Чего не знает современная наука. Сборник статей
Школьные годы. Первые уроки физики, химии, биологии… Если повезло с учителями, то в это время мы чувствуем себя настоящими магами, ведь в хаосе разнообразных явлений вдруг начинаем видеть порядок, заданный законами природы. И вот уже со свойственным этому возрасту максимализмом мы считаем, что все тайны в мире можно раскрыть с помощью науки…
Проходит время. Позади школа, институт. Нераскрытые нами тайны теперь имеют иной масштаб: нам уже не так интересны внутреннее строение майского жука или законы движения бруска по наклонной плоскости. Мы слышим об открытиях науки в области микро– и макромира, о новых концепциях пространства и времени, о научных спорах по поводу возникновения жизни и законах эволюции. Попытки разобраться в тонкостях научного взгляда на эти проблемы не всегда приводят к успеху: в каждой области науки разработан свой язык, не уступающий языку алхимических трактатов, понять который непосвященный не может.
А тайна зовет, и так хочется «перепрыгнуть» из незнания в «знание», понять, объяснить, разложить все по полочкам – как на первых уроках природоведения в школе. Вот было бы замечательно сформулировать основные непреложные истины, очевидные для всех, и уже из них путем логических рассуждений определить, какие утверждения правильны, а какие нет! Так была построена геометрия Евклида, и вплоть до недавнего времени именно в ней виделся идеал научного знания.
К сожалению, а может быть, и к счастью, развитие науки сегодня приводит нас к выводу, что так построить знание о мире невозможно. Пожалуй, это одно из главных достижений современности – осознание того, что мир устроен совсем непросто.
Что такое простота? В обыденной жизни она зачастую понимается как очевидность, основанная на нашем жизненном опыте, в привычных для нас пространственных и временных масштабах (мезомасштабах). Однако эта очевидность вступает в противоречие с наблюдаемыми явлениями при попытке объяснить процессы, идущие в масштабах космоса или микромира. В самом деле, можно ли считать само собой разумеющимся, что скорость света всегда постоянна и не зависит от того, приближаюсь я к источнику или удаляюсь от него? Наш «обыденный» опыт, почерпнутый, например, из путешествий по реке, говорит, что вода набегает на нас с большей скоростью, когда мы идем навстречу потоку, и с меньшей – если по течению. Скорость же светового потока всегда одинакова, идем ли мы навстречу ему или удаляемся от его источника. Вот другой пример: из опытов с переменным током известно, что циклическое движение зарядов порождает электромагнитное излучение. Но тогда и в микромире (исходя из известной модели атома) электрон, вращающийся вокруг ядра, тоже должен непрерывно излучать, а значит, теряя энергию, в конце концов, упасть на ядро. Однако этого не происходит.
Многие фундаментальные положения современной научной картины мира уже не столь очевидны, и некоторые люди до сих пор отказываются верить в теорию относительности или в квантовую механику и ищут иные объяснения.
Но не менее драматична ситуация и с логическим рассуждением. В середине XX века австрийский математик К. Гёдель доказал знаменитую теорему о неполноте. Смысл ее в следующем. Если мы сформулируем не подлежащие сомнению очевидные истины и, рассуждая по законам логики, постараемся построить из них всю систему знания (так, как это сделано, например, в геометрии Евклида), то обязательно найдется утверждение, которое нельзя будет ни опровергнуть (найдя противоречие), ни подтвердить (то есть вывести из известных истин путем формальных логических рассуждений). Поэтому все знание о мире нельзя построить подобно геометрии, устанавливая истинность тех или иных фактов либо из опыта, либо формально-логическими рассуждениями.
Еще один идеал классической физики, потерпевший крах, – представление о непреложности законов природы. Опять-таки стереотипно это понимается как необходимость повторения одного и того же исхода эксперимента в неизменных условиях: брошенный вверх камень всегда падает на землю, магнит всегда притягивает железные опилки и т. д. Но в микромире повторные наблюдения над системой, находящейся в идентичных условиях, приводят к разным результатам! Например, «выстрелив» электроном в экран с двумя симметричными отверстиями, можно с равной вероятностью обнаружить его след как за первым, так и за вторым отверстием. Указать точно, где он окажется в результате эксперимента, невозможно принципиально: закон природы определит только вероятность того или иного исхода.
Ко всему этому стоит добавить, что к началу XX века практически завершился этап развития науки, когда изучались «идеальные модели в идеальных условиях». Действительно, механика Ньютона описывает движение материальных точек в инерциальных системах отсчета – но ни материальные точки, ни инерциальные системы в чистом виде в природе не встречаются. Классическая термодинамика, оперируя понятием замкнутых систем, тоже идеализирует и упрощает действительность. Пришла пора изучать мир во всем богатстве его взаимосвязей. Если описание мира методами классической науки напоминало план местности, то теперь стремятся сделать описание похожим на фотографию. Чем больше особенностей и связей мы хотим учесть, тем сложнее оказывается модель исследуемой системы. Способы описания сложных систем сейчас еще только рождаются,