Тем не менее несколько лет назад американский фивик Дж. Вебер построил необыкновенно чувствительную аппаратуру для обнаружения гравитационных волн. Приборы были установлены и вскоре несколько раз зарегистрировали ожидаемый эффект. На этом основании Вебер пришел к заключению, что волны тяготения обнаружены.
Однако, когда другие исследователи в разных странах попытались повторить эксперименты Вебера, полученные им результаты не подтвердились. В конце концов тщательный анализ привел ученых к заключению, что аппаратура Вебера на самом деле зарегистрировала не гравитационные волны, а какие-то совсем иные эффекты.
Вот почему современные физики не спешат делать далеко идущие выводы до тех пор, пока результат того или иного эксперимента не будет многократно проверен и надежно подтвержден.
Нельзя не учитывать и того обстоятельства, что ученые - люди со своей индивидуальной психологией, со своими воззрениями, убеждениями, планами и надеждами. И потому может случиться так, что даже самый чествый и объективный экспериментатор может принять желаемое за действительное и прийти таким образом к ошибочному результату. Уже не говоря о лжеученых, которые сознательно "передергивают" или специально подтасовывают результаты наблюдений (к сожалению, бывают и такие случаи), стремясь подобным способом обосновать свои "идеи".
Разумеется, ученые принимают все меры к тому, чтобы избежать в процессе экспериментов и наблюдений нежелательных неточностей и ошибок. Но поскольку подобные ошибки являются следствием все усложняющегося процесса научного исследования, с возможностью их возникновения нельзя не считаться.
Значит ли это, однако, что результатам научных наблюдений и экспериментальных исследований вообще нельзя доверять? Подобное заключение было бы совершенно неправомерным.
В процессе длительного изучения природы наука выработала вполне надежную методику постановки экспериментов и наблюдений, достаточно хорошо гарантирующую исследователя от грубых ошибок.
Не могут служить свидетельством недостоверности научных данных о мире и те острые споры, которые нередко возникают в науке вокруг истолкования результатов тех или иных наблюдений и экспериментов. Подобные споры вполне естественны и нормальны для развития естествознания. Они являются необходимой составной частью процесса научного познания, одним из его необходимых этапов. По мере совершенствования экспериментальной а наблюдательной техники и накопления все большего количества опытных данных и теоретических знаний появляется возможность не только все более надежной оценки, соответствия добываемых в ходе научного исследовапяя фактов реальной действительности, но и все более точного их истолкования, все более глубокого проникновения в сущность явлений.
Таким образом, наука представляет собой систему, развитие которой обеспечивает отбор все более достоверных данных о явлениях природы.
ОТ ФАКТОВ К ТЕОРИЯМ
Процесс познания только начинается с обнаружения тех или иных фактов. Факты нуждаются в теоретическом осмыслении.
"Что касается теории, - писал Луи де Бройль, - то ее задача состоит в классификации и синтезе полученных результатов, расположении их в разумную систему, которая не только позволяет истолковывать известное, но также, по мере возможности, предвидеть еще и неизвестное".
Задача научной теории состоит в том, чтобы объяснить с единой точки зрения известные факты, относящиеся к некоторой области явлений, определить пути дальнейшего научного поиска, а также предсказать новые факты, еще неизвестные.
Но, как мы уже видели, связь между фактами и их теоретическими объяснениями отнюдь не является односторонней. Теория строится на фактах, но, с другой стороны, сами факты нуждаются в осмыслении с точки зрения тех или иных теоретических представлений. Это одно из проявлений диалектического характера пропессса научного познания природы.
Любая теория представляет собой определенную идеализацию, ибо ни один объект невозможно изучить во всех его бесконечных связях и взаимодействиях, внутренних и внешних.
"Например, изучая атом как устойчивое и обособленное материальное образование, - пишет известный советский философ А. С. Кармин, - мы устанавливаем конечность всех его характеристик - массы, энергии, размеров и т. д. Но в том же атоме при "изучении его взаимодействия с другими атомами, при изучении взаимосвязи и движения элементарных частиц, образующих его, мы натолкнемся на бесчисленное множество разнообразных отношений, связей, зависимостей, которые свидетельствуют, что атом по своей природе неисчерпаем, бесконечен".
Таким образом, любой конечный объект, с одной стороны, является частью бесконечного, существующего вне его, а с другой - содержит бесконечное в самом себе, можно сказать, как бы "наполнен бесконечным".
Поэтому, создавая любую теорию, ученый, как говорят философы, "оконечивает мир", рассматривает только некоторые определенные связи и отношения, временно отвлекаясь от всех остальных.
В качестве характерного примера можно привести хорошо всем известный первый закон динамики, открытый и сформулированный Галилеем и Ньютоном. Он известен также под названием закона инерции. Согласно этому закону любое -тело должно сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела.
Нетрудво, однако, видеть, что это явная идеализация, так как ни при каких реальных условиях невозможно изолировать любое тело от действия на него других тел (и, следовательно, каких-то сил), хотя бы различных космических объектов (и, следовательно, сил тяготения).
Таким образом, любая научная теория всегда неизбежно ограничивает себя изучением лишь некоторых связей и отношений. В процессе дальнейшего исследования в рассмотрение вовлекаются все новые отношения. Осуществляется процесс последовательных приближений - движение к абсолютной истине через ряд истин относительных.
"Каждая ступень в развитии пауки, - отмечал В.И.Ленин, - прибавляет новые зерна в эту сумму абсолютной истины, но пределы истины каждого научного положения относительны, будучи то раздвигаемы, то суживаемы дальнейшим ростом знания" [Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм. Полн.собр. соч., т. 18. с. 137].
Как и накопление различных научных фактов о явлениях природы, их теоретическое осмысление также встрсчаегся с определенными трудностями. Пожалуй, главная из них - недостаточное количество исходных данных, исходного фактического материала.
Правда, иногда складывается противоположная картина: фактов накапливается слишком много, и никак но удается уложить их в стройную теоретическую схему. Но противоречия с тем, что было сказано выше, здесь нет. Чаще всего подобная ситуация возникает в тех случаях, когда основные фундаментальные факты в данной области явлений, т. е. такие факты, от которых непосредственно зависит построение теории, еще не открыты.
Однако попытки обнаружить подобные факты нередко наталкиваются на весьма серьезные затруднения. В качестве характерного примера можно привести проблему изучения внутреннего строения Солнца и звезд, которая является одной из центральных в современной астрофизике.
Как известно, все основные сведения о физических процессах в космосе мы получаем благодаря исследованию различных космических излучений электромагнитных и корпускулярных. Свойства этих излучений зависят от свойств их источников, тех физических явлений, которые их породили. Таким образом, сама природа как бы вкладывает в излучения определенную информацию о свойствах тех или иных космических объектов.
Но когда возникает проблема изучения внутреннего строения Соднпа и звезд, астрофизики сталкиваются с тем, что все те излучения, которые изучаются для получения различных сведений об этих объектах, рождаются в их поверхностных слоях. Таким образом, непосредственно из звездных недр никакая информация к нам не поступает.
Возникает научная ситуация, которую кибернетики называют "ситуацией черного ящика". Необходимо построить теоретическую модель некоего объекта, о внутреннем устройстве которого ничего не известно. Известно только, какие у этого объекта "входы", т, е. что поступает в него извне, и какие "выходы", т. е. что выходит из него наружу. Задача состоит в том, чтобы по соотношению входных и выходных сигналов составить представление о строении изучаемого объекта и его функционировании.
Как и в других случаях, для этого в принципе есть два пути: путь наблюдений (наблюдать входные сигналы и сравнивать их с выходными) и более эффективный путь экспериментов (самим подавать на вход различные сигналы и смотреть, что при этом получается на выходе).
Однако на практике возможность осуществления соответствующих экспериментов имеется далеко не всегда.
Упомянутый нами случай с изучением Солнца и звезд тому пример. Солнце и звезды- это "черные ящики", к тому же без входа. Иными словами, мы не знаем таких внешних воздействий, которые могли бы оказывать заметное влияние на их физическое состояние. На данном уровне развития науки невозможен, разумеется, и соответствующий эксперимент.
Поэтому при построении теоретической модели внутреннего строения Солнца астрономы вынуждены опираться только на те данные, которые получены в результате изучения выхода этого "черного ящика", т. е. тех поверхностных явлений, которые мы в состоянии наблюдать.
Нетрудно понять, что отсутствие прямых данных относительно внутреннего состояния нашего дневного светила не может не затруднять построение соответствующей теории и вносит в нее значительную долю неопределенности.
Точно так же и в других случаях при недостатке тех или иных фактических данных теоретикам приходится вводить в свои построения различные дополнительные предположения и допущения, что, естественно, не может це сказаться на степени их достоверности.
Кроме того, случается, что один и тот же "набор" фактов достаточно хорошо укладывается в рамки различных, а иногда и прямо противоположных теоретических моделей. Очевидно, какие-то из них должны оказаться неверными.
Однако в процессе развития пауки в результате накопления новых фактов и совершенствования самой теории происходит постепенное уточнение теоретических представлений. Неправильные предположения, противоречащие новым фактическим данным, отбрасываются, уменьшается число вводимых в теорию всякого рода допущений, появляется возможность обоснованного выбора между конкурирующими теоретическими моделями.
Таким образом, и в области построения научной теории действует "механизм", обеспечивающий все более точное приближение теоретических представлений к реальной действительности, все большую их достоверность.
И первостепенную роль в этом "механизме" играет накопление новых фактов.
"Изучайте, сопоставляйте, накопляйте факты, - призывал великий физиолог Иван Петрович Павлов (1849- 1936). - Как ни совершенно крыло птицы, оно никогда на могло бы поднять ее ввысь, не опираясь на воздух. Факты - это воздух ученого. Без них вы никогда не сможете взлететь. Без них ваши "теории" - пустые потуги".
С другой стороны, научная теория развивается не только благодаря открытию новых фактов. Научная теория обладает способностью саморазвития, своей внутренней логикой, которая позволяет исходя из уже известных теоретических положений выводить те или иные следствия, вновь ведущие в конечном счете к фактам, допускающим наблюдательную или экспериментальную проверку"
Тем самым научные теории, научная картина мира не только вбирают в себя новые факты, но и активно формируют сам предмет научного исследования, выделяя из окружающей действительности те явления, которые подлежат первоочередному исследованию.
Таким образом, между наблюдением фактов и их теоретическими обобщениями существует диалектическая взаимосвязь. С одной стороны, любые факты могут быть осмыслены и истолкованы лишь в рамках определенной картины мира, уже существующих теоретических представлений, с другой - научная картина мира направляет опытное, или, как -принято говорить, эмпирическое, познапие действительности.
ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЯЮТСЯ
Каким же образом эти новые факты добываются? Возможность их обнаружения тесно связана с разработкой новых методов научного исследования, с созданием более совершенной научной аппаратуры.
Так, на протяжении длительного времени астрономия была "оптической наукой", занимавшейся изучением светового излучения космических объектов, способного проникать сквозь воздушную оболочку Земли. И хотя в атмосфере нашей планеты, помимо "оптического окна", есть еще и "радиоокно", вплоть до конца первой половины XX столетия космические радиоволны не изучались. Это объясняется тем, что энергия космического радиоизлучения ничтожно мала и приемные устройства, достаточно чувствительные для их регистрации, появились только после окончания второй мировой войны.
Радиоастрономия сразу намного расширила возмогкностй изучения космических процессов и за сравнительно короткое время принесла множество уникальных сведений о Вселенной.
Дело в том, что, во-первых, радиоволны хорошо проходят сквозь межзвездную среду и поэтому несут информацию о таких объектах, от которых световые лучи добраться к нам не могут. А во-вторых, источниками радиоизлучения во многих случаях являются космические объекты, на которых происходят бурные физические процессы. Но именно такие объекты, находящиеся на поворотных этапах своего развития, представляют особый интерес для пауки о Вселенной.
Однако сегодня той информации о космических явлениях, которую удается получать оптическими и радяоиаблюдениями с наземных обсерваторий, тоже уже недостаточно. Современной науке необходимы сведения, которые несут о космических процессах и другие электромагнитные излучения-инфракрасные, ультрафиолетовые, ренгеновские и гамма-лучи. Но эти излучения можно последовать, только поднявшись на большую высоту, за приделы плотных слоев земной атмосферы. Такая возможность возникла с появлением космических аппаратов.
Благодаря космической технике астрономия на паших глазах превратилась во всеволновую науку. Особенно интересные астрофизические исследования были проведены на советских пилотируемых станциях "Салют", а также на советских и американских искусственных спутниках Земли. В частности, весьма ценные сведения были получены в рентгеновском диапазоне электромагнитных волн.
Они значительно расширили наттга знания о космических объектах, о физических процессах во Вселенной.
Применение космических аппаратов открыло также возможность непосредственно доставлять научно-исследовательскую аппаратуру и приборы в интересующие ученых районы космоса. Благодаря этому были получены новые, очень важные данные об околоземном космическом пространстве, межпланетной среде, а также о Луне и ближайших планетах Солнечной системы. Особенно интересными оказались сведения, добытые советскими и американскими автоматическими космическими станциями, о Венере, Марсе и Меркурии.
При этом, однако, чрезвычайно важно подчеркнуть, что применение космических методов исследования различных объектов Вселенной, в частности Луны и планет Солнечной системы, ни в какой мере не зачеркнуло та знания, которые были добыты многолетними астрономическими исследованиями. Основные астрономические представления блестяще подтвердились.
В то же время новые методы исследования оказались в ряде случаев более эффективными, в особенности для выяснения различных деталей изучаемых процессов, наблюдения таких явлений, которые невозможно изучать наземными средствами.
Будущее науки о Вселенной представляется как тесное взаимодействие астрономических методов исследования и разного рода наблюдений, осуществляемых с помощью космической техники.
Применение космической техники в будущем позволит решить ряд чрезвычайно важных задач современной астрономии. В качестве примера можно привести задачу определения расстояний до далеких галактик.
Для этой цели в настоящее время существуют разные способы, но все они сложны и носят многоступенчатый характер. Последовательно определяются расстояния до ближайших звезд, звездных скоплений, затем до ближайших галактик и так далее. На каждом из этих шагов возможны ошибки, которые постепенно множатся и вносят в окончательный результат значительную неопределенность.
В принципе, однако, имеется возможность прямого измерения расстояний до далеких космических объектов таким же способом, какой применяется для определения расстояния до ближайших звезд (т. е. путем измерения углов из концов некоторого базиса и соответствующих тригонометрических подсчетов). Но для этой цели необходимо располагать несколькими радиотелескопами, разнесенными на весьма значительные расстояния. Подобную задачу можно было бы решить с помощью нескольких космических аппаратов, находящихся на расстоянии в несколько сотен миллионов километров друг от друга.
Тогда появилась бы возможность измерять весьма малые углы и с большой точностью определять расстояния до космических объектов на огромных удалениях, вплоть до границ наблюдаемой Вселенной.
Использование космической техники позволяет также проводить на борту космических аппаратов разнообразные физические, химические и биологические эксперименты и наблюдения в необычных условиях невесомости и космического вакуума, которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях.
Развитие космической техники открыло также возможность осуществления различных научных экспериментов в космических масштабах. Речь идет не только о доставке научной аппаратуры в различные районы космоса и на поверхность ряда небесных тел, но и об искусственном воспроизводстве некоторых космических явлений.
Один из таких экспериментов - искусственное солнечное затмение - был, например, проведен по инициативе советских ученых советскими и американскими космонавтами во время совместного полета космических кораблей "Союз" и "Аполлон" в июле 1975 г. В заранее определенный момент корабли разошлись на некоторое расстояние и расположились на одной линии с Солнцем таким образом, что "Аполлон" перекрыл диск дневного светила, и с борта "Союза-19" появилась возможности с помощью специальной автоматической фотокамеры провести серию фотосъемок искусственного затмения Солнца.
Не менее интересный эксперимент космического порядка, получивший название "Араке", осуществили советские и французские ученые. С помощью специальной электронной пушки, установленной на борту высотной ракеты, в верхние слои атмосферы в южном полушарии Земли был выброшен "сноп" заряженных частиц. Промчавшись около 100 тысяч километров по линии индукции земного магнитного поля, эти частицы вызвали искусственное полярное сияние в высоких широтах северного полушария, что дало возможность глубже разобраться в природе полярных сияний.
Таким образом, выход в космос явился новым, чрезвычайно важным шагом на пути познания человеком окружающего мира.
Любопытно, что с появлением космических аппаратов ученые смогли использовать для дистанционного изучения нашей собственной планеты накопленный современной астрономией огромный опыт исследования различных объектов на расстоянии. С этой целью с борта пилотируемых космических аппаратов осуществляется крупномасштабное фотографирование различных участков земной поверхности, охватывающее значительные по площади районы нашей страны.
Как оказалось, подобный метод, получивший меткое название "астрономия наоборот", является весьма эффективным, особенно в тех случаях, когда фотографирование земной поверхности осуществляется в различных цветных лучах.
Анализ таких крупномасштабных снимков позволит выявлять особенности геологического строения зсмпоя коры и на этой основе прогнозировать наличие залежей полезных ископаемых, осуществлять сейсмическую разведку (в частности, таким путем было проведено уточнение рр.спределепия сейсмических зон в Средней Азии и сейсмическое районирование значительной части трассы БАМа), определять состояние растительпостн и посевов, вести гидрогеологические исследования, выявлять состояние грунтовых вод, а также характер обводпенностп и засоленности земель и т.д.
Подобные исследования позволяют комплексно судить о взаимодействии человека и природы, вырабатывать обоснованные прогнозы оптимального использования природных ресурсов. В ряде случаев соответствующие данные, полученные благодаря крупномасштабному космическому фотографировапито, уже позволили выдавать весьма ценные рекомендации для нашего народного хозяйства, принесшие немалый гкопомическпй эффект.
В настоящее время ученые разрабатывают методы анализа крупномасштабных космических фотографий с помощью электронно-вычислительной техники. Подобный способ значительно упростит и ускорит расшифровку снимков, полученных из космоса, и тем самым обеспечит более оперативное и эффективное управление природными ресурсами. Это будет иметь колоссальное значение для дальнейшего развития нашей промышленности и сельского хозяйства, для охраны природы и сохранения окружающей среды.
Совершенствуется аппаратура и для обычных наземных исследований, в том числе и астрономических. Создаются все более крупные и совершенные телескопы и радиотелескопы. Недавно вступил в строй самый большой в мире советский шестиметровый телескоп. С помощью этого уникального инструмента, установленного в горах Северного Кавказа вблизи станицы 3,оленчукской, можно было бы увидеть пламя свечи, расположенной на расстоянии 25 тысяч километров.
На подходе и новый весьма действенный метод изучения физических явлений во Вселенной - псйтринная астрофизика. Этот метод, в частности, открывает возможность получить непосредственную информацию о процессах, протекающих в недрах Солнца и звезд.
Нейтрино - одна из самых удивительных элементарных частиц. Она по имеет электрического заряда и движется со скоростью в точности, равной скорости света.
Другими словами, нейтрино, как говорят физики, не имеет массы покоя. Но пожалуй, главная особенность нейтрино состоит в том, что эта частица чрезвычайно слабо взаимодействует с веществом. Длина свободного пробега нейтрино, т. е. среднее расстояние, которое оно способно пройти в веществе, но испытывая взаимодействий с другими частицами, исчисляется миллионами миллиардов километров. Полярная звезда находится от пас на расстоянпп около 500 световых лет, но если бы мы сплошь заполнили всо пространство между этой звездой и Землей чугуном, то нейтрппо пронизало бы эту чугунную плиту словно пустое пространство!
Чтобы в полной море оцепить проникающую способность нейтрино, достаточно напомнить, что луч света можно задержать листком бумаги. Металлический лпст пли даже металлическая сетка поглощает радиоволны, а сравнительно тонкая свинцовая плита - рентгеновские лучи.
Для того же, чтобы полностью преградить путь пойтрино, необходимо создать свинцовую защиту толщиной около 10 триллионов километров!
Согласно теоретической модели внутреннего строения Солнца и звезд, принятой в современной науке, источником внутризвездной энергии являются реакции термоядерного синтеза гелия из водорода. Как следует из теории термоядерных процессов, в ходе таких реакций должны в большом количестве рождаться нейтрино. Энергия солнечных нейтрино и их поток непосредственно зависят от характера этих реакций. Пронизывая толщу солнечного вещества, нейтрино вылетают в космическое пространство, и определенная их часть достигает Земли. О процессах, протекающих в самых сокровенных недрах: Солнца, эти частицы могут сообщить нам буквально через несколько минут.
Число нейтрино, летящих к Земле от Солнца, можно примерно рассчитать. Поскольку Солнце в целом находится в состоянии теплового равновесия, то энергия, которая рождается в его недрах в течение некоторого времени, должна приблизительно за то же самое время излучаться с солнечной поверхности в окружающее пространство.
Следовательно, по интенсивности солнечного излучения можно вычислить скорость термоядерных реакций, протекающих в недрах Солнца, а отсюда и среднее число нейтрино, покидающих Солпце за определенное время.
Таким образом, если бы нам удалось "изловить" солнечные нейтрино, оценить интенсивность их потока, измерить их энергию, мы могли бы, в буквальном смысле слова, заглянуть в недра дневного светила и проверить справедливость наших предположений о термоядерной природе его энергии.
Первые наблюдения подобного рода уже проводились и принесли весьма интересные результаты. К их обсуждению мы еще вернемся в одной из последующих глав.
В настоящее время в Советском Союзе осуществляется строительство уникальной нейтринной лаборатории, которая будет оборудована чувствительными детекторами для регистрации нейтрино.
Однако, когда другие исследователи в разных странах попытались повторить эксперименты Вебера, полученные им результаты не подтвердились. В конце концов тщательный анализ привел ученых к заключению, что аппаратура Вебера на самом деле зарегистрировала не гравитационные волны, а какие-то совсем иные эффекты.
Вот почему современные физики не спешат делать далеко идущие выводы до тех пор, пока результат того или иного эксперимента не будет многократно проверен и надежно подтвержден.
Нельзя не учитывать и того обстоятельства, что ученые - люди со своей индивидуальной психологией, со своими воззрениями, убеждениями, планами и надеждами. И потому может случиться так, что даже самый чествый и объективный экспериментатор может принять желаемое за действительное и прийти таким образом к ошибочному результату. Уже не говоря о лжеученых, которые сознательно "передергивают" или специально подтасовывают результаты наблюдений (к сожалению, бывают и такие случаи), стремясь подобным способом обосновать свои "идеи".
Разумеется, ученые принимают все меры к тому, чтобы избежать в процессе экспериментов и наблюдений нежелательных неточностей и ошибок. Но поскольку подобные ошибки являются следствием все усложняющегося процесса научного исследования, с возможностью их возникновения нельзя не считаться.
Значит ли это, однако, что результатам научных наблюдений и экспериментальных исследований вообще нельзя доверять? Подобное заключение было бы совершенно неправомерным.
В процессе длительного изучения природы наука выработала вполне надежную методику постановки экспериментов и наблюдений, достаточно хорошо гарантирующую исследователя от грубых ошибок.
Не могут служить свидетельством недостоверности научных данных о мире и те острые споры, которые нередко возникают в науке вокруг истолкования результатов тех или иных наблюдений и экспериментов. Подобные споры вполне естественны и нормальны для развития естествознания. Они являются необходимой составной частью процесса научного познания, одним из его необходимых этапов. По мере совершенствования экспериментальной а наблюдательной техники и накопления все большего количества опытных данных и теоретических знаний появляется возможность не только все более надежной оценки, соответствия добываемых в ходе научного исследовапяя фактов реальной действительности, но и все более точного их истолкования, все более глубокого проникновения в сущность явлений.
Таким образом, наука представляет собой систему, развитие которой обеспечивает отбор все более достоверных данных о явлениях природы.
ОТ ФАКТОВ К ТЕОРИЯМ
Процесс познания только начинается с обнаружения тех или иных фактов. Факты нуждаются в теоретическом осмыслении.
"Что касается теории, - писал Луи де Бройль, - то ее задача состоит в классификации и синтезе полученных результатов, расположении их в разумную систему, которая не только позволяет истолковывать известное, но также, по мере возможности, предвидеть еще и неизвестное".
Задача научной теории состоит в том, чтобы объяснить с единой точки зрения известные факты, относящиеся к некоторой области явлений, определить пути дальнейшего научного поиска, а также предсказать новые факты, еще неизвестные.
Но, как мы уже видели, связь между фактами и их теоретическими объяснениями отнюдь не является односторонней. Теория строится на фактах, но, с другой стороны, сами факты нуждаются в осмыслении с точки зрения тех или иных теоретических представлений. Это одно из проявлений диалектического характера пропессса научного познания природы.
Любая теория представляет собой определенную идеализацию, ибо ни один объект невозможно изучить во всех его бесконечных связях и взаимодействиях, внутренних и внешних.
"Например, изучая атом как устойчивое и обособленное материальное образование, - пишет известный советский философ А. С. Кармин, - мы устанавливаем конечность всех его характеристик - массы, энергии, размеров и т. д. Но в том же атоме при "изучении его взаимодействия с другими атомами, при изучении взаимосвязи и движения элементарных частиц, образующих его, мы натолкнемся на бесчисленное множество разнообразных отношений, связей, зависимостей, которые свидетельствуют, что атом по своей природе неисчерпаем, бесконечен".
Таким образом, любой конечный объект, с одной стороны, является частью бесконечного, существующего вне его, а с другой - содержит бесконечное в самом себе, можно сказать, как бы "наполнен бесконечным".
Поэтому, создавая любую теорию, ученый, как говорят философы, "оконечивает мир", рассматривает только некоторые определенные связи и отношения, временно отвлекаясь от всех остальных.
В качестве характерного примера можно привести хорошо всем известный первый закон динамики, открытый и сформулированный Галилеем и Ньютоном. Он известен также под названием закона инерции. Согласно этому закону любое -тело должно сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела.
Нетрудво, однако, видеть, что это явная идеализация, так как ни при каких реальных условиях невозможно изолировать любое тело от действия на него других тел (и, следовательно, каких-то сил), хотя бы различных космических объектов (и, следовательно, сил тяготения).
Таким образом, любая научная теория всегда неизбежно ограничивает себя изучением лишь некоторых связей и отношений. В процессе дальнейшего исследования в рассмотрение вовлекаются все новые отношения. Осуществляется процесс последовательных приближений - движение к абсолютной истине через ряд истин относительных.
"Каждая ступень в развитии пауки, - отмечал В.И.Ленин, - прибавляет новые зерна в эту сумму абсолютной истины, но пределы истины каждого научного положения относительны, будучи то раздвигаемы, то суживаемы дальнейшим ростом знания" [Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм. Полн.собр. соч., т. 18. с. 137].
Как и накопление различных научных фактов о явлениях природы, их теоретическое осмысление также встрсчаегся с определенными трудностями. Пожалуй, главная из них - недостаточное количество исходных данных, исходного фактического материала.
Правда, иногда складывается противоположная картина: фактов накапливается слишком много, и никак но удается уложить их в стройную теоретическую схему. Но противоречия с тем, что было сказано выше, здесь нет. Чаще всего подобная ситуация возникает в тех случаях, когда основные фундаментальные факты в данной области явлений, т. е. такие факты, от которых непосредственно зависит построение теории, еще не открыты.
Однако попытки обнаружить подобные факты нередко наталкиваются на весьма серьезные затруднения. В качестве характерного примера можно привести проблему изучения внутреннего строения Солнца и звезд, которая является одной из центральных в современной астрофизике.
Как известно, все основные сведения о физических процессах в космосе мы получаем благодаря исследованию различных космических излучений электромагнитных и корпускулярных. Свойства этих излучений зависят от свойств их источников, тех физических явлений, которые их породили. Таким образом, сама природа как бы вкладывает в излучения определенную информацию о свойствах тех или иных космических объектов.
Но когда возникает проблема изучения внутреннего строения Соднпа и звезд, астрофизики сталкиваются с тем, что все те излучения, которые изучаются для получения различных сведений об этих объектах, рождаются в их поверхностных слоях. Таким образом, непосредственно из звездных недр никакая информация к нам не поступает.
Возникает научная ситуация, которую кибернетики называют "ситуацией черного ящика". Необходимо построить теоретическую модель некоего объекта, о внутреннем устройстве которого ничего не известно. Известно только, какие у этого объекта "входы", т, е. что поступает в него извне, и какие "выходы", т. е. что выходит из него наружу. Задача состоит в том, чтобы по соотношению входных и выходных сигналов составить представление о строении изучаемого объекта и его функционировании.
Как и в других случаях, для этого в принципе есть два пути: путь наблюдений (наблюдать входные сигналы и сравнивать их с выходными) и более эффективный путь экспериментов (самим подавать на вход различные сигналы и смотреть, что при этом получается на выходе).
Однако на практике возможность осуществления соответствующих экспериментов имеется далеко не всегда.
Упомянутый нами случай с изучением Солнца и звезд тому пример. Солнце и звезды- это "черные ящики", к тому же без входа. Иными словами, мы не знаем таких внешних воздействий, которые могли бы оказывать заметное влияние на их физическое состояние. На данном уровне развития науки невозможен, разумеется, и соответствующий эксперимент.
Поэтому при построении теоретической модели внутреннего строения Солнца астрономы вынуждены опираться только на те данные, которые получены в результате изучения выхода этого "черного ящика", т. е. тех поверхностных явлений, которые мы в состоянии наблюдать.
Нетрудно понять, что отсутствие прямых данных относительно внутреннего состояния нашего дневного светила не может не затруднять построение соответствующей теории и вносит в нее значительную долю неопределенности.
Точно так же и в других случаях при недостатке тех или иных фактических данных теоретикам приходится вводить в свои построения различные дополнительные предположения и допущения, что, естественно, не может це сказаться на степени их достоверности.
Кроме того, случается, что один и тот же "набор" фактов достаточно хорошо укладывается в рамки различных, а иногда и прямо противоположных теоретических моделей. Очевидно, какие-то из них должны оказаться неверными.
Однако в процессе развития пауки в результате накопления новых фактов и совершенствования самой теории происходит постепенное уточнение теоретических представлений. Неправильные предположения, противоречащие новым фактическим данным, отбрасываются, уменьшается число вводимых в теорию всякого рода допущений, появляется возможность обоснованного выбора между конкурирующими теоретическими моделями.
Таким образом, и в области построения научной теории действует "механизм", обеспечивающий все более точное приближение теоретических представлений к реальной действительности, все большую их достоверность.
И первостепенную роль в этом "механизме" играет накопление новых фактов.
"Изучайте, сопоставляйте, накопляйте факты, - призывал великий физиолог Иван Петрович Павлов (1849- 1936). - Как ни совершенно крыло птицы, оно никогда на могло бы поднять ее ввысь, не опираясь на воздух. Факты - это воздух ученого. Без них вы никогда не сможете взлететь. Без них ваши "теории" - пустые потуги".
С другой стороны, научная теория развивается не только благодаря открытию новых фактов. Научная теория обладает способностью саморазвития, своей внутренней логикой, которая позволяет исходя из уже известных теоретических положений выводить те или иные следствия, вновь ведущие в конечном счете к фактам, допускающим наблюдательную или экспериментальную проверку"
Тем самым научные теории, научная картина мира не только вбирают в себя новые факты, но и активно формируют сам предмет научного исследования, выделяя из окружающей действительности те явления, которые подлежат первоочередному исследованию.
Таким образом, между наблюдением фактов и их теоретическими обобщениями существует диалектическая взаимосвязь. С одной стороны, любые факты могут быть осмыслены и истолкованы лишь в рамках определенной картины мира, уже существующих теоретических представлений, с другой - научная картина мира направляет опытное, или, как -принято говорить, эмпирическое, познапие действительности.
ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЯЮТСЯ
Каким же образом эти новые факты добываются? Возможность их обнаружения тесно связана с разработкой новых методов научного исследования, с созданием более совершенной научной аппаратуры.
Так, на протяжении длительного времени астрономия была "оптической наукой", занимавшейся изучением светового излучения космических объектов, способного проникать сквозь воздушную оболочку Земли. И хотя в атмосфере нашей планеты, помимо "оптического окна", есть еще и "радиоокно", вплоть до конца первой половины XX столетия космические радиоволны не изучались. Это объясняется тем, что энергия космического радиоизлучения ничтожно мала и приемные устройства, достаточно чувствительные для их регистрации, появились только после окончания второй мировой войны.
Радиоастрономия сразу намного расширила возмогкностй изучения космических процессов и за сравнительно короткое время принесла множество уникальных сведений о Вселенной.
Дело в том, что, во-первых, радиоволны хорошо проходят сквозь межзвездную среду и поэтому несут информацию о таких объектах, от которых световые лучи добраться к нам не могут. А во-вторых, источниками радиоизлучения во многих случаях являются космические объекты, на которых происходят бурные физические процессы. Но именно такие объекты, находящиеся на поворотных этапах своего развития, представляют особый интерес для пауки о Вселенной.
Однако сегодня той информации о космических явлениях, которую удается получать оптическими и радяоиаблюдениями с наземных обсерваторий, тоже уже недостаточно. Современной науке необходимы сведения, которые несут о космических процессах и другие электромагнитные излучения-инфракрасные, ультрафиолетовые, ренгеновские и гамма-лучи. Но эти излучения можно последовать, только поднявшись на большую высоту, за приделы плотных слоев земной атмосферы. Такая возможность возникла с появлением космических аппаратов.
Благодаря космической технике астрономия на паших глазах превратилась во всеволновую науку. Особенно интересные астрофизические исследования были проведены на советских пилотируемых станциях "Салют", а также на советских и американских искусственных спутниках Земли. В частности, весьма ценные сведения были получены в рентгеновском диапазоне электромагнитных волн.
Они значительно расширили наттга знания о космических объектах, о физических процессах во Вселенной.
Применение космических аппаратов открыло также возможность непосредственно доставлять научно-исследовательскую аппаратуру и приборы в интересующие ученых районы космоса. Благодаря этому были получены новые, очень важные данные об околоземном космическом пространстве, межпланетной среде, а также о Луне и ближайших планетах Солнечной системы. Особенно интересными оказались сведения, добытые советскими и американскими автоматическими космическими станциями, о Венере, Марсе и Меркурии.
При этом, однако, чрезвычайно важно подчеркнуть, что применение космических методов исследования различных объектов Вселенной, в частности Луны и планет Солнечной системы, ни в какой мере не зачеркнуло та знания, которые были добыты многолетними астрономическими исследованиями. Основные астрономические представления блестяще подтвердились.
В то же время новые методы исследования оказались в ряде случаев более эффективными, в особенности для выяснения различных деталей изучаемых процессов, наблюдения таких явлений, которые невозможно изучать наземными средствами.
Будущее науки о Вселенной представляется как тесное взаимодействие астрономических методов исследования и разного рода наблюдений, осуществляемых с помощью космической техники.
Применение космической техники в будущем позволит решить ряд чрезвычайно важных задач современной астрономии. В качестве примера можно привести задачу определения расстояний до далеких галактик.
Для этой цели в настоящее время существуют разные способы, но все они сложны и носят многоступенчатый характер. Последовательно определяются расстояния до ближайших звезд, звездных скоплений, затем до ближайших галактик и так далее. На каждом из этих шагов возможны ошибки, которые постепенно множатся и вносят в окончательный результат значительную неопределенность.
В принципе, однако, имеется возможность прямого измерения расстояний до далеких космических объектов таким же способом, какой применяется для определения расстояния до ближайших звезд (т. е. путем измерения углов из концов некоторого базиса и соответствующих тригонометрических подсчетов). Но для этой цели необходимо располагать несколькими радиотелескопами, разнесенными на весьма значительные расстояния. Подобную задачу можно было бы решить с помощью нескольких космических аппаратов, находящихся на расстоянии в несколько сотен миллионов километров друг от друга.
Тогда появилась бы возможность измерять весьма малые углы и с большой точностью определять расстояния до космических объектов на огромных удалениях, вплоть до границ наблюдаемой Вселенной.
Использование космической техники позволяет также проводить на борту космических аппаратов разнообразные физические, химические и биологические эксперименты и наблюдения в необычных условиях невесомости и космического вакуума, которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях.
Развитие космической техники открыло также возможность осуществления различных научных экспериментов в космических масштабах. Речь идет не только о доставке научной аппаратуры в различные районы космоса и на поверхность ряда небесных тел, но и об искусственном воспроизводстве некоторых космических явлений.
Один из таких экспериментов - искусственное солнечное затмение - был, например, проведен по инициативе советских ученых советскими и американскими космонавтами во время совместного полета космических кораблей "Союз" и "Аполлон" в июле 1975 г. В заранее определенный момент корабли разошлись на некоторое расстояние и расположились на одной линии с Солнцем таким образом, что "Аполлон" перекрыл диск дневного светила, и с борта "Союза-19" появилась возможности с помощью специальной автоматической фотокамеры провести серию фотосъемок искусственного затмения Солнца.
Не менее интересный эксперимент космического порядка, получивший название "Араке", осуществили советские и французские ученые. С помощью специальной электронной пушки, установленной на борту высотной ракеты, в верхние слои атмосферы в южном полушарии Земли был выброшен "сноп" заряженных частиц. Промчавшись около 100 тысяч километров по линии индукции земного магнитного поля, эти частицы вызвали искусственное полярное сияние в высоких широтах северного полушария, что дало возможность глубже разобраться в природе полярных сияний.
Таким образом, выход в космос явился новым, чрезвычайно важным шагом на пути познания человеком окружающего мира.
Любопытно, что с появлением космических аппаратов ученые смогли использовать для дистанционного изучения нашей собственной планеты накопленный современной астрономией огромный опыт исследования различных объектов на расстоянии. С этой целью с борта пилотируемых космических аппаратов осуществляется крупномасштабное фотографирование различных участков земной поверхности, охватывающее значительные по площади районы нашей страны.
Как оказалось, подобный метод, получивший меткое название "астрономия наоборот", является весьма эффективным, особенно в тех случаях, когда фотографирование земной поверхности осуществляется в различных цветных лучах.
Анализ таких крупномасштабных снимков позволит выявлять особенности геологического строения зсмпоя коры и на этой основе прогнозировать наличие залежей полезных ископаемых, осуществлять сейсмическую разведку (в частности, таким путем было проведено уточнение рр.спределепия сейсмических зон в Средней Азии и сейсмическое районирование значительной части трассы БАМа), определять состояние растительпостн и посевов, вести гидрогеологические исследования, выявлять состояние грунтовых вод, а также характер обводпенностп и засоленности земель и т.д.
Подобные исследования позволяют комплексно судить о взаимодействии человека и природы, вырабатывать обоснованные прогнозы оптимального использования природных ресурсов. В ряде случаев соответствующие данные, полученные благодаря крупномасштабному космическому фотографировапито, уже позволили выдавать весьма ценные рекомендации для нашего народного хозяйства, принесшие немалый гкопомическпй эффект.
В настоящее время ученые разрабатывают методы анализа крупномасштабных космических фотографий с помощью электронно-вычислительной техники. Подобный способ значительно упростит и ускорит расшифровку снимков, полученных из космоса, и тем самым обеспечит более оперативное и эффективное управление природными ресурсами. Это будет иметь колоссальное значение для дальнейшего развития нашей промышленности и сельского хозяйства, для охраны природы и сохранения окружающей среды.
Совершенствуется аппаратура и для обычных наземных исследований, в том числе и астрономических. Создаются все более крупные и совершенные телескопы и радиотелескопы. Недавно вступил в строй самый большой в мире советский шестиметровый телескоп. С помощью этого уникального инструмента, установленного в горах Северного Кавказа вблизи станицы 3,оленчукской, можно было бы увидеть пламя свечи, расположенной на расстоянии 25 тысяч километров.
На подходе и новый весьма действенный метод изучения физических явлений во Вселенной - псйтринная астрофизика. Этот метод, в частности, открывает возможность получить непосредственную информацию о процессах, протекающих в недрах Солнца и звезд.
Нейтрино - одна из самых удивительных элементарных частиц. Она по имеет электрического заряда и движется со скоростью в точности, равной скорости света.
Другими словами, нейтрино, как говорят физики, не имеет массы покоя. Но пожалуй, главная особенность нейтрино состоит в том, что эта частица чрезвычайно слабо взаимодействует с веществом. Длина свободного пробега нейтрино, т. е. среднее расстояние, которое оно способно пройти в веществе, но испытывая взаимодействий с другими частицами, исчисляется миллионами миллиардов километров. Полярная звезда находится от пас на расстоянпп около 500 световых лет, но если бы мы сплошь заполнили всо пространство между этой звездой и Землей чугуном, то нейтрппо пронизало бы эту чугунную плиту словно пустое пространство!
Чтобы в полной море оцепить проникающую способность нейтрино, достаточно напомнить, что луч света можно задержать листком бумаги. Металлический лпст пли даже металлическая сетка поглощает радиоволны, а сравнительно тонкая свинцовая плита - рентгеновские лучи.
Для того же, чтобы полностью преградить путь пойтрино, необходимо создать свинцовую защиту толщиной около 10 триллионов километров!
Согласно теоретической модели внутреннего строения Солнца и звезд, принятой в современной науке, источником внутризвездной энергии являются реакции термоядерного синтеза гелия из водорода. Как следует из теории термоядерных процессов, в ходе таких реакций должны в большом количестве рождаться нейтрино. Энергия солнечных нейтрино и их поток непосредственно зависят от характера этих реакций. Пронизывая толщу солнечного вещества, нейтрино вылетают в космическое пространство, и определенная их часть достигает Земли. О процессах, протекающих в самых сокровенных недрах: Солнца, эти частицы могут сообщить нам буквально через несколько минут.
Число нейтрино, летящих к Земле от Солнца, можно примерно рассчитать. Поскольку Солнце в целом находится в состоянии теплового равновесия, то энергия, которая рождается в его недрах в течение некоторого времени, должна приблизительно за то же самое время излучаться с солнечной поверхности в окружающее пространство.
Следовательно, по интенсивности солнечного излучения можно вычислить скорость термоядерных реакций, протекающих в недрах Солнца, а отсюда и среднее число нейтрино, покидающих Солпце за определенное время.
Таким образом, если бы нам удалось "изловить" солнечные нейтрино, оценить интенсивность их потока, измерить их энергию, мы могли бы, в буквальном смысле слова, заглянуть в недра дневного светила и проверить справедливость наших предположений о термоядерной природе его энергии.
Первые наблюдения подобного рода уже проводились и принесли весьма интересные результаты. К их обсуждению мы еще вернемся в одной из последующих глав.
В настоящее время в Советском Союзе осуществляется строительство уникальной нейтринной лаборатории, которая будет оборудована чувствительными детекторами для регистрации нейтрино.