Эпилог: кошмар детерминизма

При описании классической механики мы уже несколько раз сталкивались с тем, что образ мыслей физиков отражает дух того времени, в котором они жили. То, что их идеи, в свою очередь, влияют на дух времени, может показаться удивительным, поскольку физика обычно рассматривается как абстрактная по своей сути наука, ограниченная областью изучения природы. Но благодаря философии, физическая мысль действительно, время от времени, проникает в общий интеллектуальный мейнстрим[31]. Будет уместно завершить обзор истории классической механики некоторыми замечаниями об её воздействии на общественную мысль.

Захватывающий взлет физики в течении двух столетий, предшествовавших Викторианской эпохе, вызывал в широких кругах думающей общественности (интеллигенции) всё возрастающее доверие к её возможностям. Казалось, что физическая теория вполне заслуженно претендует на универсальность. Провозглашаемый классической физикой "взгляд на Мир" (физическая Картина Мира) предполагает, что все, что случается во Вселенной, является не более чем проявлением движения и взаимодействия атомов, составляющих материю. Движением и взаимодействиематомов управляют полностью детерминистические[32] законы. Французский математик Лаплас[33] полагал, что если бы существовала возможность в некоторый момент времени зафиксировать положение каждого атома во Вселенной, и узнать его скорость, то и в будущем и в прошлом не было бы тайн[34]. Иными словами: вся История, вплоть до мельчайших деталей, была предопределена в тот момент, когда Вселенная была приведена её Творцом в движение. Возвышение и падение империй, неудачи давно забытых любовных историй и интрижек — всё это не более, чем результат неотвратимой работы законов физики. Вселенная — это гигантский часовой механизм!

Где же тогда место для Свободной Воличеловека, для Добраи Зла, для Спасения и Проклятия, для Любви и Ненависти, если самый пустяковый поступок человека был предопределен 10 миллиардов лет назад? Этот вопрос давал мыслителям девятнадцатого столетия, занимавшихся проблемами этики, обильную пищу для размышлений. По общему признанию, было непостижимо, как можно реально достичь того “всеведения”, о котором рассуждал Лаплас. Но сам факт, что это было в принципе возможно, рассматривался материалистически ориентированными философами как подлинный кошмар.

Далее мы увидим, что современная физика, по крайней мере частично, решила эту дилемму, введя элемент случайности в само сердце “адского часового механизма”, и сделав в самой основе современной физической теории различие между тем, что может быть известно в принципе и тем, что фактическиизвестно, то есть определено посредством наблюдений. Мы ещё вернемся к обсуждению этого в контексте квантовой механики.

Но даже те мыслители, которых особо не беспокоил общепризнанный кошмар механического детерминизма, почувствовали на себе воздействие физической мысли. Действительно, впервые все детали огромного массива природных явлений были поняты с помощью удивительно небольшого количества базовых принципов. Классическая физика надолго стала образцом того, каким должно быть человеческое знание. Многие из социальных мыслителей девятнадцатого столетия пытались имитировать универсальность и точность физической теории. Они тоже искали самые общие (базовые) законы для того, чтобы объяснить с их помощью историю и человеческое поведение. Загляните, например, в труды Карла Маркса[35]. Рассмотрите также усилия Фрейда[36] объяснить такие аспекты общества как религия и мифология в терминах его картины человеческого разума.

Такой социальный детерминизм нашел яркое отражение в тактике знаменитого адвоката Кларенса Дэрроу[37]. Защищая клиентов, заведомо виновных в совершении тяжких преступлений, Дэрроу нередко призывал Суд рассматривать своих подзащитных, как пленников своей собственной наследственности, помещенных к тому же в среду, которую они не сами для себя выбрали. При таких обстоятельствах, вытекающих из цепи причин, уходящих в незапамятные времена, – обычно продолжал Дэрроу,— что может означать "ответственность за свои действия?" И, вообще, как общество, само и создавшее эту ситуацию, может допускать наказание человека за его действия в сложившейся ситуации, если он столь же бессилен изменить свою судьбу, как стрелки часов бессильны отказаться поворачиваться?

Но, как мы вскоре увидим, двадцатое столетие преподало физикам урок: при переходе в исследовании природы с одного уровня окружающей нас действительности к другому законы и понятия сами должны меняться. Хотя законы, описывающие свойства и поведение атомов, могут служить (по крайней мере, в принципе), основой для описания поведения больших (макроскопических) объектов, практически это будет неудобно, а подчас и невозможно. На основе этого урока физик наверняка сообразит, что, даже если бы психология, например,стала когда-нибудь совершенно точнойнаукой, то это имело бы небольшую ценность для понимания общества. Большинство проблем человеческого знания должно решаться на их собственном, "естественном" уровне. Смотреть на "более глубокий" уровень проблемы может быть поучительно само по себе, но редко помогает решить ту проблему, ради которой начиналось само исследование.

Глава 7. Волны

Здесь мы, наконец, оставим изучение механики и посвятим краткую паузу волновому движению. Можно резонно предположить, что раз используется слово движение, то и основным предметом этой главы будет по-прежнему механика. Однако волна – это очень специфическое понятие, которое появляется в физике во многих обличиях. Особенно это относится к физике двадцатого столетия, знакомству с которой будет посвящена оставшаяся часть этой книги. Понимание основ волнового языка, то есть языка, на котором описываются волновые процессы, является абсолютно необходимым для дальнейшего чтения.

Распространение волн — это не механическое явление. В первую очередь из-за того, что волна — это не материальный объект, а форма существования материи. Волне нельзя приписать какую- либо массу, а понятие ускорение абсолютно бесполезно для того, чтобы иметь дело с волнами. Волновое движение принципиально отличается от тех движений среды, в которой волна перемещается. Более того, существуют волны, распространение которых происходит вообще без какого-либо движения частиц среды (электромагнитные волны). Любая волна, независимо от ее физической природы, подчиняется своим собственным, волновым, законам.

Итак, что же такое волна? Это – особое локальное состояние среды, картина, (pattern[38]), которая перемещается в пространстве, модель иформа этого движения. Это может быть и локальная деформация материального объекта – так, как это происходит в случае удара по натянутой струне музыкального инструмента, или же при создании возмущения на поверхности воды. Волна может быть и состоянием поля, как это бывает в случае световых и радиоволн. Конечно же, приведенные примеры не исчерпывают список всех волновых явлений.

Одиночная волна*

Эту главу мы начнем с рассмотрения волн в их самом простом проявлении — с перемещения локального возмущения, или “волнового импульса”, по одномерному объекту, подобному струне музыкального инструмента. Потом мы перейдем к непрерывным, периодическим волнам, а затем и к волнам в пространстве двух (2d-) и трех (3d-) измерений, выстраивая тем самым объяснение эксперимента, который демонстрирует волновую природу света.

Нет никакого смысла двигаться дальше, не приводя конкретных примеров. Мы начнем с самого простого — с рассмотрения одиночноговолнового импульса. Самый наглядный способ представить его возникновение — это вообразить короткий и резкий удар (или “щипок”) по туго натянутой струне. До удара струна образует прямую линию. Если внешнее воздействие искажает форму струны, то возникающие в струне напряжения будут стремиться вернуть струне первоначальную форму (см. рис. 7-1).

Применим третий закон Ньютона: если та часть струны, которая оказалась справа (по рис. 7-1) от места удара, “тянет” образовавшуюся на струне выпуклость вниз, то с той же силой, эта выпуклость тянет правую часть струны вверх! Этот процесс продолжается постоянно и, в результате, к тому времени, когда первоначальный след от удара исчезнет, справа[39] от него на струне возникнет движущаяся вправо выпуклость (“след” от удара,возмущение). Отметим, что движется именно волновой импульс (“след” от удара), а не сама струна. Элементы (частицы) струны лишь на время прохождения импульса смещаются в направлении перпендикулярном его движению, а после прохождения волны возвращаются обратно на свои места, вновь образуя прямую линию.