науке есть надежный способ избавиться от непонятных проблем: описать, как происходит явление. Используют для этого сложный математический аппарат (словно замысловатая формула способна заменить простую мысль). Вместо поисков смысла — набор символов.

Аналогично: все мы прекрасно знаем, как включить телевизор, но очень немногие толково пояснят принцип его работы. Для обыденных нужд вполне достаточно уметь нажимать кнопки пульта. Однако научная теория должна бы разъяснять суть явления. И если научные работники не могут или не желают этого делать, если их не удивляют фундаментальные загадки бытия, не вдохновляют зияющие пробелы в теориях, то значит, с наукой и учеными творится что-то неладное.

Вдумчивый читатель вправе урезонить автора: критиковать-то всякий горазд. А что предлагаете? Сами-то шевелить извилиной способны, или только других к этому призываете?

Прежде всего, хотелось бы открыть вам, дорогой читатель, одну тайну: я догадываюсь о том, какой может быть разгадка чрезвычайной положительности материи. В самом общем виде ответ таков. Античастицы не витают где-то в иных мирах и не сгинули без следа. Они содержатся в той самой материи, которая нас окружает, из которой мы все состоим. Антимир — внутри нас!

Конечно, высказать идею легче, чем доказать. Но ведь у нас не научный трактат. Самое главное, а то и самое трудное в научных исканиях — поставить задачу, обнаружить проблему, «белые пятна» познания. А уж решатели проблем рано или поздно с ней справятся.

И еще одно замечание. Создается впечатление, что в наш век

технических чудес и необычайных открытий у людей вырабатывается иммунитет к неожиданностям. Мы разучиваемся удивляться и познавать мир не из каких-либо корыстных целей, а просто потому, что он великолепен, прекрасен, исполнен тайн.

 

Всемирный беспорядок

 

Согласно второму началу термодинамики, в изолированных системах с наибольшей вероятностью происходит рассеивание энергии, она переходит в примитивную тепловую форму. Мерой этого процесса является энтропия. Следовательно, во Вселенной должен преобладать антипрогресс, направленный в сторону повышения энтропии.

Так проявляется, как полагают теоретики, стихийное стремление природы к равновесию. Любые сложные системы должны в этом случае переходить в более простые, а появление кристалла или, тем более, организма должно, вроде бы, расцениваться как нечто невероятное, граничащее с чудом.

Однако подобные чудеса происходят постоянно: из расплавленной магмы или растворов рождаются кристаллы, живые существа создают себе подобных. Даже в результате выветривания, когда происходит переработка первичного материала, возникают все более сложные химические соединения. Окружающая нас земная природа не выказывает стремления к равновесию и деградации.

За многие миллиардолетия своего существования биосфера (до того, как люди с помощью техники стали переиначивать ее на свой лад) развивалась, создавая все более разнообразные и сложные системы. Невольно закрадывается сомнение: может быть, все дело в том, что теория деградации энергии выведена при изучении механических процессов? Может быть, такая теория вполне подходит для механизмов, техники и всей их совокупности (техновещества), а также для той области, где они господствуют (техносферы)?

Тема эта не только чрезвычайно интересна, но и актуальна для настоящего и будущего человечества. К ней мы вернемся в четвертой части книги. А пока выскажем предположение: природа как единое целое живет как-то иначе, не подчиняясь законам техновещества или даже им наперекор. Для такого вывода есть веские основания.

Второе начало термодинамики утвердилось в начале XIX века, когда Сади Карно продолжил и обобщил исследования теории тепловых машин, которые вел его отец Лазар. Затем теорию идеальных тепловых машин завершил Р. Клаузиус. И в середине того же века, когда перешли от идеальных машин к реальным, выяснилось, что механическая работа непременно сопровождается потерей тепла.

У. Томсон распространил этот закон на небесные тела, из которых одни излучают энергию, другие часть ее поглощают, а затем тоже отдают в виде тепла в окружающее космическое пространство. Со временем во Вселенной должно наступить тепловое равновесие. Это означает прекращение всякого движения, кроме хаотичных тепловых перемещений атомов и молекул. Такова – схематично – теория тепловой смерти Вселенной.

Правда, в XX веке ученые пришли к мысли, что Вселенная расширяется, а через некоторое время, когда иссякнет энергия Большого взрыва, она вновь начнет сжиматься гравитационными силами, пока не станет очередным сгустком первоматерии. В таком случае можно порадоваться, что до тепловой смерти дело не дойдет, хотя бы только по причине опережающего гравитационного коллапса. Тем, кто уверовал в бессмертие своей души, это обстоятельство не прибавит оптимизма.

В общем, первое и второе начала термодинамики в 1865 году Клаузиус сформулировал так:

Энергия мира постоянна.