Наука – это исследование естественного мира с помощью пяти чувств. Поскольку свои чувства люди используют постоянно, можно сказать, что человечество всегда находится в научном поиске. Однако профессиональные научные занятия требуют систематического подхода. В античном мире наука опиралась на некоторые эмпирические данные, но в ней преобладали дедуктивные рассуждения. Та наука, какой мы ее знаем, началась в XVII веке. Отцом научного метода является сэр Френсис Бэкон (1561–1626), который четко определил научный метод в своей книге «Новый Органон» (1620). Бэкон также ввел индуктивное мышление, которое является основой научного метода.
Первый шаг в научном методе – это четко сформулировать проблему или вопрос о том, как работает тот или иной аспект естественного мира. Некоторое предварительное исследование проблемы может привести к формированию гипотезы. Гипотеза – это обоснованное предположение об основном принципе, объясняющем феномен, который мы пытаемся истолковать. Хорошую гипотезу можно проверить. То есть гипотеза должна делать предсказания относительно определенных наблюдаемых явлений, и мы можем разработать эксперимент или провести наблюдение, чтобы проверить эти предсказания. Если мы проводим эксперимент или наблюдение и находим, что прогнозы совпадают с результатами, то говорим, что подтвердили нашу гипотезу, и у нас есть некоторая уверенность в том, что гипотеза верна. С другой стороны, если наши прогнозы не подтверждаются, мы говорим, что гипотеза опровергнута, и мы можем либо изменить гипотезу, либо разработать новую и повторить процесс проверки. После повторного тестирования с положительными результатами мы говорим, что гипотеза подтверждается, и уверены, что наша гипотеза верна.
Обратите внимание, что мы не «доказали» гипотезу, а только подтвердили ее. В этом большая разница между дедуктивным и индуктивным рассуждением. Если у нас есть истинная предпосылка, то правильно примененное дедуктивное рассуждение приведет к истинному выводу. Однако правильно примененное индуктивное рассуждение не обязательно приводит к верному выводу. Как же так получается? Наша гипотеза может быть одной из нескольких различных гипотез, которые дают одинаковые экспериментальные или наблюдательные результаты. Очень легко предположить, что наша гипотеза, если она подтвердится – это конец дела. Однако гипотеза может делать и другие прогнозы, которые будущие исследования могут не подтвердить. Если такое происходит, тогда мы должны дальше изменять гипотезу, либо же отказаться от нее, чтобы объяснить новые данные. История науки полна примеров этого процесса, и следует ожидать, что он будет продолжаться.
Эти обстоятельства ставят ученого в своеобразное положение. Мы можем с уверенностью опровергнуть ряд утверждений. При этом мы никогда не можем быть полностью уверены: то, что мы считаем истиной, есть действительно правда. Таким образом, наука – вещь очень изменчивая. История показывает, что научная «истина» со временем изменяется. Неопределенность – это причина, которая требует постоянной проверки наших идей. После многократной проверки гипотезы мы обретаем достаточную уверенность в ее правильности и, в конце концов, начинаем называть нашу гипотезу теорией. Итак, теория – это зрелая, хорошо разработанная гипотеза.
Одно время ученые присваивали авторитетным теориям титул закона. Такое использование слова «закон», вероятно, произошло из идеи, что Бог установил некоторый порядок (закон) во вселенной, и наше описание того, как действует мир, является констатацией этого факта. Но вследствие ослабления христианского понимания мира ученые отказались от слова «закон». Ученые продолжают относиться к старым идеям, таким, как закон тяготения Ньютона или законы движения, как к законам, но в течение длительного времени какие-либо новые идеи в науке никто уже не называл законами.
В 1687 году сэр Исаак Ньютон (1643–1727) опубликовал свои «Начала», в которых подробно описывалась работа, выполненная им двумя десятилетиями ранее. В «Началах» Ньютон представил свой закон всемирного тяготения и законы движения, которые лежат в основе раздела физики, известного как механика. Поскольку для представления этих идей Ньютону требовалось математическое обоснование, ученый изобрел исчисление. Его великий прорыв состоял в выдвижении гипотезы о том, что сила, удерживающая нас на Земле, является той же силой, которая заставляет Луну ежемесячно проходить по орбите вокруг Земли. Зная расстояние от Земли до Луны и орбитальный период, Ньютон использовал свои законы движения, чтобы заключить: Луна ускоряется по отношению к Земле на 1/3600 от измеренного ускорения силы тяжести на поверхности Земли. Тот факт, что мы на поверхности Земли в 60 раз ближе к центру Земли, чем Луна, позволил Ньютону разработать закон обратных квадратов для гравитации (602 = 3600).
Это единство гравитации на Земле и силы между Землей и Луной было хорошей гипотезой. Но мог ли Ньютон проверить ее? Да. Ньютон применил свои законы гравитации и движения к известным тогда планетам, вращающимся вокруг Солнца (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн), и на этом основании высказал ряд утверждений:
- Планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам с Солнцем, находящимся в одном из фокусов эллипса.
- Линия между Солнцем и планетой покрывает равные площади за равные промежутки времени.
- Квадрат орбитального периода планеты пропорционален третьей степени среднего расстояния планеты от Солнца.
Эти три утверждения известны, как три закона движения планет Кеплера, потому что немецкий математик Иоганн Кеплер (1571–1630) определил их в несколько иной форме за несколько десятилетий до Ньютона. Эти законы Кеплер нашел эмпирически, изучая данные о движении планет, полученные датским астрономом Тихо Браге (1546–1601) за период продолжительностью в 20 лет во второй половине XVI века.
Кеплер пришел к своему результату путем кропотливых проб и ошибок на протяжении более двух десятилетий, но у него не было объяснения, почему планеты ведут себя именно так. Ньютон легко показал (или предсказал), что планеты должны подчиняться закону Кеплера, как следствие его закона всемирного тяготения.
После этого последовали многие другие предсказания новой физики Ньютона. Помимо Земли, у Юпитера и Сатурна также были спутники, которые подчинялись Ньютоновской формулировке трех законов Кеплера. Хороший друг Ньютона, сэр Эдмонд Галлей (1656–1742), который частным образом финансировал публикацию «Начал», применил труд Ньютона к наблюдаемому движению комет. Он обнаружил, что кометы также подчиняются этим законам, но их орбиты гораздо более эллиптические и наклонные, чем орбиты планет. В своем исследовании Галлей заметил, что одна комета, которую он наблюдал, имела орбиту, идентичную орбите кометы, наблюдавшейся около 75 лет назад, и обе кометы имели 75-летний период вращения. Когда комета снова вернулась, Галлея уже давно не было в живых, но космическая гостья теперь носит его имя.
В 1704 году Ньютон впервые издал свой следующий основополагающий труд по физике – «Оптику». В этой книге он представил теорию о волновой природе света. Вместе взятые, его «Начала» и «Оптика» заложили фундамент известной нам физики. В течение следующих двух столетий ученые применяли физику Ньютона ко всем известным случаям, и в каждом из них предсказания теории подтверждались экспериментом и наблюдением. Например, Уильям Гершель наткнулся на планету Уран в 1781 году, и ее орбита также соответствовала трем законам Кеплера. Однако к 1840 году астрономы обнаружили небольшие расхождения между предсказанным и наблюдаемым движением Урана. Два математика независимо друг от друга выдвинули гипотезу о существовании дополнительной планеты, гравитация которой притягивает Уран. Это привело к открытию планеты Нептун в 1846 году. Эти успехи вселили в ученых огромное доверие к ньютоновской физике, и поэтому она является одной из наиболее прочно установившихся теорий в истории. Однако к концу XIX века экспериментальные результаты начали противоречить ньютоновской физике.
Квантовая механика
Ближе к концу XIX века ученые физики обратили внимание, как происходит излучение горячих объектов, одним из практических применений которого было повышение эффективности нити накала недавно изобретенной лампочки. Отметив, что при низких температурах хорошие источники излучения и его поглотители выглядят черными, исследователи назвали идеальный поглотитель и излучатель черным телом. Физики экспериментально определили, что черное тело определенной температуры излучает наибольшее количество энергии на определенной частоте, и что количество энергии, которое оно излучает, уменьшается до нуля на более высоких и низких частотах. Попытки объяснить такое поведение с помощью классической, или ньютоновской физики очень хорошо работали для большинства частот, но с треском провалились на более высоких частотах. Фактически, на очень высоких частотах классическая физика требовала, чтобы излучаемая энергия возрастала до бесконечности.
В 1901 году немецкий физик Макс Планк (1858–1947) предложил решение этого вопроса. Он предположил, что энергия, излучаемая черным телом, не была именно волнами, как говорил Ньютон, но вместо этого переносилась крошечными частицами (позже названными фотонами). Энергия каждого фотона была пропорциональна его частоте. Это было радикальным отходом от классической физики. Но эта новая теория точно объяснила спектры черных тел.
В 1905 году физик немецкого происхождения Альберт Эйнштейн (1879–1955) использовал теорию Планка для объяснения фотоэлектрического эффекта. Что такое фотоэлектрический эффект? Несколькими годами ранее физики обнаружили, что когда свет падает на металл, к которому приложен электрический потенциал, то испускаются электроны. Попытки объяснить детали этого явления с помощью классической физики потерпели неудачу, но применение Эйнштейном теории Планка дало очень хорошее объяснение.
С классической физикой возникли также и другие проблемы. Физики обнаружили, что возбужденный газ в газоразрядной трубке излучает энергию на определенных дискретных длинах волн или частотах. Точные длины волн излучения зависели от состава газа, при этом самый простой спектр имел газообразный водород. Несколько физиков исследовали эту проблему, а шведский ученый Йоханнес Ридберг (1854–1919) предложил в 1888 году наиболее общее описание спектра водорода. Однако Ридберг не дал физического объяснения. Спектральное поведение газообразного водорода получило физическое объяснение в 1913 году, когда датский физик Нильс Бор (1885–1962) опубликовал свою модель атома водорода.
В модели Бора электрон вращается вокруг протона только на определенных дискретных расстояниях от протона, тогда как в классической физике электрон может вращаться на любом расстоянии от протона. В классической физике электрон должен постоянно испускать излучение во время вращения, но в модели Бора электрон излучает энергию только тогда, когда он перескакивает с одной возможной орбиты на другую. Убедительное объяснение, которое дал Бор поведению атома водорода, позволило ученым предположить, что оно должно работать и для других атомов. Атом водорода очень простой: он состоит всего из двух частиц, протона и электрона. Другие атомы имеют возрастающее число частиц (больше электронов, вращающихся вокруг ядра, которое содержит больше протонов, так же как и нейтронов), что значительно усложняет объяснение, но модель Бора работала и для них. Модель Бора – это, по сути, та модель, которую большинство из нас изучали в школе.
Модель Бора очевидно была успешной. В то же время, создавалось впечатление, что она некоторые новые принципы буквально извлекает из воздуха, и они противоречат принципам классической физики. Физики начали искать набор основных объединяющих принципов, чтобы объяснить аспекты нового направления в физике. Основа этой новой физики состоит в том, что в очень малых системах, например в атомах, энергия может существовать только в определенных небольших дискретных количествах с промежутками между соседними значениями. Это радикально отличается от классической физики, где энергия может принимать любые значения. Мы говорим, что энергия «квантуется», потому что она может иметь только определенные дискретные значения, или кванты. Математическая теория, объясняющая энергии малых систем, называется квантовой физикой.
Квантовая механика – очень успешная теория. Начиная с момента появления в 1920-х годах, физики используют ее для правильного предсказания поведения и характеристик элементарных частиц, ядер атомов и молекул. Многие аспекты современной электроники лучше всего понятны с точки зрения квантовой механики. Физики разработали множество деталей этой теории и ее применений, а также, основываясь на ней, построили другие теории.
Квантовая механика – весьма успешная теория. Однако некоторые люди ее не принимают. Почему? Есть несколько причин. Одна из причин заключается в том, что постулаты квантовой механики кажутся неправильными. Они идут вразрез с нашим привычным пониманием того, как устроен физический мир. Однако проблема в том, что маленькие частицы, такие как электроны, не ведут себя подобно обычным предметам. Люди изобрели квантовую механику для объяснения таких мелких вещей, как электроны, потому, что обыденное понимание мира не может объяснить их. Своеобразие квантовой механики исчезает тогда, когда мы применяем ее к более крупным системам. По мере того, как мы увеличиваем размер и объем малых систем, мы обнаруживаем, что странности квантовой механики имеют тенденцию размываться и приобретать свойства, более похожие на наше здравое восприятие. То есть, своеобразие квантовой механики исчезает в более крупных, макроскопических системах.
Другая проблема, с которой сталкиваются люди касательно квантовой механики – это определенные интерпретации, применяемые к квантовой механике. Например, одним из важных постулатов является волновое уравнение Шредингера. Когда мы применяем уравнение Шредингера к такой частице, как электрон, то получаем описание частицы математической волной. Что означает эта волна? С самого начала физики поняли, что волна представляет собой распределение вероятностей. Там, где волна имела большое значение, вероятность нахождения частицы в этом месте была большой, а там, где значение волны было низкое – была низкой и вероятность нахождения там частицы. Это странно. Ньютоновская физика привела к детерминизму – абсолютному знанию того, где находилась частица в конкретный момент времени, с учетом сил и другой задействованной информации. Тем не менее, функция вероятности точно предсказывает поведение мелких частиц, таких как электроны. Даже Альберту Эйнштейну, ранние работы которого во многом повлияли на квантовую механику, никогда не нравилась эта вероятность. Однажды он произнес знаменитую фразу: «Бог не играет в кости со вселенной». Эрвин Шредингер (1887–1961), сформулировавший свое известное уравнение, в 1926 году заявил: «Если мы собираемся придерживаться этого … квантового прыжка, то я сожалею, что имел отношение к квантовой теории».
Обратите внимание, что с помощью распределения вероятностей мы не можем точно знать, где находится частица. Об этом свидетельствует принцип неопределенности Гейзенберга (названный в честь Вернера Гейзенберга, 1901–1976). Мы объясняем это тем, что признаем: такие частицы, как электроны, имеют и волновую природу, так же как и природу частиц. В этом отношении мы также считаем, что волны (такие как свет и звук) также имеют природу частиц. Этот дуализм волна-частица немного странен для нас, потому что мы не ощущаем его в повседневном опыте, но он подтверждается многочисленными экспериментальными результатами.
Для примера рассмотрим эксперимент с двойной щелью. Если мы направим волну к препятствию с двумя прорезями в нем, волна пройдет через обе прорези и создаст характерную интерференционную картину за прорезями. Так происходит потому, что волна проходит через обе щели. Если мы направим к аналогичному устройству большое количество электронов, они тоже создадут интерференционную картину за щелями. Это позволяет предположить, что электроны (или их волновые функции) прошли через обе щели. Однако, если мы будем направлять по одному электрону к щелям и наблюдать за выходом каждого электрона за щелями, то обнаружим, что каждый электрон выйдет либо через одну щель, либо через другую, но не через обе. Как это возможно? Это действительно вызывает недоумение. Наиболее распространенное решение этого вопроса – копенгагенская интерпретация, названная в честь города, в котором она была разработана. Эта интерпретация утверждает, что отдельный электрон не проходит ни через одну из щелей, а вместо этого существует в некотором метастабильном состоянии между двумя состояниями, пока мы не наблюдаем (детектируем) электроны. В точке наблюдения происходит коллапс волнового уравнения, позволяющий электрону принимать то либо иное состояние. Конечно, это странно, но большинство альтернативных объяснений еще более странны, поэтому вы можете представить, почему некоторые люди могут иметь проблемы с квантовой механикой.
Существует ли выход из этой дилеммы? Да. Зачем нам нужна интерпретация квантовой механики? Никто не требовал подобной интерпретации ньютоновской физики. Никто не спрашивал: «Что это значит?». В ней нет другого значения, кроме того факта, что ньютоновская физика хорошо описывает то, что мы видим в макроскопическом мире. То же самое должно быть верно и для квантовой механики. Она хорошо описывает микроскопический мир. В то время, как классическая физика ввела детерминизм, квантовая механика ввела индетерминизм. Этот индетерминизм является фундаментальным в том смысле, что неопределенность в результате будет присутствовать даже в том случае, если мы будем иметь полное знание о соответствующих входных параметрах. Ньютоновский детерминизм хорошо согласуется с концепцией верховной власти Бога, но фундаментальная неопределенность квантовой механики выглядит так, будто лишает Бога этого атрибута. Тем не менее, это предполагает, что квантовая механика является завершенной теорией. Есть ограничения на применение квантовой механики, например, отсутствие теории квантовой гравитации. Если история науки хоть чему-то учит, то можно ожидать, что квантовая механика однажды будет заменена какой-нибудь другой теорией. Эта другая теория, вероятно, будет включать квантовую механику как частный случай лучшей теории, и, возможно, прояснит неопределенности.
Отдельно следует упомянуть, что детерминизм, вытекающий из ньютоновской физики, также приводит к неприятному для многих христиан выводу. Если детерминизм истинен, то все будущие события предопределены начальными условиями вселенной. Подобно тому, как копенгагенская интерпретация квантовой механики подводит к тому, что даже Бог не может знать результат эксперимента, многие исследователи, применяющие детерминизм, пришли к выводу, что Бог не может изменить результат эксперимента. То есть, получается, что Бог связан физикой, управляющей вселенной. Это суждение напрямую ведет к деизму. Сегодня большинство ученых, которые отвергают квантовую механику, отказываются принять эту крайнюю интерпретацию ньютоновской физики. Они должны признать, что точно так же, как детерминизм – это искажение ньютоновской физики, копенгагенская интерпретация является искажением квантовой механики.
Важно помнить, что так же, как классическая механика хорошо описывает макроскопический мир, квантовая механика хорошо описывает мир микроскопический. Нам не следует ожидать от теории чего-то большего. Следовательно, у большинства физиков, которые верят в библейское объяснение сотворения мира, нет проблем с квантовой механикой.
Относительность
Есть две теории относительности – специальная и общая. Сначала кратко опишем специальную теорию относительности. Галилей (1564–1642) еще до Ньютона проводил эксперименты с движущимися телами. Он понял, что если мы движемся к движущемуся объекту или от него, относительная скорость, которую мы измеряем для этого объекта, зависит и от движения этого объекта, и от нашего движения. Эта теория относительности Галилея является частью механики Ньютона. То же самое верно и для скорости волн. Например, если мы плывем в лодке, движущейся по воде с волнами, то скорость волн, которую мы измеряем, будет зависеть от нашего движения, а также – от движения волн. В 1881 году Альберт А. Майкельсон (1852–1931) провел знаменитый опыт, который он уточнил и повторил в 1887 году с Эдвардом В. Морли (1838–1923). В ходе этого опыта ученые измерили скорость света параллельно и перпендикулярно нашему годовому движению вокруг Солнца. К большому удивлению исследователи обнаружили, что скорость света была одинаковой – независимо от направления, в котором ее измеряли. Этот нулевой результат озадачил физиков, поскольку, напрашивался вывод, что Земля не вращается вокруг Солнца, в то время как другие доказательства говорили о об обратном.
В 1905 году Альберт Эйнштейн принял неизменность скорости света как постулат и разработал его следствия. Он сделал три предсказания относительно объекта, когда его скорость приближается к скорости света:
1. Длина объекта по мере его движения будет сокращаться, стремясь к нулю.
2. Масса объекта будет стремиться к бесконечности.
3. Течение времени, измеренное объектом, будет приближаться к нулю.
Такое поведение странно и не соответствует тому, чего мы можем ожидать на основании нашего повседневного опыта. Однако не забывайте, что в повседневном опыте мы не сталкиваемся с объектами, движущимися со скоростью, близкой к скорости света.
В конце концов, эти предсказания подтвердились экспериментально. Например, ускорители частиц разгоняют мелкие частицы до очень высоких скоростей. Мы можем измерить массы частиц по мере их ускорения, и они увеличиваются в соответствии с предсказаниями теории. В других экспериментах очень быстро движущиеся и короткоживущие частицы существуют дольше, чем тогда, когда они движутся очень медленно. Скорость замедления времени согласуется с предсказаниями теории. Произвести прямую проверку сокращения длины несколько сложнее, но мы ее тоже проверили.
Относительность подтверждена
Специальная теория относительности Эйнштейна применима к частицам, движущимся с постоянной скоростью, но не касается вопроса их ускорения. Эйнштейн обратился к этой проблеме в своей общей теории в 1916 году, но он также рассматривал ускорение в связи с гравитацией. В общей теории относительности пространство и время – это физические понятия, которые имеют структуру, в некотором роде похожую на ткань. Эйнштейн рассматривал время, как четвертое измерение в дополнение к трем измерениям пространства. Мы иногда называем эту четырехмерную сущность пространством-временем, или просто – пространством. Присутствие большого количества вещества или энергии (Эйнштейн ранее показал их эквивалентность) изменяет пространство. Математически изменение пространства похоже на искривление, поэтому мы говорим, что материя или энергия искривляют пространство. Кривизна пространства сообщает о присутствии материи и энергии другой материи и энергии, и это дает более глубокий ответ на вопрос гравитации.
Ньютон выдвинул гипотезу о том, что гравитация действует в пустом пространстве, но его теория вообще не могла объяснить, как информация о массе объекта и расстоянии передается через пространство. В общей теории относительности объект должен в пространстве-времени двигаться по прямой, но искривление пространства-времени, вызванное близлежащей массой, приводит к тому, что это прямолинейное движение выглядит для нас, как ускорение.
Новая теория Эйнштейна сделала несколько предсказаний. Первая возможность проверить теорию появилась во время полного солнечного затмения в 1919 году. Астрономы смогли сфотографировать звезды по краю Солнца. Свет от этих звезд должен был пройти очень близко к Солнцу, чтобы достигнуть Земли. Когда свет звезд проходил рядом с Солнцем, оно притягивало свет через искривление пространства-времени. Это привело к тому, что звезды казались дальше от Солнца, чем они должны были быть. Ньютоновская гравитация также предсказывает отклонение звездного света к Солнцу, но отклонение меньшее, чем в общей теории относительности. Наблюдаемая величина отклонения соответствовала предсказаниям общей теории относительности. С 1919 года астрономы многократно повторяли эксперимент с постоянно улучшающейся точностью.
В течение многих лет радиоастрономы с большой точностью измеряли местоположение удаленных источников излучения по мере прохождения Солнца, и эти результаты прекрасно согласуются с предсказаниями. Еще одним ранним подтверждением было объяснение небольшой аномалии на орбите планеты Меркурий, которую ньютоновская гравитация не могла объяснить. Многие другие эксперименты неоднократно подтверждали общую теорию относительности. Некоторые сегодняшние эксперименты позволяют проверить даже незначительные вариации теории Эйнштейна.
В применении ко всей Вселенной общая теория относительности предсказывает, что Вселенная либо расширяется, либо сжимается. Это вопрос наблюдения, чтобы определить, что же она делает на самом деле. В 1928 году Эдвин Хаббл (1889–1953) показал, что Вселенная расширяется. Большинство людей сегодня считают, что расширение началось с большого взрыва, предполагаемого внезапного появления Вселенной 13,7 миллиарда лет назад. Однако существует много и других возможностей. Например, физик-креационист Рассел Хамфрис предложил свою космологию белых дыр, предположив, что общая теория относительности является правильной теорией гравитации (см. его книгу «Звездный свет и время»1). Интересно отметить, что расширение вселенной согласуется с некоторыми отрывками из Ветхого Завета (например, Псалом 103:2), в которых упоминается простирание небес.
Почему же, при наличии такого множества доказательств в поддержку общей теории относительности Эйнштейна, некоторые креационисты выступают против этой теории? Причин как минимум три. Одна из них заключается в том, что, как и в случае с квантовой механикой, современная теория относительности, похоже, нарушает определенные общепринятые представления о том, как устроен мир. Например, в повседневной жизни мы не видим изменений массы и того, чтобы время казалось замедленным. На самом деле, общая теория относительности заставляет нас отказаться от концепции одновременности времени. Одновременность означает, что время движется с одинаковой скоростью для всех наблюдателей, независимо от того, где они находятся. Как мы уже утверждали раньше, в специальной теории относительности время замедляется с увеличением скорости. Однако, согласно общей теории относительности, скорость, с которой идет время, зависит не только от скорости, но и от положения объекта в гравитационном поле. Чем глубже его нахождение в гравитационном поле, тем медленнее течет время. Например, часы на уровне моря будут регистрировать течение времени медленнее, чем часы в Денвере на высоте одной мили над уровнем моря. Все согласятся, что это странно. Однако расхождение между часами в этих двух местностях настолько незначительно, что не проявляется на большинстве часов, за исключением наиболее точных атомных часов. Подобные вещи измерялись несколько раз, и расхождения между используемыми часами всегда именно такие, как предсказывает теория. Таким образом, наше восприятие говорит, что время течет равномерно повсюду. Однако реальность такова, что течение времени действительно зависит от местоположения кого-то, но различия в ситуациях, встречающихся на земле, настолько малы, что мы неспособны их воспринимать. То есть, предсказания общей теории относительности на Земле согласуются с нашей способностью воспринимать время. Однако за пределами Земли существуют такие условия, в которых потеря одновременности была бы очень очевидной, если бы мы могли в них оказаться.
Вторая причина, по которой некоторые креационисты выступают против современной теории относительности – это незаконное обвинение современной теории относительности в поддержке морального релятивизма. К сожалению, современная теория относительности возникла как раз в то время, когда приобрел большую популярность нравственный релятивизм. Его приверженцы заявляют, что «все взгляды равны», и они очень поспешили воспользоваться успехом теории относительности для поддержки своих идей. У этого незаконного присвоения есть как минимум две проблемы. Во-первых, нельзя выводить, что принцип, работающий в мире природы, автоматически поддерживается в мире нравственности. Физический мир материален, в то время как мир нравственности нематериален. Во-вторых, моральные релятивисты либо не понимали теории относительности, либо преднамеренно злоупотребляли ею. Несмотря на распространенное заблуждение, современная теория относительности не говорит нам, что все относительно. В современной теории относительности есть абсолюты. Скорость света постоянна. Хотя течение времени может быть разным, общая теория относительности предоставляет абсолютный способ сравнить течение времени в двух системах отсчета. Современная теория относительности никоим образом не поддерживает моральный релятивизм.
Третья причина, по которой некоторые креационисты отвергают современную теорию относительности, состоит в том, что они думают, что общая теория относительности неизбежно ведет к модели большого взрыва. Однако модель большого взрыва – лишь один из возможных сценариев происхождения Вселенной; есть и много других возможностей. Мы уже упоминали космологию белых дыр Расса Хамфриса, также существуют и другие модели сотворения, основанные на общей теории относительности. Верно – если общая теория относительности неверна, то модель большого взрыва окажется в затруднительном положении. Однако, если общая теория относительности верна, то поспешное старание опровергнуть предположение о большом взрыве обречет нас никогда не найти правильную космологию.
Теория струн
Вскоре после появления квантовой механики в 1920-х годах началось развитие науки физики элементарных частиц. Сначала было известно всего несколько частиц: электрон, протон и нейтрон. Все эти частицы имели массу, и на то время считались основными строительными блоками материи. Квантовая механика ввела понятие того, что материальные частицы могут быть описаны, как волны, и наоборот, волны могут быть описаны, как частицы. Это привело к концепции частиц, не имеющих массы, таких, как фотоны – частицы, составляющие свет. В конце концов, физики увидели потребность в других частицах, таких как нейтрино и античастицы. Затем были получены доказательства существования этих странных частиц. Экспериментальные результаты свидетельствовали о существовании других частиц, таких как мезон, мюон и тау-частицы, а также их античастиц. Многие из этих частиц были очень короткоживущими но, тем не менее, они были частицами.
Физики начали видеть закономерности в растущем «зоопарке» частиц. Они могли группировать частицы по определенным свойствам. Например, элементарные частицы обладают угловым моментом – свойством, которое обычно связывают с вращающимися объектами, поэтому физики говорят, что элементарные частицы имеют «спин». Представление элементарных частиц в виде маленьких вращающихся сфер полезно, но современные теории считают это несколько наивным. Спин бывает квантовым. Некоторые частицы имеют полные целые значения квантового спина. То есть, они имеют целые числа, кратные (0, ±1, ±2 и т. д.) базовой единицы спина. Физики называют эти частицы бозонами. Другие частицы имеют полуцелые (±1/2, ±3/2, и т. д.) значения спина, и их называют фермионами. Бозоны и фермионы обладают очень разными свойствами. Физики также заметили, что элементарные частицы, как правило, имеют определенные математические отношения друг с другом. В конечном итоге физики начали использовать теорию групп, концепцию абстрактной алгебры, для классификации и изучения элементарных частиц.
К 1960-м годам ученые начали подозревать, что многие элементарные частицы, такие как протоны и нейтроны, в конце концов, не так уж элементарны, но состоят из еще более элементарных частиц. Они получили название кварки в честь загадочного слова из стихотворения Джеймса Джойса. Согласно теории, существует шесть типов кварков. Многие частицы, такие как протоны и нейтроны, состоят из комбинации трех кварков. Различные комбинации кварков создают различные частицы. Некоторые из этих комбинаций кварков должны производить частицы, которых еще никто не видел, поэтому эти комбинации привели к предсказаниям новых частиц. Физики, работающие с частицами, смогли создать эти частицы в ходе экспериментов на ускорителях частиц, поэтому успешный поиск этих предсказанных частиц стал подтверждением основной теории. Таким образом, теория кварков в настоящее время хорошо обоснована.
В последние годы физики, изучающие элементарные частицы, аналогичным образом разработали теорию струн. Было замечено, что определенные закономерности среди элементарных частиц можно легко объяснить, если частицы ведут себя как крошечные вибрирующие струны. Эти струны требуют существования, по меньшей мере, шести дополнительных измерений пространства. Мы уже знаем, что у Вселенной есть три нормальных пространственных измерения, а также измерение времени, поэтому эти дополнительные шесть измерений доводят общее количество измерений до десяти. Причина, по которой мы обычно не видим другие шесть измерений, заключается в том, что они плотно свернуты и спрятаны внутри самих частиц. При чрезвычайно высоких энергиях эти дополнительные измерения должны проявиться. Как поведут себя «струны», когда исследователи разгонят элементарные частицы до чрезвычайно высоких энергий? Современные ускорители недостаточно мощны. По мере того, как теоретики уточняют свои построения, а инженеры строят новые, более мощные ускорители, ученые ожидают, что однажды мы сможем проверить, верна ли теория струн. На данный момент экспериментальных доказательств теории струн еще нет.
В настоящее время большинство физиков считают теорию струн очень многообещающей идеей. Но дело еще в том, что теория струн – это не единственная теория, а скорее, широкий ряд возможных теорий. Как только мы подтвердим теорию струн, мы сможем указать, какая ее версия правильно описывает наш мир. Если она верна, то теория струн сможет привести к новым технологиям. Более того, правильное представление об элементарных частицах важно во многих космологических моделях, таких как большой взрыв. Это связано с тем, что в модели большого взрыва ранняя Вселенная была достаточно горячей, чтобы выявить эффекты теории струн.
Заключение
Современная физика является продуктом XX века и опирается на два столпа: квантовую механику и общую теорию относительности. Обе теории имеют огромную экспериментальную поддержку. Христианам не следует относиться к этим теориям с таким большим подозрением. Это правда, что некоторые люди незаконно использовали и извращали эти теории, чтобы поддержать небиблейские принципы, но ведь были в истории нечестивые люди, которые искажали даже Писание для поддержки небиблейских идей. Мы должны признать, что современная физика – очень надежная и мощная теория, которая объясняет многое. В то же время, теория в некоторых отношениях очень неполная. Со временем нам следует ожидать появления новых теорий, которые лучше объяснят мир, чем эти теории. Вместе с тем, мы знаем, что Слово Божье не меняется.
Теория струн возникла в XXI веке как следующая великая идея физики. Время покажет, оправдает ли теория струн наши ожидания. Какой должна быть реакция христиан на это? Мы должны проявлять бдительность, чтобы противостоять небиблейским влияниям, которые могли проникнуть в современное мышление, особенно в интерпретацию теории струн (как и во всю современную физику). Однако, нужно быть осторожным, чтобы с водой не выплеснуть и ребенка. То есть, можем ли мы отвергнуть антихристианское мышление, которое многие внесли в этот вопрос? Конечно же, да. Как и в случае с вопросом о происхождении Вселенной, мы должны стремиться интерпретировать эти вещи руководствуясь Библией. Адекватно ли описывают мир новые теории? Можем ли мы увидеть руку Творца в нашей новой физике? Можем ли мы найти в наших занятиях смысл, который прославляет Бога? Если мы можем дать утвердительный ответ на каждый из этих вопросов, то эти новые теории не должны представлять собой для христиан проблему.
Примечания1 D. Russell Humhreys, Starlight and Time (Green Forest, AR: Master Books, 1994).
Фолкнер Дэнни
Д-р Фолкнер получил степень магистра физики в Университете Клемсона, степень магистра и доктора философии (астрономия) в Университете Индианы, и более 26 лет преподавал в Университете Южной Каролины в Ланкастере. Он — редактор журнала Creation Research Society Quarterly, опубликовал в различных журналах более 100 своих работ.
Do Creationists Believe in «Weird” Physics like Relativity, Quantum Mechanics, and String Theory? by Dr. Danny R. Faulkner
https://answersingenesis.org/physics/do-creationists-believe-in-weird-physics/
Перевод с английского – Христианский научно-апологетический центр.
Danny R. Faulkner
Dr. Faulkner holds an MS in Physics from Clemson University and an MA and PhD in Astronomy from Indiana University and taught at the University of South Carolina Lancaster for over 26 years. He serves as editor of the Creation Research Society Quarterly and has published over 100 papers in various journals.
Copyright © Answers in Genesis. All Rights Reserved. Translated and used by permission of Answers in Genesis. (Answers® and Answers in Genesis® are registered trademarks of Answers in Genesis, Inc.) For more information regarding Answers in Genesis, go to www.AnswersinGenesis.org, www.CreationMuseum.org and www.ArkEncounter.com.