Страница:
Примерно через триста лет после Рамбана Рамо, рабби Моше Иссерлес, автор примечаний к Шульхан Аруху, описывает чудо связи между телом и душой. (После утреннего посещения туалета) еврей произносит благословение Б-гу, «Который сотворил человека с мудростью…». В нем говорится о теле человека и его физиологическом функционировании. Благословение завершается словами: «Благословен Ты… врачующий всякую плоть и чудесное творящий». Затем произносится другой отрывок, начинающийся словами: «Г-споди! Душа, которую Ты дал мне, – она чиста…» Затем произносятся благословения, переносящие нас в мир духа. Слова «…и чудесное творящий» стоят между двумя мирами: связанными с функциям тела и связанными с духом и душой. Как же это объясняет Рамо? «И чудесное творящий» – что именно? На первый взгляд, если обратиться к тексту благословений, можно подумать, что они относятся к сказанному перед ними – к биологическим функциям тела. Однако Рамо разъясняет, что чудо состоит в связи между двумя этими вещами. Факт того, что две эти вещи – тело и душа – связаны воедино, трудно осознать даже тому, кто верит, что и мир природы, и мир духа создал Б-г. «Творящий чудесное» – соединяющий духовное с материальным. Это и есть чудо.
И здесь мы подходим к великому чуду, может быть, даже более великому, чем то, о котором мы говорили только что, – к возможности свободного выбора. Этим человек отличается от всего остального мира – от неживой природы, от растительного и от животного царств. Весь мир, кроме человека, действует на основе принуждения – все диктуют ему законы природы. Не является исключением и животный мир, где все определяется инстинктами[3]. Все в мире подчиняется этим законам, но только человек обладает подлинной свободой выбора. Инстинкты воздействуют и на человека, однако только он способен преодолеть их и принять решение действовать вопреки им. Человек может принять решение не подчиниться даже повелению Б-га. Благодаря свободе выбора человек способен создавать новые духовные вещи. Творения, созданные человечеством за время его существования, объединяются в коллективной памяти всех людей – человеческой культуре. У каждого человека есть чудесная возможность присоединиться к этому духовному миру и тем самым внести в свою личную память часть коллективной памяти человечества. В ходе повседневной жизни мы получаем эту чудесную возможность: разделить религиозные переживания других людей, воспользоваться другими языками, восхититься великими музыкальными произведениями прошлого, постичь величайшие научные открытия – словом, объединиться с духовным миром другого, даже если тот жил сотни или тысячи лет назад. Из всего живого только человек обладает этой чудесной возможностью.
Перед нами – особое явление, и только мыслительная рутина мешает нам понять это. Человек – это самое сложное и самое изощренное, что есть в мире, в материальном отношении, но чудесно в нем то, что материальное в нем объединено с духовным, с духовной реальностью, властвующей над ним и определяющей его поведение. И главное – что он обладает свободой выбора и способен преодолеть диктат законов природы и животных инстинктов.
Теперь спросим себя, как могло возникнуть творение столь сложное, столь изощренное и чудесное, относящееся и к миру духа и к миру материи? На первый взгляд такой вопрос кажется совершенно странным. Ясно, что, если есть творение, должен быть и творец. Ясно, что никакая вещь, даже самая простая, не может возникнуть «сама по себе», без того, чтобы кто-то ее сделал. Когда мы сталкиваемся с определенным текстом, в библиотеке или в ходе археологических раскопок, никому в голову не придет отрицать наличие создателя, автора этого текста, даже если речь идет о самом простом тексте. Тем более должен быть творец у столь сложного творения, как человек. Так подсказывает здравый смысл, так учит весь наш жизненный опыт. За всю историю человечества не наблюдалось ни единого случая самостоятельного, без создателя, появления хоть какого-нибудь предмета[4].
И все же существует убеждение в том, что человек возник из природы, или, более точно, что природа сама сотворила человека и что наука это доказывает. Давайте попробуем разобраться, о чем идет речь. Давным-давно на Земле вообще не было жизни, а только первичная материя. Существовала лишь неживая природа и ее законы. Она развивалась соответственно этим законам, и в ходе этого развития природа «создала» новую реальность: разнообразные живые существа. Вершиной же ее творения явился человек, который сам способен создавать разнообразные и многочисленные творения. И на первый взгляд весь этот величественный процесс поддается описанию научными средствами. Тогда никакого творца, никакого создателя не требуется – природа сама созидает все, включая человека. Этот нерелигиозный взгляд на мир базируется будто бы на достижениях науки. Подобной картины мира придерживаются многие, очень многие, как ученые, специализирующиеся в самых разных областях науки, так и простые люди, полагающиеся на мнение этих ученых. Этот подход рассматривается как замена религиозного взгляда, который будто бы устарел. Так говорят приверженцы атеизма, убежденные, что ни для чего в мире не нужно было никакого творца, как и для мира в целом. Однако на самом деле неверно, что атеистический взгляд на мир основан на науке или как-то поддерживается ею и что будто бы существуют научные доказательства самопроизвольного возникновения мира. Никаких доказательств подобного рода нет и быть не может. Мы убедимся в этом ниже, и в этом на самом деле состоит одна из целей этой книги.
Тора тоже утверждает, что вначале в мире присутствовала лишь первичная материя: «И земля была пуста и безвидна, и тьма над бездной» (Берешит 1:2), – и что человек был создан именно из этой материи – «прах из земли». Однако глубочайшее отличие рассказа Торы от секулярного подхода состоит в том, что не сама земля создала человека. Его создал Б-г: «И сделал Б-г, Г-сподь, человека, прах из земли» (Берешит 2:7). Следует подчеркнуть, что в задачи Торы не входят разъяснение и разбор того, каким образом воплощаются Б-жественные замыслы, как создавался человек – сразу или постепенно, путем эволюции. Главное в том, что не природа, не земля, а Б-г создал его. Светский подход, согласно которому материя, природа есть источник всего, включая человека и его произведения, – по сути, вид идолопоклонства, обожествление природы. Тора прямо указывает на это: «И пойдет, и станет служить чуждым богам, и поклонится им, и Солнцу или Луне, или всему Небесному воинству, которому Я не повелел (поклоняться)» (Дварим 17:3).
Перед нами два полярных взгляда на мир – один основан на Торе, на Б-жественном откровении, на здравом смысле и на совокупном опыте человечества, второй же иррационален, противоречит и логике и опыту, однако претендует на то, чтобы быть научным, то есть пытается представить науку своей опорой. Как мы уже отметили, эта претензия необоснованна, и ниже мы это докажем. Иными словами, согласно этому взгляду на мир, природа сама создает многочисленные и разнообразные творения, она создала человека, и она же – источник всего того, что творит человек. Этот взгляд очень популярен в западном мире, а советский режим даже включил его в свою официальную идеологию. Поэтому очень важно понять нищету и недостатки этой веры, современной формы идолопоклонства.
Эта глава может послужить введением к обсуждению значения и смысла секулярного взгляда на мир, или, более точно, идейной основы различных секулярных философий. Вопрос, на который мы должны будем ответить, состоит в том, существуют ли на самом деле хоть какие-то научные основания для утверждения, что природа или материя способны к самостоятельному творчеству – без внешних факторов, без Творца, – к созданию разнообразных вещей, в особенности такого сложного, изощренного и великого творения, как человек? Как мы уже говорили, ответ будет однозначным: нет никаких научных оснований утверждать, что природа сама создает различные творения, и среди них человека. Чтобы прийти к ответу, нам нужно будет изучить суть, структуру и границы научного знания. Этому посвящена следующая глава.
2. Законы природы – наука
1. Законы природы[5]
В предыдущей главе мы выяснили: утверждение о том, что такое сложное и изощренное творение, как человек, произошло само собой из первичной материи, не сочетается со здравым смыслом и совокупным опытом человечества. Ничто не свидетельствует в пользу того, что хоть что-то может быть создано без того, чтобы кто-либо создал это, – тем более это очевидно, если речь идет о человеке. А утверждение о том, что у человека есть Творец, соответствует и здравому смыслу, и всему нашему опыту. Противоположное утверждение – что человек зародился в природе спонтанно в процессе ее развития – не имеет никаких логических или научных оснований, однако из-за его распространенности мы ниже обсудим его широко и подробно, в главах, посвященных эволюции мира. Согласно еврейскому религиозному подходу, все, что есть в мире, и сам мир имеют источник, обладающий разумом, – Высший разум. А согласно материалистическому подходу, источник всего – материя, лишенная разума и духовности, и мы тоже – случайное порождение того же источника, материального и неразумного.
Характерной чертой современной физики и вообще современной науки является тесная связь с опытом. Научные теории отбираются и провераются по принципу соответствия экспериментальным данным, что определяет их количественный характер. Поэтому научные теории, и в особенности физика, формулируются и выражаются на языке математики. Обычные человеческие языки – иврит, английский или французский не в состоянии выразить законы природы и описать различные ее явления.
Многие математические понятия уже проникли в наш язык, даже если мы не всегда осознаем это. Существуют примитивные языки, располагающие только понятиями один, два и много. Ясно, что такие языки не способны выразить сложные взаимосвязи между определенными группами предметов. Так, на примитивном языке как будто бы возможно сформулировать сообщение о том, что овец в одном стаде больше, чем в другом, однако уже нельзя сказать, что в первом стаде тридцать четыре овцы, на три больше, чем во втором. Иными словами, математические символы вошли в язык, чтобы дать возможность описывать сложные взаимосвязи, не поддающиеся описанию другими способами. Язык, располагающий арифметикой, словами для обозначения натуральных чисел, богаче того, в котором этих символов нет.
В общем, можно сказать, что для более глубокого понимания природы требуется более богатый язык. Без сомнения, современная наука смогла достичь очень глубокого понимания материальной реальности. Физические теории описывают разные стороны реальности настолько сложным образом, что необразованные люди совершенно не могут понять этих описаний, в точности так же, как говорящие на примитивном языке не могут воспринять информацию, передаваемую на языке, который включает в себя арифметику. А современный язык, содержащий современную математику, плод многотысячелетнего ее развития, способен описать гораздо более сложную и изощренную реальность, чем обычные, бедные языки, в которых нет средств для передачи современных математических описаний.
Здесь и скрыто различие – язык, на котором мы говорим, уже давно содержит в себе и арифметику, и другие математические понятия. Мы привыкли к этому и уже не обращаем на это внимания. С другой стороны, современная математика не вошла в разговорный язык, оставшись достоянием очень узкого слоя ученых и математиков. Но это не отменяет того факта, что математика составляет часть человеческого языка вообще, даже если большинство пока что не понимает ее.
В свете вышесказанного можно понять, почему так трудно объяснить строение природы и ее развитие. Самое близкое к истине описание, которое предоставляет современная физика, можно выразить лишь на математическом языке, которым физика пользуется. И все же возможно выделить несколько характерных свойств природы и ее законов. Для того чтобы сформулировать законы природы, физика использует определенные математические символы, которые, как правило, невозможно перевести на обычный язык. Однако у науки есть одно важное свойство: непременно должна быть связь между этими символами и результатами эксперимента. Как уже говорилось, наука характеризуется тем, что ее теоретические выводы всегда можно проверить экспериментально. Например, наука может предсказать, что в будущем в такой-то день состоится солнечное затмение. Ясно, что это предсказание можно будет проверить только тогда, когда наступит указанная дата.
Физика описывает законы природы через математические уравнения. Эти уравнения раскрывают характер законов природы: они относятся ко всем физическим телам, действуют везде в мире, и именно они определяют, как мир будет изменяться во времени. Физические тела и системы изменяются с течением времени согласно установлениям закона, но сам закон не изменяется и не зависит от времени и от расположения предмета в пространстве.
Рис. 1. Из точки V на земном шаре бросают тела с различной скоростью
Физика изучает законы природы в двух различных плоскостях: макроскопической и микроскопической. Макроскопическая действительность нам прекрасно известна. Это – все, что мы видим вокруг: здания, машины, столы и так далее, а также небесные тела, звезды, галактики и тому подобное. Речь идет о достаточно больших скоплениях материи, видных невооруженным глазом. Это – то, что мы можем увидеть и ощутить. Микроскопическую же действителность невозможно увидеть и ощутить, а во многих случаях даже невозможно вообразить. Речь идет об атомах и молекулах, элементарных частицах, таких, как электроны и протоны, а также о субэлементарных структурах – кварках и струнах[6].
Исторически макроскопические системы стали объектом исследования науки с самого ее зарождения. Более трехсот лет назад Исаак Ньютон сформулировал основные законы механики и теории гравитации, во второй половине XIX века Джеймс Кларк Максвелл открыл и сформулировал теорию электромагнитного поля, а в начале XX века Альберт Эйнштейн завершил специальной и общей теорией относительности великолепное здание классической физики. Тогда же, в начале XX века, выяснилось, что область применимости классической физики ограничена макроскопическими системами, большими массами материи, а для описания микрокосма, микромира (то есть мира атомов и более мелких частиц) требуется иной подход, отличный от классической физики. Так зародилась квантовая физика, в заложение основ которой решающий вклад внес тот же Эйнштейн. Но прежде чем перейти к обсуждению квантовой физики, мы вкратце опишем характер физики классической.
Важнейшей чертой классической физики является ее детерминизм. Это означает, что законы макромира однозначно определяют все будущие изменения физической системы. Кроме того, есть возможность восстановить ее прошлое, при условии, что мы знаем все о системе на некоторый момент времени в настоящем или прошлом. Эти законы выражены в уравнениях классической физики. Различные решения этих уравнений выражают различные движения (с различными начальными условиями) различных физических (макроскопических) тел. Еще одно понятие, относящееся к детерминистскому миру, – это причинность, что означает, что одна и та же причина всегда вызывает одни и те же следствия. Законы природы связывают между собой причину и следствие. Так, например, если бросить камень, это приведет к его падению. Закон природы, связывающий бросание камня с его падением, называется законом тяготения: всякое тело, брошенное вверх, сила гравитации притягивает к земле. Следует отметить, что не раз мыслители прошлого и настоящего приписывали черты законов природы всему, что есть в мире, и утверждали, что мир детерминистичен – все установлено изначально, и что в нашем мире властвует всеобъемлющая причинность – у всего есть причина, и одна и та же причина ведет к одним и тем же следствиям. Однако не стоит забывать, что законы физики – это лишь отражение законов природы – истинных ее законов, управляющих миром; и это отражение остается верным, как правило, лишь приблизительно.
Как уже было сказано, классическая физика не отражает всей истины, она лишь близка к истине. Когда речь заходит о частицах, из которых состоят все материальные тела, эти частицы «подчиняются» квантовым законам, самой заметной чертой которых является как раз отсутствие детерминированности. Это означает, что квантовые законы не определяют однозначно, что будет происходить с квантовой системой в будущем, даже если мы обладаем исчерпывающей информацией о ее состоянии в определенный момент времени. Квантовая теория дает только шансы, вероятности того, что с квантовой системой произойдут те или иные возможные события. Например, если атом находится в возбужденном состоянии (то есть в состоянии с высокой энергией), он способен светиться, или, более точно, испустить фотон, минимальную порцию света. Квантовая теория может предсказать, что рано или поздно этот атом испустит фотон, но не способна сказать, когда это произойдет. Квантовая теория способна предоставить лишь распределение вероятностей того, что испускание фотона произойдет в тот или иной момент. Однако если речь идет об отдельном атоме, эти вероятности лишены смысла – их можно проверить экспериментально лишь на большой группе атомов. Другими словами, между причиной – атомом в возбужденном состоянии и следствием – испусканием фотона имеется связь, но слабая и неоднозначная. Фотон будет испущен, но не существует закона, который определил бы момент его появления. Получается, что предсказания квантовой теории не являются ясными и однозначными.
Теперь сосредоточимся на характере материи, любой материи, с квантовой точки зрения. Классическая физика добилась успеха в описании движения классических тел, но само существование предметов, физических тел, осталось для классической физики загадкой. Только квантовая физика дает последовательное описание материи – твердой, жидкой и газообразной, а также молекул, атомов и элементарных частиц. В наши цели не входит изложение этих теорий, однако стоит обсудить их принципиальные понятия, основные элементы, из которых состоит мир.
И здесь мы подходим к великому чуду, может быть, даже более великому, чем то, о котором мы говорили только что, – к возможности свободного выбора. Этим человек отличается от всего остального мира – от неживой природы, от растительного и от животного царств. Весь мир, кроме человека, действует на основе принуждения – все диктуют ему законы природы. Не является исключением и животный мир, где все определяется инстинктами[3]. Все в мире подчиняется этим законам, но только человек обладает подлинной свободой выбора. Инстинкты воздействуют и на человека, однако только он способен преодолеть их и принять решение действовать вопреки им. Человек может принять решение не подчиниться даже повелению Б-га. Благодаря свободе выбора человек способен создавать новые духовные вещи. Творения, созданные человечеством за время его существования, объединяются в коллективной памяти всех людей – человеческой культуре. У каждого человека есть чудесная возможность присоединиться к этому духовному миру и тем самым внести в свою личную память часть коллективной памяти человечества. В ходе повседневной жизни мы получаем эту чудесную возможность: разделить религиозные переживания других людей, воспользоваться другими языками, восхититься великими музыкальными произведениями прошлого, постичь величайшие научные открытия – словом, объединиться с духовным миром другого, даже если тот жил сотни или тысячи лет назад. Из всего живого только человек обладает этой чудесной возможностью.
Перед нами – особое явление, и только мыслительная рутина мешает нам понять это. Человек – это самое сложное и самое изощренное, что есть в мире, в материальном отношении, но чудесно в нем то, что материальное в нем объединено с духовным, с духовной реальностью, властвующей над ним и определяющей его поведение. И главное – что он обладает свободой выбора и способен преодолеть диктат законов природы и животных инстинктов.
Теперь спросим себя, как могло возникнуть творение столь сложное, столь изощренное и чудесное, относящееся и к миру духа и к миру материи? На первый взгляд такой вопрос кажется совершенно странным. Ясно, что, если есть творение, должен быть и творец. Ясно, что никакая вещь, даже самая простая, не может возникнуть «сама по себе», без того, чтобы кто-то ее сделал. Когда мы сталкиваемся с определенным текстом, в библиотеке или в ходе археологических раскопок, никому в голову не придет отрицать наличие создателя, автора этого текста, даже если речь идет о самом простом тексте. Тем более должен быть творец у столь сложного творения, как человек. Так подсказывает здравый смысл, так учит весь наш жизненный опыт. За всю историю человечества не наблюдалось ни единого случая самостоятельного, без создателя, появления хоть какого-нибудь предмета[4].
И все же существует убеждение в том, что человек возник из природы, или, более точно, что природа сама сотворила человека и что наука это доказывает. Давайте попробуем разобраться, о чем идет речь. Давным-давно на Земле вообще не было жизни, а только первичная материя. Существовала лишь неживая природа и ее законы. Она развивалась соответственно этим законам, и в ходе этого развития природа «создала» новую реальность: разнообразные живые существа. Вершиной же ее творения явился человек, который сам способен создавать разнообразные и многочисленные творения. И на первый взгляд весь этот величественный процесс поддается описанию научными средствами. Тогда никакого творца, никакого создателя не требуется – природа сама созидает все, включая человека. Этот нерелигиозный взгляд на мир базируется будто бы на достижениях науки. Подобной картины мира придерживаются многие, очень многие, как ученые, специализирующиеся в самых разных областях науки, так и простые люди, полагающиеся на мнение этих ученых. Этот подход рассматривается как замена религиозного взгляда, который будто бы устарел. Так говорят приверженцы атеизма, убежденные, что ни для чего в мире не нужно было никакого творца, как и для мира в целом. Однако на самом деле неверно, что атеистический взгляд на мир основан на науке или как-то поддерживается ею и что будто бы существуют научные доказательства самопроизвольного возникновения мира. Никаких доказательств подобного рода нет и быть не может. Мы убедимся в этом ниже, и в этом на самом деле состоит одна из целей этой книги.
Тора тоже утверждает, что вначале в мире присутствовала лишь первичная материя: «И земля была пуста и безвидна, и тьма над бездной» (Берешит 1:2), – и что человек был создан именно из этой материи – «прах из земли». Однако глубочайшее отличие рассказа Торы от секулярного подхода состоит в том, что не сама земля создала человека. Его создал Б-г: «И сделал Б-г, Г-сподь, человека, прах из земли» (Берешит 2:7). Следует подчеркнуть, что в задачи Торы не входят разъяснение и разбор того, каким образом воплощаются Б-жественные замыслы, как создавался человек – сразу или постепенно, путем эволюции. Главное в том, что не природа, не земля, а Б-г создал его. Светский подход, согласно которому материя, природа есть источник всего, включая человека и его произведения, – по сути, вид идолопоклонства, обожествление природы. Тора прямо указывает на это: «И пойдет, и станет служить чуждым богам, и поклонится им, и Солнцу или Луне, или всему Небесному воинству, которому Я не повелел (поклоняться)» (Дварим 17:3).
Перед нами два полярных взгляда на мир – один основан на Торе, на Б-жественном откровении, на здравом смысле и на совокупном опыте человечества, второй же иррационален, противоречит и логике и опыту, однако претендует на то, чтобы быть научным, то есть пытается представить науку своей опорой. Как мы уже отметили, эта претензия необоснованна, и ниже мы это докажем. Иными словами, согласно этому взгляду на мир, природа сама создает многочисленные и разнообразные творения, она создала человека, и она же – источник всего того, что творит человек. Этот взгляд очень популярен в западном мире, а советский режим даже включил его в свою официальную идеологию. Поэтому очень важно понять нищету и недостатки этой веры, современной формы идолопоклонства.
Эта глава может послужить введением к обсуждению значения и смысла секулярного взгляда на мир, или, более точно, идейной основы различных секулярных философий. Вопрос, на который мы должны будем ответить, состоит в том, существуют ли на самом деле хоть какие-то научные основания для утверждения, что природа или материя способны к самостоятельному творчеству – без внешних факторов, без Творца, – к созданию разнообразных вещей, в особенности такого сложного, изощренного и великого творения, как человек? Как мы уже говорили, ответ будет однозначным: нет никаких научных оснований утверждать, что природа сама создает различные творения, и среди них человека. Чтобы прийти к ответу, нам нужно будет изучить суть, структуру и границы научного знания. Этому посвящена следующая глава.
2. Законы природы – наука
1. Законы природы[5]
Как многочисленны деяния Твои, Б-же, все их мудро сотворил Ты, полна земля созданного Тобою!
(Теѓилим 104:24)
В предыдущей главе мы выяснили: утверждение о том, что такое сложное и изощренное творение, как человек, произошло само собой из первичной материи, не сочетается со здравым смыслом и совокупным опытом человечества. Ничто не свидетельствует в пользу того, что хоть что-то может быть создано без того, чтобы кто-либо создал это, – тем более это очевидно, если речь идет о человеке. А утверждение о том, что у человека есть Творец, соответствует и здравому смыслу, и всему нашему опыту. Противоположное утверждение – что человек зародился в природе спонтанно в процессе ее развития – не имеет никаких логических или научных оснований, однако из-за его распространенности мы ниже обсудим его широко и подробно, в главах, посвященных эволюции мира. Согласно еврейскому религиозному подходу, все, что есть в мире, и сам мир имеют источник, обладающий разумом, – Высший разум. А согласно материалистическому подходу, источник всего – материя, лишенная разума и духовности, и мы тоже – случайное порождение того же источника, материального и неразумного.
В предыдущей главе мы обсуждали тайну человека, который, согласно светскому, секулярному подходу, был создан самой природой, без всяких внешних причин. В этой главе мы будем говорить о мире, в котором еще не было человека. И согласно Торе, и согласно науке, в начальную, достаточно продолжительную эпоху существования мира в нем не было ни человека, ни животных, ни растений – только неодушевленная материя. И сейчас неодушевленные предметы составляют бóльшую часть мира, и ни о какой жизни вне земного шара нам на самом деле ничего не известно. В этой главе мы сосредоточимся на первичной материи, из которой произошло все материальное, включая человеческое тело, будем обсуждать природу и ее законы. Однако следует понять, что цели этой главы, а также других частей книги очень определенны: они должны дать материал для продолжающегося обсуждения секуляризма, к которому мы возвращаемся, подводя итоги каждого раздела.Область человеческого знания, описывающая, объясняющая и анализирующая законы природы и их следствия, – это наука, или, более точно, физика. Само слово физика впервые встречается у древнегреческого философа Аристотеля. Аристотель, живший в Древней Греции в 384–322 годах до н. э., много занимался проблемой движения. Надо сказать, что в те времена Греция считалась центром философии и математики. Без преувеличения можно утверждать, что во время зарождения современной науки, в XVI веке, уровень знаний о математике и о природе был более или менее таким же, как в Древней Греции. Так, Галилей, родившийся в 1564 году и считающийся пионером современной науки, изучал математику и естественные науки по сочинениям Евклида и Архимеда. Аристотель написал множество философских сочинений (тогда философия и наука не разделялись), которые оказали влияние на множество последующих поколений, в особенности в Средние века. Одна из его книг носила название «Физика». Так родилось слово, означающее науку о материи.
Характерной чертой современной физики и вообще современной науки является тесная связь с опытом. Научные теории отбираются и провераются по принципу соответствия экспериментальным данным, что определяет их количественный характер. Поэтому научные теории, и в особенности физика, формулируются и выражаются на языке математики. Обычные человеческие языки – иврит, английский или французский не в состоянии выразить законы природы и описать различные ее явления.
Многие математические понятия уже проникли в наш язык, даже если мы не всегда осознаем это. Существуют примитивные языки, располагающие только понятиями один, два и много. Ясно, что такие языки не способны выразить сложные взаимосвязи между определенными группами предметов. Так, на примитивном языке как будто бы возможно сформулировать сообщение о том, что овец в одном стаде больше, чем в другом, однако уже нельзя сказать, что в первом стаде тридцать четыре овцы, на три больше, чем во втором. Иными словами, математические символы вошли в язык, чтобы дать возможность описывать сложные взаимосвязи, не поддающиеся описанию другими способами. Язык, располагающий арифметикой, словами для обозначения натуральных чисел, богаче того, в котором этих символов нет.
В общем, можно сказать, что для более глубокого понимания природы требуется более богатый язык. Без сомнения, современная наука смогла достичь очень глубокого понимания материальной реальности. Физические теории описывают разные стороны реальности настолько сложным образом, что необразованные люди совершенно не могут понять этих описаний, в точности так же, как говорящие на примитивном языке не могут воспринять информацию, передаваемую на языке, который включает в себя арифметику. А современный язык, содержащий современную математику, плод многотысячелетнего ее развития, способен описать гораздо более сложную и изощренную реальность, чем обычные, бедные языки, в которых нет средств для передачи современных математических описаний.
Здесь и скрыто различие – язык, на котором мы говорим, уже давно содержит в себе и арифметику, и другие математические понятия. Мы привыкли к этому и уже не обращаем на это внимания. С другой стороны, современная математика не вошла в разговорный язык, оставшись достоянием очень узкого слоя ученых и математиков. Но это не отменяет того факта, что математика составляет часть человеческого языка вообще, даже если большинство пока что не понимает ее.
В свете вышесказанного можно понять, почему так трудно объяснить строение природы и ее развитие. Самое близкое к истине описание, которое предоставляет современная физика, можно выразить лишь на математическом языке, которым физика пользуется. И все же возможно выделить несколько характерных свойств природы и ее законов. Для того чтобы сформулировать законы природы, физика использует определенные математические символы, которые, как правило, невозможно перевести на обычный язык. Однако у науки есть одно важное свойство: непременно должна быть связь между этими символами и результатами эксперимента. Как уже говорилось, наука характеризуется тем, что ее теоретические выводы всегда можно проверить экспериментально. Например, наука может предсказать, что в будущем в такой-то день состоится солнечное затмение. Ясно, что это предсказание можно будет проверить только тогда, когда наступит указанная дата.
Физика описывает законы природы через математические уравнения. Эти уравнения раскрывают характер законов природы: они относятся ко всем физическим телам, действуют везде в мире, и именно они определяют, как мир будет изменяться во времени. Физические тела и системы изменяются с течением времени согласно установлениям закона, но сам закон не изменяется и не зависит от времени и от расположения предмета в пространстве.
Начальные условия
Вот еще один важный аспект физического закона. У математического уравнения, выражающего этот закон, есть несколько, в сущности, бесконечно много решений. Как это понять? Уравнение, выражающее закон природы, не определяет исключительно, только лишь оно движение физических тел, движение материи. Обратимся к рис. 1, приведенному в одной из книг Исаака Ньютона. Из точки V запускаются различные физические тела в одном и том же направлении с различными начальными скоростями. После того как тело брошено, оно подвергается воздействию гравитационного поля Земли. Первое тело, брошенное с относительно небольшой скоростью, падает в точке D, наиболее близкой к точке запуска. Второе тело, которое двигалось с большей скоростью, падает в точке Е. Тело, брошенное с еще большей начальной скоростью, долетает до точки F, расположенной дальше всех.
Интересно, что возможна и настолько большая скорость, при которой тело вообще не упадет на Землю, а станет ее искусственным спутником. С математической точки зрения все эти траектории представляют собой решения математического уравнения, выражающего собой определенный закон природы. Эти траектории определяются не только самим законом природы (математическим уравнением), но и начальными условиями – скоростью и местом запуска. Определенный закон природы, таким образом, охватывает бесконечное количество возможных движений при различных начальных условиях. Законы природы не определяют начальных условий, это может быть сделано только в ходе эксперимента.Таким образом, бесконечное множество возможных движений – с начальными условиями, характеризующими каждое из них, – определяет один и тот же закон природы и одни и те же выражающие его математические уравнения. Можно сказать, что закон природы – это реальность, не изменяющаяся при переходе от одной траектории к другой, от одних начальных условий к другим. Закон природы есть нечто постоянное – но существует много, бесконечно много возможных траекторий, «подчиняющихся» этому закону. Однако важно понять, что закон природы сохраняется и внутри одной определенной траектории, в каждой траектории. Что я имею в виду? Траектория физического тела представляет собой изменение этого тела во времени – в каждый момент времени оно находится в другом месте и движется с иной скоростью. Состояние тела зависит от времени, но закон природы неизменен – он постоянен и не зависит от времени. Подытоживая, можно сказать, что закон природы постоянен в двух «направлениях»: (1) он постоянен в смысле неизменности при переходе от одной траектории к другой; (2) он остается постоянным в процессе изменения физической системы во времени. Система с течением времени изменяется, но закон природы остается неизменным. Можно сформулировать это и так: все физические тела в мире (физические системы) подчиняются одному и тому же закону природы (или одним и тем же законам природы), и этот закон природы не изменяется, а остается неизменным по ходу изменения самой системы.
Физика изучает законы природы в двух различных плоскостях: макроскопической и микроскопической. Макроскопическая действительность нам прекрасно известна. Это – все, что мы видим вокруг: здания, машины, столы и так далее, а также небесные тела, звезды, галактики и тому подобное. Речь идет о достаточно больших скоплениях материи, видных невооруженным глазом. Это – то, что мы можем увидеть и ощутить. Микроскопическую же действителность невозможно увидеть и ощутить, а во многих случаях даже невозможно вообразить. Речь идет об атомах и молекулах, элементарных частицах, таких, как электроны и протоны, а также о субэлементарных структурах – кварках и струнах[6].
Исторически макроскопические системы стали объектом исследования науки с самого ее зарождения. Более трехсот лет назад Исаак Ньютон сформулировал основные законы механики и теории гравитации, во второй половине XIX века Джеймс Кларк Максвелл открыл и сформулировал теорию электромагнитного поля, а в начале XX века Альберт Эйнштейн завершил специальной и общей теорией относительности великолепное здание классической физики. Тогда же, в начале XX века, выяснилось, что область применимости классической физики ограничена макроскопическими системами, большими массами материи, а для описания микрокосма, микромира (то есть мира атомов и более мелких частиц) требуется иной подход, отличный от классической физики. Так зародилась квантовая физика, в заложение основ которой решающий вклад внес тот же Эйнштейн. Но прежде чем перейти к обсуждению квантовой физики, мы вкратце опишем характер физики классической.
Важнейшей чертой классической физики является ее детерминизм. Это означает, что законы макромира однозначно определяют все будущие изменения физической системы. Кроме того, есть возможность восстановить ее прошлое, при условии, что мы знаем все о системе на некоторый момент времени в настоящем или прошлом. Эти законы выражены в уравнениях классической физики. Различные решения этих уравнений выражают различные движения (с различными начальными условиями) различных физических (макроскопических) тел. Еще одно понятие, относящееся к детерминистскому миру, – это причинность, что означает, что одна и та же причина всегда вызывает одни и те же следствия. Законы природы связывают между собой причину и следствие. Так, например, если бросить камень, это приведет к его падению. Закон природы, связывающий бросание камня с его падением, называется законом тяготения: всякое тело, брошенное вверх, сила гравитации притягивает к земле. Следует отметить, что не раз мыслители прошлого и настоящего приписывали черты законов природы всему, что есть в мире, и утверждали, что мир детерминистичен – все установлено изначально, и что в нашем мире властвует всеобъемлющая причинность – у всего есть причина, и одна и та же причина ведет к одним и тем же следствиям. Однако не стоит забывать, что законы физики – это лишь отражение законов природы – истинных ее законов, управляющих миром; и это отражение остается верным, как правило, лишь приблизительно.
Как уже было сказано, классическая физика не отражает всей истины, она лишь близка к истине. Когда речь заходит о частицах, из которых состоят все материальные тела, эти частицы «подчиняются» квантовым законам, самой заметной чертой которых является как раз отсутствие детерминированности. Это означает, что квантовые законы не определяют однозначно, что будет происходить с квантовой системой в будущем, даже если мы обладаем исчерпывающей информацией о ее состоянии в определенный момент времени. Квантовая теория дает только шансы, вероятности того, что с квантовой системой произойдут те или иные возможные события. Например, если атом находится в возбужденном состоянии (то есть в состоянии с высокой энергией), он способен светиться, или, более точно, испустить фотон, минимальную порцию света. Квантовая теория может предсказать, что рано или поздно этот атом испустит фотон, но не способна сказать, когда это произойдет. Квантовая теория способна предоставить лишь распределение вероятностей того, что испускание фотона произойдет в тот или иной момент. Однако если речь идет об отдельном атоме, эти вероятности лишены смысла – их можно проверить экспериментально лишь на большой группе атомов. Другими словами, между причиной – атомом в возбужденном состоянии и следствием – испусканием фотона имеется связь, но слабая и неоднозначная. Фотон будет испущен, но не существует закона, который определил бы момент его появления. Получается, что предсказания квантовой теории не являются ясными и однозначными.
Теперь сосредоточимся на характере материи, любой материи, с квантовой точки зрения. Классическая физика добилась успеха в описании движения классических тел, но само существование предметов, физических тел, осталось для классической физики загадкой. Только квантовая физика дает последовательное описание материи – твердой, жидкой и газообразной, а также молекул, атомов и элементарных частиц. В наши цели не входит изложение этих теорий, однако стоит обсудить их принципиальные понятия, основные элементы, из которых состоит мир.