Читать книгу: «Введение в естествознание»

© А.И. Фет (наследники)

© ИП Воробьёв В.А.

© ООО ИД «СОЮЗ»

В наше время особым доверием людей пользуется наука. Конечно, сохранились ещё более старые источники веры – религия и идеология. Но можно заметить, что та и другая в значительной мере утратили свою репутацию. Что бы ни говорили люди о своих убеждениях, они редко придают практическое значение религиозным церемониям. Некоторые – главным образом старые женщины – всё ещё верят, что есть особые чиновники, наделённые магической силой, которые могут выхлопотать для них желательные блага у своего начальства; и хотя прямое обращение к этому начальству не возбраняется, предполагается, что лучше действовать через посредников. Мой домашний телефон лишь одной цифрой отличается от телефона местной церкви, и мне приходится объяснять некоторым верующим, что это квартира, а не “храм”. Это почти всегда женские голоса.

С идеологией дело обстоит совсем плохо. Ещё недавно у нас была обязательная марксистская идеология, к которой можно было обращаться за истолкованием текущих событий. Теперь у нас рыночное хозяйство, но удивительным образом на рынке нет никакой приличной идеологии. Желая вас в чем-нибудь убедить, все непременно ссылаются на “науку”.

Учёных развелось очень много, и всё время являются какие-нибудь новые науки. Ещё при советской власти сюда приезжал американец, занимавшийся этим вопросом, и он доказывал статистически, что число учёных возрастает в геометрической прогрессии – удваивается через каждые двадцать лет, или что-то в этом роде. Отсюда он выводил, что вскоре учёных станет больше, чем всё население планеты, что явно невозможно, и со свойственным американцам практическим смыслом приходил к выводу, что так продолжаться не может. Но пока это продолжается. В Академгородке, где вы находитесь, теперь больше ста тысяч жителей. Предполагается, что этот город существует ради науки: в нем нет никаких видов производства. Если считать, что люди живут семьями по пять человек, то выходит, что здесь двадцать тысяч человек, занимающихся наукой.

Конечно, это не совсем так, потому что на одного учёного приходится несколько лаборантов, рабочих, шофёров, и т. д. И всё равно, выходит, что в этом городке несколько тысяч учёных.

Мне трудно в это поверить, по ряду причин. Самая прямая из них состоит в том, что я много лет общался с кандидатами и докторами наук, которые считают себя учёными… и считаются таковыми на основании официальных документов; я мог составить себе представление об этих людях – об их научной и культурной подготовке, их самостоятельности и мировоззрении. Как правило, эти люди – узкие специалисты, умеющие (или плохо умеющие) выполнять определённые операции по принятым правилам, а в остальном попросту малограмотные. В дореволюционной России такие обязанности выполняли лаборанты заводских лабораторий, учёных же было тогда очень мало. Но зато достижения были несравненно больше.

Особенно печально обстоит дело с популяризацией науки. Если верить заголовкам статей, ежедневно появляющихся в печати и в Интернете, то чуть ли не ежедневно совершаются открытия, опровергающие основные законы природы. Я уже видел несколько раз, будто в каких-то лабораториях наблюдались скорости больше скорости света, будто нарушается закон тяготения, закон сохранения энергии, и так далее. В самом деле, экспериментаторы часто ошибаются в оценке своих результатов и, к сожалению, иногда торопятся рассказывать о своих ошибках. Занимаясь сложными явлениями, люди могут ошибиться; обычно вскоре эти ошибки исправляются в других лабораториях, а часто и теми же людьми. Но до сих пор печатаются работы биологов, якобы наблюдавших передачу по наследству “приобретённых признаков”. Это старое заблуждение, идущее от Ламарка. Каждый такой случай через некоторое время опровергается, но в ошибки впадали даже известные учёные. Удивительно, что такие вещи происходят даже в физике, где точность измерений особенно велика.

Может быть, легкомысленное отношение к законам природы связано с двусмысленностью самого слова “закон”. Как известно, это слово применяется также к законам, сочиняемым юристами и принимаемым различными государственными учреждениями. Такие “юридические” законы очень непохожи на законы природы – прежде всего тем, что их можно нарушить, и что их постоянно нарушают. Но законы природы нарушить нельзя. В древности людям были известны уже некоторые из них: никто не сомневается, что Солнце взойдёт на востоке, и что после молнии бывает гром. Но ацтеки были точно так же уверены, что Солнце не взойдёт, если не приносить ему ежедневно человеческие жертвы; и далеко не столь невежественные древние греки долго верили, что гром и молнию производит Зевс, выражая таким образом своё неудовольствие.

Убеждение в неизменности законов природы, в их независимости от человеческой (или сверхчеловеческой) воли утвердилось сравнительно недавно – после открытий Галилея и Ньютона – и притом сначала лишь в странах Западной Европы. Чтобы лучше понять, что такое закон природы, мы проследим сейчас, как был открыт закон тяготения Ньютона – первый общий закон этого рода, получивший точную формулировку.

Вначале было, как всегда, непосредственное наблюдение: любое свободное тело падает на землю; это было известно, конечно, до того, как люди научились описывать такие факты словами. Естественно, когда появились учёные, они задали себе вопрос, как именно падают тела. Аристотель, стяжавший каким-то образом репутацию величайшего мудреца древности, утверждал, что более тяжёлые тела падают быстрее более лёгких. Мы не знаем, почему он так думал, но в течение двух тысяч лет он пользовался непререкаемым авторитетом, и всё написанное в его “Физике” переписывали и повторяли как достоверную истину. Более того, считалось, что Аристотель знал уже о природе всё, что можно о ней узнать, и дальнейшая любознательность не возникала. Когда Галилей, пользуясь построенным им телескопом, открыл пятна на Солнце, его высмеял один учёный человек, заявивший, что он прочёл все сочинения Аристотеля, но не нашёл в них ничего подобного. Это значит, что в течение двух тысяч лет вовсе не было науки в нынешнем смысле этого слова, потому что первая обязанность учёного – во всём сомневаться и всё проверять. Учёными в то время считались люди, которые читали древние книги и верили всему, что в них было написано.

Галилей не принимал ничего на веру, и он был один из первых людей Нового времени, ставивших целенаправленные опыты. По-видимому, он сбрасывал тела и смотрел, как они падают, и оказалось, что с данной высоты все тела падают одинаковое время. Сохранилась легенда, будто он сбрасывал свои шары со знаменитой “падающей башни” в Пизе – вероятно потому, что учился и преподавал в пизанском университете. Но он мог и не ставить эти опыты, потому что, в отличие от Аристотеля, умел правильно рассуждать. Ему достаточно было бы представить себе шар разрезанным на две половины, падающие вместе. Поскольку они не действуют друг на друга, их можно склеить, и полученное тело будет падать так же.

Более того, Галилей обнаружил, что тела падают ускоренно, причём ускорение их в данном месте Земли постоянно. Скоро выяснилось, что это ускорение всё же несколько меняется, в зависимости от широты. Закон падения тел, открытый Галилеем, был подлинным законом природы, но это был лишь частный случай общего закона Ньютона.

И хотя Галилей правильно описывал движения тел около поверхности Земли, у него не было никакого объяснения, почему они движутся таким образом. Предположение, что на них действует сила притяжения Земли, которое теперь кажется самоочевидным, было ему совершенно чуждо. В самом деле, у Галилея было отчётливое представление о силах, но он представлял себе только силы, действующие при непосредственном контакте взаимодействующих тел. Он не понимал, каким образом Земля могла бы действовать на падающее тело “через пустое пространство”. Такое предположение выдвинул его современник, немецкий астроном Кеплер, переписывавшийся с Галилеем. Характерная реакция “реалиста” Галилея выразилась словами: “Какое ребячество!” Это был один из первых случаев, когда научное воображение отделилось от “здравого смысла” и одержало над ним верх. Мы знаем теперь, что электрические и магнитные силы, точно так же, как тяготение, действуют через “пустоту”, но самое понятие пустоты для нас приобрело другой смысл.

Галилей занимался и земными, и небесными предметами, а Кеплер – главным образом движением планет. Планеты – “блуждающие” звезды по смыслу этого греческого слова – с глубокой древности привлекали внимание людей. Их странные, непонятные извилистые пути не давали возможность предсказать их будущее положение – как предсказывали положение “неподвижных звёзд”, и даже солнечные и лунные затмения. Греческий астроном 2 века н. э. Клавдий Птолемей придумал для этого эмпирические правила, но за полторы тысячи лет планеты вышли далеко за пределы его предсказаний, очевидным образом не отвечавших сущности этого явления. С математической стороны Птолемей не изобрёл ничего нового: по представлениям древних, движения небесных тел должны были быть “совершенны”, а совершенными кривыми были окружности, так что Птолемей пытался описать движения планет, комбинируя круговые траектории.

Аристарх Самосский (3 век н. э.), и вслед за ним Коперник, коренным образом упростили описание планетных движений, предположив, что планеты (и Земля в их числе!) вращаются вокруг Солнца – причём опять-таки по совершенным кривым, окружностям. Но уже Коперник, делавший точные по тому времени визуальные наблюдения, обнаружил, что пути планет не совсем окружности, хотя и близкие к окружностям! Ему пришлось делать к своей системе поправки, напоминающие приёмы Птолемея. Это несовершенство системы Коперника было известно немногим, кто её в то время понимал и принимал. (Кстати, неточность наблюдений Аристарха подорвала доверие к его гипотезе известнейших астрономов древности).

Иоганн Кеплер был учеником датского астронома Тихо Браге, собравшего за десятилетия тщательных наблюдений неоценимые данные о движении планет. Но Браге не принимал систему Коперника, а Кеплер был её убеждённый сторонник. После смерти Браге он унаследовал его данные и принялся их обдумывать с “гелиоцентрической” точки зрения, по-видимому, вычерчивая орбиты планет по отношению к Солнцу. И оказалось, что это замкнутые кривые, очень близкие к окружностям, но всё же не окружности: планеты двигались по “несовершенным” кривым! Особенно его поразила орбита Марса, и его осенила гениальная догадка: это был эллипс, в одном из фокусов которого находилось Солнце. Эллипсы были известны Кеплеру из древнего труда о конических сечениях Аполлония из Перги (3 век до н. э.), не нашедшего никакого применения за две тысячи лет. Когда Кеплер сообщил своё открытие Галилею, тот счёл его за ошибку: принимая систему Коперника, Галилей всё же не мог отказаться от древнего представления о совершенстве окружностей; впрочем, у него могли быть и более научные соображения симметрии, так как по отношению к Солнцу все направления равноправны, и вытянутая форма эллипса в одном направлении, казалось, нарушала это равноправие. Кстати, Кеплер, в отличие от Галилея, был человек благочестивый: не умея объяснить, какая сила движет планеты по их орбитам, он готов был допустить, что этим занимаются сменяющие друг друга бригады ангелов!