Тайны пространства и времени

До того Вселенная представлялась стационарной, то есть считалось, что она изменяется с течением времени плавно и постепенно. Однако в дальнейшем был обнаружен целый ряд «нестационарных» космических объектов, в которых за короткие, по астрономическим масштабам, промежутки времени происходили качественные изменения, сопровождающиеся выделением колоссальных количеств энергии. К числу подобных объектов относились, например, квазары (о которых подробнее мы поговорим позже), а также некоторые галактики. Вообще выяснилось, что нестационарные явления происходят буквально на всех уровнях существования материи во Вселенной. У астрофизиков даже вошел в обиход термин «взрывающаяся Вселенная».

Известный астрофизик академик В.А. Амбарцумян предположил, что их природа связана с какими-то еще неизвестными нам физическими процессами и еще не открытыми современной наукой законами физики.

В результате сложилось отчетливое представление о том, что Вселенная – это грандиозная физическая лаборатория, в которой мы можем наблюдать такие явления, которые не можем воспроизвести и исследовать в земных лабораториях.

Как и другие революции в науке, революция в современной астрономии связана не только с обнаружением новых, неизвестных ранее фактов, но и с рядом новых методологических проблем. В частности, сложились два принципиально противоположных подхода к пониманию сущности эволюционных процессов, протекающих во Вселенной.

Один из них получил название «классического». Его сторонники считают, что звезды и галактики образуются в результате конденсации холодного газа. Согласно концепции, разработанной В.А. Амбарцумяном и учеными Бюраканской обсерватории, расположенной под Ереваном, звезды и галактики образуются в результате распада – быть может, взрывного распада, очень плотных «дозвездных тел».

Расходятся последователи упомянутых концепций и в способах исследования. «Классики» придерживаются метода построения теоретических моделей. Любое предположение они стараются облечь в математическую форму и с помощью введения вспомогательных «подгоночных» параметров получить желаемый результат – согласовать модель с фактами.

Академик же Амбарцумян считал, что к построению математической теории можно приступать только при наличии достаточного количества фактов.

Постнеклассическая наука

Как мы уже отмечали, основу неклассической науки составили такие фундаментальные физические теории как специальная и общая теории относительности и квантовая механика. Неклассическая наука определяла характер естествознания вплоть до 70-х годов XX столетия. Но затем, в результате использования в естествознании компьютерных технологий, подход к изучению тех или иных проблем изменился. Если раньше исследование природы развивалось по отдельным, в значительной мере обособленным направлениям, то для современного естествознания стал характерным комплексный подход к исследованию различных, часто разнородных, на первый взгляд, явлений.

Еще Эйнштейн пытался создать единую теорию, которая объединила бы электромагнитные явления и гравитацию. Однако ему не были тогда известны сильные (ядерные) и слабые (с участием нейтрино) взаимодействия. К тому же он принципиально отвергал квантовую механику. Поэтому в то время его попытки к успеху не привели.

Однако в истории науки нередко складываются парадоксальные ситуации. К их числу можно отнести и создание квантовой теории поля, которая представляет собой синтез отвергавшейся Эйнштейном квантовой механики и разработанной тем же Эйнштейном специальной теории относительности. В свою очередь, на основе этой теории была построена квантовая электродинамика, описывающая взаимодействие между электронами и фотонами и с очень большой степенью точности подтвержденная многочисленными экспериментами. Оказалось, что электромагнитные взаимодействия заряженных частиц обусловлены тем, что эти частицы обмениваются фотонами.

Затем аналогичная теория была создана и для сильных взаимодействий – квантовая хромодинамика. В основе этой теории лежит представление о том, что составные части атомных ядер – нуклоны состоят из особых элементарных частиц, обладающих дробными электрическими зарядами – кварков. В настоящее время считается, что в природе существуют кварки нескольких различных типов или «ароматов», и для каждого кварка имеется соответствующий антикварк. Что же касается взаимодействия кварков в нуклонах, то квантовая хромодинамика объясняет его обменом особыми безмассовыми частицами – глюонами.

Развитие квантовой хромодинамики позволило значительно расширить существовавшие ранее представления о глубинных свойствах материи и приступить к созданию единой теории, объединяющей все известные элементарные частицы. Суть ее состоит в том, что основные физические взаимодействия – слабое, электромагнитное, сильное и гравитационное – проявляются как разные только при сравнительно небольших энергиях, а при достаточно высоких энергиях они сливаются, объединяются.