Восхождение Запада. История человеческого сообщества

Эти достижения стремились свести явления к некоему количеству проявлений в пределах математически сконструированной вселенной, определяемой четырьмя основными условиями — материей, энергией, пространством и временем. До публикации в 1905 г. первой работы о теории относительности Альбертом Эйнштейном (ум. 1955) время и пространство оставались математически однородными и абсолютными сущностями, предложенными Галилеем и сформулированными Ньютоном. Концепция материи, с другой стороны, хоть и с различными затруднениями, к концу XIX в. подверглась значительному совершенствованию и потеряла свою незыблемость. В начале XIX в. ученые отделили понятие молекулы от понятия атома и к середине века разработали методы анализа атомной структуры молекул со все возрастающей точностью. К концу столетия химики и физики объединили усилия, чтобы проникнуть в атом, который все еще определялся как конечное, неделимое состояние материи. В первом десятилетии XX в. электроны (открытые Джоном Джозефом Томпсоном; ум. 1940) заменили атомы в роли конечных строительных блоков материи, и при этом «неделимый» атом превратился в миниатюрную Солнечную систему с электронами, двигающимися по планетным орбитам вокруг твердого (или сравнительно плотного) ядра.

Метод, благодаря которому ученые XIX в. превратили обычную твердую материю в облако все более мелких и всегда широко рассеянных частиц, соответствовал методу, с помощью которого они сделали саму энергию более осязаемой. Сам термин «энергия» потребовал совершенно нового определения. Точные вычисления[1114] установили энергетическую равнозначность между такими явно отличающимися явлениями, как химические реакции, движение видимых частиц, движение молекул и электронов, тепло, звук, свет, магнетизм и вновь открытыми видами излучения, такими как радиоволны и рентгеновские лучи. Принцип сохранения энергии при любых изменениях физического состояния был умозрительно предсказан Германом Людвигом Фердинандом фон Гельмгольцем (ум. 1894) в 1847 г. Каждое открытие, совершаемое в следующей половине XIX в., явно подтверждало этот принцип и предоставляло его новые примеры.

Метаморфозы неразрушимой материи, которые так успешно происходили под контролем химиков, кажется, имело явные параллели с преображением некогда считавшейся неразрушимой энергии, которая стала специальным объектом исследования физики. Разделение материи и энергии в пространстве и времени определяло мир физики в XIX в. Это был комфортабельный интеллектуальный мир, немного закрытый для эмоций. Осторожно определяемые термины и осторожно проводимые вычисления и экспериментальное подтверждение математически оформленных гипотез — все это было элегантно выражено в закрытых и логически самосогласованных системах, которые искусно и точно объясняли все физические явления — с некоторыми приводящими в замешательство общеизвестными исключениями.

К концу XIX в. эти приводящие в замешательство исключения начали множиться, и многие концепции классической физики стали совершенно неясны. В некоторых обстоятельствах энергия представала как излучение частиц, проявляясь только в постоянных «квантах» — термин, предложенный Максом Планком (ум. 1947) в 1900 г. Материя оказалась способна в некоторых случаях распадаться и в некоторых процессах излучать мощную радиацию — явление, впервые наблюдавшееся Антуаном Анри Беккерелем (ум. 1908) в 1896 г. И еще труднее было разобраться кому-либо, за исключением нескольких физиков, как связаны время и пространство. Впервые решение этой задачи предложил Эйнштейн в своей теории относительности (1905 г.), попытавшейся объяснить (помимо всего прочего) постоянство скорости распространения света в любом направлении, даже когда она рассчитывается наблюдателем, стоящим на быстро движущейся платформе, например на движущейся по своей орбите Земле. Такое постоянство скорости в 1887 г. наблюдал Альберт Михельсон (ум. 1931) и его коллега Эдуард Уильяме Морли (ум. 1923). Это казалось фундаментально несовместимым с концепцией Ньютона об абсолютности пространства и времени, ведь в соответствии с обычной логикой лучи света, распространяющиеся в том же направлении, в котором движется Земля, должны двигаться быстрее, чем лучи, распространяющиеся в противоположном направлении, поскольку скорость Земли должна быть прибавлена к абсолютной скорости лучей в одном случае и вычтена в другом.

Неожиданная развязка этих противоречий растворила элегантную ясность физики XIX в. Материя, энергия, время и пространство — четыре основные составляющие, на которых основывалась вся структура, — стали необъяснимы с точки зрения классической физики. В результате к моменту, когда Первая мировая война разорвала Европу, недостаточно хорошо понимаемая система материя-энергия, казалось, мистически превратилась в любую из различных пространственно-временных координат — евклидову, гиперболическую или сферическую, а может быть, и в несколько одновременно.