Юрат Рашитович Мусин
Китайская физика. Опережала ли традиционная наука Запад?

В начале сотворил Бог небо и землю.

Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною,

и Дух Божий носился над водою.

И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.

Известная эпиграмма А. Поупа из 18 века, копируя Библию, вещала:

Был этот мир кромешной тьмой окутан;

Да будет свет! – и вот явился Ньютон.

Роль Ньютона в выходе Механики на прочную научную основу действительно была определяющей. После него Механика стала надежным научным инструментом изучения Мироздания. Это не только небесная механика, положившая конец спекулятивным построениям теории эпициклов и обеспечившая построение надежных, применяющихся даже в наши дни математических методов расчета движения планет, комет и прочих небесных тел. Механика Ньютона стала фундаментом инженерного подхода к конструированию самых различных машин и механизмов. Опираясь на законы Кеплера, Ньютон вывел закон всемирного тяготения, что вместе с четкой формулировкой законов классической механики позволило построить модель Солнечной системы и исследовать её эволюцию со временем. Правда, сам Ньютон отрицал возможность какой-либо эволюции Солнечной системы: после того как Бог её сотворил и дал планетам касательный «первотолчок», она оставалась неизменной, но для устранения накапливающихся возмущений время от времени требовалось божественное вмешательство (что-то типа коррекции часового механизма).

Успех механики был настолько ошеломляющим, что привел к возникновению нового философского течения, получившего название «Механицизм» (Мир – это механизм, и все сложные явления в нем можно свести к механике). Так считали как современники Ньютона, так и физики жившие много позже.

Механистическая картина мира была основана на следующих положениях:

• Мир строится на едином фундаменте – на законах механики Ньютона.

• Все наблюдаемые в природе превращения, а также тепловые явления на уровне микроявлений сводятся к механике атомов и подчиняются закону сохранения и превращения энергии.

• Все причинно-следственные связи однозначны, господствует жесткий детерминизм. В таком Мире существуют точность и возможность однозначного предсказания будущего.

Роль Ньютона в становлении физики столь важна, что и сегодня его идеи и он сам как личность интересны не только историкам науки, но и современным физикам, поэтому приведем краткий биографический очерк его жизненного пути.

Исаак Ньютон – английский математик, механик, оптик, философ. Один из создателей математического анализа, открывшего новую эпоху в количественном описании природных явлений. Разработал основы классической механики и физической оптики. Один из «родителей» физической науки. Считается самым знаменитым физиком Англии за всю её историю.

Исаак Ньютон 1643–1727

Родился в семье мелкопоместных дворян в окрестностях г. Вулсторпа (графство Линкольншир, Англия). Отца в живых не застал (тот умер за три месяца до рождения сына). Вступив в повторный брак, мать оставила двухлетнего Исаака на попечение его бабушки. Своеобразное эксцентричное поведение уже взрослого ученого многие биографы как раз и приписывают тому факту, что до 9-ти лет мальчик был полностью лишен родительской заботы. После смерти отчима мать вернулась домой, однако основное внимание уделяла троим младшим детям и обширному хозяйству. Начав обучаться в гимназии, Исаак перешел в ремесленном училище, так как мать хотела, чтобы он стал во главе семейного хозяйства, и какое-то время юный Ньютон изучал основы сельского хозяйства, но не проявлял интереса к учебе и был возвращен гимназию, по окончании которой юноша успешно поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. Ньютон быстро овладел учебной программой и перешел к изучению трудов ведущих ученых того времени. Весной 1665 года он получил ученую степень бакалавра, но вынужден был вернуться назад в Вулсторп, успев захватить с собой всего несколько книг – в Англию пришла бубонная чума, Кембриджский университет был закрыт.

Два года, проведенные в изоляции, оказались невероятно плодотворными для Ньютона (вспоминается «Болдинская осень» Пушкина). За вынужденные каникулы были созданы:

• основы дифференциального и интегрального исчисления;

• теория цвета;

• закон всемирного тяготения.

Сам Ньютон писал: «В начале 1665 года я нашёл метод приближённых рядов и правило превращения любой степени двучлена в такой ряд… в ноябре получил прямой метод флюксий (дифференциальное исчисление); в январе следующего года я получил теорию цветов, а в мае приступил к обратному методу флюксий (интегральное исчисление). В те дни я был в расцвете своих изобретательских сил, и Математика и Философия с тех пор меня уже ни разу не захватывали так сильно, как тогда».

После возвращения в Кембридж в 1667 году Ньютон был избран в ученый совет Тринити-колледжа и через год стал магистром. Ему выделили просторную отдельную комнату для жилья, назначили оклад (2 фунта в год) и передали группу студентов, с которыми он несколько часов в неделю занимался стандартными учебными предметами (преподавателем он оказался слабым, и его лекции посещались плохо). Постепенно приходило признание, хотя друзей, кроме своего кембриджского учителя и покровителя – математика Барроу, он так и не завел. В 1669 Барроу принял приглашение короля стать придворным капелланом и оставил преподавание, а 26-летний Ньютон был избран его преемником на должности профессора математики и оптики Тринити-колледжа. На этой должности Ньютон получил оклад 100 фунтов в год, не считая других бонусов и стипендий. Барроу оставил Ньютону обширную алхимическую лабораторию; с этого момента Ньютон увлёкся алхимией, которой в дальнейшем отдал много лет своей жизни.

Упрочив своё положение, Ньютон совершил путешествие в Лондон, где незадолго до того, в 1660 году, было создано Лондонское королевское общество, одна из первых Академий наук. Продемонстрированный «академикам» телескоп-рефлектор Ньютона с 40-кратным увеличением произвел впечатление, и в январе 1672 года Ньютон был избран членом Королевского общества. Теория света Ньютона противоречила волновой теории света, которой придерживался тогдашний секретарь общества Роберт Гук. Конфликты Ньютона с Гуком, а также с Гюйгенсом и Лейбницем привели Ньютона в депрессивное состояние (1673–1679), углубленное нервным расстройством, обострившимся после смерти его матери. Но в 1679 году Ньютон вернулся к работе и снискал себе славу, исследуя траектории движения планет и их спутников. В результате этих исследований, также сопровождавшихся спорами с Гуком о приоритете, были сформулированы закон всемирного тяготения и законы механики Ньютона, как мы теперь их называем. Свои исследования Ньютон обобщил в книге «Математические начала натуральной философии», представленной Королевскому обществу в 1686 году и опубликованной годом позже. Эта работа принесла Ньютону всемирное признание.

В 1704 году вышла в свет монография «Оптика», определявшая развитие этой науки до начала 19 века. Фактически это последний труд Ньютона по естественным наукам, хотя он прожил ещё более 20 лет. Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств», которой занимался около 40 лет, а также подготовкой третьего издания «Начал», которое вышло в 1726 году. Каталог оставленной им библиотеки содержал книги в основном по алхимии, истории, теологии, и именно этим занятиям Ньютон посвятил остаток жизни. Ньютон оставался управителем Монетного двора, поскольку этот пост не требовал от него особой активности. В 1705 году королева Анна возвела Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон. Впервые в английской истории звание рыцаря было присвоено за научные заслуги. Ньютон принимал участие в работе английского парламента, правда, единственное зарегистрированное его выступление там было просьбой закрыть окно из-за сквозняка в зале. В 1725 году здоровье Ньютона начало заметно ухудшаться, и он переселился в Кенсингтон неподалёку от Лондона, где в 1727 году и скончался ночью, во сне. По воспоминаниям очевидцев, похороны были пышными: «В них участвовал весь Лондон. Сначала тело было выставлено на всеобщее обозрение в пышном катафалке, по бокам которого горели огромные светильники, затем было перенесено в Вестминстерское аббатство, где Ньютон был похоронен среди королей и выдающихся государственных деятелей. Во главе траурной процессии шёл лорд-канцлер, за которым следовали все королевские министры».

Как и у всех знаменитых людей, реальная история жизни Ньютона украшена большим количеством легенд. Обсудим одну из самых известных.

Титульный лист книги Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии»

Практически всем известна история о том, как однажды на Ньютона, отдыхавшего в своем саду под яблоней, упало яблоко, что и подтолкнуло его к открытию закона всемирного тяготения. Однако эта история вряд ли соответствует действительности. Яблоко на голову ученому не падало. Да и вывести закон обратных квадратов, наблюдая падающие яблоки, едва ли возможно. Легенду о яблоке, по-видимому, придумал сам Ньютон. Но наибольшую известность ей придал Вольтер. Он приводит эту «правдивую историю» в книге, которая появилась спустя год после смерти великого учёного и посвящена изложению его идей. Как известно, Ньютон никогда не был женат и поэтому нуждался в экономке, которая вела бы его хозяйство. Долгие 30 лет её роль исполняла племянница Ньютона Катарина Бартон. Вольтер ссылается на её свидетельство: «В 1666 году Ньютон был вынужден на некоторое время вернуться из Кембриджа в своё поместье Вулсторп, так как в Лондоне была эпидемия чумы. Когда он однажды отдыхал в саду, ему при виде падающего яблока пришла в голову мысль, что сила тяжести не ограничена поверхностью Земли, а простирается гораздо дальше. Почему бы и не до Луны?» Лишь через 20 лет (в 1687 г.) были опубликованы «Математические начала натуральной философии», где Ньютон доказал, что Луна удерживается на своей орбите той же силой тяготения, под действием которой падают тела на поверхность Земли. На самом деле, тот факт, что сила притяжения должна быть обратно пропорциональна квадрату расстояния, Ньютону стал известен только в 1684 году от Роберта Гука, который пришел к такой зависимости опытным (!) путем. Ход его рассуждений, опиравшихся на опыты с коническим маятником, может быть восстановлен только частично, так как все оригинальные приборы и бумаги Гука были уничтожены Ньютоном. Легендарное дерево пережило Ньютона почти на сто лет и погибло в 1820 г. во время сильной грозы. Кресло, сделанное из него, хранится в Англии в частной коллекции. Однако по всему миру продолжают расходиться «подлинные» семечки от легендарной яблони, которая каким-то образом воскресла. В 2010 году на МКС была доставлена даже «подлинная» щепка от неё. Аналогичные «подлинные» реликвии были очень популярны в средневековье. Кроме щепок от креста, на котором распяли Христа, были даже щепки от «лестницы, которую святой Иаков видел во сне»! Простаки были и будут всегда.

После рождения механики Ньютона все следующие «роды» происходили все быстрее и быстрее. Физические науки выпадали из общего натурфилософского раствора и сами (дифференцируясь) начинали давать «потомство» в виде частных наук (гидравлика, теплопередача, газодинамика, волновая и геометрическая оптики и т. д.). При этом почти каждое появление новой науки из физического ареала рано или поздно, но приводило к возникновению новой технологии, что давало толчки социальному и экономическому развитию Человечества. Иногда это воздействие было настолько мощным, что приводило к революционным сдвигам не только в экономике, но и в мироощущениях людей. Недаром 19 век современниками воспринимался вначале как «век пара и железа», а заканчивался как «век электричества». Создание парового двигателя (Уатт, 1784 г), паровоза (Стефенсон, 1814), парохода (Фултон, 1819), возникновение новой отрасли производства – машиностроения, все это привело к Первой промышленной революции на Западе и его индустриализации, то есть переходу от аграрной экономики к промышленному производству. Возник капитализм как новая форма ведения хозяйства, которая породила и новые нормы взаимоотношений между людьми. В глобальном противостоянии Востока и Запада последний получил подавляющее преимущество, чем и не преминул воспользоваться.

Глава 2. Философско-религиозные корни физики на Западе

Во всех известных мне случаях верующие физики и астрономы в своих научных работах ни словом не упоминают о Боге…

В. Л. Гинзбург

Религиозные мотивы в физике

Физика – это прежде всего научный, рациональный взгляд на мир. Она изучает простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Религия – это система человеческих норм и ценностей, основанных на вере в высший, сверхчеловеческий порядок. Главное слово здесь ВЕРА, из-за чего зачастую к религиозным высказываниям ошибочно относят эмоциональные заявления, не имеющие такого характера. На самом деле религиозная вера не требует доказательств, как ни пытались философы и религиозные авторитеты доказать обратное. Более последовательными были ранние христиане: «Верую, ибо абсурдно» – фраза, приписываемая знаменитому апологету христианства Тертуллиану, явно выдает капитуляцию разума перед верой.

Как же складывались взаимоотношения Физики и Религии на Западе? Большинство физиков были обычными верующими людьми, хотя среди них изредка встречались и атеисты, и религиозные фанатики, и еретики. Кстати, Ньютон был тайным сторонником еретического учения Ария (не признавал догмат Троицы), вынужден был скрывать это и много лет пытался «восстановить» вид первоначального христианского учения, штудируя Библию и Евангелия.

Вращение ведра с водой относительно пространства

По мере выпадения из раствора «Натуральной Философии» все большего числа физических, химических, биологических и прочих наук в нем все меньше оставалось полезных компонент и все больше оставалось буферных религиозно-мифических, которые консолидировались и становились агрессивными. Сами ученые не всегда осознавали, что их работа разрушает религиозные представления об устройстве Мира как в целом, так и в деталях. Большинство, наоборот, считали, что проясняют Божий замысел и восхищались стройностью и красотой возникающих построений. Физики очень рано осознали, что ссылки на божественный ум и Провидение неубедительны, так как закрывают путь к дальнейшему продвижению. Так, возвращаясь к Ньютону, предложившему концепцию пустого Пространства, противоречившую гипотезе вихрей Декарта-Лейбница, заметим, что для Ньютона вопрос существования такого Пространства был очевиден из-за его религиозных представлений. Бог Ньютона всеведущ потому, что все пространство – это орган Бога – его «чувствилище», которым он ощущает любой объект в созданном им Мире. Однако такой религиозно-еретический аргумент недопустим в научной парадигме, и Ньютон придумывает свой знаменитый «опыт с вращающимся ведром с водой», доказывающий, по его мнению, существование пустого пространства.

Были среди знаменитых физиков и атеисты, которые не боялись об этом заявить. Так, по известной легенде Наполеон как-то попросил Лапласа, которого очень уважал и ценил, рассказать о его теории происхождении Солнечной системы. Лаплас стал излагать свою космологию. Император внимательно выслушал, а затем спросил: «А где же в этом всем Бог?» «Ваше величество, в этой гипотезе я не нуждаюсь,» – будто бы ответил Лаплас. Кроме доверительных отношений между собеседниками, эта смелость была инспирирована и антиклерикальными настроениям, царившими в тогдашнем французском обществе. Но все же большинство физиков были верующими людьми, хотя профессиональная этика уже с 18-го века не позволяла им применять религиозные аргументы в своих исследованиях. Тем не менее время от времени ученые продолжали использовать метафору Бога в дискуссиях, понимая при этом, конечно, не ветхозаветного Иегову или Иисуса, а обожествляемую Природу. Знаменитые фразы: «Бог не играет в кости» (Эйнштейн) и «Не указывайте Богу, что ему делать!» (Бор) – не из религиозного диспута, а из метафизической дискуссии о происхождении случайности в квантовой физике.

В исторической перспективе наиболее жесткое противостояние между религией и физикой обусловили астрономические приложения. Гелиоцентрическая система Коперника вызвала жестокую реакцию со стороны Церкви и породила эксцессы и гонения. В качестве хрестоматийного примера обычно приводят процесс над Галилеем, но это был далеко не самый тяжелый случай. Долгое время считалось, что наука и религия конфликтуют по поводу доказательства или опровержения существования Бога. Философы и богословы придумали много вариантов доказательства существования, но все они были признаны неубедительными со стороны как атеистов, так и самих церковных авторитетов. Не существует и убедительных доказательств невозможности существования Бога. Но позиция атеистов прочнее с логической и юридической точек зрения (презумпция невиновности) – если Вы утверждаете, что имеет место какой-то факт (например, Бог существует), то бремя доказательства ложится на Вас и нет необходимости доказывать обратное. Но, конечно, для религии, основанной на вере, этот аргумент не является решающим.

Со временем все аргументы и претензии религии на объяснения физического устройства Мира были отвергнуты и библейские мифы стали трактовать аллегорически. Некоторое время религия паразитировала на трудностях научного объяснения возникновения жизни и её эволюции. До сих пор теория эволюции Дарвина оспаривается церковью и существуют мимикрирующие под ученых «креационисты», которые пытаются сохранить вклад Бога в возникновение Человечества. Но основной ареал обитания религиозных убеждений в настоящее время сузился до проблем сознания и морально-этических проблем, которые, по мнению церкви, невозможно трактовать без привлечения идеи Бога. Некоторый ренессанс религиозного мировоззрения в 21 веке в научной среде инспирирован проблемами интерпретации парадоксов квантовой теории и новейшими космологическими теориями. Однако ничего подобного былому ожесточению взаимоотношений между физикой и религией сегодня не наблюдается. Так, один из создателей теории инфлирующей Вселенной, академик Старобинский, элегантно (с учетом политического момента) сформулировал свою позицию: «Я понял, что Бог благословил не учитывать Его в научных исследованиях. Но мы должны сразу вспоминать о Боге, когда речь заходит о человеке».

Церковь на Западе проиграла прямое столкновение с физикой, уйдя в относительно безопасную моральную область, которая не рассматривается физикой в качестве площадки для соперничества – там действуют её родственники: биология, физиология, медицина, этология и т. д. Но религиозные воззрения людей, реализованные на Западе в форме монотеистических аврамических религий (иудаизм, христианство, ислам), в свое время сыграли заметную положительную роль в развитии науки. Стремление проникнуть в замыслы Творца, решить проблему теодицеи – оправдать Бога, создавшего несовершенное мироздание, где существует Зло (у монотеистов всё от Бога), найти скрытую Красоту мира, все это питавшее первоначальное богословие, со временем с неизбежностью приводило к прямому «вопрошанию природы» (к эксперименту и его осмыслению) – то есть к физике.