Другим важным событием было появление нового физического понятия – поле. Дело в том, ньютоновская теория о дальнодействии (т.е. о действии тел друг на друга через пустое пространство) не смогла верно объяснить очень сходную, на первый взгляд, картину движения электрически заряженных тел под действием электрических и магнитных сил. В качестве примера можно привести модель атома Резерфорда, которую еще называют планетарной, потому что она очень похожа на модель солнечной системы – в центре атома ядро (Солнце), а вокруг него вращаются электроны (планеты). Тем не менее, между гравитационными и электромагнитными силами имеются три важных отличия. Во-первых, электрическим зарядом обладают лишь некоторые частицы, тогда как гравитационным «зарядом» обладают все формы вещества и даже энергии. Во-вторых, гравитирующие объекты всегда только притягиваются друг к другу, а электрические заряды могут и притягиваться, и отталкиваться. В-третьих, электромагнитное взаимодействие заряженных частиц на много порядков превосходит их гравитационное взаимодействие. В то же время, учитывая существование электрических зарядов разного знака, большие скопления вещества в электрическом отношении более или менее нейтральны и взаимодействие их, главным образом, гравитационное. Учесть эти особенности удалось в теории Максвелла, центральным пунктом которой было введение и развитие нового физического понятия – поля. Максвелл представлял себе каждую частицу, окруженной собственным электромагнитным полем, как невидимым ореолом, существование которого можно заметить, лишь поместив в него другие заряженные частицы. Физики 19 в. были склонны описывать поле по аналогии с движущейся жидкостью. Это привело к появлению таких терминов, как «силовые линии», «источник», «вихрь», «вихревое поле», «магнитный поток» и т.п., которыми пользуются по сей день. Вера в такую жидкость, некую среду, через которую действие передается от одного заряда к другому, настолько укоренилось в 19 в., что ей даже дали название – «эфир». Предполагалось, что эфир заполняет все пустое пространство и что он совершенно невидим. Электромагнитные поля представлялись, как натяжения в эфире. Но в такой среде, согласно законам классической физики, если осуществить тем или иным способом колебания (изменения) электромагнитного поля, должна возникать и распространяться эфирная, или электромагнитная, волна. Более того, скорость такой волны нетрудно рассчитать по электрическим и магнитным свойствам такой среды. Оказалось, что скорость таких «эфирных», электромагнитных волн в вакууме составляет 300 000 км в сек. Почти такую же скорость, но для распространения световых сигналов, получил Олаф Ремер. Получается, что свет это тоже «эфирная» или электромагнитная волна. Это было неожиданным открытием, которое позволило по-новому взглянуть на природу света. То, что свет – это волна, знали и раньше, но что это электромагнитная волна узнали впервые. Как мы увидим дальше, с открытием электромагнитных волн физика получила в свое распоряжение мощный метод проверки ньютоновской модели пространства и времени. Но пока все выглядело замечательно. Физика получила дополнительное подтверждение своего внутреннего единства. Разные, на первый взгляд, явления получали единое описание, открытия следовали одно за другим и все укладывались в некую единую схему. Казалось, что классическая физика способна описать вообще все, даже явления, выходящие за рамки ее компетенции. Ну, остались, конечно, некоторые частные вопросы, решение которых, видимо, вопрос времени. Любопытно, но когда создатель современной квантовой теории, одного из блоков фундамента, на котором покоится здание современной физики, в те времена еще студент, Макс Планк, решал вопрос о выборе своей профессии, он обратился за советом к профессору Геттингенского университета Филиппу Божоли, спрашивая, чем ему следует заняться. Да, представьте себе, в те времена были такие взаимоотношения профессора и студента, правда, в те времена и профессора, и студенты тоже были иными. Дело в том, что Планк колебался в выборе между изучением физики и античной философии. И Божоли, сам физик, посоветовал ему физикой не заниматься. Он совершенно искренне считал, что после открытия закона сохранения энергии ничего принципиально нового в физике просто не может быть. И дальнейшее развитие физики (и науки в целом) будет сводиться к выяснению каких-то деталей, определению некоторых нюансов – и все. В принципе мы уже все знаем. Мы построили модели всех известных процессов и явлений. И если эти модели не вполне соответствуют самим явлениям, то надо просто уточнить некоторые моменты, повторно измерить некоторые величины, повысить точность измерений и т.п. и все придет в норму. Одним словом, это рутинная работа, которая при любом ее исходе основы физики не затронет никогда.

И в это время бравурные звуки туша вдруг стали плавно, но быстро переходить в похоронный марш. Именно из-за этих маленьких неточностей возникли большие неприятности и произошла та самая революция в физике в начале 20 в., которая разрушила такое, казалось бы, прочное здание классической физики. Точнее сказать, не разрушила, а поставила четко определенные границы применимости ее законов. Как же так получилось? В одной из передач радио «Град Петров» уже говорилось о том, что в процессе познания человек руководствуется двумя основополагающими принципами: верификации и фальсификации. Принцип верификации означает приблизительно следующее: каждое новое исследование подтверждает известное ранее, а принцип фальсификации – каждое новое исследование опровергает установленное ранее. В любой сфере творческой деятельности человек использует оба принципа в их разумном сочетании, но отличие науки от богословских дисциплин, теологии, например, состоит в том, что для человека, занимающегося наукой, принцип фальсификации является главенствующим, а для теологии таким принципом является принцип верификации. Нам представляется, что успехи естественных наук на рубеже 19-20 веков сыграли с учеными злую шутку: принцип верификации в науке начал становиться главенствующим. В каком-то смысле наука стала превращаться в религию. Тому есть много косвенных подтверждений: безапелляционность некоторых утверждений, совершенно бессмысленная конфронтация с церковью и т.п. Впрочем, процесс превращения науки в религию мы могли наблюдать на примере трансформации марксистской науки в марксизм-ленинизм. Помните известное изречение: «Учение Маркса всесильно, потому что оно верно»? К этому добавить нечего.

-13- В чем же заключались эти «маленькие неточности», небольшие облачка на светлом горизонте физики? Но к концу 19 в. эти облачка уже сгустились в тучи. Так, кстати сказать, и называлась лекция, которую прочитал в конце 19 в. один из патриархов классической физике Томсон, лорд Кельвин – «Тучи над динамической теорией теплоты и света». Дело в том, что к концу 19 в. было установлено, что и свет, и теплота представляют собой одно и то же явление, а именно, электромагнитные (или эфирные) волны. Отличаются они только одним – длиной волны или частотой колебаний частиц среды (эфира), в которой они распространяются. Для света длина волны маленькая, для теплоты – большая. Но дело в том, что электромагнитная волна – волна особенная и не может распространяться в любой среде, а только в эфире. Слово эфир, как научный термин, имеет очень древнюю историю. Его использовали еще древнегреческие философы. Правда, смысл этого термина менялся и, вот, в конце 19 в. он снова возник, но теперь этот термин означал среду, в которой распространяется электромагнитная волна, в том числе и свет. Но если раньше считалось, что эфир это нечто прозрачное для всего, что в нем движется, то теперь оказалось, учитывая свойства электромагнитных волн, что эфир это среда, свойства которой похожи на свойства твердого тела. Электромагнитная волна это поперечная волна и в другой среде распространяться не может. Наличие среды, как утверждает классическая физика, абсолютно необходимо для распространения любой волны. Например, если из студии, где находится диктор, удалить среду, воздух, и он останется жив, то вы ничего не услышите: звук, звуковая волна до микрофона не дойдет. Хотя аппаратура будет функционировать нормально. То же самое будет, если из комнаты, где вы находитесь, убрать воздух – тоже ничего не услышите. В школе на уроках физики похожий опыт демонстрируется. И смотрите что получается: все космическое пространство заполнено эфиром, иначе как бы мы увидели свет Солнца, луны, звезд, комет, планет, других небесных тел. и в то же самое время, все эти небесные тела в такой среде, напоминающей твердое тело, движутся! Как можно двигаться в твердой среде? Это была первая, как выразился лорд Кельвин, туча над динамической теорией теплоты и света. А где же повисла вторая туча? Дело в том, что для любой волны, в том числе и электромагнитной, должен существовать свой источник излучения. Где же эти источники? Да, вокруг нас! Каждое тело излучает электромагнитные волны либо световые – Солнце, звезды, либо тепловые – вообще все тела. Излучение различных тел отличаются друг от друга только длиной излучаемой электромагнитной волны и ее мощностью. Сразу оговоримся, мы видим не только Солнце и звезды, но и луну, планеты, предметы вокруг нас, т.е. тоже какое-то световое излучение, но эти электромагнитные волны являются отраженными, а не излученными. Эти тела, конечно, тоже излучают, но глаз это излучение не видит. Если каким-то образом «выключить» Солнце, то кроме звезд вы ничего не увидите. Так вот, в дальнейшем мы будем говорить только об излучении тел, о длине волны этого излучения и о его мощности.

Но как изучать только собственное излучение тел и отстроиться от отраженного излучения? Из этого затруднительного положения вышли следующим образом. Каждое тело не только отражает, но и поглощает постороннее излучение. Значит нужно создать такое тело, которое постороннее излучение не отражает, а только поглощает. Вот тогда мы получим от такого тела только его собственное излучение. Была разработана модель такого тела, оно называется «абсолютно черное тело» (АЧТ), причем не только теоретическая модель такого тела, но и его экспериментальный образец. Оставалось сравнить результаты расчета и наблюдений. Результаты такого сравнения повергли физиков в шок. Мало того, что результаты сильно расходились, теоретические расчеты, основанные на классической электродинамике, показали, что мощность излучения АЧТ с уменьшением длины волны должна расти и расти бесконечно, т.е. и общая мощность излучения АЧТ должна быть бесконечно большой! Модель оказалась неверной и неверной принципиально, потому что противоречила закону сохранения энергии. Такого в принципе не может быть, тем более, что эксперимент давал разумные величины мощности излучения АЧТ. Это положение получило в физике свое название – «ультрафиолетовая катастрофа». Забегая вперед скажу, что решение этих двух, казалось бы, частных проблем, в корне перевернуло не только сложившиеся представления о природе света и, вообще, электромагнитных волн, но и представления о пространстве, времени, природе материи и строении Вселенной. И вот что еще интересно. В наших прошлых беседах мы говорили о том, что собственно наука, в нынешней ее форме, началась именно с изучения света, в первую очередь потому, что свет это практически первое, что возникло при сотворении мира, то, что было в начале всего и именно поэтому привлекало особое внимание. «И рече Бог: да будет свет». Все вернулось на круги своя. (продолжение следует) Наука и религия Сергей Хворостовский #НаукаИРелигия