5.1. Релятивизм

На рубеже прошлого и нынешнего столетий произошла третья в истории человечества научная революция. Вспомним, что временем первой называют V в. до н.э., а научную картину мира, ставшую ее результатом, — древней, или античной, или натурфилософской, или аристотелевской. Вторая научная революция произошла приблизительно в XVI—XVII вв. и сформировала вторую научную картину мира, которая называется классической, или механистической, или ньютоновской. Просуществовав около трех столетий и добившись огромных научных результатов, классическое естествознание исчерпало свои возможности и уступило место третьей научной картине мира, которая стала называться неклассической, или современной, или эйнштейновской — по имени ее наиболее выдающегося представителя — знаменитого ученого XX в. Альберта Эйнштейна. Неклассическая научная картина мира стала складываться на рубеже XIX — XX вв. В последнее время можно встретить утверждение о том, что примерно с середины XX в. стала формироваться новая, или четвертая научная картина мира, которую часто называют постнеклассической. Если помимо трех вышеназванных научных картин мира выделять еще и эту, то как раз она и будет представлять собой современное естествознание. Однако следует иметь в виду, что все подобного рода классификации являются достаточно условными, в силу чего можно говорить как о трех, так и о четырех научных картинах мира, последовательно друг друга сменявших в истории науки. Следовательно, под современным естествознанием можно подразумевать как третью, неклассическую картину мира, так и четвертую, постнеклассическую. В данном изложении, как уже говорилось выше, речь идет о трех научных картинах мира, и под современным естествознанием подразумевается третья, или неклассическая научная картина мира.

Если характерной чертой первой научной картины мира был геоцентризм, а второй — гелиоцентризм, то одной из важных особенностей третьей научной картины мира стал релятивизм (от лат. relativus — относительный) — представление, по которому ни Земля, ни Солнце, ни какой-либо другой объект не может быть центром Вселенной, потому что у нее вообще нет центра, а, вернее, таким центром можно считать любую точку, только этот центр будет условным, или относительным. Если вторая научная революция ознаменовала собой переход от геоцентризма к гелиоцентризму, то естествознание, сформированное третьей научной революцией, принципиально отказалось от всякого центризма вообще, полагая, что «привилегированных», или особенно выделенных систем отсчета во Вселенной нет, т.к. все они равноправны. Причем любое утверждение имеет смысл, только будучи «привязанным» к какой-либо конкретной системе отчета, соотнесенным с ней; а это означает, что любое наше представление, в том числе и вся научная картина мира, релятивны, или относительны.

В силу геоцентрического, равно как и гелиоцентрического взглядов, Вселенная, у которой есть центр, также имеет и границы (одно обусловливает другое). С точки зрения релятивизма она безгранична (отсутствие центра неразрывно связано с невозможностью границ и наоборот). Важно отметить, что понятия «безграничность» и «бесконечность» часто воспринимаются как равнозначные, а утверждение о безграничности Вселенной отождествляется с тезисом о ее бесконечности. В естествознании вышеупомянутые понятия обозначают не одно и то же. По современным научным представлениям Вселенная безгранична, но не бесконечна. Это положение кажется, на первый взгляд, довольно странным и непонятным. Для того чтобы разобраться в нем, рассмотрим простой пример.

Представим себе отрезок и зададимся вопросом: безграничен ли он? Конечно же, нет, т.к. у него есть границы — точки, между которыми он заключен. Так же отрезок и не бесконечен, потому что его длину можно измерить и выразить в какой-либо конечной числовой величине (10 мм, 5 см, 2 м, 1 км и т.п.). Теперь мысленно искривим этот отрезок и замкнем его, соединив концы. Что получилось? Отрезок превратился в окружность. Вновь зададимся вопросом: есть ли у этого кривого, замкнутого отрезка, или окружности границы? У окружности (обратите внимание, речь идет об окружности, а не о круге!) никаких границ нет (нельзя сказать, где она начинается и где заканчивается), т.е. она безгранична. Однако ее длина является такой же, как длина отрезка, из которого она образована, т.е. конечной. Получается, что окружность безгранична, но не бесконечна.

Обратимся еще к одному примеру.

Представим себе сферу (обратите внимание, не шар, а сферу, т.е. искривленную плоскость, являющуюся поверхностью шара), и мысленно разомкнем, «распрямим» ее, чтобы она превратилась в плоскую геометрическую фигуру. Будут ли у последней границы? Да, будут. Теперь вновь искривим ее, свернем и замкнем в сферу. Есть ли у сферы границы? Конечно же, нет: она, как и окружность, нигде не начинается и нигде не заканчивается, т.е. является безграничной. Однако площадь сферы можно посчитать и выразить некой конечной величиной, так же, как и площадь плоской геометрической фигуры, в которую можно превратить сферу путем ее развертки на плоскости. Таким образом, сфера не бесконечна. Тем не менее, она безгранична.

Мы заметили, что искривление какого-либо геометрического объекта способно сделать его безграничным, но не бесконечным. Прямую линию можно условно назвать одномерным пространством, потому что она имеет только одно измерение, или, иначе говоря, задается только одной координатной осью — х или у. Плоскость можно условно назвать двухмерным пространством, т.к. она имеет два измерения, задается двумя прямыми, или двумя координатными осями х и у. Привычное нам пространство, то, в котором мы находимся, является трехмерным, потому что оно задается тремя прямыми, или тремя координатными осями, — х, у, z. Вселенная представляет собой трехмерное пространство. Искривление одномерного пространства (прямой линии) делает его замкнутым (окружность) и безграничным (но не бесконечным). Искривление двухмерного пространства (плоскости) приводит к тому, что оно становится замкнутым (сфера) и не имеет границ (но остается конечным). Так же и искривление нашего трехмерного пространства, или Вселенной, превращает его в замкнутое и безграничное (но не бесконечное). Здесь может возникнуть вопрос: что такое искривление трехмерного пространства? Как его себе представить? Мы можем представить искривление одномерного пространства (прямая линия превращается в окружность) или двухмерного (плоская фигура становится сферой), но мы принципиально не можем представить себе искривление трехмерного пространства, потому что сами являемся трехмерными существами. Для пояснения приведем пример. Представим себе, что в некоей плоскости живут двухмерные существа, которые передвигаются по ней во всех направлениях, но не могут покинуть ее, оторваться от нее (например, подняться над ней) в силу своей двухмерности. Теперь представим, что эта плоскость искривилась и замкнулась, превратившись в сферу. Двухмерные жители по-прежнему скользят по своей плоскости (теперь сфере) во всех направлениях. Будут ли они замечать ее появившуюся кривизну? Не будут: для них она остается плоскостью. Если бы кто-то сказал им, что она искривлена, они не смогли бы себе это представить. Двигаясь по искривленной поверхности, они не воспринимают ее таковой. Кстати, это приводит к удивительным для них результатам. Отправляясь в своей плоскости строго вперед и двигаясь исключительно по прямой (как им кажется) линии, никуда не сворачивая, они, к своему величайшему изумлению, через какое-то время окажутся в той же точке, из которой начинали свой путь. Как двухмерные существа не в состоянии заметить, а также представить кривизну и замкнутость своей плоскости, так и мы — существа трехмерные — не можем заметить и представить кривизну своего трехмерного пространства и его замкнутость. Как то ни удивительно, но отправляясь по прямой линии в бескрайние глубины Вселенной, мы через некоторое время попадем туда же, откуда начинали свое путешествие. Этот необычный эффект обусловлен тем, что Вселенная представляет собой (с точки зрения современного естествознания) искривленное и замкнутое трехмерное пространство и является безграничной, но не бесконечной.

По поводу всего вышесказанного может возникнуть вопрос: каким образом в науке появился вывод об искривленности трехмерного пространства, если человек не в состоянии ни заметить, ни представить себе это. Такой вывод был сделан умозрительно. Там, где бессильны органы чувств и самое живое воображение, на помощь приходит умозрение: то, что нельзя увидеть глазами и наглядно представить, можно вывести умозрительным путем, т.е. усмотреть умом, помыслить. Например, почему мы запросто пользуемся понятием бесконечности, хотя ни увидеть ее, ни вообразить не можем? Потому что вполне способны уловить ее разумом, «увидеть» с помощью мысли.

Вопросы для самопроверки

Когда начала формироваться современная, или эйнштейновская, научная картина мира? Почему она называется неклассической?

Чем отличается релятивизм от геоцентризма и гелиоцентризма? Как понимать странное, на первый взгляд, утверждение о том, что Вселенная безгранична, но не бесконечна? Какими примерами можно проиллюстрировать возможность одновременного наличия у какого-либо объекта безграничности и конечности?

Почему мы не можем представить себе кривизну и замкнутость трехмерной Вселенной? Каким образом, несмотря на это, можно говорить об искривлении трехмерного пространства? К каким парадоксальным, с точки зрения обыденного сознания, эффектам приводит замкнутость Вселенной?