Дао физики. Исследование параллелей между современной физикой и восточной философией - Фритьоф Капра

Что касается будущего расширения Вселенной, то уравнения Эйнштейна не дают однозначного ответа. Они имеют несколько возможных решений, соответствующих разным моделям. Некоторые предполагают, что расширение будет продолжаться бесконечно; согласно другим, оно уже замедляется и может смениться процессом сжатия. Эти модели описывают «пульсирующую Вселенную», которая сначала в течении миллиардов лет расширяется, а потом снова сжимается, пока не превратится в небольшой шар огненного вещества, после чего снова начнет расширяться, и так до бесконечности.

Концепция расширяющейся и сжимающейся Вселенной, существующей в необъятном пространстве и времени, создана не только современными физиками. Такое же представление существовало и в древней индийской мифологии. Индусы, считавшие, что мирозданию присущи два фундаментальных качества — гармоничность и ритмичность всех процессов, — создали эволюционные космологические модели Вселенной, которые довольно близки к современным теориям. Одна основана на индуистской легенде о Ма — божественном представлении, в котором Брахман трансформируется в этот мир. Эта модель связана с индуистским понятием лила — «божественная игра». Лила имеет фазы, которые ритмически сменяют друг друга: космическое Целое дает начало множественности форм, которые вновь сливаются в Целом. Всё это происходит с четкой периодичностью. В «Бхагавадгите» Кришна использует для описания этой божественной игры творения следующие слова.

Индуистские мудрецы не боялись распространять это божественное представление на всё мироздание. Они считали, что Вселенная претерпевает периодические, чередующиеся процессы сжатия и расширения, и называли непостижимые для разума промежутки времени между началом и концом одного сотворения Вселенной кальпами. Масштаб картины, нарисованной древними индуистами, поразителен. Чтобы прийти к схожим идеям научным путем, человечеству понадобилось больше двух тысячелетий.

Вернемся из макромира, расширяющейся Вселенной, в мир бесконечно малого. В XX в. ученые всё глубже проникали в мир субмикроскопических измерений, где действуют атомы, ядра и находящиеся в них частицы. Главным стимулом для этих исследований был вопрос, занимавший величайшие умы на протяжении столетий: «Из чего состоит материя?» Люди размышляли над ним с момента возникновения натурфилософии, пытаясь найти «базовое вещество». Но только недавно стало возможно искать ответ с помощью строгих экспериментов. Сложнейшие приборы позволили ученым заглянуть сначала во внутренний мир атома и узнать, что он состоит из ядра и электронов, а затем исследовать строение ядер, компонентами которых оказались протоны и нейтроны, получившие общее наименование нуклонов. С 1960-х наука сделала шаг вперед, добившись значительных успехов в изучении строения нуклонов — компонентов атомного ядра. Они тоже не представляются последним уровнем элементарных частиц и состоят из более мелких частей.

Первый шаг в мир атомов привел к тому, что представление физиков о материи изменилось кардинально. Второй шаг — проникновение в мир атомных ядер и их компонентов — был ничуть не менее значимым. В этом мире нам приходится иметь дело с величинами в сотни тысяч раз меньшими, чем размеры атома, что обусловливает их более высокую скорость. Они движутся гораздо быстрее, чем частицы во внутриатомном пространстве — так быстро, что для их описания необходима специальная теория относительности. Поэтому для понимания свойств субатомных частиц и характера их взаимодействий используется подход, который сочетает квантовую теорию с теорией относительности; причем именно последняя заставляет нас изменить свои представления о природе материи.

Важнейшая характерная особенность релятивистского подхода состоит в том, что он объединяет фундаментальные понятия, которые ранее представлялись самостоятельными. Один из самых важных примеров — эквивалентность массы и энергии, сформулированная Эйнштейном в виде знаменитого уравнения Е = mc2. Чтобы уяснить ее фундаментальное значение, рассмотрим понятия массы и энергии по отдельности.

Энергия — одно из важнейших понятий, используемых для описания природных явлений. Как и в повседневной жизни, в физике мы говорим, что тело обладает некоторой энергией, если оно способно совершить какую-либо работу. Энергия принимает множество разных форм: движения, тепловая, гравитации, электрическая, химическая и др. Например, камень, поднятый на некоторую высоту над землей, обладает гравитационной энергией. Если его бросить вниз, то последняя преобразуется в энергию движения (кинетическую), а при падении на землю он может совершить механическую работу, разбив что-нибудь. Более конструктивный пример — преобразование электрической или химической энергии в бытовых приборах в тепловую. В физике энергия всегда связана с протеканием тех или иных процессов, и фундаментальное значение этого понятия заключается в том, что общее количество энергии, принимающей участие в процессе, подчиняется закону сохранения. Энергия может изменить свою форму самым сложным образом, но никакая ее часть не теряется. Закон сохранения энергии принадлежит к числу важнейших законов физики. Ему подчиняются все известные законы природы, и до сих пор не было обнаружено никаких свидетельств его нарушения.

Масса тела — мера его собственного веса, т. е. гравитационного воздействия на него. Кроме того, масса характеризует инерцию тела, его сопротивление ускоряющим силам. Тяжелые тела сложнее привести в движение, чем легкие. Это известно каждому, кто хоть раз пытался сдвинуть с места машину. В классической физике понятие массы ассоциировалось также с представлениями о неуничтожаемой материальной субстанции — «материи», из которой должны состоять все вещи. Масса, как и энергия, подчиняется закону сохранения и не может исчезать.

Но теория относительности утверждает, что масса — не что иное, как одна из форм энергии. Энергия может не только принимать различные формы, которые были известны в классической физике, но и быть «законсервирована» в массе тела. Количество энергии, содержащееся, например, в частице, эквивалентно массе частицы, помноженной на скорость света в квадрате: