Основы естествознания

Так, однако, происходит лишь до поры. В наблюдаемых явлениях или теоретических построениях  возникают аномалии, их число растет, их отклонения от предсказаний "нормальной" теории увеличиваются по мере роста точности наблюдений или появления новых экспериментальных данных. Парадигма терпит крах, наступает кризис. На ее развалинах появляются новые гипотезы, наука вступает в аномальную фазу. Одна из гипотез доказывает свою жизнеспособность, успешно объясняя не только старые данные, но и новые, и становится началом новой парадигмы. Старая парадигма отбрасывается. Произошла научная революция. Старая игра продолжается по новым правилам. Теория парадигм свергает науку с пьедестала, на который она иногда бывает возведена. 

        Эпистемологический анархизм 

Это может показаться разочарованием, однако, как обычно, все зависит от точки зрения. Можно  утверждать, и это делает Пол Фейерабенд, что поскольку безраздельное господство парадигмы обедняет науку, а главное - подавляет личность, универсализм должен быть вообще отброшен. Во главу угла следует поставить теорию как таковую. Никакую теорию нельзя опровергнуть с помощью фактов, утверждает он. Всегда возможны ошибки, неточности, для корректировки теории возможно введение дополнительных гипотез, наконец, можно просто отмахнуться от новых фактов, игнорировать их. Теорию можно опровергнуть только с помощью новой теории. Поэтому теории следует множить. И если Кун говорит о сопоставлении с фактами общепринятой парадигмы, то Фейерабенд сопоставляет с фактами альтернативные и изначально равноправные теории. Главенства не признается ни за какой из них, в научном познании (эпистемологии, как называют его философы) царит анархизм. 

Может показаться, и так считают позитивисты, что  теория теорией, а результат эксперимента не зависит ни от чего. Однако Фейерабенд подчеркивает, что не существует абсолютного  языка наблюдений, автономного по отношению к различным теориям, он определяется соглашением, подразумеваемым той или иной теорией. Например, бытовую эмпирическую ситуацию - удержание на весу чемодана - Аристотель опишет как "я преодолеваю стремление чемодана к своему месту", Ньютон как "я преодолеваю силу гравитационного взаимодействия Земля-чемодан", а Эйнштейн как "я преодолеваю искривление пространства-времени". И измеряя, они измерят разное, явление же останется тем же. Таким образом, у сменяющих друг друга теорий нет общего эмпирического языка, и терминология эксперимента привязана к теории, а не к самому опыту. Тогда является ли наука, и в том числе "нормальная" наука, рациональной деятельностью? Нет, она просто миф, и ее развитие представляет собой создание все новых альтернатив, причем следует сопоставлять не теорию с экспериментом, а теорию с теорией. Ясного критерия демаркации не выдвигается, за исключением требования логической непротиворечивости. И только. Подтверждающие факты не обязательны. Само понятие истины упраздняется, и отражение истины целью науки не является. В рассмотрение включен субъект научной деятельности - ученый, научная школа, сообщество. Таким образом, в рамках эпистемологического анархизма личность человека обретает ценность и в ранее "запретных для ее влияния" естественных науках. Наука ничем не отличается от других сфер человеческой деятельности. 

Подведем итоги. Ученые от Галилея до Эйнштейна полагали, что высшая цель науки - поиск истинного  устройства мира. Сторонники логического  позитивизма отказались признать за внешним миром какую-либо непосредственно не воспринимаемую сущность и сосредоточились на вполне конкретных его проявлениях (и их приложениях), используя подходящую теорию в качестве удобного инструмента для краткой записи результатов. Истина потеряла в возвышенности, а подтвердить ее можно было подходящим наблюдением. Сторонники фальсификационизма хоть и водворили истину на принадлежавшее ей место во внешнем мире, но отказались и "смотреть в ее сторону", увлекшись истреблением ее фальшивых образов. Сама же она оказалась им не нужной, поскольку была признана недостижимой. А у сторонников парадигм теория стала не описанием реальности, а средством решения головоломок. О какой же истине может идти речь, если правила решения то и дело меняются? Анархисты же (эпистемологические) вообще объявили истину вредной, так как она порабощает человека. Все эти подходы полезно иметь в виду при рассмотрении той или иной концепции современного естествознания в последующих главах. 

С позиций критерия демаркации можно сказать, что, предлагая  новую теорию, следует 

* позаботиться  о том, чтобы она была подтверждена  экспериментами (логический позитивизм); 

* рассмотреть  с ее помощью такой предполагаеый  эксперимент, отрицательный результат  которого мог бы опровергнуть  эту теорию (фальсификационизм); 

* быть готовым  к тому, что научное сообщество  не встретит вас цветами (теория  парадигм); 

* тем не менее,  не бояться выступить со своей  идеей (эпистемологический анархизм).

Глава 2  

                     Вселенная, звезды, планеты 

Космические масштабы; методы исследования; распределение вещества во Вселенной; звезды и их эволюция; аномальное развитие звезд; космологическая проблема; Солнечная система; планеты Солнечной системы. 
 
 

"...И только  две вещи удивляют меня: звездное  небо над моей головой и  моральный закон во мне." 

И.Кант 

"...Ведь если  звезды зажигают -

Значит - это  кому-нибудь нужно?" 

В.Маяковский 
 
 

Рассмотрение  современных естественнонаучных концепций  мы начнем с мегамира - той части  окружающего мира, которую можно  обнаружить, посмотрев ночью на небо. Что за светящиеся точки видны там на черном фоне (и почему, кстати, фон черный, а не голубой, как днем?)? Светящиеся точки на черном фоне - так называемые звезды - вот, собственно, все, что мы можем воспринять с помощью органов чувств. Где-то они распределены гуще, где-то реже. Большинство из них образуют устойчивые конфигурации - созвездия - час за часом двигающиеся по небу, некоторые - планеты - медленно, месяц за месяцем перемещаются относительно других. Можно ограничиться констатацией этого факта, можно путем продолжительных наблюдений попытаться найти закономерности видимых перемещений. Пожалуй, это все. Если не задавать вопросов, что это за объекты и почему они двигаются так, а не иначе. 

Первые попытки  объяснения ориентировались на волю сверхъестественных существ - богов, управляющих движением небесных тел. Впоследствии сопоставление геометрических и временных координат небесных тел с судьбами людей привело к возникновению астрологии. Ни то, ни другое не является предметом естественнонаучного познания, в первом случае по определению, во втором - поскольку не отвечает на вопросы, выделенные курсивом. К концу ХХ века сложились концепции, на основе которых мы не только сумели задать множество новых более конкретных вопросов и ответить на них, но и связать свои представления о мире небесных тел с природой явлений, наблюдаемых в лабораториях. 

Наше уникальное дневное светило - Солнце - стало  одной из звезд небосклона, его  тепло и свет оказались той  же природы, что и едва заметный свет звезд, а их источник - ядерные реакции - воспроизведен в земных условиях. Планеты, проявляя в своем движении законы механики, стали двигаться по орбитам вокруг центрального тела - Солнца - в соответствии с законом всемирного тяготения. 

Одной из проблем, в связи с которыми все это долгое время не было понято, явились космические масштабы. Если представить себе Солнце в виде шара диаметром 7 см, то ближайшая к нему планета (Меркурий) будет находиться на расстоянии 2,8 м, наша Земля - в виде шарика диаметром 0,5 мм будет на расстоянии 7,6 м, а самая дальняя планета Плутон - в 300 м от Солнца. Самая же близкая из других звезд - Проксима Центавра - расположится в 2000 км, что соответствует расстоянию от С-Петербурга до Сухуми. Неудивительно, что одинаковая природа Солнца и других звезд долгое время не была осознана. Временные масштабы, характерные для Вселенной, тоже не отстали. Если начать отсчет времени с так называемого Большого Взрыва - гипотетической ситуации, когда все вещество Вселенной находилось в одной единственной бесконечно малой точке, а потом начало разлетаться - и сопоставить ему 0 ч. 0 мин. первого января, а всю последующую историю развития Вселенной до настоящего времени уложить в один год, то Солнце образовалось только 9 сентября, Земля 14 сентября, бактерии появились 9 октября, первые клетки с ядром 15 ноября, динозавры 24 декабря, а первые люди только в 22 ч. 30 мин. 31 декабря. А ведь человек существует уже несколько миллионов лет. 

Как же можно  было сделать подобные оценки? Астрономические  наблюдения ведутся в трех диапазонах электромагнитных волн: радио, оптическом и рентгеновском с разных точек земной орбиты. Зная ее диаметр и измеряя углы, под которыми видны те или иные светила, можно найти расстояния до них. Анализируя спектры излучения звезд, можно установить их химический состав, а кроме того, обнаружить так называемое красное (т.е. в сторону более длинных волн) смещение этих спектров на шкале частот относительно их обычного расположения. Э.Хаббл предположил, что красное смещение связано с тем, что звезды удаляются от нас (эффект Допплера), при этом оказалось, что чем дальше расположено от нас то или иное скопление звезд (галактика), тем больше сдвиг, тем быстрее все они двигаются от нас. Такое разбегание галактик говорит о том, что раньше все они были рядом. Измерение скорости позволяет найти время, когда именно они были рядом, и, таким образом, сделать приведенные оценки. 

Из чего же состоит  Вселенная? Хорошо видимая на ночном небе полоса, густо усеянная звездами, - Млечный путь - представляет собой "вид в профиль" нашей галактики, той к которой принадлежит Солнце. Кроме Солнца, в нее входит еще порядка 150 миллиардов звезд. Галактика огромна, и, как видно из приведенного примера с Проксимой Центавра, межзвездные расстояния намного превосходят размеры самих звезд. Можно сказать, что звезды в галактике представляют собой чрезвычайно разреженный газ частиц. Но наша галактика не единственна. Существует множество других, столь же гигантских, образующих Метагалактику - всю наблюдаемую Вселенную. В свою очередь межгалактические расстояния сравнимы с размерами самих галактик, поэтому можно сказать, что, рассматривая галактики как частицы, мы имеем весьма вязкую среду. 

Э.Хаббл предложил  следующую классификацию галактик: 

* эллиптические,  сфероиды различной сплюснутости, состоящие в основном из старых звезд (как, кстати, определить их возраст?); 

* спиральные, в  "рукавах" которых находятся  молодые звезды; 

* неправильной  формы. 

Все они образовались из протооблаков межзвездного вещества, обладающих различными массами и различными моментами количества движения - характеристикой, показывающей, как двигались различные части облаков относительно друг друга. В центрах галактик находятся ядра - компактные скопления огромного количества звезд, выделяющих гигантские энергии во всех диапазонах длин волн. 

Пространство  между галактиками и между  звездами внутри галактик не пусто. В  каждом кубическом сантиметре межзвездного пространства в среднем находится  один атом вещества. Если атомов в каждом кубическом сантиметре наберется с десяток, то о такой области пространства говорят как об облаке. Оно может быть обнаружено с помощью радиотелескопов и хорошо заметно на окружающем фоне. Для сравнения напомним, что в воздухе, которым мы дышим, содержится порядка 1019 атомов в каждом кубическом сантиметре, а в самом лучшем вакууме, который может быть получен в земных лабораториях, в каждом кубическом сантиметре содержится 105 атомов. 

В 1963 году были обнаружены загадочные квазизвездные объекты (квазары), представляющие собой чрезвычайно компактные образования, размером со звезду, но излучающие, как целая галактика. В их спектре на сплошном фоне излучения видны яркие линии, сильно смещенные в красную сторону, что говорит о том, что квазары удаляются от нас с огромной скоростью (и расположены очень далеко от нашей галактики). 

Однако, самым  распространенным объектом во Вселенной  являются звезды. Как ни странно, мы знаем о звездах больше, чем  о Солнечной системе. Но она ведь у нас под рукой одна, а звезд - очень много. Сопоставляя данные для различных звезд, можно получить общие закономерности и проверить их выполнение на примерах других звезд. Обсудим подробнее, что представляют собой звезды - эти светящиеся точки на небосклоне - в свете современной концепции.

Сначала формируется  протозвезда. Частицы гигантского движущегося газопылевого облака в некоторой области пространства притягиваются между собой за счет гравитационных сил. Происходит это очень медленно, ведь силы, пропорциональные массам входящих в облако атомов (в основном атомов водорода) и пылинок, чрезвычайно малы. Однако постепенно частицы сближаются, плотность облака нарастает, оно становится непрозрачным, образующийся сферический "ком" начинает понемногу вращаться, растет и сила притяжения, ведь теперь масса "кома" велика. Все больше и больше частиц захватывается, все больше плотность вещества. Внешние слои давят на внутренние, давление в глубине растет, а, значит, растет и температура. (Именно так обстоит дело с газами, которые были подробно изучены на Земле). Наконец, температура становится такой большой - несколько миллионов градусов, - что в ядре этого образующегося тела создаются условия для протекания ядерной реакции синтеза: водород начинает превращаеться в гелий. Об этом можно узнать, регистрируя потоки нейтрино - элементарных частиц, выделяющихся при такой реакции. Реакция сопровождается мощным потоком электромагнитного излучения, которое давит (силой светового давления, впервые измеренной в Земной лаборатории П.Лебедевым) на внешние слои вещества, противодействуя гравитационному сжатию. Наконец, сжатие прекращается, поскольку давления уравновешиваются, и протозвезда становится звездой. Чтобы пройти эту стадию своей эволюции протозвезде нужно несколько миллионов лет, если ее масса больше солнечной, и несколько сот миллионов лет, если ее масса меньше солнечной. Звезд, массы которых меньше солнечной в 10 раз, очень мало.