НАЧАЛО НАУКИ О ВРЕМЕНИ

НАЧАЛО НАУКИ О ВРЕМЕНИ

Эпоха Возрождения, наступившая после многих веков мрачного средневековья, принесла новые выдающиеся открытия в естественных науках. В это время было создано великое учение Н. Коперника (1473–1543), совершившее коренной переворот в сознании людей. Прежде всего это учение уничтожало непроходимый барьер между земным и небесным. Раньше все небесное было символом совершенства, вечности, идеала. Идеальны были светила небесные и идеальны, совершенны их равномерные движения по окружностям. Все это противопоставлялось грубой земной материи и ее хаотическим беспорядочным движениям. Он показал, что Земля — рядовая планета, движущаяся наряду с другими планетами вокруг Солнца.

Н. Коперник с 1510 года был каноником католического костела в Фрауенбурге — маленьком городке на берегу Вислы. Здесь в уединении он занимался астрономией. Однако его досуг был посвящен не только этой древнейшей науке. Он безвозмездно лечил больных. По его проекту была введена новая денежная система в Польше. Им сконструирована и построена гидравлическая машина для подачи воды в дома.

Коперник поступал очень осторожно с публикацией своего учения, ясно сознавая его противоречие утверждениям церкви об исключительном положении Земли и человека во Вселенной. Его труд, носящий название «О вращении небесных сфер» и посвященный папе Павлу III (по «согласованию» с последним!), был напечатан в 1543 году незадолго до смерти автора. Однако к главным выводам своего учения Н. Коперник пришел задолго до этого. В сочинении «Малый комментарий», датированном примерно 1515 годом, Н. Коперник писал: «Все замечаемые нами у Солнца движения не свойственны ему, но принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом Земля имеет несколько движений. Кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле. Таким образом, одно это ее движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей».

Нам сегодня, конечно, трудно представить, насколько нетривиальным по тем временам должен был быть образ мыслей человека, который осмелился утверждать, что Земля движется! И дело здесь не только в противопоставлении своих выводов канонам церкви. Ведь тогда в самой науке господствовало учение Аристотеля, согласно которому для поддержания движения все время необходимо действие силы (о движении по инерции тогда ничего не знали!). Поэтому считалось, что если бы Земля вращалась, то это сказывалось бы на земных явлениях: воздух должен бы стремиться оставаться неподвижным, и на вращающейся Земле бушевали бы ураганы, падающие с башни тела отставали бы от поверхности Земли, уносящейся вращением, и не падали бы к основанию башни и т. д.

Таким образом, Н. Копернику прежде всего приходилось выступать против укоренившихся веками предрассудков о движении, имевшихся в учении Аристотеля.

Трудность преодоления этих убеждений заключалась еще в том, что в то время считалось: для получения сведений о природе вовсе не надо обращаться к опытам, к эксперименту. Достаточно только хорошенько поразмыслить, и истину можно установить чисто логическими умозаключениями.

Н. Коперник на основе астрономических наблюдений не только создал новое представление о Солнечной системе, но, по сути, первым выступил против догм Аристотелевой физики. Он понял, что на движущейся по инерции Земле все должно происходить так же, как на неподвижной: «И почему нам не отнести видимость суточного вращения к небу, а его действительность к Земле?.. Потому что, когда корабль идет по спокойной воде, все, что находится вне его, представляется морякам движущимся в соответствии с движением корабля; сами же они со всем, с ними находящимся, будто бы стоят на месте. Это же без сомнения может происходить и при движении Земли, так что можно прийти к мнению, будто вращается вся Вселенная. Что же теперь сказать нам об облаках и обо всем остальном, так или иначе парящем, опускающемся и поднимающемся в воздухе, как не то, что движется не только суша вместе со связанной с ней водной стихией, но и немалая часть воздуха и все, что так или иначе соединено с Землей…

…Поэтому ближайший к Земле воздух вместе со всем в нем парящим должен казаться нам спокойным, если, как это случается, его не гонит то туда, то сюда ветер или любая другая внешняя сила».

В этом отрывке ясно говорится, по существу, об относительности движения и о свойствах движения по инерции, окончательная формулировка которых была дана Галилеем столетие спустя.

Наверное, действительно каждый человек, когда он в детстве и юности знакомится с законами механики, должен сделать над собой заметное усилие, чтобы понять, что в движущемся закрытом экипаже отпущенный с некоторой высоты предмет упадет к ногам точно так же, как и в стоячем экипаже. Сегодня, в эпоху частых поездок на поездах и полетов на самолетах, ко всему этому привыкают с детства. Но тем не менее я отчетливо помню, как в возрасте около десяти лет в кузове грузовика, быстро мчавшегося по херсонской степи, я с удивлением раз за разом наблюдал падение шарика на пол кузова точно под моей рукой, хотя скорость передвижения грузовика была огромной по моим детским понятиям и мне казалось, что пол грузовика должен уноситься в этом движении из-под падающего шарика. Нелегко было понять, что выпущенный из рук шарик продолжает по инерции двигаться вместе с грузовиком по степи, сохраняя ту скорость движения, которую он имел в моих руках вместе со мной и грузовиком до того, как я его отпускал.

Учение Н. Коперника поначалу не вызывало особого беспокойства католической церкви. Этому способствовало предисловие к книге «О вращении небесных сфер», которое было анонимным. В этом предисловии (автором его был богослов Оспандер) говорилось, что цель автора состояла лишь в предложении способа математического вычисления наблюдаемого положения небесных светил и что он вовсе не пытается выяснить действительное движение этих тел. «Гипотезы его, — говорилось в предисловии, — могут быть и несправедливыми, могут быть даже невероятными; достаточно, если они приводят нас к вычислениям, удовлетворяющим нашим наблюдениям».

Однако в начале XVII века, когда учение Коперника начало широко распространяться и реально угрожать церковным догматам, книга его была занесена церковью в «Индекс запрещенных книг», где находилась в течение более двух веков.

В это время Г. Галилей (1564–1642) создал новое понимание физики, сформулировал первые по-настоящему обоснованные начала науки о времени, нашедшие свое четкое воплощение в последующих трудах И. Ньютона.

Г. Галилей сделал в науке много важных открытий, о которых читатель, без сомнения, знает. Но самым важным, безусловно, является его новый подход к естественным наукам, его убеждение, что для исследования природы в первую очередь необходимо ставить продуманные опыты. Только проверяя предположения экспериментом, только «задавая Природе вопросы», можно понять окружающий мир. В этом он резко расходился с Аристотелем, который считал возможным познание мира чисто логическим путем. Г. Галилей утверждал также, что поверхностные наблюдения без должного анализа могут приводить к ложным заключениям.

Все это вместе явилось началом современного научного метода исследования природы. «Наука, связывающая теорию и эксперимент, фактически началась с работ Галилея», — писал А. Эйнштейн.

Открытия Г. Галилея в физике основаны на многочисленных проведенных им опытах. Для нашего повествования особенно важным является его открытие инерции и инерциального движения.

В повседневной жизни наглядные наблюдения за движением тел веками убеждали людей в том, что если не поддерживать движения, не подталкивать, скажем, катящийся шар, то тело останавливается. Аристотель подытожил все эти наблюдения так: «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие». Но мы знаем сегодня, что катящийся шар останавливается вовсе не потому, что на него не действует подталкивающая сила, а потому, что его тормозит сила трения, связанная с неровностями поверхности и с сопротивлением воздуха. Если делать поверхность все ровней и ровней и убрать сопротивление воздуха, то шар будет катиться все дальше. В пределе шар никогда не остановится. Таков был вывод Г. Галилея: «…движение по горизонтали является вечным, ибо если оно является равномерным, то оно ничем не ослабляется, не замедляется и не уничтожается».

Закон движения по инерции, открытый Г. Галилеем, лежит в основе принципа механической относительности.

Этот принцип означает, например, что независимо от того, стоит корабль или равномерно движется по спокойной воде, в каюте на корабле все процессы будут протекать совершенно одинаково. Мы можем ходить, бросать предметы, мухи могут свободно летать по каюте, и движение корабля на всем этом никак не сказывается. Вот что говорит по этому поводу один из действующих лиц в книге Г. Галилея «Диалоги о двух главнейших системах мира» Сальвиати: «Запритесь с кем-нибудь из друзей в кают-компании под палубой большого корабля, взяв с собой мух, бабочек и других небольших летающих животных. Возьмите и большой сосуд с водой, в котором плавают рыбы. Повесьте бутыль, из которой капля по капле вытекает вода в широкий сосуд внизу. Пока ваше судно стоит на месте, внимательно наблюдайте, как насекомые летают по помещению с одинаковыми скоростями во все стороны. Рыбы плавают как угодно, не предпочитая какого-либо особого направления. Капли падают в сосуд под бутылью.

Если же вы бросите что-нибудь вашему другу, то вы приложите одинаковое усилие, в каком бы направлении ни бросали, если расстояния одинаковы. Прыгая обеими ногами сразу, вы будете пролетать одинаковое расстояние в любом направлении. Тщательно пронаблюдав все это (хотя вы и не сомневались, что все будет происходить именно так, пока корабль стоит на месте), отдайте команду, чтобы корабль начал двигаться с любой скоростью, лишь бы его движение было равномерным и не подвергалось каким бы то ни было возмущениям. Ни в одном из указанных процессов вы не обнаружите ни малейших изменений и не сможете ни по одному из них узнать, движется корабль или стоит на месте. Прыгая, вы будете пролетать над полом те же расстояния, что и раньше, и ваши прыжки в сторону кормы не окажутся длиннее прыжков в сторону носа корабля, несмотря на то, что, пока вы находились в воздухе, пол под вами двигался в направлении, противоположном вашему. Для того чтобы перебросить какой-нибудь предмет вашему другу, вам не понадобится затратить большее усилие, если ваш друг стоит ближе к носу корабля, а не к корме, когда вы расположились против него. Капли будут продолжать падать в стоящий внизу сосуд, не отклоняясь к корме, хотя, пока они летят в воздухе, судно успевает передвинуться на несколько пядей. Рыбы будут плавать в воде в своем сосуде с одинаковой легкостью во все стороны и в равной мере хватать приманку, в какой бы угол сосуда мы ее ни поместили. Наконец, бабочки и мухи будут совершать полеты равно во всех направлениях, и вы никогда не обнаружите, что они скопились у кормы, как бы устав поспевать за ходом корабля, от которого они были отделены, находясь длительное время в воздухе».

Это удивительно яркое описание является одним из первых описаний принципа относительности движения. Заметим, что произведения Г. Галилея — это не только сокровища человеческой мысли, но и выдающиеся литературные произведения. Итальянские школьники изучают их именно как литературное наследие своей страны.

Никакие механические опыты внутри каюты не помогут определить, движется ли корабль или покоится. Как уже говорилось, в наше время постоянных переездов и перелетов мы давно к этому привыкли. Для нас ясно, что утверждение, например, «чашка покоится» бессмысленно, если не будет указано, по отношению к чему чашка покоится. В летящем самолете чашка может стоять на нашем столике и покоиться по отношению к нам, но вместе с нами и с самолетом стремительно двигаться относительно Земли. Мы можем не спеша идти по салону самолета и в то же время с большой скоростью передвигаться по отношению к Земле. Всякий покой и движение тела, его скорость относительны, имеют смысл только когда указано, по отношению к какой «лаборатории» эти понятия употребляются.

Это открытие Г. Галилея — открытие того, что все происходит совершенно одинаково независимо от равномерного движения «лаборатории», в которой проводятся наблюдения, — и явилось научным аргументом против утверждения сторонников неподвижности Земли во Вселенной. Следуя Н. Копернику, Г. Галилей утверждал: «Положим в основу нашего познания то, что, каково бы ни было движение Земли, для нас, обитателей ее, оно незаметно, пока мы судим о нем по земным вещам».

Г. Галилей был страстным пропагандистом учения Коперника, в истинность которого он непоколебимо верил. Открытия в физике и астрономии сделали его самым знаменитым ученым в Европе. Поначалу католическая церковь старалась осторожными увещеваниями склонить его на ту точку зрения, что учение Коперника только удобная для вычисления гипотеза (как утверждал Оспандер в предисловии к книге Н. Коперника). Кардинал Беллормино писал стороннику коперниковского учения патеру Факарини: «Мне кажется, что Вы и сеньор Галилео поступили бы осторожно, если бы удовлетворились высказываниями suppositione (предположительно), но не абсолютно; так говорил, как я всегда думал, и Коперник. Действительно, когда утверждают, что в предположении, будто Земля движется и Солнце стоит неподвижно, все наблюдаемые явления спасаются лучше, чем при задании эпициклов и эксцентров, то это прекрасно сказано и не заключает в себе никакой опасности; а этого и достаточно для математики; но когда начинают говорить, что Солнце действительно стоит в центре мира и что оно только вращается вокруг самого себя, но не движется с востока на запад, и что Земля находится на третьем небе (третья по порядку планета от Солнца) и с большой скоростью вращается вокруг Солнца, то это вещь очень опасная и не только потому, что она раздражает всех философов и ученых-богословов, но и потому, что она вредит Св. вере, поскольку из нее вытекает ложность Св. писания».

Как замечает советский физик В. Гинзбург, милостивое разрешение «спасать» явления и заниматься математикой, но не касаться реальности, существа дела, вызывало бешенство у Г. Галилея. В послании герцогине Лотарингской он пишет: «Профессора-богословы не должны присваивать себе права регулировать своими декретами такие профессии, которые не подлежат их ведению, ибо нельзя навязывать естествоиспытателю мнения о явлениях природы… Мы проповедуем новое учение не для того, чтобы посеять смуту в умах, а для того, чтобы их просветить; не для того, чтобы разрушить науку, а чтобы ее прочно обосновать. Наши же противники называют ложным и еретическим все то, чего они не могут опровергнуть. Эти ханжи делают себе щит из лицемерного религиозного рвения и унижают Священное писание, пользуясь им как орудием для достижения своих личных целей… Предписывать самим профессорам астрономии, чтобы они своими силами искали защиты против их собственных наблюдений и выводов, как если бы все это были один обман и софистика, означало бы предъявлять к ним требования более чем невыполнимые; это было бы все равно, что приказывать им не видеть того, что они видят, не понимать того, что им понятно, и из их исследований выводить как раз обратное тому, что для них очевидно». «Замечательные слова, звучащие вполне современно», — добавляет В. Гинзбург.

Нам остается подчеркнуть, что далеко не всякое движение «лаборатории» незаметно для находящихся в ней людей и предметов. Так, если резко трогается автомобиль или он круто поворачивает на вираже, то мы явственно это ощущаем. Необнаружимы только равномерные и прямолинейные движения. Такие движения «лабораторий» или тел, которые происходят по инерции без действия каких-либо сил, или же когда все силы и «толкающие», и «тормозящие» или отклоняющие от прямолинейного движения точно уравновешивают друг друга, такие движения называют инерциальными, а «лаборатории» — инерциальными «лабораториями».

Конечно, в природе инерциальные «лаборатории» могут осуществляться только с той или иной степенью приближенности. Корабль, подверженный легкой качке волн, очевидно, не «идеальная инерциальная лаборатория». Покачивание корабля можно обнаружить. Но чем меньше всякого рода ускорения или чем плавнее повороты, тем ближе свойства такой «лаборатории» к инерциальным. Сама поверхность Земли тоже «инерциальная лаборатория» только приближенно. Мы знаем, например, что она участвует в круговом движении вокруг оси вращения.

Специально поставленные опыты могут это обнаружить. Читатель, возможно, видел или, по крайней мере, читал о маятнике Фуко. Большой маятник в виде груза на длинном подвесе в высоком помещении, колеблясь, стремится сохранить плоскость своего колебания неизменной по отношению к звездам. Поверхность Земли вместе со зданиями поворачивается в суточном вращении, и мы видим, что направление колебания маятника меняется по отношению к стенам здания. Такие опыты впервые были проделаны французским физиком Ж. Фуко много лет спустя после Г. Галилея, в 1851 году, с маятником в Понтеоне.

Но вернемся в XVII век. Истинное знание прокладывало себе дорогу в страстной схватке с укоренившимися догмами, с глубокими объективными трудностями, которые всегда воздвигает Природа перед человеческим познанием, и, наконец, с социальными сплетениями жизненных интересов многих людей.

Уже после знаменитого судебного процесса, сделавшего Г. Галилея в 1633 году «узником инквизиции», он издал книгу «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук…». В этой книге, излагающей основы динамики, он писал: «Настоящим сочинением мы лишь открываем двери к этим двум новым наукам, изобилующим приложениями, которые в будущем будут неизмеримо больше приумножены пытливыми умами… одна из наук касается предмета вечного, имеющего первенствующее значение в природе».

Через год после смерти Г. Галилея родился гениальный ученый Исаак Ньютон (1642–1727). Своими трудами он завершил создание классической физики и первой физической уже в нашем понимании теории времени.

В отличие от биографий ученых древности жизнь И. Ньютона известна довольно хорошо. На первый взгляд она внешне удивительно бедна событиями. Начиная рассказ об И. Ньютоне, Б. Кузнецов замечает: «Не было семьи, не было путешествий, не было каких-либо крупных перемен в жизни, почти не было друзей, почти не было широкой общественной деятельности. Такая жизнь на первый взгляд контрастирует с невероятной насыщенностью творческого пути мыслителя, с подлинными трагедиями познания. Но в действительности между тем и другим имеется глубокое соответствие».

И. Ньютон родился в деревне Вулсторп, недалеко от восточного побережья Англии, в семье фермера. Отец его умер еще до рождения сына. Мальчик учился в королевской школе в маленьком городке Грантем, вблизи которого находилась деревня Вулсторп, а в 1661 году в возрасте девятнадцати лет поступил в Кембриджский университет. Уже в этом возрасте Исаака отличала педантичность, стремление к систематизации и порядку. Он начинал как бедный студент Тринити-колледжа Кембриджского университета — одного из самых знаменитых в Англии. И. Ньютон закончил университет через три года и быстро превратился в мыслителя с гениальными идеями. В 1669 году он занял должность «люкасовского профессора». Эта кафедра, основанная на пожертвования Генри Люкаса в 1663 году, и до сих пор остается одной из самых знаменитых физических кафедр в мире.

Основные физические идеи, положившие начало новому развитию этой науки, были сформулированы И. Ньютоном в очень короткий период, в 1665–1667 годах, во время его пребывания в родной деревне Вулсторп, хотя опубликованы они были гораздо позднее.

В 1665–1667 годах в Англии свирепствовала страшная эпидемия чумы. И. Ньютон уезжает из Кембриджа, где он только что стал бакалавром, в деревню и проводит там около полутора лет. Здесь он непрерывно работает над шлифовкой стекол, созданием приборов, ставит химические опыты. И в это же время напряженно размышляет над основными проблемами физики, астрономии. математики. Результаты этой работы поистине фантастические и могут быть названы озарением. В деревне он приходит к формулировке основ физики, создает теорию тяготения, согласно которой тяжесть, заставляющая тела падать на Землю, тождественна силе, которая удерживает небесные тела на их орбитах, и эта сила ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния.

Уже на склоне лет он рассказывал, как в вулсторпском саду обратил внимание на падение яблока с дерева на Землю и задумался над тем, почему падает яблоко. Ответ, казалось, был давно известен людям: падать его заставляет тяжесть. Но что это такое? И пришел к выводу, что тяжесть означает притяжение яблока Землей. Эта же сила должна распространяться дальше от поверхности Земли, захватывать Луну, удерживая ее на орбите, не позволяя, двигаясь по инерции, улететь в космическое пространство.

Полвека спустя, в 1714 году, И. Ньютон так вспоминал об этом периоде своей работы: «И в том же году, 1665-м или 1666-м, я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны… Все это было в 1665 и 1666 годах — в годы чумы, ибо я в те дни был на заре своей поры изобретения, и математика и философия волновали меня более, чем когда-либо после».

Тачную формулировку закона тяготения И. Ньютон опубликовал много позже в своем знаменитом труде «Математические начала натуральной философии» (1686), или, как его кратко называют, «Начала». Надо сказать, что почти всегда он не спешил с публикациями, хотя проблемы приоритета были ему далеко не чужды. Почему так происходило? Главной причиной, вероятно, является совершенно новое отношение ученого и к проблемам познания, и к тому, что считать установленной истиной.

Если кратко охарактеризовать эти его отношения, то можно сказать, что он стремился к полнейшему порядку в знаниях о природе, стремился к таким знаниям, которые точно подтверждены экспериментами, точно обоснованы логикой и математикой. Это те требования, которые предъявляются к науке и сегодня.

Как и многие великие идеи, теория тяготения Ньютона имеет свою предысторию. Почти одновременно с ним к пониманию отдельных свойств тяготения подошли многие ученые. Так, Дж. Боррелли пришел к выводу о взаимном притяжении всех тел во Вселенной и к тому, что при вращении планет по орбитам притяжение к Солнцу уравновешивает центробежные силы, открытые X. Гюйгенсом. Другой современник И. Ньютона, Г. Гук, утверждал, что сила притяжения тел изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Но мы считаем, что именно И. Ньютон является создателем теории тяготения.

Отдавая дань прозорливости других исследователей, мы по праву приписываем славу первооткрывателя ему.

Почему? Потому что именно он дал доказательства справедливости своих построений. От умозрительных рассуждений он перешел к математическим расчетам, к физическим опытам и интерпретации астрономических наблюдений.

Так начиналась новая физика!

Мы в дальнейшем поговорим о том, как И. Ньютон впервые сформулировал важнейшие свойства времени, о котором в основном и ведется повествование в этой книге. Но здесь я хочу отметить, что открытие им закона всемирного тяготения было очень важным не только для создания небесной механики, управляющей всеми движениями небесных тел во Вселенной, но и для понимания того, что такое время. Правда, это выяснилось очень не скоро — около трех столетий спустя, уже в нашем веке, когда было доказано, что тяготение влияет на бег времени. Но опять вернемся в XVII век.

В Вулсторпе в 1665–1667 годах И. Ньютон занимался не только проблемами тяготения, но и механикой, оптикой, математикой, в которых ему принадлежат фундаментальные открытия.

В период после Вулсторпа вплоть до 80-х годов он больше всего исследовал проблемы оптики, а также интересовался химическими опытами. В середине 80-х годов был написан и опубликован главный труд его жизни — знаменитые «Начала». В этом труде были подытожены и плоды вулсторповских размышлений, и результаты последующего развития возникших тогда идей.

Между получением основных результатов работы и их публикацией прошло около двух десятилетий! Как уже говорилось, И. Ньютон, стремясь к предельной точности и законченности всех выводов, их логической неуязвимости, никогда не спешил с публикациями. Непосредственным толчком к написанию «Начал» послужили следующие события.

Как-то в начале 80-х годов трое известных ученых — Э. Галлей, Р. Гук и К. Рен — собрались в лондонской кофейне и обсуждали проблемы движения планет вокруг Солнца. К тому времени было известно, что в согласии с законами, установленными И. Кеплером, планеты движутся по эллипсам. Собравшихся ученых интересовала проблема, как, исходя из предположения о том, что тяготение Солнца ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния, показать, что планеты должны двигаться именно по эллипсам. Решения этой проблемы они не знали. По предложению К. Рена была назначена символическая премия — книга стоимостью в сорок шиллингов тому, кто решит задачу. В 1684 году, когда Э. Галлей был в Кембридже, он рассказал И. Ньютону о дискуссии в кофейне. В ответ тот заметил, что давно знает решение! После этого Э. Галлей убедил И. Ньютона написать книгу с изложением доказательства. Так появились «Начала», которые редактировал и издал на свои средства Э. Галлей. По свидетельству секретаря И. Ньютона — его однофамильца Г. Ньютона — в период создания «Начал» жизнь Исаака отличалась исключительным напряжением. Он никогда не отдыхал, не ездил верхом, не играл в кегли, не гулял, почти не принимал гостей, спал не больше пяти часов, старался меньше тратить времени на еду. К счастью для него, он тратил мало времени на лекции, так как студенты их не посещали из-за их скучности.

Я вспоминаю, как меня еще в школьные годы поразили рассказы о необыкновенной уверенности, что успех человека в какой-нибудь области на 95 процентов обязан его способности не покладая рук работать. С тех пор я свято верю в это сам, нашел подтверждение своему убеждению в жизненном опыте моих друзей и стараюсь передать эту веру моим ученикам и коллегам. «Работать хорошо — это значит работать много», — кажется, эти слова принадлежат И. Ньютону (или еще кому-то из гениев).

После выхода в свет «Начал» стиль жизни И. Ньютона постепенно изменился. Он много и плодотворно работал в науке все последующие сорок лет. Но, помимо науки, его жизнь была заполнена и другими заботами. Заметную роль, в частности, играла общественно-политическая деятельность. Широко известен рассказ о том, что, будучи членом парламента, он выступил там только один раз с просьбой закрыть окно, так как из него дуло. Этим хотят, вероятно, подчеркнуть, что И. Ньютон был целиком предан науке и общественно-политическая деятельность для него ничего не значила. Но, по-видимому, он относился серьезно и к этой стороне жизни. Для него «общественная жизнь» началась в 1687 году. В это время король Яков II обратился к Кембриджскому университету с предписанием присвоить бенедиктинскому монаху А. Френсису степень магистра наук. Предписание противоречило закону.

Но властитель, по-видимому, лучше профессоров знал, кто должен быть магистром наук. Не правда ли, знакомая картина, повторявшаяся и позже в течение столетий и, увы, случающаяся сегодня?

Кембриджские ученые заволновались. Делегация, в которую входил и И. Ньютон, должна была явиться в высшую судебную инстанцию Англии — Верховную комиссию. Во главе комиссии находился Дж. Джеффис — «достойная» личность, наводившая ужас на всю Англию. В «Истории Англии» Т. Маколей пишет: «…редко кто не дрожал перед ним. Даже когда он бывал трезв, свирепый нрав его был довольно страшен. Но по большей части он находился под влиянием винных паров, которые отуманивали его рассудок и разжигали его бешеные страсти».

Делегация университета была настроена пойти на компромисс и при определенных условиях все же присвоить А. Френсису звание магистра. Но И. Ньютон возражал и настоял на своем. Делегаты с ним согласились, и это мнение было сообщено Комиссии. Реакция была быстрой. По решению Комиссии вице-канцлера университета отстранили от должности, другим членам делегации также грозили репрессиями.

К счастью, король Яков II вскоре был свергнут, и при новом короле Вильгельме был выбран новый парламент, членом которого стал И. Ньютон.

В парламенте он примыкал к партии «вигов», сторонников ограниченной власти короля. Во время пребывания в Лондоне он познакомился со многими влиятельными деятелями нового двора. В 1695 году стал смотрителем, а через четыре года директором Монетного двора, где сыграл выдающуюся роль в финансовой реформе, проводившейся в Англии в то время.

Все это говорит об активном участии И. Ньютона в жизни страны, касающейся не только науки. И. Ньютон не был избран в парламент на новых выборах в 1705 году — к этому времени изменилась расстановка политических сил. Однако в последующие годы он посещал королевский двор, где интересовались развитием науки. В 1703 году он стал президентом Лондонского Королевского общества — Английской академии наук. В эту пору ему было 60 лет.

Вплоть до конца своей жизни (он умер, далеко перешагнув за 80-летний рубеж) И. Ньютон мало менялся, оставаясь таким, каким был всю жизнь. Он был невысок, плотно сложен, нелюдим и замкнут; отличался большой простотой, внешне ничем не выделялся среди типичных англичан. Надо сказать, что характер его был не из легких.

И еще об одной стороне личности И. Ньютона необходимо упомянуть. Он был религиозным человеком. Об этом иногда почему-то стыдливо умалчивают, особенно в книгах для юношества, или упоминают вскользь, как о малосущественном. Наверное, боятся рассказом об этом нанести ущерб «атеистической пропаганде», хотя замалчивание или искажение особенностей личности великих людей является, мне кажется, большим вредом, который не могут оправдать никакие благие намерения.

Итак, И. Ньютон верил в Бога. Это не было чем-то необычным для того времени. Да и сейчас я лично знаю выдающихся западных физиков, являющихся верующими, но это тема для особого разговора. И. Ньютон занимался теологией и историко-богословскими изысканиями. Он считал, что Бог дал «первотолчок» небесным телам, а затем все движения во Вселенной происходят по строгим физическим законам. Бог лишь время от времени вмешивается в эти движения, как бы подправляя великие «часы Вселенной» в случае «намечающихся неисправностей». В своем представлении о мире И. Ньютон привлекал Бога каждый раз, когда не находил естественнонаучного объяснения какого-либо явления. Так было в случае попыток объяснения происхождения Солнечной системы, объяснения происхождения начальных скоростей движения планет. Так было и в попытках дать объяснение началу человеческой истории.

Теологические соображения И. Ньютон излагал в заключительном разделе «Начал» — главного труда жизни. Он опубликовал также много историко-богословских работ, верил в истинность «священной книги» — Библии, хотя и полагал, что последующие переписывания исказили ее первоначальный текст. Он считал эту книгу результатом «времени чудес», когда Бог непосредственно общался с людьми. Но потом, когда законы бытия были установлены, он устранился от вмешательства в дела мира. И. Ньютон затратил огромные усилия, чтобы «подогнать» исторические события под библейские описания. Усилия эти, конечно, были напрасны с научной точки зрения.

Недостаток фактических знаний о начальном периоде истории Солнечной системы и начальном периоде человеческой истории приводил ученого к изобретению фантастических религиозных решений этих вопросов. Здесь в его творчестве отразилась в какой-то мере ситуация, имевшая место в истории развития всей человеческой культуры, когда религия, вера в чудесные силы была вызвана незнанием объективных законов природы и общества.

Обратимся теперь к тому, что сделал И. Ньютон для понимания природы времени и того, что такое пространство.

Начнем с пространства. Он говорит, что все происходящее во Вселенной совершается в пустом бесконечном пространстве — вместилище всех тел и процессов. По существу, пространство можно представить как гигантскую комнату-лабораторию, в которой стенки, потолок и пол удалены в бесконечность. Вот эту «абсолютную», неограниченную пустоту И. Ньютон называет «абсолютным пространством». Он пишет в «Началах»: «Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным».

Время в физике И. Ньютона представляется как поток длительности, в который вовлечены все процессы — все, все, все. Это — «река времени», она течет независимо ни от чего. «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью», — говорит он.

Таким образом, картина мира представляется ему ясной и очевидной: в бесконечном пустом пространстве с течением времени происходит движение миров. Процессы во Вселенной могут быть очень сложными, многообразными и запутанными. Но какими бы сложными они ни были, это никак не влияет на бесконечную сцену — пространство и на неизменный поток времени. По И. Ньютону, ни на пространство, ни на время никак нельзя повлиять, поэтому они и называются абсолютными. Неизменность течения времени он подчеркивает такими словами: «Все движения могут ускоряться и замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может. Длительность или продолжительность существования вещей одна и та же, быстры ли движения (по которым измеряется время), медленны ли или их совсем нет».

Очень образно охарактеризовал ньютоновские представления А. Эйнштейн: «Идея независимого существования пространства и времени может быть выражена следующим образом: «Если бы материя исчезла, то осталось бы только пространство и время (своего рода сцена, на которой разыгрываются физические явления)».

Ну, конечно, скажет читатель, это же все так очевидно, так просто и ясно, подобным образом представляет себе пространство и время каждый!

Такое замечание справедливо. Но только потому, что это представление следует из наблюдений за движениями окружающих нас тел на Земле, из астрономических наблюдений движения гигантских небесных тел и из многочисленных точных физических экспериментов. Именно потому, что ньютоновская физика обобщала весь опыт науки над движением тел, а этот опыт передается нам школьными учебниками, нам кажутся чуть ли не «врожденными» ньютоновские представления о пространстве и времени.

Но не надо забывать, что всякий опыт ограничен. Во времена И. Ньютона, да и много позже, все опыты и наблюдения касались тел, которые движутся, по нашим теперешним понятиям, не очень быстро. Поля тяготения, известные в то время, с нашей сегодняшней точки зрения надо называть слабыми, и, наконец, энергии протекающих процессов также следует считать небольшими по сравнению с теми энергиями, с которыми имеет дело физика сегодняшнего дня. В этих условиях все, что говорил И. Ньютон о пространстве и времени, действительно справедливо, и движение материи не оказывает на них никакого влияния. Но мы увидим далее, что это «безразличие» пространства и времени к тому, что в них происходит, имеет место только при указанных выше ограничениях.

Но об этом несколько позже. А сейчас подчеркнем, что в ньютоновской теории не возникало вопроса о каких-то специальных свойствах или о структуре времени. Время — это однородная «река» без начала и конца, без «истоков» и «стоков», и все события «плывут» в ее потоке. Кроме свойства быть всегда одной и той же длительностью, у времени не было других свойств. «Абсолютное время» едино во всей Вселенной.

В ньютоновской картине мира совершенно ясно, что означают слова «сейчас», «раньше» или «позже» для любых событий во Вселенной, где бы они ни происходили — в одном месте или за сотни миллиардов километров друг от друга. Если все измерять по единому абсолютному времени, то каждому ясно, что означают, например, слова «сейчас в галактике в созвездии Треугольник взорвалась сверхновая звезда». И хотя эта галактика далека и мы увидим свет от этого взрыва очень не скоро, только когда он через многие миллионы лет дойдет до нас, это обстоятельство не мешает нам представить, что взрыв произошел именно «сейчас» по абсолютному единому времени Вселенной.

Определить абсолютную одновременность и единое для всей Вселенной время возможно потому, что согласно ньютоновской теории существуют сигналы, которые передаются от одного места к другому мгновенно, то есть которые распространяются с бесконечно большой скоростью. Примером таких сигналов служит тяготение. Если изменяется расположение тяготеющих масс, то это мгновенно меняет силы тяготения, порожденные этими массами, во всем пространстве.

Вот почему, если где-то произошел сдвиг масс, то сейчас же, мгновенно это сказывается везде в пространстве, и можно, находясь далеко, тут же узнать о случившемся. Понятие «сейчас» является в таком случае абсолютно ясным. Хотя на очень больших расстояниях от тяготеющих звезд, например, силы тяготения становятся слабыми и измерять их трудно, но это, так сказать, уже наши технические трудности. Принципиальной сути дела, принципиальной возможности определить сейчас же, что где-то вдалеке сдвинулись массы, технические трудности измерения, конечно, не меняют.

Говоря о ясности и простоте ньютоновской картины мира, А. Эйнштейн восклицает: «Счастливый Ньютон, счастливое детство науки!.. Природа для него была открытой книгой, которую он читал без усилий. Концепции, которыми он пользовался для уточнения данных опыта, кажутся вытекающими непринужденно из самого опыта, из замечательных экспериментов, заботливо описываемых им со множеством деталей и расставленных по порядку, подобно игрушкам».

Правда, во всей этой ясной картине было небольшое «облачко», которое доставляло И. Ньютону явное беспокойство. Дело в том, что никакими механическими опытами нельзя определить, покоится ли тело в «абсолютном» пустом пространстве или движется. Вспомним, что все процессы в каюте корабля протекают совершенно одинаково, независимо от того — стоит корабль или движется. Не правда ли, странно: есть абсолютное пространство, а измерить поступательное движение относительно его невозможно! Явно какая-то «некрасивость», неэстетичность теории.

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 и протестантство, стремился сделать науку интернациональной и даже создать всемирный язык. По его инициативе в 1700 году была основана академия наук в Берлине, в которой он стал первым президентом. Он много делал для организации академий в Вене и Дрездене, трижды встречался с Петром I, с которым обсуждал пути развития науки в России и вопросы, связанные с созданием Петербургской Академии наук.

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.