Upload
efwd2ws2qws2qsdw
View
173
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
_____________________________________________
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Брянский государственный технический университет
_____________________________________________________________
В.И.ПОПКОВ
ФИЗИКА
В СИСТЕМЕ НАУК
Утверждено редакционно-издательским советом в качестве учебного пособия
Брянск
2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
УДК 53
Попков, В.И. Физика в системе наук [Текст] +
[Электронный ресурс]: учеб. пособие для студен-
тов очной формы обучения всех специальностей /
В.И.Попков. – Брянск: БГТУ, 2010. – 227 с. ISBN 978-5-89838-542-2
Рассмотрены предмет, структура, методы физи-
ческой науки, связь физики с другими науками и
техникой, нерешенные проблемы физики.
Учебное пособие предназначено для студентов
всех специальностей и направлений, изучающих
физику, а также может быть полезно аспирантам,
изучающим философию и историю науки.
Научный редактор: к. ф.-м. наук доцент М.Ю.Некрасова Рецензенты: кафедра физики Брянской государственной инженерно-технологической академии; д-р техн. наук профессор В.А.Погонышев
ISBN 978-5-89838-542-2 © Брянский государственный технический университет, 2010 © Попков В.И., 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
Per aspera ad astra
Предисловие
В настоящее время наука и ее влияние на тех-
нику и технологию являются основными факторами
развития общества. Достижения науки привели к
созданию атомной энергетики, аэрокосмической
техники, микроэлектроники, компьютерных техно-
логий и многого другого. Наука стала производи-
тельной силой, определяющей развитие цивилиза-
ции, переход к постиндустриальному обществу. В
этом процессе, называемом научно-техническим
прогрессом, ведущую роль, несомненно, играет
физика.
В последние годы особую актуальность приоб-
рели физические явления и процессы, связанные с
получением, передачей, преобразованием и ис-
пользованием различных видов энергии, созданием
новых материалов. Физические методы исследова-
ния широко применяются в биофизике, молекуляр-
ной биологии, химии, медицине, геологии. Кванто-
вая механика и теория относительности, которые в
период их создания казались слишком абстрактны-
ми и далекими от практики, стали обычными рабо-
чими теориями, широко применяемыми в инженер-
ной практике.
Подчеркивая ведущую роль физики в ХХ веке,
член-корреспондент РАН Н.В.Карлов писал:
«Вне всяких сомнений, ХХ век был ве-
ком физики, люди именно этой науки со-
здали ХХ век таким, каким он, как некая
цельность, вошел в историю человечества
и занял в ней свое славное место… Ни один
мало-мальски серьезный культурологиче-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
ский дискурс, претендующий на выявление
культурной, в широком смысле слова
«культура», доминанты ХХ века, не обхо-
дится без совершенно справедливых рас-
суждений о роли фундаментальной науки
вообще и физики в особенности в создании
того облика этого века, который мы
наблюдаем как в философской отстранен-
ности, так и в жизненной повседневности.
Физика в ХХ веке – это не только осново-
полагающая наука, формирующая миро-
восприятие деятельного человека. Она не
только снабдила человечество знанием
природы вещей и умением это знание ис-
пользовать. Она построила надежное
научное основание развитию инженерного
искусства, химии и биологии, материало-
ведения и энергетики, дала мощный им-
пульс математике и обеспечила в начале
XXI века триумфальное шествие науки о
живом и информатики».
Роль физики и других естественных наук в раз-
витии общества продолжает возрастать. При ин-
тенсивном развитии новых сложных процессов и
технологий физика все чаще выступает по отноше-
нию к технологии не только как ее естественно-
научное обоснование, но и как повседневный ра-
бочий инструмент. Растет насыщенность производ-
ства физическими методами контроля, расширяют-
ся масштабы использования в технике и техноло-
гиях новых физических эффектов и явлений, нано-
технологий. Увеличение наукоемкости приближает
инженерные теории к физическим. Поэтому изуче-
ние физики является объективной необходимостью
для людей самых разных профессий. Овладение
физикой способствует пониманию широкого круга
явлений и путей практического применения физи-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
ческих законов, формирует научное мировоззре-
ние, позволяет творчески подходить к решению
самых разнообразных производственных задач.
Основная цель предлагаемой книги состоит в
том, чтобы раскрыть предмет и структуру физики,
ее связь с другими науками и техникой, ознакомить
с методами исследования физических явлений, по-
казать место физики в системе естественных наук,
роль физики как фундамента естествознания в
формировании научной картины мира и ее влияние
на научно-технический прогресс.
Предмет физики
Физика, как и другие естественные науки, изу-
чает объективные закономерности окружающего
нас материального мира. Физика – наука, изучаю-
щая простейшие и вместе с тем наиболее общие
свойства и формы движения материи и их взаим-
ные превращения. Вследствие этой общности не
существует явлений природы, не имеющих физиче-
ских свойств или сторон. Формы материи, движе-
ния и взаимодействия, составляющие предмет фи-
зики, встречаются в любых материальных систе-
мах, поэтому понятия физики и ее законы лежат в
основе всего естествознания. В определении физи-
ки два ключевых понятия: материя и движение.
Материя и движение
Материя есть философская категория для обо-
значения объективной реальности, которая дана
человеку в его ощущениях, которая копируется,
фотографируется, отображается нашими ощущени-
ями, существуя независимо от них. В определении
материи следует обратить внимание на два важных
момента. Во-первых, материя существует объек-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
тивно, т.е. независимо от нас. Во-вторых, она ко-
пируется, отображается нашими ощущениями, т.е.
познаваема. Материя – причина, содержание и но-
ситель всего многообразия материального мира. С
точки зрения философского материализма, материя
первична, а все другие формы бытия есть ее по-
рождение; весь мир – движущаяся материя в ее
бесконечно разнообразных проявлениях.
В настоящее время известны два вида материи:
вещество и поле. В последнее время в отдельный
вид материи стали выделять физический вакуум.
Вещество – вид материи, обладающей, в отличие
от физического поля, массой покоя. Вещество – со-
вокупность дискретных образований, слагающихся
из элементарных частиц, масса покоя которых не
равна нулю (в основном из протонов, нейтронов и
электронов), атомов, молекул и построенных из
них тел. Материя в виде вещества имеет опреде-
ленную форму, размеры, пространственную лока-
лизацию.
Поле как физическая реальность (т.е. как вид
материи) в науку было введено М.Фарадеем. До
Фарадея электрическое, магнитное и гравитацион-
ное взаимодействия рассматривались как взаимо-
действия на расстоянии, между взаимодействую-
щими телами была пустота. Фарадей предположил,
что физические тела взаимодействуют друг с дру-
гом через соответствующие физические поля, за-
полняющие пространство между взаимодействую-
щими телами. В классической физике вещество и
поле противопоставляются друг другу как два вида
материи, у первого из которых структура дискрет-
на, а у второго – непрерывна. Поля (электромаг-
нитные, гравитационные и др.) заполняют про-
странство непрерывным образом. Введение поня-
тия поля покончило с действиями на расстоянии и
силами, которые действуют мгновенно. По мнению
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
А.Эйнштейна, идея поля была самой оригинальной
идеей Фарадея, самым великим открытием со вре-
мен Ньютона. О сложной связи между веществом и
полем А.Эйнштейн и Л.Инфельд в книге «Эволюция
физики», вышедшей в 1938 г., писали:
«Мы имеем две реальности: вещество и
поле. Несомненно, что в настоящее время
мы не можем представить себе всю физи-
ку, построенной на понятии вещества, как
это делали физики в начале девятнадцато-
го столетия. В настоящее время мы прини-
маем оба понятия. Можем ли мы считать
вещество и поле двумя различными, не-
сходными реальностями? Пусть дана ма-
ленькая частица вещества; мы могли бы
наивно представить себе, что имеется
определенная поверхность частицы, за
пределами которой ее уже нет, а появляет-
ся ее поле тяготения. В нашей картине об-
ласть, в которой справедливы законы по-
ля, резко отделена от области, в которой
находится вещество частицы. Но что же
является физическим критерием, разли-
чающим вещество и поле? Раньше, когда
мы не знали теории относительности, мы
пытались бы ответить на этот вопрос сле-
дующим образом: вещество имеет массу, в
то время как поле ее не имеет. Поле пред-
ставляет энергию, вещество представляет
массу. Но мы уже знаем, что такой ответ в
свете новых знаний недостаточен. Из тео-
рии относительности мы знаем, что веще-
ство представляет собой огромные запасы
энергии и что энергия представляет веще-
ство. Мы не можем таким путем провести
качественное различие между веществом и
полем, так как различие между массой и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
энергией не качественное. Гораздо боль-
шая часть энергии сосредоточена в веще-
стве, но поле, окружающее частицу, также
представляет собой энергию, хотя и в
несравненно меньшем количестве. Поэто-
му мы могли бы сказать: вещество – там,
где концентрация энергии велика, поле –
там, где концентрация энергии мала. Но
если это так, то различие между веществом
и полем скорее количественное, чем каче-
ственное. Нет смысла рассматривать веще-
ство и поле как два качества, совершенно
отличные друг от друга. Мы не можем
представить себе резкую границу, разде-
ляющую поле и вещество. Те же трудности
вырастают для заряда и его поля. Кажется
невозможным дать ясный качественный
критерий, позволяющий провести разли-
чие между веществом и полем, между за-
рядом и полем…
Мы не можем построить физику на ос-
нове только одного понятия – вещества. Но
деление на вещество и поле, после при-
знания эквивалентности массы и энергии,
есть нечто искусственное и неясно опреде-
ленное».
В классической физике вещество и поле проти-
вопоставлялись друг другу как два разных вида
материи, у первого из которых структура дискрет-
на, а у второго – непрерывна. Квантовая физика,
которая ввела идею двойственной, корпускулярно-
волновой природы любого микрообъекта, привела
к нивелированию противопоставления вещества и
поля. Выявление взаимосвязи вещества и поля
привело к углублению представлений о структуре
материи. На субатомном уровне (т.е. на уровне
элементарных частиц) различие вещества и поля
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
становится относительным. С точки зрения кванто-
вой теории поля, понятия частицы (вещества) и
поля, которые раньше относились к различным фи-
зическим объектам, сливаются в единое понятие
квантового поля как особой формы существования
материи. Совершенно новым свойством стала дис-
кретность, квантованность поля. Поля утрачивают
чисто непрерывный характер, им необходимо соот-
ветствуют дискретные образования – кванты поля.
А элементарные частицы выступают как кванты со-
ответствующих полей. Частица лишь особое состо-
яние поля, квант поля. Неправомерно на субатом-
ном уровне различать вещество и поле по наличию
или отсутствию массы покоя, так как различные
поля обладают массой покоя. В современной физи-
ке поля и частицы выступают как две неразрывно
связанные стороны микромира, как выражение
единства корпускулярных (дискретных) и волно-
вых (непрерывных) свойств микрообъектов. Выяв-
ление тесной взаимосвязи вещества и поля приве-
ло к углублению наших представлений о структуре
материи. Физический вакуум в квантовой теории поля─
это наинизшее энергетическое состояние всех
квантованных полей, обладающее минимальной
энергией и нулевыми в среднем значениями им-
пульса, момента импульса, электрического заряда,
спина и др., форма материи, лишенная вещества и
излучения. Физический вакуум, с точки зрения
современной физики и космологии, – фундамен-
тальное и исходное состояние материи, свойства
которого определяют собой все остальные свойства
и проявления материи. В физическом вакууме су-
ществуют флуктуации его энергии. Фактически ва-
куум представляет собой плотно заполненное про-
странство из пар виртуальных частиц и античастиц,
непрерывно создаваемых и разрушаемых. Любое
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
состояние материи может быть получено из физи-
ческого вакуума действием оператора рождения
частиц.
В середине 60-х годов ХХ в. Э.Глинер предпо-
ложил, что в начале расширения нашей Вселенной
материя находилась в состоянии физического ва-
куума. Возбужденное состояние такого вакуума
способно создать огромное отрицательное давле-
ние, гигантскую силу космического отталкивания.
Вакуумная материя создает гравитационное от-
талкивание вместо гравитационного притяжения.
Именно гравитационное отталкивание и послужило
причиной первотолчка, который вызвал безудерж-
ное и стремительное раздувание Вселенной с ги-
гантскими начальными скоростями расширения ма-
терии.
Полученные в последнее время космологиче-
ские данные требуют кардинального дополнения
современных представлений о структуре материи и
фундаментальных взаимодействиях элементарных
частиц. Лишь 4% массы Вселенной приходится на
понятное нам «обычное» вещество, которое назы-
вают барионной материей. Остальные 96% – это
некие субстанции: темная материя (23%) и темная
энергия (73%).
Помимо обычного вещества, во Вселенной име-
ется другой тип вещества – темная материя. Обна-
ружение темной материи (т.е. материи, не излуча-
ющей свет и не наблюдаемой телескопами) имеет
фундаментальное значение для космологии, аст-
рофизики и физики элементарных частиц. Иссле-
дователи оказались (в очередной раз в истории
развития науки) перед фактом, заключающимся в
том, что известный мир, о котором, казалось бы,
известно все или почти все, в действительности со-
ставляет лишь малую часть пока еще непознанной
Вселенной.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
Впервые предположение о существовании тем-
ной материи было высказано в 1933 г. астрономом
Ф.Цвикки на основе результатов исследований га-
лактических кластеров (скоплений галактик).
Ф.Цвикки обратил внимание на то, что масса скоп-
ления галактик в созвездии Волосы Вероники (кла-
стер Coma), определяемая по оптической светимо-
сти скопления и по скорости вращения периферий-
ных галактик в этом скоплении, зависящей от их
расстояния до центра скопления, не соответствуют
друг другу. Масса, которая получается из измере-
ний скорости вращения галактик, во много раз
больше массы, измеряемой по светимости. Цвикки
высказал предположение, что для удержания га-
лактик в составе кластера силами гравитации
необходимо большое количество невидимой мате-
рии. Он ввел в обиход понятие темной (не светя-
щейся) материи. С этих пор на основе широкого
круга самосогласованных астрофизических и кос-
мологических данных было получено множество
разнообразных и неоспоримых свидетельств суще-
ствования темной материи.
Темная материя сродни обычному веществу.
Она способна собираться в сгустки (размером с га-
лактику) и участвует в гравитационных взаимодей-
ствиях. Измерения, проведенные с несколькими
сотнями спиральных галактик, показывают, что все
эти галактики «погружены» в массивное гало из
темной материи. Анализ результатов гравитацион-
ного линзирования показал, что диаметр темного
гало галактик может превосходить видимый диа-
метр более чем на порядок. Скорее всего, темная
материя состоит из новых, не открытых еще в зем-
ных условиях частиц. Эти частицы должны быть
электрически нейтральны и участвовать только в
слабом взаимодействии, подобно нейтрино, но
иметь большую массу. По одной из гипотез канди-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
датами на роль таких частиц считаются гипотети-
ческие тяжелые и очень тяжелые нейтрино –
нейтралино с массой в десятки ГэВ. Если нейтра-
лино составляют значительную массу Вселенной,
их поток в Метагалактике должен быть огромным.
Наша Солнечная система движется в море нейтра-
лино со скоростью 220 км/с. Через каждый квад-
ратный метр поверхности ежесекундно должно
проноситься примерно 109 нейтралино. Сейчас в
различных странах мира около 20 эксперименталь-
ных групп заняты поиском частиц темной материи,
в т.ч. и нейтралино.
Одной из популярных категорий кандидатов на
роль частиц темной материи являются гипотетиче-
ские частицы – вимпы (название образовано от ан-
глийской аббревиатуры WIMPs – Weakly Interacting
Massive Particles – слабовзаимодействующие мас-
сивные частицы), которые по предположению были
рождены в первые мгновения после Большого
взрыва, когда температура среды была чрезвычай-
но велика и могли рождаться сверхмассивные ча-
стицы. К настоящему времени эти частицы остыли
и представляют собой отдельные сгустки. Предла-
гается также новый класс небарионной холодной
темной материи: сверхслабовзаимодействующие массивные частицы ─ супервимпы, или свимпы
(SuperWIMPs).
Многочисленные астрономические наблюдения
последних лет достаточно определенно указывают
на то, что преобладающей составляющей совре-
менной Вселенной является экзотическая темная
энергия с практически однородным распределени-
ем плотности и отрицательным давлением. Темная
энергия – гораздо более странная субстанция, чем
темная материя. Она не собирается в сгустки в га-
лактиках и скоплениях галактик, а равномерно
распределена во Вселенной.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
Темная энергия носит явно выраженный неве-
щественный характер, но именно она доминирует
во Вселенной. Ее нельзя наблюдать по гравитаци-
онным эффектам, создаваемым отдельными объек-
тами, но она влияет на общее расширение Метага-
лактики. Наблюдения показывают, что в последние
миллиарды лет Метагалактика расширяется с уско-
рением, тогда как обычная материя (в том числе
темная) приводила бы к замедлению расширения
под воздействием гравитации. Следовательно, тем-
ная энергия проявляет дальнодействующие свой-
ства антигравитации. Плотность темной энергии
остается постоянной с течением времени, тогда как
плотность обычной энергии обратно пропорцио-
нальна объему Метагалактики. Вероятно, темная
энергия – это особый вид материи, давление кото-
рой отрицательно и численно в точности равно
плотности энергии. По словам академика
В.А.Рубакова, открытия, сделанные в области кос-
мологии, являются прямым свидетельством непол-
ноты современных представлений об элементарных
частицах и фундаментальных взаимодействиях. В
частности, в рамках существующей теории – Стан-
дартной модели физики элементарных частиц – не-
возможно объяснить наличие темной материи во
Вселенной и тот факт, что в ней имеется вещество,
а антивещество отсутствует. Природа темной энер-
гии – это главная загадка фундаментальной физи-
ки ХХI века. Перед наукой стоит задача определить
природу темной энергии и объяснить ее доминиру-
ющую роль во Вселенной. Имеются веские основа-
ния ожидать, что несоответствие между физикой
частиц и космологией найдет свое разрешение в
результате экспериментов на Большом адроном
коллайдере.
Материю нельзя противопоставлять конкретным
вещам как некоторое первоначало, из которого все
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
формируется. Не существует первичной субстан-
ции, из которой затем формируются вещи; материя
существует только в виде бесконечного разнообра-
зия конкретных объектов. Вещи не состоят из ма-
терии, а являются конкретными формами ее прояв-
ления. При этом все материальные объекты обла-
дают внутренней упорядоченностью, которая про-
является в закономерном движении и взаимодей-
ствии элементов. Существуют различные структур-
ные уровни организации материи, каждый из кото-
рых имеет своего носителя и свою систему законо-
мерностей. Материальное единство мира проявля-
ется в том, что все уровни материи взаимодейству-
ют и переходят друг в друга.
Итак, материя обладает следующими свойства-
ми:
- материя объективна, то есть существует вне
нашего сознания;
- материя существует в многообразии конкрет-
ных объектов;
- существует материальное единство мира как
взаимосвязь и взаимозависимость всех уровней ма-
терии, а также наличие ее универсальных свойств
и законов;
- материя несотворима и неуничтожима, суще-
ствуют законы сохранения, изменение материи
всегда связано с устойчивостью некоторых ее
свойств;
- материя находится в состоянии непрерывного
движения, материя не существует без движения,
т.е. без взаимодействия вещей и процессов;
- движение материи происходит в пространстве
и во времени;
- материя способна к саморазвитию, т.е.
усложнению структуры без вмешательства извне;
- материя познаваема;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
- все известные материальные объекты и про-
цессы подчинены принципу причинности, т.е. име-
ют свои причины и порождают следствия.
Движение - способ существования материи, ее
всеобщий атрибут. Движение, с точки зрения фи-
лософии, есть всякое изменение вообще, развитие
вообще, взаимодействие материальных объектов.
Ф.Энгельс так определял понятие движения:
«Движение, рассматриваемое в самом
общем смысле слова, т.е. понимаемое как
форма бытия материи, как внутренне при-
сущий материи атрибут, обнимает собою
все происходящие во Вселенной измене-
ния и процессы, начиная от простейшего
перемещения и кончая мышлением».
Движение – неотъемлемое свойство материи,
оно несотворимо и неуничтожимо, как и сама мате-
рия. Материя не косное вещество, к которому
нужно прикладывать движение извне, а основа и
носитель движения.
Долгое время движение понималось как пере-
мещение материальных тел, как изменение их про-
странственного положения. Все остальные процес-
сы пытались объяснить перемещением отдельных
частей тел относительно друг друга (механицизм в
науке). Но уже в ХIХ веке выяснилось, что химиче-
ские реакции, электромагнитные и оптические яв-
ления нельзя свести к механическому движению и
объяснить законами классической механики.
Движение материи многообразно по своим про-
явлениям и существует в различных формах. Вы-
деляют три основные группы форм движения мате-
рии: неорганическая природа, органическая при-
рода и общество.
К формам движения материи в неорганической
природе относятся механическое движение – пере-
мещение тел в пространстве; движение элементар-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
ных частиц и полей – электромагнитные, гравита-
ционные, сильные и слабые взаимодействия, про-
цессы превращения элементарных частиц и др.;
движения и превращения атомов и молекул, вклю-
чающее в себя химическую форму движения мате-
рии; изменения в структуре макроскопических тел
– тепловые процессы, изменение агрегатных со-
стояний, звуковые колебания и др.; геологические
формы движения материи; изменение космических
систем различных размеров: планет, звезд, галак-
тик и их скоплений.
В настоящее время выделяют следующие струк-
турные уровни неживой природы:
- Вселенная;
- Метагалактика;
- скопления галактик;
- галактики;
- звездные скопления;
- космические тела (звезды, планеты и т.д.);
- макротела;
- молекулы;
- атомы;
- элементарные частицы;
- кварки.
Возможно, что существуют уровни больших или
меньших масштабов, но современной наукой они
еще не идентифицированы. Размеры материальных
объектов, изучаемых современной наукой, лежат в
диапазоне от 10-15 м до 1010 световых лет. Каждому
структурному уровню соответствует своя форма
движения, но они взаимосвязаны и находятся в по-
стоянном взаимодействии. Каждой форме движе-
ния присущи свой носитель, своя область распро-
странения и свои законы.
Формы движения материи в живой природе: со-
вокупность жизненных процессов в организмах и в
надорганизменных системах: обмен веществ, про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
цессы отражения, саморегуляции, управления и
воспроизводства, различные отношения в биоцено-
зах и других экологических системах, взаимодей-
ствие всей биосферы с природными системами
Земли и с обществом. Выделяют следующие струк-
турные уровни живой природы:
- Биосферный уровень – наивысший уровень
организации жизни, охватывающий все явления
жизни на планете. Биосфера включает всю сово-
купность живых организмов Земли, в том числе и
человека, вместе с окружающей их природной сре-
дой. Биотический обмен веществ объединяет все
структурные уровни организации жизни в одну си-
стему. Биосфера является единой экологической
системой. На биосферном уровне происходит кру-
говорот веществ и превращение энергии, связан-
ные с жизнедеятельностью всех живых организмов,
обитающих на Земле.
- Биогеоценозный уровень. Биогеоценоз (эко-
система) – сложная динамическая система, пред-
ставляющая собой совокупность биотических и
абиотических элементов, связанных между собой
обменом веществ, энергии и информации. Биогео-
ценозы – это участки Земли с определенными при-
родно-климатическими условиями (геоценозы) и
связанные с ними биоценозы, представляющие
единый природный взаимообусловленный комплекс
с динамичными обратными связями. Биогеоценоз
представляет собой устойчивую систему, которая
может существовать на протяжении длительного
времени в состоянии динамического равновесия.
Нарушение динамического равновесия между эле-
ментами биогеоценоза приводит к экологической
катастрофе.
- Биоценозный уровень. Биоценоз – совокуп-
ность всех организмов, населяющих участок среды
с однородными условиями жизни; совокупность
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
популяций, сообщество микроорганизмов, живот-
ных и растений, обитающих на определенной тер-
ритории. В биоценозе продукты жизнедеятельности
одних организмов являются условием существова-ния других организмов. Обычно биоценозы состоят
из нескольких популяций.
- Популяционно-видовой уровень (популяция -
совокупность особей одного вида, занимающих
определенную территорию, свободно скрещиваю-
щихся между собой и частично или полностью изо-
лированных от других особей своего вида).
- Организменный и органотканевый уровень.
- Клеточный уровень.
- Молекулярный (доклеточный) уровень (бел-
ки и нуклеиновые кислоты).
Общественные формы движения материи вклю-
чают в себя многообразные проявления деятельно-
сти людей, все высшие формы отражения и целе-
направленного преобразования действительности:
развитие производительных сил и производствен-
ных отношений, классовые, национальные, госу-
дарственные отношения и др. В социально органи-
зованной форме материи можно выделить следую-
щие структурные уровни:
- человек (отдельный индивид);
- семья;
- группа;
- коллективы разных уровней;
- социальные группы (классы, страты);
- этносы;
- нации;
- расы;
- государства;
- союзы государств;
- человечество в целом.
Высшие формы движения материи исторически
возникают на основе относительно низших и вклю-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
чают их в себя в преобразованном виде – в соот-
ветствии со структурой и законами развития более
сложной системы. Между ними существуют един-
ство и взаимное влияние. Однако высшие формы
движения качественно отличны от низших и несво-
димы к ним. Раскрытие взаимоотношения между
формами движения материи играет важную роль в
понимании единства мира, в познании сущности
сложных явлений природы и общества. Общие за-
коны движения были сформулированы Гегелем:
переход количественных изменений в качествен-
ные, борьба противоположностей, отрицание отри-
цания. Движение внутренне противоречиво, оно
представляет собой сочетание движения и покоя,
изменения и устойчивости. Устойчивость проявля-
ется всегда: как бы ни изменился объект, он со-
храняет какие-либо характеристики (это следует
хотя бы из законов сохранения). Покой – это дви-
жение, не нарушающее качественной специфики
объекта. Покой всегда относителен, абсолютный
покой невозможен.
Различные формы движения материи изучают
различные науки: физика, химия, биология, со-
циология и т.д. Физика – наука о наиболее общих
свойствах и формах движения материи и их взаим-
ных превращениях. Физика изучает механическое,
тепловое, электромагнитное движение, атомные и
внутриатомные явления и др. Любая материальная
система есть прежде всего физическая система,
поэтому физические формы движения материи
входят как составная часть в более сложные фор-
мы движения материи. Все остальные естественные
науки должны учитывать физические закономерно-
сти, лежащие в основе изучаемых ими явлений:
законы сохранения и превращения энергии, начала
термодинамики и др. Кроме того, все естественные
науки широко используют физические методы ис-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
следования. Поэтому физика считается основой со-
временного естествознания.
Формы движения материи взаимосвязаны, по-
этому существует взаимосвязь между науками,
изучающими различные формы движения материи.
Итак, свойства движения таковы:
- движение объективно (т.е. существует в ре-
альности, а не в наших представлениях о ней);
- движение всеобще (т.е. все движется);
- движение – неотъемлемое свойство материи,
возникает из самой материи;
- движение неуничтожимо количественно (оно
не прекращается) и качественно (каждая форма
движения может превращаться в другую), прекра-
щение одних форм движения есть возникновение
новых его форм;
- движение абсолютно (в то время как покой
относителен);
- движение имеет определенные формы, кото-
рые подчиняются своим законам, но могут перехо-
дить одна в другую.
Пространство и время
Материя существует и движется во времени и
пространстве, которые являются формами суще-
ствования (бытия) материи, ее атрибутами. Про-
странство есть форма бытия материи, характери-
зующая ее протяженность, структурность, сосуще-
ствование и взаимодействие элементов во всех ма-
териальных системах. Можно сказать, что про-
странство – форма координации одновременно су-
ществующих объектов, выражает порядок сосуще-
ствования отдельных материальных объектов. Вре-
мя – форма бытия материи, выражающая длитель-
ность ее существования, последовательность сме-
ны состояний в изменении и развитии всех матери-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
альных систем. Время – форма координации сме-
няющих друг друга объектов, отражает порядок
смены явлений. Порядок сосуществования объек-
тов образует структуру пространства, порядок сме-
ны этих состояний образует структуру времени.
Пространство и время неразрывно связаны между
собой, их единство проявляется в движении и раз-
витии материи.
Пространство и время являются основными по-
нятиями всех разделов физики. Они играют глав-
ную роль на эмпирическом уровне физического по-
знания: непосредственное содержание результатов
наблюдений и экспериментов состоит в фиксации
пространственно-временных совпадений. Про-
странство и время служат также одними из важ-
нейших средств конструирования теоретических
моделей, интерпретирующих экспериментальные
данные. Пространство и время имеют решающее
значение для построения научной картины мира,
обеспечивая отождествление и различение отдель-
ных фрагментов материальной действительности. В
физике свойства пространства и времени делят на
метрические (протяженность, длительность) и то-
пологические (размерность, непрерывность и связ-
ность пространства и времени, порядок и направ-
ление времени).
В механической картине мира, созданной
И.Ньютоном, пространство и время носили абсо-
лютный характер. В «Математических началах
натуральной философии» И.Ньютон дал следующие
определения свойств времени и пространства:
«I. Абсолютное, истинное математиче-
ское время само по себе и по самой своей
сущности, без всякого отношения к чему-
либо, протекает равномерно и иначе назы-
вается длительностью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
II. Абсолютное пространство по самой
своей сущности, безотносительно к чему
бы то ни было внешнему, остается всегда
одинаковым и неподвижным.
Согласно И.Ньютону, абсолютное пространство
и время представляли собой самостоятельные сущ-
ности, которые не зависели ни друг от друга, ни от
находящихся в них материальных объектов и про-
текающих в них процессов. Абсолютное простран-
ство Ньютона выполняет функцию вместилища ма-
терии, местопребывания материальных объектов и
систем. По Ньютону пространство неизменно и
неподвижно, не зависит от материальных тел и их
движения; время абсолютно и течет везде одина-
ково.
Ньютон отличает абсолютные, истинные, мате-
матические пространство и время от относитель-
ных, обыкновенных пространства и времени, кото-
рые он допускал для обыденной жизни, определяя
их следующим образом:
«…Относительное, кажущееся, или
обыденное время есть или точная, или из-
менчивая, постигаемая чувствами, внеш-
няя, совершаемая при посредстве какого-
либо движения мера продолжительности,
употребляемая в обыденной жизни вместо
истинного, математического времени, как-
то: час, день, месяц, год…
…Относительное пространство есть его
мера или какая-либо ограниченная по-
движная часть, которая определяется
нашими чувствами по положению его от-
носительно некоторых тел и которое в
обыденной жизни принимается за про-
странство неподвижное: так, например,
протяжение пространств подземного воз-
духа или надземного, определяемых по их
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
положению относительно Земли. По виду и
величине абсолютное и относительное
пространства одинаковы, но численно не
всегда остаются одинаковыми».
Классическая физика считала, что Вселенная в
пространственном отношении бесконечна, что про-
странство Вселенной обладает евклидовой геомет-
рией (т.е. трехмерно, однородно и изотропно).
Пространственные свойства материальных тел в
классической механике абсолютны, т.е. не зависят
от системы отсчета, скорости движения тела, вре-
мени, длительности бытия предметов, их матери-
ального взаимодействия с другими окружающими
предметами.
Свойства пространства, по современным пред-
ставлениям (без учета релятивистских эффектов),
таковы:
- объективность, т.е. независимость от созна-
ния человека;
- всеобщность – не существует материи без
пространства;
- однородность – все точки пространства обла-
дают одинаковыми свойствами (параллельный пе-
ренос не изменяет законов природы);
- изотропность – все направления в простран-
стве обладают одинаковыми свойствами (поворот
на любой угол не изменяет законов природы);
- непрерывность – между двумя точками про-
странства, как бы близко они ни находились, все-
гда можно найти третью;
- связность – между точками пространства нет
разрывов;
- трехмерность – каждая точка пространства
однозначно определяется тремя координатами, все
материальные процессы и взаимодействия реали-
зуются лишь в пространстве трех измерений.
Свойства времени таковы:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
- объективность;
- всеобщность;
- необратимость – причинно-следственные от-
ношения асимметричны, время всегда направлено
от прошлого к будущему;
- одномерность;
- связность;
- однородность – явления, протекающие в оди-
наковых условиях, но в разные моменты времени,
протекают одинаково;
- непрерывность – между двумя моментами
времени всегда можно выделить третий.
Почти все реальные процессы в природе явля-
ются необратимыми: это и затухание маятника, и
эволюция звезды, и человеческая жизнь. Необра-
тимость процессов в природе как бы задает
направление на оси времени от «прошлого» к «бу-
дущему». Это свойство времени английский физик
и астроном А. Эддингтон образно назвал «стрелой
времени». По поводу необратимости времени
И.Пригожин писал:
« Итак, мы приходим к выводу, что
нарушенная временная симметрия являет-
ся существенным элементом нашего пони-
мания природы…Стрела времени не проти-
вопоставляет человека природе. Наоборот,
она свидетельствует о том, что человек яв-
ляется неотъемлемой составной частью
эволюционирующей Вселенной…
Время – не только существенная
компонента нашего внутреннего опыта и
ключ к пониманию истории человечества
как на уровне отдельной личности, так и на
уровне общества. Время – это ключ к по-
ниманию природы».
Современной теорией свойств пространства и
времени является теория относительности – специ-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25
альная и общая, развитые А.Эйнштейном. Специ-
альная теория относительности выявила зависи-
мость пространственных и временных характери-
стик объектов от скорости их движения относи-
тельно определенной системы отсчета и объедини-
ла пространство и время в единый четырехмерный
пространственно-временной континуум – простран-
ство-время. Правда, пространственные релятивист-
ские эффекты имеют существенные значения толь-
ко при скоростях тел, близких к скорости света в
вакууме. Специальная теория относительности со-
хранила представление об евклидовом характере
физического пространства. Общая теория относи-
тельности привела к отказу от этих представлений.
Общая теория относительности вскрыла зави-
симость метрических характеристик пространства-
времени от распределения гравитационных масс,
приводящих к искривлению пространства-времени.
Эйнштейн в общей теории относительности отка-
зался от плоского псевдоевклидова пространства и
перешел к более общей концепции – искривленно-
му четырехмерному пространству Римана. При этом
он фактически свел гравитацию к геометрии про-
странства. В соответствии с таким подходом пустое
пространство, т.е. пространство, в котором отсут-
ствует гравитационное поле, просто не существует.
Пространство-время проявляется лишь как струк-
турное свойство гравитационного поля; последнее
равносильно искривлению пространства-времени.
В свою очередь, это искривление определяет зако-
ны движения материи. Таким образом, согласно
ОТО, гравитация – это искривление пространства-
времени. Уравнения гравитационного поля Эйн-
штейна связывают характеристики пространства-
времени с распределением и движением материи.
(Отметим, что в соответствии с принципом Маха
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
все законы физики определяются распределением
материи во Вселенной).
По форме уравнения ОТО не похожи на урав-
нения динамики Ньютона. В частности, эйнштей-
новский закон гравитации фактически сводится к
математическому описанию движения свободного
тела в искривленном четырехмерном пространстве-
времени, заданном с помощью криволинейной си-
стемы координат. Параметры, характеризующие
кривизну такого пространства, определяются гра-
витационным полем, а траекторией движения сво-
бодного тела (в том числе и светового луча) явля-
ется не евклидова прямая, а искривленная линия
(геодезическая). В то же время уравнения ОТО пе-
реходят в уравнения Ньютона в предельном случае
малых скоростей и слабых квазистатических грави-
тационных полей. В этом случае четырехмерное
пространство-время становится квазиплоским.
В рамках ОТО были предсказаны три эффекта:
отклонение светового луча в поле солнечного тяго-
тения, гравитационное красное смещение спек-
тральных линий, медленное аномальное движение
перигелия Меркурия. Эти эффекты были подтвер-
ждены экспериментально. В настоящее время по-
сле открытия квазаров, пульсаров, реликтового из-
лучения, рентгеновских звезд и др. общая теория
относительности необходима для изучения и пони-
мания фундаментальных свойств Вселенной.
Тесное переплетение свойств пространства и
времени со свойствами гравитации в ОТО привело
Эйнштейна к идее, что на более глубоком уровне
существует связь пространства-времени и с други-
ми фундаментальными физическими полями, т.е. к
программе геометризации физики, которой он по-
святил последние 30 лет своей жизни. Однако его
попытки создать единую теорию поля не были
успешными.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
27
В общей теории относительности от характера
распределения масс зависят такие фундаменталь-
ные свойства пространства-времени, как конеч-
ность и бесконечность, которые тоже обнаружили
свою относительность. Построенная на основе об-
щей теории относительности современная космоло-
гия утверждает конечный, но безграничный харак-
тер пространства Вселенной, изменяемость про-
странственных свойств Вселенной в связи с ее
расширением, неоднородность и анизотропность
физического пространства, его неевклидов харак-
тер.
Таким образом, пространство и время – неотъ-
емлемые, объективные свойства любых материаль-
ных объектов и систем. По поводу зависимости
свойств пространства и времени от материальных
объектов и процессов А.Эйнштейн писал:
«Прежде считали, что если все матери-
альные тела исчезнут из Вселенной, время
и пространство сохранятся. Согласно же
теории относительности, время и простран-
ство исчезнут вместе с телами».
Пространству свойственна относительная пре-
рывность, проявляющаяся в раздельном существо-
вании материальных объектов и систем, имеющих
определенные размеры и границы, в существова-
нии многообразия структурных уровней материи с
различными пространственными отношениями.
Новым шагом в развитии представлений о про-
странстве стала гипотеза о дискретном, квантовом
характере реального пространства в результате
применения идей квантовой механики к теории
гравитации и космологии. Определена минимально
возможная длина кванта пространства – 10-35 м
(так называемая планковская длина). Рассматри-
вается вопрос о дискретности, квантовании време-
ни. По этому поводу В.Гейзенберг писал:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
«…в предельно малых пространствен-
но-временных областях, порядок величи-
ны которых тот же, что и у элементарных
частиц, пространство и время странным
образом исчезают, а именно: для столь ма-
лых времен уже нельзя правильно опре-
делить сами понятия «раньше» и «поз-
же». Разумеется, пространственно-
временная структура в целом нисколько не
меняется, однако приходится считаться с
возможностью, что в экспериментах с про-
цессами, протекающими в крайне малых
пространственно-временных областях, об-
наружится, что некоторые из них протека-
ют в направлении времени, как бы обрат-
ным тому, которое соответствует их кау-
зальной последовательности».
Существуют альтернативные исследовательские
программы, в которых предлагаются иные кон-
струкции времени и пространства. Так, в исследо-
вательской программе Е.А.Милна, являющейся аль-
тернативой общей теории относительности Эйн-
штейна, первостепенное значение придается вре-
мени по сравнению с пространством. Понятие вре-
мени считается первичным, а понятие пространства
– производным от него.
Н.А.Козырев в своей причинной механике пред-
ложил гипотезу о субстанциональной природе вре-
мени. В рамках этой гипотезы он обнаружил влия-
ние земных и космических необратимых процессов
на вес покоящихся и вращающихся тел, на некото-
рые свойства вещества (плотность, упругость,
электропроводность и др.). Действующий фактор
необратимых процессов он связал с активными
свойствами времени, с причинностью.
В программе геометродинамики, развиваемой
Дж. Уилером, физические явления выводятся из
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
свойств пространства-времени. Геометродинамика
включает в себя построение из геометрии про-
странства-времени эквивалентов массы, заряда,
электромагнитного поля. В этой теории частица
выступает как чисто геометрическое понятие. Мас-
са, время, длина, электромагнитные поля и т.д. яв-
ляются объектами чистой геометрии. По мнению
Дж.Уилера:
«В мире нет ничего, кроме пустого ис-
кривленного пространства. Материя, заряд,
электромагнитные и другие физические те-
ла являются лишь проявлением искрив-
ленности пространства. Физика есть гео-
метрия. Все физические понятия должны
быть представлены с помощью пустого,
различным образом искривленного про-
странства, без каких либо добавлений к
нему».
В современной физике и математике широко
применяются абстрактные (концептуальные) мно-
гомерные пространства, которые образуются путем
добавления к трем пространственным координатам
времени и других параметров, учет взаимной связи
и изменения которых необходим для более полного
описания процессов. Например, достаточно после-
довательная квантовая теория суперструн Грина-
Шварца сформулирована непротиворечивым обра-
зом в десятимерном пространстве-времени Минков-
ского. Однако не следует отождествлять эти кон-
цептуальные пространства, вводимые как способ
описания систем, с реальным пространством, кото-
рое всегда трехмерно и характеризует протяжен-
ность и структурность материи, сосуществование и
взаимодействие элементов в различных системах.
Однородность и изотропность пространства и
однородность времени называются свойствами
симметрии пространства и времени. Из свойств
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
симметрии пространства и времени следует сим-
метрия (инвариантность) физических законов по
отношению к следующим непрерывным преобразо-
ваниям пространства-времени: перенос (сдвиг) или
поворот системы как целого в пространстве; изме-
нение начала отсчета времени (сдвиг во времени).
При этих преобразованиях законы, устанавливаю-
щие соотношения между величинами, характери-
зующими физическую систему, не меняются. Дру-
гими словами, поведение изолированной механи-
ческой системы не зависит от того, какой момент
времени принят за начало отсчета, в каком месте
пространства помещено начало координат и как
ориентированы в пространстве оси координат.
В 1918 г. немецкий математик Э.Нётер сформу-
лировала теорему, согласно которой для физиче-
ской системы, движение которой описывается не-
которым дифференциальным уравнением, каждому
непрерывному преобразованию пространства и
времени соответствует определенный закон сохра-
нения. Таким образом, была установлена взаимо-
связь свойств симметрии пространства и времени с
законами сохранения. Закон сохранения импульса
вытекает из однородности пространства, закон со-
хранения энергии – из однородности времени, за-
кон сохранения момента импульса – из изотропно-
сти пространства.
Материальное единство мира
Материальное единство мира – принцип, утвер-
ждающий общность и взаимосвязь всех явлений
мира, отражаемых в человеческом сознании. Мате-
риальное единство мира проявляется во взаимной
связи всех структурных уровней материи, во взаи-
мосвязи явлений микро – и мегамира.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31
Материальное единство мира предполагает суб-
станциональное единство мира (материя – суб-
станция всех процессов и явлений мира); атрибу-
тивное единство мира (любая часть мира обладает
всеми свойствами материи); генетическое единство
мира (все формы материи имеют общее происхож-
дение); номологическое единство мира (все про-
цессы в мире подчиняются одним всеобщим зако-
нам). О субстанциональном единстве мира извест-
ный американский физик-теоретик Р.Фейнман пи-
сал:
«…как это ни удивительно – вся мате-
рия одинакова. Известно, что материя, из
которой сделаны звезды, такая же, как и
материя, из которой сделана Земля. Харак-
тер света, испускаемого звездами, дает
нам, так сказать, отпечатки пальцев, по ко-
торым можно решить, что там атомы того
же типа, что и на Земле. Оказывается, и
живая, и неживая природа образуется из
атомов одинакового типа. Лягушки сдела-
ны из того же материала, что и камни, но
только материал этот по-разному исполь-
зован. Все это упрощает нашу задачу. У нас
есть атомы – и ничего больше, а атомы од-
нотипны, и однотипны повсюду».
Материальное единство мира находит свое вы-
ражение в наличии у материи комплекса универ-
сальных свойств и диалектических законов струк-
турной организации, изменения и развития. К чис-
лу универсальных свойств материи относятся ее
несотворимость и неуничтожимость, вечность су-
ществования во времени и пространстве, законо-
мерное саморазвитие, проявляющееся в различных
формах, превращение одних состояний в другие.
Несотворимость и неуничтожимость материи
означают, что нет и не может быть никаких спосо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
бов и средств, с помощью которых можно было бы
прекратить ее существование или сотворить ее из
«ничего», что не было и не будет времени, когда
материя не существовала или не будет существо-
вать. Признание несотворимости и неуничтожимо-
сти материи и форм ее существования полностью
исключают любую постановку вопроса о сотворе-
нии мира какой-то высшей, стоящей над миром си-
лой. Несотворимость и неуничтожимость материи
означает, что любые процессы, происходящие в
мире, никогда своим содержанием не имеют ни со-
творения, ни уничтожения движущейся материи.
Происходят лишь процессы преобразования,
структурной перестройки, модификации ранее су-
ществовавших состояний движущейся материи в
новые ее состояния в определенных, но разнооб-
разных пространственно-временных формах. Мате-
рия находится в состоянии вечного изменения, вы-
зываемого наличием внутренних противоречий, но
при всех изменениях, превращениях одних форм
материи в другие она неизменно остается, сохра-
няется как объективная реальность, существующая
вне и независимо от нашего сознания.
Свое всестороннее выражение в природе прин-
цип несотворимости и неуничтожимости материи и
ее атрибутов, свойств находит в физических зако-
нах сохранения. Физика открывает все новые и но-
вые явления, подтверждающие незыблемость все-
общего закона сохранения и превращения материи
и ее атрибутов, растет число частных законов со-
хранения отдельных характеристик физических
форм движения материи. С законами сохранения
связано введение в физику новых фундаменталь-
ных идей, имеющих принципиальное значение.
Одним из аспектов законов сохранения является их
связь с принципами симметрии. Законы сохранения
энергии, импульса и момента импульса связаны со
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
свойствами симметрии пространства и времени. За-
коны сохранения служат пробным камнем любой
физической теории. Непротиворечивость теории
этим законам служит убедительным аргументом в
ее пользу и является важнейшим критерием ее ис-
тинности. Поэтому в современных физических тео-
риях большую роль играет идея сохранения спе-
цифических для данной теории величин, причем
часто поиски этих величин являются важнейшей
частью теории. В истории науки известны случаи,
когда применение законов сохранения позволило
получить новые научные результаты. Так, опира-
ясь на законы сохранения энергии и импульса,
В.Паули предсказал существование новой элемен-
тарной частицы – нейтрино.
Одна из характерных особенностей законов со-
хранения состоит в том, что они могут проявляться
в форме ограничений или даже категорических за-
претов, выражающих невозможность прохождения
тех или иных процессов в определенных условиях.
Часто, когда исследователи сталкиваются с прин-
ципиальной невозможностью каких-либо процес-
сов, в итоге приходят к открытию новой сохраня-
ющейся величины. Об этой роли законов М.Борн
писал:
«Каждый закон природы устанавли-
вает в известном смысле предел; то, что
ему противоречит, недостижимо. Такое по-
ложение вещей оказалось в известной сте-
пени обратимым: если опыт наталкивается
на препятствие, которое он не может пре-
одолеть, несмотря на большое усилие, то,
как говорят, это препятствие является от-
правным пунктом для нового позитивного
знания, для познания нового закона при-
роды».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
Таким образом, в законах сохранения находит
свое отражение важнейший материалистический
принцип неуничтожимости материи и движения,
взаимосвязь между различными формами движу-
щейся материи и специфика превращения одних
форм материи и движения в другие.
Развитие знаний о микро- и мегамире постоянно
приводит к открытию новых структурных элемен-
тов материи и связей между ними, вызывает необ-
ходимость создания новых научных понятий для их
выражения. При этом в процессе познания раскры-
ваются специфические черты различных областей
материального мира и конкретные формы его ма-
териального единства. Одним из универсальных
свойств материи является ее неисчерпаемость.
Неисчерпаемость материи философами понима-
ется двояко. С онтологической точки зрения неис-
черпаемость материи рассматривается как неис-
черпаемость, бесконечность самого материального
мира, его структурных элементов и их взаимодей-
ствий, как беспредельность делимости материи.
Универсальное взаимодействие всех разнообраз-
ных видов и состояний материи, их взаимная обу-
словленность и взаимопревращаемость – основа
множественности связей между ними, многообра-
зия и неисчерпаемости различных уровней и струк-
тур материального мира. Материя бесконечна в том
смысле, что каждый ее объект бесконечен по своим
свойствам. В.И.Ленин писал: «Электрон также
неисчерпаем, как и атом, природа бесконеч-
на». Открытие новых элементарных частиц, квар-
ков, новых объектов и свойств мегамира убеди-
тельно подтверждают тезис о неисчерпаемости ма-
терии.
С гносеологической (теоретико-познаватель-
ной) точки зрения принцип неисчерпаемости за-
ключается в признании бесконечности процесса
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
познания, движения к абсолютной истине через
познание относительных истин, обусловленных
уровнем развития науки и общественной практики.
Р.Фейнман писал:
«Каждый шаг в изучении природы –
это всегда только приближение к истине,
вернее, к тому, что мы считаем истиной.
Все, что мы изучаем, – это какое-то при-
ближение, ибо мы знаем, что не все зако-
ны еще знаем».
Аналогичную мысль высказывал А.Эйнштейн:
«Наука не является и никогда не будет
являться законченной книгой. Каждый
важный успех приносит новые вопросы.
Всякое развитие обнаруживает со време-
нем все новые и более глубокие трудно-
сти».
Важное значение для понимания материального
единства мира имеет установленный физиками
следующий факт: существующий набор числовых
значений фундаментальных постоянных (гравита-
ционная постоянная, постоянная Планка, скорость
света в вакууме, заряд электрона и др.) необходим
для существования основных устойчивых связан-
ных состояний материи, т.е. всей живой и неживой
природы в известных нам формах. Изменение ка-
кой-либо фундаментальной постоянной при неиз-
менности остальных приведет к невозможности су-
ществования основных устойчивых связанных со-
стояний: ядер, атомов, звезд и галактик.
Структура физики
В соответствии с многообразием исследуемых
форм движения материи физика подразделяется на
ряд дисциплин, или разделов, в той или иной мере
связанных друг с другом. Деление физики на от-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
дельные дисциплины можно проводить, руковод-
ствуясь различными критериями. По изучаемым
объектам физика делится на физику элементарных
частиц и физических полей, физику ядра, физику
атомов и молекул, физику твердых, жидких и газо-
образных тел, физику плазмы. Другой критерий –
изучаемые процессы или формы движения мате-
рии: различают механическое движение, тепловые
процессы, электромагнитные явления, гравитаци-
онные, сильные, слабые взаимодействия. Соответ-
ственно в физике выделяют следующие фундамен-
тальные физические теории: классическую меха-
нику – механику материальных точек и твердых
тел, механику сплошных сред (включая акустику),
термодинамику, статистическую физику, электро-
динамику (включая оптику), специальную теорию
относительности (релятивистскую механику), тео-
рию тяготения (общую теорию относительности),
квантовую механику, квантовую статистику и
квантовую теорию поля. При этом многие процес-
сы изучаются на разных уровнях: на макроскопи-
ческом уровне в феноменологических (описатель-
ных) теориях и на микроскопическом уровне в ста-
тистических теориях многих частиц. Указанные
способы подразделения физики частично перекры-
ваются вследствие глубокой внутренней взаимо-
связи между объектами материального мира и про-
цессами, в которых они участвуют. По целям ис-
следования выделяют прикладную физику. Особо
выделяется теория колебаний и волн, основанная
на общности закономерностей колебательных и
волновых процессов различной физической приро-
ды и методов их исследования.
В начале 30-х годов XX века советский физик-
теоретик М.П.Бронштейн использовал фундамен-
тальные константы – гравитационную постоянную
G, скорость света в вакууме c и постоянную План-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
ка h – для классификации фундаментальных физи-
ческих теорий и исследования взаимосвязи между
ними. Чтобы представить идеи М.П.Бронштейна в
наглядном виде, в 1964 г. известный советский
космолог А.Л.Зельманов предложил геометриче-
скую модель взаимоотношения основных физиче-
ских теорий. Трехмерная модель А.Л.Зельманова
получила название куба физических теорий. В ней
в вершинах куба, построенного на трех ортого-
нальных осях G, h и 1/c (Рис. 1), расположены
фундаментальные физические теории. Координаты
вершин куба зависят от используемых теориями
универсальных (фундаментальных) мировых кон-
стант: НМ(0,0,0), НГ(G,0,0), СТО(0,1/c,0), КМ
(0,0,h), ОТО(G,1/c,0), КТП(0,1/с,h), НКГ(G,0,h),
ТВ(G,1/c,h).
Рис. 1. Куб физических теорий
(Из Л.Б.Окунь, 1991)
В начале координат находится классическая
механика Ньютона НМ(0,0,0), которая не содержит
универсальных констант и является первой фунда-
ментальной теорией. Нерелятивистская гравитаци-
онная механика Ньютона (ньютоновская теория
гравитации) НГ(G,0,0) является второй фундамен-
тальной теорией и содержит одну универсальную
постоянную – гравитационную постоянную G. Ис-
торически третьей фундаментальной теорией стала
электродинамика Максвелла и связанная с ней
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38
специальная теория относительности СТО(0,1/c,0)
Эйнштейна, где в качестве универсальной мировой
постоянной вводится скорость света в вакууме с.
Четвертой фундаментальной физической теорией
является квантовая механика КМ (0,0,h), содер-
жащая универсальную мировую константу посто-
янную Планка h как минимально возможный квант
действия. Пятой фундаментальной физической
теорией стала общая теория относительности
ОТО(G,1/c,0), содержащая две универсальные ми-
ровые постоянные G и с. Она является синтезом
специальной теории относительности СТО и нере-
лятивистской гравитационной механики НГ. Шестой
фундаментальной физической теорией является
квантовая теория поля КТП(0,1/с,h), содержащая
универсальные мировые константы c и h. Кванто-
вая теория поля является синтезом квантовой ме-
ханики КМ и специальной теории относительности
СТО. Синтез нерелятивистской гравитационной
теории НГ и квантовой механики КМ дает нереля-
тивистскую квантовую теорию гравитации
НКГ(G,0,h), содержащую универсальные мировые
постоянные G и h. Академик Л.Б.Окунь считает, что
сейчас еще неясно, существуют ли объекты, кото-
рые описывает эта теория. И, наконец, синтез всех
теорий в будущем может привести к созданию все-
объемлющей «теории всего» ТВ(G,1/c,h) – реляти-
вистской квантовой теории гравитации (единой
теории поля), содержащей все три универсальные
мировые константы G, h и c. На создание этой тео-
рии направлены в настоящее время усилия физи-
ков-теоретиков.
Все физические теории, входящие в модель
А.Л.Зельманова, взаимосвязаны между собой. Так,
классическая механика Ньютона НМ является пре-
дельным случаем ньютоновской теории гравитации
НГ, специальной теории относительности СТО и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39
квантовой механики КМ, т.е. соответственно полу-
чается из них при G→0, 1/c→0 и h→0. Аналогич-
ным образом ньютоновская теория гравитации НГ,
специальная теория относительности СТО и кван-
товая механика КМ представляют собой соответ-
ствующие предельные случаи нерелятивистской
квантовой теории гравитации НКГ или общей тео-
рии относительности ОТО, общей теории относи-
тельности ОТО или квантовой теории поля КТП,
квантовой теории поля КТП или нерелятивистской
квантовой теории гравитации НКГ. Очевидно, что
общая теория относительности ОТО, нерелятивист-
ская квантовая теория гравитации НКГ и квантовая
теория поля КТП являются предельными случаями
единой теории поля – «теории всего» ТВ. «Куб
теорий» отражает представление об эволюции фи-
зики в направлении объединения различных тео-
рий и создания, в конце концов, единой теории –
«теории всего». Заметим, что модель
А.Л.Зельманова охватывает не все физические
теории.
Физические методы исследования
В своей основе физика – экспериментальная
наука: ее законы базируются на фактах, установ-
ленных опытным путем. Эти законы представляют
собой строго определенные количественные соот-
ношения и формулируются на математическом
языке. Различают экспериментальную физику
(опыты, проводимые для обнаружения новых фак-
тов и для проверки открытых физических законов)
и теоретическую физику, цель которой состоит в
формулировке общих законов природы и объясне-
нии конкретных явлений на основе этих законов, а
также в предсказании новых явлений. Следует от-
метить, что при изучении любого явления опыт и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
теория неразрывно связаны друг с другом. Рас-
смотрим более подробно методы, которыми поль-
зуются физики при изучении окружающего нас ма-
териального мира.
Эмпирические методы исследования
Наблюдение – целенаправленное изучение
предметов, опирающееся в основном на данные ор-
ганов чувств (ощущения, восприятия, представле-
ния). В ходе наблюдения мы получаем знание не
только о внешних сторонах объекта познания, но и
о его существенных свойствах и отношениях.
Наблюдение – целенаправленное восприятие явле-
ний и предметов, начальная ступень человеческого
познания, оно дает первые восприятия и ощуще-
ния. Наблюдение осуществляется в процессе прак-
тической деятельности. Практика - отправной
пункт всякого познания.
Научное наблюдение – целенаправленное, ор-
ганизованное восприятие предметов и явлений.
Наблюдение может быть непосредственным и опо-
средованным различными приборами и техниче-
скими устройствами (микроскоп, телескоп и др.). С
развитием науки наблюдение становится все более
сложным и опосредованным. Так, развитие радио-
физики, совершенствование радиолокационных
приборов привело к революции в астрономии. Бы-
ли сооружены гигантские радиотелескопы, улавли-
вающие излучения космических тел в радиодиапа-
зоне. Информация о космических объектах значи-
тельно выросла. Были открыты радиозвезды и ра-
диогалактики с мощным радиоизлучением; наибо-
лее удаленные от нас квазизвездные объекты –
квазары, светимость которых в сотни раз превыша-
ет светимость ярчайших галактик; реликтовое из-
лучение, возникшее на ранней стадии эволюции
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
41
Вселенной; пульсары – быстро вращающиеся
нейтронные звезды, создающие направленное из-
лучение в радио- и в видимом диапазонах, интен-
сивность которого периодически меняется из-за
вращения звезд.
Научное наблюдение проводится для сбора
фактов, выступающих основой для определенных
теоретических обобщений. Наблюдатель не может
изменить объект наблюдения, регулировать про-
цесс, управлять им и контролировать его. В наблю-
дении сохраняется полная зависимость наблюдате-
ля от изучаемого процесса.
В ходе наблюдения исследователь руководству-
ется определенной идеей, концепцией или гипоте-
зой. Он отбирает факты, которые либо подтвер-
ждают, либо опровергают его концепцию. Г.Селье
в книге «От мечты к открытию» писал о роли
наблюдения в научном познании:
«Простое наблюдение – это самый
удивительный и доступный из всех … ме-
тодов, и от него зависит большинство дру-
гих. Разумеется, просто держать глаза от-
крытыми бывает порой недостаточно. Надо
учиться тому, как смотреть, на что смотреть
и каким образом помещать изучаемый
объект в рамки нашего поля зрения. Нам
необходимо обрести способность созерцать
естественное явление с полной объектив-
ностью и предельным вниманием, не под-
даваясь предубеждениям и не отвлекаясь.
И все-таки никак не обойтись без извест-
ной доли предубеждения или, назовем его
иначе, подсознательного управления вни-
манием со стороны опыта. Только с его по-
мощью можно пробиться сквозь туман не-
существенного.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
… великое преимущество наблюдения
состоит в том, что оно в отличие от химиче-
ских или физических методов воздействия
выявляет в объекте его бесчисленные
свойства и взаимосвязи. Наблюдение дает
целостный и естественный образ, а не
набор точек. Чем проще метод наблюдения
и чем менее мы полагаемся на средства
увеличения и выделения отдельных дета-
лей, тем шире поле исследования и тем
более естественным образом оно сохраня-
ется неповрежденным».
Эксперимент – наблюдение исследуемого явле-
ния в строго контролируемых условиях, позволяю-
щих следить за ходом явления, измерять количе-
ственные характеристики этого явления и воспро-
изводить это явление каждый раз при повторении
этих условий. Основные особенности эксперимен-
та:
- активное (в отличие от наблюдения) отноше-
ние исследователя к изучаемому объекту, вплоть
до его изменения и преобразования;
- возможность рассмотрения явления в чистом
виде путем изоляции его от второстепенных обсто-
ятельств или путем варьирования условий экспе-
римента;
- многократная воспроизводимость изучаемого
явления по желанию исследователя;
- возможность контроля за поведением объекта
исследования и проверки результатов;
- возможность обнаружения таких свойств яв-
лений, которые не наблюдаются в естественных
условиях (например, получение и исследование
трансурановых элементов);
- воспроизводимость другими исследователями
в аналогичных условиях.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
43
В ходе эксперимента проводятся измерения для
объективной количественной оценки исследуемого
явления.
Еще в начале ХХ в. многие фундаментальные от-
крытия (атомного ядра, радиоактивности и др.)
были сделаны с помощью сравнительно простой
аппаратуры. В дальнейшем эксперимент стал
быстро усложняться и экспериментальные установ-
ки стали сравнимы по масштабу с промышленными
предприятиями. Современные экспериментальные
исследования в области ядра и элементарных ча-
стиц, термоядерного синтеза, радиоастрономии
требуют небывалых масштабов и затрат средств,
которые доступны лишь крупным государствам
или даже группе государств с развитой экономи-
кой.
Для проведения экспериментов создаются уни-
кальные установки (электронные микроскопы,
ускорители, радиотелескопы и др.). Ученые могут
работать в интервале температуры от абсолютного
нуля до десятков миллионов градусов, получать в
экспериментах давления в миллионы атмосфер,
изучать процессы, длящиеся 10-11 с, измерять рас-
стояния с точностью 10-12 см, увеличивать объекты
в 20 млн. раз.
Как ни странно, самые крупные физические
экспериментальные установки строятся для реги-
страции и исследования микрообъектов – элемен-
тарных частиц: различные типы ускорителей и де-
текторы к ним. Так, для регистрации «солнечных»
нейтрино сконструирован детектор, представляю-
щий собой бак, заполненный 610 т четыреххлори-
стого углерода и расположенный на глубине 1,5
км. Другой детектор для этих же целей содержит
60 т галлия и позволяет регистрировать одно «сол-
нечное» нейтрино в сутки.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
44
Самой грандиозной экспериментальной уста-
новкой в настоящее время можно считать большой
адронный коллайдер (Large Hadron Collider – LHC)
– ускоритель встречных протонов и тяжелых ядер.
LHC – самая сложная экспериментальная установ-
ка, когда-либо созданная человеком. Большой ад-
ронный коллайдер находится на территории Швей-
царии и Франции, вблизи Женевы, в туннеле на
глубине 100 м. Длина туннеля ускорителя 27 км,
диаметр – почти 9 км. По двум кольцам ускорителя
протоны будут разгоняться до энергии 7 ТэВ. Во-
круг колца расположены детекторы, по своей
сложности не уступающие ускорительному кольцу,
например, детектор ATLAS - размером с 4-5-
этажный дом. Ожидается, что данные, полученные
на LHC, приведут к бурному развитию физики эле-
ментарных частиц и всей физики в целом.
По мере развития науки приборы, используе-
мые для исследований, становятся все более слож-
ными. Возникает вопрос о взаимодействии прибора
(наблюдателя) и объекта наблюдения. В классиче-
ской физике считалось, что введение прибора в
какую-либо исследуемую систему не изменяет со-
стояние системы. В применении к макроскопиче-
ским системам воздействие наблюдателя (субъек-
та) на объект ничтожно мало и им можно прене-
бречь. Совершенно иначе обстоят дела в микроми-
ре. При изучении микропроцессов было обнаруже-
но, что факт наблюдения изменяет состояние
наблюдаемой микрочастицы, изменяет ее волновую
функцию, которая используется для описания со-
стояния микрочастиц, обладающих корпускулярно-
волновым дуализмом. При квантово-механическом
описании природы объект изучения и прибор обра-
зуют единую систему. В квантовой механике изме-
рение обладает парадоксальными чертами. В част-
ности, свойства квантовой системы, обнаруженные
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45
при измерении, могут не существовать до измере-
ния.
В 1927 г. Н.Бор сформулировал принцип допол-
нительности – принципиальное положение кванто-
вой механики, согласно которому получение экспе-
риментальной информации об одних физических
величинах, описывающих микрообъект (элемен-
тарную частицу, атом, молекулу), неизбежно свя-
зано с потерей информации о некоторых других
величинах, «дополнительных» к первым. Такими
взаимно дополнительными величинами являются,
например, координата и импульс микрочастицы. С
физической точки зрения, следуя Бору, принцип
дополнительности часто объясняют влиянием из-
мерительного прибора, который всегда является
макроскопическим объектом, на состояние микро-
объекта.
Рассматривать поведение изучаемого микро-
объекта имеет смысл, только исходя из результатов
его взаимодействия с прибором. Поэтому то, как
проявляет себя микрочастица – как волна или как
частица, зависит от характера проводимого изме-
рения и используемого прибора. Корпускулярный
или волновой характер частица приобретает только
в глазах экспериментатора. Имеются два класса
приборов: в одних квантовые микрообъекты ведут
себя как волны, в других – как частицы. В кванто-
вых экспериментах мы наблюдаем не реальность
как таковую, а лишь квантовое явление, включаю-
щее результат взаимодействия микрообъекта с
прибором. М.Борн заметил, что волны и частицы –
это «проекции» физической реальности на экспе-
риментальную ситуацию. По мнению
В.Гейзенберга, «наблюдение играет решающую
роль в атомном событии, реальность различа-
ется в зависимости от того, наблюдаем мы ее
или нет». Н.Бор подчеркивал:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
46
«Данные при разных условиях опыта не
могут быть охвачены одной-единственной
картиной; эти данные должны рассматри-
ваться как дополнительные в том смысле,
что только совокупность разных явлений
может дать полное представление о свой-
ствах объекта».
Данные опыта – наиболее частный вид есте-
ственно-научного знания. Они представляют собой
констатацию показаний приборов в процессе про-
ведения опыта. Для избежания ошибок опыт мно-
гократно повторяется, результаты опытов подвер-
гаются статистической обработке. В результате
опытов иногда выявляются эмпирические законо-
мерности, например закон Ома, закон Гука, закон
Бойля – Мариотта. В эмпирические законы входят
эмпирические понятия: длина, масса, сила, ско-
рость и т.д.
Очень образно высказался о роли эксперимента
в развитии науки И.Пригожин:
«Мы считаем экспериментальный
диалог неотъемлемым достижением чело-
веческой культуры. Он дает гарантию того,
что при исследовании человеком природы
последняя выступает как нечто независимо
существующее. Экспериментальный метод
служит основой коммуникабельной и вос-
производимой природы научных результа-
тов. Сколь бы отрывочно ни говорила при-
рода в отведенных ей экспериментом рам-
ках, высказавшись однажды, она не берет
своих слов назад: природа никогда не
лжет».
Эмпирические законы описывают, как правило,
узкую группу явлений. На основании эмпирических
исследований могут быть сделаны эмпирические
обобщения. В науках описательных эмпирические
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47
обобщения завершают исследование. В экспери-
ментальных и теоретических науках это только
начало. На основе большого количества опытов пу-
тем обобщения формируется гипотеза или теория.
Опыт может подтвердить или опровергнуть выдви-
нутую гипотезу. О роли эксперимента в физике
Г.С.Ландсберг писал:
«Отчетливое понимание … экспери-
ментального характера физических зако-
нов имеет крайне важное значение: оно
делает из физики науку о природе, а не си-
стему умозрительных построений; с другой
стороны, оно прививает мысль о границах
применимости установленных физических
законов, основанных на них теорий и от-
крывает перспективы для дальнейшего
развития науки. Не менее важным на пер-
вых шагах обучения играет правильное
представление о схематизации изучаемых
явлений, ее смысле и ценности».
Эту же мысль развивает Г.Липсон в книге «Ве-
ликие эксперименты в физике»:
«Теория играла и продолжает играть
важную роль в физике, но она всегда опи-
рается на эксперимент: теория получает
признание лишь в том случае, если она
приводит к результатам, которые могут
быть проверены экспериментально. В со-
знание многих физиков каким-то образом
проникло убеждение, что теория выше
практики и что выдвинуть новую теорию
важнее, чем провести решающий экспери-
мент. Эта точка зрения лишена всяких ос-
нований. Часто такие эксперименты в ос-
нове своей просты, и более поздние иссле-
дователи упускают из виду, сколько изоб-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
ретательности потребовалось, чтобы их
придумать».
Важнейшую роль эксперимента в становлении
новой теории можно проследить на примере кван-
товой механики. Теоретические основания кванто-
вой механики базируются не на одном, а на целом
ряде тончайших экспериментов, принесших нетри-
виальные результаты. Отметим лишь некоторые из
них. Возникновение квантовой теории и формула
Планка, дающая зависимость спектральной излуча-
тельной способности абсолютно черного тела от
длины волны при заданной температуре, связаны с
опытами Люммера и Прингсгейма по эксперимен-
тальному исследованию указанной выше зависимо-
сти. Опыты Перрена по изучению броуновского
движения убедительно подтвердили существование
молекул и позволили определить число Авогадро.
Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц приве-
ли к созданию ядерной модели атома. В опытах
Д.Франка и Г.Герца, изучавших методом задержи-
вающего потенциала столкновение электронов с
атомами паров ртути, была доказана дискретность
значений энергии атомов. Эксперименты Миллике-
на по исследованию фотоэлектрического эффекта
подтвердили справедливость уравнения Эйнштейна
для фотоэффекта и корпускулярную природу све-
та. Опыты О.Штерна и В.Герлаха, обнаруживших
тонкую структуру спектральных линий атома водо-
рода, привели Д.Уленбека и С.Гаудсмита к предпо-
ложению существования спина – собственного ме-
ханического момента импульса. В опытах
К.Дж.Дэвиссона и Л.Г.Джермера, установивших,
что пучок электронов, рассевающийся на кристал-
ле никеля, дает отчетливую дифракционную кар-
тину, была подтверждена гипотеза Луи де Бройля о
корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц. В
некоторых из этих экспериментов исследователи,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49
руководствуясь квантовой теорией, твердо знали,
какой эффект они ищут, а иногда даже могли
предсказать результаты опытов количественно.
Широкое распространение в науке получил
мысленный эксперимент – система мыслительных
процедур, проводимых над идеализированными
объектами. Мысленный эксперимент – это теорети-
ческая модель реальных экспериментальных ситу-
аций. Здесь ученый оперирует не реальными пред-
метами, а их концептуальными образами. История
развития физики богата фактами использования
мысленных экспериментов. Примером могут слу-
жить мысленные эксперименты Галилея, привед-
шие к открытию закона инерции. До Галилея в те-
чение двух тысяч лет в физике господствовала
точка зрения Аристотеля, согласно которой тело
движется только под действием силы. Если сила
прекращает свое действие, тело останавливается.
Обыденные наблюдения многократно это подтвер-
ждали. Реальные движения действительно прекра-
щались после прекращения действия движущей
силы вследствие наличия сил сопротивления. Га-
лилей сумел продлить наблюдения за пределы
обыденного в область идеализации. Он мысленно
представил, что силы сопротивления не действуют
на движущееся тело, и сделал вывод, что движе-
ние не прекратится, а будет продолжаться. Отсюда
он вывел закон инерции: «Всякое тело сохраняет
состояние покоя или равномерного прямолинейно-
го движения до тех пор, пока воздействие со сто-
роны других тел не заставит его изменить это со-
стояние». А.Эйнштейн и Л.Инфельд писали:
« Закон инерции нельзя вывести непо-
средственно из эксперимента, его можно
вывести умозрительно – мышлением, свя-
занным с наблюдением. Этот эксперимент
никогда нельзя выполнить в действитель-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
ности, хотя он ведет к глубокому понима-
нию действительных экспериментов».
Благодаря возможности абстрагироваться от
многих реальных свойств объектов, осуществлять
мысленные операции с идеальными объектами, по-
лучать в результате знания о более глубоких сущ-
ностях материального мира мысленные экспери-
менты широко применяются в познании. Все круп-
ные физики после Галилея широко пользовались
мысленными экспериментами. Максвелл, например,
с помощью мысленных экспериментов с молекула-
ми газа, представленными в виде маленьких, твер-
дых, упругих шариков, действующих друг на друга
при столкновении, получил закон распределения
молекул газа по скоростям – распределение Макс-
велла. Взяв в качестве модели электрического и
магнитного полей пространство, заполненное иде-
альной жидкостью, Максвелл осуществил над ним
ряд мысленных операций, которые дали возмож-
ность получить математические соотношения, по-
ложенные в основу теории электромагнетизма. При
выводе формулы распределения энергии в спектре
абсолютно черного тела М.Планк использовал мыс-
ленные модели (пространство, ограниченное зер-
кальными стенками и заполненное излучением и
независимыми гармоническими осцилляторами) и
мысленный эксперимент. Размышляя о движении
тел со скоростями, близкими к скорости света, и не
имея возможности наблюдать такие движения,
Эйнштейн часто прибегал к мысленным экспери-
ментам. К разбору мысленных экспериментов при-
бегали Н.Бор и А.Эйнштейн в своей многолетней
дискуссии по основам квантовой механики. Соот-
ношение неопределенностей, являющееся фунда-
ментальным положением квантовой механики, бы-
ло получено В.Гейзенбергом с помощью мысленных
экспериментов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51
Измерение – совокупность действий, выполняе-
мых при помощи определенных средств с целью
нахождения числового значения измеряемой вели-
чины в принятых единицах измерений. Первона-
чально выбор единиц измерения был субъектив-
ным, основывался на свойствах человеческого тела
(фут, сажень и т.д.). Позже стали использовать бо-
лее объективные единицы, выбирая в качестве
эталонов объекты, существующие в природе (метр,
килограмм, секунда).
Первоначально метр был определен как одна
сорокамиллионная доля Парижского меридиана. На
основании измерения длины меридиана был изго-
товлен образец метра в виде платиновой линейки
«архивный» метр). Далее оказалось, что вслед-
ствие возрастания точности геодезических измере-
ний и изменения длины меридиана из-за смещения
полюсов, значения метра и соответствующей части
меридиана будут расходиться. Поэтому за точное
значение метра в 1889 г. был принят так называе-
мый международный прототип. До 1960 г. между-
народный эталон метра – длина между двумя
штрихами на платиново-иридиевом бруске, храня-
щемся в Международном бюро мер и весов в Севре
(Франция). Метр перестал быть «естественной»
мерой единицы длины.
Секунда первоначально определялась как
1/86 400 часть звездных суток. Позже было обна-
ружено систематическое замедление суточного
вращения Земли, вызванное океаническими прили-
вами и другими причинами. Было установлено, что
даже с учетом замедления длительность суток не-
постоянна – она может изменяться в обе стороны
на тысячные и даже сотые секунды. Следователь-
но, сутки нельзя использовать в качестве эталона
времени. Поэтому от измерения времени на основе
вращения Земли перешли к измерению с помощью
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
52
атомных стандартов, основанных на колебаниях
определенного типа в атоме цезия. В настоящее
время в качестве эталонов используют длины волн
излучения атомов, скорость света в вакууме, массу
электрона.
Системой единиц называют совокупность ос-
новных и производных единиц некоторой системы
физических величин, образованную в соответствии
с принятыми правилами. Система единиц строится
на основе физических теорий, отражающих суще-
ствующую в природе взаимосвязь физических ве-
личин. Для построения системы единиц произволь-
но выбирают единицы для нескольких не завися-
щих друг от друга физических величин; они назы-
ваются соответственно основными единицами и
основными величинами данной системы. Осталь-
ные величины и их единицы устанавливаются на
основании законов, связывающих эти величины с
основными. Они называются производными. Обыч-
но в качестве основных выбирают единицы, кото-
рые могут быть воспроизведены эталонами или
эталонными установками с наивысшей точностью,
соответствующей уровню развития науки и техники
в данную эпоху. Связь производных единиц с ос-
новными выражается формулами размерности.
В СССР с 1982 г. введена Международная си-
стема единиц – Система Интернациональная, при-
нятая 11 Генеральной конференцией по мерам и
весам (1960). Сокращенное обозначение системы –
SI (в русской транскрипции СИ). В ней использу-
ются семь основных единиц (метр, килограмм, се-
кунда, ампер, кельвин, моль, кандела) и две до-
полнительные (радиан и стерадиан).
Метр (м) – единица длины – равен
1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения,
соответствующего переходу между уровнями 2p10 и
5d5 атома криптона-86. В 1983 г. 17-я Генеральная
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53
конференция по мерам и весам приняла новое
определение метра как расстояния, проходимого в
вакууме плоской электромагнитной волной за
1/299 792 458 долю секунды. Относительная по-
грешность нового эталона метра 10-9 – 10-11.
Килограмм (кг) – единица массы – равен мас-
се международного прототипа, хранящегося в
Международном бюро мер и весов в Севре, близ
Парижа. Прототип килограмма сделан из платино-
иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия) в
виде цилиндрической гири диаметром и высотой 39
мм. Относительная погрешность сличений с прото-
типом эталонов-копий не превышает 2∙10-9.
Секунда (с) – единица времени – равна
9 192 631 770 периодам излучения, соответствую-
щего переходу между двумя сверхтонкими уровня-
ми основного состояния атома цезия-133. Эталон
времени (и частоты), включающий атомно-лучевую
трубку с пучком атомов цезия и радиоустройство,
дающее набор электрических колебаний фиксиро-
ванных частот, позволяет воспроизводить единицы
времени (и частоты) с относительной погрешно-
стью 1∙10-11.
Ампер (А) – единица силы электрического то-
ка – равен силе неизменяющегося тока, который
при прохождении по двум параллельным прямоли-
нейным проводникам бесконечной длины и ни-
чтожно малой площади сечения, расположенным в
вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал
бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу
взаимодействия, равную 2∙10-7 Н.
Кельвин (К) – единица термодинамической
температуры – равен 1/273,16 части термодинами-
ческой температуры тройной точки воды.
Моль (моль) – единица количества вещества –
количество вещества системы, содержащей столько
же структурных элементов (атомов, молекул),
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54
сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа уг-
лерода-12.
Кандела (кд) – единица силы света – равна
силе света в заданном направлении источника, ис-
пускающего монохроматическое излучение часто-
той 540∙1012 Гц, энергетическая сила света которо-
го в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Радиан (рад) – единица плоского угла – равен
углу между двумя радиусами окружности, длина
дуги между которыми равна радиусу.
Стерадиан (ср) – единица телесного угла –
равен телесному углу с вершиной в центре сферы,
вырезающему на поверхности сферы площадь,
равную площади квадрата со стороной, равной ра-
диусу сферы.
М.Планк в 1899-1900 гг. предложил «есте-
ственную систему единиц», основанную на четырех
фундаментальных физических постоянных - скоро-
сти света в вакууме c, гравитационной постоянной
G, постоянной Планка ħ и постоянной Больцмана k.
Используя метод размерностей, он получил едини-
цы длины, времени, массы и температуры, которые
предложил рассматривать как естественные (дан-
ные самой природой) единицы. Эти единицы полу-
чили название планковских. В современной физике
планковские единицы определяются следующим
образом:
- планковская длина 333 1062,1/
cGlpl
см;
- планковское время 445 1039,5//
cGcltplpl
с;
- планковская масса 5
102,2/
Gcmpl
г;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
- планковская температура
;1042,1/1 325 KGck
Tpl
- планковская энергия 1952 1022,1/ GñcmE
plpl ГэВ.
Планк отметил, что эти единицы будут сохра-
нять свое значение до тех пор, пока справедливы
законы тяготения, начала термодинамики и пока
остается неизменной скорость света в вакууме.
Планковские величины не представляют (по
крайней мере, до сих пор) существенного значения
для метрологии, но имеют исключительную важ-
ность для теоретической физики как границы при-
менимости современных физических теорий. По
современным представлениям при расстояниях и
промежутках времени порядка планковских пере-
стает быть применимым понятие непрерывности
пространства и времени; при планковской энергии
гравитационное взаимодействие объединяется с
другими фундаментальными взаимодействиями –
сильным, слабым и электромагнитным.
Методы теоретического познания
Формализация – отображение содержательного
знания в знаково-символическом виде (формали-
зованном языке), отображение результатов мыш-
ления в точных понятиях и утверждениях; постро-
ение абстрактно-математических моделей, раскры-
вающих сущность изучаемых явлений.
Формализованный язык создается для точного
выражения мыслей с целью исключения возможно-
сти их неоднозначного понимания. При формали-
зации рассуждения об объектах переносятся в
плоскость оперирования со знаками (формулами),
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
что связано с построением искусственных языков
(язык математики, химии, логики и т.д.). Использо-
вание специальной символики позволяет устранить
многозначность слов обычного, естественного язы-
ка. В формализованных рассуждениях каждый
символ строго однозначен. Так, в уравнении
tFkxxrxm cos0
любой физик увидит уравне-
ние вынужденных колебаний.
Над формулами искусственных языков можно
производить операции, получать из них новые
формулы и соотношения. Тем самым операции с
мыслями о предметах заменяются действиями со
знаками и символами. Анализируя приведенное
уравнение, можно установить зависимость ампли-
туды вынужденных колебаний от частоты вынуж-
дающей силы, резонансную частоту, амплитуду при
резонансе.
Аксиоматизация – способ построения научной
теории на основе некоторых исходных положений
– аксиом (утверждений, доказательства истинности
которых не требуется), из которых все утвержде-
ния этой теории выводятся чисто логическим пу-
тем, посредством доказательств. Специалисты в
области точных наук убеждены, что, исходя из
строго сформулированных основных посылок, рас-
суждая последовательно в рамках системы законов
формальной логики, можно прийти только к одному
– единственно правильному выводу.
Аксиомы, лежащие в основе теории, должны
удовлетворять следующим условиям:
- система аксиом должна быть свободна от проти-
воречий;
- система аксиом должна содержать (как аксиомы)
или получать в качестве вывода (как теоремы) все
известные утверждения о законах из области, ко-
торую должна охватывать данная теория (напри-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57
мер, уравнения движения, уравнения состояния,
уравнения поля и др.);
- аксиомы, помимо физических предположений,
должны служить необходимыми и достаточными
условиями для любого из базисных (неопределяе-
мых) понятий данной теории для того, чтобы эти
понятия имели и математический и физический
смысл;
- основные понятия системы аксиом должны быть
независимыми, то есть они не должны определять-
ся друг через друга;
- различные аксиомы теории не должны выводить-
ся друг из друга.
Механика Ньютона – первая аксиоматизиро-
ванная естественно-научная система. В «Оптике»
И.Ньютон писал:
«Вывести два или три общих начала
движения из явлений и после этого изло-
жить, каким образом свойства и действия
всех телесных вещей вытекают из этих яв-
ных начал, было бы очень важным шагом в
философии, хотя бы причины этих начал и
не были еще открыты».
Этими началами (аксиомами) в механике Нью-
тона являются три закона движения (три закона
Ньютона) и закон всемирного тяготения. Любое
утверждение земной и небесной механики, доказы-
вает Ньютон, может быть выведено на основании
этих законов. Эти утверждения истинны как для
земной, так и для небесной механики при скоро-
стях движения, близких к земным.
М.Бунге так оценивал роль аксиоматизации в
науке:
«Если мы ищем более точную формули-
ровку и, следовательно, более полное и
глубокое понимание теории …, то аксиома-
тический подход в таком случае будет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
58
наиболее предпочтителен. В самом деле,
только он может дать глобальную оценку
теории и сосредоточить внимание на ее су-
щественных ингредиентах, не отвлекаясь
при этом на прикладные аспекты, также
как и на особенности ее исторического и
психологического развития. Аксиоматиче-
ский подход кратчайшим путем ведет к сути
любой теории. Более того, он не перегру-
жен деталями, оставляя их для прикладных
целей».
По мнению Л. де Бройля, аксиоматический ме-
тод в физике имеет ограниченное применение:
«…почему при изложении научных
теорий, не считая, может быть, области чи-
стой математики, метод, называемый «ак-
сиоматическим», удовлетворителен для
нашего ума и в то же время менее плодо-
творен практически. Многие видные умы,
особенно восприимчивые к логической
красоте способа изложения, предпринима-
ли большие усилия, чтобы изложить
надежно установленные физические тео-
рии в аксиоматической форме. Разумеется,
подобные усилия не являются бесполез-
ными; они позволяют в значительной сте-
пени уточнить исходные представления и
постулаты, лучше обнажить весь формаль-
ный костяк теории и строже определить
область ее применения и смысл следствий,
который можно из нее извлечь. Вся беда,
однако, заключается в том, что не успевает
завершиться работа, зачастую длительная
и кропотливая, по аксиоматизации науки,
как теория оказывается недостаточной для
экспериментальных фактов и возникает
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
59
необходимость расширить, а иногда и пол-
ностью пересмотреть ее основы…
Нельзя сказать, что строгие аксиомати-
ческие теории являются бесполезными, но,
вообще говоря, они почти не способствуют
наиболее замечательным успехам науки.
И глубокая причина этого в том, что аксио-
матический метод действительно стремится
устранить индуктивную интуицию – един-
ственный метод, который может помочь
выйти за пределы уже известного; аксио-
матический метод может быть хорошим
методом классификации или преподава-
ния, но он не является методом открытия».
Гипотетико-дедуктивный метод – создание си-
стемы дедуктивно связанных между собой гипотез,
из которых выводятся утверждения об эмпириче-
ских фактах. Общая структура гипотетико-
дедуктивного метода:
- ознакомление с фактическим материалом,
требующим теоретического объяснения, и попытка
объяснения с помощью уже существующих теорий
и законов;
- выдвижение догадки (гипотезы) о причинах и
закономерностях данных явлений с помощью логи-
ческих приемов;
- оценка предположений и отбор из множества
наиболее вероятных;
- выведение из гипотезы дедуктивным путем
следствий;
- экспериментальная проверка выведенных из
гипотезы следствий. Тут гипотеза или получает
экспериментальное подтверждение, или опровер-
гается. Лучшая по результатам проверки гипотеза
переходит в теорию.
Применение гипотетико-дедуктивного метода в
физике часто связано с формализацией теоретиче-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
60
ского исследования. Сначала дают строгое опреде-
ление понятий, которые будут использованы в
дальнейшем, определяют правила действий с ними,
постулируют некоторые основные связывающие их
соотношения, в частности количественные (зако-
ны). После этого в процессе исследования приме-
няются лишь логические операции. Исходные по-
ложения (определения и постулаты) предполага-
ются соответствующими истинным свойствам тех
природных объектов, которые изучает данная
наука. Эти исходные положения являются гипоте-
тическими. Выбор определений и постулатов осно-
ван только на опыте, на наблюдении и эксперимен-
те с реальными объектами. Правильность выбран-
ных гипотез подтверждается успехами науки, по-
строенной таким образом.
Формализованный гипотетико-дедуктивный ме-
тод с успехом был применен И.Ньютоном при по-
строении классической механики. В дальнейшем он
последовательно переносился на другие области
физики: термодинамику, статистическую механику,
электродинамику, теорию относительности, кван-
товую механику и т.д.
Общелогические методы и приемы
Анализ – реальное или мысленное расчленение
целостного объекта на составные части (стороны,
признаки, свойства, отношения) с целью их все-
стороннего изучения. В каждой области естество-
знания есть свой предел членения объекта, за ко-
торым наблюдается иной мир свойств и закономер-
ностей. Анализ – необходимый этап в познании
объекта, но он составляет лишь первый этап про-
цесса познания. Невозможно понять сущность объ-
екта, только разлагая его на элементы, из которых
он состоит. Сколь бы глубоко ни были изучены,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
61
например, свойства углерода и водорода, по этим
сведениям еще ничего нельзя сказать о свойствах
многочисленных химических соединений, состоя-
щих из различного сочетания этих элементов.
Для постижения объекта или явления как еди-
ного целого необходимо вскрыть объективно суще-
ствующие связи между составными частями объек-
та или факторами, влияющими на явление, рас-
смотреть их в совокупности, единстве. Аналитиче-
ская стадия всегда имеет место при эксперимен-
тальном исследовании вновь открытого явления. В
эксперименте анализируется влияние различных
факторов в отдельности на явление. Так, при экс-
периментальном исследовании фотоэффекта изу-
чалось влияние величины светового потока и ча-
стоты падающего света на величину тока насыще-
ния и максимальную скорость вылетевших элек-
тронов. Были установлены следующие закономер-
ности:
1. Сила тока насыщения при неизменном
спектральном составе прямо пропорцио-
нальна величине падающего светового по-
тока.
2. Максимальная скорость вылетевших элек-
тронов не зависит от интенсивности пада-
ющего света, а определяется его частотой.
Кинетическая энергия вылетевших элек-
тронов линейно растет с ростом частоты.
3. Для каждого вещества существует мини-
мальная частота, зависящая от природы
вещества и состояния его поверхности, при
которой свет любой интенсивности фото-
эффект не вызывает.
Полученные закономерности не находили объ-
яснения с точки зрения волновой теории света,
господствовавшей в то время, и противоречили ей.
Для перехода от изучения отдельных составных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
частей объекта (явления) к изучению его как еди-
ного целого используется другой метод – синтез.
Синтез – соединение ранее выделенных частей
в единое целое. Результат синтеза – совершенно
новое образование, знание. Анализ фиксирует в
основном то специфическое, что отличает части
друг от друга. Синтез не означает простого меха-
нического соединения разнородных элементов в
единую систему. Он раскрывает место и роль каж-
дого элемента в системе целого, устанавливает их
взаимосвязь и взаимообусловленность. Синтез
вскрывает то общее, что связывает части в единое
целое.
Анализируя закономерности фотоэффекта,
А.Эйнштейн пришел к выводу (синтез!), что они
могут быть объяснены на основе квантовой теории.
Предложенное Эйнштейном объяснение фотоэлек-
трического эффекта было основано на радикаль-
ном расширении рамок первоначальной квантовой
гипотезы М.Планка, согласно которой энергия, из-
лучаемая осциллятором в электромагнитное поле,
рассматривалась как квантованная величина. Раз-
вивая идеи М.Планка, Эйнштейн в 1905 г. отожде-
ствил квант с реальной частицей, позже названной фотоном. Он предположил, что свет частотой не
только испускается, но и распространяется в про-
странстве, и поглощается веществом отдельными
порциями (квантами), энергия которых зависит от
частоты. Распространение света надо рассматри-
вать не как волновой процесс, а как поток дис-
кретных частиц-фотонов. Энергия падающего фо-
тона h расходуется на совершение электроном
работы выхода из металла Авых и на сообщение вы-
летевшему электрону кинетической энергии
mv2max/2. Используя закон сохранения энергии,
Эйнштейн предложил уравнение для внешнего фо-
тоэффекта, которое носит его имя: h = Авых +
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
63
mv2max/2. На основании этого уравнения удалось
объяснить все закономерности фотоэффекта. Анализ и синтез находятся в диалектическом
единстве между собой. Анализ и синтез берут свое
начало в практической деятельности человека. Че-
ловек научился мысленно анализировать и синте-
зировать лишь на основе практического расчлене-
ния, соединения, составления предметов при изго-
товлении орудий труда т.д. Анализ и синтез – ос-
новные приемы мышления.
Абстрагирование – отвлечение от ряда несуще-
ственных для данного исследования свойств и от-
ношений изучаемого явления с одновременным
выделением интересующих исследователя свойств
и отношений. Абстрагирование составляет необхо-
димое условие возникновения и развития любой
науки и человеческого познания вообще. Вопрос о
том, что в объективной действительности выделя-
ется и от чего мышление отвлекается, в каждой
конкретной ситуации решается в прямой зависимо-
сти от природы изучаемого объекта и стоящих пе-
ред исследователем задач. Для механики, изучаю-
щей перемещение тел в пространстве, безразлич-
но, из каких веществ состоят тела. Протоны и
нейтроны обладают многими общими свойствами,
которые не зависят от наличия у частицы электри-
ческого заряда. Абстрагируясь от наличия заряда у
протона и от отсутствия заряда у нейтрона, вводят
понятие «нуклон», объединяющее эти две частицы.
Известно, что протоны и нейтроны состоят из квар-
ков, но в большинстве случаев это можно не при-
нимать во внимание и считать их элементарными
бесструктурными частицами.
Процесс познания всегда начинается с рассмот-
рения конкретных, чувственно воспринимаемых
предметов и явлений, их внешних признаков,
свойств, связей. В результате изучения чувствен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
но-конкретного человек приходит к каким-то
обобщенным представлениям, понятиям, к тем или
иным теоретическим положениям, т.е. научным аб-
стракциям (например, понятие электромагнитного
поля, введенное Максвеллом в результате обобще-
ния чувственно-наглядных, эмпирических пред-
ставлений об электромагнитных явлениях Фара-
дея). В процессе абстрагирования происходит от-
ход от чувственно воспринимаемых конкретных
объектов к воспроизводимым в мышлении аб-
страктным представлениям о них. Переход от чув-
ственно-конкретного к абстрактному всегда связан
с известным упрощением действительности. Но
благодаря переходу к абстрактному исследователь
получает возможность глубже понять изучаемый
объект, раскрыть его сущность.
О роли абстрагирования в научном познании
В.Гейзенберг в книге «Шаги за горизонт» писал:
«… что такое абстракция и какую роль
она играет в понятийном мышлении? Ответ
можно сформулировать примерно так: аб-
стракция означает возможность рассмот-
реть предмет или группу предметов под
одним углом зрения, отвлекаясь от всех
других свойств рассматриваемого предме-
та. Сущность абстракции составляет выде-
ление одной особенности и противопостав-
ление ее как особо важной всем прочим.
Легко убедиться, что образование понятий
происходит в ходе формирования такого
рода абстракции, ибо оно предполагает
способность распознавать сходство. По-
скольку в наблюдаемых явлениях практи-
чески никогда не встречается полной тож-
дественности, сходство возникает только в
процессе абстрагирования, когда выделя-
ется какая-то одна особенность и устраня-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
65
ются все другие. Чтобы быть в состоянии
сформировать, скажем, понятие «дерево»,
нужно сначала сообразить, что у березы и
ели имеются некие общие черты, которые
можно выделить посредством абстрагиро-
вания и представить обособленно...
…Понятия, первоначально получен-
ные путем абстрагирования от конкретного
опыта, обретают собственную жизнь. Они
оказываются более содержательными и
продуктивными, чем можно было ожидать
поначалу. В последующем развитии они
обнаруживают собственные конструктив-
ные возможности: они способствуют по-
строению новых форм и понятий, позво-
ляют установить связи между ними и могут
быть в известных пределах применимы в
наших попытках понять мир явлений».
Идеализация – мысленное образование аб-
страктных объектов, не существующих в действи-
тельных условиях, но для которых имеются прооб-
разы в реальном мире (идеальный газ, абсолютно
черное тело). Идеализация, таким образом, особый
вид абстрагирования. Идеализация – это процесс
образования понятий, реальные прототипы кото-
рых могут быть указаны с той или иной степенью
приближения (материальная точка, точечный за-
ряд). Введение в процесс исследования идеализи-
рованных объектов позволяет осуществлять по-
строение абстрактных схем реальных объектов,
процессов, явлений, что способствует более глубо-
кому проникновению в закономерности их проте-
кания. Материальная точка – идеализация, широко
применяемая в механике, представляет собой объ-
ект, размерами которого в условиях данной задачи
можно пренебречь. Такой объект удобен при опи-
сании движения. Подобная абстракция позволяет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
заменить в исследовании самые различные реаль-
ные объекты: от молекул и атомов при решении
многих задач молекулярной физики до планет Сол-
нечной системы при изучении их движения вокруг
Солнца.
Идеализация целесообразна тогда, когда под-
лежащие исследованию реальные объекты доста-
точно сложны для имеющихся средств теоретиче-
ского и математического анализа, а по отношению
к идеализированному случаю можно построить и
развить теорию, достаточно эффективную для опи-
сания свойств и поведения реальных объектов.
Примерами таких идеализаций являются абсолютно
черное тело, идеальный газ, идеальная жидкость и
др.
Индукция – метод исследования и способ рас-
суждения, в котором общий вывод строится на ос-
нове частных посылок, процесс выведения общего
положения из наблюдения единичных фактов. Ро-
доначальником индуктивного метода является
Ф.Бэкон, который считал индукцию важнейшим ме-
тодом поиска истины в науке:
«Индукцию мы считаем той формой до-
казательства, которая считается с данными
чувств, и настигает природу, и устремляет-
ся к практике, почти смешиваясь с нею».
Непосредственной основой индуктивного умо-
заключения является повторяемость признаков в
ряду предметов определенного класса. Заключение
по индукции представляет собой вывод об общих
свойствах всех предметов, относящихся к данному
классу, на основе наблюдения достаточно широко-
го множества таких предметов.
Различают два вида индукции – полную и не-
полную. Полная – вывод общего суждения о всех
объектах некоторого множества на основании рас-
смотрения всех объектов данного множества. Мо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
67
жет применяться, когда множество объектов огра-
ничено. На практике чаще применяется неполная
индукция. Она предполагает вывод о всех объектах
множества на основе познания лишь части объек-
тов. Выводы неполной индукции часто носят веро-
ятностный характер и требуют дополнительного
подтверждения.
Индукция является основным логическим мето-
дом обработки экспериментальных данных, так как
исследователь за частными результатами конечно-
го числа экспериментов стремится увидеть общие
закономерности. Индуктивное обобщение экспери-
ментальных данных обычно рассматривается как
эмпирические законы. В качестве примеров таких
законов можно привести законы Кеплера о движе-
нии планет вокруг Солнца, закон Ома, законы фе-
номенологической термодинамики, законы Менде-
ля в биологии и многие другие. Индукция не может
существовать в отрыве от дедукции.
Дедукция – способ рассуждения, посредством
которого из общих посылок с необходимостью сле-
дует заключение частного характера. Началом (по-
сылками) дедукции являются аксиомы, постулаты
или просто гипотезы, имеющие характер общих
утверждений, а концом – следствия из посылок,
теорем. Дедукция – основное средство доказатель-
ства. Дедукция позволяет вывести из очевидных
истин знания, которые уже не могут с непосред-
ственной ясностью постигаться нашим умом.
Большую часть знаний люди приобретают путем
вывода (дедукции) из других уже имеющихся зна-
ний. Под выводом (дедукцией) в широком смысле
слова имеют в виду получение следствий из неко-
торых исходных высказываний без обращения к
опыту по особым правилам, устанавливаемым
науками, для которых построены исходные выска-
зывания – правилам логики, математики, физики,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
химии и т.п., например из посылок (высказываний)
«Все металлы электропроводны» и «Медь есть ме-
талл» по правилам логики следует умозаключение
(высказывание) «Медь электропроводна».
А.Эйнштейн так писал о роли дедукции в физике:
«Для применения своего метода теоре-
тик в качестве фундамента нуждается в не-
которых общих предположениях, так назы-
ваемых принципах, исходя из которых, он
может вывести следствия. Его деятель-
ность, таким образом, разбивается на два
этапа. Во-первых, ему необходимо отыс-
кать эти принципы, во-вторых, - развивать
вытекающие из этих принципов следствия.
Для выполнения второй задачи он основа-
тельно вооружен еще со школы. Следова-
тельно, если для некоторой области и соот-
ветственно совокупности взаимосвязей
первая задача решена, то следствия не за-
ставят себя ждать. Совершенно иного рода
первая из названных задач, т.е. установле-
ние принципов, могущих служить основой
для дедукции. Здесь не существует метода,
который можно было бы выучить и систе-
матически применять для достижения цели.
Исследователь должен, скорее, выведать у
природы четко формулируемые общие
принципы, отражающие определенные об-
щие черты совокупности множества экспе-
риментально установленных фактов.
Если формулировка удалась, начинает-
ся развитие следствий, которые часто дают
непредвиденные соотношения, ведущие
далеко за пределы области фактов, из ко-
торых были получены принципы. Но до тех
пор, пока принципы, могущие служить ос-
новой для дедукции, не найдены, отдель-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69
ные опытные факты теоретику бесполезны;
ибо он не в состоянии ничего предпринять с
единичными эмпирически установленными
общими закономерностями. Наоборот, он
застывает в беспомощном состоянии перед
единичными результатами эмпирического
исследования до тех пор, пока не раскро-
ются принципы, которые он сможет сделать
основой для дедуктивных построений».
Л. де Бройль в своем докладе «По тропам физи-
ки» отмечал роль дедукции и индукции в построе-
нии физических теорий:
«Дедуктивное рассуждение исходит из
априорных представлений и постулатов и
пытается извлечь из них с помощью логи-
ческих правил, которым подчиняется наше
мышление, следствия; эти следствия затем
можно сопоставить с фактами. Математи-
ческий язык предоставляет в распоряже-
ние дедукции точный инструмент, в кото-
ром она нуждается для совершения, по
возможности безошибочного, перехода от
посылок к выводам. Исходя в начале рас-
суждения из абстрактных формул, в кото-
рых физические величины представлены
символами, ученый, использующий дедук-
тивное рассуждение, преобразует по пра-
вилам логики свои уравнения и приходит к
окончательным соотношениям, которые он
хочет проверить. Тогда он должен заме-
нить символы цифрами, для того чтобы
получить численные результаты, которые
можно сравнить с экспериментом; рассуж-
дение уступает место расчету. Такова схе-
ма дедуктивного рассуждения в том виде, в
каком оно используется во всех науках,
достаточно точных, достаточно разрабо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
танных для того, чтобы в них можно было
применять математический аппарат…
Индуктивное рассуждение значительно
сложнее для определения и анализа. Опи-
раясь на аналогию и интуицию, взывая
скорее к уму проницательному, чем к уму,
так сказать, геометрическому, оно стре-
мится угадать то, что еще не известно, так,
чтобы установить новые принципы, кото-
рые могут служить основой для новых де-
дукций. Отсюда видно, насколько индук-
тивное рассуждение смелее и рискован-
нее, чем дедуктивное рассуждение; дедук-
ция – это безопасность, по крайней мере, с
первого взгляда; индукция – это риск. Но
риск – необходимое условие любого по-
двига, и поэтому индукция, поскольку она
стремится избежать уже проторенных пу-
тей, поскольку она неустрашимо пытается
раздвинуть уже существующие границы
мысли, является истинным источником
действительно научного прогресса.
Сила строгой дедукции в том, что она
может идти почти абсолютно уверенно и
точно по прямой дороге; но слабость ее со-
стоит в том, что, исходя из совокупности
постулатов, рассматриваемых ею как
несомненные, она может извлечь из них
лишь то, что в них уже содержится. В за-
вершенной науке, основные принципы ко-
торой были бы полными и определенными,
дедукция была бы единственно приемле-
мым методом. Но в неполной, еще созда-
ющейся и развивающейся науке, какой по
необходимости является человеческая
наука, дедукция может служить лишь для
проверки и применений, конечно, очень
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
71
важных, но не открывающих действитель-
но новых глав науки. Великие открытия,
скачки научной мысли вперед создаются
индукцией, рискованным, но истинно твор-
ческим методом. Новые эры в науке всегда
начинались с изменений, вносимых в
представления и постулаты, ранее слу-
жившие основой для дедуктивного рас-
суждения.
Из этого, конечно, не нужно делать вы-
вод о том, что строгость дедуктивного рас-
суждения не имеет никакой ценности. На
самом деле лишь она мешает воображе-
нию впасть в заблуждение, лишь она поз-
воляет после установления индукцией но-
вых исходных пунктов вывести следствия
и сопоставить выводы с фактами. Лишь
одна дедукция может обеспечить проверку
гипотез и служить ценным противоядием
против не в меру разыгравшейся фанта-
зии. Но, захваченная в плен своей же стро-
гостью, дедукция не может выйти из ра-
мок, в которые она с самого начала заклю-
чена, и, следовательно, она не может дать
ничего существенно нового».
К этой же мысли Л. де Бройль возвращается в
своей работе «Роль любопытства, игр, воображе-
ния и интуиции в научном исследовании»:
«Однако нельзя недооценивать необ-
ходимой роли воображения и интуиции в
научном исследовании. Разрывая с помо-
щью иррациональных скачков…жесткий
круг, в который нас заключает дедуктив-
ное рассуждение, индукция, основанная на
воображении и интуиции, позволяет осу-
ществить великие завоевания мысли; она
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
лежит в основе всех истинных достижений
науки».
Аналогия – прием познания, при котором на ос-
нове сходства объектов в одних признаках заклю-
чают об их сходстве и в других признаках. Анало-
гия с тем, что известно, помогает понять то, что
неизвестно (знание переносится на менее изучен-
ный объект). Аналогия с простым помогает понять
более сложное. Метод аналогии основан на объек-
тивно существующем единстве материального ми-
ра. При анализе разнообразных явлений матери-
ального мира у многих процессов обнаруживаются
сходные черты, связи и отношения, которые часто
выступают как сходные количественные отноше-
ния. Но количественные определенности всегда
находятся в единстве с качественными характери-
стиками, поэтому при анализе количественных
данных обнаруживается качественная общность
между отдельными объектами. Это позволяет про-
водить аналогию между уже известными и еще
только исследуемыми процессами, объектами и на
ее основе делать умозаключения, приводящие к
новым знаниям.
По мнению М.Бунге, аналогия может быть пло-
дотворной при предварительном исследовании но-
вой научной области. Степень вероятности получе-
ния правильного умозаключения по аналогии будет
тем выше, чем больше известно общих свойств у
сравниваемых объектов, чем существеннее обна-
руженные у них общие свойства, чем глубже по-
знана взаимная закономерная связь этих сходных
свойств. Различают следующие виды аналогии:
простая аналогия – на основании сходства двух
предметов по одному признаку заключают об их
сходстве по другим признакам; распространенная
аналогия – на основании сходства явлений заклю-
чают о сходстве их причин; строгая аналогия – ис-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
73
ходя из сходства предметов по одному признаку
заключают об их сходстве по признакам, которые
являются зависимыми от первого признака; не-
строгая аналогия – то же относительно признаков,
зависимость которых от первого не установлена.
Аналогия с течением жидкости в трубе сыграла
важную роль в появлении теории электрического
тока. Аналогия с механизмом действия мышц, моз-
га, органов чувств животных и человека подтолк-
нула к изобретению многих технических устройств:
экскаватора, роботов, логических машин и т.д. С
помощью аналогии Дж.Максвелл строил мысленные
модели, при помощи мысленных экспериментов
ставил их в различные отношения и связи, поме-
щал в разные условия. Это позволило ему разрабо-
тать математическую теорию электромагнитного
поля. Аналогия между уравнениями Максвелла,
описывающими электромагнитное поле, и волно-
выми уравнениями позволила предсказать суще-
ствование электромагнитных волн. По аналогии
Д.И.Менделеев делал предположения о химических
свойствах еще неоткрытых элементов, исходя из их
положения в периодической таблице.
При познании микромира аналогия явилась
важным средством создания моделей, заменяющих
чувственный образ невидимого материального об-
разования. Такие модели помогают понять добыва-
емые в эксперименте данные об изучаемых объек-
тах микромира, раскрыть законы их функциониро-
вания, связи с остальным миром. По аналогии со
строением Солнечной системы Резерфорд предло-
жил планетарную модель атома. По аналогии с
корпускулярно-волновым дуализмом света Луи де
Бройль предположил, что корпускулярно-волновой
дуализм присущ и микрочастицам. Позже Луи де
Бройль писал:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
«Электрон никогда явно не проявлял
волновых свойств, таких, скажем, какие
проявляет свет в явлениях интерференции
и дифракции. Попытка приписать волновые
свойства электрону, когда этому нет ника-
ких экспериментальных доказательств,
могла выглядеть как ненаучная фантазия.
И, тем не менее, как только возникла идея,
что электрон, возможно, обладает такими
свойствами, и не только электрон, но и во-
обще материальные частицы, так в голову
начали приходить разные беспокойные со-
ображения».
В 1926 г. Э.Шредингер опубликовал статью,
содержавшую волновое уравнение, ныне носящее
его имя, с помощью которого он получил строгий
метод решения квантовых задач. При создании это-
го уравнения существенную роль сыграла аналогия
между классической механикой и геометрической
оптикой.
Признавая роль аналогии в развитии физики,
М.Бунге отмечал ограниченность этого метода:
«С одной стороны, она способствует ис-
следованию неизвестного, вдохновляя нас
экстраполировать предшествующее знание
на новые области. С другой стороны, если
мир многообразен, аналогия должна рано
или поздно обнаружить свою ограничен-
ность, так как радикально новое по самой
сути есть то, что не может быть полностью
объяснено с помощью знакомых и привыч-
ных терминов».
Моделирование – изучение объекта (оригинала)
путем создания и исследования его копии (моде-
ли), замещающей оригинал с определенных сто-
рон, интересующих исследователя. Между моделью
и оригиналом должно существовать известное
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
75
сходство: физических характеристик, функций, по-
ведения изучаемого объекта и его математического
описания, структуры и др. Именно это сходство
позволяет переносить информацию, полученную в
результате исследования модели, на оригинал.
По характеру моделей выделяют материальное
(предметное или физическое) и идеальное модели-
рование, выраженное в соответствующей знаковой
форме. Материальные модели являются матери-
альными объектами, подчиняющимися в своем
функционировании естественным законам (физики,
химии, механики и т.д.). При физическом модели-
ровании модель имеет с объектом одинаковую фи-
зическую природу (модели самолетов, испытывае-
мых в аэродинамической трубе).
При идеальном (знаковом) моделировании мо-
дели выступают в виде схем, графиков, чертежей,
формул, систем уравнений, предложений есте-
ственного и искусственного (символы) языка.
Очень важной разновидностью символического
(знакового) моделирования является математиче-
ское моделирование. Символический язык матема-
тики позволяет выражать свойства, стороны, отно-
шения объектов и явлений самой различной при-
роды. Взаимосвязи между различными величинами,
описывающими функционирование такого объекта
или явления, могут быть представлены соответ-
ствующими дифференциальными и интегральными
уравнениями и их системами, т.е. в виде математи-
ческой модели, которая в дальнейшем исследуется
математическими методами. При математическом
моделировании явления и процессы, происходящие
в натурном (реальном) объекте, воспроизводятся
путем решения математических уравнений, отра-
жающих явления и процессы, происходящие в
натурном объекте. Какой бы ни была модель, она
всегда выступает как средство познания еще не
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
изученного объекта. Модель помогает в конечном
итоге создать научную теорию. М.Борн отмечает,
что все научные теории начинаются с моделей,
становящихся более или менее очевидными по ме-
ре продвижения исследования.
Моделирование позволяет изучать процессы,
характерные для оригинала, в отсутствие самого
оригинала и в условиях, не требующих его нали-
чия. Это часто бывает необходимо из-за неудоб-
ства исследования самого объекта или по другим
соображениям: недоступности, трудности доставки,
необозримости, дороговизны и т.д. Ценность моде-
ли в том, что ее значительно легче изготовить, с
ней легче осуществлять эксперименты, чем с ори-
гиналом. В последнее время широко применяются
электронные моделирующие устройства, в которых
с помощью электронных процессов воспроизводит-
ся по заданной программе реальный процесс.
Принцип моделирования широко применяется в ки-
бернетике.
Использование аналогии в познании часто
приводит к созданию модели исследуемого объек-
та. Этим средством широко пользовались в класси-
ческой физике. Особенно большое значение моде-
лирование приобретает в исследовании микромира.
Модель микрообъекта является заменителем изу-
чаемого предмета, который не может быть непо-
средственно воспринят органами чувств человека.
В случае познания микромира его объекты прямо
не наблюдаются, поэтому физики вынуждены на
основе немногих данных о нем создавать его гру-
бую модель. В основе модели лежат эмпирические
данные об объектах микромира, полученные в ма-
териальном эксперименте. При познании микроми-
ра физики были вынуждены использовать в каче-
стве аналогов объекты макромира и законы макро-
мира и лишь затем по мере познания микрообъекта
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
77
вносить в созданные модели уточнения, измене-
ния. М.Борн писал в связи с анализом истории изу-
чения атома:
«Изучая строение материи, физика все-
гда пользовалась методом, основанном на
следующем принципе: законы, справедли-
вые для «макроскопических» тел, т.е. для
тел, имеющих привычные глазу размеры,
сначала для пробы переносятся на элемен-
тарные частицы в неизменном виде; если
при этом обнаруживается какое-то проти-
воречие, то предпринимается видоизмене-
ние этих законов. Таким образом, научный
прогресс существенно зависит от теснейше-
го сотрудничества теории и эксперимента».
Моделирование микрообъектов началось с изу-
чения структуры атома. Рассмотрим, как постепен-
но изменялась и усложнялась модель атома. Ан-
глийский физик Р.Пайерлс, вспоминая историю по-
знания атома, писал:
«Мы оказались в положении людей, вне-
запно столкнувшихся со сложной машиной
и пытающихся понять, как она работает.
Если попытаться распутать без всякого ру-
ководства взаимодействие всех частей та-
кой машины, то мы скоро заблудимся, как в
лабиринте. Постараемся вместо этого уста-
новить сначала только главные черты ра-
боты машины. Для этой цели придумаем
модель, передающую основные детали ре-
альной вещи, но в то же время достаточно
простую для изучения. В дальнейшем, ко-
нечно, надо будет внести поправки, учиты-
вающие отброшенные осложнения, и убе-
диться, что они не меняют картину суще-
ственным образом».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
Первой моделью атома была модель
Дж.Томсона, согласно которой атом состоит из по-
ложительно заряженной сферы, внутри которой
движутся отрицательно заряженные электроны. Ей
на смену пришла планетарная модель атома Ре-
зерфорда, основанная на бóльшем количестве экс-
периментальных данных и точнее отражающая
процессы в атоме. Эта модель вступила в противо-
речие с классической физикой. Согласно электро-
магнитной теории, электрон, движущийся вокруг
ядра по орбите, должен излучать электромагнит-
ные волны и терять свою энергию. Это приводило
бы к уменьшению радиуса его орбиты и в конечном
итоге – к падению электрона на ядро. В действи-
тельности этих процессов не наблюдалось. Атом
является устойчивой системой.
В 1913 г. Н.Бор предложил гипотезу, противо-
речащую классической электромагнитной теории,
основанную на двух постулатах. Согласно гипотезе
Бора, электрон, находящийся на стационарной ор-
бите, не излучает. Излучение происходит при пе-
реходе электрона с более высокой орбиты на более
низкую. Эти переходы и образуют спектр атома.
Бор сформулировал правила квантования, ввел
квантовые числа. На основании модели Бора был
рассчитан спектр атома водорода, хорошо совпав-
ший с экспериментом. Теория Бора была крупным
шагом вперед в развитии атомной физики и яви-
лась важным этапом в создании квантовой механи-
ки. Однако она обладала внутренними противоре-
чиями (основывалась на квантовых постулатах, но
применяла к описанию движения электрона законы
классической физики). С ее помощью не удалось
рассчитать спектр атома гелия, следующего в таб-
лице Менделеева за водородом.
Основанные на аналогии с Солнечной систе-
мой, грубые модели атома Резерфорда и Бора поз-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
79
волили сделать первые шаги в познании структуры
атома, которые стали исходными для дальнейшего
изучения этого сложного материального образова-
ния. Позже появилась квантово-механи-ческая мо-
дель атома, учитывающая волновые свойства элек-
трона. Она позволила более точно познать струк-
туру атома, законы, управляющие взаимодействи-
ем ядра и электронов и т.д.
Чем сложнее объект познания и чем глубже он
расположен в структуре материального мира, тем
труднее находить ему аналог в макромире, что за-
трудняет создание его модели. В таких случаях на
первых порах ученые вынуждены использовать не
одну, а несколько моделей, каждая из которых по-
могает познать какую-то сторону, свойство, зако-
номерность сложнейшего материального образова-
ния. Именно так велись исследования атомного яд-
ра. И.Адлер образно описал состояние знаний о
ядре:
«Исследование ядра физиками напоми-
нает известную историю о том, как слепые
люди осматривали слона … Подобным же
образом физики, исследуя различные свой-
ства ядра, приходят к различным выводам
о том, на что оно похоже.
На основании ряда свойств ядра можно
сделать вывод, что оно напоминает после-
довательность оболочек, в которой каждая
оболочка находится внутри другой оболоч-
ки. Другие свойства ядра приводят к выво-
ду, что оно подобно капле жидкости. Исхо-
дя из третьей группы свойств, можно сде-
лать заключение, что ядро похоже на по-
лупрозрачный шар … Каждая из них пред-
ставляет некоторую долю истины о ядре
точно так же, как каждый слепой был по
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
своему прав, когда давал свое определение
слону».
Первой моделью ядра была капельная модель,
разработанная независимо друг от друга Н.Бором и
Я.И.Френкелем (1936 г.). Она была основана на
аналогии между поведением нуклонов в ядре и по-
ведением молекул в капле жидкости. Капельная
модель ядра позволила объяснить механизм деле-
ния ядер и ядерных реакций. В 1949-1950 гг. аме-
риканский физик М.Гепперт-Майер и немецкий фи-
зик Х.Йенсен разработали оболочечную модель яд-
ра, которая позволила объяснить различную устой-
чивость атомных ядер, периодичность изменения
их свойств, спины и магнитные моменты ядер. Для
объяснения процесса рассеяния нейтронов различ-
ными ядрами, взаимодействия ядра с налетающими
частицами В.Ф.Вайскопфом и Г.Фешбахом была
разработана оптическая модель ядра. По мере
накопления экспериментальных данных о свой-
ствах атомных ядер появлялись новые факты, ко-
торые не могли объяснить указанные выше модели.
О.Бор и Б.Моттельсон предложили коллективную
(обобщенную) модель ядра. Позже были разрабо-
таны статистическая, кластерная и другие модели
ядра атома.
Вероятностно-статистические методы
В физике существуют два типа закономерностей
– динамические и статистические. В законах дина-
мического типа предсказания имеют точно опреде-
ленный, однозначный характер (второй закон Нью-
тона, закон Кулона и др.). В статистических зако-
нах предсказания носят не достоверный, одно-
значный, а лишь вероятностный характер (законы
статистической физики, квантовой механики).
Французский физик П.Ланжевен писал:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
«Новая физика ставит фактически на
место абсолютного детерминизма детерми-
низм статистический. Она утверждает, что
наше знание материальной системы в дан-
ный момент времени позволяет нам пред-
видеть лишь вероятности последующих
возможных состояний этой системы, веро-
ятности тем более неясные, чем к более да-
леким срокам относится предвидение».
Вероятностно-статистические методы основаны
на учете действия множества случайных факторов,
которые характеризуются устойчивой частотой. В
тех случаях, когда система имеет большое число
взаимодействующих между собой степеней свобо-
ды, эффект случайных воздействий может стать
определяющим. Как показывает опыт, в системах,
в которых действуют случайные факторы, при мно-
гократном повторении наблюдений можно обнару-
жить определенные закономерности, обычно назы-
ваемые статистическими. Статистические законо-
мерности являются результатом совокупного дей-
ствия множества случайных факторов. Поэтому
статистические методы опираются на теорию веро-
ятностей.
Необходимость вероятностного подхода к опи-
санию микрочастиц является важнейшей отличи-
тельной особенностью квантовой механики. Состо-
яние микрочастицы в квантовой механике опреде-
ляется волновой функцией; квадрат модуля волно-
вой функции определяет вероятность нахождения
частицы в момент времени t в области с координа-
тами x и dxx , y и dyy , z и dzz .
В.Гейзенберг, учитывая волновые свойства микро-
частиц, пришел к выводу, что объект микромира
невозможно одновременно с одинаковой степенью
точности характеризовать его координатой и им-
пульсом. Микрочастица не может одновременно
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
иметь и определенную координату ),,( zyx , и
определенные соответствующие проекции импуль-
са ),,(zyx
ppp , причем, согласно соотношению не-
определенностей Гейзенберга, произведение не-
определенностей координаты и соответствующей
ей проекции импульса не может быть меньше по-
стоянной Планка h.
Ученые, которые понимали принцип причинно-
сти как возможность однозначного предсказания
будущего состояния системы по известному ее со-
стоянию в некоторый момент времени, из соотно-
шения неопределенностей делали вывод о непри-
менимости принципа причинности в квантовой ме-
ханике. На самом деле никакого нарушения прин-
ципа причинности применительно к микрообъектам
в квантовой механике не наблюдается. Состояние
частицы в квантовой механике определяется вол-
новой функцией. Знание волновой функции в дан-
ный момент времени однозначно определяет ее
значение в последующие моменты времени. Таким
образом, состояние микрочастицы однозначно вы-
текает из предшествующего состояния, как этого
требует принцип причинности. Американский фи-
зик Ю.Швингер писал по этому поводу:
«Классическая механика является де-
терминированной теорией. Знание состоя-
ния в данный момент времени допускает
точное предсказание результатов измере-
ния любого свойства системы. В противо-
положность этому квантовая механика де-
терминирована только статистически. Если
известно начальное состояние, то можно
предсказать только вероятность того или
иного результата измерения любого свой-
ства этой системы, а не результат отдельно-
го микроскопического наблюдения. Однако
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
обе теории удовлетворяют причинности –
знание состояния в один момент времени
подразумевает знание состояний в после-
дующие моменты».
Изучая атомные и ядерные структуры, физика
сталкивается с огромным количеством микроча-
стиц, находящихся в постоянном взаимодействии, в
движении, обладающих не только корпускулярны-
ми, но и волновыми свойствами. Возникающие при
этом закономерности являются не результатом про-
стой суммы взаимодействий частиц, а следствием
более сложных процессов, поэтому изучение их
осуществляется с помощью вероятностных (стати-
стических) теорий. Изучение микромира с помощью
статистических теорий позволило достигнуть зна-
чительных результатов. В частности, в процессе
разработки статистических теорий выяснилось, что
в зависимости от внутренней природы частиц си-
стемы определяется и вид статистики: классиче-
ская статистика Максвелла, статистика Ферми-
Дирака, статистика Бозе-Эйнштейна.
Развитие науки убедительно продемонстриро-
вало огромную эффективность использования в
физике вероятностных представлений. Мир, в ко-
тором мы живем, не является полностью детерми-
нированным и содержит неопределенности. Прак-
тически во всех областях науки строятся вероят-
ностные модели изучаемых явлений. Подавляющее
большинство современных научных теорий являют-
ся вероятностно-статистическими. Их значимость
настолько велика, что сегодня говорят о вероят-
ностной картине мира. Квантовая механика, гене-
тика, теория эволюции, теория информации явля-
ются классическими образцами такого рода теорий.
Современные эмпирические исследования так-
же немыслимы без статистической обработки дан-
ных, так как при любых измерениях допускаются
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
систематические и случайные погрешности. Накоп-
ление ошибок при измерениях – беда всех экспе-
риментаторов. Ошибки накапливаются и при ком-
пьютерных экспериментах из-за квантования про-
цесса и суммирования погрешностей, связанных с
округлением величин.
Более того, физик-теоретик Д.И.Блохинцев
считает:
«...основное положение классической
механики – возможность однозначного
определения будущего состояния системы
по ее начальным данным – основано на аб-
стракции, исключающей случайность. Вли-
яние этой случайности в общем случае не
может быть игнорировано, так как с тече-
нием времени неопределенность в началь-
ных данных возрастает, и предсказание по
прошествии некоторого конечного времени
становится совершенно бессодержатель-
ным. Практически хорошо известно, что
даже в такой точной науке, как небесная
механика, необходимо время от времени
подправлять исходные данные, чтобы
устранить накопившуюся ошибку…
Поклонники безукоснительного детер-
минизма делают ошибку, избирая образцом
классическую механику: движение, пред-
сказываемое классической механикой, ока-
зывается неустойчивым относительно ма-
лых случайных отклонений начальных
данных или же в результате действия слу-
чайных сил. Как бы ни были малы эти воз-
действия, всегда можно найти такое время,
при котором их эффект оказывается прева-
лирующим. Эта нестабильность движения
относительно малых случайностей полно-
стью разрушает иллюзию о возможности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85
однозначного предсказания будущего по
начальным данным без того, чтобы в даль-
нейшем не вносить коррективов «по ходу
дела».
Математика – универсальный язык физики
Представления об окружающем нас мире изме-
нялись по мере развития физических теорий. Од-
нако с античных времен природа понималась как
структурно-целостная система. Идея целостности
окружающего нас мира приводила к поиску зако-
номерностей, по которым этот мир функционирует,
к поиску гармонии природы, прежде всего на ма-
тематическом уровне.
Практически полезные знания о численных от-
ношениях и свойствах различных геометрических
фигур накапливались столетиями. Но только древ-
ние греки первыми превратили их в систему науч-
ных знаний, придали высокую ценность обосно-
ванным и доказательным знаниям. Фалес Милет-
ский первым поставил вопрос о необходимости до-
казательства геометрических утверждений. Пред-
ставители философской школы пифагорейцев (VI –
IV вв. до н.э.) рассматривали Космос как упорядо-
ченное, гармоничное, единое целое, которым пра-
вят числа. Тезис Пифагора «Мир есть число» пере-
водил математику из области практически-
прикладной в сферу теоретическую, в систему по-
нятий, логически связанных между собой процеду-
рой доказательства. Пифагорейцы воспринимали
число как божественное начало, сущность мира.
Числа, по мнению пифагорейцев, уравновешивают
добро и зло в мире, обеспечивают в нем возрож-
дение и предопределяют уничтожение, способ-
ствуют успеху, влияют на судьбу человека. Мир
целостен и гармоничен. Но «мир есть число», зна-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
чит, занятия математикой позволят установить свя-
зи между числами и тем самым постичь гармонию
окружающего мира. Мистика чисел, пронизываю-
щая все учение пифагорейцев, проникла в религи-
озные воззрения последующих столетий, прояви-
лась в магии и астрологии.
Математическая программа, предложенная Пи-
фагором и позднее развитая Платоном, по суще-
ству является первой научной программой антич-
ности. В ее основе лежало представление, что мир
(Космос) – это упорядоченное выражение целого
ряда первоначальных сущностей – чисел, которые
являются первоосновой мира. В математической
программе в основе мира лежат количественные
отношения действительности. Этот подход позво-
лил увидеть за миром разнообразных качественно
различных предметов их количественное единство.
Пифагорейцы заложили основы представления о
мире и его познании, в соответствии с которым ма-
тематические знания являются важнейшим услови-
ем познания природы: математика есть средство
познания устройства мира. Картина мира, пред-
ставленная пифагорейцами, поражала своей гар-
монией – протяженный мир тел, подчиненный за-
конам геометрии, движение небесных тел по мате-
матическим законам. Cогласно представлениям
пифагорейцев, расстояния между светилами соот-
ветствовали музыкальным интервалам дорийского
лада. При вращении светил, находящихся на кон-
центрических сферах, светила издают свой музы-
кальный тон, а вся система сфер образует гармо-
нию – «музыку сфер».
Дальнейшее развитие математическая про-
грамма пифагорейцев получила в трудах Платона,
который нарисовал грандиозную картину «истин-
ного» мира – мира идей, представляющего собой
иерархически упорядоченную структуру, создан-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87
ную Творцом на основе математических законо-
мерностей, которые Платон пытался вычленить,
математизируя физику. Заимствовав у Левкиппа и
Демокрита представления об атомах как мельчай-
ших частицах материи, Платон мыслил их как гео-
метрические формы, как правильные многогранни-
ки (частицы земли – кубы, огня – тетраэдры, воды
– икосаэдры, воздуха - октаэдры). Правильные
многогранники служили у него символами опреде-
ленных особенностей физических характеристик
материи.
В XVII – XVIII вв. естествознание окончатель-
но встало на путь количественного исследования.
Классическое естествознание (и физика прежде
всего) начинается с умения строить математиче-
ские модели изучаемых явлений, сравнивать их с
опытным материалом, проводить рассуждения по-
средством мысленного эксперимента. Еще
Г.Галилей в книге «Пробирных дел мастер» писал:
«Философия природы написана в ве-
личайшей книге, которая всегда открыта
перед нашими глазами, – я разумею Все-
ленную, но понять ее сможет лишь тот, кто
сначала выучит язык и постигнет письме-
на, которыми она начертана. А написана
книга на языке математики, и письмена ее
– треугольники, окружности и другие гео-
метрические фигуры, без коих нельзя по-
нять по-человечески ее слова: без них –
тщетное кружение в темном лабиринте».
С Галилеем в ХХ веке перекликается П.Дирак:
«Природе присуща та фундаментальная
особенность, что самые основные физиче-
ские законы описываются математической
теорией, аппарат которой обладает не-
обыкновенной силой и красотой. Чтобы по-
нять эту теорию, нужно обладать необы-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
чайно высокой математической квалифи-
кацией. Вы можете спросить: почему при-
рода устроена именно так? На это можно
ответить только одно: согласно нашим со-
временным знаниям, природа устроена
именно так, а не иначе. Мы должны просто
принять это как данное. Наши жалкие ма-
тематические усилия позволяют пока по-
нять во Вселенной лишь немногое. Но раз-
вивая все более совершенные математиче-
ские методы, мы можем надеяться и на
лучшее понимание Вселенной».
Широкое и успешное применение математики
для описания и анализа естественно-научных про-
цессов и явлений стало возможным после разра-
ботки И.Ньютоном и Г.Лейбницем аппарата диффе-
ренциального и интегрального исчисления.
В.Гейзенберг писал:
«Ньютон связал основные понятия по-
средством ряда аксиом, поддававшихся
непосредственному переводу на язык ма-
тематики, и таким образом впервые создал
возможность отобразить в математическом
формализме бесконечное множество явле-
ний. Отдельные сложные процессы могли
быть таким путем поняты и «объяснены»
как следствие основных законов. Даже ес-
ли сам процесс еще не наблюдался, его ис-
ход можно было «предсказать», зная
начальные условия и физические законы».
Для современной физики применение матема-
тических методов так же характерно, как и приме-
нение экспериментальных методов. Логическая
стройность математики, ее дедуктивный характер,
общеобязательность выводов делали ее прекрас-
ной опорой физики. Американский физик
Ю.Швингер в своей Нобелевской лекции отмечал:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
89
«Математика служит естественным язы-
ком теоретической физики. Она является
незаменимым инструментом для проникно-
вения в те области физических явлений,
которые лежат далеко за пределами повсе-
дневного опыта, на основе которого и со-
здан общепринятый язык».
Во многих случаях математика играет роль
универсального языка физики, позволяющего ла-
конично и точно описывать различные явления, в
том числе и в динамике – в зависимости от време-
ни. Н.Бор писал, что математика «похожа на
разновидность общего языка, приспособлен-
ного для выражения соотношений, которые
трудно или невозможно передать словами».
Единство природы обнаруживается в аналогично-
сти дифференциальных уравнений, относящихся к
различным областям знания. Математика своими
средствами отражает закономерности материально-
го мира, поэтому ее теории находят практическое
применение, выступают в общем синтезе средств
познания и преобразования объективной реально-
сти. Р.Оппенгеймер, анализируя роль математики
в физике, писал:
«По всей вероятности, открытия невоз-
можно было бы сделать, не применяя ма-
тематического аппарата, который дает воз-
можность быстро, кратко и четко выразить
присущий природе порядок. Поэтому не-
удивительно, что математика – неотъемле-
мая часть науки о природе».
Математика служит источником моделей, алго-
ритмических схем для связей, отношений и процес-
сов, составляющих предмет физики. Любая мате-
матическая модель упрощает реальный объект, но
это способствует выявлению сущностных особен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
ностей объекта. Формулируя физическую задачу на
языке математики, исследователь должен выделить
главные свойства и особенности рассматриваемого
объекта или процесса и пренебречь несуществен-
ными свойствами и деталями, чтобы задача была
разрешимой. Математическая модель физического
объекта, как правило, не является его адекватным
отражением во всех деталях. Умение оценить и от-
делить несущественные для конечной цели свой-
ства физического явления, сформулировать мате-
матическую задачу и разработать общий, пригод-
ный для круга задач метод решения – определяют
талант исследователя. Опираясь на данные совре-
менной физики и астрофизики, используя матема-
тический аппарат, ученые создают различные мо-
дели Вселенной и ее эволюции. Сейчас ни одна
теория не считается полностью завершенной, если
не удается создать математическую модель изуча-
емого явления.
Развитие физических теорий, по мнению
А.И.Корнеевой, свидетельствует, что своеобразие
объектов материального мира обусловливает ис-
пользование различных математических теорий,
формул, уравнений. В классической механике при-
менялись преимущественно дифференциальное и
интегральное исчисления. Максвелл при разработ-
ке теории электромагнитного поля применил век-
торный анализ, в теории относительности исполь-
зовался тензорный анализ, в квантовой механике
значительное место занимает теория гильбертовых
пространств, для разработки теории элементарных
частиц используют теорию групп и теорию обоб-
щенных функций. Это показывает, что единство
материального мира не есть одинаковость всего
существующего в качественном и количественном
отношении.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
91
Об особенностях подхода к изучаемым явлени-
ям математика и физика образно писал М.Борн:
«…интересно проследить различия в
физическом и математическом мышле-
нии. Физик исходит из того, чтобы иссле-
довать, как обстоят дела в природе; экс-
перимент и теория являются лишь вспо-
могательными средствами для достиже-
ния цели. В сознании бесконечной слож-
ности сущего, с которой он встречается в
каждом эксперименте, физик сопротив-
ляется тому, чтобы считать какую-либо
теорию окончательной. Поэтому он нена-
видит слово «аксиома», которому в
обычном словоупотреблении приписыва-
ется окончательная истина; здоровое
чувство подсказывает ему, что догматизм
является злейшим врагом естествозна-
ния. Математик же имеет дело не с ре-
альными фактами, а с логическими взаи-
мосвязями, и на языке Гильберта аксио-
матическая трактовка некоторого пред-
мета вовсе не означает выдвижение
определенных аксиом в качестве вечных
истин; это просто методическое требова-
ние: в начале своих рассуждений назови
предпосылки, придерживайся их и иссле-
дуй, не являются ли эти предпосылки ча-
стично лишними или даже взаимно про-
тиворечивыми. Эта логическая последо-
вательность, несомненно, является идеа-
лом любой области познания, но чем
дальше мы отходим от чистой математи-
ки, тем менее чувствуется (или чувстви-
телен) этот идеал, и даже в точной физи-
ке довольно часто в середине изложения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
находим предложения типа: «если теперь
допустить, что…».
Математика не только дает физике более точ-
ный язык для выражения уже приобретенных зна-
ний, но и позволяет делать выводы о существова-
нии еще не открытых объектов и процессов. При-
мером может служить предсказание Д.Максвеллом
существования электромагнитных волн. Г.Герц,
экспериментально подтвердивший существование
электромагнитных волн, был восхищен могуще-
ством математики:
«Трудно отделаться от ощущения, что
эти математические формулы существуют
независимо от нас и обладают своим соб-
ственным разумом, что они умнее нас, ум-
нее тех, кто открыл их, и что мы извлекаем
из них больше, чем было в них первона-
чально заложено».
Об эффективности математики в естественных
науках лауреат Нобелевской премии по физике
Ю.П.Вигнер писал:
«Математический язык удивительно хо-
рошо приспособлен для формулировки фи-
зических законов. Это чудесный дар, кото-
рый мы не понимаем и которого не заслу-
живаем. Нам остается лишь благодарить за
него судьбу и надеяться, что и в будущих
своих исследованиях мы сможем по-
прежнему пользоваться им. Мы думаем, что
сфера его применимости (хорошо это или
плохо) будет непрерывно возрастать, при-
нося нам не только радость, но и новые го-
ловоломные проблемы».
Целый ряд открытий в физике элементарных
частиц был следствием предсказаний, сделанных
физиками-теоретиками на основе применения тео-
рии групп и методов симметрии. Единство количе-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
93
ственных и качественных характеристик, присущих
объектам материального мира, все более адекватно
отражается в математическом аппарате современ-
ной физики и служит основой ее выдающихся
успехов в познании действительности. Высоко оце-
нивал роль математики в познании А.Эйнштейн:
«Весь предшествующий опыт убежда-
ет нас в том, что природа представляет со-
бой реализацию простейших математиче-
ски мыслимых элементов. Я убежден, что
посредством чисто математических кон-
струкций мы можем найти те понятия и за-
кономерные связи между ними, которые
дадут нам ключ к пониманию явлений
природы. Опыт может подсказать соответ-
ствующие математические понятия, но они
ни в коем случае не могут быть выведены
из него. Конечно, опыт остается един-
ственным критерием пригодности матема-
тических конструкций физики. Но настоя-
щее творческое начало присуще именно
математике».
В настоящее время многие вопросы космоло-
гии, физики элементарных частиц решаются на ос-
нове «геометризации» различных физических по-
лей, создания многомерных пространств. К идеям
Платона обратился В.Гейзенберг в своих работах
по физике элементарных частиц:
« Мельчайшие единицы материи в са-
мом деле не физические объекты в обыч-
ном смысле слова, они суть формы, струк-
туры или идеи в смысле Платона, о кото-
рых можно говорить однозначно только на
языке математики. И Демокрит, и Платон
надеялись с помощью мельчайших единиц
материи приблизиться к «единому», к
объединяющему принципу, которому под-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
чиняется течение мировых событий. Пла-
тон был убежден, что такой принцип мож-
но выразить и понять только в математиче-
ской форме. Центральная проблема совре-
менной теоретической физики состоит в
математической формулировке закона
природы, определяющего поведение эле-
ментарных частиц».
Гипотеза и теория
Традиционная модель строения физического
знания выглядит примерно следующим образом.
Познание начинается с установления путем наблю-
дения или экспериментов различных фактов. Если
среди них обнаруживается некая регулярность, по-
вторяемость, то можно в принципе утверждать, что
найден эмпирический закон, первое эмпирическое
обобщение. Как правило, рано или поздно обнару-
живаются такие факты, которые не встраиваются в
эту регулярность. Далее с помощью мышления
ученого известная реальность перестраивается так,
чтобы выпадающие из общего ряда факты вписа-
лись в новую единую схему и перестали противо-
речить данной эмпирической закономерности.
Новую схему необходимо сотворить умозри-
тельно, представив ее первоначально в виде гипо-
тезы. Если гипотеза удачна и снимает найденное
между фактами противоречие, а еще лучше – поз-
воляет предсказывать получение новых, нетриви-
альных фактов, подтверждающихся эксперимен-
том, значит, родилась новая теория, найден новый
теоретический закон. В.Гейзенберг писал:
«Мы знаем: нашим чувствам открыва-
ется многообразный, постоянно изменяю-
щийся мир явлений. Тем не менее, мы уве-
рены, что должна существовать, по мень-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
95
шей мере, возможность каким-то образом
свести его к единому принципу. Пытаясь
понять явления, мы замечаем, что всякое
понимание начинается с восприятия их
сходных черт и закономерных связей. От-
дельные закономерности познаются затем
как особые случаи того, что является об-
щим для различных явлений и что может
быть поэтому названо основополагающим
принципом. Таким образом, всякое стрем-
ление понять изменчивое многообразие
явлений с необходимостью приводит к по-
искам основополагающего принципа».
Таким образом, традиционная модель строения
физического знания предполагает движение по це-
почке: установление эмпирических фактов – пер-
вичное эмпирическое обобщение – обнаружение
отклоняющихся от правила фактов – изобретение
теоретической гипотезы с новой схемой объясне-
ния – логический вывод (дедукция) из гипотезы
всех наблюдаемых фактов, что является ее про-
веркой на истинность, – предсказание новых фак-
тов, вытекающих из новой теории, – эксперимен-
тальное обнаружение этих фактов. Подтверждение
гипотезы экспериментом превращает ее в теорию.
Подобная модель научного знания называется ги-
потетико-дедуктивной. Считается, что большая
часть современного естественно-научного знания
получена таким способом.
Гипотеза – научное предположение, выдвигае-
мое для объяснения какого-либо факта или явле-
ния и требующее проверки и доказательства, что-
бы стать научной теорией или законом. Гипотеза –
предположительное знание, истинность которого
еще не доказана, но которое выдвигается не про-
извольно, а при соблюдении ряда требований:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
96
- основные положения гипотезы не должны
противоречить известным и проверенным фактам;
- новая гипотеза должна соответствовать
надежно установленным теориям (закон сохране-
ния и превращения энергии, первое начало термо-
динамики и др.);
- гипотеза должна быть доступна эксперимен-
тальной проверке.
Б.Рассел считал, что « часто наиболее труд-
ным этапом в поиске истины является форму-
лировка правдоподобной гипотезы; когда ги-
потеза сформулирована, ее можно проверить,
но для всего этого нужен человек, способный
ее выдумать».
Теория – система истинного, уже доказанного,
подтвержденного знания о сущности явлений,
высшая форма научного знания, всесторонне рас-
крывающая структуру, функционирование и разви-
тие изучаемого объекта, взаимоотношение всех его
элементов, сторон и связей. Теория, как правило,
описывает и объясняет обширную область явлений.
Так, молекулярно-кинетическая теория газов опи-
сывает не только группу явлений, связанных с по-
ведением идеального газа, но и другие явления из
данной области (теплопроводность, внутреннее
трение, диффузию и др.). Все эмпирические зако-
ны данной области явлений могут быть выведены
из соответствующей теории.
Прогресс в науке всегда достигался за счет
взаимодействия между теоретическими исследова-
ниями и экспериментальными наблюдениями. Фи-
зические наблюдения приобретают значение толь-
ко после их теоретической интерпретации, и, в
свою очередь, общие концепции природы и теоре-
тические гипотезы обычно возникают на основе
опытных данных. Любая теория без эксперимен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
97
тальных подтверждений всегда остается спекуля-
цией.
Без теории невозможно целостное восприятие
действительности, в рамках теории многообразные
факты укладываются в некоторую единую систему.
По мнению А.Пуанкаре, сведение задач науки
только к сбору фактического материала означает
«полное непонимание истинного характера науки»:
«Ученый должен организовать факты,
наука слагается из фактов, как дом из кир-
пичей. И одно голое накопление фактов не
составляет еще науки, точно так же, как
куча камней не составляет дома»
Главные элементы теории – принципы (исход-
ные высказывания) и законы (следствия). Принци-
пы – наиболее важные и общие фундаментальные
положения теории. Принципы играют роль исход-
ных, основных и первичных посылок, закладыва-
ющихся в сам фундамент теории. А.Эйнштейн пи-
сал:
«Главнейшая цель всякой теории со-
стоит в том, чтобы добиться предельной
простоты и предельной немногочисленно-
сти своих фундаментальных постулатов, не
отказываясь от адекватного представления
каждого экспериментального факта».
Так, в основе молекулярно-кинетической тео-
рии лежат следующие основные положения: все
вещества состоят из мельчайших частиц – молекул;
молекулы находятся в состоянии непрерывного ха-
отического движения; интенсивность этого движе-
ния зависит от температуры. Из этих положений,
например, дедуктивным путем можно вывести все
эмпирические законы для идеальных газов.
Законы науки отражают в форме теоретических
утверждений объективные связи изучаемых явле-
ний. Категории науки – наиболее общие и важные
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98
понятия теории, характеризующие существенные
свойства объекта теории, ее предмет, структуру,
специфику, динамику развития (энергия, сила,
масса, элементарная частица, Вселенная, инфор-
мация, энтропия, число и др.). Принципы и законы
выражаются через соотношение двух и более кате-
горий.
Естественно-научный метод предъявляет опре-
деленные требования к научной теории. Научная
теория должна удовлетворять следующим критери-
ям:
- в основание теории должно быть положено
минимальное количество принципов (аксиом);
- теория должна объяснять все установленные
к тому времени научные факты;
- теория должна предсказывать новые научные
факты. Так, теория гравитации предсказала откры-
тие планет Нептуна и Плутона. Теория Менделеева
позволила предсказать свойства химических эле-
ментов, которые впоследствии были открыты. Тео-
рия Максвелла предсказала существование элек-
тромагнитных волн.
Первой физической теорией, построенной в со-
ответствии с этими критериями, была классическая
механика, в основе которой лежат три закона Нью-
тона. В дальнейшем по этому образцу были по-
строены другие физические теории: термодинами-
ка, электромагнитная теория Максвелла, специаль-
ная теория относительности и др.
Физическая теория – это прежде всего теорети-
ческие законы, выраженные в форме математиче-
ских уравнений и отображающие сущность опреде-
ленной области физических явлений (уравнения
Максвелла, уравнения Лагранжа и др.). Теоретиче-
ские законы отличаются от эмпирических большей
степенью общности, часто включают наряду с эм-
пирическими ряд теоретических понятий, более
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
99
удаленных от непосредственного опыта, например,
понятие электромагнитного поля, сформулирован-
ное Фарадеем и Максвеллом, непосредственно из
опыта не следует. Каждый научный закон пред-
ставляет собой определенную идеализацию объек-
тивно существующей регулярности в окружающей
действительности, позволяющую в определенных
границах более или менее точно воспроизводить ее
необходимые свойства.
Наиболее общими элементами физического зна-
ния служат основные идеи, принципы и гипотезы
физики, относящиеся ко всему объекту физическо-
го познания. Принципы сохранения и превращения
энергии, начала термодинамики, соотношение не-
определенностей Гейзенберга и др. имеют силу для
любых физических явлений. А.Эйнштейн писал:
«Высшая задача физики состоит в от-
крытии наиболее общих элементарных за-
конов, из которых можно было бы логиче-
ски вывести картину мира».
Теории оперируют не реальными объектами, а
их идеализациями, идеальными моделями, которые
абстрагируются от каких-то реальных, второсте-
пенных сторон объектов и потому дают неполную
картину действительного (идеальный газ, идеаль-
ная жидкость и др.). Идеальные объекты (модели),
в отличие от реальных, характеризуются не беско-
нечным, а вполне определенным числом свойств.
Так, материальные точки, с которыми имеет дело
механика, обладают только массой и возможностью
находиться в пространстве и времени. В теории за-
даются не только идеальные объекты, но и взаимо-
отношения между ними, которые описываются за-
конами. Из первичных идеальных объектов в тео-
рии могут конструироваться производные объекты
(например, система материальных точек).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100
Из исходных идеальных объектов строится не-
которая теоретическая модель данного конкретно-
го явления и предполагается, что эта модель в су-
щественных своих сторонах, в определенных от-
ношениях соответствует действительности. В итоге
теория, которая описывает свойства идеальных
объектов, взаимоотношения между ними, а также
свойства конструкций, образованных из первичных
идеальных объектов, способна описать многообра-
зие данных, с которыми исследователь сталкивает-
ся на эмпирическом уровне. В теории ученый имеет
дело с интеллектуально контролируемым объектом,
в то время как на эмпирическом уровне – с реаль-
ным объектом, обладающим бесконечно большим
количеством свойств.
Научная теория – это система определенных аб-
стракций, при помощи которых раскрывается суб-
ординация существенных и несущественных в
определенном отношении свойств действительно-
сти. Можно сказать, что научная теория дает опре-
деленный срез действительности. Но ни одна си-
стема абстракций не может охватить всего богат-
ства действительности. Следует всегда иметь в ви-
ду ограниченность моделей и соответственно опи-
рающихся на них теорий.
Историк и философ науки П.Дюгем в своей кни-
ге «Физическая теория. Ее цель и строение» опи-
сал физическую теорию как «абстрактную си-
стему, предназначенную для суммирования и
логической классификации определенной
группы экспериментальных законов и не пре-
тендующую на их объяснение». По его мнению,
теории носят приближенный, временный характер
и «лишены ссылок на объективную реальность».
Теоретический уровень знания обычно расчле-
няется на две существенные части, представляе-
мые фундаментальными теориями и теориями, ко-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
101
торые описывают конкретную область реальности,
базируясь на фундаментальных теориях. Так, на
основе принципов механики, описывающей мате-
риальные точки и взаимоотношения между ними,
строятся различные конкретные теории, описыва-
ющие те или иные области реальности. Для описа-
ния небесных тел строится небесная механика. При
этом Солнце представляет собой центральное мас-
сивное тело, вокруг которого по законам механики
и по закону всемирного тяготения движутся плане-
ты. Эта модель Солнечной системы строится из ма-
териальных точек и рассчитывается, исходя из
принципов механики. Таким же образом – на базе
механики – строятся и другие конкретные теории,
например теория твердого тела.
Теория позволяет не только описать и объяс-
нить уже известные явления, но и предсказать но-
вые. Из уравнений Максвелла следовало, что в
природе должны существовать и распространяться
в пространстве электромагнитные волны, которые
позже были экспериментально открыты Г. Герцем.
Выдающийся физик Л.И.Мандельштам писал,
что всякая физическая теория состоит из двух до-
полняющих друг друга частей. Одна часть – это
уравнения теории: уравнения Максвелла, уравне-
ния Ньютона и т.д. Это просто математический ап-
парат. Но необходимую часть теории составляет
его связь с физическими объектами. Без установ-
ления связей математической конструкции с физи-
ческим миром вещей теория «иллюзорна, пуста». С
другой стороны, без математического аппарата во-
обще нет теории: «Только совокупность двух
указанных сторон дает физическую теорию».
Г.Вейль был убежден, что математика отражает по-
рядок, существующий в природе:
«В природе существует внутренне при-
сущая ей скрытая гармония, отражающаяся
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
102
в наших умах в виде простых математиче-
ских законов. Именно этим объясняется,
почему природные явления удается пред-
сказывать с помощью комбинации наблю-
дений и математического анализа. Сверх
всяких ожиданий убеждение (я бы лучше
сказал, мечта!) в существовании гармонии
в природе находит все новые и новые под-
тверждения в истории физики».
Теория – наиболее устойчивая форма научного
знания. Но и теории подвержены количественным
и качественным изменениям. По мере накопления
новых фактов теории уточняются и дополняются.
Развитие науки, и физики в том числе, определяет-
ся внешними и внутренними факторами. К первым
относится влияние государства, экономических,
культурных, национальных факторов и ценностных
установок ученых. Вторые определяются внутрен-
ней логикой развития науки. Внутренняя логика
имеет свои особенности на каждом из уровней ис-
следования. На эмпирическом уровне происходит
кумулятивное накопление знаний, так как даже от-
рицательный результат наблюдения или экспери-
мента вносит свой вклад в науку. Теоретический
уровень имеет более скачкообразный характер, так
как каждая новая теория представляет собой каче-
ственное преобразование системы знаний.
При анализе развития науки широко использу-
ется культурно-исторический подход, в рамках ко-
торого были выработаны понятия культурного фо-
на, стиля мышления, типа научной рационально-
сти, научной картины мира. Науковеды искали ме-
ханизмы, приводящие к научным революциям, пы-
тались объяснить смену стилей мышления, научных
картин мира, типов научной рациональности.
До середины ХХ века развитие науки рассмат-
ривалось как постепенный, кумулятивный процесс
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
103
накопления знаний, при котором факты, теории,
методы исследований слагаются во все возрастаю-
щий объем достижений. Предшествующее состоя-
ние науки подготавливает последующее состояние.
Однако далеко не все из прошлого науки выдержи-
вает испытание временем и сохраняет актуаль-
ность. Это свидетельствует о постоянном пере-
осмыслении накапливаемой информации, ревизии
достигнутых результатов, смене приоритетов и
направлений научного поиска. Понимание этого
привело в начале 60-х годов ХХ века к появлению
нового подхода к вопросу о сущности и закономер-
ностях прогресса в науке, который базируется на
представлении о скачкообразной смене основных
концептуальных схем, моделей постановки про-
блем и их решений. Правда, о скачкообразном ха-
рактере развития науки естествоиспытатели вы-
сказывались еще в XIX веке. Так, Л.Больцман в
речи, посвященной Й.Стефану, говорил:
«Задачей теоретической физики являет-
ся, как говорили раньше, отыскание основ-
ных причин явлений, или, как предпочита-
ют говорить теперь, объяснение с единой
точки зрения полученных эксперименталь-
но результатов, их упорядочение, описание
обозримым, ясным и по возможности про-
стым образом, чем облегчается и, пожалуй,
впервые становится возможным их пони-
мание, во всем их многообразии…
Неспециалист полагает, пожалуй, что к
уже открытым основным законам и причи-
нам явлений добавляют все новые и что
знания о природе развиваются таким не-
прерывным образом. Такое представление
– ошибочно. Теоретическая физика разви-
валась почти всегда скачкообразно. Часто
какая-либо теория развивалась десятиле-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
104
тиями и даже столетиями, предлагая до-
вольно наглядную картину известного
класса явлений. Затем обнаруживались но-
вые явления, противоречащие этой теории,
и попытки их согласовать оказывались
тщетными. Возникала борьба между сто-
ронниками старой и совершенно новой точ-
кой зрения, пока последняя не побеждала
в конце концов по всей линии. Раньше го-
ворили, что старая теория оказалась оши-
бочной. Это звучит так, будто новая теория
совершенно правильна, и что старая, из-за
ее ошибочности, была совершенно беспо-
лезной. Чтобы избежать видимости обоих
утверждений, теперь просто говорят, что
новая теория лучше, дает более совершен-
ную картину, более целесообразное описа-
ние фактов, чем старая. Этим ясно сказано,
что и старая теория была полезной тем, что
давала частичное отображение фактов, и
что не исключена возможность вытеснения
новой теории другой, в свою очередь еще
более целесообразной. Лучшей иллюстра-
цией этого может служить развитие теории
электричества».
В середине ХХ века в докладе, посвященном
Г.А.Лоренцу, Л. де Бройль так характеризовал раз-
витие науки:
«Несмотря на некоторую произволь-
ность деления непрерывного историческо-
го процесса на четко ограниченные отрез-
ки, в истории науки, однако, можно выде-
лить более или менее длительные перио-
ды, во время которых, несмотря на непре-
кращающийся прогресс науки, основные
тенденции науки, а также используемые
ею теоретические представления остаются
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
105
примерно одни и теми же. Эти эпохи отно-
сительной стабильности отделены друг от
друга краткими периодами кризисов, во
время которых под давлением фактов, ра-
нее мало известных или вовсе неизвест-
ных, ученые вдруг ставят под сомнение все
принципы, казавшиеся до этого вполне
незыблемыми, и через несколько лет
находят совершенно новые пути. Такие
неожиданные перевороты всегда характе-
ризуют решающие этапы в прогрессивном
развитии наших знаний».
Этапы развития науки, связанные с перестрой-
кой оснований науки, получили название научных
революций. К основаниям науки относятся идеалы
и методы исследования (представления о целях
научной деятельности и способах их достижений),
научная картина мира (целостная система пред-
ставлений о мире, его общих свойствах и законо-
мерностях, формирующихся на основе научных по-
нятий и законов), философские идеи и принципы,
обосновывающие цели, методы, нормы и идеалы
научного исследования. В результате научной ре-
волюции происходит перестройка методологиче-
ских, теоретических, мировоззренческих основа-
ний с учетом новых фактов, не укладывающихся в
старые теории. Так, появление релятивистской ме-
ханики привело к коренному пересмотру представ-
лений о пространстве и времени. Как правило, но-
вая теория не отрицает предшествующую полно-
стью, а включает ее в качестве частного случая и
показывает границы применения старой теории. О
путях развития физики образно писал Л. де
Бройль:
«Когда физическая теория добивается
получения связного математического
представления об известных явлениях, она
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
106
стремится к тому, чтобы предсказать новые
явления. Иногда эти предсказания под-
тверждаются дальнейшими эксперимен-
тальными исследованиями и теория, вы-
держав, таким образом, испытание, укреп-
ляется. Иногда – и можно сказать, что с те-
чением времени это всегда в конце концов
происходит, - либо эксперимент не под-
тверждает одного из предсказаний теории,
либо вдруг в ходе эксперимента обнару-
живается зачастую, независимо от воли
исследователей, новый факт, который не
согласуется с теорией. Тогда нужно доде-
лать или переделать воздвигнутое ранее
здание теории. Но, и это существенно, та-
кая переделка, поскольку она всегда
должна производиться с учетом всех
накопленных ранее фактов, должна быть
осуществлена так, чтобы включить тем или
иным образом, и зачастую в качестве пер-
вого приближения, в новую теорию
предыдущую теорию и всю совокупность
уравнений, на которых она зиждется, хотя
их истолкование может измениться. Таким
образом, новая теория должна признать
все точные предсказания старой теории,
но, отличаясь от нее в некоторых пунктах,
она должна строго предвидеть наблюдае-
мые факты, в том числе и те, которые ста-
рая теория не в состоянии предвидеть. Пу-
тем таких последовательных включений
развивается теоретическая физика; не от-
рицая ни одного из своих предыдущих
успехов, она охватывает все время изме-
няющимся и расширяющимся синтезом
возрастающее число экспериментальных
фактов».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
107
Процесс познания мира бесконечен. Наши зна-
ния на каждой ступени развития науки обусловле-
ны исторически достигнутым уровнем познания и
не могут быть окончательными. С точки зрения фи-
лософии, наши знания об окружающем мире всегда
относительны, т.е. нуждаются в дальнейшем разви-
тии и проверке. Вместе с тем всякая научная тео-
рия содержит элементы абсолютного знания. Тео-
рия рассматривается не только как знание об объ-
екте, но и как средство познания, инструмент, с
помощью которого мы получаем информацию об
устройстве мира. Известный астрофизик А.Эддинг-
тон предложил следующую аналогию: теория – это
сеть, которую мы забрасываем в окружающий нас
мир. Все, что мы выловим в океане природы этой
сетью – это и есть предмет теории. То, что мы по-
лучаем в качестве объективного знания, определе-
но характером теоретической сети. В другой сети
(с иной конфигурацией ячеек) мы выловим в оке-
ане мира новые объекты, и это приведет к измене-
ниям наших представлений об устройстве мира.
Сколь бы хорошей ни была теория, всегда че-
рез некоторое время обнаруживаются факты, не
укладывающиеся в рамки этой теории. Ей на смену
приходит новая, более широкая теория. М.Планк
заметил:
«Первый повод к пересмотру или из-
менению какой-нибудь физической теории
почти всегда вызывается установлением
одного или нескольких фактов, которые не
укладываются в рамки прежней теории.
Факт является той архимедовой точкой
опоры, при помощи которой сдвигаются с
места даже самые солидные теории. По-
этому для настоящего теоретика ничто не
может быть интереснее, чем такой факт,
который находится в прямом противоречии
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
108
с общепринятой теорией: ведь здесь, соб-
ственно, начинается его работа».
А.Эйнштейн писал:
«Вера в существование внешнего ми-
ра, независимого от воспринимающего
субъекта, есть основа всего естествозна-
ния. Но так как чувственное восприятие
дает информацию об этом внешнем мире,
или о физической реальности, только опо-
средованно, мы можем охватить послед-
нюю только умозрительными средствами.
Из этого следует, что наши представления
о физической реальности никогда не могут
быть окончательными. Мы всегда должны
быть готовы изменить эти представления,
то есть изменить аксиоматическую базу
физики, чтобы обосновать факты восприя-
тия логически наиболее совершенным об-
разом. И, действительно, беглый взгляд на
развитие физики показывает, что ее акси-
оматическая основа с течением времени
испытывает глубокие изменения».
Свои слова он иллюстрировал сравнением фи-
зики Ньютона, основанной на принципе дально-
действия, с физикой Фарадея – Максвелла, осно-
ванной на концепции электромагнитного поля.
Концепция дальнодействия, в соответствии с кото-
рой взаимодействие между телами (электрическое,
магнитное, гравитационное) осуществляется мгно-
венно и непосредственно через пустое простран-
ство, которое не принимает в этом никакого уча-
стия, была тесно связана с корпускулярным подхо-
дом в механике Ньютона. В 30-е годы XIX века М.
Фарадей выдвинул новый подход к природе элек-
трических взаимодействий, который стали назы-
вать концепцией близкодействия. В соответствии с
этой концепцией, заряженное тело меняет свойства
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
109
окружающего пространства, создавая в нем элек-
трическое поле. Другое заряженное тело взаимо-
действует с этим полем.. Таким образом, введенное
Фарадеем поле является как бы промежуточным
звеном, «переносчиком» электрического взаимо-
действия.
Термин «поле», который применил Фарадей,
отражает континуальный подход к этой новой фи-
зической реальности. В отличие от полей, описы-
вающих состояние объектов в механике сплошных
сред, электрическое поле Фарадея обозначало но-
вую материальную сущность, отличающуюся от
вещества. Позже аналогичный подход привел Фа-
радея к еще одной физической реальности – маг-
нитному полю, с помощью которого осуществляется
магнитное воздействие между электрическими то-
ками (движущимися зарядами). В дальнейшем
Максвелл развил идеи Фарадея, объединив элек-
трическое и магнитное поле в единое электромаг-
нитное поле.
Иногда изменения затрагивают фундаменталь-
ные принципы теории. Изменения в наиболее об-
щих теориях приводят к изменению всей системы
теоретического знания. Происходит научная рево-
люция. В результате научной революции проис-
ходит не столько скачок на более высокий научный
уровень знаний, сколько перестройка самих взгля-
дов на проблему.
В начале 20-х годов ХХ века Н.Бор выдвинул
принцип соответствия – постулат квантовой меха-
ники, требующий совпадения её физических след-
ствий в предельном случае больших квантовых чи-
сел с результатами классической теории. Часто под
принципом соответствия понимают более общее
положение. Любая новая теория, претендующая на
более глубокое описание физической реальности и
на более широкую область применимости, чем ста-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
110
рая, должна включать старую как предельный слу-
чай, устанавливая для последней ограниченную
область применения. Американский физик-
теоретик В.Ф.Вайскопф по этому поводу писал:
«Любая из новых революционных идей
в современной науке возникла как усо-
вершенствование старой системы мышле-
ния, ее обобщение и расширение. Теория
относительности не устраняет механику
Ньютона – орбиты спутников все еще рас-считываются по ньютоновской теории, ─
она расширяет область применения меха-
ники на случай высоких скоростей и уста-
навливает общую значимость одних и тех
же концепций для механики и теории
электричества. Появление квантовой тео-
рии, видимо, больше других событий в
науке напоминает революцию, но даже эти
идеи, например соотношения неопреде-
ленностей, следует рассматривать как
уточнение классической механики при пе-
реходе к рассмотрению очень малых си-
стем; они не меняют степени приложимо-
сти классической механики к движению
более крупных тел».
История науки изобилует примерами острейших
противостояний различных направлений в науке,
борьбы между сторонниками и противниками тео-
рии относительности, квантовой механики, генети-
ки. Приведем по этому поводу мнение М.Планка:
«Обычно новые научные истины по-
беждают не так, что их противников убеж-
дают и они признают свою неправоту, а
большей частью так, что противники эти
постепенно вымирают, а подрастающее
поколение усваивает истину сразу».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
111
В качестве примера борьбы идей можно при-
вести историю появления электромагнитной теории
Максвелла и специальной теории относительности.
К середине XIX века классическая механика Нью-
тона достигла больших успехов в объяснении мно-
гих физических явлений и решении многих практи-
ческих инженерных задач. Когда открывались но-
вые физические явления, их природу старались
прежде всего объяснить на основе законов механи-
ки, т.е. все многообразие окружающего мира ста-
рались объяснить с позиций механики. Это направ-
ление получило название механицизма.
Механика Ньютона явилась теоретическим
обобщением большого количества эксперименталь-
ных фактов, связанных с движением тел со скоро-
стями много меньшими скорости света в вакууме.
Лежащая в основе классической механики ньюто-
новская концепция абсолютного пространства и
абсолютного времени безраздельно господствовала
в науке вплоть до конца XIX века. Ее ограничен-
ность стала выясняться лишь в связи с развитием
представлений об электромагнетизме. Максвеллов-
ская теория электромагнитных явлений давала ма-
тематическое описание процессов без сведения их
к механике. Ряд физиков делали попытки механи-
чески интерпретировать эту теорию, вводя гипоте-
тическую субстанцию – эфир. Попытки эти привели
к неудачам. Выяснилось, что уравнения Максвелла,
лежащие в основе электродинамики, описывающие
электромагнитное поле и опирающиеся на прочный
фундамент известных к тому времени законов
электричества и магнетизма, оказались неинвари-
антными относительно преобразований Галилея.
Это было воспринято как несоответствие принципу
относительности Галилея, а следовательно, как се-
рьезное возражение против самой теории. Однако
эксперименты Г.Герца с электромагнитными волна-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
112
ми подтвердили большинство выводов теории
Максвелла, после чего ее достоверность стала счи-
таться установленной. Кроме этого, эксперименты
Майкельсона и Морли показали, что скорость света
одинакова во всех направлениях и не зависит от
движения источника или приемника света, что про-
тиворечило закону сложения скоростей в классиче-
ской механике.
Исчерпывающее непротиворечивое объяснение
всех опытных фактов, в том числе и результатов
опытов Майкельсона и Морли, было дано
А.Эйнштейном в созданной им в 1905 г. специаль-
ной теории относительности, в которой были пере-
смотрены представления классической механики
об абсолютности пространства и времени. Из ос-
новных положений классической механики в СТО
были сохранены евклидовость пространства и за-
кон инерции. Остальные представления (одновре-
менность событий, одинаковость размеров тел и
длительности событий во всех системах отсчета и
др.) возникли при изучении медленных движений,
поэтому их нельзя обобщать на движения со скоро-
стями, близкими к скорости света. В основе СТО
лежат два постулата или принципа Эйнштейна:
принцип относительности и принцип постоянства
скорости света в вакууме. В сочетании эти принци-
пы заставили отказаться от абсолютности понятий
пространства и времени. Время по-разному течет в
различных системах отсчета, пространство и время
тесно связаны друг с другом. Органическую связь
пространства и времени выражают в СТО преобра-
зования Лоренца, с помощью которых осуществля-
ется переход от одной инерциальной системы от-
счета к другой. Поэтому в теории относительности
рассматриваются неразрывно связанные между со-
бой пространственные и временные координаты,
образующие четырехмерное пространство-время.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
113
Уравнения Максвелла оказываются инвариант-
ными относительно преобразований Лоренца, что
полностью устраняет все «противоречия» класси-
ческой электродинамики с принципом относитель-
ности. В то же время, при малых скоростях, когда
v << c, преобразования Лоренца переходят в пре-
образования Галилея, которые, следовательно, яв-
ляются предельным случаем преобразований Ло-
ренца. Классическая механика является частным
случаем СТО. Специальная теория относительности
не отвергла классическую механику, а вобрала ее
в себя в качестве предельного случая и показала
границы ее применимости. Классической механи-
кой можно пользоваться при движениях со скоро-
стями много меньшими скорости света в вакууме. В
этом заключается принцип соответствия. Развивая
идею о связи новых теорий с классической меха-
никой, И.Пригожин писал:
«В ньютоновской физике нет универ-
сальных постоянных. Именно поэтому она
претендует на универсальность, на приме-
нимость независимо от масштаба объектов:
движение атомов, планет и небесных све-
тил подчиняется единому закону.
Открытие универсальных постоянных
произвело коренной переворот в бытую-
щих взглядах. Используя скорость света
как эталон для сравнения, физика устано-
вила различие между малыми и большими
скоростями (последние приближаются к
скорости света).
Аналогичным образом постоянная
Планка h позволила установить естествен-
ную шкалу масс объектов. Атом уже не мог
более считаться крохотной планетной си-
стемой: электроны принадлежат к иному
масштабу масс, чем планеты и все тяже-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
114
лые медленно движущиеся макроскопиче-
ские объекты, включая нас самих.
Универсальные постоянные не только
разрушили однородность Вселенной вве-
дением физических масштабов, позволя-
ющих устанавливать качественные разли-
чия между отдельными типами поведения,
но и привели к новой концепции объек-
тивности».
К основным чертам научной революции отно-
сятся: возникновение кризисных ситуаций в объ-
яснении экспериментальных фактов; необходи-
мость теоретического синтеза новых эксперимен-
тальных фактов; коренная ломка существующих
представлений о природе в целом. Научные рево-
люции могут быть частными, затрагивающими одну
область знания, и глобальными, радикально меня-
ющими все отрасли знания. Ряд ученых насчиты-
вают три глобальные научные революции, связы-
вая их с именами Аристотеля, Ньютона и Эйнштей-
на.
Другие исследователи за период становления и
развития индустриальной цивилизации выделяют
четыре научные революции:
1. Становление классического естествознания
(XVII – XVIII века), в основе которого лежала ме-
ханика Ньютона. Основные принципы классическо-
го естествознания состояли в признании абсолютно
достоверных истин и абсолютно достоверного зна-
ния, жесткого детерминизма Лапласа, резком раз-
граничении сферы духа, сознания и сферы косной
материи, в переходе от геоцентрической картины
мира Птолемея к гелиоцентрической Коперника.
Основным способом познания стали эксперимент и
математические методы моделирования реально-
сти.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
115
2. Дисциплинарная организация науки (XIX
век). К этому времени относятся возникновение
научных картин мира, нередуцируемых к механи-
стической (термодинамическая, электромагнитная,
биологическая, химическая), признание идеи раз-
вития, концепция эволюционизма.
3. Становление неклассического естествознания
(первая половина ХХ века). Основные изменения
связаны с возникновением теории относительности
и квантовой механики. Отход от классического ми-
ропонимания проявляется в новой интерпретации
проблем пространства и времени, взаимоотноше-
ний субъекта и объекта, категорий причинности,
случайности, необходимости.
4. Формирование постнеклассической науки
(вторая половина ХХ века). Постнеклассическая
наука ориентируется на исследование весьма
сложных, исторически развивающихся систем. Ее
отличительные особенности: развитие междисци-
плинарных исследований, принцип системности,
синтетическая картина реальности, численный
эксперимент, универсальный (глобальный) эволю-
ционизм. Это время характеризуется успехами в
области теории строения вещества, нелинейной
оптики, физики твердого тела, биологии и генети-
ки, информатики и компьютеризации, космонавти-
ки и др. Научная методология все более активно
усваивает базовые постулаты теории самооргани-
зующихся систем – открытость, нелинейность, дис-
сипативность.
Физика и научная картина мира
На протяжении всей человеческой истории
каждая из цивилизаций по-своему пыталась отве-
тить на вопросы: что из себя представляет окру-
жающий мир, существуют ли общие закономерно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
116
сти материального мира, в какой степени можно
воздействовать на окружающий мир? Эти пред-
ставления постепенно обобщались в виде научных
картин мира, которые выполняют эвристическую
роль в процессе построения фундаментальных тео-
рий и одновременно обладают объяснительными и
предсказательными функциями.
Под научной картиной мира понимают целост-
ную систему общих представлений о мире, выраба-
тываемую путем обобщения и синтеза знаний, по-
черпнутых из различных наук – естественных и
социальных. Научная картина мира выделяет из
бесконечного его многообразия те сущностные свя-
зи, познание которых составляет основную цель
науки на данном этапе ее развития. Она выступает
как специфическая форма систематизации научно-
го знания. Научная картина мира – совокупность
общих представлений науки определенного исто-
рического периода о фундаментальных законах
строения и развития объективной реальности;
часть метанаучного знания, являющаяся одним из
важнейших оснований науки. Это общее понятие
разделяется на естественно-научную и социальную
картины мира. Естественно-научная картина мира
представляет собой совокупность существующих
научных представлений о строении и развитии
природы. В свою очередь, естественно-научная
картина мира разделяется на физическую, химиче-
скую, биологическую и т.д., т.е. специальные, или
частнонаучные, картины мира. Здесь термин «мир»
обозначает уже не природный мир в целом, а тот
его фрагмент, который изучается данной наукой с
помощью ее понятий, представлений и методов.
Частнонаучная картина мира – господствующие в
той или иной конкретной науке общие представле-
ния о структуре и особенностях изучаемой ею сфе-
ры реальности, типах процессов и явлений, харак-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
117
тере законов, управляющих поведением объектов
изучаемой реальности. Частнонаучные картины
мира той или иной эпохи интегрируются в соответ-
ствующую общенаучную картину этой эпохи.
Частнонаучные картины мира со временем из-
меняются. Так, частнонаучная картина неклассиче-
ской физики исходит из существенной роли струк-
туры пространства в определении характера дви-
жения и взаимодействия физических объектов;
внутренней взаимосвязи пространства и времени,
массы и скорости; относительной природы про-
странства и времени; дискретного характера пото-
ка энергии; вероятностного характера обусловлен-
ности поведения физического объекта, последую-
щего состояния физической системы ее предше-
ствующим состоянием. Эта картина существенно
отличается от картины мира классической физики,
в которой пространство и время носили абсолют-
ный характер.
В системе общих представлений о мире всегда
доминирует та ее часть, которая опирается на
науку, достигшую ведущего положения в системе
знаний. Поскольку среди других наук на роль ли-
дера больше всего претендовала физика, физиче-
ские картины мира превалировали в составе общей
картины мира на разных этапах ее развития. Так,
ядром механической картины мира была классиче-
ская механика, ядром квантово-полевой картины
мира являлась квантовая механика.
Термином «физическая картина мира» широко
пользовался Макс Планк. Под физической картиной
мира он понимал «образ мира», формируемый в
физической науке и отражающий реальные зако-
номерности природы. Физическая картина мира,
подчеркивал М.Планк, изменяется в процессе раз-
вития науки и поэтому имеет относительный харак-
тер. Создание такой картины мира, которая пред-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
118
ставляла бы собой нечто абсолютное, окончатель-
но завершенное и не нуждалось бы в дальнейших
улучшениях, Планк считал недостижимой задачей.
Луи де Бройль по этому поводу писал:
«История науки показывает нам науку
в процессе постоянного развития, науку,
непрерывно перерабатывающую и пере-
сматривающую накопленные знания и их
истолкование; она показывает нам про-
шлое, которое, несмотря на многие недо-
статки, подготавливает настоящее. Но мы
никогда не должны забывать, что наша со-
временная наука является лишь времен-
ной ступенью научного процесса, что она
сама, несомненно, изобилует недостатками
и ошибками и что ее роль с этой точки зре-
ния заключается как раз в подготовке бу-
дущего. Величайшей ошибкой, которую,
кстати, очень легко допустить, было бы
мнение о том, что современные представ-
ления науки являются окончательными.
Часто люди справедливо восторгаются по-
следними достижениями науки и хотят на
их основе совершить чрезмерную и опас-
ную экстраполяцию, тщетность которой
будет показана будущим развитием
науки».
Основу классического естествознания состав-
лял взгляд на мир как на множество материальных
объектов, взаимодействующих между собой в соот-
ветствии с некоторым множеством однозначных за-
конов (механическая картина мира). Первая науч-
ная картина мира – механическая – создана труда-
ми Н.Коперника, И.Кеплера, Г.Галилея, Х.Гюй-
генса, И.Ньютона, Г.Лейбница; она была господ-
ствующей практически до начала ХХ века.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
119
Сформировалась научно-философская концеп-
ция, получившая название механицизма. Согласно
этой концепции: фундаментальные законы приро-
ды суть однозначные причинно-следственные за-
висимости; законы всех областей естествознания
(физики, химии, биологии, наук о человеке) в
принципе могут быть сведены к комбинации зако-
нов механики; механика является образцом по-
строения научных теорий для всех остальных об-
ластей естествознания; механика является основой
и фундаментом научной и философской картин ми-
ра. Эта концепция имела широкое распространение
среди ученых классического и, частично, неклас-
сического естествознания. Академик В.С.Степин
писал:
«После того, как возникла первая теоре-
тически оформленная область научного зна-ния ─ физика, а механическая картина мира
приобрела статус универсальной научной он-
тологии, начался особый этап истории науки.
В большинстве из наук предпринимались по-
пытки применить для объяснения фактов
принципы и идеи механической картины ми-
ра. Механическая картина мира… функциони-
ровала и как естественно-научная, и как об-
щенаучная картина мира. Обоснованная фи-
лософскими установками механического ма-
териализма, она задавала ориентиры не толь-
ко для физиков, но и для ученых, работаю-
щих в других областях научного познания.
Неудивительно, что стратегии исследований в
этих областях формировались под непосред-
ственным воздействием идей механической
картины мира».
Важнейшей стратегической задачей физиков
всегда были поиски единства и простоты научного
знания. Очень часто важнейшие физические идеи
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
рождались не столько для разрешения противоре-
чий между теорией и аномальными эксперимен-
тальными результатами, сколько для достижения
единства и простоты физического знания. Эта тен-
денция часто определяла направление научного
поиска. Соображения единства лежали в основе
создания первой научной картины мира, основани-
ем которой явилась классическая механика. С еди-
ной точки зрения удалось объяснить движение
земных и небесных тел. Открытые ранее Галилеем
законы движения тел вблизи поверхности Земли и
кеплеровские законы движения планет стали про-
явлением единого закона всемирного тяготения.
На смену механической картине мира пришла
электромагнитная картина мира, основанная на
идее движения электрических зарядов, связи элек-
трических и магнитных полей, континуальном по-
нимании материи и понятии близкодействия. При
создании этой картины, как и при создании меха-
нической картины мира, руководящую роль играли
поиски единства научного знания. Дальнейший шаг
в направлении к единству физического знания был
сделан Максвеллом. Он предсказал существование
электромагнитных волн и показал, что свет являет-
ся разновидностью электромагнитных волн, тем
самым объединив оптику и электромагнетизм.
При создании специальной теории относитель-
ности А.Эйнштейн также руководствовался поиска-
ми единства научного знания. Распространение
принципа относительности на электромагнитные
явления привело к глубоким преобразованиям
классических представлений на пространство и
время, но позволило сохранить единство научной
картины мира. Эйнштейн писал:
«Специальная теория относительности
выросла из электродинамики и оптики. Она
мало изменила положения этих теорий, но
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
121
значительно упростила теоретические по-
строения, т.е. вывод законов, и – что
несравненно важнее – заметно уменьшила
число независящих друг от друга гипотез,
лежащих в основе теории».
Те же соображения единства и унификации
научного знания руководили Эйнштейном при со-
здании общей теории относительности. При разра-
ботке этой теории Эйнштейн стремился доказать,
что законы природы инвариантны относительно не
только инерциальных, но и неинерциальных систем
отсчета, что инерциальные системы отсчета не яв-
ляются преимущественными, выделенными систе-
мами. Поиски единой теории поля, предпринятые
Эйнштейном в последние тридцать лет его научной
деятельности, были мотивированы все тем же
стремлением к единству научного знания. Попытки
Эйнштейна объединить на основе общей теории
относительности гравитационное и электромагнит-
ное взаимодействия успехом не увенчались.
Квантово-полевая картина мира отражает от-
крытия, связанные со строением вещества и взаи-
мосвязью вещества и энергии. В ней изменились
представления о причинности, роли наблюдателя в
системе, о времени и пространстве. Исследования
в области атомного ядра привели к открытию еще
двух типов фундаментальных взаимодействий –
сильного и слабого, действующих лишь на малых
расстояниях (10-15 м и 10-19 м соответственно) в от-
личие от гравитационного и электромагнитного,
имеющих бесконечно большой радиус действия.
Все четыре типа взаимодействия резко различают-
ся по своим свойствам. Кроме того, дальнейшее
проникновение в область микромира привело к от-
крытию большого числа различных элементарных
частиц. Стремление к единству физических воззре-
ний натолкнулось на открывающееся разнообразие
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
122
сущностей и взаимодействий. Оказалось, что физи-
ки далеки от своей желанной цели – выработать
единую физическую картину мира.
Дальнейшим шагом на пути к единству физиче-
ских теорий явилось создание в 60-е годы ХХ века
Ш.Глэшоу, С.Вайнбергом и А.Саламом теории
электрослабого взаимодействия. С точки зрения
этой теории электромагнитное и слабое взаимодей-
ствия при энергиях порядка 100 ГэВ представляют
собой различные стороны единого электрослабого
взаимодействия. Эта энергия на много порядков
больше энергий, характерных для атомной и ядер-
ной физики (10 -10 – 10 -2 ГэВ). При малых харак-
терных энергиях электромагнитное и слабое взаи-
модействия существуют отдельно и не влияют друг
на друга. Поэтому в обычных физических явлениях
они не проявляют своей единой сущности. В элект-
рослабом взаимодействии участвуют лептоны и
кварки, излучая и поглощая фотоны или тяжелые
промежуточные векторные бозоны W+, W -, Z 0. Та-
ким образом, теория электрослабого взаимодей-
ствия свела все многообразие элементарных ча-
стиц к двум видам – лептонам и кваркам.
Следующим шагом на пути к единству физиче-
ских теорий является построение единой теории
сильного и электрослабого взаимодействия. Эта
теория получила название «теории великого объ-
единения». Создание этой теории позволит рас-
сматривать все три взаимодействия (исключая гра-
витацию) как проявление какого-то первичного
фундаментального взаимодействия и объединить в
единое семейство лептоны и кварки. Характерная
энергия для такого объединения оказывается по-
рядка 1015 ГэВ, что значительно превосходит ха-
рактерную энергию объединения слабого и элек-
тромагнитного взаимодействий. В рамках теории
Большого взрыва считается, что «великое объеди-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
123
нение» существовало в первые мгновения жизни
нашей Вселенной.
Предпринимаются попытки разработки теории,
объединяющей в единое целое все четыре типа
фундаментальных взаимодействий. Одна из моде-
лей получила название супергравитации (расши-
ренной супергравитации). Она является дальней-
шим обобщением теории гравитации Эйнштейна на
основе понятия суперсимметрии. В ней фундамен-
тальные взаимодействия рассматриваются как про-
явление некоей первичной силы – Суперсилы. Су-
персимметрия – такая симметрия физической си-
стемы, которая объединяет состояния, подчиняю-
щиеся разным статистикам – статистике Бозе-
Эйнштейна (бозоны) и статистике Ферми-Дирака
(фермионы). Преобразования суперсимметрии
должны переводить фермионные состояния в бо-
зонные и наоборот. Таким образом, супергравита-
ция призвана связать между собой два класса, на
которые делятся элементарные частицы – фермио-
ны (частицы с полуцелым спином) и бозоны (ча-
стицы с нулевым или целочисленным спином).
Другой путь поиска создания единой теории
взаимодействий связан с теорией струн, предло-
женной Дж. Шварцем и М.Грином, в которой объек-
ты микромира рассматриваются не как точечные
частицы, а как протяженные объекты – струны.
Соединение теории струн с суперсимметрией ведет
к созданию суперструнной теории. На этом пути,
возможно, удастся построить самосогласованную
квантовую теорию всех фундаментальных взаимо-
действий. Однако теория суперструн далека от за-
вершения.
Физическая картина мира является составной
частью и основой современной научной картины
мира. В состав научной картины мира включаются
система понятий, с помощью которых описывается
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
124
действительность (материя, движение, простран-
ство, время и т.д.); принципы, на основе которых
объясняется мир (принцип материального единства
мира, принцип причинности, принцип всеобщей
связи и взаимообусловленности явлений и т.д.);
общенаучные понятия и законы (закон сохранения
и превращения энергии и т.д.); фундаментальные
понятия отдельных наук (вещество, поле, вакуум,
энергия, химический элемент, биологический вид,
ген и т.д.); совокупность наглядных представлений
о мире (различные модели строения атома, Все-
ленной и т.д.). Научная картина мира связана и с
реальным опытом. Когда начинают изучаться объ-
екты, для объяснения которых теории еще нет, в
соответствии с той или иной научной картиной ми-
ра проводятся наблюдения, ставятся эксперименты
по выявлению природы изучаемых объектов. Полу-
ченные таким образом данные могут уточнять и
конкретизировать картину мира. Научная картина
мира задает систематизацию знаний в рамках кон-
кретной науки и функционирует в качестве науч-
но-исследовательской программы или парадигмы,
определяющих постановку задач и выбор средств
их решения. Научная картина мира тесно связана с
мировоззрением, являясь одним из действенных
способов его формирования.
Об исключительной важности целостного миро-
воззрения академик Б.В.Раушенбах писал:
«Человечеству нужно целостное миро-
воззрение, в фундаменте которого лежит
как научная картина мира, так и вненауч-
ное (включая и образное) восприятие его.
Мир следует постигать и мыслью, и серд-
цем. Лишь совокупность научной и «сер-
дечной» картины мира даст достойное че-
ловека отображение мира в его сознании и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
125
сможет быть надежной основой для пове-
дения».
Главное отличие научной картины мира от до-
научной или вненаучной (например, религиозной)
состоит в том, что она строится на основе опреде-
ленной фундаментальной научной теории (или
теорий), служащей ее основанием. Так, физиче-
ская картина мира XVII – XIX веков строилась на
базе классической механики, а современная физи-
ческая картина мира – на базе квантовой механи-
ки, специальной и общей теории относительности.
В настоящее время формируется эволюционная
картина мира (синергетическая), связанная с воз-
можностью описания состояний и развития слож-
ных систем, междисциплинарными подходами, поз-
воляющими единообразно рассматривать явления
живой и неживой природы.
Дифференциация и интеграция в физике
В логике развития физики отражается единство
процессов дифференциации и интеграции научного
знания. Процесс дифференциации знаний есть
объективная форма развития науки. Дифференци-
ация физического знания объясняется несколькими
причинами. Во-первых, в основе современной фи-
зики лежит аналитический подход к изучению дей-
ствительности, т.е. расчленение изучаемых пред-
метов на простейшие составляющие. Во-вторых, по
мере развития физики резко возрастает число объ-
ектов, доступных для научного изучения. В-
третьих, дифференциация является следствием
бесконечной сложности самой материи, неисчерпа-
емости ее свойств, форм и видов, следствием бес-
конечности и сложности человеческого познания.
Дифференциация физического знания проявляет-
ся:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
126
- в выделении отдельных разделов физики в
самостоятельные дисциплины со своими специфи-
ческими задачами и методами исследования;
- детализации научных понятий;
- установлении новых научных принципов, за-
конов, закономерностей развития природы;
- детализации научных проблем изучения дей-
ствительности.
Быстрый рост объема знаний, увеличение пото-
ков информации приводит к тому, что в наше вре-
мя стали невозможными ученые-энциклопедисты,
т.е. люди, знакомые практически со всей наукой. В
прошлом, например, одни и те же физики могли
заниматься и электричеством, и теплотой, и опти-
кой. Теперь даже специалисты, работающие в
близких областях физики, не всегда понимают друг
друга. И физика, и другие науки глубоко диффе-
ренцировались, специализировались, и этот про-
цесс продолжается. Наука стала тоньше, ювелир-
нее, изощреннее. Современные исследования ста-
ли уже, чем прежде.
Объект нынешней физики расчленен и разло-
жен на составляющие части, раздроблен. Такое
дробление – неминуемый этап познания: сначала
изучаются части, потом судят о целом. Процесс
дифференциации характерен и для других обла-
стей естествознания (химии, биологии и др.) В то
же время дифференциация научного знания несет
в себе опасность разложения единой научной кар-
тины мира. В результате дифференциации наука из
целостной системы знания превращалась в сумму
различных научных дисциплин, изолированных
друг от друга, с нарушенными связями между ни-
ми. Как писал Станислав Лем:
“Известно, что на открытия наиболее
плодотворно влияет скрещивание инфор-
мации из различных областей науки, по-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
127
этому очень может быть, что уже сейчас в
научных книгохранилищах всех континен-
тов находится множество сведений, кото-
рые при простом сопоставлении друг с дру-
гом компетентным специалистом дали бы
начало новым ценным обобщениям. Но
именно это и затормаживается ростом спе-
циализации, внутренней постоянно расту-
щей дифференциацией наук... Ходячим
афоризмом стало выражение, что откры-
тие совершается ныне дважды: один раз -
когда оно публикуется, и второй раз - ко-
гда это уже (и, может быть, давно) опуб-
ликованное сообщение открывает для себя
популяция специалистов”.
Взаимное размежевание наук было характерно
для науки XIX века, что в итоге привело к кризису
единства науки. По поводу дифференциации науки
А.Эйнштейн образно заметил:
«Круг охватываемых наукой вопросов
чрезвычайно расширился, теоретическое
познание во всех областях естествознания
непредвиденно углубилось. Но познава-
тельная способность человека ограничена
узкими рамками и не изменяется. Поэтому
деятельность отдельных исследователей
неизбежно стягивается ко все более огра-
ниченному участку всеобщего знания. Эта
специализация, что еще хуже, приводит к
тому, что единое общее понимание всей
науки, без чего истинная глубина исследо-
вательского духа обязательно уменьшает-
ся, все с большим трудом поспевает за
развитием науки. Создается ситуация, по-
добная той, которая символически изло-
жена в библейской истории о Вавилонской
башне. Каждому серьезному ученому зна-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
128
комо это болезненное чувство невольной
ограниченности сужающимся кругом пред-
ставлений; она угрожает отнять у исследо-
вателя широкую перспективу, принижая
его до уровня ремесленника».
Чем глубже проникает наука в суть деталей,
тем она лучше вскрывает связи между различными
областями действительности, а отсюда возникает
необходимость в интеграции научного знания. Уже
в рамках классического естествознания постепенно
утверждается идея принципиального единства всех
явлений природы, а следовательно, и отражающих
их научных дисциплин. Тенденция, обратная диф-
ференциации, существовала всегда. В основе инте-
грации научного знания лежит философский прин-
цип единства мира. Интеграция научного знания
представляет собой синтез предметного содержа-
ния и (или) методов различных наук и научных
дисциплин, позволяющий решать более сложные
(или по-другому) теоретические и практические
проблемы наук, включенных в процесс интегриро-
вания. Основаниями интеграции различных наук
являются такие факторы, как использование уни-
версального языка математики, общенаучных
представлений и принципов, переноса идей и
принципов из одной области науки в другую и др.
Интеграция научного знания проявляется:
- в организации комплексных междисциплинар-
ных исследований;
- в разработке:
• научных дисциплин, выполняющих общеме-
тодологические функции (общая теория систем,
синергетика);
• научных методов, применяемых в ряде от-
раслей научного знания (спектральный анализ,
компьютерное моделирование и др.);
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
129
• теории и принципов исследования общих
связей на стыках смежных научных дисциплин
(астрофизика, биофизика и др.).
Чем больше наука вскрывает общие связи, тем
лучше она уясняет суть деталей, а отсюда следует
дифференциация научного знания. Процессы диф-
ференциации и интеграции находятся в постоянном
единстве, но они не равнозначны на различных
этапах развития науки. Длительное время, пока в
науке происходит накопление материала, преобла-
дает дифференциация. Переход на новую каче-
ственную ступень, что обычно связано с созданием
более совершенной научной картины мира, сопро-
вождается интеграцией научного знания. Академик
Л.Б.Окунь по этому поводу писал:
«В развитии физики бросаются в глаза
две противоположные и на первый взгляд
даже взаимоисключающие тенденции. С
одной стороны, экспоненциальное нараста-
ние числа исследуемых явлений, всё боль-
шая специализация, всё более детальное
ветвление каждого направления… С дру-
гой стороны, не менее интенсивно идет и
противоположный процесс – процесс объ-
единения, синтеза, интеграции. С каждым
годом становится всё яснее связь между
отдельными крупными ветвями физики,
между явлениями, которые до этого каза-
лись не имеющими между собой ничего
общего.
Механика Ньютона объединила движе-
ние земных и небесных тел. Электродина-
мика Максвелла объединила электриче-
ские, магнитные и оптические явления.
Специальная теория относительности Эйн-
штейна объединила пространство и время.
Квантовая механика в концептуальном
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
130
плане объединила понятия частицы и вол-
ны, детерминизм и вероятность, и на осно-
ве этого – атомную физику с химией и фи-
зикой конденсированных сред. Квантовая
теория поля объединила частицы и силы.
Развитие квантовой теории поля, происхо-
дящее на наших глазах, объединяет между
собой различные типы элементарных ча-
стиц и фундаментальных взаимодействий
между ними. Я здесь имею в виду так назы-
ваемые теории великого объединения и су-
перобъединения…
В свою очередь, каждый новый этап
на пути синтеза неизменно приводил к раз-
нообразным и далеко идущим новым
направлениям, причем не только в науке,
но и в технике, радикально меняя течение
жизни всего человечества. Достаточно
вспомнить радиотехнику и ядерную техни-
ку. Первая явилась производной электро-
динамического синтеза, вторая – реляти-
вистского и квантового. Представляется
очень правдоподобным, что идеи теорий
великого объединения и суперобъединения
откроют не менее захватывающие перспек-
тивы».
Сейчас в науке наблюдается период интенсив-
ной интеграции. В объединении усилий специали-
стов разных отраслей знаний кроется путь к реше-
нию проблем, которые долго не могут решить уси-
лиями одной науки. Интеграция, например, ярко
проявляется при разработке новых теоретических
моделей о происхождении и эволюции Вселенной.
Здесь приходится использовать практически все
физические дисциплины одновременно: квантовую
механику, квантовую теорию поля, физику элемен-
тарных частиц и сверхвысоких энергий, ядерную и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
131
атомную физику, статистическую физику, общую
теорию относительности и др.
Практически до сегодняшних дней научная
картина мира, по существу, распадалась на три
картины мира (неорганическую, органическую, со-
циальную), в которых процессы самоорганизации,
саморазвития материи не были объединены еди-
ным системным подходом. Это стало возможным в
рамках синергетического подхода, объединяющего
в особый класс динамические, физические, хими-
ческие, биологические и социальные структуры,
которые ранее принципиально не сводились вме-
сте. Синергетический подход в современной науч-
ной картине мира позволяет выявить инвариантные
характеристики эволюционных процессов разного
типа и выразить их в форме, пригодной для мате-
матико-информационной обработки.
Наука объективно не может развиваться лишь
отдельными частями: она является целостной и
может развиваться только как таковая. Выдающий-
ся физик М.Планк писал:
«Наука представляет собой внутренне
единое целое. Ее разделение на отдельные
части обусловлено не столько природой
вещей, сколько ограниченностью способ-
ностей человеческого познания. В действи-
тельности существует непрерывная цепь от
физики к химии, через биологию и антро-
пологию к социальным наукам, цепь, кото-
рая ни в одном месте не может быть разо-
рвана, разве лишь по произволу».
Современное естествознание с помощью си-
нергетического подхода снимает противоречие
между миром живого и неживого, доказывая един-
ство и преемственность механизмов эволюции и
развития. В.Гейзенберг утверждает:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
132
«В поле зрения современной науки,
прежде всего – сеть взаимоотношений че-
ловека с природой, те связи, в силу кото-
рых мы, телесные существа, представляем
собой часть природы, зависящую от других
ее частей, и в силу которых сама природа
оказывается предметом нашей мысли и
действия только вместе с самим человеком.
Наука уже не занимает позиции только
наблюдателя природы, она осознает себя
как частный вид взаимодействия человека
с природой. Научный метод, сводившийся к
изоляции, аналитическому объяснению и
упорядочению, натолкнулся на свои грани-
цы. Оказалось, что его действие изменяет и
преобразует предмет познания, вследствие
чего сам метод не может быть отстранен от
предмета. В результате естественнонаучная
картина мира, по существу, перестает быть
только естественной».
Физика и философия
Вследствие общности и широты своих законов
физика всегда оказывала воздействие на развитие
философии и сама находилась под ее влиянием.
Физика всегда была тесно связана с философией.
Выдающиеся ученые-естествоиспытатели Пифагор,
Аристотель, Н.Коперник, Р.Декарт, Г.Галилей,
И.Ньютон, Г.Лейбниц, Д.И.Менделеев, Д.Гильберт,
А.Пуанкаре, К.Гедель, М.Планк, А.Эйнштейн,
Н.Бор, М.Борн, В.Гейзенберг и другие не только
внесли весомый вклад в развитие физики, опреде-
ливший главные направления ее дальнейшего раз-
вития, но и существенным образом повлияли на
стиль научного мышления своего времени, на его
мировоззрение. Физика лежит в основе научного
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
133
мировоззрения, сущность которого в том, что су-
ществуют законы природы, никогда не нарушае-
мые в рамках своей применимости. Закон обеспе-
чивает необходимую связь между настоящим со-
стоянием мира или любой его части и состоянием,
непосредственно следующим за ним. В этом заклю-
чается предсказательная функция физики.
Философское осмысление достижений науки
начало приобретать особенно большое значение
начиная с XVII века, когда наука, прежде всего
физика, стала превращаться в значительное обще-
ственное явление. Но только со второй половины
XIX века философские и методологические про-
блемы науки превращаются в самостоятельную об-
ласть исследований. Внимание ученых стали при-
влекать такие философские и методологические
проблемы, как содержание понятий пространства,
времени, причинности, массы, силы, энергии; со-
четание в научном познании анализа и синтеза,
индукции и дедукции, теории и опыта; роль эмпи-
рических и теоретических гипотез; роль интуиции
в познании и др.
Философские основания физики формируются
путем отбора и последующей адаптации идей, вы-
работанных в философском познании, к потребно-
стям физики, что приводит к конкретизации исход-
ных философских идей, их уточнению и развитию.
Особую роль в разработке проблематики, связан-
ной с формированием и развитием философских
оснований физики, сыграли выдающиеся естество-
испытатели, соединившие в своей деятельности
конкретно-научные и философские исследования
(Р.Декарт, И.Ньютон, Г.Лейбниц, А.Эйнштейн,
Н.Бор, Л.Больцман, М.Борн, В.Гейзенберг,
М.Планк, Н.Винер и др.).
Философия часто рассматривается как методо-
логическая база научных исследований, как ре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
134
зультат предельного обобщения эмпирических
данных различных дисциплин, как способ интегра-
ции частных наук в единое целое, как основа для
создания целостной картины мира. Это верно, фи-
зика может оперировать предельно обобщенными
категориями, сформулированными в философии
(материя и движение, пространство и время, ко-
нечное и бесконечное, необходимое и случайное,
причина и следствие и т.д.). С другой стороны, фи-
зика дает огромный фактический материал для
конкретизации и развития философских законов и
категорий, понимания многих методологических
проблем науки; данные физики могут быть отправ-
ной точкой для создания философской концепций
и их развития. В рамках физики получили даль-
нейшее развитие философские категории «мате-
рия» и «движение», представления о которых су-
щественно изменила физика ХХ века. Глубокий
смысл понятия материи раскрывается не в класси-
ческой физике, а именно тогда, когда вводятся по-
нятия поля, физического вакуума, темной материи
и темной энергии, как различных видов материи,
т.е. в теории относительности, квантовой механи-
ке, атомной и ядерной физике, физике элементар-
ных частиц. Принципы соответствия и дополни-
тельности, предложенные Н.Бором, стали общефи-
лософскими принципами. Исключительная общ-
ность и универсальность законов сохранения,
сформулированных в физике, определяют их мето-
дологическое и философское значение.
А.Эйнштейн так подчеркивал роль физики в разви-
тии философии:
« Результаты научного исследования
часто вызывают изменения в философских
взглядах на проблемы, которые распро-
страняются далеко за пределы ограничен-
ных областей самой науки. Какова цель
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
135
науки? Что требуется от теории, которая
стремится описать природу? Эти вопросы,
хотя и выходят за пределы физики, близко
связаны с ней, так как наука дает тот мате-
риал, из которого они вырастают. Фило-
софские обобщения должны основываться
на научных результатах. Однако, раз воз-
никнув и получив широкое распростране-
ние, они очень часто влияют на дальней-
шее развитие научной мысли, указывая
одну из многих возможных линий разви-
тия. Успешное восстание против принятого
взгляда имеет своим результатом неожи-
данное и совершенно новое развитие, ста-
новясь источником новых философских
воззрений».
Тем не менее, существует определенная грани-
ца между физикой и философией. Проблематика
философии всегда принципиально иная, чем у фи-
зики. Физика задается вопросами о формах и спо-
собах существования явлений окружающего мира,
а философия – о причинах и целях. В отличие от
физики и других естественных наук философия
стремится к целостному восприятию мира. В фило-
софском знании одновременно представлены как
объективное описание мира в целом, так и субъек-
тивная, личная позиция философа, зависящая от
его личного жизненного и морального опыта.
В структуре научного знания выделяют эмпири-
ческий и теоретический уровни. Но для адекватно-
го описания локальной области знания этих двух
уровней недостаточно. Необходимо выделить еще
один существенный уровень структуры научного
знания – метатеоретический уровень, в состав ко-
торого входят философские основания науки, со-
держащие общие представления о действительно-
сти и процессе познания, выраженные в системе
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
136
философских понятий. Философские основания
науки включают в себя философские идеи и прин-
ципы, обосновывающие идеалы и нормы науки,
вписывающие научные знания в культуру, а также
научную картину мира. Философские основания
выявляют себя в большей или меньшей степени в
зависимости от того, с какой наукой мы имеем де-
ло. Но в любой науке ученый исходит из философ-
ского положения о том, что все реальные объекты
и явления, с которыми он сталкивается, причинно
обусловлены.
Философские основания науки участвуют в со-
здании новых теорий, перестройке идеалов иссле-
дований. Обращая внимание на значение филосо-
фии для научного познания, Л.Бриллюэн писал,
что «ученые всегда работают на основе неко-
торых философских предпосылок, и, хотя,
многие из них могут не сознавать этого, эти
предпосылки в действительности определяют
их общую позицию в исследовании». В совре-
менных условиях удельный вес философской со-
ставляющей в системах принятия решений, осо-
бенно при выборе методологии исследования, рез-
ко увеличивается. А.Эйнштейн писал по этому по-
воду:
«В наше время физик вынужден зани-
маться философскими проблемами в го-
раздо большей степени, чем это приходи-
лось делать физикам предыдущих поколе-
ний. К этому физиков вынуждают трудно-
сти их собственной науки».
По мере развития физики, усложнения ее задач
все больше выявляется необходимость в специаль-
ном исследовании ее философских оснований. По
мнению М.Борна, современная физика не может
обойтись без обращения к философии, осуществ-
ляющей «исследование общих черт структуры
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
137
мира и наших методов проникновения в эту
структуру». Н.Бор отмечал, в свою очередь,
большое значение физики для развития философ-
ского мышления:
«Важное значение физической науки
для развития общего философского мыш-
ления основано не только на ее вкладе в
наше непрерывно возрастающее познание
той природы, частью которой мы являемся
сами; физическая наука важна и тем, что
время от времени она давала случай пере-
сматривать и улучшать нашу систему поня-
тий как орудие познания. В нашем столе-
тии изучение атомного строения материи
обнаружило неожиданное ограничение
области применимости классических фи-
зических идей и пролило новый свет на
содержащиеся в традиционной философии
требования к научному объяснению. Необ-
ходимый для понимания атомных явлений
пересмотр основ и предпосылок однознач-
ного применения наших элементарных по-
нятий имеет поэтому значение, выходящее
далеко за пределы одной только физиче-
ской науки».
Особенно важна правильная философская ори-
ентация в кризисные моменты развития физики,
когда старые представления подвергаются корен-
ному пересмотру. Лишь понимание соотношения
между абсолютной и относительной истиной, убеж-
денность в материальности и познаваемости окру-
жающего нас мира, позволяют в рамках принципа
соответствия правильно оценить сущность револю-
ционных преобразований в физике и принимать
лишь те из них, которые не приводят к крушению
физических теорий, а обогащают и углубляют наши
представления о материи и движении.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
138
Связь физики с другими науками
Физика тесно связана с другими науками о
природе. Это обусловлено тем, что физические
формы движения материи входят составной частью
в качественно более сложные формы движения,
изучаемые другими естественными науками. Любая
материальная система (в том числе и живой орга-
низм) состоит из атомов и молекул, поэтому в ней
имеют место все физические формы движения ма-
терии и выполняются все физические закономер-
ности. Еще раз напомним слова М.Планка о взаи-
мосвязи и взаимопроникновении естественных
наук:
«Наука представляет собой внутренне
единое целое. Ее разделение на отдельные
области обусловлено не столько природой
вещей, сколько ограниченностью способ-
ности человеческого познания. В действи-
тельности существует непрерывная цепь от
физики и химии через биологию и антро-
пологию к социальным наукам, цепь, кото-
рая ни в одном месте не может быть разо-
рвана, разве лишь по произволу».
Многие естественные науки используют физиче-
ские средства и методы исследования, регистриру-
ющие приборы, заимствованные у физики. Это
обусловило быстрый прогресс этих наук. Физика
глубоко вросла в астрономию, геологию, химию и
другие естественные науки, что привело к образо-
ванию ряда пограничных дисциплин: астрофизики,
геофизики, химической физики, физической хи-
мии, биофизики, молекулярной биологии и др.
Химия – одна из важнейших естественно-
научных дисциплин – изучает структуру молекул, а
также процессы взаимодействия молекул и поведе-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
139
ние веществ при различных химических реакциях.
Современная химия изучает не только простейшие
молекулы, но и сложные молекулярные образова-
ния, состоящие из тысяч и более атомов, которые
встречаются в органической химии и химии биоло-
гических существ. Проблемы сложных молекуляр-
ных образований требуют применения всех дости-
жений микрофизики. Поэтому возникла и получила
широкое развитие новая научная дисциплина – хи-
мическая физика. Химическая физика исследует
строение электронных оболочек атомов и их изме-
нения при образовании молекул. В ней с позиции
квантовой механики объясняется общая природа
химической связи и химической валентности. При
этом используются методы современной атомной и
субатомной физики с применением квантово-
механических математических расчетов. Знание
пространственного распределения электронов в
электронной системе молекул позволяет понимать
их физико-химические свойства. В становление
химической физики большой вклад внес лауреат
Нобелевской премии акад. Н.Н.Семенов, создавший
теорию цепных химических реакций.
Только открытие строения атома и принципа
Паули, лежащего в основе систематики заполнения
электронных состояний в атомах, позволяет объяс-
нить Периодическую систему элементов
Д.И.Менделеева. С помощью физических методов
удается осуществить химические реакции, не иду-
щие в обычных условиях. Вопросами энергетиче-
ской активизации реагентов с использованием фи-
зических процессов занимается химия экстремаль-
ных состояний, которая включает плазмохимию,
радиационную химию, химию высоких энергий, хи-
мию высоких давлений и температур. «Меченые
атомы» позволяют проследить кинетику химиче-
ских реакций. Созданы физические методы изме-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
140
рения скорости протекания быстрых химических
реакций с помощью пучков мюонов, полученных на
ускорителях. Физиками осуществлен синтез транс-
урановых химических элементов, отсутствующих в
природе, что существенно расширило границы таб-
лицы Менделеева.
В течение длительного времени наши зна-
ния о космическом пространстве базировались на
данных наблюдательной астрономии, основными
инструментальными средствами которой были оп-
тические телескопы различных типов. В настоящее
время астрофизика переживает период бурного
развития. Это связано с расширением технических
возможностей исследований, появлением радио-,
гамма-, рентгеновских телескопов, позволивших
изучать Вселенную во всем диапазоне электромаг-
нитных волн. Благодаря этому за последние полве-
ка удалось обнаружить объекты, о которых астро-
номы ранее не подозревали: квазары, пульсары,
рентгеновские источники и др. Выход человека за
пределы атмосферы и в ближний космос позволил
исследовать космическое пространство с помощью
спутников, межпланетных станций, различных кос-
мических аппаратов. Новые открытия показали
многообразие нашей Вселенной.
Более 20 лет одним из главных источников
уникальной информации о дальних звездах и га-
лактиках является космический телескоп имени
Э.Хаббла (КТХ) – обсерватория, летающая вокруг
Земли на высоте около 610 км. Телескоп представ-
ляет собой весьма внушительное сооружение: дли-
на – 13,1 м; диаметр – 4,2 м; размах солнечных
батарей – 12 м; масса – 11,3 т; диаметр главного
зеркала телескопа-рефлектора – 2,4 м. КТХ пере-
дал на Землю огромное количество фотографий
самых разных космических объектов: планет сол-
нечной системы, диффузных и планетарных туман-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
141
ностей, галактик всех типов и возрастов. Благода-
ря КТХ установили, что расширение Вселенной
происходит не замедленно, как думали раньше, а
ускоренно. Это свидетельствует о том, что во Все-
ленной, кроме сил гравитационного притяжения,
действуют силы вселенского отталкивания, обу-
словленные таинственной темной энергией. С по-
мощью КТХ удалось уточнить возраст нашей Все-
ленной, отсчитываемый от момента Большого
взрыва, – 13,7 млрд лет.
От простого описания космических объектов и
их классификации ученые перешли к проблемам
происхождения и эволюции нашей Вселенной.
Космология – физическое учение о Вселенной в
целом, основанное на изучении наиболее общих
свойств Метагалактики (части Вселенной, охвачен-
ной астрономическими наблюдениями) и законов
ее эволюции. Современная космология бурно раз-
вивается. Особенностью современной космологии
является то, что при разработке новых теоретиче-
ских моделей о происхождении и эволюции Все-
ленной приходится использовать практически все
физические дисциплины одновременно: квантовую
механику, квантовую теорию поля, физику элемен-
тарных частиц и сверхвысоких энергий, ядер и
атомов, статистическую физику, общую теорию от-
носительности и др. Они составляют теоретический
фундамент космологии. Особую роль в космологии
играет теория тяготения, так как именно тяготение
определяет взаимодействие масс на больших кос-
мологических расстояниях, а, следовательно, и ди-
намику космических тел. В основе современной
космологии лежит эйнштейновская теория тяготе-
ния – общая теория относительности. По сути, со-
временная космология – это удивительный симбиоз
новейших научных достижений, яркий пример
науки, вобравшей в себя за последние двадцать-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
142
тридцать лет преимущества физических подходов и
методов описания нашего мира.
Российские физики внесли весомый вклад в
разработку важнейших представлений современ-
ной космологии. А.А.Фридман нашел нестационар-
ные решения гравитационного уравнения Эйн-
штейна, доказав возможность существования не-
стационарной (расширяющейся) Вселенной. Акад.
А.Д.Сахаров объяснил происхождение барионной
асимметрии Вселенной. Акад. Я.Б.Зельдович полу-
чил фундаментальные результаты в теории инфля-
ции, теории реликтового излучения и его взаимо-
действия с веществом, нелинейной теории структу-
ры Вселенной; разработал теорию строения сверх-
массивных звезд, модель квазаров, исследовал
свойства «черных дыр»; предложил несколько аст-
рономических методов поиска «черных дыр»;
предположил, что массивные «черные дыры» яв-
ляются источниками энергии квазаров и радиога-
лактик; на основании законов квантовой механики
выдвинул идею излучения вращающейся черной
дыры. Акад. В.Л.Гинзбург развил теорию магнито-
тормозного космического радиоизлучения и теорию
происхождения космических лучей. Член.-корр.
РАН И.Д.Новиков совместно с Я.Б.Зельдовичем
предложил метод поиска «черных дыр» в нашей
Галактике, который оказался успешным; изучал
структуру аккреционного диска вокруг «черной
дыры».
По мнению акад. В.А.Рубакова, развитие мето-
дов наблюдений и расчетов в космологии сделало
ее количественной наукой. В этой области можно
надеяться на подтверждение инфляционной теории
и измерение параметров инфлантонного поля,
надежное измерение современного значения кос-
мологической постоянной. Вполне возможно, что
будет выяснена природа темной материи. Физика
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
143
элементарных частиц и космология находятся на
пороге нового, очень интересного этапа развития.
Взаимовлияние физики частиц и космологии, мик-
ро- и макрофизики обеспечит интенсивное разви-
тие фундаментальной физики в обозримом буду-
щем.
Тела неживой природы и живые организмы по-
строены из одних и тех же атомов и молекул. По-
этому органический мир починяется тем же единым
законам, учитывающим ядерно-электронное строе-
ние всех тел. Проблемы соотношения физики и
биологии стали сейчас особенно актуальными.
Живой организм и любая его функциональная
часть являются весьма сложными открытыми тер-
модинамическими системами. Все биологические
системы как открытые системы активно и постоян-
но обмениваются с окружающей средой веществом,
энергией и информацией через процессы дыхания,
поглощение продуктов питания и т.д. Термодина-
мика открытых систем отличается от термодинами-
ки изолированных систем, в которых энтропия при
наличии необратимых процессов может только воз-
растать. В случае открытых систем закон возраста-
ния энтропии относится только к общей системе,
состоящей из самой открытой системы, где энтро-
пия может убывать, и к окружающей среде, с кото-
рой открытая система взаимодействует. Основы
термодинамики неравновесных открытых систем
были разработаны И.Пригожиным и др. По совре-
менным представлениям, живой организм – это от-
крытая, саморегулируемая и самовоспроизводяща-
яся гетерогенная система, важнейшим функцио-
нальным веществом которой служат биополимеры –
белки и нуклеиновые кислоты. Такая система под-
лежит комплексному физическому и химическому
исследованию.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
144
Физиков давно интересовали биологические
проблемы. Н.Бор рассматривал проблему связи
биологии и физики на основе принципа дополни-
тельности, считая, что собственно биологические
законы дополнительны законам, которым подчи-
няются тела неорганического мира. Нельзя одно-
временно определять физико-химические свойства
организма и явления жизни – анализ свойств одно-
го исключает подробный анализ другого. Таким
образом, Н.Бор рассматривал биологические и фи-
зико-химические исследования как дополнитель-
ные, т.е. несовместимые, хотя и не противореча-
щие друг другу. Он в 30-е годы ХХ века предска-
зывал, что исследование жизни на атомном уровне
приведет к парадоксу, аналогичному тому, который
возник при исследованиях спектров атомов и кото-
рый был разрешен только с помощью новой кван-
товой механики. Бор считал, что:
«Существование жизни следует прини-
мать как некий элементарный факт, кото-
рый нельзя объяснить и который следует
рассматривать как начальную точку биоло-
гии, точно так же как квант действия, ко-
торый выглядит иррациональным с точки
зрения классической механики, но оказы-
вается фундаментальной основой атомной
физики, если его рассматривать с точки
зрения физики элементарных частиц. Не-
возможность объяснения жизненных яв-
лений на основе законов физики или хи-
мии аналогична недостаточности механи-
ческого подхода для понимания стабиль-
ности атомов».
В 1945 г. Э.Шредингер написал книгу «Что та-
кое жизнь? С точки зрения физика», где рассмот-
рел три основные проблемы биофизики:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
145
1. Термодинамические основы жизни. Организм
– открытая высокоорганизованная упорядоченная
система, находящаяся в неравновесном состоянии
благодаря потоку энтропии во внешнюю среду,
способная поддерживать упорядоченность за счет
саморегуляции и самовоспроизведения.
2. Молекулярные основы жизни. Автор опре-
деляет молекулярную природу гена, ответственно-
го за наследственность. Ген должен быть молеку-
лой с апериодической структурой. Поставлен во-
прос о структуре вещества наследственности и о
причинах его устойчивого воспроизводства в ряду
поколений.
3. Квантово-механические закономерности.
Шредингер отмечает соответствие биологических
процессов законам квантовой механики, что отчет-
ливо проявляется в радиобиологических явлениях.
На теоретической основе неравновесной тер-
модинамики М.Эйгеном была создана физико-
математическая модель, объясняющая возникнове-
ние информационных макромолекул в неравновес-
ных открытых системах мономеров, обладающих
избыточной химической энергией. Эволюция таких
систем, подверженных мутационным изменениям,
приводит к возникновению биологического кода.
Проблема происхождения жизни является
предметом специального направления биофизики,
и пока остается дискуссионной. При попытках фи-
зического описания возникновения живых существ
из неживой материи возникают трудности, связан-
ные с оценкой маловероятных событий. Академик
В.Л.Гинзбург в своей лекции говорил о возможно-
сти объяснения происхождения жизни только с фи-
зической точки зрения:
«Мы полагаем в настоящее время, что
знаем, из чего устроено все живое — из
электронов, атомов и молекул. Знаем стро-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
146
ение атомов и молекул, а также управляю-
щие ими и излучением законы. Поэтому
естественна гипотеза о редукции — воз-
можности все живое объяснить на основе
физики, уже известной физики. Конкретно,
основными являются вопросы о происхож-
дении жизни и появлении сознания (мыш-
ления). Образование в условиях, царивших
на Земле несколько миллиардов лет назад,
сложных органических молекул уже про-
слежено, понято и смоделировано. Каза-
лось бы, переход от таких молекул и их
комплексов к простейшим организмам, к их
воспроизводству можно себе представить.
Но здесь имеется какой-то скачок, фазовый
переход. Проблема не решена, и я склонен
думать, будет безоговорочно решена толь-
ко после создания «жизни в пробирке».
Думается, что и создание «жизни в пробирке»
не поставит точку в вопросе о происхождении жиз-
ни. Сегодня мы располагаем суммой фактов о жи-
вой материи, но первые страницы возникновения
жизни на Земле существуют только как гипотезы.
Математическое моделирование не дает ответа на
этот вопрос. Задача восстановления причины по
следствию является некорректной обратной зада-
чей. Г.Р.Иваницкий (Институт теоретической и экс-
периментальной биофизики РАН) считает, что даже
если когда-нибудь удастся в лабораторных услови-
ях смоделировать полный процесс зарождения жи-
вой материи, то и тогда ответ будет вероятност-
ным. Мы не сможем с абсолютной уверенностью
утверждать, что жизнь на Земле развивалась имен-
но по этому сценарию. Необходимо будет доказать,
что такая траектория является единственно воз-
можной или, по крайней мере, наиболее вероят-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
147
ной. Вопрос о происхождении жизни с точки зре-
ния физики остается открытым.
Электронный и туннельный микроскопы на не-
сколько порядков превысили границы оптических
методов исследований и дали возможность наблю-
дать отдельные атомы и молекулы. С помощью
рентгеноструктурного анализа изучается структура
сложных биологических молекул и живых тканей. В
1953 г. Д.Уотсон и Ф.Крик, используя метод рент-
генографии, установили, что молекула ДНК имеет
двойную спиральную структуру. Революция в био-
логии, связанная с возникновением молекулярной
биологии и генетики, была бы невозможна без фи-
зики. Проблема генетического кода была впервые
теоретически сформулирована физиком Г.Гамовым,
но экспериментальная расшифровка кода стала
возможной только после рентгеновских исследова-
ний Д.Уотсона и Ф.Крика. Только использование
физических методов позволило осуществлять изу-
чение геномов живых организмов, в том числе и
человека. Именно физики способствовали изуче-
нию атомной структуры биополимеров и их биоло-
гических функций, а также механизма наслед-
ственности и изменчивости в живых организмах,
построенных из них.
Функционирование живой клетки и всех много-
клеточных организмов обеспечивается в основном
за счет свободной энергии, освобождающейся при
ферментативном гидролизе молекул аденозинтри-
фосфорной кислоты (АТФ). Более 35 лет назад в
биофизике появилось понятие «молекулярные ма-
шины». Молекулярная машина является макромо-
лекулярным устройством природного происхожде-
ния (например, молекула белка или белковый ком-
плекс), которое осуществляет преобразование хи-
мической энергии в энергию направленного дви-
жения макромолекул или их отдельных фрагмен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
тов, перенос молекул и ионов через биологические
мембраны и т.д. Представление о ферментах как о
наноразмерных молекулярных машинах подразу-
мевает существование в них сравнительно неболь-
шого числа выделенных (механических) степеней
свободы, связанных с согласованным движением
групп атомов или с наличием подвижных фрагмен-
тов. Это означает, что отдельные части белка или
белкового комплекса могут рассматриваться как
элементы макромолекулярного устройства, подоб-
ные деталям макроскопических машин и механиз-
мов.
В последнее десятилетие биофизики научились
манипулировать отдельными молекулами биополи-
меров, используя лазерные и магнитные «пинце-
ты», что привело к настоящей революции в изуче-
нии биологических макромолекулярных машин.
Особый интерес представляет изучение вращаю-
щихся молекулярных машин и механизмов, работа
которых связана с направленным вращением их
ротора. Они обычно встроены в биологическую
мембрану, приводятся в действие за счет разности
электрохимических потенциалов, генерируемой на
мембране. Их иногда называют «электромоторами»
природного происхождения. Типичным представи-
телем молекулярных «электромоторов» является
АТФ-синтаза типа F0F1 – белковый комплекс, обес-
печивающий синтез аденозинтрифосфорной кисло-
ты – основы энергетики живой клетки. Биофизик
Л.А.Блюменфельд писал:
«Если бы для описания клетки нам при-
шлось выбирать между двумя крайними
моделями – часовым механизмом и гомо-
генной химической реакцией в газовой
фазе, выбор был бы однозначен: клетка
несравненно ближе к часовому механизму,
чем к чисто статистической системе».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
149
Важнейшая роль в изучении биофизических
механизмов работы биологических машин и меха-
низмов принадлежит современным физическим ме-
тодам исследования, позволяющим не только сле-
дить за состоянием индивидуальных молекул бел-
ков и белковых комплексов, но и целенаправленно
манипулировать отдельными макромолекулами.
Искусственные радиоактивные изотопы («ме-
ченые атомы») позволили исследовать процессы
обмена веществ в живых организмах. Это позволи-
ло решить многие проблемы биологии и медицины.
Более столетия медики широко используют для ди-
агностики рентгеновское излучение. Сейчас широ-
кое применение находит ЯМР-томография (ЯМР –
ядерный магнитный резонанс), обладающая много-
численными преимуществами по сравнению с рент-
генографией и электрокардиографией; внедряется
позитронно-эмиссионная томография для диагно-
стики различных заболеваний. Применение радио-
активных изотопов, различных видов излучений,
лазеров способствует лечению многих видов забо-
леваний. Перспективными для лечения злокаче-
ственных опухолей являются протонная и ионная
лучевая терапия. В настоящее время в мире прото-
нами облучаются более 30 тыс. пациентов, страда-
ющих заболеваниями спинного мозга и раком про-
статы.
Проникновение физики и физических методов
исследования в геологию идет через геофизику.
Идеи ядерной физики стали неотъемлемой частью
геологических концепций. Расшифровка истории
Земли строится на параллельном изучении двух ис-
точников информации: реконструкции геологиче-
скими методами минерального состава и последо-
вательности накопления осадочных и магматиче-
ских пород земной коры; анализа геохимических
данных, позволяющих вскрыть процессы эволюции
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
150
горных пород и установить их временную последо-
вательность. Для расчета возраста этих пород
обычно используют радиоизотопный метод датиро-
вания. Возраст Земли геологами оценивается в 4,5
– 4,7 млрд лет. Это возраст расчетный, так как ни-
каких пород от тех времен не сохранилось (или
неизвестно, где их искать). Древнейшие найден-
ные породы имеют возраст 4,03 млрд лет (северо-
западные территории Канады) и 4,27 млрд лет (в
Западной Австралии). Для изучения внутреннего
строения Земли используются различные физиче-
ские методы зондирования. Широко применяются
физические методы при разведке полезных иско-
паемых.
Отмечая тесную связь физики с другими есте-
ственными науками, В.Гейзенберг писал:
«…многие естественно-научные дисци-
плины в своих основаниях тесно связаны с
атомной физикой и, следовательно, приво-
дят в конечном счете к тем же принципи-
альным проблемам, что и сама атомная
физика. Химия возводит свое здание на
фундаменте атомной физики, астрономия
теснейшим образом связана с ней, без
атомной физики в ней едва ли возможен
какой бы то ни было прогресс, и даже в
биологии уже перебрасываются мосты к
атомной физике. В последние десятилетия
в гораздо большей степени, чем раньше,
стали заметны связи между различными
естественными науками».
Физика и техника
Физика тесно связана с техникой. Трудно найти
сейчас такую отрасль техники, которая не выросла
бы из физики. Вся история развития техники пред-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
151
ставляет собой галерею блестяще реализованных в
инженерных конструкциях и технологиях теорети-
ческих и экспериментальных физических откры-
тий: законы термодинамики, использованные в
тепловых двигателях; научные идеи К.Э.Циолковс-
кого, воплощенные в ракетной технике; электро-
динамика Максвелла – Фарадея, ставшая основой
современной радиоэлектроники; открытие элек-
трона Д.Томсоном, положившее начало техниче-
ской электронике; теория относительности
А.Эйнштейна и открытие деления урана, лежащие
в основе ядерной энергетики; предсказание
В.А.Фабрикантом возможности создания молеку-
лярного генератора световых волн на основе тео-
рии индуцированного излучения А.Эйнштейна и со-
здание лазеров Н.Г.Басовым, А.М.Прохоровым и
Ч.Таунсом; полупроводниковая техника и многое
другое. Физика в настоящее время стала непосред-
ственной производительной силой человеческого
общества. Многие физические эффекты и явления,
на первый взгляд весьма далекие от технических
применений, становятся основой новых отраслей
техники, обеспечивают дальнейший технический
прогресс. Академик Б.М.Понтекорво писал по по-
воду невозможности предсказать, какое техниче-
ское применение найдет вновь открытое физиче-
ское явление:
«Стоит ли напоминать, что на заре свое-
го развития физика элементарных частиц,
установив с теоретической точки зрения
казалось бы второстепенный факт, что при
делении урана испускается более двух
нейтронов, породила современную ядер-
ную энергетику?».
Проникновение физики в изучение структуры
атомного ядра и всего субатомного мира вызвало
почти сразу же революционные изменения и от-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152
крытия в современной технике. Рассмотрим более
подробно реализацию некоторых физических зако-
нов и явлений в конкретных технических устрой-
ствах, существенно преобразивших наш мир в ХХ
веке.
Начнем с лазеров. В 1916 г. А.Эйнштейн, при-
менив принцип детального равновесия к излуче-
нию атома, предсказал существование индуциро-
ванного, или вынужденного излучения атомов, мо-
лекул и других квантовых структур. Вынужденное
излучение строго когерентно с вынуждающим из-
лучением, т.е. испущенные фотоны имеют такую
же частоту, фазу, поляризацию и направление
распространения. Испущенные атомом фотоны не-
отличимы от фотонов, падающих на атом. В 1951 г.
советские ученые В.А.Фабрикант, М.М.Вудынский и
Ф.А.Бутаева указали на возможность усиления
электромагнитного излучения за счет индуциро-
ванного излучения, тем самым высказали идею
квантового усилителя. В 1954 г. Н.Г.Басов,
А.М.Прохоров (СССР) и Ч.Таунс (США) создали
первые квантовые квантовые генераторы - молеку-
лярные генераторы на пучке молекул аммиака, ра-
ботающие в сантиметровом диапазоне. Они полу-
чили название мазеров (Maser – аббревиатура от
английских слов: Microwave Amplfication by Stimu-
lated Emission of Radiation – усиление микроволн
при помощи индуцированного излучения). В 1955
г. Н.Г.Басов и А.М.Прохоров предложили трехуров-
невый метод создания неравновесных квантовых
систем, широко используемый в квантовых генера-
торах и усилителях радио- и оптического диапазо-
на. В 1958 г. Ч.Таунс и А.Шавлов разработали
принцип работы лазера. В 1960 г. Т.Г.Мейман
(США) изобрел первый оптический квантовый ге-
нератор – рубиновый лазер (Laser – аббревиатура
от английских слов: Ligpt Amplfication by Stimulated
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
153
Emission of Radiation – усиление света при помощи
индуцированного излучения). В 1964 г. Н.Г.Басов,
А.М.Прохоров и Ч.Таунс за фундаментальные ис-
следования в области квантовой электроники, ко-
торые привели к созданию генераторов и усилите-
лей нового типа – мазеров и лазеров, – были удо-
стоены Нобелевской премии.
Лазерное излучение обладает следующими
важными свойствами: временнáя и пространствен-
ная когерентность, строгая монохроматичность,
большая мощность излучения, очень малое рас-
хождение в пучке. Благодаря этим свойствам лазе-
ры в настоящее время находят широкое примене-
ние. По совокупности признаков (рабочая среда,
способ накачки, генерируемая мощность и др.) вы-
деляют следующие виды лазеров:
1. Твердотельные лазеры. Используются в ла-
зерной спектроскопии, нелинейной оптике, для ла-
зерных технологий (сварка, закалка, упрочнение
поверхности, резка металлов).
2. Полупроводниковые лазеры. Применяются в
спектроскопии, в оптических стандартах частоты,
оптических линиях связи, звуко- и видеосистемах,
для проекционного лазерного телевидения, опти-
ческой обработки информации.
3. N2 – CO2- и CO-лазеры высокого давления.
Применение: спектроскопия, лазерная химия, ме-
дицина, технология.
4. Ионный аргоновый лазер. Применение:
спектроскопия, медицина, нелинейная оптика.
5. Эксимерные лазеры. Применение: спектро-
скопия, химия. Рассматривается возможность ис-
пользования для лазерного термоядерного синтеза.
6. Лазеры на красителях.
7. Химические лазеры. Применение: спектро-
скопия, лазерная химия, контроль состояния атмо-
сферы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
154
8. Газодинамические лазеры.
9. Гамма-лазеры и рентгеновские лазеры. Об-
суждается их применение в системах вооружения.
10. Параметрические лазеры с перестройкой
частоты генерируемого излучения.
11. Лазеры с ядерной накачкой.
Развитие электроники и создание современных
ЭВМ базируется на достижениях физики твердого
тела. Успехи теоретической и экспериментальной
физики твердого тела привели к внедрению полу-
проводников, а теперь и сверхпроводников в элек-
тронную промышленность, что позволило обеспе-
чить микроминиатюризацию электронных
устройств. Полупроводники представляют собой
широкий класс веществ, характеризующийся зна-
чениями удельной электропроводности, промежу-
точными между удельными электропроводностями
металлов и хороших диэлектриков. Характерной
особенностью полупроводников, отличающей их от
металлов, является возрастание электропроводно-
сти с ростом температуры. Для полупроводников
характерна высокая чувствительность электропро-
водности к другим внешним воздействиям (свет,
поток быстрых частиц, сильное электрическое поле
и т.д.), а также к содержанию примесей и дефектов
в кристаллах. Возможность в широких пределах
управлять электропроводностью полупроводников
изменением температуры, введением примесей и
т.д. является основой их многочисленных и разно-
образных применений. Первым шагом к созданию
микроэлектроники был транзистор. Пионерами
транзисторной эры стали Уильям Шокли, Джон
Бардин и Уолтер Браттейн, которые в 1947 г. в
«Bell Labs» впервые создали действующий бипо-
лярный транзистор. В настоящее время промыш-
ленность располагает широким классом полупро-
водниковых приборов: диодные и триодные тири-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
155
сторы, полевые транзисторы, туннельные диоды,
светодиоды, лавинно-пролетные диоды, фоторези-
сторы, терморезисторы, солнечные батареи, детек-
торы элементарных частиц, полупроводниковые
лазеры различных типов и многие другие.
Логика развития современной полупроводнико-
вой электроники такова, что интегральные схемы
становятся все более сложными и объединяют все
большее число элементов. До сих пор изготовите-
лям интегральных схем удавалось увеличивать
плотность размещения транзисторов, диодов и дру-
гих элементов за счет уменьшения их размеров.
При уменьшении размеров до долей микрона со-
здатели электронных приборов должны учитывать
тот факт, что описание микрообъектов возможно
только в рамках законов квантовой механики.
К настоящему времени в физике накоплен
большой опыт по созданию и изучению искус-
ственных полупроводниковых структур, имеющих
размеры в несколько нанометров или несколько
десятков ангстремов. Нанообъекты размером 0,1
нм – 1 мкм, имеющие кристаллическую структуру,
получили название нанокристаллов. К ним отно-
сятся так называемые квантовые ямы, квантовые
нити и квантовые точки. В этих микроструктурах
электроны ведут себя как квантовые объекты.
Названные структуры, а также переходные состоя-
ния между ними объединяются под одним названи-
ем – гетероструктуры или гетеросистемы. Сюда же
относятся сверхрешетки и более сложные гетеро-
системы. Основоположником теории гетероструктур
является лауреат Нобелевской премии академик
РАН Ж.И.Алферов. Оказалось, что, изменяя раз-
мерность и регулируя величину квантового ограни-
чения, можно в широком диапазоне изменять энер-
гетический спектр гетеросистемы, что позволяет
создавать совершенно новые полупроводниковые
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
156
приборы. Особенностью и огромным преимуще-
ством искусственных наноструктур перед твердыми
телами, созданными природой, является то, что в
них можно реализовывать широкий комплекс
свойств, нередко весьма необычных, для разного
рода приборных применений. По мнению акад.
Ж.И.Алферова, гетероструктуры в XXI веке оставят
обычным полупроводникам в электронике не более
1%, станут основной материальной базой микро-
электроники и оптоэлектроники.
Электроника на гетероструктурах широко ис-
пользуется во многих областях человеческой дея-
тельности. Применяются телекоммуникационные
системы, основанные на лазерах с двойной гетеро-
структурой, гетероструктурные светодиоды и бипо-
лярные транзисторы, малошумящие транзисторы с
высокой подвижностью электронов для высокоча-
стотных применений, включая системы спутниково-
го телевидения. Солнечные батареи на гетеро-
структурах широко используются в космосе и на
Земле. Отдельную ветвь микроэлектроники —
оптоэлектронику — составляют приборы, постро-
енные на основе гетероструктур по созданию «тех-
нического» света — полупроводниковые лазеры и
светодиоды. С использованием полупроводниковых
лазеров связана новейшая история цифровой запи-
си — от обычных CD-дисков до знаменитой сегодня
технологии Blue Ray на нитриде галлия (GaN). Ла-
зеры с двойной гетероструктурой используются в
проигрывателях для лазерных дисков.
Современное состояние физики и техники до-
стигло такого уровня, который позволяет опериро-
вать отдельными атомами и молекулами и даже от-
дельными электронами. Эти объекты составляют
элементную базу нанотехнологий – новых разделов
высоких технологий, которые позволяют использо-
вать в практических целях процессы, происходя-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
157
щие в областях нанометровых размеров (1 нм=10-9
м). Цель нанотехнологий состоит в управлении по-
ведением отдельных наночастиц – атомов, молекул
и молекулярных систем – при создании новых
наноструктур со специальными физическими, хи-
мическими и биологическими свойствами. Эти объ-
екты обладают очень интересными физическими
особенностями и имеют широкие перспективы при-
менения в радиоэлектронике, лазерной технике,
информационных технологиях, биологии, медицине
и т.д. Использование наноматериалов способно в
будущем обеспечить грандиозную экономию энер-
гии, сырья и регенерацию комфортной для челове-
ка окружающей среды. Широкое практическое ис-
пользование наноструктур составляет суть проис-
ходящей в настоящее время нанотехнологической
революции.
Важным и перспективным объектом нанотехно-
логий являются углеродные нанотрубки. Долгое
время считалось, что углерод имеет две кристалли-
ческие модификации: графит и алмаз. В конце ХХ
века было установлено, что атомы углерода могут
составлять каркасные структуры – сложные моле-
кулы с поверхностями, образованными правильны-
ми пяти-, шести-, семи- и восьмиугольниками, в
вершинах которых находится углерод. Были экспе-
риментально открыты разнообразные формы эле-
ментарного углерода, среди которых следует выде-
лить фуллерены С60 и нанотрубки.
Углеродные нанотрубки (УНТ) представляют
собой протяженные цилиндрические структуры
диаметром от одного до нескольких десятков нано-
метров и длиной до нескольких микрон, состоящие
из одного или нескольких свернутых в трубку гек-
сагональных графитовых слоев. Углеродные нано-
трубки обладают необычными физико-химическими
свойствами. В зависимости от угла ориентации
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
158
графитовой плоскости, составляющей УНТ, относи-
тельно ее оси, нанотрубка может обладать либо
металлической проводимостью, либо иметь полу-
проводниковые свойства с шириной запрещенной
зоны, зависящей от ее геометрии. Тем самым УНТ
образуют принципиально новый класс электронных
приборов рекордно малых размеров. Разработка
интегральных схем, включающих в себя элементы
на основе УНТ, может привести к революционным
изменениям в области миниатюризации современ-
ных компьютеров. Хорошая проводимость в соче-
тании с миниатюрными размерами делает нано-
трубки уникальным источником автоэлектронной
эмиссии. Использование нанотрубок в качестве
электронных эмиттеров в холодных катодах позво-
ляет улучшить рабочие характеристики плоских
мониторов, катодолюминесцентных источников
света, рентгеновских трубок, уменьшить их габари-
ты и массу, понизить уровень потребления энер-
гии. Чрезвычайно привлекательны для прикладных
целей механические свойства УНТ. Нанотрубки об-
ладают аномально высокой прочностью на растя-
жение и изгиб. Введение даже небольшого количе-
ства УНТ в состав композитных полимерных мате-
риалов существенно улучшает механические ха-
рактеристики последних.
В последние годы в центре внимания физиков-
экспериментаторов находится графен. Графен
представляет собой двухмерную модификацию уг-
лерода, слой атомов углерода толщиной в один
атом. Кристаллическая решетка графена представ-
ляет собой плоскость, состоящую из шестиуголь-
ных ячеек, то есть является двухмерной гексаго-
нальной кристаллической решеткой. Его можно
представить как одну плоскость графита, отделен-
ную от объемного кристалла. Расстояние между
ближайшими атомами углерода в шестиугольниках
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
159
составляет 0,142 нм. Графен обладает высокой
прочностью (он в 100 раз прочнее листа стали
аналогичной толщины), теплопроводностью (про-
водит тепло в 10 раз лучше меди), максимальной
подвижностью электронов среди всех известных
материалов. Это делает его перспективным мате-
риалом для наноэлектроники. Рассматривается
возможность замены им кремния в интегральных
микросхемах. В 2010 г. Нобелевская премия по фи-
зике присуждена выходцам из России А.Гейму и
К.Новоселову «за пионерские эксперименты, каса-
ющиеся двухмерного материала графена».
Ярким примером использования физических
эффектов на практике является создание и разви-
тие ядерной энергетики, возникновение которой
связано с крупными достижениями ядерной физи-
ки. К началу сороковых годов ХХ в. работами мно-
гих ученых – Э.Ферми, О.Гана, Ф. Штрассмана,
О.Фриша, Л.Мейтнер, Г.Н.Флерова, К.Н.Петржака –
было установлено, что при облучении урана
нейтронами образуются элементы из середины
таблицы Менделеева (лантан и барий). Так были
открыты реакции деления тяжелых ядер. Деление
ядер сопровождается выделением большого коли-
чества энергии, которая распределяется между
осколками (вновь образовавшимися ядрами и
нейтронами). При делении одного ядра урана вы-
деляется примерно 240 МэВ энергии. Деление ядер
сопровождается испусканием двух-трех вторичных
нейтронов. Испускаемые при делении ядер вторич-
ные нейтроны способны вызвать новые акты деле-
ния, что делает возможным осуществление цепных
ядерных реакций, в которых частицы, вызывающие
их, образуются и как продукты этих реакций.
Устройства, в которых осуществляется и под-
держивается управляемая цепная ядерная реакция
деления, называются ядерными реакторами. Пер-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
160
вый ядерный реактор был запущен в 1942 г. в США
под руководством Э.Ферми, в СССР – в 1946 г. под
руководством И.В.Курчатова. Ядерные реакторы
являются основой ядерной энергетики, в которой
источником получаемой полезной энергии является
ядерная энергия. Она преобразуется в электриче-
скую и тепловую на атомных электрических уста-
новках: атомных электростанциях (АЭС), атомных
теплоэлектроцентралях (АТЭЦ) и атомных станциях
теплоснабжения (АСТ).
Первая атомная электростанция (мощностью 5
МВт), положившая начало использованию ядерной
энергии в мирных целях, была пущена в СССР в
1954 (г. Обнинск Калужской области). В 1956 г. в
Колдер-Холле (Великобритания) была введена в
эксплуатацию АЭС мощностью 46 МВт. Через год
вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шип-
пингпорте (США). В 1958 г. была введена в экс-
плуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью
100 МВт. На протяжении многих лет научные и
технические проблемы ядерной энергетики в СССР
разрабатывались акад. А.П.Александровым в Ин-
ституте атомной энергии им. И.В.Курчатова. Под
его научным руководством были построены мощ-
ные атомные электростанции, водо-водяные реак-
торы, первый в мире атомный ледокол «Ленин».
К началу 90-х гг. в 27 странах мира работало
свыше 430 ядерных энергетических реакторов об-
щей мощностью около 340 ГВт. По грубым оценкам
в настоящее время доля АЭС в общемировом про-
изводстве энергии составляет 5%. Ядерный сектор
экономики наиболее значителен в промышленно
развитых странах, где недостаточно природных
энергоресурсов – во Франции, Японии, Швеции и
др. Во Франции до 80% электроэнергии произво-
дится на АЭС, на Украине – до 50%, в США –
12,5%. В России в 2008 г. на АЭС выработано 170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
161
млрд кВт-ч электроэнергии. Крупнейшая в мире
АЭС находится в городе Касивадзаки префектуры
Ниигата (Япония). На ней установлены 7 кипящих
ядерных реакторов, суммарная мощность которых
составляет 8,212 ГВт.
Преимуществом АЭС по сравнению с тепловыми
электростанциями является небольшой объем ис-
пользуемого топлива. Реактор ВВЭР-1000 за 1-1,5
года использует тепловыделяющие сборки с ура-
ном массой 41 т. Троицкая ГРЭС мощностью 2000
МВт за сутки сжигает два железнодорожных соста-
ва угля. Вторым преимуществом АЭС является ее
относительная экологическая чистота. Тепловые
электростанции на 1000 МВт установленной мощ-
ности ежегодно выбрасывают в атмосферу вредные
вещества (сернистый газ, оксиды азота и углерода,
углеводороды, альдегиды, золовую пыль) в объеме
до 13 000 т. на газовых станциях и до 165 000 т на
пылеугольных. На АЭС эти выбросы отсутствуют.
ТЭС мощностью 1000 МВт ежегодно потребляет 8
миллионов тонн кислорода для сжигания топлива.
АЭС не потребляют кислорода вообще. Из-за со-
держания в угле природных радиоактивных ве-
ществ удельная активность выбросов ТЭС в не-
сколько раз выше, чем на АЭС.
К недостаткам АЭС относятся повышенное теп-
ловое загрязнение окружающей среды, трудности с
захоронением и хранением радиоактивных отхо-
дов, тяжелые последствия возможных аварий, со-
провождающихся выбросами радиоактивных ве-
ществ, проблемы, связанные с ликвидацией АЭС
после выработки ими ресурса.
Несмотря на эти недостатки, по прогнозам спе-
циалистов, доля ядерной энергетики в общей
структуре выработки электроэнергии в мире будет
непрерывно возрастать при условии реализации
основных принципов концепции безопасности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
162
атомных электростанций. Главные принципы этой
концепции — существенная модернизация совре-
менных ядерных реакторов, усиление мер защиты
населения и окружающей среды от вредного техно-
генного воздействия, подготовка высококвалифи-
цированных кадров для атомных электростанций,
разработка надежных хранилищ радиоактивных
отходов и др.
В настоящее время потребление энергии в мире
составляет около 16 ТВт. По прогнозам Междуна-
родного агентства по энергетике, к 2030 г. потреб-
ление энергии возрастет на 50%. 80% потребляе-
мой миром энергии сейчас удовлетворяется за счет
сжигания ископаемого топлива, извлекаемые запа-
сы которого могут быть израсходованы в течение
ближайших 50 – 100 лет. Поэтому уже сейчас че-
ловечество должно готовиться к исчерпанию иско-
паемого топлива и искать пути его замены. Запасы
дешевого природного урана также могу быть из-
расходованы в течение 50 лет. Возможности энер-
гетики, основанной на реакциях деления ядер, мо-
гут быть расширены за счет создания реакторов,
использующих торий (ториевые бридерные реакто-
ры), а также создания плутониевых реакторов-
размножителей на быстрых нейтронах.
Управляемый термоядерный синтез, основой ко-
торого являются термоядерные реакции, потенци-
ально представляет собой неистощимый источник
энергии, является экологически и экономически
перспективным направлением энергетики будуще-
го. Для управляемого термоядерного синтеза
наиболее важной представляется реакция слияния
ядер дейтерия и трития с образованием ядра гелия
и выделением 17,6 МэВ энергии на один акт синте-
за. Для инициирования реакции синтеза необходи-
мо нагреть смесь дейтерия и трития до температу-
ры более 100 млн градусов. При этой температуре
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
163
смесь представляет собой полностью ионизирован-
ную плазму, возникает проблема удержания плаз-
мы и эффективной термоизоляции ее от стенок ра-
бочего объема. В 1950 г. академики И.Е.Тамм и
А.Д.Сахаров предложили идею удержания и тер-
моизоляции плазмы сильным магнитным полем
специальной конфигурации, создаваемым в торои-
дальной камере магнитными катушками. Эта идея
была положена в основу конструкции термоядер-
ных установок, получивших название токамаков
(сокращение от «тороидальная камера с магнитны-
ми катушками»).
Первые экспериментальные исследования этих
систем в СССР начались в 1956 г. под руководством
акад. Л.А.Арцимовича. Началом современной эпохи
в изучении термоядерного синтеза следует считать
1969 г., когда на российской термоядерной уста-
новке «Токамак-3» в плазме объемом 1 м3 была до-
стигнута температура 3 млн К. В 1975 г. в Институ-
те атомной энергии была запущена крупнейшая в
мире термоядерная установка «Токамак-10», в ко-
торой была получена плазма с температурой 7-8
млн К. в объеме 5 м3. В настящее время на суще-
ствующих установках типа токамак достигнуты
температуры порядка 150 млн К (европейская
установка JET – Joint Europpean Torus). С 1988 г.
СССР (с 1992 г. – Россия), США, странами Европы и
Японией совместно разрабатывается проект Меж-
дународного термоядерного экспериментального
реактора - токамака ITER, который должен стать
первой крупномасштабной энергетической уста-
новкой, рассчитанной на длительную эксплуата-
цию. Мощность реактора должна составлять не ме-
нее 500 МВт. Запуск реактора планируется осуще-
ствить в 2018 г., а получение водородно-
дейтериевой плазмы – в 2026 г.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
164
В настоящее время роль физики и других есте-
ственных наук должна возрастать. При интенсив-
ном развитии новых сложных процессов и техноло-
гий физика все чаще выступает по отношению к
технологии не только как ее естественно-научное
обоснование, но и как повседневный рабочий ин-
струмент. Растет насыщенность производства фи-
зическими методами контроля, расширяются мас-
штабы использования в технике и технологиях но-
вых физических эффектов и явлений, нанотехно-
логий. Увеличение наукоемкости приближает ин-
женерные теории к физическим. В настоящее вре-
мя не может быть выдающихся технических реше-
ний без использования фундаментальных откры-
тий.
Можно привести еще много примеров исполь-
зования достижений физики в технике. Но и техни-
ка, и практика оказывают влияние на физику и ее
развитие. Практика, техника ставят перед физикой
определенные задачи и тем самым побуждают ее к
новым исследованиям, двигают физику вперед.
Известный русский ученый Н.А.Умов писал:
«… история наук показывает, что уста-
новлением своих основных истин и – ча-
стью – своим дальнейшим ростом они обя-
заны запросам жизни. Геометрия вышла из
потребности съемки планов, возведения
зданий и т.п.; механика – из потребности
перемещать значительные тяжести, ограж-
дать себя о нападения врагов. Точные ис-
следования свойств газов вышли из по-
требности усовершенствовать паровую ма-
шину. Потребность в передаче мыслей на
расстояние, в освещении, в передаче сил и
т.д. послужила быстрому развитию наших
знаний об электричестве».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
165
Вместе с тем техника вносит свой вклад в инду-
стриализацию физики, создавая необычайно мощ-
ные и громадные по размерам экспериментальные
физические установки и приборы, позволяющие
физикам проводить исследования в условиях, ко-
торые ранее им были недоступны. Без развития
электротехники, электроники, радиотехники, тех-
нологии производства сверхчистых материалов бы-
ло бы невозможно создание таких устройств как
ускорители элементарных частиц, огромные пу-
зырьковые и искровые камеры, полупроводнико-
вые приборы и т.д. Благодаря современным техни-
ческим устройствам ученые могут работать в широ-
ком интервале температур (от близких к абсолют-
ному нулю до десятков миллионов градусов), в ши-
роком интервале давлений (от 10-15 атмосфер до
миллионов атмосфер). Ученые могут изучать про-
цессы длительностью в миллиардные доли секун-
ды, измерять расстояния с точностью до 10-12 м,
наблюдать объекты при увеличении в десятки мил-
лионов раз. Это взаимное обогащение техники фи-
зикой и физики техникой приводит к получению
новых фундаментальных результатов в физике и
появлению новых разделов физики и новых науч-
ных направлений, а в технике – к возникновению
новых технологий и новых технических отраслей.
Физика не только обеспечивает технологиче-
ский прогресс, но и формирует менталитет инже-
нера, особый тип рационального мышления. Кри-
тически–аналитическая рациональность, свой-
ственная физическому знанию, важна для мировоз-
зренческой ориентации современного инженера.
Она приучает инженера к относительности систем
отсчета и суждений, к уяснению ограниченности и
модельности наших представлений о мире, к новым
представлениям об объективности научного зна-
ния, к пониманию дополнительности и альтерна-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
166
тивности как природных, так и социальных фено-
менов. Инженеру необходимо систематическое
знакомство с методами физического моделирова-
ния как специфической формой научного мышле-
ния и познания окружающего мира. Физическое
моделирование приучает к анализу и учету усло-
вий функционирования объекта, к необходимости
сопоставления теоретических построений с дей-
ствительностью, к относительности области приме-
нения тех или иных моделей, а также к абстраги-
рованию и формализации информации.
Достижения неклассической физики определя-
ют направление и темпы развития техники, откры-
тие новых источников энергии, создание новых ма-
териалов с наперед заданными характеристиками.
В то же время они влияют на развитие общества в
целом, на философские установки ученых и инже-
неров, ставят вопрос моральной ответственности в
научной и технической сфере. Нынешнюю стадию
развития индустриального общества часто назы-
вают «обществом риска». Риск становится атрибу-
том современного нестабильного социума. Степень
его неопределенности и неустойчивости начала
расти с тех пор, как скорость развития технологий
стала превышать скорость осознания человеческим
обществом причин и особенно последствий этого
развития. Наше общество можно назвать обще-
ством опасностей и катастроф, причем основные
опасности сегодня зависят не от природы, а от
действий и решений, принятых или не принятых
человеком. Риск часто непосредственно связан с
опасностями современных технологий, которые
угрожают планетарной цивилизации; сегодня тех-
нико-экологические риски приобретают первосте-
пенное значение. В XXI веке человечеству пред-
стоит создать новую культуру взаимоотношений с
природой. Экологические представления проника-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
167
ют во все сферы жизни и являются фактором, объ-
единяющим человечество перед угрозой глобаль-
ных катастроф. Экологическое образование стано-
вится неотъемлемой частью подготовки инженера.
И здесь естественно-научное мировоззрение, за-
кладывающее базу знаний о закономерностях про-
исходящих в природе явлений, становится неисся-
каемым источником новых творческих решений
эколого-сберегающих технических задач.
Нерешенные проблемы физики
Несмотря на огромные успехи, достигнутые фи-
зикой в раскрытии закономерностей окружающего
нас мира на всех структурных уровнях организации
материи, многие физические проблемы на сего-
дняшний день остаются нерешенными. В 1999 г.
академик В.Л.Гинзбург в журнале «Успехи физиче-
ских наук» опубликовал статью «Какие проблемы
физики и астрофизики представляются сейчас осо-
бенно важными и интересными (тридцать лет спу-
стя, причем уже на пороге XXI века)», в которой
перечислил список проблем, которые занимали
особенно важное место в физике и астрофизике на
конец ХХ века. Позже им была опубликована ста-
тья «Какие проблемы физики и астрофизики пред-
ставляются особенно важными и интересными в
начале XXI века». В обеих статьях речь шла о
наиболее важных нерешенных проблемах физики и
астрофизики. Приведем этот список.
1. Управляемый термоядерный синтез.
2. Высокотемпературная и комнатнотемпера-
турная сверхпроводимость.
3. Металлический водород. Другие экзотиче-
ские вещества.
4. Двумерная электронная жидкость (аномаль-
ный эффект Холла и некоторые другие эффекты).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
168
5. Некоторые вопросы физики твердого тела
(гетероструктуры в полупроводниках, квантовые
ямы и точки, переходы металл-диэлектрик, волны
зарядовой и спиновой плотности, мезоскопика).
6. Фазовые переходы второго рода и родствен-
ные им. Некоторые примеры таких переходов.
Охлаждение (в частности, лазерное) до сверхниз-
ких температур. Бозе-эйнштейновская конденсация
в газах.
7. Физика поверхности. Кластеры.
8. Жидкие кристаллы. Сегнетоэлектрики. Фер-
ротороики.
9. Фуллерены. Нанотрубки.
10. Поведение вещества в сверхсильных маг-
нитных полях.
11. Нелинейная физика. Турбулентность. Соли-
тоны. Хаос. Странные аттракторы.
12. Разеры, гразеры, сверхмощные лазеры.
13. Сверхтяжелые элементы. Экзотические яд-
ра.
14. Спектр масс элементарных частиц. Кварки и
глюоны. Квантовая хромодинамика. Кварк-
глюонная плазма.
15. Единая теория слабого и электромагнитного
взаимодействия. W±- и Z0- бозоны. Лептоны. 16. Стандартная модель. Великое объединение.
Суперобъединение. Распад протона. Масса нейтри-
но. Магнитные монополи.
17. Фундаментальная длина. Взаимодействие
частиц при высоких и сверхвысоких энергиях. Кол-
лайдеры.
18. Несохранение СР-инвариантности.
19. Нелинейные явления в вакууме и в сверх-
сильных электромагнитных полях. Фазовые пере-
ходы в вакууме.
20. Струны. М-теория.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
169
21. Экспериментальная проверка общей теории
относительности.
22. Гравитационные волны, их детектирование.
23. Космологическая проблема. Инфляция.
член и «квинтэссенция» (темная энергия).
Связь между космологией и физикой высоких энер-
гий.
24. Нейтронные звезды и пульсары. Сверхно-
вые звезды.
25. Черные дыры. Космические струны.
26. Квазары и ядра галактик. Образование га-
лактик.
27. Проблема темной материи (скрытой массы)
и ее детектирование.
28. Происхождение космических лучей со
сверхвысокой энергией.
29. Гамма-всплески. Гиперновые.
30. Нейтринная физика и астрономия. Нейтрин-
ные осцилляции.
Разумеется, проблемы современной физики не
сводятся только к перечисленным. Свои нерешен-
ные задачи есть во всех областях физики. В част-
ности, одной из важнейших проблем физики явля-
ется изучение структуры и свойств полимеров, в
том числе и биополимеров, к которым относятся
белки. В списке В.Л.Гинзбурга половина проблем
относится к физике элементарных частиц, астро-
физике и космологии. Академик В.А.Рубаков в од-
ной из своих лекций отмечал:
«Естествознание сейчас находится в
начале нового, необычайно интересного
этапа развития. Он замечателен прежде
всего тем, что наука о микромире – физика
элементарных частиц – и наука о Вселен-
ной – космология – становятся единой
наукой о фундаментальных свойствах
окружающего нас мира. Различными мето-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
170
дами они отвечают на одни и те же вопро-
сы: какой материей наполнена наша Все-
ленная сегодня? Какова была её эволюция
в прошлом? Какие процессы, происходящие
между элементарными частицами в ранней
Вселенной, привели в конечном итоге к её
современному состоянию? Если сравни-
тельно недавно обсуждение такого рода
вопросов останавливалось на уровне гипо-
тез, то сегодня имеются многочисленные
экспериментальные и наблюдательные
данные, позволяющие получать количе-
ственные ответы на эти вопросы».
Учитывая наличие у окружающего нас мира
бесконечного множества структурных уровней и
сторон, можно с уверенностью отвергать скептиче-
ские утверждения некоторых ученых о том, что век
физики завершается. Интерес представляет выска-
зывание академика РАН В.А.Черешнева:
«ХХ век был веком физики. Но боль-
шинство мировых экспертов считают, что
ХХI век будет веком биологии, веком био-
технологии. Наверное, это так, потому что
биология сейчас вступила в интересный
период - период пост-генома, когда решены
задачи на уровне генома, и сейчас необхо-
димо искать, выделять и внедрять так
называемые «функциональные гены».
Технология, связанная с генной, белковой
и клеточной инженерией, привела уже к
громадным успехам. Появляются новые
продукты в сельском хозяйстве, трансген-
ные животные и растения. Создаются но-
вые лекарства. Изменяются продукты пита-
ния. Все это так. Но мне все-таки кажется,
что не только биология будет «царицей
наук» в ХХI веке. Главное – интеграция,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
171
сочетание, объединение наук. Это, прежде
всего, микроэлектроника, оптоэлектроника,
искусственный интеллект и программы,
связанные с биоразнообразием. И самое
главное – гуманизация всего общества, без
которой само существование человечества
оказывается под вопросом».
Бесконечность мира во времени и безгранич-
ность в пространстве, структурная и качественная
неисчерпаемость, бесконечное разнообразие
свойств материи дают право утверждать, что пред-
мет физики потребует от ученых еще много усилий
для познания его закономерностей. Неисчерпае-
мость материального мира обусловливает уверен-
ность и в том, что физика не утратит своего значе-
ния и для других естественных наук, использую-
щих физические данные, приемы, способы для ис-
следования своих объектов. Следовательно, физи-
ка будет жить и развиваться, пока существует и
развивается окружающий нас материальный мир
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
172
ПЕРСОНАЛИИ
АЛЕКСАНДРОВ А.П. (1903 – 1994) – совет-
ский физик, академик, трижды Герой социалисти-
ческого труда, директор Института атомной энер-
гии им. И.В.Курчатова (с 1960 г.), президент АН
СССР (1975 – 1986 гг.). Научные работы посвяще-
ны ядерной физике, физике твердого тела, физике
полимеров, ядерному реакторостроению. Разрабо-
тал статистическую теорию прочности, один из со-
здателей физики полимеров. В годы Великой Оте-
чественной войны разработал метод противомин-
ной защиты кораблей. Один из создателей совет-
ской атомной науки и техники. Разрабатывал науч-
ные и технические проблемы ядерной энергетики.
Под его научным руководством построены мощные
атомные электростанции, водо-водяные реакторы,
первый в мире атомный ледокол «Ленин».
АЛФЕРОВ Ж.И. (род. в 1930 г.) – российский
физик, лауреат Нобелевской премии (2000г.), ака-
демик РАН, вице-президент РАН, директор Физико-
технического института имени А.Ф.Иоффе, депутат
Государственной Думы Российской Федерации. Ав-
тор фундаментальных работ в области физики по-
лупроводников, полупроводниковых приборов,
квантовой электроники. Участвовал в создании
отечественных транзисторов, фотодиодов, герма-
ниевых выпрямителей высокой мощности. Осново-
положник нового направления в физике полупро-
водников и полупроводниковой электронике – по-
лупроводниковые гетероструктуры и приборы на
их основе. Обнаружил явление сверхинжекции в
гетероструктурах.
АРИСТОТЕЛЬ (384 – 322 до н.э.) – древнегре-
ческий философ и ученый-энциклопедист, в своих
работах охватил почти все известные в то время
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
173
области знания; его идеи в философии, логике,
физике, биологии, риторике, теории искусства и
др. оказали огромное влияние на развитие мировой
философии и науки. Основоположник формальной
логики. В своих работах систематизировал огром-
ный естественно-научный материал своих предше-
ственников и свои наблюдения. В трактатах «Фи-
зика», «Механика», «О небе» и других изложил
свои представления о природе. Исследования Ари-
стотеля относятся к механике, акустике, оптике,
космологии. Физика Аристотеля, основанная на
принципе целесообразности, содержала отдельные
правильные положения, но отрицала прогрессив-
ные идеи атомизма и гелиоцентризма, высказанные
его предшественниками. Космология Аристотеля, в
основе которой лежала идея геоцентризма, господ-
ствовала в науке до Коперника. Основными эле-
ментами или стихиями Аристотель считал землю,
воздух, воду, огонь и эфир. Учение Аристотеля бы-
ло выхолощено и канонизировано церковью и
вплоть до XV – XVI вв. тормозило дальнейшее раз-
витие науки.
АРЦИМОВИЧ Л.А. (1909 – 1973) – советский
физик, академик АН СССР, Герой Социалистическо-
го Труда. Основные научные работы в области
атомной и ядерной физики, управляемых термо-
ядерных реакций. Разработал метод электромаг-
нитного разделения изотопов. Исследовал процес-
сы взаимодействия быстрых электронов с веще-
ством. Руководил исследованиями по физике высо-
котемпературной плазмы и проблеме управляемого
термоядерного синтеза в СССР. Вместе с сотрудни-
ками открыл нейтронное излучение высокотемпе-
ратурной плазмы. Под его руководством проводи-
лись работы на термоядерных установках «Тока-
мак», завершившиеся получением физической тер-
моядерной реакции. На установке «Токамак-4» бы-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
174
ли зарегистрированы первые термоядерные
нейтроны (1968).
БАРДИН Дж. (1908 – 1991) – американский
физик, дважды лауреат Нобелевской премии
(1956, 1972). Основные научные работы посвяще-
ны физике твердого тела и сверхпроводимости.
Вместе с У.Браттейном открыл в 1948 г. транзи-
сторный эффект и создал первый полупроводнико-
вый транзистор (Нобелевская премия 1956 г.). В
1957 г. совместно с Л.Купером и Дж.Шриффером
построил микроскопическую теорию сверхпрово-
димости (Нобелевская премия 1972 г.).
БАСОВ Н.Г. (1922 – 2001) – российский фи-
зик, лауреат Нобелевской премии (1959 г.), два-
жды Герой Социалистического труда, академик
РАН, один из создателей квантовой электроники.
Научные работы в различных областях квантовой
радиофизики и ее применений. Открыл принцип
генерации и усиления излучения квантовыми си-
стемами, разработал физические основы стандар-
тов частоты, выдвинул ряд идей в области созда-
ния полупроводниковых лазеров, разработал ла-
зерный метод нагрева плазмы для управляемого
термоядерного синтеза, выполнил ряд исследова-
ний по мощным газовым и химическим лазерам. В
1954 г. вместе с А.М.Прохоровым построил первый
квантовый генератор на пучке молекул аммиака
(Нобелевская премия 1959 г. совместно с
А.М.Прохо-ровым и Ч.Таунсом).
БЛОХИНЦЕВ Д.И. (1908 – 1979) – советский
физик-теоретик, член-корреспондент АН СССР.
Научные работы посвящены физике полупроводни-
ков, акустике, квантовой механике, ядерной физи-
ке, теории ядерных реакторов, физике элементар-
ных частиц, методологии современной физики.
Разработал методы расчета реакторов на медлен-
ных, промежуточных и тепловых нейтронах. Вы-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
175
двинул идею импульсного реактора на быстрых
нейтронах. Руководил сооружением первой в мире
атомной электростанции в Обнинске, возглавлял
работы по проектированию и сооружению реактора
на быстрых нейтронах. Был первым директором
Объединенного института ядерных исследований в
Дубне (1956 г.).
БЛЮМЕНФЕЛЬД Л.А. (1921 – 2002) - россий-
ский биофизик и физико-химик, доктор химических
наук. Исследовал механизм фотосинтеза и фермен-
тативного катализа. Заложил основы нового науч-
ного направления – применение электронного па-
рамагнитного резонанса для исследования биоло-
гических объектов. Изучал структурные перестрой-
ки белков, связанные с их функционированием в
качестве катализаторов биохимических реакций,
разработал концепцию ферментативного катализа
и преобразования энергии в биологических систе-
мах.
БОЗЕ Ш. (1894 – 1974) – индийский физик.
Один из создателей квантовой статистики частиц с
целым спином – так называемых бозонов (стати-
стика Бозе-Эйнштейна), теории конденсата Бозе-
Эйнштейна. Применив свою статистику к фотонам,
вывел формулу Планка для теплового излучения
абсолютно черного тела.
БОЙЛЬ Р. (1627 – 1691) – английский физик и
химик. Физические исследования посвящены изу-
чению световых и электрических явлений, гидро-
статике, акустике, теплоте. Открыл закон измене-
ния давления воздуха при изменении его объема
(закон Бойля-Мариотта). Сторонник атомистиче-
ской гипотезы. Сформулировал понятие химиче-
ского элемента, ввел в химию экспериментальный
метод.
БОЛЬЦМАН Л. (1844 – 1906) – австрийский
физик-теоретик, один из основоположников стати-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
176
стической физики, физической кинетики и термо-
динамики. Вывел основное уравнение кинетиче-
ской теории газов, закон распределения газовых
молекул по импульсам и координатам. Связал эн-
тропию физической системы с вероятностью ее со-
стояния, доказал статистический характер второго
начала термодинамики. Сформулировал Н-теорему,
положенную в основу теории необратимых процес-
сов. Применив к излучению принципы термодина-
мики, теоретически открыл закон теплового излу-
чения. Из термодинамических соображений пред-
положил существование давления света. Известен
своими работами по философии и методологии
науки.
БОР Н. (1885 – 1962) – датский физик-
теоретик, лауреат Нобелевской премии (1922 г.),
создал первую квантовую теорию атома, один из
основоположников квантовой механики, внес
большой вклад в развитие теории атомного ядра и
ядерных реакций, процессов взаимодействия эле-
ментарных частиц со средой; ему принадлежат
большие заслуги в философском истолковании
квантовой механики; сформулировал принципы со-
ответствия и дополнительности, имеющие важное
методологическое значение. Основатель большой
школы физиков.
БОР О. (1922 – 2009) – датский физик-
теоретик. Научные работы относятся к теории ядра
и сверхпроводимости. Совместно с Б.Моттельсоном
разработал коллективную (обобщенную) модель
ядра (Нобелевская премия по физике, 1975 г.).
БОРН М. (1882 – 1970) – немецкий физик-
теоретик, лауреат Нобелевской премии (1954 г.),
один из основателей квантовой механики. Основ-
ные научные работы посвящены динамике энергии
кристаллической решетки, термодинамике кри-
сталлов, кинетической теории конденсированных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
177
газов и жидкостей, теории относительности, атом-
ной физике. Совместно с В.Гейзенбергом и
П.Иорданом разработал матричную квантовую ме-
ханику. Дал статистическое толкование волновой
функции. Предложил способ расчета электронных
оболочек атома, разработал метод решения кван-
товомеханических задач о столкновении частиц,
основанный на теории возмущений. Автор много-
численных книг по философским проблемам науки.
БРАТТЕЙН У. (1902 – 1987) – американский
физик, лауреат Нобелевской премии (1956). Науч-
ные работы посвящены физике и технике полупро-
водников. Совместно с Дж.Бардиным открыл в 1948
г. транзисторный эффект и построил первый полу-
проводниковый транзистор.
БРОЙЛЬ Луи де (1892 – 1987) – французский
физик, лауреат Нобелевской премии (1929 г.),
один из создателей квантовой механики, автор
идеи о волновых свойствах материи (волны де
Бройля). Автор работ по релятивистской квантовой
механике, строению ядра, распространению волн в
волноводах.
БРОНШТЕЙН М.П. (1906 – 1938) – советский
физик-теоретик. Работы в области релятивистской
квантовой теории, астрофизики, космологии и тео-
рии гравитации. Автор нескольких научно-
популярных книг по физике.
БРИЛЛЮЭН Л. (1889 – 1969) – французский
физик. Основные научные работы посвящены
квантовой механике (теорема Бриллюэна, формула
Бриллюэна-Вигнера, метод Бриллюэна-Вентцеля-
Крамерса), радиофизике, физике твердого тела,
кибернетике, теории информации, философским
проблемам науки. Предсказал (независимо от
П.Дебая) диффузионное рассеяние рентгеновских
лучей колебаниями кристаллической решетки, яв-
ление рассеяния света в кристаллах (эффект Брил-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
178
люэна-Мандельштама), объяснил теорию парамаг-
нетизма. Ввел понятие «запрещенные зоны» в кри-
сталлах, заложил основы зонной теории твердых
тел (совместно с Ф. Блохом).
БУНГЕ М. (род. в 1919 г.) – канадский фило-
соф и физик, специалист в области философии
естествознания, исследователь процессов научного
поиска, интерпретатор достижений физики. Автор
книг «Интуиция и наука», «Философия физики» и
др.
БУТАЕВА Ф.А. (1907 – 1992) – советский фи-
зик. Исследования в области оптики газового раз-
ряда, принимала участие в разработке и освоении
производства люминесцентных ламп. Совместно с
В.А.Фабрикантом и М.М.Вудынским сформулирова-
ла принцип усиления электромагнитного излучения
при прохождении сред с инверсионной заселенно-
стью (идея квантового усилителя).
БЭКОН Ф. (1561 – 1626) – английский фило-
соф, развивал материалистическую традицию в ис-
толковании реальности, обосновал фундаменталь-
ное значение эксперимента и индуктивных обоб-
щений в познании реальности.
ВАЙНБЕРГ С. (род. в 1933 г.) – американский
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1979 г., совместно с А.Саламом и Ш.Глэшоу).
Научные работы в области физики элементарных
частиц, теории гравитации, космологии. Один из
авторов теории электрослабого взаимодействия
(совместно с А.Саламом и Ш.Глэшоу). Популяриза-
тор науки, автор книги «Мечты об окончательной
теории».
ВАЙСКОПФ В.Ф. (1908 – 2002) – американ-
ский физик-теоретик. Научные работы посвящены
ядерной физике, физике элементарных частиц,
квантовой теории поля, квантовой электродинами-
ке, физике твердого тела. Построил теорию поля-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
179
ризации вакуума. Исследовал влияние конечных
размеров ядер на сверхтонкую структуру, предска-
зал кулоновское возбуждение ядер, сформулиро-
вал совместно с другими оптическую и статистиче-
скую модели ядра. Внес существенный вклад в
проблему перенормировок в анализе значений
масс и заряда в квантовой электродинамике.
ВЕЙЛЬ Г. (1885 – 1955) – математик и физик,
член Национальной АН США. Исследования отно-
сятся к теории дифференциальных и интегральных
уравнений, дифференциальной геометрии, теории
групп, математической логике, основаниям матема-
тики, теории относительности, квантовой механи-
ке. Исследовал значение теории групп для разви-
тия квантовой механики.
ВИГНЕР Ю.П. (1902 – 1995) – американский
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1963 г.). Научные работы посвящены квантовой
механике и электродинамике, ядерной физике,
теории ядерных реакторов, физике элементарных
частиц. Широко использовал идеи симметрии и
теории групп в теоретической физике. Ввел поня-
тие четности волновой функции, сформулировал
закон сохранения четности. Сформулировал закон
сохранения изотопического спина в нуклон-
нуклонных взаимодействиях и закон сохранения
барионного заряда.
ВИНЕР Н. (1894 – 1964) – американский ма-
тематик. Автор трудов по математическому анализу
(ряды и интегралы Фурье, теория потенциала,
обобщенный гармонический анализ, квазианалити-
ческие функции и др.), теории вероятностей и ста-
тистике, электрическим сетям и вычислительным
машинам. Создал стройную теорию случайных про-
цессов, сформулировал проблему спектрального
синтеза. Основоположник кибернетики – науки об
управлении, связи и обработке информации в тех-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
180
нике, живых организмах и человеческом обществе.
Разработал общие принципы построения и функци-
онирования управляющих систем, показал решаю-
щую роль информации во всех этих системах вне
зависимости от их природы. Рассматривал мир как
вероятностно-статистическую систему.
ГАЛИЛЕЙ Г. (1564 – 1642) – выдающийся ита-
льянский физик и астроном, один из основателей
точного естествознания. Оказал значительное вли-
яние на развитие физики. Сформулировал принцип
относительности для прямолинейного и равномер-
ного движения и принцип постоянства ускорения
силы тяжести. Установил закон инерции, законы
свободного падения, движения тела по наклонной
плоскости и тела, брошенного под углом к горизон-
ту, открыл закон сложения движений. Изобрел
первый термометр, маятниковые часы. Проводил
исследования в области гидростатики и прочности
материалов. Построил первый телескоп, с помощью
которого исследовал поверхность Луны, открыл
фазы у Венеры, пятна на Солнце, спутники у Юпи-
тера, установил, что Млечный Путь состоит из
множества звезд. В «Диалоге о двух главнейших
системах мира» (1632) отстаивал гелиоцентриче-
скую систему мира, за что подвергся преследова-
нию церкви.
ГАМОВ ДЖ. (1904 – 1968) – американский
физик-теоретик российского происхождения.
Научные работы посвящены квантовой механике,
атомной и ядерной физике, астрофизике, космоло-
гии, биологии и истории физики. Существенный
вклад внес в теории альфа- и бета-распадов. Зна-
чительных успехов достиг в астрофизике и космо-
логии. Широко использовал ядерную физику для
интерпретации звездной эволюции. Первым начал
рассчитывать модели звезд с термоядерными реак-
циями, исследовал эволюционные треки звезд,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
181
предложил модель оболочки красного гиганта, ис-
следовал роль нейтрино при вспышках новых и
сверхновых звезд. Разработал теорию образования
химических элементов путем последовательного
нейтронного захвата, выдвинул теорию «горячей»
Вселенной. Предложил механизм звездного кол-
лапса. Впервые четко поставил проблему генетиче-
ского кода.
ГАН О. (1879 – 1968) – немецкий радиохимик
и физик, лауреат Нобелевской премии по химии,
1944 г.). Основные работы в области ядерной фи-
зики и ядерной химии, открыл ряд радиоактивных
элементов, явление ядерной изомерии у естествен-
ных радиоактивных элементов. Совместно с
Ф.Штрассманном открыл явление деления ядер
урана нейтронами.
ГАУДСМИТ С.А. (1902 – 1978) – американский
физик-теоретик. Научные работы относятся к кван-
товой механике, атомной и ядерной физике, теории
ядра. В 1925 г. вместе с Дж.Уленбеком ввел поня-
тие спина электрона.
ГЕГЕЛЬ Г.В.Ф. (1770 – 1831) – выдающийся
немецкий философ, представитель немецкой клас-
сической философии, создатель систематической
теории диалектики на основе объективного идеа-
лизма. Сформулировал основные законы диалекти-
ки. Много внимания уделял истории духовной
культуры. С помощью диалектического метода кри-
тически переосмыслил все сферы современной ему
культуры.
ГЕДЕЛЬ К. (1906 – 1978) – австрийский логик
и математик, доказал теорему о неполноте богатых
формальных систем: в таких системах имеются
правильно построенные предложения, которые в
рамках этих систем не могут быть ни доказаны, ни
опровергнуты.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
182
ГЕЙЗЕНБЕРГ В. (1901 – 1976) – немецкий фи-
зик-теоретик, лауреат Нобелевской премии (1932
г.), один из создателей квантовой механики, сфор-
мулировал соотношение неопределенностей, огра-
ничивающее применение к микрообъектам класси-
ческих представлений и понятий. Автор работ по
структуре атомного ядра, по релятивистской кван-
товой механике и единой теории поля, магнетизму,
теории элементарных частиц, один из авторов про-
тонно-нейтронной модели ядра; автор большого
количества работ по проблемам философии и ме-
тодологии науки.
ГЕЙМ А.А. (род. в 1958 г.) – физик, профессор
Манчестерского университета (Великобритания),
лауреат Нобелевской премии по физике (2010 г).
Окончил Московский физико-технический инсти-
тут.
ГЕППЕРТ-МАЙЕР М. (1906 – 1972) - амери-
канский физик-теоретик. Научные работы относят-
ся к ядерной физике, квантовой механике, теории
кристаллической решетки, статистической механи-
ке, физической химии. Предсказала и разработала
теорию двойного бета-распада. Разработала неза-
висимо от Х.Йенсена оболочечную модель ядра
(Нобелевская премия, 1963 г.).
ГЕРЛАХ В. (1889 – 1979) – немецкий физик-
экспериментатор. Научные исследования посвяще-
ны атомной и ядерной физике, квантовой теории,
магнетизму. Выполнил опыты по определению по-
стоянной в законе Стефана-Больцмана. В 1922 г.
совместно с О.Штерном экспериментально доказал
наличие магнитного момента у атома. Вывел эмпи-
рические соотношения между удельным электриче-
ским сопротивлением и намагниченностью ферро-
магнетиков во внешнем магнитном поле (формулы
Герлаха).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
183
ГЕРЦ Г.Л. (1887 – 1975) – немецкий физик,
лауреат Нобелевской премии (1925 г.). Научные
работы относятся к спектроскопии, рентгеновским
спектрам поглощения, диффузии, электронной
эмиссии, разрядам в газах, физике плазмы, ультра-
звуку, полупроводникам. Совместно с Д.Франком
выполнил ряд опытов по столкновению электронов
с атомами паров ртути, в которых было доказано
существование в атомах дискретных уровней энер-
гии, что подтверждало квантовые постулаты
Н.Бора (опыт Франка-Герца). Разработал метод
разделения изотопов путем диффузии.
ГЕРЦ Г.Р. (1857 – 1894) – немецкий физик.
Научные работы относятся к электродинамике, од-
ним из основоположников которой он является, и
механике. В 1888 г. экспериментально доказал су-
ществование электромагнитных волн, предсказан-
ных теорией Максвелла. Установил, что скорость
распространения электромагнитных волн равна
скорости света. В 1887 г. открыл внешний фото-
эффект. Занимался исследованием катодных лу-
чей, теорией удара упругих тел.
ГИЛЬБЕРТ Д. (1862 – 1943) – немецкий мате-
матик. Основные исследования относятся к теории
инвариантов, алгебраической геометрии, теории
алгебраических чисел, теории интегральных урав-
нений, математической логике, математической
физике. В книге «Основания геометрии» дал пол-
ную систему аксиом евклидовой геометрии. Сфор-
мулировал 23 важнейшие проблемы математики,
требующие разрешения. В соавторстве с
Р.Курантом опубликовал книгу «Методы математи-
ческой физики».
ГИНЗБУРГ В.Л. (1916 – 2009) – российский
физик, лауреат Нобелевской премии (2003 г.).
Научные работы посвящены квантовой электроди-
намике, физике элементарных частиц, теории из-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
184
лучения, оптике, теории конденсированных сред,
физике плазмы, радиоастрономии, астрофизике.
Разработал квантовую теорию эффекта Вавилова-
Черенкова, предсказал переходное излучение.
Совместно с Л.Д.Ландау создал феноменологиче-
скую теорию сверхпроводимости. Построил полу-
феноменологическую теорию сверхтекучести. Раз-
вил теорию магнитотормозного космического ра-
диоизлучения и теорию происхождения космиче-
ских лучей. За пионерский вклад в теорию сверх-
проводимости и сверхтекучести В.Л.Гинзбургу сов-
местно с А.А.Абрикосовым и Э.Д.Леггетом присуж-
дена Нобелевская премия по физике.
ГЛИНЕР Э.Б. (род. в 1923 г.) – российский
ученый, специалист в области физики Солнца, об-
щей теории относительности, космологии. С 1980 г.
работает в США.
ГЛЭШОУ Ш.Л. (род. в 1932 г.) – американский
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1979 г., совместно с А.Саламом и С.Вайнбергом).
Научные работы посвящены физике элементарных
частиц. Предложил принцип калибровочной инва-
риантности. Один из авторов теории электрослабо-
го взаимодействия (совместно с А.Саламом и
С.Вайнбергом). Предсказал наличие слабых
нейтральных токов между элементарными частица-
ми. Внес существенный вклад в теорию сильного
взаимодействия, введя в употребление четвертый
(очарованный) тип кварков.
ГРИН М. (род. в 1946 г.) – английский физик-
теоретик, 18-й профессор математики им. Лукаса
Кембриджского университета. Научные работы от-
носятся к физике элементарных частиц, квантовой
теории поля, квантовой гравитации. Один из осно-
вателей теории струн.
ГУК Р. (1635 – 1703) – английский физик.
Научные работы относятся к теплоте, упругости,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
185
оптике, небесной механике. Положил начало физи-
ческой оптике. Придерживался волновой теории
света, осуществил опыты по дифракции света, вы-
двинул гипотезу о поперечности световых волн.
Открыл клеточное строение организмов. Независи-
мо от Ньютона пришел к выводу, что сила тяготе-
ния обратно пропорциональна квадрату расстоя-
ния.
ГЮЙГЕНС Х. (1629 – 1695) – голландский фи-
зик, механик, математик и астроном. Сконструиро-
вал первые маятниковые часы, разработал их тео-
рию. Вывел законы столкновения упругих тел. Раз-
работал волновую теорию света, объяснил ряд оп-
тических явлений, открыл поляризацию света. Усо-
вершенствовал телескоп, открыл кольца Сатурна и
спутник Сатурна Титан.
ДЕКАРТ Р. (1596 – 1650) – французский фи-
лософ, физик, математик и физиолог. В математике
первым ввел понятие переменной величины и
функции, заложил основы аналитической геомет-
рии. Ввел метод ортогональных координат, понятие
уравнения кривой. Разработал теорию алгебраиче-
ских уравнений. Физические исследования отно-
сятся к механике, оптике и строению Вселенной. В
«Диоптрике» изложил законы распространения,
отражения и преломления света. В философии был
родоначальником рационализма, один из осново-
положников методологии. Создал общую картину
мира исходя из предположения, что все простран-
ство сплошь заполнено материей, находящейся в
состоянии непрерывного движения. Все процессы в
природе сводил к пространственному перемеще-
нию. Считал, что все физиологические процессы
сводятся к механическому движению, поэтому жи-
вой организм можно представить в виде машины.
ДЕМОКРИТ (460 – около 370 до н.э.) – древ-
негреческий философ, ученый-энциклопедист,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
186
ученик Левкиппа. Главным вкладом Демокрита в
развитие философских идей является учение об
атомах. Развивая идею античных философов о
первоначалах, Демокрит считал первоначалом
предельно мелкие материальные частицы – атомы,
которые нельзя непосредственно ощутить с помо-
щью органов чувств. Атомы неделимы, различают-
ся по величине, форме, находятся в пустом про-
странстве и вечном движении. Вследствие их со-
единения и разъединения возникают и гибнут миры
и вещи. Атомистическая концепция Демокрита ока-
зала большое влияние на историю философской и
научной мысли.
ДЖЕРМЕР Л.Х. (1896 – 1971) – американский
физик. Научные исследования посвящены изуче-
нию термоионных явлений, кристаллов, атомной
физике. В 1927 г. совместно с К.Дэвиссоном от-
крыл дифракцию электронов на монокристалле ни-
келя.
ДИРАК П.А.М. (1902 – 1984) – английский
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1933 г.), один из создателей квантовой механики.
Научные работы относятся к квантовой механике,
квантовой электродинамике, теории поля и эле-
ментарных частиц, теории гравитации. Разработал
математический аппарат квантовой механики (тео-
рию преобразований, метод вторичного квантова-
ния). Заложил основы квантовой теории излуче-
ния. Построил релятивистскую теорию движения
электрона. Предсказал существование позитрона и
других античастиц. Разработал теорию дырок.
Один из авторов статистики частиц с полуцелым
спином (статистика Ферми-Дирака). Предположил
существование элементарных магнитных зарядов –
монополей Дирака.
ДЭВИССОН К.Д. (1881 – 1958) – американ-
ский физик, лауреат Нобелевской премии (1937
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
187
г.). Научные работы относятся к термоэлектронной
и термоионной эмиссии, электронной микроскопии,
тепловому излучению, физике кристаллов. В 1927
г. вместе с Л.Джермером открыл явление дифрак-
ции электронов на монокристалле никеля, что яви-
лось экспериментальным подтверждением теории
де Бройля о волновых свойствах материи.
ДЮГЕМ П. (1861 – 1916) – французский фи-
зик-теоретик и историк науки. Работы в области
термодинамики, гидродинамики, теории упругости,
истории и философии естествознания. Ввел поня-
тие термодинамических потенциалов и скорости
производства энтропии. Отрицал атомистическую
теорию.
ЕВКЛИД (ок. 340 – ок. 287 до н.э.) – древне-
греческий ученый. Является автором первого до-
шедшего до нас трактата по математике («Нача-
ла»), в котором изложены планиметрия, стерео-
метрия и ряд вопросов теории чисел. Является со-
здателем геометрической системы (евклидовой
геометрии), на которой основывается вся класси-
ческая физика. В трактатах «Оптика» и «Катопти-
ка» изложены его оптические исследования.
Сформулировал закон прямолинейного распро-
странения света и закон отражения света. В своих
трудах рассматривал образование тени, получение
изображения с помощью малых отверстий, отраже-
ние от плоских и сферических зеркал. ЗЕЛЬДОВИЧ Я.Б. (1914 – 1987) – советский фи-
зик, академик, трижды Герой Социалистического
Труда. Научные работы посвящены химической
физике, теории горения, физике ударных волн,
физической химии, физике ядра и элементарных
частиц, астрофизике и космологии. Совместно с
Ю.Б.Харитоном заложил основы физики реакторов
и ядерной энергетики, дал расчет ядерного цепно-
го процесса в уране, развил теорию гомогенного
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
188
реактора на тепловых нейтронах, рассмотрел кине-
тику реактора. Принимал участие в создании ядер-
ного оружия. В области ядерной физики и физики
элементарных частиц разработал теорию мюонного
катализа, ввел понятия барионного и лептонного
зарядов, предсказал бета-распад заряженных пио-
нов и явление сохранения векторного тока. Полу-
чил ряд фундаментальных результатов в области
астрофизики и космологии (строение сверхмассив-
ных звезд, модель квазаров и ядер галактик, свой-
ства «черных дыр» и методы их поиска, теория ре-
ликтового излучения, нелинейная теория структу-
ры Вселенной и др.). Создал новую отрасль астро-
физики – релятивистскую астрофизику.
ЗЕЛЬМАНОВ А.Л. (1913 – 1987) – советский
математик и астрофизик. Научные работы посвя-
щены космологии, философским проблемам совре-
менного естествознания. Развил релятивистскую
теорию анизотропной неоднородной Вселенной,
разработал математический аппарат хронометриче-
ских и кинематических инвариантов.
ИНФЕЛЬД Л. (1898 – 1968) – польский физик-
теоретик. Научные работы относятся к общей тео-
рии относительности, классической, релятивист-
ской и квантовой теории поля. Вместе с
А.Эйнштейном вывел из общей теории относитель-
ности уравнения движения двойных звезд. Разра-
батывал проблемы релятивистской теории гравита-
ции. Известен как научный публицист и писатель.
ЙЕНСЕН Х. (1907 – 1973) – немецкий физик-
теоретик. Научные работы относятся к теории ядра
и физике твердого тела. Независимо от М.Гепперт-
Майер разработал оболочечную модель ядра (Но-
белевская премия, 1963 г.).
КАРЛОВ Н.В. (род. в 1929 г.) – российский
физик и общественный деятель, член-
корреспондент РАН. Научные работы посвящены
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
189
статистической радиофизике, квантовой электро-
нике, парамагнитным мазерам и приемникам ра-
диоизлучения на их основе, молекулярным лазе-
рам, интенсивным резонансным взаимодействиям
излучения с веществом. Ректор Московского физи-
ко-технического института (1987 – 1997).
КЕПЛЕР И. (1571 – 1630) – немецкий астро-
ном, один из творцов небесной механики. Открыл
законы движения планет – законы Кеплера. Был
активным сторонником учения Коперника, своими
работами способствовал его утверждению и разви-
тию. Считал, что Солнце – одна из многочисленных
звезд, причем другие звезды также окружены пла-
нетами. Разработал таблицы, по которым можно
было с высокой точностью вычислить положение
планет для любого момента времени. В оптике со-
здал теорию геометрического построения изобра-
жения. Известен и как конструктор телескопа.
КОЗЫРЕВ Н.А. (1908 – 1983) – советский аст-
роном-астрофизик. Основные научные работы по-
священы физике звезд, исследованию планет и
Луны. Разработал теорию протяженных звездных
атмосфер, теорию солнечных пятен. Обнаружил
молекулярный азот в атмосфере Венеры и водород
в атмосфере Меркурия. Получил спектрограммы
лунного кратера Альфонс, свидетельствующие о
вулканических явлениях на Луне. Предсказал от-
сутствие магнитного поля у Луны. Разработал тео-
рию физических свойств времени – причинную ме-
ханику, согласно которой источником звездной
энергии является текущее время. Научное сообще-
ство признало эту теорию ошибочной.
КОПЕРНИК Н. (1473 – 1543) – выдающийся
польский астроном, создатель гелиоцентрической
системы мира, согласно которой Земля и другие
планеты вращаются вокруг Солнца. Выступил про-
тив многовекового авторитета Аристотеля и Птоле-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
190
мея, а также церкви, сделавшей геоцентрическую
систему мира составной частью своего мировоззре-
ния. Научный подвиг Коперника разрушил основы
религиозного мировоззрения средневековья и при-
вел к перевороту в естествознании.
КРИК Ф.Х.К. (1916 – 2004) – английский фи-
зик, работающий в области молекулярной биоло-
гии, лауреат Нобелевской премии (1962 г.). Основ-
ные работы посвящены изучению структуры нук-
леиновых кислот. Предложил совместно с
Дж.Д.Уотсоном модель ДНК в виде двойной спира-
ли, объяснил процесс репликации ее молекул при
делении клеток. Установил основные принципы ге-
нетического кода. Доказал, что группа из трех
нуклеиновых оснований (кодон) определяет при-
роду аминокислоты в синтезируемой молекуле бел-
ка, занимался расшифровкой структуры кодонов.
КУРЧАТОВ И.В. (1903 – 1960) – советский
физик, организатор советской атомной науки и
техники, академик АН СССР, трижды Герой Социа-
листического Труда. Первые научные работы по-
священы физике диэлектриков, сегнетоэлектрикам.
С 1932 г. научные работы посвящены ядерной фи-
зике. Выполнил ряд исследований по нейтронной
физике, совместно с другими открыл явление
ядерной изомерии искусственно радиоактивных
ядер, изучал ядерные реакции, обусловленные
быстрыми и медленными нейтронами. Возглавлял в
СССР исследования по овладению ядерной энерги-
ей. Под его руководством построен и запущен пер-
вый советский уран-графитовый реактор, созданы
атомная и водородная бомбы, введена в строй пер-
вая в мире атомная электростанция, начаты работы
по проблеме управляемого термоядерного синтеза.
ЛАГРАНЖ Ж.Л. (1736 – 1813) – французский
математик и механик. Научные исследования по-
священы механике, геометрии, теории дифферен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
191
циальных уравнений, математическому анализу,
алгебре, теории чисел и другим разделам матема-
тики, теоретической астрономии. В механике вы-
полнил работу по систематизации полученных ра-
нее результатов и их обоснованию. Ввел обобщен-
ные координаты и придал уравнениям движения
новую форму (уравнения Лагранжа). Дал общее
решение задачи колебания струны, построил тео-
рию длинных волн. В математике разработал ос-
новные положения вариационного исчисления, по-
строил формулы остаточного члена ряда Тейлора,
создал теорию условных экстремумов, ввел трой-
ные интегралы, доказал несколько теорем, сфор-
мулированных П.Ферма. Использовал функции
комплексного переменного для решения задач гид-
родинамики. Развил теорию квадратичных форм,
решил неопределенные уравнения второй степени
с двумя неизвестными, разработал общий метод
решения дифференциальных уравнений с частны-
ми производными первого порядка.
ЛАНДСБЕРГ Г.С. (1890 – 1957) – советский
физик, академик. Научные работы посвящены фи-
зической оптике, молекулярной физике и приклад-
ной спектроскопии. Вместе с Л.И.Мандельштамом
открыл явление комбинационного рассеяния света
(независимо и раньше индийского физика
Ч.Рамана), явление селективного рассеяния света
и др. Внес вклад в развитие спектроскопии, созда-
ние спектроскопических приборов. Автор вузовско-
го учебника «Оптика» и трехтомного «Элементар-
ного учебника физики» для школьников.
ЛАНЖЕВЕН П. (1872 – 1946) – французский
физик. Научные работы посвящены теории иониза-
ции газов, квантовой теории, магнетизму и теории
относительности. Разработал термодинамическую и
статистическую теории диа- и парамагнетизма, до-
казал связь диамагнетизма с эффектом Зеемана,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
192
построил теорию эффекта Керра. Принимал актив-
ное участие в развитии теории относительности.
Независимо от А.Эйнштейна установил взаимосвязь
между массой и энергией (1906 г.), первый пришел
к понятию дефекта массы (1913 г.). Используя пье-
зоэффект, разработал метод получения ультразву-
ковых волн, применил его в подводной сигнализа-
ции и для обнаружения подводных лодок. Прини-
мал активное участие в общественной деятельно-
сти и борьбе за мир.
ЛАПЛАС П.С. (1749 – 1827) – французский
астроном, физик и математик. В астрономии объяс-
нил движение тел солнечной системы на основе
закона всемирного тяготения, разработал теорию
возмущения небесных тел, предложил новый спо-
соб вычисления их орбит, доказал устойчивость
солнечной системы в течение очень длительного
времени, предложил гипотезу о происхождении
солнечной системы. Физические исследования от-
носятся к молекулярной физике, теплоте, акустике,
электричеству и оптике. Один из авторов закона
Био-Савара-Лапласа в электродинамике. Автор
концепции детерминизма – необходимого характе-
ра протекания любых процессов в мире. В матема-
тике внес вклад в развитие теории вероятностей,
алгебры, дифференциальных уравнений. Развил
теорию ошибок и метод наименьших квадратов.
ЛЕВКИПП (ок. 500 – 440 до н.э.) – древнегре-
ческий философ. Считается основоположником ан-
тичной атомистики. Ввел в атомистику понятия аб-
солютной пустоты и атомов, движущихся в пустоте.
Полагал, что множества атомов порождают вихри и
затем – миры. Более крупные атомы собираются в
середине Космоса и формируют плоскую землю.
Небесные светила образуются из воспламенивших-
ся атомов. Эти процессы закономерны и необходи-
мы. Сформулировал понятие механической необхо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
193
димости: «Ни одна вещь не возникает беспричин-
но, но все возникает на каком-либо основании в
силу необходимости».
ЛЕЙБНИЦ Г.В. (1646 – 1716) – немецкий ма-
тематик, физик, философ, изобретатель, юрист, ис-
торик, языковед. Основные математические работы
посвящены разработке дифференциального и инте-
грального исчислений (независимо от И.Ньютона).
Заложил основы теории рядов и теории дифферен-
циальных уравнений. Один из основоположников
математической логики. Изучал движение, утвер-
ждал относительность пространства, уточнил поня-
тие силы, ввел в механику понятие живой силы.
Сформулировал принцип наименьшего действия.
Изобрел счетную машину и первый интегрирующий
механизм. Как философ пытался примирить рели-
гию и естествознание, веру и разум, откровение и
философию. Физический мир рассматривал как
несовершенное чувственное выражение истинного
мира неделимых первоэлементов – монад.
ЛЕМ С. (1921 – 2006) – польский писатель-
фантаст, автор большого количества научно-
фантастических произведений («Солярис», «Непо-
бедимый», «Рассказы о пилоте Пирксе» и др.) и
футурологических прогнозов («Фантастика и футу-
рология», «Сумма технологии»). Пытался наметить
маршруты развития современной цивилизации,
предполагая, что она сохранит в будущем техно-
генную основу.
ЛЕНИН В.И. (1970 – 1924) – российский и со-
ветский государственный и политический деятель,
революционер, создатель партии большевиков,
один из организаторов и руководителей Октябрь-
ской революции 1917 г., основатель Советского
государства, председатель Совета Народных Ко-
миссаров РСФСР и СССР. Философ, марксист, пуб-
лицист, основоположник ленинизма. Основные
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
194
научные работы посвящены философии и экономи-
ке.
ЛИПСОН Г. – английский физик, профессор
Манчестерского университета. Основная область
исследований – строение твердых тел. Автор книги
«Великие эксперименты в физике».
ЛОРЕНЦ Г.А. (1853 – 1928) – нидерландский
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1902 г.). Научные работы посвящены многим раз-
делам теоретической физики: электродинамике,
термодинамике, статистической механике, оптике,
теории излучения, квантовой теории, атомной фи-
зике и др. Создатель классической электронной
теории. Дал выражение для силы, действующей со
стороны магнитного поля на движущийся электри-
ческий заряд (сила Лоренца), развил теорию дис-
персии света, разработал основы электродинамики
движущихся сред. Выдвинул гипотезу о сокраще-
нии размеров тел в направлении их движения (ло-
ренцово сокращение), ввел понятие о местном
времени, которое в движущихся телах протекает
иначе, чем в покоящихся. Вывел формулы, связы-
вающие между собой пространственные координа-
ты и моменты времени одного и того же события в
двух различных инерциальных системах отсчета
(преобразования Лоренца). Впервые получил фор-
мулу зависимости массы электрона от скорости.
Предсказал явление расщепления спектральных
линий в сильном магнитном поле (эффект Зеемана)
и разработал его теорию.
ЛЮММЕР О.Р. (1860 – 1925) – немецкий фи-
зик-экспериментатор. Научные работы относятся к
спектроскопии, оптике, внес существенный вклад в
развитие теории теплового излучения. Совместно с
Э.Прингсгеймом установил отклонение от закона
теплового излучения В.Вина в области длинных
волн. Ввел в технику спектроскопии плоскопарал-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
195
лельные стеклянные пластинки (пластинки Люмме-
ра-Герке), создал фотометр Люммера-Бродхуна.
МАЙКЕЛЬСОН А.А. (1852 – 1931) - американ-
ский физик, лауреат Нобелевской премии (1907
г.). Основные научные работы в области оптики.
Изобрел интерферометр (интерферометр Майкель-
сона). Осуществил совместно с Э.У.Морли серию
опытов по точному определению скорости света и
определению движения Земли относительно эфира.
Результаты опытов сыграли значительную роль в
становлении специальной теории относительности.
Сконструировал спектральный прибор высокой
разрешающей способности (эшелон Майкельсона).
МАКСВЕЛЛ Д.К. (1831 – 1879) – английский
физик. Научные работы посвящены электродина-
мике, молекулярной физике, общей статистике, оп-
тике, механике, теории упругости. Один из основа-
телей кинетической теории газов, установил стати-
стический закон распределения молекул газа по
скоростям (распределение Максвелла). Разработал
теорию электромагнитного поля, предсказал суще-
ствование электромагнитных волн. Сформулировал
теорему в теории упругости, развивал теорию
цветного зрения, исследовал устойчивость колец
Сатурна. Сконструировал ряд приборов.
МАНДЕЛЬШТАМ Л.И. (1879 – 1944) – совет-
ский физик, академик. Основные научные работы
относятся к оптике, радиофизике, теории нелиней-
ных колебаний, квантовой механике. Объяснил
рассеяние света неоднородностью среды. Один из
авторов открытия комбинационного рассеяния све-
та и селективного рассеяния света. Совместно с
М.А.Леонтовичем разработал теорию прохождения
частицы через потенциальный барьер. Внес боль-
шой вклад в теорию нелинейных колебаний, ра-
диофизику и радиотехнику.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
196
МАРИОТТ Э. (1620 – 1684) – французский фи-
зик. Научные работы относятся к механике газов и
жидкостей, теплоте и оптике. Независимо от Бойля
установил закон изменения давления газа от объе-
ма при постоянной температуре (закон Бойля-
Мариотта).
МЕЙМАН Т.Г. (1927 – 2007) – американский
физик. Изобрел в 1960 г. первый оптический кван-
товый генератор – рубиновый лазер.
МЕЙТНЕР Л. (1878 – 1968) – австрийский фи-
зик и радиохимик. Научные работы относятся к
ядерной физике и ядерной химии. Вместе с
О.Ганом открыла протактиний и ряд других радио-
активных изотопов, изучала ядерную изомерию.
Совместно с О.Фришем правильно объяснила опы-
ты О.Гана и Ф.Штрассманна.
МЕНДЕЛЕЕВ Д.И. (1834 – 1907) – русский
ученый. Научные работы преимущественно в обла-
сти химии, физики, метрологии. Открыл периоди-
ческий закон химических элементов и на его осно-
ве создал периодическую таблицу химических эле-
ментов. Предсказал существование четырех новых
химических элементов и вычислил приблизительно
их атомные веса. Нашел общее уравнение состоя-
ния идеального газа (уравнение Менделеева-
Клапейрона), открыл существование критической
температуры. Создал барометр, разработал физи-
ческую теорию весов, точные приемы взвешива-
ния. Выдвинул идею подземной газификации угля.
МЕНДЕЛЬ Г. (1822 – 1884) – австрийский био-
лог, основоположник генетики, сформулировал ос-
новные законы наследственности (расщепление и
комбинирование наследственных факторов – зако-
ны Менделя), построил теоретическую модель
наследования, одним из первых использовал в
биологии вероятностно-статистические методы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
197
МИЛЛИКЕН Р.Э. (1868 – 1953) – американ-
ский физик, лауреат Нобелевской премии (1923
г.). Научные работы в области атомной физики,
спектроскопии, физики космических лучей. С по-
мощью разработанного им капельного метода
определил заряд электрона. Проверил уравнение
Эйнштейна для фотоэффекта, определил постоян-
ную Планка.
МИЛН Е.А. (1896 – 1950) – английский астро-
физик. Внес значительный вклад в теорию атмо-
сфер Солнца и звезд. Исследовал лучистый пере-
нос энергии и ионизацию вещества в звездных ат-
мосферах, построил количественную модель дис-
сипации планетных атмосфер, заложил основы со-
временной теории звездного ветра. Создал кинема-
тический вариант общей теории относительности
для объяснения явления красного смещения в
спектрах галактик.
МИНКОВСКИЙ Г. (1864 – 1909) – немецкий
физик и математик. Основные работы посвящены
теории чисел, геометрии, гидродинамике и матема-
тической физике. Выдвинул идею об объединении
трехмерного пространства и времени в одно четы-
рехмерное пространство (пространство Минковско-
го), обладающего псевдоевклидовой геометрией.
Постулировал, что все физические законы должны
быть инвариантными относительно группы преоб-
разований Лоренца. Предложил четырехмерную
интерпретацию уравнений Максвелла.
МОРЛИ Э.У. (1838 – 1923) – американский
физик и химик. Осуществил совместно с А.А.Май-
кельсоном серию опытов по точному определению
скорости света и определению движения Земли от-
носительно эфира. Результаты опытов сыграли
значительную роль в становлении специальной
теории относительности. В химии с большой точно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
198
стью определил удельные массы водорода и кисло-
рода в составе воды.
МОТТЕЛЬСОН Б. (род. в 1926 г.) – физик-
теоретик. Научные работы посвящены ядерной фи-
зике. Совместно с О.Бором разработал коллектив-
ную (обобщенную) модель ядра (Нобелевская пре-
мия, 1975 г.).
НЁТЕР Э. (1882 – 1935) – немецкий математик.
Основные труды относятся к алгебре, способство-
вала созданию общей, или абстрактной, алгебры
(общая теория колец, полей, идеалов). Сформули-
ровала фундаментальную теорему теоретической
физики, устанавливающую связь между свойствами
симметрии физической системы и законами сохра-
нения.
НОВИКОВ И.Д. (род. в 1935 г.) – российский
астрофизик, член-корр. РАН, зам. директора Аст-
рокосмического центра ФИАН, директор Института
теоретической астрофизики (Копенгаген). Создал
теорию внутреннего строения «черных дыр». Сов-
местно с А.Г.Дорошкевичем указал на возможность
обнаружения реликтового излучения. Совместно с
Я.Б.Зельдовичем предсказал, что «черные дыры»
могут быть рентгеновскими источниками в двойных
системах.
НОВОСЕЛОВ К.С. (род. в 1974 г.) – физик,
профессор Манчестерского университета (Велико-
британия), лауреат Нобелевской премии по физике
(2010 г.). Окончил Московский физико-техни-
ческий институт.
НЬЮТОН И. (1643 – 1727) – великий англий-
ский ученый, заложивший основы современного
естествознания, создатель классической физики.
Научные работы относятся к механике, оптике,
астрономии и математике. Сформулировал основ-
ные законы классической механики, открыл закон
всемирного тяготения, дисперсию света, развил
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
199
корпускулярную теорию света, разработал (неза-
висимо от Г.Лейбница) дифференциальное и инте-
гральное исчисление. Установил закон сопротивле-
ния и закон внутреннего трения в жидкостях и га-
зах. Создал физическую картину мира, которая
длительное время господствовала в науке (ньюто-
новская теория пространства и времени). Ньюто-
новская теория дальнодействия и его схема мира
господствовали до конца XIX века. Исследовал ин-
терференцию и дифракцию света, открыл кольца
Ньютона. Сконструировал зеркальный отражатель-
ный телескоп. Главные труды: «Математические
начала натуральной философии» (1687), «Оптика»
(1704).
ОКУНЬ Л.Б. (род. в 1929 г.) – российский фи-
зик-теоретик, академик РАН, начальник лаборато-
рии Института теоретической и экспериментальной
физики. Специалист по теории элементарных ча-
стиц (теория слабых взаимодействий, составные
модели элементарных частиц, теория сильных вза-
имодействий и др.). Сформулировал правила отбо-
ра по изоспину и гиперзаряду для слабых распа-
дов. Построил (совместно с другими) феноменоло-
гическую теорию слабых взаимодействий на
встречных электронно-позитронных пучках, рас-
смотрел следствия нарушения P-, C- и CP-
инвариантности в слабых процессах, разработал
калибровочную теорию электрослабых взаимодей-
ствий. Предложил составную модель адронов. Ввел
в физику сам термин «адрон».
ОМ Г.С. (1787 – 1854) – немецкий физик. Ос-
новные научные исследования относятся к элек-
тричеству. Ввел понятие электрического сопротив-
ления и экспериментально установил закон, связы-
вающий между собой силу тока, напряжение и со-
противление цепи (закон Ома). Занимался также
акустикой, оптикой и кристаллооптикой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
200
ОППЕНГЕЙМЕР Ю.Р. (1904 – 1967) – амери-
канский физик. Научные работы относятся к кван-
товой механике, теории относительности, физике
космических лучей, физике элементарных частиц,
теории нейтронных звезд. В 1943-1945 гг. возглав-
лял Лос-Аламосскую лабораторию, в которой были
созданы первые американские атомные бомбы.
ПАЙЕРЛС Р.Э. (1907 — 1995) – английский
физик-теоретик, иностранный член АН СССР и РАН.
Основные труды по математической физике, кван-
товой механике и квантовой электродинамике,
квантовой теории твердого тела, физике элемен-
тарных частиц, атомной и ядерной физике. Руково-
дил теоретическими исследованиями по разделе-
нию изотопов в рамках Манхэттенского проекта
(1943-46, США).
ПАУЛИ В. (1900 – 1958) – швейцарский фи-
зик-теоретик, лауреат Нобелевской премии (1945
г.). Научные работы относятся ко многим разделам
современной теоретической физики: квантовой ме-
ханике, квантовой электродинамике, теории отно-
сительности, квантовой теории поля, теории твер-
дого тела, ядерной физике, физике элементарных
частиц. Предположил существование спинового и
магнитного момента ядер, сформулировал принцип
запрета Паули, объяснил парамагнетизм электрон-
ного газа в металле, создал теорию спина электро-
на. Высказал гипотезу о существовании нейтрино.
В окончательном виде сформулировал СРТ-
теорему, отражающую симметрии элементарных
частиц.
ПЕРРЕН Ж.Б. (1870 – 1942) – французский
физик и физикохимик, лауреат Нобелевской пре-
мии (1926 г.). В 1895 г. экспериментально доказал,
что катодные лучи являются потоком отрицательно
заряженных частиц. Экспериментально исследовал
броуновское движение, подтвердил, что оно явля-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
201
ется следствием теплового движения молекул. На
основании опытов вычислил число Авогадро. Ис-
следовал рентгеновские лучи, флюоресценцию.
Часть работ посвящена радиоактивности, атомной
физике, акустике.
ПЕТРЖАК К.А. (1907 – 1998) – советский фи-
зик-экспериментатор. В 1940 г. совместно с
Г.Н.Флеровым открыл новое физическое явление –
спонтанное деление ядер урана. Разработал метод
экспрессного определения содержания плутония и
сопутствующих радиоактивных элементов в техно-
логических продуктах переработки облученного
урана.
ПИФАГОР (ок. 570 – ок. 500 до н.э.) – древне-
греческий философ и математик. Основатель уче-
ния (пифагореизма), согласно которому в основе
всего сущего лежит число. Ему принадлежат пер-
вые попытки построения планиметрии, введения в
геометрию доказательства. Доказал теорему, но-
сящую его имя. Основал философско-религиозное
братство «Союз пифагорейцев», главной задачей
которого было распространение пифагореизма.
ПЛАНК М.К.Э.Л. (1858 – 1947) – выдающийся
немецкий физик-теоретик, лауреат Нобелевской
премии (1918 г.). Научные работы относятся к тер-
модинамике, теории теплового излучения, теории
относительности, квантовой теории, истории и ме-
тодологии физики, философии. В 1900 г. ввел
квант действия, чем положил начало квантовой
теории, вывел закон распределения энергии в
спектре излучения абсолютно черного тела. Посто-
янная Планка является одной из универсальных
постоянных в физике. Вывел уравнения реляти-
вистской динамики, получив выражения для энер-
гии и импульса электрона, провел обобщение тер-
модинамики в рамках специальной теории относи-
тельности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
202
ПЛАТОН (427 – 347 до н.э.) – великий древне-
греческий философ, философские взгляды которо-
го являются важнейшим интеллектуальным дости-
жением античной эпохи. Работы Платона оказали
определяющее влияние на развитие западно-
европейской философии.
ПОНТЕКОРВО Б.М. (1913 – 1993) – советский
физик итальянского происхождения, академик АН
СССР. Научные работы посвящены ядерной физи-
ке, физике высоких энергий, физике слабых взаи-
модействий и физике нейтрино, астрофизике. Ис-
следовал роль нейтрино в процессах звездной эво-
люции, способствовал созданию нейтринной аст-
рофизики. Исследовал взаимодействие пионов с
нуклонами и ядрами, экспериментально установил
самопроизвольный распад мюона на электрон и два
нейтрино.
ПРИГОЖИН И.Р. (1917 – 2003) – бельгийский
физик и физикохимик, лауреат Нобелевской пре-
мии (1977 г.), один из основателей термодинамики
неравновесных процессов и нового научного
направления − синергетики – современной теории
самоорганизации. Основные работы посвящены
неравновесной термодинамике и статистической
механике необратимых процессов. Ввел понятие
производства энтропии и потока энтропии, дал ло-
кальную формулировку второго начала термодина-
мики, предложил принцип локального равновесия.
Сформулировал теорию диссипативных структур.
Считая, что неравновесность может служить источ-
ником упорядоченности, доказал существование
неравновесных термодинамических систем, кото-
рые при определенных условиях, поглощая мате-
рию и энергию из окружающей среды, могут со-
вершать качественный скачок к усложнению. До-
казал одну из основных теорем термодинамики
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
203
неравновесных процессов – о минимуме производ-
ства энтропии в открытой системе.
ПРИНГСГЕЙМ Э. (1859 – 1917) – немецкий
физик. Основные научные работы посвящены изу-
чению спектров и тепловому излучению. Совместно
с О.Люммером установил отклонение от закона
теплового излучения В.Вина в области длинных
волн.
ПРОХОРОВ А.М. (1916 – 2002) – российский
физик, лауреат Нобелевской премии (1964 г.),
дважды Герой Социалистического Труда, академик
РАН, один из создателей квантовой электроники.
Научные исследования в области квантовой элек-
троники, радиоспектроскопии, физики ускорите-
лей, электронного парамагнитного резонанса, ла-
зерного термоядерного синтеза, физики твердого
тела, радиоастрономии, технологии материалов. В
1954 г. вместе с Н.Г.Басовым создал молекулярный
генератор на аммиаке (Нобелевская премия сов-
местно с Н.Г.Басовым и Ч.Таунсом). Создатель ряда
оптических генераторов непрерывного действия,
газодинамического лазера. Главный редактор тре-
тьего издания Большой Советской Энциклопедии.
ПТОЛЕМЕЙ Клавдий (II в. н. э.) – древнегре-
ческий ученый, придал завершенный вид геоцен-
трической системе мира, разрабатываемой до него
Эвдоксом Книдским, Аристотелем и Гиппархом. Ав-
тор трактата «Великое математическое построение
астрономии в XIII книгах», где объяснил видимые
движения планет, дал метод расчета лунных и сол-
нечных затмений, поместил каталог 1028 звезд и
т.д.
ПУАНКАРЕ А. (1854 – 1912) – французский
математик, физик, астроном и философ. Внес ве-
сомый вклад в развитие многих областей матема-
тики: теорию дифференциальных уравнений, тео-
рию функций, топологию, математическую физику
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
204
и др. Физические исследования относятся к теории
относительности, термодинамике, электричеству,
оптике, теории упругости, молекулярной физике.
Высказал принцип относительности в качестве все-
общего и строгого положения, ввел термины «пре-
образования Лоренца», «группа Лоренца». Близко
подошел к созданию теории относительности, но
решающего шага не сделал. Известен своими глу-
бокими трудами по философским и общеметодоло-
гическим проблемам науки.
РАССЕЛ Б. (1872 – 1970) – английский фило-
соф, логик, математик, социолог, писатель, обще-
ственный деятель, лауреат Нобелевской премии по
литературе (1950 г.). Автор многочисленных работ
по философии науки и истории философии, осно-
воположник философского логического анализа,
основал направление логического обоснования ма-
тематики, оказал большое влияние на развитие ма-
тематической логики. Один из инициаторов Па-
гуошского движения ученых, выступающих за мир,
разоружение и международную безопасность.
РАУШЕНБАХ Б.В. (1915 – 2001) – российский
ученый, академик РАН. Основные труды посвяще-
ны механике, процессам автоматического управле-
ния ориентацией космических аппаратов, теории
горения, теории перспективы в математике и жи-
вописи.
РЕЗЕРФОРД Э. (1871 – 1937) – английский
физик, основоположник ядерной физики, лауреат
Нобелевской премии (1908 г.). Фундаментальными
открытиями в области радиоактивности, атомной и
ядерной физики заложил основы современного
учения о радиоактивности и теории строения ато-
ма. Открыл альфа- и бета- радиоактивность и но-
вый радиоактивный элемент – радон, разработал
теорию радиоактивного распада, установил закон
радиоактивных превращений. Предсказал суще-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
205
ствование трансурановых элементов. Создал пла-
нетарную модель атома. Открыл протон, осуще-
ствил первую искусственную ядерную реакцию,
заложил основы современной физики ядра. Дока-
зал электромагнитную природу гамма-лучей, осу-
ществив их дифракцию на кристалле. Эксперимен-
тально доказал справедливость закона взаимосвя-
зи массы и энергии в ядерных реакциях. Осуще-
ствил реакцию синтеза дейтронов с образованием
трития. Создатель большой школы физиков.
РИМАН Г.Ф.Б. (1826 – 1866) – немецкий ма-
тематик. Исследования относятся к теории функ-
ций, геометрии, математической и теоретической
физике, теории дифференциальных уравнений.
Является создателем геометрического направления
теории аналитических функций, им введены так
называемые римановы поверхности, важные при
исследовании многозначных функций. Разработал
теорию конформных отображений. Создал римано-
ву геометрию, которая является многомерным
обобщением геометрии поверхности и представля-
ет собой теорию римановых пространств, где в ма-
лых областях приближенно имеет место евклидова
геометрия. Развил идею о математическом про-
странстве, включив в него функциональные и то-
пологические пространства. Ввел понятие обоб-
щенных римановых пространств, частными случая-
ми которых являются пространства геометрий Ев-
клида, Лобачевского и Римана. Ввел понятие рима-
новой кривизны; расширил применение мнимых
величин, введя их в теорию трансцендентных
функций. Развил теорию абелевых интегралов.
РУБАКОВ В.А. (род. в 1955 г.) – академик
РАН, доктор физ.-мат. наук, профессор, известный
физик-теоретик в области квантовой теории поля,
физики элементарных частиц, космологии.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
206
САЛАМ А. (1926 – 1996) – пакистанский фи-
зик-теоретик, лауреат Нобелевской премии (1979
г., совместно с Ш.Глэшоу и С.Вайнбергом). Науч-
ные работы относятся к квантовой электродинами-
ке, физике элементарных частиц, теории гравита-
ции. Предсказал (независимо от Л.Д.Ландау, Т.Ли и
Ч.Янга) сохранение комбинированной четности в
слабых взаимодействиях, выдвинул гипотезу двух-
компонентного нейтрино. Разработал теорию силь-
ных взаимодействий. Один из авторов теории элек-
трослабого взаимодействия (совместно с Ш.Глэшоу
и С.Вйнбергом).Предсказал, что переносчиками
слабого взаимодействия являются частицы W+, W-
и Z0 (еще не открытые в то время).
САХАРОВ А.Д. (1921 – 1989) – российский
физик и общественный деятель, академик АН
СССР, трижды Герой Социалистического Труда, ла-
уреат Нобелевской премии мира (1975 г.), один из
создателей водородной бомбы в СССР. Труды по
магнитной гидродинамике, физике плазмы, управ-
ляемому термоядерному синтезу, элементарным
частицам, астрофизике, гравитации. Предложил
(совместно с академиком И.Е.Таммом) идею маг-
нитного удержания высокотемпературной плазмы,
легшей в основу управляемого термоядерного син-
теза. Провел основополагающие расчеты установок
по управляемому термоядерному синтезу. Предло-
жил использовать лазерное обжатие для получения
управляемой термоядерной реакции. За политиче-
ские взгляды был отстранен от всех работ, связан-
ных с военными секретами, в 1980 г. был задержан
и выслан в г. Горький. В 1986 г. возвращен из
ссылки. В 1989 г. избран народным депутатом
СССР.
СЕЛЬЕ Г. (1907 – 1982) – канадский биолог и
врач. Автор учения о стрессе. На основе клиниче-
ских и экспериментальных исследований инфекци-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
207
онных болезней выдвинул гипотезу общего адап-
тационного синдрома, согласно которой болезне-
творный фактор запускает выработанные в процес-
се эволюции механизмы адаптации к раздражите-
лю. Позже конкретизировал это учение примени-
тельно к человеческому организму и поведению,
что дало основание к выработке и развитию теории
психологического стресса.
СЕМЕНОВ Н.Н. (1896 – 1986) – советский хи-
мик и физик, академик АН СССР, дважды Герой Со-
циалистического Труда, лауреат Нобелевской пре-
мии (1956 г.), один из основоположников химиче-
ской физики. Открыл разветвленные цепные хими-
ческие реакции лавинообразного характера, со-
здал общую теорию цепных разветвленных и не-
разветвленных химических реакций, разработал
теорию теплового взрыва и горения газовых сме-
сей.
СТЕПИН В.С. (род. в 1934 г.) – российский
философ, академик РАН. Автор работ по философ-
ской антропологии, социальной философии, теории
познания, логике и методологии науки. Разработал
философско-методологическую концепцию, рас-
крывающую механизм функционирования науки в
социокультурном контексте – от анализа законо-
мерностей становления конкретно-научной теории
до исследования природы метатеоретических осно-
ваний науки (картины мира, идеалов и норм иссле-
дования, стиля научного мышления). Осуществил
анализ процесса формирования научного знания
как феномена культуры. Разработал системную мо-
дель социокультурной детерминации науки, смены
парадигм научного поиска.
СТЕФАН Й. (1835 – 1893) – австрийский фи-
зик. Научные работы в области оптики, акустики,
электромагнетизма, кинетической теории, гидро-
динамики, теплового излучения. Экспериментально
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
208
установил пропорциональность энергии, излучае-
мой нагретым телом, четвертой степени абсолют-
ной температуры. Позже этот закон теоретически
вывел Л.Больцман (закон Стефана – Больцмана).
ТАММ И.Е. (1895 – 1971) – советский физик-
теоретик, академик АН СССР, лауреат Нобелевской
премии (1958 г.), Герой Социалистического Труда.
Научные работы посвящены электродинамике,
квантовой механике, теории твердого тела, ядер-
ной физике, теории элементарных частиц и взаи-
модействий при высоких энергиях, термоядерному
синтезу. Построил квантовую теорию рассеяния
света в кристаллах (1930 г.), открыл (1932 г.) су-
ществование уровней особого типа в металлах
(уровни Тамма), заложил основы квантовомехани-
ческой теории фотоэффекта на металлах (1931 г.).
Создал первую теорию ядерного взаимодействия
(1934 г.), которая явилась основой последующих
теорий взаимодействия. Вместе с И.М.Франком
развил (1937 г.) теорию излучения электрона,
движущегося в среде со скоростью, превышающую
фазовую скорость света в этой среде (эффект Ва-
вилова-Черенкова). Первый начал исследования по
проблеме термоядерного синтеза, совместно с
А.Д.Сахаровым выдвинул идею термоизоляции го-
рячей плазмы сильным магнитным полем (1950 г.).
Предложил приближенный квантовомеханический
метод описания взаимодействия элементарных ча-
стиц (метод Тамма-Данкова).
ТАУНС Ч.Х. (род. в 1915г.) – американский
физик, лауреат Нобелевской премии (1964), один
из создателей квантовой электроники. Научные
работы относятся к микроволновой спектроскопии,
квантовой электронике, нелинейной оптике, радио-
и инфракрасной астрономии, созданию мазеров и
лазеров и их применению. Независимо от совет-
ских физиков Н.Г.Басова и А.М.Прохорова разрабо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
209
тал принципы усиления и генерации электромаг-
нитного излучения в квантовых устройствах, со-
здал в 1954 г. первый квантовый генератор на ам-
миаке. В 1958 г. совместно с А.Шавловым предло-
жил принцип работы лазера.
ТОМСОН Д.Д. (1856 – 1940) – английский фи-
зик, лауреат Нобелевской премии (1906 г.). Науч-
ные работы посвящены прохождению электриче-
ского тока через разреженные газы, катодным и
рентгеновским лучам, атомной физике, физике ме-
таллов. Открыл электрон и измерил величину его
заряда. Разработал теорию движения электрона в
магнитном и электрическом полях. Предложил одну
из первых моделей атома. Предложил принцип
действия масс-спектрометра. Один из основопо-
ложников классической электронной теории метал-
лов.
УИЛЕР Дж. (1911 – 2008) – американский
физик-теоретик. Совместно с Н.Бором разработал
теорию деления атомного ядра, математически
обосновал возможность цепной реакции деления
урана, развил методы управления ядерным реакто-
ром. Выдвинул идею универсальности взаимодей-
ствия Ферми, развил коллективную модель ядра
(совместно с Д.Хилом). Один из создателей геомет-
родинамики, изучающей структуру пространства-
времени малых масштабов. Широко известны его
исследования, посвященные квантованию гравита-
ционного поля, структуре материи высокой плотно-
сти, гравитационному коллапсу, теории нейтрон-
ных звезд. Ввел в употребление термин «черная
дыра».
УЛЕНБЕК Д.Ю. (1900 – 1988) – американский
физик-теоретик. Научные работы относятся к кван-
товой механике, атомной и ядерной физике, кине-
тической теории, статистической механике, кван-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
210
товой теории поля. В 1925 г. вместе с С.Гаудсмитом
ввел понятие спина электрона.
УМОВ Н.А. (1846 – 1915) – русский физик.
Создал учение о движении энергии: ввел понятия о
скорости и направлении движения энергии, потоке
энергии (вектор Умова), плотности энергии в дан-
ной точке среды. Решил задачу о распределении
электрических токов на поверхности любого типа.
Экспериментальные работы посвящены диффузии
водных растворов, поляризации света в мутных
средах и др.
УОТСОН Д.Д. (род. в 1928) – американский
ученый в области молекулярной биологии, лауреат
Нобелевской премии (1962 г.). Основные научные
работы посвящены синтезу белка и изучению
структуры ДНК. Совместно с Ф.Х.К.Криком рас-
шифровал структуру ДНК и предложил ее модель в
виде двойной спирали. Провел исследования бак-
териальных рибосом, изучал роль РНК в белковом
синтезе, структуру вирусов и их роль в возникно-
вении злокачественных образований.
ФАБРИКАНТ В.А. (1907 – 1991) – советский
физик. Научные работы посвящены физической
электронике и физике плазмы. Разработал количе-
ственную теорию интенсивности спектральных ли-
ний в низкотемпературной плазме, показал воз-
можность усиления света за счет вынужденного
испускания в плазме с инверсией населенностей на
энергетических уровнях, сформулировал принцип
усиления электромагнитного излучения при про-
хождении сред с инверсной заселенностью (идея
квантового усилителя).
ФАЛЕС МИЛЕТСКИЙ (625 – 547 до н.э.) –
древнегреческий философ, родоначальник антич-
ной и европейской философии и науки; основатель
греческой астрономии и геометрии, осуществил
первые доказательства ряда геометрических
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
211
утверждений, предсказал солнечное затмение.
Считал, что начало всего сущего – вода.
ФАРАДЕЙ М. (1791 – 1867) – английский фи-
зик, научные работы в области химии и электро-
магнетизма. Первый осуществил сжижение хлора,
открыл бензол. В 1831 г. открыл явление электро-
магнитной индукции, установил основной закон
электромагнитной индукции. Открыл законы элек-
тролиза, явление диа- и парамагнетизма, явление
вращения плоскости поляризации света в магнит-
ном поле. Для описания электрических и магнит-
ных явлений ввел представление об электрических
и магнитных силовых линиях, а также понятие по-
ля. После работ Фарадея материя стала выступать
не только в форме вещества, но и в форме поля.
ФЕЙНМАН Р.Ф. (1918 – 1988) – американский
физик, лауреат Нобелевской премии (1965 г.).
Научные работы посвящены вопросам квантовой
теории поля и квантовой электродинамики, физике
элементарных частиц, сверхпроводимости, теории
гравитации. Один из создателей современной кван-
товой электродинамики, количественной теории
слабых взаимодействий. Развил теорию квантовых
вихрей. Одним из первых предложил применять
методы теории возмущений квантовой теории поля
к проблеме квантования гравитации. Автор извест-
ного курса «Фейнмановские лекции по физике».
ФЕРМИ Э. (1901 – 1954) – выдающийся ита-
льянский физик, лауреат Нобелевской премии
(1938 г.). Научные работы относятся к атомной и
ядерной физике, статистической механике, физике
космических лучей, физике высоких энергий, тех-
нической физике. Разработал статистику частиц с
полуцелым спином (статистика Ферми-Дирака), со-
здал количественную теорию бета-распада, открыл
искусственную радиоактивность, обусловленную
нейтронами, обнаружил эффект замедления
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
212
нейтронов. Доказал возможность осуществления
цепной ядерной реакции деления урана, построил
первый ядерный реактор. Основоположник
нейтронной оптики и нейтронной спектроскопии.
Разработал теорию происхождения космических
лучей. Исследовал взаимодействие пионов с про-
тонами, предложил первую составную модель эле-
ментарных частиц.
ФЕШБАХ Г. (род. в 1917 г.) – американский
физик-теоретик. Научные работы относятся к спек-
тоскопии, ядерной физике, математической физике
и физике элементарных частиц. Вместе с
В.Вайскопфом разработал оптическую модель яд-
ра.
ФЛЕРОВ Г.Н. (1913 – 1990) – советский фи-
зик-экспериментатор, академик АН СССР, Герой
Социалистического Труда. Научные работы отно-
сятся к физике ядра, ядерной энергетике, физике
космических лучей. Совместно с К.А.Петржаком в
1940 г. открыл явление спонтанного деления ядер
урана. Совместно с Л.И.Русиновым провел опыты
по определению числа вторичных нейтронов, воз-
никающих при делении. Исследовал зависимость
сечений радиационного захвата медленных
нейтронов от их энергии. Под руководством
Г.Н.Флерова осуществлен синтез новых химических
элементов с атомными номерами 102 – 110, полу-
чено большое количество новых ядер, находящих-
ся на границе стабильности, открыты новые виды
радиоактивности, новые механизмы ядерного вза-
имодействия.
ФРАНК Д. (1882 – 1964) – немецкий физик,
лауреат Нобелевской премии (1925 г.). Научные
работы посвящены атомной и ядерной физике,
спектроскопии молекул. Совместно с Г.Герцем вы-
полнил ряд опытов по столкновению электронов с
атомами паров ртути, в которых было доказано су-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
213
ществование в атомах дискретных уровней энер-
гии, что подтверждало квантовые постулаты
Н.Бора (опыт Франка-Герца). Изучал уровни энер-
гии в атомах, исследовал фотохимические процес-
сы в молекуле хлорофилла.
ФРЕНКЕЛЬ Я.И. (1894 – 1952) – советский
физик-теоретик. Научные работы относятся к фи-
зике твердых и жидких тел, квантовой теории по-
ля, магнетизму. Первый сформулировал основные
концепции квантовой теории электропроводности,
независимо от Н.Бора разработал капельную мо-
дель ядра, развил теорию контактных потенциалов
и поверхностного натяжения металлов, независимо
от В.Гейзенберга разработал квантовомеханиче-
скую теорию ферромагнетизма. Развил теорию
движения атомов и ионов в кристаллах, ввел поня-
тия «дефектов по Френкелю», дырочной проводи-
мости, предложил идею экситонов. Разработал ки-
нетическую теорию жидкостей. Сформулировал ос-
новы деления тяжелых ядер, предсказал спонтан-
ное деление тяжелых ядер.
ФРИДМАН А.А. (1888 – 1925) – российский
физик и математик. Основные научные работы в
области гидромеханики, теории тяготения, теоре-
тической геофизики. Заложил основы теоретиче-
ской метеорологии. Нашел нестационарные реше-
ния гравитационного уравнения Эйнштейна, дока-
зав возможность существования нестационарной
(расширяющейся) Вселенной.
ФРИШ О. (1904 – 1979) – английский физик-
экспериментатор. Вместе с Л.Мейтнер дал пра-
вильную интерпретацию опытов О.Гана и
Ф.Штрассманна как явления деления ядер урана
нейтронами. Вместе с О.Штерном впервые измерил
магнитный момент протона в водородной молекуле.
Участник Манхэттенского проекта, в 1940 г. сов-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
214
местно с Р.Пайерлсом дал первую оценку критиче-
ской массы урана-235.
ХАББЛ Э.П. (1889 – 1953) – американский
астроном, основатель внегалактической астроно-
мии. Доказал звездное строение Туманности Ан-
дромеды и некоторых других туманностей, оценил
расстояние до некоторых из них. Составил первую
подробную классификацию галактик по их формам
и другим особенностям. В 1929 г. Хаббл обнару-
жил, что между скоростями движения галактик и
расстоянием до них существует линейная зависи-
мость (закон Хаббла), определил численное значе-
ние коэффициента этой зависимости (постоянная
Хаббла). Это открытие стало наблюдательной ба-
зой теории расширяющейся Вселенной.
ЦВИККИ Ф. (1898 – 1974) – швейцарский аст-
роном и физик. Основные научные работы относят-
ся к внегалактической астрономии и физике сверх-
новых звезд. Открыл и описал десятки тысяч га-
лактик и скоплений галактик. Сделал вывод о су-
ществовании межгалактического поглощающего
вещества облачной структуры и общего межгалак-
тического поля темной материи. Совместно с
В.Бааде высказал предположение, что в результате
взрывов сверхновых звезд образуются нейтронные
звезды. Цвики принадлежат 50 патентов в области
ракетной техники, он изобрел ряд реактивных и
гидротурбореактивных двигателей. ЦИОЛКОВСКИЙ К.Э. (1857 – 1935) – российский
ученый и изобретатель в области аэродинамики,
ракетодинамики, теории самолета и дирижабля,
основоположник современной космонавтики. Зало-
жил основы теории движения ракет, теории ЖРД,
обосновал возможность применения ракет для
межпланетных сообщений, решил ряд проблем ме-
ханики тел переменной массы. Разработал теорию
многоступенчатых ракет, рассмотрел влияние ат-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
215
мосферы на полёт ракеты, впервые решил задачу
посадки космического аппарата на поверхность
планет, лишенных атмосферы. Высказал ряд кон-
структивных идей, нашедших применение в раке-
тостроении. Разработал теорию полета реактивных
самолетов в стратосфере, схемы самолетов для по-
лета с гиперзвуковыми скоростями. Построил
первую в России аэродинамическую трубу, разра-
ботал методику эксперимента на ней. Разработал
конструкцию дирижабля с металлической оболоч-
кой. Высказал идею постройки самолета с метал-
лическим каркасом. Явился первым идеологом и
теоретиком освоения человеком космического про-
странства. Предложил идею создания околоземных
станций как искусственных поселений, рассмотрел
медико-биологические проблемы, возникающие
при длительных космических полетах.
ЧЕРЕШНЕВ В.А. (род. в 1944 г.) – академик
РАН, директор Института иммунологии и физиоло-
гии УрО РАН. Научные работы посвящены изуче-
нию иммунных механизмов регуляции физиологи-
ческих функций.
ШАВЛОВ А. (1921 – 1999) – американский
физик. Научные работы относятся к микроволновой
и оптической спектроскопии, квантовой электрони-
ке и сверхпроводимости. В 1958 г. совместно с
Ч.Таунсом предложил принцип работы лазера, вы-
двинул идею применения кристалла искусственно-
го рубина как рабочего вещества лазера.
ШВАРЦ Д.Г. (род. в 1941 г.) – американский
физик-теоретик. Научные работы в области теоре-
тической и математической физики, квантовой тео-
рии гравитации. Один из создателей теории струн.
ШВИНГЕР Ю. (1918 – 1994) – американский
физик-теоретик, один из создателей релятивист-
ской квантовой электродинамики, лауреат Нобе-
левской премии (1965 г.). Научные работы отно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
216
сятся к ядерной физике, релятивистской квантовой
механике, статистической физике, теории элемен-
тарных частиц.
ШОКЛИ У.Б. (1910 – 1989) – американский
физик, лауреат Нобелевской премии (1956 г.).
Научные работы в области физики твердого тела и
физики полупроводников. Предсказал возможность
осуществления триода с p – n- переходом и пред-
ложил p – n – p- транзистор.
ШРЕДИНГЕР Э. (1887–1961) – австрийский
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1933 г.), один из создателей квантовой механики.
Научные работы в области статистической физики,
квантовой теории, квантовой механики, общей
теории относительности, других разделов теорети-
ческой физики. Разработал волновую механику, в
основе которой лежит уравнение Шредингера. До-
казал эквивалентность волновой механики и кван-
товой механики в матричной форме. Сделал не-
сколько попыток по разработке единой теории по-
ля.
ШТЕРН О. (1888 – 1969) – немецкий физик-
экспериментатор, лауреат Нобелевской премии
(1943). Научные исследования в области кинетиче-
ской теории, молекулярной физики, магнетизма,
атомной и ядерной физики, квантовой теории. Раз-
работал метод молекулярных пучков, эксперимен-
тально измерил скорость теплового движения мо-
лекул газа, подтвердил распределение молекул га-
за по скоростям – распределение Максвелла. Сов-
местно с В.Герлахом доказал наличие магнитного
момента у атома. Вместе с О.Фришем впервые из-
мерил магнитный момент протона.
ШТРАССМАНН Ф. (1902 – 1980) – немецкий
физик и химик. Научные работы относятся к ядер-
ной химии и физике, изучению радиоактивных изо-
топов урана и тория. Вместе с О.Ганом открыл де-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
217
ление ядер урана в результате бомбардировки их
нейтронами.
ЭДДИНГТОН А.С. (1882 – 1944) – английский
астрофизик и физик. Научные работы посвящены
изучению движения звезд и их внутренней струк-
туры, теории относительности, гравитации и кван-
товой теории. Рассчитал модели звезд, находящих-
ся в состоянии лучистого равновесия, определил
время «жизни» Солнца, исследовал природу белых
карликов. Экспериментально обнаружил предска-
занное А.Эйнштейном в общей теории относитель-
ности отклонение света звезды в поле тяготения
Солнца. Выдвинул идею объяснения энергии звезд
термоядерными реакциями синтеза гелия из водо-
рода. Открыл зависимость между массой и свети-
мостью звезд, теоретически определил постоянную
тонкой структуры.
ЭЙГЕН М. (род. в 1927 г.) – немецкий физико-
химик, лауреат Нобелевской премии (1967 г.). Ос-
новное направление научных работ – исследова-
ние сверхбыстрых химических реакций, стимули-
руемых нарушением равновесия с помощью очень
коротких импульсов энергии. Изучал ферментатив-
ный катализ, механизм передачи информации и
другие вопросы молекулярной биологии. Исследо-
вал гиперциклы: самоорганизацию индивидуаль-
ных нуклеиновых кислот в более сложные структу-
ры, их взаимодействие с белками и появление
примитивных генов.
ЭЙНШТЕЙН А. (1879 – 1955) – выдающийся
физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии
(1922 г.), один из создателей современной физики.
С 1933 г. работал в США в Принстонском институте
перспективных исследований. Создатель специ-
альной и общей теории относительности. Открыл
закон взаимосвязи массы и энергии, лежащий в ос-
нове ядерной физики. Ввел представление о дис-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
218
кретной, квантовой структуре светового излучения,
рассматривая его как поток фотонов. Исходя из
квантовой теории света, объяснил такие явления,
как фотоэффект, правило Стокса для флюоресцен-
ции. Предсказал явление индуцированного излуче-
ния, вывел формулу для распределения энергии в
спектре равновесного излучения. В статистической
физике развил молекулярно-статистическую тео-
рию броуновского движения, создал квантовую
статистику частиц с целым спином (статистика Бозе
– Эйнштейна). Предсказал и совместно с В. де Га-
зом экспериментально обнаружил эффект измене-
ния механического момента при намагничивании
тела (эффект Эйнштейна – де Гааза). В рамках об-
щей теории относительности вывел систему основ-
ных уравнений, описывающих поле тяготения,
предсказал эффекты, подтверждающие его теорию
(искривление светового луча в поле тяготения
Солнца, смещение перигелия Меркурия, гравита-
ционное красное смещение). Исходя из общей тео-
рии относительности, предложил новую стационар-
ную модель Вселенной, однако эта модель не соот-
ветствует действительности. С 1933 г. работы Эйн-
штейна посвящены разработке единой теории по-
ля, однако попытки построить такую теорию окон-
чились неудачей.
ЭНГЕЛЬС Ф. (1820 – 1895) – немецкий мысли-
тель и общественный деятель, один из основопо-
ложников марксизма.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
219
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адлер, И. Внутри ядра / И.Адлер. – М.: Атомиз-
дат, 1968. – 147 с.
2. Алферов, Ж.И. Двойные гетероструктуры: кон-
цепция и применения в физике, электронике и
технологии / Ж.И.Алферов // УФН. – 2002. – Т. 172.
- № 9. – С. 1068-1086.
3. Блохинцев, Д.И.Принципиальные вопросы
квантовой механики / Д.И.Блохинцев. – М.: Наука,
1966. – 160 с.
4. Больцман, Л. Статьи и речи / Л.Больцман. – М.:
Наука, 1970. – 406 с.
5. Бор, Н. Избранные научные труды: в 2 т. /
Н.Бор. – М.: Наука, 1971. – Т. 2. – 676 с.
6. Борн, М. Размышления и воспоминания физи-
ка: Сборник статей/ М.Борн. – М.: Наука, 1977. –
280 с.
7. Борн, М. Атомная физика / М.Борн. – М.: Мир,
1965. – 484 с.
8. Бройль, Л. По тропам науки / Луи де Бройль. –
М.: Иностранная литература, 1962. – 408 с.
9. Бройль, Л. Революция в физике (новая физика
и кванты) / Луи де Бройль. – М.:Атомиздат, 1965. –
232 с.
10. Бунге, М. Философия физики / М.Бунге. – М.:
Прогресс, 1975. – 352 с.
11. Вайнберг, С. Мечты об окончательной теории:
Физика в поисках самых фундаментальных законов
природы/ С.Вайнберг. – М.: Едиториал УРСС, 2004.
– 256 с.
12. Вигнер, Ю. Этюды о симметрии / Ю.П.Вигнер.
– М.: Мир, 1971. – 311 с.
13. Визгин, В.П. Математизация физики / В.П.Виз-
гин. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://philosophy.mipt.ru/works/vizgin/vizginpubl01.
html?xsl.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
220
14. Вонсовский, С.В. Современная естественно-
научная картина мира / С.В.Вонсовский. – Москва
– Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динами-
ка»; Институт компьютерных исследований, 2006.
– 680 с.
15. Воронов, В.К. Современная физика /
В.К.Воронов, А.В.Подоплелов. – М.: КомКнига,
2005. – 512 с.
16. Гейзенберг, В. Шаги за горизонт/
В.Гейзенберг. – М.: Прогресс, 1987. – 368 с.
17. Гейзенберг, В. Философские проблемы атом-
ной физики/ В.Гейзенберг. – М.: Едиториал УРСС,
2004. – 192 с.
18. Гинзбург, В.Л. Какие проблемы физики и аст-
рофизики представляются сейчас особенно важны-
ми и интересными (тридцать лет спустя, причем на
пороге XXI века)? / В.Л.Гинзбург // УФН. – 1999. –
Т. 169. – № 4. – С. 419-442.
19. Гинзбург, В.Л. О некоторых успехах физики и
астрономии за последние три года / В.Л.Гинзбург //
УФН. – 2002. – Т. 172. - № 2. – С. 213-219.
20. Гинзбург, В.Л. Какие проблемы физики и аст-
рофизики представляются особенно важными и ин-
тересными в начале XXI века / В.Л.Гинзбург // О
науке, о себе и о других. – М.: Издательство
«ФИЗМАТЛИТ», 2003. – 544 с.
21. Готт, В.С. Философские вопросы современной
физики: учеб. пособие / В.С.Готт. – М.: Высш. шк.,
1988. – 343 с.
22. Дюгем, П. Физическая теория. Ее цель и стро-
ение / П.Дюгем. – М.: КомКнига, 2007. – 328 с.
23. Елецкий, А.В. Углеродные нанотрубки и их
эмиссионные свойства / А.В.Елецкий // УФН. –
2002. – Т. 172. - № 4. – С. 401-436.
24. Иваницкий, Г.Р. XXI век: что такое жизнь с
точки зрения физики / Г.Р.Иваницкий // УФН. –
2010. – Т. 180. - № 4. – С. 337-369.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
221
25. Каганов, М. Об абстракции в физике /
М.Каганов // Квант. – 2003. - № 1.
26. Кемпфер, Ф. Путь в современную физику /
Ф.Кемпфер. – М.: Мир, 1972. – 375 с. – (В мире
науки и техники).
27. Корнеева, А.И. Проблемы познания микроми-
ра / А.И.Корнеева. – М.: Мысль, 1978. – 246 с.
28. Крейчи, В. Мир глазами современной физики /
В.Крейчи. – М.: Мир, 1984. – 311 с. – (В мире наки
и техники).
29. Липсон, Г. Великие эксперименты в физике/
Г.Липсон. – М.: Мир, 1972. – 216 с.
30. Ллуэллин-Смит, К. На пути к термоядерной
энергетике: материалы к лекции, прочитанной 17
мая 2009 г. в ФИАНе / К. Ллуэллин-Смит. – [Элек-
тронный ресурс]. - Режим доступа:
http://elementy.ru/lib/430807?page_ design=print.
31. Мамчур, Е.А. Идеалы единства и простоты в
современном научном познании / Е.А.Мамчур //
Вопросы философии. – 2003. - № 12. – С. 100-112.
32. Мандельштам, Л.И. Лекции по основаниям
квантовой механики / Л.И.Мандельштам // Полное
собрание трудов: в 5 т. – М.: АН СССР, 1950. – Т.5.
– 980 с.
33. Мартинсон, Л.К. Физические основы приборов
нанотехнологий в курсе физики технического уни-
верситета / Л.К.Мартинсон, А.Н.Морозов,
Е.В.Смирнов // Физическое образование в вузах. –
2010. – Т. 16. - № 2. – С. 24-36.
34. Мукушев, Б.А. Проблемы формирования науч-
ного мировоззрения личности / Б.А.Мукушев // Al-
ma mater. Вестник высшей школы. – 2010. –
№ 5. – С. 21-29.
35. Над чем думают физики. Физика атомного яд-
ра. – Вып. 1. – М.: Наука, 1962. – 100 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
222
36. Ньютон, И. Математические начала натураль-
ной философии / И.Ньютон. – М.: Наука, 1989. –
690 с.
37. Ньютон, И. Оптика / И.Ньютон. – М.: Гос. изд-
во, 1927. – 374 с.
38. Окунь, Л.Б. Физика элементарных частиц /
Л.Б.Окунь. – М.: Наука. Главная ред. физ.-мат.
лит-ры, 1984. – 224 с.
39. Окунь, Л.Б. Фундаментальные константы фи-
зики / Л.Б.Окунь // УФН. – 1991. – Т. 161. - № 9. –
С. 177-194.
40. Оппенгеймер, Р. Летающая трапеция. Три
кризиса в физике / Р.Оппенгеймер. – М.: Атомиз-
дат, 1967. – 82 с.
41. Планк, М. Единство физической картины мира
/ М.Планк. – М.: Наука, 1966. – 288 с.
42. Понтекорво, Б.М. Физика элементарных ча-
стиц – дорогая вещь! Нужна ли она? / Б.М.Понте-
корво // УФН. – 1965. – Т. 86. – Вып. 4. – С. 729-
732.
43. Попков, В.И. Мировоззренческие и методоло-
гические вопросы в курсе физики / В.И.Попков. –
Брянск: БИТМ, 1982. – 20 с.
44. Попков, В.И. Формирование диалектико-
материалистического мировоззрения студентов при
изучении курса физики / В.И.Попков // Учебный
процесс в техническом вузе: Активизация познава-
тельной деятельности студентов: межвуз. сб. ста-
тей. – Брянск: БИТМ, 1987. – С. 5-15.
45. Попков, В.И. Мировоззренческая направлен-
ность преподавания физики / В.И.Попков,
П.П.Рогонов // Мировоззренческое воспитание сту-
дентов в процессе преподавания общетехнических
и специальных дисциплин: Материалы межвузовск.
конф. : в 2-х ч. - Тбилиси, 1989. - Часть 1. – С.
188-195.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
223
46. Попков, В.И. Использование принципа исто-
ризма для гуманизации курса физики / В.И.Попков
// Проблемы гуманизации образования в техниче-
ском вузе: Тезисы докл. межвузовск. конф. -
Брянск, 1992. - С. 26-28.
47. Попков, В.И. Проблемы взаимодействия
школьного и вузовского образования по физике /
В.И.Попков // Учебный процесс в техническом ву-
зе: сб. научн. трудов / под ред. В.И. Попкова. –
Брянск: БГТУ, 2001. – С.166-170.
48. Попков, В.И. Естественно-научная подготовка
инженеров / В.И.Попков // Качество инженерного
образования: материалы 2-й междунар. науч.-
метод. конф. / под ред. О.А.Горленко,
В.И.Попкова. – Брянск: БГТУ, 2005. – С.17 – 25.
49. Попков, В.И. Физика – основа профессио-
нальной подготовки инженера / В.И.Попков // Вестник БГТУ. – 2008. ─ № 4. – С. 127-133.
50.Попков, В.И. Безопасность и устойчивое раз-
витие – новые парадигмы сохранения цивилиза-
ции: учеб. пособие / В.И.Попков. – Брянск: БГТУ,
2008. – 32 с.
51. Попков, В.И. Ученые о естествознании /
В.И.Попков. – Брянск: БГТУ, 2008. – 256 с.
52. Попков, В.И. Введение в логику и методоло-
гию естественных наук / В.И.Попков. – Брянск:
БГТУ, 2009. – 175 с.
53. Попков, В.И. Устойчивое развитие как пара-
дигма сохранения цивилизации / В.И.Попков //
Вестник БГТУ. – 2009. – № 2. – С. 140-149.
54. Попков, В.И. Физика и её парадигмы в датах и
цитатах / В.И.Попков. – М.: Издательский дом
«ЛИБРОКОМ», 2010. – 208 с.
55. Попкова, Н.В. Введение в историю европей-
ской философии: учеб. пособие / Н.В.Попкова.
Брянск: Изд – во БГТУ, 2001. – 220 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
224
56. Пригожин, И.Р. От существующего к возника-
ющему. Время и сложность в физических науках /
И.Р.Пригожин. – М.: Наука, 1985. – 328 с.
57. Пригожин, И.Р. Время, хаос, квант /
И.Р.Пригожин, М.Стенгерс. – М.: Прогресс, 1994. –
272 с.
58. Пригожин, И. Порядок из хаоса / И.Пригожин,
И.Стенгерс. – М: Прогресс, 1986. – 432 с.
59. Романовский, Ю.М. Молекулярные преобразо-
ватели энергии живой клетки. Протонная АТФ-
синтаза – вращающийся молекулярный мотор /
Ю.М.Романовский, А.Н.Тихонов // УФН. – 2010. –
Т.180. – № 9. – С. 931-956.
60. Рубаков, В.А. Темная материя и темная энер-
гия во Вселенной: презентация лекции /
В.А.Рубаков. – http://elementy/ru/lib/25560/25567
61. Рубаков, В.А. Физика частиц и космология:
состояние и надежды / В.А.Рубаков // УФН. – 1999.
– Т. 169. – № 12. – С. 1299-1309.
62. Светлов, В.А. История научного метода /
В.А.Светлов. – М.: Академический проект; Деловая
книга, 2008. – 700 с. – (Gaudeamus).
63. Селье, Г. От мечты к открытию. Как стать уче-
ным / Г. Селье. – М.: Прогресс, 1987. – 368 с.
64. Стёпин, В.С. Наука и философия / В.С.Стёпин
// Вопросы философии. – 2010. - № 8. – С. 58-75.
65. Тригг, Дж. Решающие эксперименты в физике
/ Дж.Тригг. – М.: Мир,1974. – 160 с.
66. Тришин, В.Н. Геометрические и топологиче-
ские структуры физики / В.Н.Тришин // Гиперком-
плексные числа в геометрии и физике. – 2008. – Т.
5. – № 1 (9). – С. 42-43.
67. Уилер, Дж. Гравитация, нейтрино и Вселенная
/ Дж.Уилер. – М.: Наука, 1962. – 498 с.
68. Фейнман, Р. Характер физических законов /
Р.Фейнман. – М.: Изд – во «Мир», 1968. – 232 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
225
69. Физический энциклопедический словарь. –
М.: Сов. энциклопедия,1983. – 928 с.
70. Философский энциклопедический словарь. –
М.: Сов. энциклопедия, 1983. – 840 с.
71. Храмов, Ю.А. Физики: Биографический спра-
вочник / Ю.А.Храмов. – Киев: Наукова думка,
1977. – 510 с.
72. Чернавский , Д.С. Проблема происхождения
жизни и мышления с точки зрения современной
физики / Д.С.Чернавский // УФН. – 2000. – Т. 170.
- № 2. – С. 157-183.
73. Чернин, А.Д. Физика времени / А.Д.Чернин. –
М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.,1987. – 224 с. –
(Б-чка «Квант»).
74. Швингер, Ю. Релятивистская квантовая тео-
рия поля / Ю.Швингер // УФН. – 1967. – Т. 91. –
Вып. 1. – С. 49-59.
75. Шредингер, Э. Что такое жизнь? С точки зре-
ния физика / Э.Шредингер. – М.: Атомиздат, 1972.
– 88 с.
76. Шредингер, Э. Мой взгляд на мир /
Э.Шредингер. – М.: КомКнига, 2005. – 152 с.
77. Эйген, М. Игра жизни / М.Эйген, Р.Винклер. –
М.: Наука, 1979. – 96 с.
78. Эйнштейн, А. Эволюция физики / А.Эйнштейн,
Л.Инфельд. – М.: Наука, 1965. – 327 с.
79. Эйнштейн, А. Физика и реальность /
А.Эйнштейн. – М.: Наука, 1965. – 360 с.
80. Эйнштейн, А. Собрание научных трудов: в 4 т.
/ А.Эйнштейн. – М.: Наука, 1967. – Т. 4. – 600 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
226
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие …………………………………………………………….3
Предмет физики ……………………………………………….......5
Материя и движение ……………………………………………….5
Пространство и время …………………………………………..20
Материальное единство мира ………………………………30
Структура физики ………………………………………………….35
Физические методы исследования ………………………39
Эмпирические методы исследования ..………..40
Методы теоретического познания ………………..55
Общелогические методы и приемы ……………..60
Вероятностно-статистические методы …………80
Математика – универсальный язык физики ………85
Гипотеза и теория в физике ………………………………..94
Физика и научная картина мира ……………………….115
Дифференциация и интеграция в физике ……….125
Физика и философия ………………………………………….132
Связь физики с другими науками.……………………..138
Физика и техника ………………………………………………..150
Нерешенные проблемы физики …………………………167
Персоналии ………………………………………………………….172
Список использованной литературы …………………219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
227
Учебное издание
Попков Владимир Иванович
ФИЗИКА В СИСТЕМЕ НАУК
Редактор издательства Т.И.Королева Компьютерный набор В.И.Попков
Темплан 2010 г., п. 72 Подписано в печать 30.11.10. Формат 60×84 1/16 Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. печ. л. 13,18. Уч.-изд. л. 13,18. Тираж 50 экз. Заказ
Издательство Брянского государственного технического университета 241035, Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7, тел. 58 – 82 – 49 Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»