Огрубленно можно сказать, что наряду с переходом от классической к современной физике произошла и эпистемологическая трансформация. До нее ученые в основном полагали, во-первых, что исследователь познает естественные процессы, как они существуют. Во-вторых, они считали, что природа может быть понята согласно принципам, которые обнаруживаются в связанных с техникой явлениях, таких как равновесие тел, падение шаров и т. д. После эпистемологической трансформации современной физики естественные события предстали как продукт функционирования нашего современного оборудования, предназначенного для экспериментов и наблюдений. Этот продукт столь зависим от используемой сейчас техники и достигнутого уровня технологического мастерства, что ставит под сомнение «реалистическую» предпосылку. Ученые начали систематически применять математические модели для понимания наблюдений. При этом некоторые из физиков отказались от предположения, что наблюдаемое существует независимо от понятий и приборов, используемых ими для измерения и наблюдения.
Указанный момент неизбежного влияния «субъективных» факторов на «объект» затрагивает и наш способ определения понятий. В геометрии Евклида имелась только одна прямая линия между двумя точками. Однако когда понятие прямой линии определяется операционально, то есть при помощи проводимых нами измерений и использования в них световых лучей, то определение прямой линии зависит от совокупности применяемых нами операций. Тогда соответственно различным наборам операций мы имеем операционально различные определения прямой линии. Поэтому с операциональной точки зрения, в принципе, между двумя точками можно провести несколько «прямых линий».
Важным следствием рассматриваемой эпистемологической трансформации является то, что мы как исследователи, с нашим оборудованием и нашими операциональными определениями, помогаем конституировать исследуемый нами объект.
В этом плане Кант был прав! Но эпистемологическая трансформация также свидетельствует и против кантовской точки зрения. Ведь он считал, что геометрия Евклида является истинной и что способы конституирования объектов неизменны. Однако в современной физике существует, в принципе, несколько различных операциональных подходов, то есть разных операциональных способов конституирования объектов.
Решающими для становления современной физики оказались исследования атома. В 1911 г. Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford, 1871–1937) доказал, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Один из учеников Резерфорда, датский физик Нильс Бор (Niels Bohr, 1885–1963) развил эту модель. Согласно боровской модели атомов, электроны вращаются по разным орбитам. Они излучают энергию, переходя с более дальней на более близкую к ядру орбиту, и поглощают ее при переходах в обратном направлении. При этом энергия может испускаться и поглощаться только дискретными порциями — квантами. Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования привели к пониманию того, что электроны обладают одновременно свойствами и частиц и волн. Некоторые физики полагают, что причина этого в том, что объект исследования формируется нашими понятиями и методами. При одних экспериментальных условиях электроны предстают как волны, а при других — как частицы. Говоря словами Бора, свойство быть частицей и свойство быть волной являются взаимодополнительными. Это означает, что описание результатов эксперимента необходимо должно включать и ссылку на экспериментальные условия его проведения.
Вернер Гейзенберг (Werner Heisenberg, 1901–1976), работавший в институте Бора в 1920-х гг., обратил внимание на аналогичное важное эпистемологическое обстоятельство. На микроуровне всегда сказывается влияние условий наблюдения и измерения на исследуемый объект. В результате влияния мы не в состоянии одновременно измерять сколь угодно точно его импульс и пространственное положение (а также энергию и временной интервал). Когда мы находим точную пространственную локализацию частицы, то не можем точно определить ее импульс, а когда точно измеряем импульс, то не можем определить пространственную локализацию частицы. В этом и заключается содержательно суть так называемого соотношения неопределенностей, которое вместе с дискретными квантовыми скачками привело ряд ученых к статистической точке зрения на причинность (иногда называемую индетерминизмом). Согласно этой точке зрения, в отличие от классической физики причина в квантовой физике ищется не для каждого отдельного события, а только для некоторого их статистически значимого количества.
Точно так же, как при своем возникновении классическая физика вызвала к жизни всесторонние философские дискуссии (от эмпирицистов и рационалистов до Канта), современная физика породила интенсивные философские споры. Во многом в результате попыток осмысления квантовой и релятивистской физики возник логический позитивизм, являвшийся доминирующей школой философии науки между двумя мировыми войнами. Кроме того, многие ведущие естествоиспытатели лично занимались связанными с новой физикой философскими вопросами. Это относится к Гейзенбергу, Бору, Эйнштейну и др.
Современная физика создавалась усилиями большого сообщества исследователей из многих стран. Если кого-то из них и следует выделить, то прежде всего Эйнштейна.
Жизнь. Альберт Эйнштейн (Albert Einstein, 1879–1955) родился в еврейской семье в Германии. После пребывания в Швейцарии он стал в 1914 г. профессором и руководителем института физики кайзера Вильгельма в Берлине, где работал до 1932 г., когда уехал из Германии в связи с приходом к власти нацистов. (Он обосновался в Принстонском университете в США.) В 1905 г Эйнштейн создал так называемую специальную теорию относительности, в 1916 г. — общую теорию относительности, а в 1921 г. получил Нобелевскую премию по физике (но не за работы по теории относительности, а по квантовой механике).
Эйнштейн был пацифистом и критически относился к Германии времен первой мировой войны. Был сторонником индивидуальной свободы и мирного международного сотрудничества (Лиги Наций). Очень рано понял, что нацизм представляет главную угрозу человечеству и должен быть остановлен даже путем использования ядерного оружия. На раннем этапе второй мировой войны он пришел к выводу, что физика в состоянии создать атомное оружие, и обратился к президенту США Франклину Рузвельту (Franklin Delano Roosevelt, 1882–1945) с предложением начать разработку такого оружия. Сам Эйнштейн не участвовал в создании атомной бомбы. После войны он выступал против совершенствования и испытаний ядерного оружия и предпринимал усилия для объединения других физиков-атомщиков в борьбе против ядерного вооружения.
Эйнштейн помог основать Еврейский университет в Иерусалиме, но отказался переехать туда, а в 1952 г. отверг предложение стать президентом Израиля. Эйнштейн с его еврейским воспитанием был религиозным человеком, однако не верил в персонифицированного Бога. Для Эйнштейна божественное заключалось в законах физики (параллель со Спинозой?). На протяжении всей творческой жизни он проявлял интерес к философским аспектам физики.
Эйнштейновские теории относительности предлагают новую интерпретацию понятий пространства и времени.
Специальная теория относительности начинает с равномерного движения по прямой линии и объясняет, почему наблюдатели, которые движутся равномерно и прямолинейно относительно друг друга, придут к одним и тем же инвариантным формулировкам физических законов. Общая теория относительности начинает с ускоренного движения и описывает тяготение как свойство четырехмерного «пространства- времени».
Результаты наших измерений зависят от наших измерительных устройств. Так, если мы измеряем с помощью резиновой ленты, то результат будет зависеть от того, как сильно мы ее растянули. Но даже железный стержень несколько изменит свою длину с изменением температуры.
Эйнштейн оперировал понятиями типа «сокращение длины» и «замедление времени». Так, когда стержень измеряется наблюдателем, перемещающимся относительно стержня, то его измеренная длина будет меньше по сравнению с той, которую получит наблюдатель, находящийся в покое относительно стержня. Интервал времени между двумя событиями будет меньше, когда он измеряется наблюдателем, покоящимся относительно этих событий, чем когда измерения проводятся наблюдателем, движущимся относительно этих событий. Другими словами, при измерении из движущейся системы отсчета длина стержня оказывается короче, а интервал между событиями оказывается больше, чем в покоящейся относительно их системе! Эти следствия специальной теории относительности были экспериментально подтверждены следующим образом. Было обнаружено, что нестабильные элементарные частицы имеют большее время полураспада, когда они находятся в движении (скорость которого близка скорости света),
