Куда течет река времени
Шрифт:
Мы увидим в дальнейшем, что попытки рассеять это облачко «некрасивости» привели в конце концов столетия спустя к фундаментальным открытиям в физике.
Надо подчеркнуть, что во времена И. Ньютона были и другие точки зрения на пространство и время. Особенно интересны воззрения современника И. Ньютона, знаменитого немецкого философа Г. Лейбница. Он занимался не только философией, но и физикой, математикой, историей, юриспруденцией, богословием, дипломатией. Необычайная широта интересов явилась в то же время причиной известной отрывочности его научных результатов. Он открывал новые пути, высказывал пионерские идеи, но не всегда проходил этими новыми путями до конца, не доводил свои исследования до логического завершения во всех подробностях. Он старался примирить самые разные воззрения своего времени, разрешить все споры и разногласия. Г. Лейбниц мечтал примирить науку и религию, католичество
Этот великий ученый не признавал существования абсолютного пространства. Он говорил, что пространство — это только проявление порядка сосуществования предметов и явлений, что в природе никакой абсолютной пустоты без тел нет. Поэтому, считал Г. Лейбниц, пространство относительно. Точно так же он полагал, что нет абсолютного времени, текущего независимо от процессов, а в мире есть только порядок следования явлений — это и есть время.
Как-то во время совместной работы с немецкими коллегами в Центральном институте астрофизики в Потсдаме мы разговорились с профессором Д. Либшером, заместителем директора этого института, об общих свойствах времени в свете открытий черных дыр и их удивительных свойств. Д. Либшер тогда обратил мое внимание на то, насколько близки были некоторые высказывания Г. Лейбница о времени, сделанные три века назад, нашему сегодняшнему пониманию. Особенно примечательно, что он настаивал на том, что никакого абсолютного неизменного времени, введенного в науку И. Ньютоном, нет. Он развил учение об относительности времени, пространства и движения. Мы написали тогда с Д. Либшером статью о времени в черных дырах в журнал «Природа» (1985, № 4) и отсылаем к этой статье тех читателей, кто интересуется более систематическим изложением.
Однако, высказав эти интересные соображения, Г. Лейбниц не пошел дальше, он не мог тогда построить конкретной физической теории, отражающей его философский тезис. Воззрения же И. Ньютона опирались на созданную им строгую физическую теорию. Эта теория явилась основой механики, а механика была научной основой грядущей промышленной революции. Точка зрения И. Ньютона победила.
Профессор Дж. Райс, подытоживая успех ньютоновского учения, писал: «Так ясны, сжаты и значительны были словесные формулировки его законов, так легко переводились они на математический язык, так близки были выводы к фактам, что нет ничего удивительного в том, что весь цивилизованный мир видел в его сочинении высшее достижение человеческого ума в данной области».
Физика И. Ньютона выдержала проверку временем. Сегодняшняя физика раздвинула рамки исследования Вселенной гораздо шире, чем это было возможно в его времена. Намного глубже и многообразнее стали наши представления о пространстве и времени. Но, как уже говорилось, сегодняшняя наука ни в коем случае не отметает того, что было сделано И. Ньютоном. Для того круга явлений, который был ему доступен, установленные им свойства пространства и времени, законы физических движений остаются справедливыми и сегодня.
Но сегодня нам доступны явления, исследовать которые И. Ньютон не мог, и в этих явлениях проявляются новые, неизвестные тогда законы природы, новые свойства пространства и времени.
В заключение этого раздела приведем «классическое» описание абсолютного ньютоновского времени, данное философом Дж. Локком, с которым И. Ньютон был знаком и на которого его физика оказала огромное влияние. Приводимое ниже описание дано в знаменитом трактате философа «Опыт о человеческом разуме». В этом описании, помимо уже отмеченных выше свойств времени, подчеркивается еще одно — очень важное: математическим образом времени является прямая линия. В отличие от пространства, которое имеет три измерения — длину, ширину и высоту, — время одномерно, это ряд следующих друг за другом событий: «Продолжительность же подобна длине прямой линии, простертой в бесконечность, и не способна создать множественность, разнообразие или форму, но есть общая мера всего сущего, которой одинаково причастны все вещи, пока существуют».
Этот образ времени, как математическая прямая линия, оказался очень важным в дальнейшем развитии наших представлений о мире.
СВЕТ
Когда
Еще в Древней Греции высказывались мысли о том, что свет состоит из частичек, испускаемых светящимся телом. Так считал Аристотель. Такой же точки зрения придерживался и сам И. Ньютон. Аристотель полагал скорость распространения света бесконечно большой. Так было принято считать вплоть до середины XVII века. Это мнение разделяли великие ученые И. Кеплер, Р. Декарт и другие. Г. Галилей впервые в 1638 году попытался экспериментально определить скорость света. Для этого он поместил фонари на вершинах двух холмов на расстоянии менее одной мили друг от друга. Сначала открывался затвор одного фонаря, и, когда луч света достигал наблюдателя на другом холме, тот открывал затвор своего фонаря. Наблюдатель у первого фонаря должен был измерять время между открытием затвора первого фонаря и увиденной им вспышкой света от второго фонаря. Тем самым измерялось время путешествия света туда и обратно.
Однако никакого запаздывания в приходе света обнаружено не было, и Г. Галилей заключил, что если свет «распространяется и не мгновенно, то необыкновенно быстро». Конечно, тех приспособлений, которые использовал исследователь, было явно недостаточно для измерения столь быстрого движения.
Датский астроном О. Ремер (1644–1710) оказался первым, кто действительно измерил скорость света. Дело обстояло следующим образом. В середине XVII века итальянский астроном Дж. Кассини, прославившийся точными наблюдениями планет с помощью больших телескопов, составил таблицы движения спутников Юпитера, открытых Г. Галилеем. Дальнейшие исследования показали, что предвычисленные моменты попадания ближайшего к Юпитеру спутника Ио в тень, отбрасываемую планетой, не всегда совпадают с данными наблюдений. В те периоды, когда Земля, двигаясь вокруг Солнца, находится дальше всего от Юпитера, моменты затмений запаздывают по сравнению с вычисленными почти на 22 минуты. Когда же наблюдения проводятся при минимальном удалении Земли от Юпитера, запаздывания нет.
Узнав об этом, О. Ремер в 1676 году объяснил задержку тем, что свету надо 22 минуты, чтобы пересечь орбиту Земли. Размер орбиты Земли к тому времени был определен достаточно точно. Поделив поперечник земной орбиты на 22 минуты, О. Ремер получил первую численную оценку скорости света — около 214 000 км/с. Как выяснилось позже, значение скорости, полученное астрономом, примерно на треть меньше истинного ответа.
Так впервые было показано, что свет распространяется в пространстве отнюдь не мгновенно, а с конечной, хотя и очень большой, скоростью. Только в середине XIX века скорость света была измерена не с помощью астрономических наблюдений, а непосредственно в земных экспериментах. Эти опыты, явившиеся, по существу, сильно усовершенствованными опытами Г. Галилея, были выполнены французскими учеными И. Физо, Л. Фуко и М. Корню. Их эксперименты, проводившиеся в разное время и постепенно совершенствовавшиеся, давали величину скорости света, близкую к 300 000 км/с. В конце 70-х годов прошлого века проблемой измерения скорости света занялся замечательный американский физик-экспериментатор А. Майкельсон (1852–1931). Выполненные им тогда опыты дали для измеряемой скорости 299 910 км/с.
А. Майкельсон продолжал интересоваться этой проблемой всю жизнь. С течением времени становилось все более очевидно, насколько фундаментальную роль играет скорость света в структуре законов, управляющих нашим миром. Заключительная серия опытов по определению скорости света под его руководством была начата в 1929 году. По свидетельству его дочери, в последние дни жизни в мае 1931 года он, всемирно известный физик-экспериментатор, лауреат Нобелевской премии, с нетерпением ждал известий об окончательных результатах экспериментов: «Седьмого мая Пис (сотрудник А. Майкельсона. — И. Н.) пришел к Майкельсону с последними цифрами о новом определении скорости света: 299 774 километра в секунду, — писала дочь. — Лицо Майкельсона осветилось совершенно детской радостью. Зная, что ему недолго осталось жить, он попросил Писа подвинуть к нему кресло и открыть блокнот, чтобы он сразу мог начать диктовать. «Измерение скорости света…». Усилие утомило его и, продиктовав первый параграф, он мирно уснул… Утром 9 мая 1931 года Майкельсон умер».