Книга: Разум побеждает: Рассказывают ученые

I. В глубины вещества

«Странный» мир

В этой главе мы познакомимся с некоторыми достижениями одной из наиболее фундаментальных областей современного естествознания — физики микромира, занимающейся изучением строения материи на уровне микропроцессов — атомов, атомных ядер и элементарных частиц.

Пожалуй, нет другой области науки, где бы с такой отчетливостью и убедительностью происходила периодическая смена представлений, где бы «привычное» постоянно уступало место «непривычному», иногда весьма странному, где бы углубление знаний неуклонно вело ко все большему отходу от «наглядного», к отрыву от непосредственно окружающей нас реальности и где бы, несмотря на все это, неизменно умножалось число все более кардинальных практических приложений. По существу, вся короткая история атомной физики и физики элементарных частиц — сплошная цепь удивительных открытий.

По мере все более глубокого проникновения в тайны строения материи физика неоднократно сталкивалась с явлениями, которые вначале казались исключительными, парадоксальными. Например, теория относительности А. Эйнштейна показала, что с увеличением скорости масса тел не остается неизменной, а растет, что не существует единого времени — его течение происходит по-разному в различных материальных системах, движущихся относительно друг друга.

С не менее удивительными фактами столкнулась и атомная физика. В частности, выяснилось, что в области так называемых молекулярно-атомных процессов, характеризующейся пространственно-временными интервалами 10^–6–10^–11 см и 10^–17–10^–22 секунды, невозможно одновременно точно определить скорость движения микрочастицы и ее положение в пространстве (так называемый принцип неопределенности). Таким образом, оказалось, что движение микрочастиц (например, электронов в атомах) существенным образом отличается от движения обычных макроскопических тел, которые всегда в тот или иной определенный момент занимают вполне определенное положение в пространстве и обладают вполне определенной скоростью.

Тем самым уже на одном из начальных этапов проникновения в микромир обнаружилось, что привычные понятия классической механики не только не могут быть автоматически перенесены на микроявления, но и совершенно недостаточны для их описания.

Проникновение в тайны строения атомов потребовало экспериментов с энергиями от нескольких электрон-вольт до сотен тысяч электрон-вольт. Когда же были достигнуты еще более высокие энергии — до сотен миллионов и, наконец, миллиардов электрон-вольт, — то оказалось, что при таких энергиях поведение микрочастиц отличается уже не только от поведения макроскопических тел, но и от поведения элементарных частиц в обычных условиях, например электронов в атомах.

Было обнаружено, что при достижении определенного, достаточно высокого уровня энергии начинаются сложные взаимопревращения частиц. Частицы одних типов превращаются в частицы других типов.

В течение последних десятилетий эта область науки бурно прогрессировала. Еще какие-нибудь 20 лет назад физикам было известно всего около десятка элементарных частиц и казалось, что именно из этих частиц и состоят все объекты окружающего нас мира. Но затем благодаря введению в строй гигантских ускорителей и применению электронно-вычислительной техники было открыто множество новых частиц, и сейчас их число измеряется сотнями.

На первых порах мир элементарных частиц казался разрозненным — в нем трудно было усмотреть общие закономерности, связывающие различные частицы между собой. Однако в результате усилий сначала экспериментаторов, а затем и теоретиков удалось обнаружить некоторые закономерности, позволяющие систематизировать элементарные частицы и построить их классификацию, подобную периодической системе Менделеева. И подобно тому как система Менделеева позволила предсказать существование неизвестных химических элементов, система элементарных частиц, построенная физиками, дала возможность предсказывать новые неизвестные явления, открывать новые частицы с весьма необычными свойствами.

Теория элементарных частиц наряду с астрофизикой всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира. В частности, современная теория элементарных частиц не только знакомит нас со все новыми и новыми объектами, но и подводит к новым представлениям о том, что такое элементарность. Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем — от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим повседневным здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше и сложнее любой из составляющих его частей.

Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Так, протон на очень короткое время распадается на протон и пи-мезон, а каждый пи-мезон — на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас представление об элементарности.

Эти новые представления, разумеется, весьма необычны. Но в том, что по мере проникновения в тайны микроявлений подобные необычные представления возникают, нет ничего неожиданного. Теория элементарных частиц по мере своего развития ведет нас в глубины «все более странного мира», к открытию все более необычных, диковинных явлений. Но еще В. И. Ленин подчеркивал, что открытие диковинных явлений — «это только лишнее подтверждение диалектического материализма»[20].

Казалось бы, развитие физики, и в первую очередь тех ее разделов, которые изучают строение материи, должно «автоматически» служить укреплению атеизма, подрывать позиции религии.

Однако в действительности все обстоит значительно сложнее. Когда воздвигнутая классической физикой стройная картина, в которой все было строго определено и не оставалось места для каких-либо сверхъестественных сил, уступила место более глубокой, но зато и более сложной картине, «нарисованной» физикой XX столетия, теоретики богословия заметно оживились. Из революции, совершившейся в физике, они постарались сделать нужные им выводы: если классическая физика, отрицавшая идею бога, оказалась несостоятельной, значит, несостоятельны вообще любые попытки отрицать существование бога с точки зрения науки.

Как известно, в процессе становления новой физики выяснилось, что применение физических понятий за границами их применяемости неизбежно ведет к неполному и даже неверному описанию реальной действительности. Следовательно, в природе всегда существует некоторый круг явлений, описание которых остается за пределами возможностей современной науки. По-своему толкуя это бесспорное обстоятельство, теологи сделали вывод о том, что существует и такая область, в которую науке не удастся проникнуть никогда, — область сверхъестественного.

«У науки есть свои пределы… — утверждал известный теоретик православия митрополит Николай. — Но есть другая область, область другого, особого знания — это область веры»[21].«…Откровение вступает в действие там, где наука теряет возможность что-либо объяснить», — провозглашает, например, один из видных теоретиков современной католической церкви, епископ О. Шпюльбек.

Однако все разговоры о пределах, о том, что за этими пределами будто бы исчезает материя, что существуют нематериальные, сверхъестественные силы, лишены какого бы то ни было основания. Конечно, возможность ссылаться на «нечто», что недоступно пока научному объяснению, у богословов сохранится всегда. Но может ли факт существования явлений, еще не познанных, служить сколько-нибудь серьезным аргументом в пользу религии?

Разумеется, нет. Тем более что весь опыт развития естествознания вообще и физики в частности убеждает в том, что не познанное сегодня затем неизменно получает естественное объяснение и экспериментальное подтверждение, сводится к естественным объективным закономерностям окружающего мира. Это правило не знает исключений.

Не оставляют богословы попыток толковать в пользу религии и некоторые выводы современной физики.

Как известно, главными основами науки являются законы сохранения: закон сохранения энергии, сохранения заряда, сохранения импульса, сохранения барионного числа и т. д.

Они лежат и в фундаменте теории элементарных частиц. В частности, исходя из того, что не может нарушаться закон сохранения энергии, физики предсказали существование такой частицы, как нейтрино.

«Однако закон сохранения энергии, — заявляет все тот же епископ Шпюльбек, — не имеет больше… всеобщей силы. С тех пор как стало известно, что энергия может излучаться из массы и, наоборот, энергия протонов может превращаться в массу, закон сохранения получил тяжелый удар. Массу необходимо рассматривать как форму энергии…» И это написано в 1957 г., то есть тогда, когда физики на страницах множества книг и брошюр популярно разъясняли, что ни о каком переходе массы в энергию нет и не может быть речи, что в действительности совершается переход вещества в излучение (поле), то есть переход одной формы материи в другую, при которой выделяется некоторое количество энергии.

Другие богословы используют более отвлеченные рассуждения для нападок на принцип сохранения. Никто не может доказать, утверждают они, что со временем не будут открыты такие факты, которые окажутся несовместимыми с принципом сохранения…

Может ли на самом деле произойти что-либо подобное? В принципе это возможно, то есть может быть, что сохранение как свойство материи также имеет свои определенные границы и в природе существуют условия, при которых это свойство не проявляется. Однако последовательный материалист и диалектик не увидит в этом факте ничего угрожающего его взгляду на мир. В конце концов важно не то, подчиняется или не подчиняется то или иное явление законам сохранения, а то, что любое явление всегда и во всех случаях подчиняется тем или иным объективным принципиально познаваемым законам.

Это положение, непосредственно вытекающее из принципа единства мира, носит фунда

ментальный характер. Оно имеет первостепенное, можно сказать, решающее значение для естествознания, для всего процесса познания человеком мира. Важно подчеркнуть и обратное. Тот факт, что в действительности реальный мир, даже такие его сокровенные глубины, как элементарные частицы и атомные ядра, на практике поддается научному исследованию, — наиболее убедительное свидетельство в пользу его материального единства, отсутствия области действия сверхъестественных сил.

Развитие физики микромира, несомненно, еще поставит перед наукой немало сложных философских и методологических проблем. Но, опираясь на основополагающие работы В. И. Ленина в области философии естествознания, ученые-материалисты, безусловно, смогут правильно осмыслить любые новые явления природы.

Явлениям микромира в нашей естественнонаучной атеистической пропаганде, к сожалению, уделяется значительно меньше места, чем астрономии или физике вообще. Причина ясна. Как известно, религия, уделяя весьма значительное внимание вопросам мироздания, положения Земли и человека во Вселенной, строения Солнечной системы и движения небесных тел, почти совершенно не касалась вопросов строения материи, особенно глубинного. Это объясняется тем, что космос привлекал пристальное внимание людей еще много веков тому назад. Атомная же физика и физика элементарных частиц, реально показавшие всю неисчерпаемость, противоречивость и многообразие микромира, появились, по сути, лишь в начале XX в. Популяризация диалектико-ма-териалистического осмысления достижений науки в сфере микромира — насущная задача атеистической пропаганды, тем более, что теологи и идеалисты всех мастей при каждом удобном случае стараются обратить в свою пользу открытия в этой области знания.