История физики учит, что даже величайшие открытия, проливающие свет на окружающий нас мир, поднимают больше вопросов, чем дают ответов. В конце 19 века в физике сложилась ситуация, когда ученые были убеждены, что все уже открыто, осталось определить лишь несколько параметров, после чего они останутся без дела, однако позже, на этапе уточнения этих «небольших параметров» и «неточностей», сначала Альберту Эйнштейну, а затем Максу Планку удалось открыть бесконечно большой и сложный новый мир, который был неизвестен до этого. И изучение того мира продолжается по сей день.
Эйнштейн пытался решить выявленные Исааком Ньютоном проблемы описания гравитации в экстремальных условиях, когда скорости и массы намного превышают повседневные. Через несколько эпизодов блестящего просветления Эйнштейн понял, что ньютоновское понимание пространства и времени перестает работать при высоких скоростях и массах: Ньютон описывал пространство и время как абсолютные, независимо существующие «сценические» элементы, на фоне которых события никак не влияют ни на пространство, ни на время. Эйнштейн показал, что при глубоком изучении пространство и время предстают не только как единая физическая сущность, пространственно-временной континуум, но и что они воздействуют на материальные тела, а материальные тела воздействуют на пространственно-временной континуум.
Пространство и время приобретают кривизну при больших скоростях и массах (в случае со временем - это его замедление), а искривленное пространство заставляет тела двигаться по этой кривизне. Таким образом, Эйнштейн «заново открыл» гравитацию: например, гравитация планеты Земля, согласно общей теории относительности, есть искривленное вокруг нее пространство под действием массы нашей планеты, и именно за счет этой кривизны Луна вращается вокруг Земли, а объекты на поверхности планеты из-за искривления «прижаты» к поверхности пространства и не улетают в открытый космос.
Открытие Макса Планка имело гораздо меньший масштаб. Основываясь на работе Джеймса Клерка Максвелла по электромагнетизму и пытаясь вычислить, сколько энергии излучает нагретое тело, Планк пришел к странному выводу: энергия, излучаемая любым нагретым телом, бесконечна. Решением казалось бы неразрешимой парадоксальной проблемы стало гениальное озарение Планка: он обнаружил, что излучение происходит не непрерывно, а дискретными «кусками» или «пакетами» - квантами, что позволяет избежать бесконечности.
И пока теория Эйнштейна успешно описывала самые большие объекты — звезды, планеты, галактики, теория Планка — квантовая механика — стала с беспрецедентной точностью описывать мир мельчайших тел — атомов, электронов, протонов, фотонов и других частиц.
Таким образом, в первой половине прошлого века уже сформировались и укрепились две центральные научные парадигмы: Общая теория относительности, которая описывала гравитационное взаимодействие в самых больших масштабах, имея дело с динамическими свойствами пространства и времени, и Квантовая механика, которая описывала оставшиеся три взаимодействия (электромагнитное, слабое и сильное), имея дело со ...
Читать полностью