О великих переворотах в науке
Шрифт:
В 1930 г. В. Паули, чтобы спасти принцип сохранения энергии, выдвинул гипотезу нейтрино - микрочастиц, не имеющих массы и заряда и уносящих с собой половину энергии, испускаемой ядром или при бета-распаде (другую ее половину уносят электроны). Так начался подрыв устаревших уже представлений, которые абсолютизировали электромагнитную картину мира. Следующим ударом по этой теории было открытие нейтрона английским ученым Дж. Чедвиком (учеником Э. Резерфорда) в 1932 г. Здесь до известной степени повторилась история с открытием кислорода: супруги Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри эмпирически наблюдали образование нейтронов, но, находясь еще во власти электромагнитной картины мира, пытались объяснить наблюдавшееся ими явление с ее позиций, по типу -лучей. Напротив, Дж. Чедвик сразу же понял физический смысл того, что наблюдали супруги
В 1934 г. супруги Жолио-Кюри сделали замечательное открытие, поскольку оно, на первый взгляд, не выходило за рамки электромагнитной концепции. Они открыли искусственную радиоактивность легких элементов и тем самым доказали, что свойство радиоактивного распада присуще всем элементам, а не только тяжелым, стоящим в конце периодической системы. При этом четко выявилась определяющая роль атомной массы, а не заряда ядра химических элементов. Например, кислород с массой 19 через бета-распад превращается в устойчивый фтор, а с массой 15 через бета-распад - в устойчивый азот. В итоге на место односторонней электромагнитной концепции пришла двусторонняя концепция, учитывающая во взаимосвязи и свойство массы, и свойство электрического заряда. Тем самым осуществился частичный возврат к взглядам Д. И. Менделеева. Это явилось также дальнейшим развитием II этапа революции III типа: если до 30-х гг. на первый план физики выдвигалась электронная оболочка атома, то в 30-х гг.
– атомное ядро с его закономерностями. Процесс познания шел по-прежнему в глубь материи.
Начало эры атомной энергии.В 1934 г. Э. Ферми с сотрудниками облучили медленными нейтронами ядра урана и наблюдали явление вторичного бета-распада. К этому времени в физике твердо закрепилось представление, что бета-распад (вылет электрона из ядра) есть показатель сдвига элемента на одно место направо по периодической системе. Другими словами, утвердилась вера в неделимость атомного ядра, которое, сохраняя свою целостность, может испытывать лишь частичные изменения. Между тем, как оказалось позднее, Ферми наблюдал деление ядра урана, вызванное медленными нейтронами. Он же, по старинке, приписал вторичное бета-излучение образованию трансуранов, т. е. элементов, стоящих справа от самого урана в системе элементов. Так продолжалось около пяти лет. И здесь мы снова видим повторение истории с открытием кислорода: принципиально новое явление упорно втискивается в старые, ставшие обыденными рамки.
Когда же в продуктах ядерной реакции при облучении урана медленными нейтронами был обнаружен барий (1938 г.), то немецкие физики О. Ган и Ф. Штрассман правильно разгадали, что они имеют дело с реакцией деления тяжелого ядра на две части: барий и, очевидно, ксенон. При этом выделяются огромная энергия и свободные нейтроны. Последнее обстоятельство позволяет осуществить деление ядра как цепной процесс.
Это был исключительно мощный скачок в ходе научной революции. Можно смело сказать, что с этого момента началась новая эра - эра атомной энергии. С наступлением этой эры рушились барьеры обыденности, мешавшие до тех пор научному прогрессу.
Третий этап научной революции III типа (современность).Скажем коротко: происходит дальнейшее проникновение в глубь материи, в глубь ее элементарных физических частиц. При этом обнаруживаются все новые и новые, совершенно необычные для нас явления, требующие коренной ломки ранее сложившихся и ставших достаточно привычными, понятными представлений. Можно сказать, что дальнейшее разрушение веры в тождественность макро- и микромиров выступает на этот раз как крушение веры в привычное. Покажем это на двух примерах.
Трактовка "структуры" элементарных частиц.Люди издавна привыкли рассматривать строение какого-либо тела или сооружения таким образом, что строительный материал (кирпичи) дан в готовом виде, как заранее существующий и сохраняющийся в процессе
Гипотеза кварков.До недавнего времени считалось, что такие свойства элементарных частиц, как их электрический заряд или масса, носят целочисленный характер. Так, для электрона мы имеем отрицательный электрический заряд, равный -1, и собственную массу (массу покоя), равную 1 электронной единице. Это стало привычным представлением. Однако в ходе научной революции вера в привычное и здесь подверглась ломке. Была выдвинута гипотеза кварков, согласно которой определенные свойства элементарных частиц могут быть представлены как образованные из их дробных значений, которые приписываются кваркам. Конечно, легко было бы представить дело так, что кварки - это более мелкие микрочастицы, из которых образуются такие частицы, как протон и нейтрон (нуклоны), подобно тому как атомное ядро образуется из протонов и нейтронов. Так ли это в действительности - покажут исследования, которые в настоящее время идут полным ходом. Во всяком случае, приходится ждать еще многих интересных открытий, которые будут ломать сохраняющиеся в науке, ставшие привычными, но уже устаревшие представления.
На этом мы заканчиваем рассмотрение отдельных научных революций и их основных типов. Изложенное дает нам большой материал для размышления над общими взглядами на научные революции.
Великий переворот в генетике.Новейшая революция в естествознании, начавшись в физике, захватила и другие естественные науки: химию, астрономию, геологию и в особенности биологию. Если в физике она проявилась в распространении идеи дискретности (прерывной, зернистой структуры физических микрочастиц материи), то и в биологии (генетике) мы видим в сущности ту же картину. Но так как объект биологии - жизнь - значительно сложнее, нежели объект микрофизики, то и проникновение сюда идеи дискретности происходило гораздо труднее и медленнее.
Еще в 60-х гг. XIX в. чешский ученый Г. И. Мендель обнаружил чисто эмпирически, что у растений-гибридов различные передаваемые по наследству признаки от родителей распределяются в соотношении 3:1. Это прямо наводило на мысль, что в основе явлений наследственности лежат какие-то еще неизвестные дискретные (кратные образования), подобно тому как в химии открытие закона простых кратных отношений в свое время привело к созданию химической атомистики.
Кстати сказать, в те же годы в веществах клеточного ядра растений были эмпирически обнаружены особые нуклеиновые (от "нуклеус" - ядро) кислоты. Однако их роль в процессах жизнедеятельности не была еще установлена. Это напоминало историю открытия клетки.
Американский ученый Т. X. Морган, открыв хромосомную теорию, сделал попытку проникнуть в сущность явлений наследственности. Однако объяснить, что такое наследственность удалось лишь в середине XX в., когда впервые была установлена истинная роль нуклеиновых кислот в таких важных явлениях, как наследственность, обмен веществ и др. С этого момента мы вправе считать, что новейшая революция в естествознании захватила и область биологии.
Что движет научными революциями