Проблема конечного и бесконечного - Мелюхин С.Т.

Автор: Мелюхин С.Т.
Теги: философия
Год: 1958
Похожие
Проблема смысла
Проблема узнавания
Атомная проблема
Зенон и проблема движения
Текст
                    роблема
' 'Т/КМыюхин

конечного
бесконечного
нвн
(ммти^ат-1^)58



С.Т.Мелюхин
Проблема
конечного
бесконечного
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ПОЛИТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Ли с K.G 4 Q 5 8
Книга молодого ленинградского философа С. Т. хМелю-
хина посвящена мало разработанной философской и естест-
веннонаучной проблеме конечного и бёсконечного. Опираясь
на достижения современной физики и астрономии, автор в-
доходчивой форме раскрывает учение диалектического мате-
риализма о бесконечности материи и ее свойствах, о бес-
предельности пространства и времени. В книге рассказы-
вается о неисчерпаемости материи и ее форм, о диалектической
связи прерывного и непрерывного в таких понятиях совре-
менной физики, как частицы и поля, показана взаимопревра-
щаемость различных форм материи в микромире. В специаль-
ном разделе рассматривается бесконечность материи в прост-
ранстве и времени, вскрывается несостоятельность идеалисти-
ческих точек зрения о конечности мира. Большое внимание
уделено рассмотрению общих закономерностей развития ма-
териального мира, детерминированности и эволюции косми-
ческих форм материи.
Книга рассчитана на широкие слои читателей — пропа-
гандистов, лекторов, преподавателей и студентов, а также
на всех интересующихся философскими вопросами современ-
ного естествознания.
ВВЕДЕНИЕ
В своей повседневной жизни люди заняты бесчисленными
заботами и большей частью не задумываются над общими
законами бытия, а многие имеют о них самое смутное пред-
ставление. Такие проблемы, как бесконечность вселенной,
вечность материи во времени, ее неисчерпаемость в строе-
нии, ассоциируются в сознании большинства людей с чем-то
сугубо отвлеченным и недоступным для обычного понима-
ния. В нашем повседневном опыте все предметы и явления
ограничены в пространстве, имеют свое начало и конец,
так что идея бесконечного чужда нашим конкретным пред-
ставлениям.
Однако научное мировоззрение не ограничивается тем,
что дает обыденный житейский опыт, а поднимает зна-
ние природы на неизмеримо более высокую ступень.
Проблема бесконечного приобретает здесь первостепенное
значение. Неслучайно поэтому данная проблема ставилась в
науке и философии на протяжении всего их развития. Ре-
шения, достигнутые при этом, были столь удивительны и
увлекательны, что постоянно оказывали влияние на общее
мировоззрение. Идея бесконечности мира стала во все
большей степени проникать в сознание образованных лю-
дей. Она накладывает свой отпечаток даже на наше восприя-
тие мира. Стоит человеку выйти из дома в ясную безлунную
ночь, отвлечься от множества забот и обратить свой взор к
темному небу, искрящемуся мириадами звезд, как он про-
никается сознанием возвышенности и беспредельности при-
роды. Возникающее при этом чувство ярко выразил Ломо-
носов:
Открылась бездна, звезд полна;
Звездам числа нет, бездне дна...
1
3
Значительно более яркое ощущение бесконечности мира
возникнет в недалеком будущем у экипажей межпланетных
кораблей. Черная бездонная глубина пространства усыпа-
на множеством звезд, намного более ярких, чем в безлун-
ную ясную ночь, и видимых даже при ослепительном блеске
Солнца. Совершенно бесшумно, без каких-либо сотрясений,
межпланетный корабль пересекает огромные пространства,
перенося в себе существа, сумевшие познать законы при-
роды и благодаря этому покорить ее.
Диалектико-материалистическое решение проблемы бес-
конечного в корне отлично от ее религиозно-идеалистичес-
кого решения. В сознании религиозного человека идея
бесконечного всегда связывалась с богом, как существом
беспредельным и бесконечно могущественным, пронизы-
вающим все в природе и стоящим над ней. К богу религи-
озный человек обращал свои мысли и молитвы, когда он
оказывался один, заброшенным в бескрайних просторах
земли и моря. Все свойства, которые религия могла припи-
сать богу, она приписывала ему с атрибутом бесконечного:
бесконечной мудрости, могущества, справедливости и т. п.
Но тем самым проблема бесконечности не решалась и даже
не ставилась правильно, а объявлялась непознаваемой, по-
скольку заранее принималось, что сущность бога непости-
жима для человеческого разума.
Однако от того, что богословы переносили проблему бе-
сконечного из области рационального исследования в об-
ласть мистического и непознаваемого, человеческое позна-
ние мира не продвинулось вперед ни на шаг. «...Оным ум-
никам,— писал М. В. Ломоносов,— ...легко быть филосо-
фами, выучась наизусть три слова: бог так, сотворил, и
сие дая в ответ вместо всех причин» х.
В противоположность религии и идеализму диалекти-
ческий материализм связывает проблему конечного и бес-
конечного только с самой движущейся материей, как един-
ственной первоосновой, субстанцией мира. Материя бес-
конечна в пространстве и вечна во времени, она несотво-
рима и неуничтожима. Вместе с тем каждый материальный
объект неисчерпаем по своим свойствам. Поэтому понятие
бесконечного применимо не только по отношению к миру
в целом, но и по отношению к каждому материальному объ-
екту. Абсолютно простых тел в природе не существует. Вся-
1 М. В. Ломоносов, Избранные философские произведения, Гос-
политиздат, 1950, стр. 397.
4
кое простое кажется таковым лишь по отношению к чему-
либо другому, что уже изучено и принимается за очевид-
ное. Но если тот же предмет или явление мы возьмем в дру-
гих связях и отношениях, поставим вопрос о физической
сущности его свойств, то эта кажущаяся простота исчез-
нет, и перед нами возникнет загадка, на которую мы не сра-
зу сможем дать ответ.
Познание бесконечного по самой своей сущности никог-
да не может быть завершено. Оно может осуществляться,
по словам Энгельса, только «в виде бесконечного асимпто-
тического прогресса». Сложность и многообразие мира не-
измеримо превосходят человеческое воображение и, оче-
видно, всегда будут превосходить его.
Проблема взаимоотношения между конечным и беско-
нечным представляет особенный интерес в трех ее главных ас-
пектах: применительно к строению материи в масштабе мик-
рокосмоса, применительно к структуре вселенной в целом и,
наконец, в плане вечности существования и развития мате-
рии во времени. Эти три аспекта можно сформулировать
в виде следующих вопросов, с незапамятных времен интере-
совавших науку и философию:
1)	Бесконечна ли материя вглубь, в своем строении,
или же существуют некоторые наипростейшие и первичные
микрочастицы с ограниченным количеством свойств?
2)	Бесконечна ли вселенная в пространстве или же мир
замкнут и понятие бесконечности неприменимо к нему или
применимо с ограничениями?
3)	Бесконечно ли существование и развитие мира во
времени или же в прошлом было некоторое начало вселен-
ной, за которым неизбежно последует гибель всего сущест-
вующего?
Различные ответы на эти вопросы способствовали раз-
делению философов на материалистов и идеалистов, а также
на сторонников метафизического и диалектического способа
мышления.
Диалектический материализм принимает в качестве сво-
его исходного пункта положительный ответ на все три дан-
ных вопроса, то есть признает неисчерпаемость материи
вглубь, бесконечность ее в пространстве и вечность сущест-
вования во времени. Эти положения диалектического ма-
териализма не являются в собственном смысле априорными,
доопытными: они основаны на обобщении всех достижений
науки и техники.
5
Но общим положительным ответом на сформулирован-
ные три вопроса еще не исчерпывается все решение проб-
лемы. Необходимо конкретно показать, что значит неисчер-
паемость материи и бесконечность ее в пространстве и вре-
мени. Неисчерпаемость материи можно понимать в смысле
бесконечного механического дробления материи, а можно
понимать и совершенно иначе; бесконечность вселенной
в пространстве можно связывать с представлением об од-
нородном и равномерном распределении одного и того же
вещества, а можно рассматривать ее и совсем по-другому.
Решение всех этих вопросов уже не может быть достигнуто
чисто философским путем. Для этого необходим прежде все-
го огромный экспериментальный и теоретический материал
естествознания, который в свою очередь нуждается для свое-
го осмысления в правильном философском анализе. Естест-
венно, что решение всех этих необычайно сложных проб-
лем может быть достигнуто лишь в бесконечном пределе,
ибо, как говорится, никто необъятного объять не может.
Каждая новая ступень в развитии науки вносит свой вклад
в общее понимание проблемы бесконечности мира.
Но уже в настоящее время наукой достигнуты такие ре-
зультаты, которые имеют большое значение для определе-
ния правильного подхода к решению этой проблемы. Здесь
необходимо, однако, различать чисто математическое и фи-
зическое понимание бесконечного. С математической точ-
ки зрения всегда можно придумать такую величину, кото-
рая будет больше или меньше всего известного нам. В на-
стоящее время границы научного знания в пространстве
простираются от областей порядка 10"14 см, характеризую-
щих размеры элементарных частиц, до 1027 см — расстоя-
ний, до которых проникают в глубь космоса современные
телескопы. Одна величина больше (или меньше) другой в
1041 раз—число весьма ограниченное, если судить по
величине показателя степени. Мы можем задать множество
чисел, которые будут неизмеримо больше данного числа,
например, десять в миллионной степени, миллиардной и т. д.
Такое нагромождение чисел логически вполне допусти-
мо, однако оно ничего не даст для научного понимания при-
роды. Эти более обширные области мы не можем предста-
вить себе иначе, как только в тех понятиях и образах,
которые мы почерпнули из доступных нам областей мира. И
если рассматривать проблему бесконечного только с мате-
матической точки зрения, то тогда всякая достигнутая сту-
6
пень знания не может рассматриваться даже в качестве воз-
можного намека на решение или правильную постановку
данной проблемы.
Но, кроме математического, имеется еще физическое по-
нимание бесконечного. Под этим понимается такой учет
реального отношения тел друг к Другу, при котором они
физически выступают как величины, бесконечно большие и
бесконечно малые, хотя с математической точки зрения
отношение их свойств можно изобразить конечным числом.
Если, например, мы рассматриваем взаимодействие элект-
рона и Земли, то по отношению к электрону масса Земли
будет бесконечной с физической точки зрения, то есть в пла-
не их реальных взаимодействий, хотя с математической точ-
ки зрения отношение масс будет выражаться конечным чи-
слом:
Л4	6. 102V
Й=94о^7=6’7-1О5‘
м.
С другой стороны, если ~ы будем исследовать взаимодей-
ствие Земли и Метагалакп ки, то в таком взаимодействии
уже сама Земля физическийбудет бесконечно малой величи-
ной, хотя математически отношение масс будет конечным.
Это важное обстоятельств^ уже давно нашло отражение
в ряде понятий физики, .например в понятии «условия
на бесконечности», которое применяется для характе-
ристики физических условий в областях, настолько уда-
ленных от данной системы, ч|о поле в них и действующие силы
можно считать равными нулю. В физике постоянно употреб-
ляется также понятие материальной точки, которое упот-
ребляется в отношении тёл, размерами которых в дан-
ном случае можно пренебречь. В зависимости от типа рас-
сматриваемых связей материальной точкой может быть
атом, Земля, Солнце и т. д. Физическое понимание беско-
нечного не является чистой условностью, оно раскрывает
различные реальные аспекты бесконечности мира. В данной
работе будет рассматриваться главным образом понима-
ние бесконечности мира на основе данных современной фи-
зики и астрономии. Математический аспект категории бес-
конечного здесь не излагается, поскольку он содержится в
любом солидном курсе математического анализа.
Физический анализ проблемы бесконечного дает для
конкретного знания природы значительно больше, чем одно
лишь математическое оперирование этим понятием. В
7
математике бесконечность выступает или как число, большее
любого другого, наперед заданного числа, или же как бес-
конечный, постоянно повторяющийся процесс, однородный
на всех своих этапах. Математика оперирует лишь с поня-
тием количественных изменений, между тем как физика
учитывает не только количественные, но и качественные из-
менения при переходе от одних масштабов к другим. В но-
вых областях прежние методы исследования могут оказать-
ся неприменимыми.
Сказанное, конечно, не следует понимать как умаление
роли и значения математики. Мы хотели лишь подчеркнуть,
что проблему бесконечности мира нельзя решать только в
чисто математическом плане, и более того, такое решение
может приводить к результатам, не соответствующим дейст-
вительности. Физическое освещение бесконечности мира
оказывается значительно более ярким и содержатель-
ным, чем одно математическое оперирование понятием
бесконечного.	к
Вместе с тем следует подчеркнуть, что, познавая беско-
нечность мира с физической т^ чки зрения, мы все более
расширяем границы доступной нам области мира, а тем са-
мым приближаемся к охвату той бесконечности простран-
ства и времени, которую рисует математика. Ф. Энгельс
указывал, что всякое действительное, исчерпывающее поз-
нание заключается в том, что мы в мыслях поднимаем еди-
ничное из единичности в особенность, а из этой последней
во всеобщность; заключается в том, что мы находим и кон-
статируем бесконечное в конечном, вечное — в преходящем.
«Всякое истинное познание природы есть познание вечно-
го, бесконечного, и поэтому оно по существу абсолютно»1.
Мы начнем рассмотрение проблемы бесконечного с крат-
кого обзора ее решений в предшествующей науке и фило-
софии. Это позволит нам подойти к правильному пониманию
трактовки данной проблемы в современной науке.
«...Знакомство с ходом исторического развития человече-
ского мышления,— говорил Ф. Энгельс,— с выступавшими
в различные времена воззрениями на всеобщие связи внеш-
него мира необходимо для теоретического естествознания
и потому, что оно дает масштаб для оценки выдвигаемых им
самим теорий»1 2.
1 Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат, 1955, стр. 186.
2 Там же, стр. 22—23.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ПРОБЛЕМА КОНЕЧНОГО И БЕСКОНЕЧНОГО
В СТРОЕНИИ И СВОЙСТВАХ МАТЕРИИ
Гл а в а I
ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ
ДИАЛЕКТИКО-МАТЕРИАЛИСТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
О СТРОЕНИИ И СВОЙСТВАХ МАТЕРИИ
§ 1. Теория бесконечной делимости материи
и атомистика
В ту отдаленную эпоху, когда люди впервые подошли к
сознательному изучению природы, они пришли к выводу, что
в основе всего бесчисленного многообразия тел лежит не-
которая единая субстанция, различные сочетания которой
обусловливают все богатство красок и форм окружающего
мира. Фалес Милетский (VII—VI в. до н. э.) принимает в
качестве такой субстанции воду, Анаксимен (VI в. до н. э.)—
воздух, Гераклит (VI—V в. до н. э.)— огонь. Каждый из этих
философов связывает с понятием материи одну какую-либо
конкретную чувственную ее форму. Лишь в философии
Анаксимандра — ученика Фалеса — впервые в качестве
субстанции мира принимается не одна какая-либо вещест-
венная среда, а некоторая неопределенная и беспредельная
материя — апейрон. Если различные части этой субстан-
ции переходят друг в друга, то в целом она не может пе-
рейти ни во что другое.
Но для познания материальной основы вещей не столь
важно было выделить одну какую-либо субстанцию и дать
ей общее название, сколь выяснитё конкретно, как устрое-
на эта субстанция. В объяснении строения материи открыва-
лись два пути: или необходимо было признать, что материя
имеет однородное и непрерывное строение,— и тогда каж-
дая ее часть, как бы мала она ни была, должна обладать
9
теми же свойствами, что и большая по размерам, — или же
признать, что материя расчленена на множество образова-
ний, каждое из которых обладает иными свойствами, чем
обычные тела. Обе эти концепции получили конкретное офор-
мление и развитие в различных философских учениях. По
сравнению с первой вторая концепция представляла боль-
ший простор для творческого воображения, и вместе с тем
она соответствовала множеству наблюдаемых фактов. Ес-
ли теория сплошности и однородности материи требовала
признания постоянного повторения одних и тех же качеств,
как бы далеко мы ни углублялись в строение материи, то
вторая концепция признавала многообразность мира и от-
крывала пути для объяснения возникновения различных
качеств в результате сочетаний первичных элементов мате-
рии.
В своем историческом развитии вторая концепция выли-
лась в атомистическую теорИ”? материи. Человеческому
познанию свойственно стремление расчленять природу на
ее составные элементы и искать некоторые первичные эле-
ментарные сущности, различными сочетаниями которых
можно было бы объяснить все многообразие вещей в при-
роде. Поэтому атомистическая теория материи необходимо
возникла в развитии философии. Сейчас трудно сказать,
где она была впервые выдвинута. Во всяком случае уже в
философии древнего Китая, а также древней Индии — в
учениях джайнистов, вайшешика и ньяя мы находим тео-
рию строения материи из бесчисленных мельчайших частиц,
которые греки назвали атомами.
Древнеиндийский философ Канада говорил, что атомы
основных субстанций — огня, воды, воздуха и земли —
несотворимы и неразрушимы. Они непротяженны и лишь
в различных соединениях друг с другом образуют протя-
женные тела.
В древнегреческой философии теория бесконечной делш
мости материи и атомистика возникают в V в. до н.э. Впервые
эта теория была отчетливо сформулирована в учении
Анаксагора (около 500—428 гг. до н. э.), который считал,
что в основе материи лежат первичные бесконечно малые
частицы, или «семена вещей». Всякое изменение есть ре-
зультат различных сочетаний этих частиц, каждая из кото-
рых обладает теми же качествами, что и вся вещь. Каче-
ства тел не могут возникать, они существуют извечно и в
одном и том же виде — от небесных тел вплоть до бесконе-
10
чно малых частиц. Как бы ничтожна ни была частица по
своим размерам, она все же заключает в себе целый мир.
В каждой из них, говорил Анаксагор, «есть города, насе-
ленные людьми, обработанные поля, и светят солнце, луна
и другие звезды, как у нас» \
Иных взглядов на строение материи придерживался
Левкипп (500—440 гг. до н. э.) и Демокрит (ок. 460—
370 гг. до н. э.) —знаменитые основоположники древнегре-
ческого атомизма. В отличие от Анаксагора они считали,
что материя делима лишь до известного предела, причем
последние частицы— атомы обладают иными свойствами, чем
большие тела. Они непроницаемы, абсолютно плотны и
различаются между собой лишь формой. В бесконечном
пространстве существует бесчисленное множество миров,
которые образуются из неизмеримо большего количества
атомов. Демокрит высказывает догадку о том, что Млечный
Путь состоит из огромного количества звезд, настолько
удаленных от нас, что их свет сливается в слабое сплошное
сияние. По аналогии с этим он говорит, что и другие
сущности, которые кажутся нам непрерывными, на самом
деле состоят из множества дискретных тел. Морской песок
кажется нам издали сплошной массой, но в действитель-
ности он образован из огромного числа песчинок. И со-
вершенно естественно предположить, что и вода в море
может быть составлена из частиц, еще более мелких.
Из атомов составлены не только твердые и жидкие
тела, но и воздух. Если в темную комнату пропустить че-
рез окно или дверь солнечный луч, то можно будет видеть
множество мельчайших пылинок, которые до этого были не-
заметны. Так и сам воздух состоит из множества атомов,
которые неразличимы только из-за их малости. Но несмот-
ря на свои ничтожно малые размеры, атомы не геометриче-
ские точки, а протяженные тела.
Атомы вечно носятся в пустом пространстве, и в резуль-
тате их столкновений образуются все тела. Пустота являет-
ся необходимым условием движения, ибо, по мнению ато-
мистов, движение было бы невозможно, если бы материя
сплошь заполняла все пространство.
Атомистика античных мыслителей была глубоко обосно-
ванной концепцией, и ее неправильно считать случайной
1 Цит. по книге С. Я. Лурье «Очерки по истории античной науки»,
АН СССР, 1947, стр. 190.
11
удачной догадкой. Демокрит, а также его последователи
Эпикур (III в. до н. э.) и Лукреций Кар (I в. до н. э.) дока-
зывали реальность атомов не только путем чисто умозри-
тельных рассуждений по аналогии, но также путем глубо-
ких и тонких наблюдений. В своей знаменитой поэме «О
природе вещей» Лукреций приводит ряд ярких примеров,
в которых он видит доказательство реальности атомов.
Допустим, прошла гроза и на земле образовались лужи
воды. Они скоро испаряются, и это испарение можно объ-
яснить лишь в том случае, если предположить, что из воды
последовательно вылетают атомы, которые распределяются
между атомами воздуха. Точно так же распространение
запаха какого-либо пахучего вещества можно объяснить
предположением, что атомы этого вещества распределились
между атомами воздуха и теперь воздействуют на наши ор-
ганы чувств. Античные атомисты доказывали реальность
атомов еще на основе анализа явлений диффузии, растворе-
ния веществ и передачи тепла. Что же касается вопроса о
строении атомов, то он не имел для них никакого смысла,
так как приводил к предположению о существовании еще
меньших атомов («неделимых»), что не продвигало вперед
ни на шаг или же возвращало в рамки теории непрерывно-
сти и бесконечной делимости материи, против которой и
была выдвинута атомистика. Лукреций писал по этому по-
воду:
Если не будет, затем, ничего наименьшего, будет
Из бесконечных частей состоять и мельчайшее тело:
У половины всегда найдется своя половина,
И для деленья нигде не окажется вовсе предела.
Чем отличишь ты тогда наименьшую вещь от вселенной?
Ровно, поверь мне, ничем. Потому что, хотя никакого
Нет у вселенной конца, но ведь даже мельчайшие вещи
Из бесконечных частей состоять одинаково будут.
Здравый, однако же, смысл отрицает, что этому верить
Может наш ум, и тебе остается признать неизбежно
Существованье того, что совсем неделимо, являясь
По существу наименьшим. А если оно существует,
Должно признать, что тела изначальные плотны и вечны Ч
Однако постулирование атомистами нижнего предела
делимости материи далеко не всем философам казалось убе-
дительным. Уже в древнегреческой философии против ато-
мистики были выдвинуты серьезные логические возражения,
которые шли главным образом от представителей элейской
1 Лукреций, О природе вещей, АН СССР, 1946, стр. 41—43.
12
школы (V в. до н. э.). Эти возражения основывались на при-
знании непрерывности материи. Элеаты исходили из того,
что любое тело, как бы мало оно ни было, в принципе воз-
можно разделить на части, и, таким образом, из самой ло-
гики рассуждений следует потенциальная возможность бес-
конечной делимости материи.
Из всех элеатов наиболее яркой фигурой является Зе-
нон (ок. 490—430 гг.) — ученик и преемник Парменида.
Зенон поставил своей задачей развитие идеалистического
учения Парменида о неизменности единого и вечного бы-
тия. Но для нас в данном случае важно обратить внимание
не столько на общие цели Зенона, сколько на логическую
структуру его методов доказательства, которые в новом
свете поставили перед последующей наукой некоторые ас-
пекты проблемы конечного и бесконечного.
В своих рассуждениях Зенон исходил из двух основных
посылок, которые принимались как самоочевидные в ан-
тичной философии: 1) Сумма бесконечно большого числа
конечных и протяженных величин, как бы малы они ни
были, является бесконечно большой величиной. 2) Сумма
любого, сколь угодно большого числа непротяженных ве-
личин равна нулю. «Если отдельная вещь не имеет вели-
чины,— говорил Зенон,— то ее и не существует»1.
Из этих посылок следовало, что если в конце бесконеч-
ного деления материи имеются непротяженные частицы,
которые дальше уже невозможно делить, то из них ни в
коем случае не могут образоваться протяженные тела.
Сумма нулей, как бы велико ни было их количество, всегда
будет равна нулю. Следовательно, обычные тела, сложен-
ные из непротяженных частиц, не обладали бы пространст-
венным существованием, что противоречит действительно-
сти. С другой стороны, если считать, что в конце бесконеч-
ного деления находятся протяженные частицы,— причем
этих частиц должно быть бесконечно много, поскольку де-
лимость материи принимается неограниченной,— то тогда,
согласно первому положению, объем тела, составленного из
таких частиц, должен быть бесконечно большим. Но в та-
ком случае во всей вселенной могло бы существовать только
одно тело и не хватило бы места даже для двух.
1 Цит. по книге С. Я. Лурье «Очерки по истории античной науки»,
стр. 62—63.
13
Зенон применяет подобный же метод доказательства в
своих известных апориях. Разбирая пример с Ахиллом, до-
гоняющим черепаху, Зенон утверждает, что, прежде чем
Ахилл пробежит половину расстояния, отделяющего его
от черепахи, та уйдет на некоторое расстояние вперед. Пока
он пробежит оставшуюся половину, черепаха уйдет еще
дальше и т. д. При бесконечном делении остающегося пути
пополам мы получаем бесконечное число конечных отрез-
ков, сумма которых, согласно первой из указанных посы-
лок, бесконечно велика. Следовательно, Ахилл никогда не
догонит черепаху.
В апории с движущейся стрелой Зенон пытается вскрыть
противоречие в понимании движения. Если считать, что
движение есть такой процесс, при котором движущееся
тело находится сначала в одной точке, потом в другой, по-
том в третьей и т. д., то тогда следует признать его суммой
последовательных нахождений тела в различных точках,
то есть суммой моментов покоя. Но из моментов покоя ни-
когда нельзя получить движения, ибо сумма нулей, как бы
велика она ни была, всегда даст нам нуль. Следовательно,
движение будет невозможным.
С другой стороны, если считать, что движение не есть
последовательное нахождение тела в одной точке, другой,
третьей и т. д., то в таком случае никакое тело не могло бы
достичь другого в своем движении, ибо оно прежде должно
пройти часть разделяющего их расстояния. Более того, в
этом случае тело вообще не могло бы сдвинуться с места,
и, следовательно, мы снова приходим к выводу, что дви-
жение невозможно.
Разумеется, было бы наивно думать, что Зенон на ос-
нове подобных рассуждений всерьез верил в то, что в при-
роде не существует никакого движения. Как всякий здра-
вомыслящий человек, он ясно понимал, что движение лю-
дей,’ животных, различных тел в пространстве является
вполне реальным процессом. Важно было понять движение
логически, непротиворечиво. «...Вопрос не о том, есть-ли дви-
жение,— замечал В. И. Ленин, — а о том, как его выразить
в логике понятий» Ч
Заслуга Зенона состоит в том, что он впервые указал на
противоречие в понимании взаимоотношения между конеч-
ным и бесконечны-л применительно к анализу движения и
1 В. И Ленин, Философские тетради, Госполитиздат, 1947, стр. 240.
14
строения материи. Оценивая значение рассуждений Зенона
и его последователей для раскрытия противоречий в сущ-
ности природы, Гегель писал в «Науке логики»: «Они
делают величайшую честь разуму их изобретателей» и поэто-
му «достойны более основательного рассмотрения, чем
обычное заявление, что это только софизмы; каковое ут-
верждение держится за эмпирическое восприятие, по при-
меру столь ясного для здравого человеческого рассудка
прецедента Диогена, который, когда какой-то диалектик
вскрывал перед ним противоречие, содержащееся в движе-
нии, не счел нужным напрягать далее свой разум, а немым
хождением взад и вперед указал на чувственную очевид-
ность; такое утверждение и опровержение, разумеется,
легче выдвинуть, чем углубиться в мысль, внимательно
вдуматься в те затруднения, к которым приводит мысль, и
притом мысль, не притянутая откуда-нибудь издалека, а
формирующаяся в самом обыденном сознании, и затем раз-
решить эти затруднения с помощью самой же мысли» Ч
В рамках метафизического метода мышления эти проти-
воречия неразрешимы и представляются доказательством
мнимого бессилия человеческого разума, его неспособно-
сти проникнуть в сущность явлений. Эти противоречия
впервые последовательно разрешены лишь диалектико-
материалистической философией.
В случае апории с летящей стрелой затруднение элеа-
тов проистекало от того, что они абсолютировали дискрет-
ность пространства и времени, упустив из виду их непре-
рывность. Действительно, если рассматривать движение
как последовательное нахождение тела сначала в одной
точке, потом в другой, третьей и т. д., то есть считать дви-
жение суммой моментов покоя, то движение как таковое ис-
чезнет, останется один лишь покой. Но такое рассмотрение
неверно, ибо, как отмечал В. И. Ленин, «(1) оно описывает
результат движения, а не само движение; (2) оно не пока-
зывает, не содержит в себе возможности движения; (3) оно
изображает движение, как сумму, связь состояний покоя,
т. е. (диалектическое) противоречие им не устранено, а лишь
прикрыто, отодвинуто, заслонено, занавешено» 1 2.
Между тем движение возможно и реально происходит
именно благодаря тому, что движущееся тело в каждый
1 Гегель, Соч., т. V, Соцэкгиз, 1937, стр. 214—215.
2 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 242.
15
данный момент времени находится в некоторой точке про-
странства и не находится в ней. Постоянное возникновение
и разрешение этого противоречия и означает самый процесс
движения. Следовательно, пространство и время не есть со-
вокупность бесчисленного множества точек и моментов.
Они обладают вместе с тем и непрерывностью, благодаря
чему и возможно движение. Прерывное и непрерывное на-
ходятся в органическом единстве, и это единство осущест-
вляется в движении. В. И. Ленин писал: «Движение есть
сущность времени и пространства. Два основных понятия
выражают эту сущность: (бесконечная) непрерывность...
и «пунктуальность» (=отрицание непрерывности, прерыв-
ность). Движение есть единство непрерывности (време-
ни и пространства) и прерывности (времени и пространства).
Движение есть противоречие, есть единство противоречий»1.
Эти диалектико-материалистические положения служат
основой для разрешения апории Зенона об Ахилле и чере-
пахе. В этом рассуждении Зенон в неявной форме исходит
из того, что сумма всякого бесконечного ряда со все умень-
шающимися по величине членами является бесконечной ве-
личиной, а бесконечное расстояние не может быть пройдено
за конечный отрезок времени. Однако в действительности
далеко не у всякого ряда сумма является бесконечной ве-
личиной, а в данном случае она заведомо конечна, что дано
уже в самих условиях задачи. Еще Аристотель при раз-
боре этой апории указал, что Ахилл несомненно догонит че-
репаху, если будет учтено реальное соотношение скоро-
стей движения за данный отрезок времени.
Несколько более сложным путем решается парадокс о
делимости материи. Доводы Зенона здесь логически вполне
соответствуют заранее принятым посылкам. Действительно,
если предполагать, что в конце бесконечного деления мате-
рии находятся протяженные частицы, то их сумма должна
быть бесконечно большой величиной; если же непротяжен-
ные, то из них никак не могли бы образоваться протяжен-
ные тела. Значительно хуже обстоит дело с обоснованием
самих посылок. Бесконечная делимость понимается здесь
как завершенный процесс, в конце которого находится или
конечная величина, или нуль. Между тем бесконечная де-
лимость потому и является бесконечной, что она не может
быть завершена. Если бы бесконечная разделенность мате-
1 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 241.
16
рии была возможной, она не была бы бесконечной. Это глу-
боко подметил Аристотель, который говорил, что простран-
ство и время делимы до бесконечности только в возмож-
ности, но не в действительности. Реально же
всякой разделенности и прерывности противостоят единство
и непрерывная связь всех видов материи и ее движения.
Гегель замечал в связи с этим, что уже «сама делимость есть
лишь возможность, а не существование частей...» Обык-
новенный рассудок «заблуждается, принимая за нечто истин-
ное и действительное такие сочиненные мыслью вещи, такие
абстракции, как бесконечное множество частей...» 1
С точки зрения математического анализа парадокс Зе-
нона устраняется довольно просто. Бесконечно малая ве-
личина — это не есть нечто законченное и равное нулю, а
переменная величина, которая стремится к нулю как к свое-
му пределу, никогда не достигая его. Поэтому бесконечная
сумма этих величин не равна ни нулю, ни бесконечности, а
является конечной величиной, хотя она может иметь ка-
кое угодно значение. Введение переменных бесконечно ма-
лых величин разрешает все, казалось бы непреодолимые,
противоречия, возникающие при метафизическом понима-
нии материи как бесконечно разделенной сущности.
Но в античной философии дифференциальное и интеграль-
ное исчисление еще не было известно, и поэтому такие аргу-
менты не могли быть высказаны. Тем более интересными
представляются в настоящее время те возражения, которые
были выдвинуты против парадоксов элеатов со стороны
Демокрита в его попытках непротиворечиво обосновать
атомистическую теорию.
Демокрит, как и элеаты, столкнулся с двумя противоре-
чиями в понимании строения материи: если считать, что в
конце неограниченного деления материи стоят непротяжен-
ные частицы, то и любое тело, составленное из них, будет
также непротяженным; если же последние частицы считать
протяженными, то бесконечно большая сумма их (неизбеж-
ная при неограниченном дроблении) давала бы тело беско-
нечно больших размеров, что противоречит опыту. Демо-
крит ясно сознавал неверность обоих этих выводов. Непро-
тяженность конечных частиц он сразу же отвергал,
считая, что из них не может образоваться протяженная ве-
личина. Конечные частицы несомненно должны быть про- 1 2
1 Гегель, Соч., т. V, стр. 215, 216.
2 С. Т. Мелюхин	17
тяженными. Чтобы обосновать это положение, Демокрит
выдвигает идею физической неделимости. Согласно этой
идее, деление всякого тела реально осуществимо только в
том случае, если между составными частями тела можно
вбить нечто вроде клина и тем самым разъединить его. Но
по мере осуществления такой операции мы в конечном счете
дойдем до таких частиц, которые будут абсолютно непро-
ницаемы и плотны и в отношении которых уже не существует
такого клина, чтобы разъединить их. Всякий клин будет
иметь размеры не меньшие, чем данная частица. Такие ча-
стицы будут физически неразложимы ни на какие части и
называются «атомами»— «неделимыми».
Однако физическая неделимость атомов еще не означает,
что они неделимы также и геометрически, то есть что нельзя
мысленно выделить в атомах ряд плоскостей, .по которым
возможно было бы дальнейшее дробление частицы. Демо-
крит пытается решить эту проблему следующим образом.
Деление всякой частицы возможно на основе того, что мы
можем ее правую часть отделить от левой, верхнюю — от
нижней, переднюю — от задней. Но вполне допустимо
представить себе такую частицу, которая уже не имеет по-
добных сторон или к которой понятие стороны неприме-
нимо. Эта частица будет протяженной, но ее нельзя будет
разделить на еще более мелкие частицы, поскольку тако-
вых не существует. Подобные частицы можно назвать мате-
матическими атомами. Они значительно меньше физиче-
ских атомов и находятся внутри них. Математический атом
хотя и имеет конечные размеры, но не обладает никакой
формой, ибо наличие формы уже предполагает возможность
дальнейшего подразделения на еще более мелкие сущности.
Этих математических атомов в теле должно быть необычайно
много, но не бесконечно много, так что сумма их не обра-
зует бесконечно большого тела, а является конечной вели-
чиной. В силу протяженности этих частиц тело, составлен-
ное из них, также будет протяженной величиной. Таким
образом, противоречия как будто устраняются.
Демокрит применяет идею математических атомов к
объяснению свойств геометрических фигур и линий. Ли-
нию он рассматривает как результат сложения множества
атомов, поверхность — как сумму множества приложенных
друг к другу линий, а объем — как сумму очень большого
количества плоскостей — слоев атомов. Исходя из этих пред-
ставлений, Демокрит правильно вычисляет объем ряда
18
геометрических фигур, в частности конуса. Подобный ме-
тод вычисления площадей и объемов явился прообразом
интегрального исчисления.
Однако, несмотря на все остроумие идеи математических
атомов и ее практическую плодотворность, она все же со-
держала в себе скрытое противоречие, связанное с абсолю-
тизацией прерывности материи. Если математические атомы
не обладают сторонами и понятие стороны к ним непри-
менимо, то непонятно, как они прикладываются друг к
другу и образуют линии, плоскости и объемы. Далее, в
перечислении свойств математических атомов указывает-
ся, что они не должны обладать никакой формой, ибо
наличие формы предполагает возможность дальнейшего
дробления. В то же время допускается, что атомы протя-
женны. Эти положения противоречат друг другу, поскольку
не может быть содержания, которое не обладало бы ника-
кой формой, и, кроме того, сама пространственная про-
тяженность уже предполагает наличие у атомов некото-
рой пространственной формы, без которой она невозможна.
Далее, считая линии, площади и объемы составленными
из атомов, Демокрит неявно предполагал, что отношение
одного отрезка (или площади) к другому равносильно от-
ношению количеств атомов в них, то есть является соиз-
меримой величиной и может быть выражено конечной дро-
бью (рациональным числом). Однако это предположение
противоречило выводу о несоизмеримости диагонали квад-
рата с его стороной, вытекавшему из теоремы Пифагора.
Согласно этой теореме, квадрат гипотенузы прямоуголь-
ного треугольника является суммой квадратов его сторон.
Если, например, предположить, что треугольник является
половиной квадрата, стороны которого условно равны еди-
нице, то сумма квадратов этих сторон и, следовательно, квад-
рат гипотенузы будет равен двум. В таком случае длина
гипотенузы равна у2. Но это число, как было доказано,
нельзя выразить никакой конечной дробью, это число яв-
ляется иррациональным.
Но коль скоро диагональ и сторона квадрата несоизме-
римы, то отношение их не может быть отношением целых ко-
личеств математических атомов. Необходимо признать,
что должны существовать еще меньшие отрезки геометри-
ческих длин, чем атомы, то есть признать не только прерыв-
ность, но и непрерывность пространства и материи. А это
уже противоречит исходным принципам атомизма. Демо-
2*
19
крит пытался устранить это затруднение, предполагая, что
геометрические аксиомы неточны и приводят к результа-
там с погрешностью в одно неделимое. Однако это предпо-
ложение неубедительно, поскольку в аксиоме о несоизмери-
мых отрезках речь идет не о реальном процессе измерения,
который всегда имеет ограниченную точность, а о принци-
пиальной соизмеримости конкретных отрезков.
Против положения о существовании абсолютно недели-
мах величин серьезный аргумент был выдвинут также Зе-
ноном, который говорил: «Пусть неделимое и не имеющее
частей... тело Д движется из А в Г по пути, состоящему из
участков АВ и ВГ, каждый из которых представляет со-
бой одну неделимую частицу. Неизбежно раньше или позже
должен во время этого пути наступить момент, когда тело
окажется находящимся одной частью на АВ, другой на
ВГ. Таким образом, тело Д разделится на две части (одна
лежит на АВ, другая — на ВГ), и, следовательно, оно не
может быть «не имеющим частей»»1.
Для того, чтобы преодолеть это возражение, античным
атомистам не оставалось ничего иного, как распространить
идею атомизма также на движение, то есть допустить, что
движение является не непрерывным процессом, а слагается
из огромного количества дискретных положений тела в про-
странстве, наподобие того как непрерывность действия на
экране кино обусловлена быстрым наложением друг на дру-
га на сетчатке глаза большого количества дискретных ки-
нокадров. Согласно атомистам, движущееся тело последо-
вательно находится сначала в одной точке, потом в другой
и т. д. Следовательно, не только пространство, но и время
обладает дискретной, атомистической структурой. Если
пространство выступает как совокупность неделимых мате-
матических атомов, то время — как множество неделимых
моментов. Движение — это последовательность скачков
математических атомов в пространстве и времени, причем
между каждыми двумя неделимыми моментами времени нет,
как нет пространства в промежутках между математиче-
скими атомами.
Но эта концепция также приводит к противоречиям.
Еще Аристотель отмечал, что здесь самого процесса движе-
ния нет, а есть только результат движения. Сейчас неизве-
1 Цит. по книге С. Я. Лурье «Очерки по истории античной науки»,
стр. 180.
20
стно полностью, какие аргументы были выдвинуты антич-
ными философами в противовес приведенному положению,
однако противоречивость его с современной точки зрения
очевидна. Во-первых, понимание движения как суммы по-
следовательных моментов покоя не приводит к движению,
поскольку сумма нулей не даст конечной величины. Во-вто-
рых, если допускать атомистическую структуру пространст-
ва и времени, то необходимо признать, что движущееся
тело в каждый данный момент времени находится в этой
точке пространства, тогда как в следующий неделимый мо-
мент — уже в совершенно другой, причем перемещение на
конечное расстояние произошло мгновенно, поскольку вре-
мя не существует между двумя неделимыми моментами. Но
это значит, что скорость перемещения тела была бесконечно
большой, и, поскольку каждая частица имеет конечную мас-
су (древние признавали вес у атомов), тело для своего пере-
мещения должно было получить бесконечное ускорение.
В таком случае на частицу должна была действовать не-
известно откуда взявшаяся бесконечно большая сила, и
эта сила должна быть скомпенсирована другой, равной ей
по величине, но противоположной силой, необходимой для
последующей остановки частицы.
Идеи античных философов оказали большое влияние на
последующий подход к решению проблемы конечного и
бесконечного. «...В многообразных формах греческой фило-
софии,— писал Ф. Энгельс,— уже имеются в зародыше,
в процессе возникновения, почти все позднейшие типы
мировоззрений. Поэтому и теоретическое естествознание,
если оно хочет проследить историю возникновения и разви-
тия своих теперешних общих положений, вынуждено воз-
вращаться к грекам» х.
Проблемы, поставленные сторонниками атомистики и
теории бесконечной делимости материи, как и противоре-
чия, возникавшие в связи с этим, получили некоторое раз-
решение только в настоящее время. В дальнейшем мы по-
дробно остановимся на этом решении. Сейчас же заметим, что
в плане конкретного подхода к объяснению природы атоми-
стика исторически всегда имела много преимуществ перед
теорией бесконечной делимости материи, хотя она и не мог-
ла опровергнуть эту теорию. Преимущества эти сказыва-
лись прежде всего в объяснении тепловых явлений, хими-
1 Ф, Энгельс, Диалектика природы, стр. 25.
21
ческих реакций, процессов диффузии, испарения и многих
других явлений, которым теория бесконечной делимости
не давала столь четкого и наглядного объяснения. Не слу-
чайно поэтому большинство естествоиспытателей всегда
стояло на точке зрения атомистической гипотезы, и эта ги-
потеза принималась многими материалистами в качестве
основы своего понимания природы.
§ 2. Идеи нового времени
После разложения рабовладельческого общества и ги-
бели античной цивилизации разработка теоретических проб-
лем строения материи на долгое время прекратилась.
Над умами людей феодального общества господствовала
церковь, признававшая высшим критерием истины тексты
«священного» писания, а также труды Аристотеля, в кото-
рых схоластика вытравила все живое и материалистическое,
оставив лишь то, что соответствовало духу религии.
Аристотель отвергал атомистическую концепцию ма-
терии и считал первичными сущностями четыре элемента—
воду, воздух, огонь и землю. Их комбинации образуют все
тела в мире. Кроме того, Аристотель допускал некоторую
нематериальную сущность — эфир, из которого состоят
различные небесные тела и сверхъестественные существа,
управляющие природой. Земной и неземной миры принци-
пиально отличны друг от друга.
Эти воззрения на материю господствовали вплоть до
начала XVII в. Лишь с развитием науки, опирающейся на
эксперимент, происходит возрождение атомистической тео-
рии. Благодаря трудам Гассенди, Бойля, Галилея, Ньюто-
на, Ломоносова и других выдающихся ученых атомистиче-
ская теория извлекается из архивов древности и получает
широкое применение в физике и химии. Важнейшей поло-
жительной чертой атомистики, привлекавшей к ней есте-
ствоиспытателей, было то, что она непротиворечиво и точно
объясняла тепловые и химические явления, между тем как
теория непрерывного строения материи приводила к вы-
воду о существовании «невесомых флюидов» (жидкостей)—•
электрического, светоносного, теплового, признание су-
ществования которых шло вразрез с материалистическими
тенденциями.
Однако, несмотря на значительную практическую цен-
ность атомистической теории, она все же не была свободна
22
от внутренних противоречий. Эти противоречия были свя-
заны все с той же проблемой прерывности и непрерывности,
которая на этот раз осложнялась дополнительными трудно-
стями, возникшими в связи с объяснением характера взаи-
модействий между атомами. В античной атомистике прини-
малось, что атомы взаимодействуют только путем непосред-
ственного контакта, который осуществляется или благодаря
столкновениям атомов в пустом пространстве, или же благо-
даря механическому сцеплению через «крючочки» и «высту-
пы», которыми, как полагали древние, снабжены атомы.
Такой взгляд неизбежно вытекал из исходного положения
атомистов о том, что в природе существуют лишь атомы и
пустота. Но этот взгляд приводил к непреодолимым проти-
воречиям.
Если считать, что взаимодействия между атомами про-
исходят только путем непосредственного контакта, то для
объяснения факта взаимосвязи предметов придется предпо-
ложить, что материя имеет сплошное и непрерывное строе-
ние, ибо только в этом случае все тела будут находиться в
непосредственном контакте. С точки зрения атомистики
это недопустимо, поскольку атомистика была выдвинута
именно против различных теорий сплошности и непрерыв-
ности материи. С другой стороны, если считать, что атомы
в телах разделены пустотой, и в то же время отрицать воз-
можность взаимодействия и связи атомов помимо механи-
ческого контакта, то в таком случае невозможно объяс-
нить, почему же тела существуют в устойчивом виде и не
распадаются на части. Ведь пустота не может быть связую-
щим элементом.
Чтобы выйти из этого затруднения, необходимо было
признать, что взаимодействие между атомами может осу-
ществляться не только путем непосредственного контакта,
но и через посредство некоторых сил, действующих на рас-
стоянии. Это и было сделано в XVII—XVIII вв., когда
физика выдвинула и обосновала представление об элект-
рических, магнитных и гравитационных силах. В механике
и учении об электричестве были сформулированы весьма
точные законы гравитационных (Ньютон), электростатиче-
ских и магнитных (Кулон) взаимодействий.
Объяснение связи атомов на основе учета электрических
и гравитационных сил было огромным шагом вперед в раз-
витии атомистической теории. Однако здесь сразу же встал
вопрос о том, каким образом передаются силы от одних тел к
23
другим. На этот вопрос можно было дать лишь два ответа:
или признать, что межатомные силы действуют через пу-
стоту, или же вообще отвергнуть идею пустого простран-
ства и признать, что перенос межатомных сил осущест-
вляется через некоторую промежуточную мировую среду,
сплошь заполняющую все пространство. В связи с этим воз-
никли две теории: теория дальнодействия, «действия на
расстоянии» через пустоту, и теория близкодействия, со-
гласно которой силы распространяются через промежуточ-
ную материальную среду — мировой эфир.
Обе эти теории, хотя и представляли некоторый про-
гресс по сравнению со взглядами античных материалистов,
все же страдали существенной ограниченностью. Теория
дальнодействия, неявно исходившая из признания беско-
нечно большой скорости распространения сил от одних тел
к другим, основывалась на метафизическом противопостав-
лении атомов и некоторой абсолютной пустоты, через кото-
рую действуют силы. Электрические, магнитные и гравита-
ционные силы, согласно этой теории, мгновенно переноси-
лись через пустое пространство, определяя свою конечную
цель благодаря некоторому божественному провиде-
нию. Для многих ученых-материалистов казалось более
естественным положение о том, что взаимодействия перено-
сятся через промежуточную среду — эфир, где они пере-
даются от точки к точке. Вследствие этого в XVII—XVIII вв.
получает значительное распространение теория эфира,
в развитии которой особенно большую роль сыграл Декарт.
Представления об эфире с исторической точки зрения
были крупным шагом вперед, так как гипотеза эфира устра-
няла метафизическое представление о пустом пространстве
и дальнодействии. Сопоставляя дискретным атомам непре-
рывный эфир, эта теория впервые попыталась решить про-
блему единства прерывности и непрерывности материи. Но
все же и она заключала в себе натяжки и внутренние про-
тиворечия. Чтобы согласовать ее с данными физики и аст-
рономии, необходимо было приписать эфиру ряд совер-
шенно необычных свойств. Эфир необходимо было считать
невесомой и идеально жидкой средой, не оказывающей ни-
какого сопротивления движущимся сквозь нее телам.
Эфир должен быть также совершенно непрерывным, так
как признание прерывного строения эфира вновь ставило
бы вопрос о силах, действующих между его составными
частицами, и, таким образом, вся проблема взаимодейст-
24
вия между мельчайшими частицами материи вновь вставала
бы в своей прежней форме. Гипотеза эфира неявно вводила
в физику представление об абсолютно покоящейся систе-
ме отсчета, относительно которой движутся все тела. Боль-
шим ее недостатком было также то, что она давала лишь
весьма общие и качественные представления о характере
электрических и гравитационных сил, между тем как тео-
рия дальнодействия, основывавшаяся на ньютоновском
учении о всемирном тяготении, приводила к точным количе-
ственным результатам. Это обстоятельство привлекало мно-
гих ученых на сторону теории дальнодействия, хотя сам
Ньютон считал основные положения этой теории непонят-
ными и противоестественными. Обе теории продолжали со-
перничать в объяснении взаимодействия тел вплоть до кон-
ца XIX в.
В понимании проблемы конечного и бесконечного при-
менительно к строению материи физика XVIII—XIX вв.
приводила к следующим результатам. Хотя виднейшие
представители атомизма и основывались на предположе-
нии о существовании дискретных частиц материи, они не
упорствовали в защите тезиса об их абсолютной неделимо-
сти. Более того, некоторые из них, как например Декарт
и Ньютон, опускали возможность дальнейшего подразделе-
ния атомов на еще более мелкие частицы, то есть допускали
определенную непрерывность в строении материи. Атомы,
согласно взглядам Ньютона, неделимы лишь относительно,
для химических сил. Если же на них воздействовать значи-
тельно большими силами, то они в принципе могут быть раз-
делены на еще более мелкие частицы. Последние в свою оче-
редь являются сложными и т. д. По мере перехода с одной
ступени структурного строения материи на другую, более
глубокую, уменьшается объем пространства, занимаемый
частицами. «Представим себе,— писал Ньютон в «Оптике»,—
что частицы тел расположены так, что промежутки или пу-
стые пространства между ними равны им всем по величине,
что частицы могут быть составлены из других частиц, бо-
лее мелких, пустое пространство между коими равно вели-
чине всех этих меньших частиц, и что подобным же образом
эти более мелкие частицы снова составлены из еще более
мелких, которые все вместе по величине равны всем порам
или пустым пространствам между ними... Если есть пять
таких степеней, в теле будет в 31 раз более пор, чем твердых
частей. При шести степенях в теле будет в 63 раза больше
25
пор, чем твердых частей, и так далее до бесконечности» Ч
Таким образом, по Ньютону, при переходе ко все более мел-
ким частицам объем пустого пространства будет примерно
в 2"— 1 раз превышать объем заполненного, если показа-
тель степени п считать порядком последних частиц. Для ча-
стиц шестого порядка объем пустого пространства в 26—1 =
=63 раза превышает объем заполненного. Для частиц
двадцатого порядка пустое пространство будет уже в мил-
лион раз больше по объему, чем заполненное, а для сотого
порядка отношение объемов будет выражаться числом с
тридцатью нулями. При бесконечном дроблении материи
пространство оказывается заполненным материей в беско-
нечно малой степени. Конечная сущность материи — это
абсолютно пустое пространство, которое Ньютон называл
«чувствилищем бога».
Свою схему иерархического строения материи Ньютон
распространяет также на силы сцепления, действующие
между частицами. Эти силы возрастают с уменьшением раз-
меров частиц: чем меньше частица, тем более она оказы-
вается прочной. В конечном счете мы приходим к таким ча-
стицам, которые невозможно разъединить никакими есте-
ственными силами; они могут быть расщеплены только
божественной силой.
Теологические наслоения в атомистике Ньютона, а так-
же абсолютизация им пустого пространства впоследствии
были оставлены наукой. Однако выдвинутая им идея о воз-
растании сил сцепления с уменьшением размеров систем
получила в настоящее время замечательное подтверждение,
хотя и на основе совсем других представлений о строении
материи (см. об этом гл. II, § 1).
Глубокие положения для понимания проблемы конеч-
ного и бесконечного были высказаны выдающимся немец-
ким мыслителем Лейбницем (1646—1716). По своим фило-
софским воззрениям Лейбниц был объективным идеали-
стом, но он высказал множество глубоких диалектических
идей. Первичную субстанцию природы Лейбниц наделяет
деятельной внутренней силой, благодаря которой вся при-
рода находится в постоянном самодвижении. Субстанция
эта образована множеством монад — некоторых духовных
сущностей, имеющих сходство с атомами. Каждая монада
1 Цит. по книге С. И. Вавилова «Исаак Ньютон», АН СССР, 1945,
стр. 159.
26
представляет собой часть субстанции и является абсолют-
но простой и неделимой. Но в отличие от атомов, которые
тождественны между собой, монады имеют свой собствен-
ный внутренний мир и не похожи одна на другую.
Если протяженные атомы можно мысленно разделить
дальше, то монада абсолютно неделима. Поэтому она не
может быть физической или геометрической точкой, но
представляет собой некоторую «метафизическую точку»,
или центр деятельной силы. Монады не обладают протяжен-
ностью, и пространство Лейбниц считает не объективно ре-
альной формой бытия материи, а некоторым смешанным
субъективным представлением.
В отличие от неизменных атомов монада является одушев-
ленной, живой сущностью, она обладает сложными внут-
ренними качествами и подвижностью. Каждая монада —
это «мир для себя, каждая является самодовлеющим един-
ством». Подобно человеческой душе, которая восприни-
мает явления внешнего мира, монада отражает в себе всю
природу и поэтому представляет собой «живое зеркало все-
ленной». «Индивидуальность содержит в себе как бы в за-
родыше бесконечное». Каждое тело затрагивается всем,
что происходит во вселенной, и если бы кто-либо смог
раскрыть сущность монады, то он смог бы прочитать в ней
все, что было, есть и будет.
Касаясь этих положений Лейбница, В. И. Ленин заме-
тил: «Тут своего рода диалектика и очень глубокая не-
смотря на идеализм и поповщину»1.
Лейбниц устанавливает иерархическую соподчиненность
различных монад в зависимости от их способности пред-
ставления и отражения внешнего мира. Первые или низ-
шие монады — это те, которые относятся к неорганической
природе. Они обладают лишь пассивными внутренними
представлениями, и их активная деятельность проявляется
только в форме движения. К более высокому разряду при-
надлежат монады растительного и животного мира.
В них внутренняя деятельность проявляется в виде жиз-
ненной силы, которая, правда, еще не поднимается до уровня
сознания. Этого уровня достигают те монады, которые
представляют человеческие души. Здесь отражение при-
роды приобретает высшее совершенство. Высшая монада
несколько сходна с богом, с тем только отличием, что бог
1 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 316.
27
знает все в совершенстве, тогда как каждая монада может
обладать неясным и смутным представлением.
Монадология Лейбница содержала в себе ряд глубоких
диалектических положений, но их мистифицированная фор-
ма препятствовала проникновению их в естествознание,
которое всегда стремилось к трезвому, материалистиче-
скому пониманию природы. Поэтому монадология Лейб-
ница встретила противодействие со стороны многих естест-
воиспытателей. Основательная критика ее была дана
М. В. Ломоносовым (1711—1765), который указывал, что
основная идея монадологии о непротяженности составных
элементов природы мистична и совершенно неприемлема.
«Когда протяжение,— писал Ломоносов,— есть необ-
ходимо нужное свойство тела, без чего ему телом быть
нельзя, и в протяжении состоит почти вся сила определе-
ния тела, для того тщетен есть вопрос и спор о непротяжен-
ных частицах протяженного тела...»1
М. В. Ломоносов высказал ряд глубоких диалектических
положений о свойствах атомов, однако его идеи долгое время
оставались неизвестными многим европейским ученым. Атомы
рассматривались как абсолютно плотные и непроницае-
мые, находящиеся лишь во внешних, механических отно-
шениях между собой. Все качественные изменения своди-
лись к чисто количественным отношениям этих частиц.
Подобные представления приводили к глубоким противо-
речиям. Если считать атомы материальными частицами, то
необходимо признать их пространственную протяженность.
Но допущение протяженности уже предполагает сложность
атома, наличие у него структуры и возможность взаимного
перемещения его составных элементов. Это несовместимо с
самой идеей существования атомов как неделимых частиц.
Если же считать, что атомы обязательно должны быть неде-
лимыми, бесструктурными и абсолютно неизменными, то
необходимо признать их точечными и непротяженными. Но
тогда непонятно, как могут возникать из них протяженные
тела. Метафизическая противоречивость и абстрактность
старой атомистики постоянно давали идеалистам повод для
нападок на нее и ее опровержения, которое, впрочем, всег-
да было неубедительным. Против атомистики сначала вы-
двигалась монадология Лейбница, а затем выступил Кант
1 М. В. Ломоносов, Избранные философские произведения, стр.
342-343.
28
(1724—1804) со своей динамической теорией мате-
рии.
Динамическая теория провозглашала непрерывность и
бесконечную делимость материи. Согласно этой теории, в
основе материи лежат чистые силы притяжения и отталки-
вания, которые находятся в равновесии друг с другом.
Благодаря такому равновесию тела обладают устойчиво-
стью и в то же время претерпевают постоянные внутренние
изменения. Материя является производной величиной по
отношению к силам притяжения и отталкивания.
В 1758—1764 гг. югославский ученый Бошкович сделал
попытку соединить атомистику с динамической теорией.
Материя, по Бошковичу, состоит из точечных силовых цент-
ров, которые обладают инерцией и существуют в пустом
пространстве. Между этими центрами на сравнительно
большом расстоянии действуют силы притяжения, которые
по мере сближения частиц переходят в силы отталкивания,
затем опять в силы притяжения и т. д. Благодаря попере-
менному чередованию притяжения и отталкивания в окрест-
ности силовых центров они не сливаются и не разлетаются
друг от друга, а существуют в динамическом равновесии.
Идея единства притяжения и отталкивания отражает
важные закономерности в строении материи, хотя совре-
менная наука доказала неверность концепции немате-
риальное™ субстанции всех предметов и явлений.
По мере развития научного познания атомистика полу-
чала все больше конкретных подтверждений, вытесняя ди-
намическую теорию материи. Особенно плодотворной ато-
мистическая гипотеза оказалась в химии, где она смогла
объяснить большое количество явлений, недоступных для
прежних теорий. В начале XIX в. выдающийся англий-
ский химик Дж. Дальтон (1766—1844) открыл на основе
этой гипотезы фундаментальный закон химии — закон
кратных отношений и дал первое определение атомных ве-
сов элементов.
Значительным вкладом в атомистику явилось открытке в
1811 г. итальянским физиком и химиком А. Авогадро за-
кона о равенстве числа молекул в равных объемах различ-
ных газов, находящихся при одинаковом давлении к тем-
пературе. Идеи атомизма начали проникать даже в теорию
электричества, которое рассматривалось до этого как не-
который непрерывный флюид.
29
§ 3. Великие открытия в области строения материи
в конце XIX — начале XX в.
Вывод об атомистической структуре электричества в не-
явном виде содержался уже в законе электролиза, открытом
в 1834 г. Фарадеем. Если в раствор какого-либо электроли-
та погрузить электроды и пропустить через них ток, то оди-
наковые количества электричества обусловят выделение
на электродах эквивалентных весовых количеств элемен-
тов, имеющихся в растворе. Из этого следует, что электри-
чество имеет некоторое дискретное строение. Этот вывод
был блестяще подтвержден, когда в конце прошлого века в
катодных лучах был открыт электрон. Вслед за этим была
открыта радиоактивность солей урана и радия, что яви-
лось решительным опровержением извечной идеи о неде-
лимости и неизменности атомов. Важнейшие представле-
ния классической физики о материи начали претерпевать
коренную ломку.
Исследования природы электричества указывали на
объективную реальность некоторой новой материальной
сущности, которая по своим свойствам качественно отлич-
на от вещества. Возникшая в 70-х годах XIX в. электромаг-
нитная теория света Максвелла дала математическое опи-
сание свойств этой сущности, названной электромагнитным
полем. Теория Максвелла соединила считавшиеся ранее
разрозненными явления природы — свет, магнетизм и элек-
тричество. Она показала, что свет представляет собой элект-
ромагнитное явление. Вместе с тем она отвергла мистиче-
ское понимание взаимодействий как действия на расстоянии,
показав, что передача воздействий в электромагнит-
ном поле происходит от точки к точке, причем скорость
передачи конечна и равна в вакууме скорости света —
примерно 300 000 км в секунду.
Максвелл выразил связь между электрическими и маг-
нитными явлениями в виде системы уравнений, которые
стали основой всего современного учения об электромагне-
тизме. Законы, которые формулировала электромагнитная
теория, оказались качественно отличны от законов меха-
ники. Все попытки истолковать эту теорию с точки зрения
механических представлений не увенчались успехом.
Важным результатом электромагнитной теории явилось
то, что она окончательно опровергла представление о суще-
ствовании абсолютной пустоты. Пространство оказалось
30
неразрывно связанным с различными полями, которые рас-
пределены в нем непрерывно. Не существует такой области
пространства, которая не включала бы в себя материю в ви-
де поля или вещества.
Электромагнитное поле обладает непрерывной структу-
рой: его состояние в данной точке определяется физиче-
ским состоянием в сколь угодно близких областях.
Непрерывность поля проявляется также в том, что созда-
ваемые различными источниками поля одной и той же при-
роды могут взаимопроникать и складываться между собой.
Взаимно проникают друг в друга также такие поля, кото-
рые различны по своей природе. Так, в одном и том же объ-
еме пространства могут существовать электромагнитное и
гравитационное поля, и эти поля нельзя разделить чисто
механическим способом.
Теория электромагнитного поля значительно продви-
нула вперед понимание проблемы прерывности и непрерыв-
ности материи, однако она не решила ее. Поле еще рас-
сматривалось не как особая форма материи, а как состоя-
ние эфира. Неточно представлялось также взаимоотношение
между полем и зарядами. Электромагнитное поле пони-
малось как чистая непрерывность, заряды же вводились в
теорию формально и считались узловыми (особыми) точка-
ми поля. Органическая связь между полем и веществом еще
не была раскрыта. Дальнейшее развитие теории необхо-
димо должно было пойти по пути исследования структуры
самого электромагнитного поля, а также его связи с части-
цами.
Здесь сразу же встал вопрос об эфире, существование ко-
торого до сих пор не подвергалось сомнению. Если поле
представляет собой особое состояние эфира и выступает в
многочисленных опытах как объективная реальность, то,
значит, должны быть явления, в которых свойства эфира
проявляются в чистом виде и благодаря которым эфир
можно наблюдать непосредственно. В связи с этим в конце
XIX в. ставится ряд опытов по обнаружению реальности
эфира и характера движения Земли и света сквозь него.
Однако все эти опыты дали отрицательные результаты и
никак не подтвердили существование эфира. Поэтому гипо-
теза эфира была подвергнута сомнению, а вскоре и совсем
оставлена. Ее крушение принесла созданная в начале XX в.
Эйнштейном (1879—1955) теория относительности, кото-
рая показала, что никакой всепроникающей мировой среды,
31
никакой абсолютной системы отсчета в природе не сущест-
вует. Пространство — это не внешнее вместилище тел, а
коренная форма бытия материи, свойства которой зависят
от структуры и распределения материи.
Так начал утверждаться взгляд, что электромагнитное
поле само представляет собой материальный объект. Од-
нако вывод о материальности поля был сделан далеко не
сразу, и еще долгое время был распространен неправиль-
ный, формальный взгляд на поле. Во многих работах поле
определялось (а иногда и определяется до сих пор) как про-
странство, в котором действуют силы. Неверность такого
определения состоит в том, что в нем материя сводится к
пространству. Между тем материальность электромагнит-
ного поля доказывается всей совокупностью данных физики.
Оно обладает энергией, массой и многими другими свойст-
вами, оно способно превращаться в микрочастицы вещества и
возникать за их счет. Неверность понимания поля как про-
странства заключается также в том, что такое понимание
возвращает нас к теории действия на расстоянии, к при-
знанию пустоты.
Другим неправильным пониманием поля является опре-
деление его как чистой энергии. Это способствует укрепле-
нию энергетизма — разновидности «физического» идеализ-
ма, стремящегося «свести» материю к энергии. Между тем
энергия—это не какая-то особая субстанция, а одно из
свойств движущейся материи, мера движения материи. Един-
ственно правильным пониманием поля является определе-
ние его как особой формы материи, как системы с бесконеч-
но большим числом степеней свободы, обладающей много-
образными свойствами.
Конкретное изучение взаимодействия поля с частицами
показало, что поле отнюдь не является некоторым бес-
структурным континуумом (совершенно непрерывной сре-
дой), но обладает также дискретными свойствами.
В 1900 г. известный немецкий физик М. Планк при иссле-
довании распределения излучения в спектре так называе-
мого абсолютно черного тела выдвинул гипотезу о существо-
вании наименьшего кванта действия h = 6,62-10“27 эрг-сек.
Планк указал, что количество энергии, которое из-
лучается или поглощается атомом в одном акте, имеет
строго определенное значение и равно E=hv, где v — ча-
стота излучаемого света. Именно на основе подобных пред-
ставлений Эйнштейн в 1905 г. высказал идею о том, что вся-
32
кий световой поток представляет собой совокупность этих
элементарных квантов света, или фотонов, излучаемых ато-
мами.
Гипотеза фотонов позволила объяснить много явлений и
прежде всего фотоэффект — явление вырывания электро-
нов с поверхности некоторых тел под действием падающего
света. Закономерности фотоэффекта можно объяснить лишь
в том случае, если предположить, что падающий свет — это
не поток волн, а совокупность некоторых дискретных обра-
зований, каждое из которых может при определенной энер-
гии освободить электрон от удерживающих его в атоме свя-
зей. Таким образом, при взаимодействии с веществом поле
обменивается с ним энергией и импульсом так, как обмени-
вались бы частицы.
Но не следует полагать, будто квантовая теория света
была простым возвратом к корпускулярной теории света
Ньютона. Фотоны — это не какие-то шарики, а необычайно
сложные образования материи, обладающие также волно-
выми свойствами и способные при определенных условиях
к всевозможным превращениям. Фотон можно рассматри-
вать как элементарное световое поле, которое распростра-
няется в пространстве по волновым законам, а взаимодей-
ствует с частицами дискретно. Проходя через дифракцион-
ную решетку, фотон не дробится на части, а дает на экране
одну вспышку. При этом рассеяние атомами решетки фото-
нов происходит с наибольшей вероятностью в тех направ-
лениях, которые соответствуют дифракционным максиму-
мам. Таким образом, световой поток выступает одновре-
менно как единство противоположностей — частиц и волн.
Подобное единство присуще также и другим микрообъек-
там, о чем далее будет сказано подробно.
Вершиной классической физики в объяснении явлений,
связанных с движением внутриатомных частиц, явилась
электронная теория, развитая в основном голландским
физиком Г. А. Лоренцом и резюмированная в его книге «Тео-
рия электронов» (1909).
В плане интересующей нас проблемы о единстве конеч-
ного и бесконечного необходимо отметить следующие дости-
жения электронной теории. Прежде всего электронная тео-
рия по-новому поставила вопрос о строении материи. Вся
материя, согласно этой теории, состоит из положительных
и отрицательных электронов, связанных между собой элек-
тромагнитным полем. Почти все свойства тел, за исключен
33
нием тяготения, электронная теория считала возможным
свести к взаимодействиям электронов. Обобщив теорию
Максвелла на основе атомистических представлений, элек-
тронная теория дала удовлетворительное объяснение боль-
шого количества явлений, связанных с движением электро-
нов (термоионные, термоэлектрические, гальваномагнитные
явления, электролиз и др.). Основные результаты этой тео-
рии получили обширные приложения на практике.
Важным результатом этой теории явилась новая поста-
новка вопроса о природе массы. Электронная теория вы-
двинула гипотезу о том, что масса электрона — электромаг-
нитного происхождения, то есть обусловлена воздействием
на электрон связанного с ним электромагнитного поля.
С увеличением скорости движения электрона его поле бу-
дет меняться, что приведет к возрастанию его массы, кото-
рая будет тем больше, чем ближе скорость электрона к ско-
рости света:
где т — масса тела в состоянии движения;
mQ— масса тела в состоянии покоя;
v — скорость тела;
с—скорость света.
Из формулы видно, что при v ==с масса тела становит-
ся бесконечной, что физически невозможно. Поэтому ника-
кое тело не может достичь скорости света или превысить ее.
Формула о зависимости массы от скорости получила экс-
периментальное подтверждение, однако оказалось, что таким
же образом происходит возрастание массы и у нейтральных
частиц, не обладающих электрическим зарядом. Поэтому
экспериментальное подтверждение данной формулы еще не
может служить доказательством чисто электромагнитного
происхождения массы частиц. Современная теория утвер-
ждает, что лишь небольшая часть массы электрона и дру-
гих частиц имеет электромагнитное происхождение, тогда
как основная часть массы имеет какую-то другую, пока
не выясненную природу.
Значительный исторический интерес представляет по-
пытка электронной теории поставить вопрос о сложности
электрона и тем самым проникнуть еще на одну ступень в
глубь материи. В теории содержится выражение для массы
электрона:
34
где те — масса электрона;
е — заряд электрона;
г0 — радиус электрона;
с — скорость света.
Из этой формулы следует, что электрон обладает опре-
деленным радиусом, значение которого оказывается:
р2
г0^—2^2,8.1О"13СЛ1.
и тс2
Величина этого «классического» радиуса довольно близка
к размерам электрона, которые впоследствии удалось опре-
делить косвенными методами. Если бы приведенные выше
соотношения действительно характеризовали внутреннюю
сущность электрона, то они знаменовали бы собой проник-
новение еще на одну ступень в глубь микрокосмоса. Однако
электрон оказался значительно более сложным микрообъ-
ектом, чем представляла себе электронная теория. У него
было открыто множество новых, совершенно необычных
свойств. Поэтому указанные формулы не следует рассмат-
ривать как характеристику реальной структуры электрона,
они являются лишь его приближенным описанием. Тем не
менее общее положение о сложности электрона оказалось
правильным, и в настоящее время эта проблема снова под-
нимается в физике, правда на совершенно другой основе.
§ 4. Диалектический материализм
о неисчерпаемости материи
Великие открытия в области строения материи, опро-
вергшие старые, метафизические представления, были вос-
приняты некоторыми учеными как «всеобщий разгром»
принципов старых теорий, как доказательство их полной
ложности. Из этого ими был сделан вывод о том, Что наука
вообще неспособна дать объективно верную картину яв-
лений, что она всегда представляет собой не более чем сум-
му условных соглашений между людьми о внешнем мире. Че-
рез абсолютизацию относительности наших знаний эти уче-
ные скатились к субъективному идеализму, к выводу о том,
что человеческий разум диктует законы природе. Если
старая теория видела в своих понятиях отражение объек-
35
тивно реальных процессов, то новое течение в физике не ви-
дело в теории ничего более, кроме условных знаков, сим-
волов, придуманных людьми для упорядочения своих ощу-
щений.
Отрицание объективной ценности физической теории со-
провождалось нападками идеалистов на материалистиче-
ское мировоззрение, которого стихийно придерживалась
классическая физика. Махисты и другие буржуазные фило-
софы отождествляли материализм как философское течение
с самыми отсталыми и чисто механистическими пред-
ставлениями о природе и на основании неверности послед-
них объявляли опровергнутым также и материализм.
Разоблачая подобные измышления, В. И. Ленин писал:
«Это, конечно, сплошной вздор, будто материализм
утверждал... обязательно «механическую», а не электромаг-
нитную, не какую-нибудь еще неизмеримо более сложную
картину мира, как движущейся материи»1.
Вопреки утверждениям идеалистов новые открытия
вовсе не опровергали целиком классической физики, а
лишь показали неверность некоторых ее положений. Раз-
витие научных теорий вообще не происходит таким об-
разом, что с появлением новой, более совершенной теории
старая теория целиком отбрасывается, как негодная. В раз-
витии научного познания имеет место преемственность
объективных истин, так что всякая новая теория не отбра-
сывает целиком старую, а лишь отвергает ее неверные по-
ложения и определяет границы ее применимости. Кванто-
вая теория не опровергла целиком классическую физику, а
лишь показала ее неприменимость к микропроцессам. Од-
нако в области объяснения макроскопических явлений
классическая физика по-прежнему играет определяющую
роль, и вся современная техника в значительной мере ос-
новывается на ее законах.
Анализируя корни «кризиса физики», В. И. Ленин от-
мечал, что корни этого кризиса состоят в метафизическом
понимании материи и процесса ее познания. Метафизики
наделяют материю такими свойствами, которые ей не при-
сущи и признание которых открывает двери идеализму.
Материя рассматривается ими в отрыве от движения, про-
странства и времени, вне развития и качественных изме-
нений. Допускается существование первичных и бесструк-
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 267.
36
турных микрочастиц, к количественным сочетаниям кото-
рых можно свести все многообразие качеств.
В противоположность этому диалектический материа-
лизм исходит из обязательного признания: несотворимо-
сти и неуничтожимости материи и движения; неразрывно-*
сти материи и основных форм ее бытия — движения, про-
странства и времени; неисчерпаемости свойств и закономер-
ностей движения всех материальных объектов; возможно-
сти безграничного развития в результате взаимодействия
противоположных сил; признания качественного своеоб-
разия различных форм материи и движения и их несводи-
мое™ друг к другу. Только на основе такого понимания
материи возможно правильное познание природы.
В начале XX в., после открытия электрона и развития
электронной теории, некоторые ученые сделали вывод, что
электроны и есть, наконец, те нерушимые и бесструктур-
ные кирпичики материи, к открытию которых веками стре-
милась наука. Предостерегая против подобных взглядов,
В. И. Ленин указывал: ««Сущность» вещей или «субстан-
ция» тоже относительны; они выражают только углубление
человеческого познания объектов, и если вчера это углуб-
ление не шло дальше атома, сегодня — дальше электрона
и эфира, то диалектический материализм настаивает на
временном, относительном, приблизительном характере
всех этих вех познания природы прогрессирующей нау-
кой человека. Электрон так же неисчерпаем, как и атом,
природа бесконечна...» 1
В чем же заключается неисчерпаемость тел? Прежде
всего в том, что каждый материальный объект обладает
бесчисленными свойствами в силу его бесконечно разнооб-
разных связей с другими телами. Она состоит также в
наличии у каждого материального объекта сложной специ-
фичной структуры, которая представляет собой определен-
ный тип связей между составляющими его элементами ма-
терии. Наконец, неисчерпаемость тел заключается в том,
что они претерпевают постоянные внутренние изменения,
поскольку движение (в общем смысле) является всеобщим
свойством материи. Подчеркивая сложность любых видов
материи, В. И. Ленин указывал на «бесконечность мате-
рии вглубь...» 1 2
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 249.
2 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 86.
37
Положение о неисчерпаемости материи и бесконечности
ее вглубь ни в коем случае нельзя истолковывать в духе
теории бесконечной делимости материи и считать, что пред-
меты состоят из бесконечного ряда все уменьшающихся си-
стем, каждая из которых, как в скорлупе, находится в дру-
гой и во всем подобна ей. Теория бесконечной делимости
материи является чисто умозрительной и не учитывает каче-
ственного своеобразия различных форм материи, их нес-
водимое™ друг к другу. Из того, что мы мысленно можем
подразделять тела на сколь угодно малые части, еще не сле-
дует, что эти части объективно существуют. Можно пред-
ставить себе половину молекулы, четверть атома или одну
пятую электрона, однако объективно таких частей в при-
роде не существует. Микрочастицы не являются ни про-
стыми, ни составными, хотя они и обладают сложной струк-
турой. Существует качественный предел для деления, за
которым операция дробления на еще более мелкие подоб-
ные же частицы утрачивает физический смысл.
Это, однако, не означает, что наука когда-нибудь
подойдет к таким частицам, которые вообще не будут обла-
дать никакой структурой, являясь предельно простыми кир-
пичиками мироздания. Какие бы микрообъекты ни откры-
вались в будущем, все они будут обладать сложной струк-
турой и неисчерпаемыми свойствами. Справедливость этого
положения станет очевидной, если задуматься над вопро-
сом о природе свойств тел. Действительно, физико-химиче-
ские свойства всякого материального объекта определяются
в основном его структурой, то есть внутренними связями.
Так, свойства макроскопических тел зависят от их молеку-
лярного строения, свойства молекул определяются харак-
тером связей между составляющими их атомами, а свойства
атомов — взаимодействиями элементарных частиц ядра и
электронной оболочки. Если какие-либо микрообъекты не
будут обладать структурой, то им не могут быть присущи
также и соответствующие свойства, а значит, и способность
к различным взаимодействиям. Но в таком случае данные
микрообъекты не могли бы объединиться в системы боль-
ших размеров, вследствие чего не могли бы возникнуть ато-
мы, молекулы и макроскопические тела.
Каждый материальный объект, как бы мал он ни был по
своим размерам, представляет собой единство конечного и
бесконечного. Это единство имеет,много конкретных про-
явлений. Прежде всего понятие конечного характеризует
38
данное тело в смысле его ограниченности в пространстве и
времени. Каждое тело имеет определенные границы и в
большинстве случаев может быть отделено от других тел.
Но это не значит, что в пределах данного объема простран-
ства заключена вся материя, составляющая или составляв-
шая данный объект. Конечное имеет своим необходимым
дополнением бесконечное, которое означает. выход за пре-
делы конечного. Как известно, тело взаимодействует с дру-
гими телами через посредство электромагнитного, гравита-
ционного, а возможно, и других видов полей. Эти поля пред-
ставляют собой особые формы материи. Поэтому, излучая
их в пространство, тело теряет определенную часть состав-
ляющей его материи, которая при этом переходит в форму
поля. Излучаемое поле может распространяться в простран-
стве сколь угодно далеко и, следовательно, так же далеко
может простираться материя, которая составляла или со-
ставляет данное тело. Недаром Гегель говорил, что «при-
рода самого конечного состоит в том, чтобы превосхо-
дить себя, отрицать свое отрицание и становиться беско-
нечным...» 1
Далее, всякий предмет существует как данное каче-
ство ограниченный отрезок времени, имея свое начало
и конец. Но материя, составляющая его, имеет бесконеч-
ное существование, она несотворима и неуничтожима.
Что же касается свойств, то, хотя каждое качественное со-
стояние можно охарактеризовать ограниченным количе-
ством свойств, в целом материя, составляющая данное
тело, обладает бесчисленным множеством свойств и неис-
черпаема. Таким образом, конечное представляет собой
форму существования бесконечного, которое находит через
конечное свое конкретное проявление.
Всякое конечное имеет смысл не само по себе, а в сравне-
нии с чем-то другим, внешним по отношению к нему.
Так, атом, молекула, Земля и т. д. конечны потому, что мы
можем выйти за их пределы и противопоставить им нечто
большее. Но этот выход имеет свои границы и невозможен
для всей вселенной, по отношению к которой не су-
ществует ничего внешнего и за пределы которой невозмож-
но выйти. Вселенная—это единственная система, кото-
рая обладает внутренними связями и не может иметь внеш-
них связей. Впрочем, по этой причине понятие системы
к вселенной неприменимо.
1 См. В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 85.
39
В решении вопроса о взаимоотношении между конечным
и бесконечным существуют значительные трудности. Когда
мы выходим за пределы конечного и тем самым создаем по-
нятие о бесконечном, то мы представляем бесконечное та-
ким же, каким было бы неограниченно продолженное ко-
нечное, доступное наблюдениям.
Так, бесконечность вселенной мы представляем себе
как неограниченное повторение .звездных систем, подоб-
ных тем, которые наблюдаются, хотя в действительности
вселенная может быть устроена иначе в других своих обла-
стях. Представляя бесконечность материи вглубь, мы под-
сознательно наделяем все возможные микрообъекты при-
мерно такими же свойствами, которыми обладает материя
в доступной нам области, хотя действительность, по-ви-
димому, неизмеримо сложнее и многообразнее. Такое ре-
шение имеет известное основание: в наших конкретных
знаниях о мире нет иных понятий, кроме тех, которые из-
влечены из наблюдаемого мира, и это накладывает свой
отпечаток и на все наши суждения о недоступных пока об-
ластях. К тому же многие законы, обладающие определен-
ной всеобщностью, подчас рассматриваются как универсаль-
ные, действующие всюду во вселенной и дающие одни и
те же результаты. А отсюда делается вывод, что и другие
области мира должны быть если и не тождественны, то во
всяком случае очень сходны с наблюдаемыми.
Некоторые законы, такие, как закон сохранения мате-
рии и движения, а также общие законы диалектики дейст-
вительно являются по своему содержанию универсальны-
ми законами, определяющими поведение любых материаль-
ных объектов, какими бы свойствами они ни обладали.
Однако этого нельзя сказать о частных законах, характе-
ризующих ограниченную область явлений. Эти законы име-
ют свою сферу действия, и их неправильно распространять
на всю вселенную. Так, долгое время казалось, что законы
классической механики являются универсальными. Однако
уже развитие квантовой теории показало, что эти законы
неприменимы в микромире. Нет сомнения также в том,
что и в области космоса — в масштабе Метагалактики и
дальше — законы классической механики должны усту-
пить место другим, более общим законам. Поэтому важней-
шая задача в постановке и решении проблемы бесконеч-
ного заключается в том, чтобы не рассматривать истинную
бесконечность природы в духе дурной бесконечновти,
40
предполагающей вечное повторение одних и тех же свойств
и законов, как бы малы или велики ни были рассматривае-
мые масштабы. Свойства и законы развития различных
«структурных этажей» природы качественно различны
между собой, и поэтому те закономерности, которые дейст-
вуют в одной области, могут быть неприменимы в другой.
Таким образом, в природе существует иерархическая
последовательность систем различного порядка, в каждой
из которых господствуют специфические закономерности.
Наличие подобной иерархии отмечал уже Ф. Энгельс, ко-
торый писал: «...Какого бы взгляда ни придерживаться от-
носительно строения материи, не подлежит сомнению то,
что она расчленена на ряд больших, хорошо отграниченных
групп с относительно различными размерами масс, так что
члены каждой отдельной группы находятся со стороны сво-
ей массы в определенных, конечных отношениях друг к
другу, а к членам ближайших к ним групп относятся как к
бесконечно большим или бесконечно малым величинам в
смысле математики. Видимая нами звездная система, сол-
нечная система, земные массы, молекулы и атомы, наконец,
частицы эфира образуют каждая подобную группу» \
Все эти группы представляют собой определенные ка-
чественные узлы в цепи бесконечной структурной организа-
ции материи.
Поскольку мир, материя неисчерпаемы, их полное по-
знание может быть лишь бесконечным процессом. Челове-
чество никогда не достигнет такого состояния, когда будут
раскрыты все тайны вселенной и когда ему не останется ни-
чего более, как, сложа руки, с изумлением созерцать добы-
тую абсолютную истину. Но значит ли это, что бесконечное
принципиально непознаваемо? Разумеется, нет. Несмотря
на относительный характер наших знаний, они обладают
объективной ценностью, в них содержатся зерна абсолют-
ной истины — полного и правильного отражения внеш-
него мира. В конечном познание раскрывает элемент беско-
нечного, в преходящем — стороны вечного. В соответствии
с этим наука развивается как бы по восходящей расширяю-
щейся спирали, захватывая каждый раз все новые и новые
области и в то же время возвращаясь на новом этапе к ста-
рым проблемам. Установленный закон можно считать по-
нятым и объясненным в том случае, если его удается вклю-
1 Ф. Энгельс, Диалектика природы, стр. 217.
41
чить как логическое следствие в более обширную теорию.
Поскольку же познание идет по линии внутреннего обосно-
вания открываемых законов, то совершенно естественно воз-
никновение теорий, охватывающих все более обширный
круг явлений и приближающих нас к раскрытию различ-
ных сторон бесконечного.
В связи с изложенным возникает очень важный вопрос
о том, в какой степени наука может познать сущность мате-
рии и что следует понимать под этой сущностью. В самом
общем виде сущность можно определить как совокупность
внутренних сторон и глубинных процессов, определяющих
качественное своеобразие и специфические особенности дан-
ного явления. Сущность характеризует внутреннюю опре-
деленность предмета или явления в данных связях и отно-
шениях. Применимо ли это понимание сущности к материи в
целом? В принципе — да, но это применение приводит к не-
которым неожиданным результатам. Дело в том, что мате-
рия обладает в силу своей неисчерпаемости бесчисленным
множеством внутренних сторон и глубинных процессов. Ма-
терия заключает в себе также бесконечное многообразие
качеств. Поэтому сущность материи бесконечна и столь же
бесконечно разнообразны ее проявления. В признании это-
го факта заключается принципиальное отличие диалектико-
материалистического понимания материи от метафизиче-
ского, которое допускает наличие у материи определенной
конечной сущности, отождествляемой с некоторыми первич-
ными бесструктурными частицами.
Поскольку сущность материи бесконечна, то познание
ее необходимо должно распадаться на множество этапов.
Каждый из этих этапов будет означать определенную сту-
пень проникновения в глубь материи. В. И. Ленин писал
в связи с этим: «Мысль человека бесконечно углубляется от
явления к сущности, от сущности первого, так сказать, по-
рядка, к сущности второго порядка и т. д. без конца»1.
Многопорядковый характер сущности материи можно
хорошо проиллюстрировать на примере развития представ-
лений о строении материи. Когда в середине XIX в. был на-
коплен большой эмпирический материал о химических ре-
акциях и свойствах элементов, возник вопрос о сущности
определенной повторяемости в свойствах элементов. Этот
вопрос получил ответ, когда Менделеев сформулировал
1 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 237.
42
периодический закон химических элементов. Установление
данного закона явилось проникновением в сущность пер-
вого порядка. Но затем возникла проблема о том, чем об-
условлен сам периодический закон, какова его внутренняя
природа. Развитие атомной теории в начале XX в. привело
к открытию зависимости между химическими свойствами
элементов и строением их атомов, к установлению законо-
мерностей движения внутриатомных частиц. Познание этих
явлений подвело теоретический фундамент под периодиче-
ский закон. Тем самым наука сумела проникнуть в сущность
второго порядка. Наконец, современная физика прибли-
жается к раскрытию природы внутриядерных сил, а также к
открытию точного закона взаимодействия ядерных частиц
и полей. Познание этих явлений будет означать проникно-
вение в сущность третьего порядка. Легко предвидеть, что
этот процесс раскрытия сущностей будет продолжаться и
дальше. При этом важно подчеркнуть, что нет такой сущно-
сти, которая не раскрывалась бы в явлениях, в многооб-
разных связях и взаимодействиях тел. Казалось бы, что
может дать слабый луч света, который приходит к нам от
звезд и туманностей из бездоннных глубин вселенной? Но
именно исследование этого света позволило открыть хими-
ческий состав небесных тел и законы их движения. Именно
благодаря изучению электромагнитных взаимодействий
удалось проникнуть в структуру молекул, атомов и самих
атомных ядер.
В различных связях и взаимодействиях тел находят
свое проявление или выход самые глубокие и существенные
стороны материальных объектов. Успех нашего познания
сущности будет зависеть от того, насколько тонко и всесто-
ронне мы сможем проанализировать многообразные связи
тел. Поэтому будущее науки заключается в возможно боль-
шей точности измерений, в возможно более полном исследо-
вании новых качеств.
Характеризуя бесконечный процесс проникновения в
глубь материи, В. И. Ленин писал: «...Мир явлений и мир
в себе суть моменты познания природы человеком, ступе-
ни, изменения или углубления (познания). Передвижка
мира в себе все дальше и дальше от мира явлений...»1
В связи с изложенным возникает вопрос: являются ли
сущности первого, второго и т. д. порядка чем-то объек-
1 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 128.
43
тивным, присущим самим телам, или же это лишь ступени
углубления человеческого познания природы? На этот во-
прос можно ответить так. Несомненно, каждая из этих сущ-
ностей является этапом познания, но вместе с тем каждая
из них является выражением объективных сторон и взаимо-
связей материальных объектов. Сущность во многом сов-
падает с законом или с совокупностью законов. В. И. Ле-
нин отмечал, что «закон и сущность понятия... однопоряд-
ковые... одностепенные...»1 Поэтому сущность любого
порядка столь же объективна, как и закон. Когда познается
более глубокий закон, характеризующий сущность второго,
третьего и т. д. порядка, то известный ранее закон, выра-
жающий сущность меньшего порядка, не утрачивает своего
объективного содержания, а по-прежнему господствует в
определенной области явлений. Например, познание внут-
риатомных закономерностей, лежащих в основе периоди-
ческого закона элементов, никак не повлияло на объектив-
ный характер этого закона, так же как раскрытие внутри-
ядерных закономерностей и структуры элементарных ча-
стиц не приведет к опровержению основных законов
квантовой механики. Таким образом, познание сущности
более глубокого порядка не отрицает объективного значе-
ния сущности меньшего порядка.
В связи с этим важно заметить, что объективно, то есть
безотносительно к процессу познания и к познающему субъ-
екту, сущность и явление не выступают как некоторые про-
тивоположности, а взаимопроникают друг в друга и могут
даже при определенных условиях меняться местами. То,
что в отношении определенных процессов представляет со-
бой сущность первого порядка, будет явлением по отноше-
нию к сущности второго порядка. В свою очередь сущность
второго порядка будет явлением по отношению к сущности
третьего порядка и т. д. Например, периодический закон
химических элементов является сущностью для определен-
ных химических явлений (сущность первого порядка), но
он выступает как явление по отношению к более глубоким
внутриатомным закономерностям (сущность второго поряд-
ка), будучи проявлением их. Последние в свою очередь бу-
дут проявлением еще более глубокой сущности, третьего
порядка, которая характеризует закономерности внутри-
ядерных процессов и структуру элементарных частиц. От-
1 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 127.
44
сюда можно сделать вывод, что объективно любой сложный
процесс может выступать одновременно и как сущность че-
го-либо, и как проявление некоторой более глубокой сущ-
ности, но только в разных связях и отношениях, Эту объек-
тивную относительность сущности и явления не следует
распространять на их субъективное восприятие человеком
в процессе познания. Для познающего субъекта явление
всегда отличается от сущности, оно познается до сущно-
сти, а последняя раскрывается лишь в результате более или
менее длительного абстрагирующего мышления. К. Маркс
отмечал, что если бы сущность и явление совпадали, то вся-
кая наука была бы излишней. В простом акте восприятия
человек мог бы раскрыть всю глубочайшую сущность ве-
щей. Но то, что характерно для процесса познания, может
не быть закономерностью самой природы. В природе сущ-
ность какого-либо явления сама может быть проявлением
еще более глубокой сущности и т. д. Именно таким образом
соотносятся между собой сущности различных порядков,
выражающие важнейшие свойства и закономерности струк-
турной организации материи.
Наконец, следует отметить во избежание недоразумений,
что положение о многопорядковом характере сущности от-
носится не ко всем явлениям, а лишь к очень сложным, как
например к строению материи, свойствам пространства —
времени, закономерностям развития природы и общества
и т. п. Что же касается сравнительно простых явлений, то
по отношению к ним положение о многопорядковости сущ-
ности может быть неприменимо. Например, окружающие
нас предметы обихода имеют одну, вполне определенную
сущность, в большинстве случаев совпадающую с их на-
значением, и было бы смешно, если бы у стола, одежды
и т. д. мы начали искать сущность первого, второго, треть-
его порядка.
В заключение важно подчеркнуть, что познание может
идти не только от явления к сущности, но и обратно — от
сущности к явлениям. В. И. Ленин писал: «От живого со-
зерцания к абстрактному мышлению йот него к практике —
таков диалектический путь познания истины, познания
объективной реальности» х. Если живое созерцание есть
познание явлений, абстрактное мышление — познание сущ-
ности, то переход к практике означает снова возврат к
1 В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 146 —147.
45
конкретным явлениям, но уже на основе знания сущности.
Так, познав сущность внутриатомных закономерностей, сов-
ременная наука смогла более глубоко и всесторонне объяс-
нить различные химические, физические и другие явления.
Если же раскрывается сущность второго, третьего и т. д.
порядка, то это позволяет еще глубже понять явления.
Примером этого может служить хотя бы развитие небесной
механики. Пусть процесс движения планет будет представ-
лять собой явление. Стоит задача найти сущность или внут-
ренние законы этого движения. Первую схему этого про-
цесса пыталась нарисовать геоцентрическая система Пто-
лемея, но она давала необычайно сложную и запутанную
картину явления и в середине XV в. была опровергнута
гелиоцентрической системой Коперника. Развитие идей Ко-
перника привело к установлению Кеплером и Ньютоном
законов движения планет вокруг Солнца. Тем самым бы-
ла раскрыта сущность первого порядка. На основе знания
этой сущности удалось уточнить понимание движения пла-
нет, в результате чего были более точно определены
орбиты планет, объяснены непонятные ранее отклонения
в движении Урана, что привело к предсказанию и откры-
тию в середине XIX в. новой планеты — Нептуна.
В 1916 г. Эйнштейн создал общую теорию относительно-
сти, которая позволила уточнить ньютоновские законы дви-
жения планет. Открытие Эйнштейна явилось проникнове-
нием в более глубокую сущность, второго порядка. Вскоре
после этого на основе теории относительности удалось еще
более точно понять явление движения планет и объяснить
вековое смещение перигелия Меркурия.
Перед современной физикой стоит задача раскрыть при-
роду тяготения и объяснить микроструктуру гравитацион-
ного поля, определяющего движение планет. Осуществле-
ние этой задачи позволит еще более точно понять законы
движения планет и будет означать проникновение в сущ-
ность третьего порядка.
В явлениях находят свое выражение и выход сущности
всех порядков, но тем менее отчетливо, чем глубже сущ-
ность. Поэтому успех нашего познания бесконечного всегда
будет зависеть от того, насколько точно и всесторонне мы
будем анализировать конечное.
Глава II
НЕИСЧЕРПАЕМОСТЬ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ МАТЕРИИ
§ 1. Открытие различных элементарных частиц
Развитие физики после создания электронной теории
дало множество новых доказательств неисчерпаемости ма-
терии. Вместе с тем современная физика выявила множе-
ство новых аспектов проблемы бесконечности материи
вглубь и поставила саму эту проблему в ином плане, чем
это было в предшествующей науке и философии.
Если 70 лет тому назад считалось, что материя состоит
из тождественных и неизменных частиц, обладающих лишь
массой и зарядом, то в настоящее время известно около
двадцати разновидностей элементарных частиц, каждая из
которых обладает многообразными свойствами и способна
к различным превращениям. Под элементарными части-
цами в современной физике понимаются простейшие мик-
рообъекты, не состоящие из других, известных ныне видов
материи, то есть элементарные частицы — это такие каче-
ственно своеобразные микрообъекты, которые взаимодейст-
вуют как единое целое во всех известных процессах. Не вни-
кая пока в подробный анализ свойств микрочастиц, рассмот-
рим, какие частицы были открыты в течение последних
50 лет.
Первой элементарной частицей, которая была открыта
после электрона, является фотон, или квант электромаг-
нитного поля. Гипотеза фотонов была выдвинута в начале
XX в. Эйнштейном в связи с объяснением законов фотоэф-
фекта. Затем она нашла всестороннее подтверждение в мно-
жестве других опытов. Сейчас нет сомнения в том, что элек-
тромагнитное поле представляет собой результат сложе-
ния огромного количества элементарных световых полей,
47
или квантов, движущихся в пространстве по волновым за-
конам. Каждый фотон обладает определенной энергией
E=h'), пропорциональной его частоте колебаний у (h—
постоянная Планка). Кванты существуют в многообразных
формах — как частицы видимого света, рентгеновские лу-
чи, так называемые гамма-фотоны, возникающие в ядерных
реакциях и обладающие большой энергией. Во всех случаях
различие между ними зависит от частоты колебаний. Мак-
симальной частотой обладают гамма-лучи, тогда как мини-
мальной — электромагнитные волны, используемые в радио-
технике. Из этого не следует, однако, делать вывод, что
кванты различной частоты колебаний различаются между
собой лишь с чисто количественной стороны. Хотя величина
энергии и является количественной характеристикой, од-
нако фотоны большой энергии обладают уже качественно
иными свойствами, чем фотоны малой энергии. Они могут
породить при столкновении с атомными ядрами пары раз-
личных частиц, вплоть до протонов и антипротонов, тогда
как фотоны малой энергии не обладают такой способностью.
Кванты света по некоторым своим свойствам значительно
отличаются от частиц вещества. Они всегда движутся в про-
странстве с постоянной скоростью, которая в вакууме, то
есть в отсутствии вещества, равна примерно 300 тысяч ки-
лометров в секунду. Кванты не могут находиться в состоя-
нии покоя; остановка фотона означает его поглощение,
так что движение со скоростью света является формой суще-
ствования квантов. Поскольку понятие покоя неприменимо
к фотонам, то они не могут обладать массой покоя, свойст-
венной частицам вещества; им присуща так называемая мас-
са движения, которая определяется энергией фотона.
Помимо электромагнитного поля, в качестве особой
формы материи следует рассматривать также гравитацион-
ное поле. Это поле играет огромную роль в общем развитии
материи во вселенной. Лишь благодаря действию сил тяго-
тения происходит концентрация рассеянного вещества и
включение его в новый цикл развития.
В изучении природы и характера воздействия гравита-
ционного поля на вещество можно наметить три важных
этапа. Первый этап начинается после формулировки Нью-
тоном закона всемирного тяготения, сыгравшего такую
большую роль в небесной механике. Второй этап связан
с развитием Эйнштейном общей теории относительности,
которая показала, что материя определяет через посредство
48
гравитационного поля метрические свойства пространства
и времени. Благодаря действию гравитационных полей мет-
рические свойства реального пространства—времени отли-
чаются от тех свойств, которые приписывали им раньше,
на основе эвклидовой геометрии и обыденных представле-
ний о времени (см. об этом раздел второй, гл. II, § 3).
Третий этап в исследовании природы гравитационного
поля начинается в настоящее время, когда делаются попыт-
ки истолковать это поле На основе квантовых представле-
ний о материи. Ряд ученых делает попытки сопоставить
гравитационному полю особые частицы — гравитоны, по-
добно тому как электромагнитному полю сопоставляются фо-
тоны. Теоретически можно вычислить энергию и соответст-
вующую массу гравитона, которая оказывается очень
малой. Вследствие этого излучение звездами и другими
телами гравитационного поля приводит к значительно мень-
шей потере массы и энергии, чем излучение электромагнит-
ного поля. Заметная убыль энергии за счет гравитацион-
ного излучения может быть лишь за периоды времени в ты-
сячи миллиардов лет.	♦
Советские физики Иваненко и Соколов предсказывают
возможность превращения гравитонов в электроны-позит-
роны и возникновения их за счет данных частиц. Вероят-
ность этих процессов при обычных условиях в 10"82 раз
меньше вероятности соответствующего превращения элек-
тронов и позитронов в фотоны. Но при энергии порядка
1021 тс1 2 3 она может достигать электромагнитных эффектовх.
Если подобные процессы в природе действительно имеют
место, то это еще раз говорит о единстве различных видов
движущейся материи. Но в настоящее время эти выводы яв-
ляются сугубо гипотетичными, так как гравитоны экспери-
ментально не обнаружены и не известно даже, каким об-
разом они могут быть зафиксированы.
Рассмотрим кратко те элементарные частицы, которые
были открыты и изучены в связи с исследованием вещества.
В 1911 г. при разработке планетарной модели атома,
предложенной Резерфордом, был открыт протон. Масса
протона оказалась в 1836 раз больше массы электрона и со-
ставляет в граммах 1,6-10-24.
1 См. Д. Иваненко и А. Соколов, Классическая теория поля, Гос-
техиздат, 1951, стр. 448—449.
3 С. T. Мелюхин	49
Протоны входят в состав всех атомных ядер, и их число
определяет заряд ядра атома, а тем самым и место элемента
в периодической системе.
В 1933 г. была открыта другая положительная частица—
позитрон, существование которой предсказывалось ра-
нее на основе анализа установленного Дираком уравнения
электрона. Позитроны порождаются вместе с электронами
фотонами большой энергии (больше миллиона электрон-
вольт), а также могут возникать при радиоактивном распаде
ядер и при распаде мезонов. Позитрон обладает в точности
такой же массой, что и электрон, но отличается от послед-
него знаком электрического заряда. Сталкиваясь с электро-
ном, позитрон взаимодействует с ним таким образом, что
обе частицы исчезают («аннигилируют»), превращаясь в
фотоны большой энергии. Обычно возникают два фотона,
но возможно превращение в три или даже в один фотон. Все
эти процессы говорят о глубоком единстве различных форм
движущейся материи, а также о принципиальном отличии
реальных элементарных частиц от допускавшихся ранее
неизменяемых и нерушимых атомов.
Из других легких элементарных частиц следует указать
на нейтрино. Вывод о существовании нейтрино был сделан в
30-х годах в связи с объяснением закономерностей бета-
распада радиоактивных ядер. Несколько лет назад эти ча-
стицы были экспериментально обнаружены в опытах на
ядерных реакторах. Нейтрино порождаются в различных
ядерных реакциях и при распаде мезонов. Они играют боль-
шую роль в космических процессах, во всей эволюции ма-
терии во вселенной. По подсчетам, нейтрино уносят значи-
тельную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце,
например, теряет за счет излучения нейтрино примерно
7% энергии.
На каждый квадратный сантиметр земной поверхности,
перпендикулярной солнечным лучам, в секунду падает при-
мерно 300 миллиардов нейтрино, которые, однако, никак
не регистрируются нашими органами чувств и приборами
ввиду их крайне слабого взаимодействия с веществом. Даль-
нейшая судьба этого излучения в настоящее время неизве-
стна, но, очевидно, где-то нейтрино должны вновь вклю-
чаться в общий круговорот материи в природе.
Исследование строения атомных ядер привело к откры-
тию других элементарных частиц. В 1932 г. был открыт
нейтрон, масса которого оказалась равной 1838 электрон-
50
них масс. Нейтрон в свободном состоянии радиоактивен и
распадается примерно через 12 минут после своего возник-
новения на протон, электрон и нейтрино. Нейтроны входят
вместе с протонами в состав атомных ядер. Силы, удержи-
вающие протоны и нейтроны в ядре, получили название
ядерных сил. Они качественно отличны от электромагнит-
ных и гравитационных сил и намного больше их по величи-
не, так что, несмотря на значительное электрическое оттал-
кивание протонов друг от друга, для расщепления устой-
чивых ядер требуется затратить большую энергию.
Материальным субстратом ядерных сил является осо-
бое ядерное поле и его кванты — мезоны.
Первоначально мезоны были открыты в космических
лучах Ч В 1937 г. были открыты мезоны с массой 207 элек-
тронных масс, получившие название р-мезонов. Они яв-
ляются неустойчивыми частицами: их время жизни равно
примерно 2-10“6 сек., после чего они распадаются на элек-
трон (или позитрон) и два нейтрино. Первоначально пола-
гали, что эти частицы и являются квантами ядерного поля.
Однако исследование показало, что они слабо взаимодейст-
вуют с атомными ядрами и не могут обеспечить необходи-
мой величины ядерных сил. Дальнейшее изучение косми-
ческих лучей показало, что р-мезоны являются продуктом
распада более тяжелых частиц — п-мезонов. Сейчас из-
вестны положительные и отрицательные п-мезоны с мас-
сой в 273 электронных массы и нейтральные — с массой в
264 электронных массы. Отрицательные и положительные
п-мезоны существуют в свободном состоянии примерно две
стомиллионные доли секунды, после чего распадаются на
отрицательный и положительный р-мезоны и нейтрино:
п^—
Нейтральный п-мезон обладает значительно мень-
шим временем жизни — около 10"15 сек. — и распадается
на два фотона большой энергии. За все время своего суще-
ствования нейтральный мезон успевает пролететь лишь не-
большую долю миллиметра.
1 Первичные космические лучи представляют собой протоны и лег-,
кие ядра огромной энергии, приходящие на Землю из мирового про-
странства. При столкновении с ядрами атомов воздуха космические
Частицы вызывают их расцепление, в результате чего и рождаются
мезоны.
3*
51
По-видимому, гг-мезоны и являются теми квантами ядер-
ного поля, которые переносят взаимодействия между про-
тонами и нейтронами. Это взаимодействие можно схемати-
чески изобразить следующим образом: протон излучает по-
ложительный п-мезон и превращается в нейтрон; излу-
ченный п-мезон поглощается другим нейтроном, который
в результате этого превращается в протон. Возможен также
обмен отрицательными и нейтральными п-мезонами. В ре-
зультате всех этих процессов и превращений между нук-
лонами возникает необходимая величина ядерных сил.
Ядерные силы имеют очень малый радиус действия, поряд-
ка 10~13 см. За пределами этой величины ядерные силы бы-
стро спадают и начинают преобладать электрические силы,
которые уменьшаются с расстоянием значительно медлен-
нее, а именно прямо пропорционально квадрату расстоя-
ния, согласно известному закону Кулона. Сфера действия
ядерных сил принимается за размеры атомного ядра, кото-
рые соответственно определяются примерно в 2,8-10~18 см.
Поскольку ядерные силы не обрываются совершенно
резко, то ядро имеет несколько размытые очертания. Образно
говоря, ядро обладает разреженными краями и плотной
сердцевиной, так что плотность материи возрастает к центру
ядра.
В основе строения ядра, так же как и многих других
процессов, лежит единство сил притяжения и отталкива-
ния. Эти силы представляют собой те противоположности,
взаимодействие которых обусловливает устойчивость и
непрерывное внутреннее изменение всех материальных
систем, начиная от атомного ядра и кончая Метагалакти-
кой. Притяжение и отталкивание всегда существуют в не-
разрывном единстве и невозможны друг без друга. Если бы
в природе возобладали одни лишь силы притяжения, то все
тела и частицы соединились бы в сплошную массу, в резуль-
тате чего невозможно было бы никакое движение. И нао-
борот, если бы возобладали силы отталкивания, то про-
изошло бы всеобщее рассеяние материи в пространстве и не
могли бы образоваться никакие устойчивые системы. Толь-
ко единство этих противоположных сил делает возможным
относительную устойчивость материальных систем в при-
роде и их непрерывное внутреннее изменение.
При определенных условиях притяжение может сме-
няться отталкиванием и наоборот. Это происходит тогда,
когда одни силы «перекрывают» другие. Если, например,
52
бомбардировать атомное ядро протонами большой энер-
гии, то по мере приближения к ядру протоны будут испыты-
вать все возрастающее отталкивание со стороны ядра. Од-
нако, если они преодолеют некоторый «потенциальный
барьер», то на расстоянии порядка 10-13бш силы отталкива-
ния перекрываются значительно более мощными силами
ядерного притяжения, вследствие чего протон может быть
захвачен ядром.
Обратный процесс происходит тогда, когда ядро излу-
чает положительно заряженную частицу. В этом случае
сначала происходит преодоление частицей ядерных сил
притяжения, после чего она приобретает значительное ус-
корение под действием электрического отталкивания.
Единство противоположных сил имеет место и в самом
атомном ядре. На достаточно малом расстоянии силы ядер-
ного притяжения между нуклонами переходят в силы от-
талкивания, которые препятствуют падению нуклонов друг
на друга. Благодаря такому единству противоположных
сил ядро существует как устойчивая система и в то же вре-
мя претерпевает постоянное внутреннее изменение благо-
даря движению составляющих его частиц.
В действии сил притяжения и отталкивания существует
важная закономерность, которая имеет большое значение
для правильного понимания проблемы конечного и беско-
нечного в строении материи. Эту закономерность можно
сформулировать следующим образом: по мере уменьшения
пространственных размеров устойчивых материальных си-
стем происходит относительное возрастание сил притяже-
ния и сил отталкивания, приходящихся на единицу массы
системы, причем силы притяжения возрастают значительно
быстрее. Другими словами, относительная прочность си-
стем увеличивается с уменьшением их размеров. Если
сравнить величину сил притяжения между двумя одинако-
выми телами, то в Галактике она будет значительно больше,
чем в масштабе Метагалактики, а в солнечной системе
много больше, чем в рамках всей Галактики. Это совершен-
но естественно, поскольку величина гравитационных сил,
действующих между телами с заданными массами, обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними, и чем
меньше размеры системы, тем больше будет энергия связи,
приходящаяся на единицу массы.
С переходом от космических систем к твердым телам и
жидкостям к гравитационным силам прибавляются еще
53
электрические силы, которые обусловливают главным об-
разом сцепление между молекулами. Благодаря этому на-
много увеличивается связь между составными элементами
данного тела. Особенно велика она бывает у металлов и
твердых пород.
Однако эти силы сцепления не идут ни в какое сравне-
ние с теми силами притяжения, которые имеются в атоме
между ядром и электронами. Электроны в атомах движут-
ся со скоростью в несколько сот километров в секунду, в
результате чего на электрон действуют огромные центро-
бежные силы. Эти силы уравновешиваются столь же мощ-
ными силами притяжения, действующими между элект-
роном и ядром, благодаря чему атом существует как устой-
чивое целое. Насколько велики эти силы, показывает
следующий расчет. Предположим, что нам каким-либо обра-
зом удалось расщепить атомы водорода на электроны и яд-
ра и составить отдельно по одному грамму вещества из од-
них только электронов и одних ядер. Тогда на расстоянии
одного сантиметра между этими суммарными электриче-
скими зарядами действовала бы сила притяжения, равная
1,56-1028 т. Для уравновешивания ее к одному из зарядов
пришлось бы «подвесить» массу вещества, равную массе
26 земных шаров (масса Земли — примерно 0,6-1022 т).
Эти огромные силы обусловлены почти целиком электро-
магнитным взаимодействием микрочастиц, поскольку гра-
витационное притяжение между протонами и электронами
примерно в 1,5-1032 раз меньше электрического притяже-
ния.
Но как ни велики эти силы, в атомных ядрах имеется
еще более прочное сцепление между составными частицами
ядра. Энергия связи, приходящаяся на единицу массы, в
случае нуклонов в тысячу раз превышает энергию связи
между ядром и электронами. Для того чтобы выбить из
ядра нуклон, необходимо затратить энергию в несколько
миллионов электрон-вольт, тогда как для отрыва электро-
на от ядра достаточно нескольких электрон-вольт (масса
электрона в 1836 раз меньше массы протона).
Если на оси абсцисс отложить масштабы расстояний,
а на оси ординат — логарифм энергии связи (в условных
единицах), приходящейся, на единицу массы в устойчивой
системе, то получится следующий график:
54
Эта закономерность, представленная здесь в весьма об-
щем качественном виде, действует лишь как нечто среднее
для систем различных порядков. Если же мы возьмем раз-
личные вещества в системе одного и того же порядка, то в
них может быть различная энергия связи. Например, проч-
ность связи частиц в телах одинаковых размеров, состоя-
щих из стали, дерева и льда, может быть совершенно раз-
личной. Точно так же различные атомные ядра, имеющие
примерно одинаковые размеры порядка 10”13 см, могут об-
ладать неодинаковой энергией связи между нуклонами.
Доказано, что в ядрах с числом нуклонов 2,8, 20, 50, 82,
152, 208 (так называемые «магические числа») энергия свя-
зи является наибольшей. В них нуклоны целиком заполня-
ют ядерные оболочки, вследствие чего данные ядра обла-
дают особенно большой устойчивостью.
Можно ли закономерность увеличения энергии связи
с уменьшением размеров систем распространять еще даль-
ше, за пределы атомных ядер, применив ее к элементарным
частицам? По-видимому, можно, хотя к элементарным ча-
стицам понятие механической системы неприменимо и слож-
ность их совсем иного рода. Справедливость этого доказы-
вается тем, что ни при каких известных процессах до сих пор
еще не удалось расщепить элементарные частицы. В косми-
55
ческих лучах встречаются частицы с энергией до 101й элек-
трон-вольт, которые способны вызывать полные расщепления
ядер на нуклоны. Однако ни в одном случае не наблю-
далось расщепления самих элементарных частиц. При уве-
личении энергии воздействия на электрон, протон и другие
частицы они не расщепляются, а превращаются в другие
элементарные частицы. Взаимопревращаемость элементар-
ных частиц делает физически невозможным их расщепле-
ние ни в каких известных процессах. Этот факт ставит в со-
вершенно новую плоскость всю проблему бесконечного в
строении материи, так что решение ее должно быть иным,
чем давалось в теории бесконечного механического деления.
В дальнейшем (гл. III, §5) мы еще вернемся к этому во-
просу, сейчас же заметим, что рассматриваемая закономер-
ность имеет значение и для космологии. Если с уменьшением
размеров систем энергия связи возрастает, то отсюда ло-
гически следует, что с увеличением масштабов систем энер-
гия связи, приходящаяся на единицу массы, должна посто-
янно уменьшаться. Если это будет продолжаться все время,
то при некоторых, достаточно больших, масштабах энер-
гия взаимодействия между системами настолько уменьшит-
ся, что станет меньше кинетической энергии движения дан-
ных систем (которая обычно очень велика, поскольку систе-
мы могут двигаться со скоростями, достигающими несколь-
ких десятков тысяч километров в секунду). В таком случае
данные системы окажутся уже не в состоянии объединиться
в единую устойчивую систему еще большего порядка, и это
явится верхним пределом для последовательной иерархии
систем в бесконечной вселенной. Дальнейшее распределе-
ние вещества в пространстве с увеличением масштабов бу-
дет подчиняться уже качественно иным закономерностям
(см. об этом раздел второй, гл. II, § 2).
Усовершенствование техники исследования космиче-
ских лучей, а также создание мощных ускорителей, способ-
ных разгонять частицы до энергии в несколько миллиардов
электрон-вольт, привело в последние годы к открытию ря-
да других элементарных частиц, что существенно расшири-
ло область знаний о структурных элементах материи.
Было установлено существование целой группы так назы-
ваемых К -мезонов — положительных, отрицательных и
нейтральных — с массой примерно 966 электронных масс.
Эти частицы распадаются нап-мезоны, ц-мезоны, электроны
и нейтрино.
56
Наряду с этим открыты частицы с массой, большей мас-
сы нуклонов, названные гиперонами. Эти частицы возника-
ют при взаимодействиях частиц очень большой энергии;
они неустойчивы и распадаются на протоны, нейтроны и
тт-мезоны. В настоящее время известны гипероны с массой
в 2181, 2327, 2340 и 2580 электронных масс и различными
зарядами.
Открытие и изучение гиперонов знаменует собой пер-
вый этап проникновения в структуру нуклонов и других
элементарных частиц.
Крупным успехом в исследовании микрочастиц явилось
искусственное создание в мощном ускорителе в 1955 г. ан-
типротона — частицы, существование которой предсказыва-
лось еще 25 лет до этого на основании анализа уравнения
Дирака. Антипротоны имеют ту же массу, что и обычные
протоны, но отличаются от последних отрицательным эле-
ктрическим зарядом. В обычном веществе они не могут су-
ществовать длительное время. Сталкиваясь с протонами, они
исчезают, и обе частицы превращаются в несколько мезо-
нов. Возможно также превращение пары протон-антипро-
тон в фотоны большой энергии.
Наряду с антипротоном установлено существование ан-
тинейтрона, который отличается от обычного нейтрона по-
ложительным знаком магнитного момента (у обычного ней-
трона отрицательный магнитный момент, равный—1,91
ядерного магнетона). Главная особенность антинейтронов
заключается в том, что при встрече с обычными нейтронами
они «аннигилируют» и превращаются в другие микроча-
стицы.
Антипротоны и антинейтроны возникают лишь при ядер-
ных взаимодействиях большой энергии. Но физически воз-
можно, что где-то в бесконечных просторах вселенной эти
частицы распространены в большей степени и составляют
особые атомные ядра, вокруг которых вращаются уже не
электроны, а позитроны. Антиатомы должны отличаться от
обычных атомов лишь знаком электрического заряда или
магнитного момента образующих их частиц. При столкно-
вении с атомами обычного вещества они должны аннигили-
ровать вместе с ними, превращаясь в фотоны или другие
микрочастицы большой энергии. Отличить вещество подоб-
ного антимира от обычного мира оптическим путем невоз-
можно, так как спектральные свойства, зависящие от квад-
рата электрического заряда, должны быть одинаковы для
57
ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
	Название	Символ	Ма сса (в массах электрона)	Спин	Время жизни (в сек.)	Продукты распада	Энергия продук- тов распада (в Мэв)		Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Фотон		Y	0	1	00	стабилен	0		
2	Нейтрино . . .	V	<0,0005	1/2	00	стабилен	0		
3	Антинейтрино	V	<0,0005	1/2	00	»	0		
4	Электрон . . .	е“	1*	1/2	00	е“+ е+-> ну	0		* Равны с точ- ностью 0,007%.
5	Позитрон . . .	е+	1*	1/2	00	п=1, 2, 3...	0		
6	{i+-мезон . . .		206,7	1/2	2,22х10-в	е++> + >	105,1		
7	-мезон . . .	И"	206,7	1/2	2,22хЮ“°	е “ + >+ v	105,1	д о	
8	-мезон . . .	тс+	273,3	0	2,53x10“°	|1++ V	34,1	си	
9	тс“-мезон . . .	тс“	272,8	0	2,55x10“°	(1 + +~V	33,8		
10	тс°-мезон ....	е	264,3	0	(1—5)хЮ“"	Y + Т	135,0		
И	К-мезоны . . .	К + А-	965		10“°				К-мезоны —
	т-мезон ....	К?з=т+	966,1+0,7	0?	0,8±g-Jxl0“°	ТС+-|-ТС~-|-ТС +	74,9±0,4		общее назва- ние	частиц,
	т'-мезон ....	к+3=т'	965?	0?	2,4t|;°xl0“°	ТС + +1Г0+7С0	83?	S к	близких по мас-
	0°-мезон ....	к“2=0°	965±10	0?	O,8±gJxlO“10	f тс°+тс°__ (тс+-|-тс" ТС + -J-TC0	214±5	о со CU s	се и времени жизни и распа-
	К-мезон ....	к+2	964,2±20	0?	1,21±g; Jix 10“°		^219	X	дающихся по типу к„2; К^;
	К-мезон ....	к+2	964,8±2,8	0?	l,17±^X10“°	|1++>	^389		Кр.2" К.З, К?з-
	К-мезон .... К-мезон ....	К,3 Ki3	986±6 963±10	0? 0?	0,81 to/ooX 10‘8 0,491„;?2Х 10-8	ji++v4-k° е++>Ч-7С°?	-250		
	анти-К-мезон анти-0°-мезон	К’ 0°	965±2	0?	0,95^.q ’ 25 X 10”8		1	Анти-К-мезоны	Предваритель- ные данные: mo°<mK4 • Данные о распа- дах отри цат. К-мезонов и 0° пока немнсro- ll исленпы.
12 13	Протон .... Нейтрон . . .	р п	1836,12 1838,65	1/2 1/2	oo 1,11x10s	стабилен p+e”±v	0 0,7830	ы	1 Нуклоны |	
14 15	Антипротон . . Антинейтрон	р п	a c E E Il ll j c E E					Анти- нуклоны	
16 17 18 19	А°-гиперон . . -гиперон . . 5“-гиперон . . Е°-гиперон . . .	Л° S+ S“ s°	2181±2 2327,4±1 2340±2		2,8±g;5x io-w (0,86±0,17)X 10“10 (1,86±0,26)X IO-10	p+rc- (п+к«)? J P+*° I n+it+ п+тс Л°+Г	36,9±0,2 116,1 ±0,5 110±5 118±2,6 ~70	Гимпероны	Предваритель- ные данные: mE + <mvo<mv-
20 21	Каскадный ги- перон . . •. Каскадный ги- перон ....	(11 (И *	1	2580		Ю-io	A’+*- Л°+л°	67±12		* Предсказы- вается на ос- новании гипоте- зы изотопиче- ской инвари- антности.
1 См. «Большая Советская Энциклопедия», т. 48, изд. 2, стр. 651.
обоих родов атомов. Поэтому в настоящее время еще неяс-
но, каким образом можно будет проверить гипотезу о суще-
ствовании во вселенной подобного вещества. Но нет также
никаких оснований отвергать эту гипотезу, поскольку она
вытекает из теоретических основ современной физики.
Было бы неправильно думать, что возможность сущест-
вования антиатомов несовместима с учением диалектическо-
го материализма о материальном единстве мира. Положе-
ние о материальном единстве мира не следует сводить к то-
му, что вся материя во вселенной должна обязательно состо-
ять из известных нам в настоящее время 102 химических
элементов или же из открытых нами типов элементарных
частиц. Единство мира не означает единообразия материи.
Вселенная бесконечна, ее различные области находятся на
разных ступенях развития. Поэтому закономерности струк-
турной организации материи, господствующие в одной об-
ласти, могут быть совершенно не обязательны в другой.
Положение о материальном единстве мира говорит только
о том, что все существующие в природе объекты представ-
ляют собой различные виды движущейся материи и что ни-
чего, кроме материи и ее проявлений в природе, не сущест-
вует. В рамках этих общих представлений о материи кон-
кретное ее понимание может иметь самое ^различное содер-
жание. Поэтому то, какой знак электрического заряда или
магнитного момента может иметь та или иная частица, ни
в коем случае не может служить основанием для сомнения
в ее материальности.
Современная физика указывает, что из известных в на-
стоящее время элементарных частиц подавляющее боль-
шинство имеет соответствующие им античастицы.
Из всех открытых в настоящее время микрообъектов из-
вестно лишь очень немного частиц, которым нельзя было
бы сопоставить соответствующие им античастицы и которые
являются поэтому истинно нейтральными частицами. К ним
относятся фотоны, нейтральные тг-мезоны и, возможно,
нейтрино, хотя в последнем случае допускается существо-
вание антинейтрино. Данные частицы называются истинно
нейтральными потому, что если сопоставить им соответст-
вующие античастицы, то последние будут иметь совершенно
тождественные с ними свойства, вследствие чего различение
этих микрообъектов на частицы и античастицы не имеет фи-
зического смысла.
В целях систематизации все известные в настоящее
60
время элементарные частицы сведены в таблицу (стр. 58—59)
с указанием их наиболее общих свойств. Физический смысл
некоторых из этих свойств будет рассмотрен далее.
Эта таблица, по-видимому, не исчерпывает всех элемен-
тарных частиц, которые реально существуют или же могут
возникать при взаимодействиях. Но важно отметить, что
большинство открытых за последние 20 лет частиц являют-
ся неустойчивыми и распадаются. Устойчивых частиц су-
ществует весьма немного. Это прежде всего фотоны, нейтри-
но, электроны и протоны. Особо важную роль в общем кру-
говороте материи играют гравитационное поле, а также
нейтроны и п-мезоны, входящие в состав атомных ядер.
Этим, по-видимому, и исчерпывается список основных эле-
ментарных частиц, играющих особо важную роль во всех
процессах в известной части вселенной. Однако это обстоя-
тельство нисколько не умаляет положения о неисчерпаемо-
сти материи. Подобно тому как из немногих букв алфавита
составляется бесчисленное множество слов и предложений,
имеющих самый различный смысл, так и из сравнительно
малого числа элементарных частиц возникают бесконечно
разнообразные тела со своими специфическими особенно-
стями. Все бесконечное в природе создается из малого, хо-
тя и малое скрывает в себе бесконечность.
Атомистические представления о материи вступили в на-
стоящее время в новый этап своего развития, который про-
тивоположен по своему содержанию тенденциям старой
атомистики. Вместо неизменных и бесструктурных частиц
материи, к открытию которых веками стремилась атомисти-
ка, перед современной наукой предстал мир частиц, находя-
щихся в вечном движении и изменении, в непрерывном воз-
никновении и уничтожении. Если старая атомистика счи-
тала, что мельчайшие частицы обладают небольшим коли-
чеством сравнительно простых свойств, то современная
теория, напротив, исходит из признания неисчерпаемого
многообразия свойств и взаимодействий микрочастиц.
§ 2. Основные свойства элементарных частиц
Первым из числа физических свойств, присущих всем
известным ныне видам материи, следует назвать массу. Со-
держание понятия массы за последние десятилетия значи-
тельно изменилось. В классической физике понятие массы
61
зачастую отождествлялось с понятием материи, и закон со-
хранения массы рассматривался непосредственно как за-
кон сохранения материи. В настоящее время масса счита-
ется одним из свойств материи, правда, весьма существен-
ным, природа которого полностью не выяснена до сих пор.
Масса характеризует инертные и гравитационные свой-
ства и представляет собой меру инерции и гравитационных
связей тел. Инертная масса и гравитационная в точности
равны друг другу, и этот факт говорит о том, что инерция
и гравитация представляют собой две неразрывные стороны
единой сущности.
Однако данное определение массы не исчерпывает всех
ее специфических особенностей. Современная теория указы-
вает, что масса неразрывно связана с энергией, согласно
закону Е—тс\ где т — собственная масса, а с — скорость
света. Этот закон утверждает, что всякое изменение массы
связано с пропорциональным изменением энергии тела и,
наоборот, всякое изменение энергии вызывает изменение
массы. Вследствие очень большого значения коэффициента
пропорциональности — квадрата скорости света — измене-
ние массы во всех обыденных процессах настолько незна-
чительно, что практически им можно пренебречь. Так, на-
пример, прирост массы при нагревании 200 т воды на 100°
составил бы всего миллиграмм. Но в области микропро-
цессов, где энергия взаимодействующих частиц может быть
очень большой, изменение массы также может быть весьма
существенным. В случае превращения частиц вещества в
кванты электромагнитного поля масса покоя может совсем
исчезать, превратившись в массу движения фотонов.
Увеличение кинетической энергии частицы также может
вызывать соответствующее изменение массы, которая ста-
новится тем больше, чем ближе скорость частицы к скоро-
сти света. В современных ускорителях частицы, разгоняясь,
получают прирост массы, обычно в несколько сот раз превос-
ходящий величину массы покоя частицы.
Полная энергия, заключенная в каждой частице, со-
гласно соотношению Е=тс\ очень велика. Это та энер-
гия, которой бы обладали кванты электромагнитного поля,
если бы данная микрочастица превратилась в излучение.
Так, при переходе 1 г любого вещества в излучение возник-
шие кванты обладали бы энергией в 9-Ю20 эрг. Этой
энергии было бы достаточно для нагревания 200 000 т во-
ды от 0° до 100°Ц.
62
При характеристике массы тела иногда всю массу разде-
ляют на две части — пассивную и активную. Активная
часть массы соответствует той части вещества, которая дей-
ствительно превращается в излучение в микропроцессах.
В недрах звезд, в атомных бомбах или ядерных энергети-
ческих установках лишь менее 1 % всего вещества превра-
щается в излучение. Поэтому активная масса, являющаяся
мерой действительно высвобождающейся энергии, состав-
ляет менее 1% всей массы тела. Остальная же часть явля-
ется пассивной и по существу не принимает непосредствен-
ного участия в энергетических превращениях.
Однако это деление массы на активную и пассивную
справедливо лишь для всех известных случаев превращения
вещества в излучение в сравнительно больших масштабах,
и его нельзя абсолютировать. Факт существования анти-
протонов, антинейтронов и других античастиц, способных
к аннигиляции, говорит о том, что частицы могут перехо-
дить в излучение полностью. Если где-либо во вселенной
существует большое количество атомов, составленных из
античастиц, то при столкновениях их с обычными атомами
будут происходить мощные процессы превращения вещества
в излучение. Следовательно, с принципиальной стороны вся
масса вещества может быть активной, то есть вся масса вы-
ступает как мера внутренней собственной энергии тела,
способной к высвобождению в активных формах.
Важно отметить, однако, что сама масса не является чем-
то однородным для всех микрообъектов. У электронов, про-
тонов, нейтронов и других частиц вещества имеется масса
покоя, тогда как квантам электромагнитного и гравита-
ционного полей такая масса не присуща: они обладают лишь
массой движения.
Вывод о наличии у фотонов определенной массы не яв-
ляется результатом чисто формальной операции пересчета
энергии фотона на массу, согласно соотношению Е~тс2.
Фотонам действительно присущи инерционные и гравита-
ционные свойства, которые характеризуют массу. Кванты
света обладают импульсом и способны оказывать давление
на встречные тела; излучатели электромагнитных волн ис-
пытывают отдачу в противоположном направлении. Из
этого следует, что фотоны обладают определенной инер-
цией. Наряду с этим световые лучи взаимодействуют с гра-
витационным полем. Так, лучи света искривляются в по-
лях тяготения массивных тел; частота света при излучении
63
его телами большой массы и плотности (например, белыми
карликами) под действием мощного гравитационного поля
уменьшается. Эренфест и Тол мен теоретически исследова-
ли гравитационное поле, создаваемое узким пучком света.
Оно оказалось очень слабым, но важен сам факт связи гра-
витационного поля с электромагнитным. Отсюда следует,
что если фотоны обладают инерционными и гравитацион-
ными свойствами, то им должна быть присуща и определен-
ная мера этих свойств. Такой мерой, как было отмечено,
является масса, но только в случае фотонов это будет не мас-
са покоя, а масса движения. И действительно, излучение
телами света ведет к потере ими массы. Так, например, на-
ше Солнце теряет за счет излучения 4 200 000 т массы в
секунду. На Землю попадает лишь весьма незначительная
часть этого излучения, но тем не менее прирост массы Зем-
ли только за счет излучения Солнца составляет примерно
250 кг в секунду.
Обобщая сказанное, можно сделать вывод, что как в слу-
чае частиц вещества, так и в случае квантов электромагнит-
ного поля масса является мерой инерции и гравитационных
связей, а также мерой* внутренней собственной энергии
микрообъектов.
Сказанным не исчерпываются все особенности массы как
одного из важных свойств микрообъектов. Уже имеющийся
материал о природе массы говорит о том, что это свойство
весьма сложно по своим проявлениям. В дальнейшем мы еще
вернемся к вопросу о массе, сейчас же рассмотрим кратко
другие основные свойства микрочастиц.
Следующим важным свойством микрочастиц является
электрический заряд, которым обладают многие частицы.
Заряд выражает связь частиц с электромагнитным полем,
подобно тому как масса выражает связь с гравитационным
полем. Каждое из полей вносит свой вклад в структуру ча-
стиц, обусловливает их свойства и поэтому неотделимо от
них. Весьма интересным является то, что различные эле-
ментарные частицы обладают одинаковым по абсолютной
величине электрическим зарядом, равным 4,8-10“10 абсолют-
ного электростатической единицы. Причина этого факта со-
вершенно неясна, но, по-видимому, равенство абсолютной
величины заряда является следствием некоторой общности
в структуре всех заряженных частиц.
Электрический заряд электрона и других частиц являет-
ся наименьшим из всех известных в природе. До сих пор
64
не удалось расщепить электрон на еще меньшие заряды,
и есть основания полагать, что такое расщепление и получе-
ние некоторых «субэлектронов», несущих часть заряда, во-
обще невозможно. Даже при энергии внешнего воздей-
ствия, в миллионы раз превосходящей собственную энер-
гию электрона, последний не расщепляется, а превращается
в качественно иные частицы. Таким образом, превращае-
мость исключает разделение электрона на еще меньшие по-
добные ему частицы.
Важным свойством частиц является c/w/y, или собственный
момент количества движения. Спин электрона был открыт в
1925—1926 гг. и рассматривался как характеристика быст-
рого вращения электрона вокруг своей оси. Благодаря та-
кому вращению (spin — по-английски вращение) электрон
приобретает магнитный момент, равный так называемому
магнетону Бора. Однако в дальнейшем оказалось, что пред-
ставление о спине как о механическом вращении электрона-
шарика вокруг своей оси является неточным. Спин электро-
на (и других микрочастиц) является особым свойством, не
имеющим аналога в макроявлениях. Его следует рассматри-
вать как проявление внутренней вращательной степени
свободы в движении электрона. Таким образом, состояние
микрочастицы характеризуется не только заданием значе-
ний ее координат (т. е. указанием ее положения в простран-
стве), но и четвертой степенью свободы — заданием значе-
ния спина частицы. Наличие спина у частиц говорит о том,
что они обладают сложной структурой, представляющей
собой определенный тип внутренних связей. Каждое из
свойств—масса, заряд, спин и др. — выражает некоторую со-
вокупность этих внутренних связей, так что раскрытие при-
роды свойств неизбежно будет связано с раскрытием струк-
туры элементарных частиц.
Спин электрона может принимать только два значения—
± у , которые характеризуют две проекции момента ко-
личества движения на некоторое заданное направление в
пространстве (здесь h — постоянная Планка). Спин обус-
ловливает определенную ориентацию пространственного
движения частиц. Если через однородное магнитное поле
пропускать атомный пучок, то благодаря наличию у эле-
ктронов спина, принимающего только два значения, может
иметь место расщепление пучка атомов на два компонента.
Полуцелым значением спина (в долях кванта момента
65
количества движения Л/2п) обладают помимо электрона так-
же такие частицы, как позитрон, р-мезон, протон, ней-
трон, антипротон, антинейтрон и нейтрино. У фотонов
спин равен 1, а у тт-мезонов — 0. Спин гипотетических
гравитонов предполагается равным 2. Иных значений спи-
на до сих пор еще не наблюдалось.
Значение спина микрочастицы во многом определяет
характер взаимодействия частиц и их движения. Так, ча-
стицы с полуцелым значением спина подчиняются принци-
пу Паули, согласно которому в каждом энергетическом со-
стоянии внутри атома не может быть более одного электро-
на. Грубо говоря, электроны с одинаковыми квантовыми
числами как бы избегают друг друга в каждом энергетиче-
ском состоянии внутри атома.
С другой стороны, частицы и атомные ядра, обладающие
целочисленным значением спина, могут в каждом энергети-
ческом состоянии находиться в любом количестве.
От значения массы и спина зависит характер уравнений
движения частиц. Так, фотоны (спин=1, собственная мас-
са=0) описываются уравнениями Максвелла, электроны и
позитроны (спин=1/2, масса=1) — уравнением Дирака. Для
протонов и соответствующих им античастиц, обладающих
полуцелым спином и одинаковой массой, точное уравнение
еще не найдено, и используется уравнение Дирака для элек-
тронов. Стоит задача найти соответствующие уравнения так-
же для мезонов различных масс и гиперонов. Таким обра-
зом, для выражения закономерностей движения качественно
различных микрочастиц требуются различные уравнения
движения. Это положение следует особо подчеркнуть, по-
скольку он имеет важное философское значение. Как
известно, в классической механике принимается, что законо-
мерности движения множества самых разнообразных объек-
тов можно выразить посредством одного и того же урав-
нения движения. Универсальность уравнений классиче-
ской механики объясняется тем, что в большинстве слу-
чаев описываемые объекты можно было рассматривать как
материальные точки, абстрагируясь от их индивидуальных
особенностей, структуры и внутренних изменений. Однако
в современной теории элементарных частиц нет и не может
быть такого единого уравнения, так как для каждого типа
частиц и полей необходимо учитывать их специфические
особенности.
Помимо массы, заряда и спина, важным свойством ча-
66
стиц является магнитный момент, которым обладают как
заряженные, так и некоторые нейтральные частицы. Опре-
деленная часть магнитного момента микрочастиц несомнен-
но имеет кинематическое происхождение, то есть обуслов-
лена пространственным перемещением заряженных частиц.
Но это не является всеобщим правилом, поскольку нейтрон,
не обладающий электрическим зарядом, также имеет маг-
нитный момент. Точно так же и у протона наблюдаемый маг-
нитный момент отличается от того магнитного момента, ко-
торый вычисляется на основании уравнения движения. Из
уравнения Дирака следует, что протон должен обладать
магнитным моментом, равным по абсолютной величине так
eh
называемому ядерному магнетону р0 =	-> где е — за-
ряд, М — масса протона. Между тем эксперимент дает
совершенно иное значение магнитного момента, равное
2,79 g0. У нейтрона магнитный момент оказывается
равным — 1,91 р0, хотя нейтрон как будто не должен обла-
дать магнитным моментом.
Чтобы устранить это несоответствие, была выдвинута
гипотеза о том, что протоны и нейтроны не существуют по-
стоянно как данные частицы, а все время претерпевают
изменения и превращения. Так, протон некоторую часть
времени существует в виде комбинации нейтрона и положи-
тельного тьмезона. Точно так же нейтрон временно «дис-
социирует» на протон и отрицательный п-мезон, причем за-
ряженное мезонное облако распределено вокруг нуклонов
в радиусе порядка 10-14сж. В диссоциированном состоянии
нуклоны проводят около 20% всего времени своего суще-
ствования. п-мезонам присущ определенный магнитный мо-
мент, и они передают его порождающим их нуклонам. Дис-
социация нуклонов приводит к возникновению незначитель-
ного притяжения между электроном и нейтроном и незна-
чительного отталкивания между протоном и электроном.
В этом мы снова можем видеть подтверждение того, что вза-
имодействие микрочастиц представляет собой единство при-
тяжения и отталкивания. Вместе с тем подобные процессы
говорят о том, что превращения из одного состояния в дру-
гое являются важнейшей закономерностью существования
элементарных частиц.
Из других свойств микрочастиц следует упомянуть ме-
зонный, или ядерный, заряд, представляющий собой харак-
теристику связи частиц с мезонным полем. Мезонный
67
заряд, по-видимому, не является однородным свойством, по-
скольку существует несколько типов мезонных полей и
соответственно этому необходимо различать мезонные заря-
ды по отношению к полю п-мезонов, ц-мезонов и др. Ну-
клоны обладают мезонным зарядом, равным численно
5—6 е (е — заряд электрона), хотя по своей природе ме-
зонный заряд в корне отличен от электрического, поскольку
он характеризует связь частиц не с электромагнитным, а с
мезонным полем.
При анализе взаимосвязи и превращений микрочастиц
возникает вопрос: нельзя ли хотя бы некоторые частицы
представить как состоящие из других частиц, например,
нейтрон — как комбинацию протона и отрицательного п-ме-
зона, а р-мезоны —как соединение электронов и нейтрино?
На этот вопрос следует ответить отрицательно, поскольку
всякий распад частиц представляет собой не механический
«развал» системы на ее составные элементы, а качественное
превращение одних элементарных частиц в другие, тоже
элементарные.
Элементарность частиц не следует понимать как их бес-
структурность. С признанием элементарности необходимо
связывать лишь качественную неделимость микрочастиц.
Элементарными в этом смысле являются те микрообъекты,
которые взаимодействуют как единое целое во всех извест-
ных процессах. В этом заключается одно из проявлений
конечности применительно к микрочастицам. Но в то же вре-
мя конечность и целостность не исключают возможности
существования относительно менее сложных форм материи,
которые могут составлять данные микрочастицы. В конеч-
ном потенциально заложено бесконечное, и поэтому понятие
элементарности является не абсолютным, а историческим.
В связи с открытием множества элементарных частиц
возникает вопрос о возможности установления между ни-
ми какой-либо генетической связи в смысле большей или
меньшей сложности тех или иных частиц. Какое свойство
могло бы служить мерой такой относительной сложности?
Сейчас трудно дать окончательный ответ на этот вопрос,
можно высказать лишь некоторые предварительные сообра-
жения. Очевидно, таким свойством не может быть спин, так
как многие качественно различные частицы обладают оди-
наковым спином. Нельзя считать таким свойством также
электрический заряд, поскольку фотоны, нейтрино, нейтро-
ны и некоторые другие частицы лишены заряда, а все заря-
68
женные частицы обладают одинаковым по абсолютной вели-
чине электрическим зарядом. По аналогичной причине не
могут быть характеристикой относительной сложности
частиц магнитный момент и мезонный заряд. Из всех свойств
только масса имеет различные значения для разных типов
частиц и неуклонно возрастает с увеличением внутренней
собственной энергии частиц. В связи с этим логично предпо-
ложить, что элементарные частицы с большей собственной
энергией характеризуются и относительно большей сложно-
стью их внутреннего движения, поскольку они способны к
более широкому диапазону превращений, чем частицы с от-
носительно меньшей собственной энергией. А отсюда следу-
ет, что масса частиц, являющаяся мерой их внутренней энер-
гии, представляет собой вместе с тем характеристику их
относительной сложности.
И действительно, почти во всех процессах превращения
частиц мы наблюдаем распад частиц с большей массой на
частицы с меньшей массой, обратного же превращения не
бывает. Очевидно, продукты распада должны быть в отно-
шении некоторых своих свойств менее сложными, чем ис-
ходные микрочастицы. Правда, современная физика знает
процессы и несколько иного характера, когда частица ма-
лой массы, но обладающая большой энергией, порождает
ряд частиц с большей массой. Так, например, п-мезон боль-
шой энергии может при прохождении в веществе вызвать
каскадный ливень, в котором будут тяжелые частицы. Од-
нако этот случай не противоречит тому, что было сказано
выше. Сам по себе мезон не может породить более тяжелых
частиц, они возникают лишь в результате взаимодействия
мезона с атомными ядрами, то есть при участии более слож-
ной формы материи. То же самое следует сказать и в отноше-
нии порождения фотонами электронов, позитронов и мезо-
нов при рассеянии фотонов на атомных ядрах. Количество
порождаемых фотонами частиц возрастает с увеличением их
энергии и соответствующей ей массы, а это говорит о том,
что фотоны с большей энергией обладают более сложным
внутренним движением, чем фотоны с меньшей энергией.
То же самое следует сказать и в отношении других микроча-
стиц, число степеней свободы которых возрастает с увеличе-
нием их энергии, чему соответствует возможность все более
широких превращений.
Идея о зависимости степени относительной сложности
частиц от величины их массы и энергии согласуется и с
69
положением диалектического материализма о неразрывности
материи и движения. Чем более многообразными связями
и взаимодействиями обладает данный материальный объект,
тем сложнее его внутреннее движение. В случае элемен-
тарных частиц легко видеть, что частицы с большей собст-
венной энергией обладают и относительно большим богатст-
вом связей и взаимодействий по сравнению с частицами
меньшей энергии. Например, в отличие от последних при
прохождении в веществе они могут вызывать так называ-
емые каскадные процессы.
Необходимо также принять во внимание, что энергия
является мерой движения не только с количественной, но и
с качественной стороны. А это еще раз говорит в пользу то-
го, что в случае элементарных частиц (и, по-видимому, толь-
ко их) величина внутренней собственной энергии является
мерой относительной сложности внутреннего движения и
связей частиц. Возможно, что эта степень сложности не яв-
ляется некоторой статической и неизменной характеристи-
кой, но исключительно динамична и меняется в зависимо-
сти от характера движения и взаимодействий частиц. В
этом можно видеть одно из принципиальных отличий мик-
рообъектов от макроскопических тел.
В заключение отметим, что указанная мера относитель-
ной сложности элементарных частиц, по-видимому, не яв-
ляется единственной. В случае молекул, атомов и макроско-
пических тел существует несколько свойств, которые могут
служить критерием относительной сложности. Возможно,
что то же самое характерно и для элементарных частиц.
§ 3.	Закономерности взаимопревращений микрочастиц
Превращаемость элементарных частиц является наибо-
лее яркой и удивительной особенностью их существования.
В настоящее время не известно ни одной микрочастицы, ко-
торая не была бы способна к тем или иным превращениям.
Гипероны распадаются на протоны и мезоны, мезоны с боль-
шей массой — на частицы с меньшей массой, античастицы
при соединении с частицами «аннигилируют», превращаясь
в кванты электромагнитного поля или же в мезоны, если
происходит превращение протонов и антипротонов. Даже
те частицы, которые мы считаем совершенно стабильными,
в действительности не существуют как нечто неизменное,
но претерпевают непрерывное внутреннее изменение. Так,
70
протоны в атомных ядрах постоянно превращаются в ней-
троны, а нейтроны — в протоны. В свободном состоянии
протоны и нейтроны постоянно «диссоциируют» с порожде-
нием п-мезонов, благодаря чему изменяются их свойства.
Магнитный момент нуклонов, а также некоторые другие
свойства не имеют одно и то же определенное значение в
каждый данный момент времени, а являются статистически
средними во времени.
Каждая микрочастица неразрывно связана с различны-
ми полями — электромагнитным, гравитационным или ядер-
ным. Связь частицы с полем есть не что иное, как постоянное
излучение и поглощение соответствующих квантов поля.
Этот процесс не может не вести к изменению свойств и даже
структуры частиц, если Энергия внешних воздействий ста-
новится особенно значительной. Следовательно, в каждый
данный момент времени микрочастица является «той и не
той».
Взаимопревращаемость частиц особенно отчетливо вы-
ступает в случае больших энергий взаимодействия. Так, ес-
ли атомное ядро испытывает соударение с частицей, энергия
которой превышает миллиард электрон-вольт, то общее
число частиц, возникающих в конце реакции, будет отли-
чаться от числа частиц, имевшихся ранее. Под влиянием
внешнего воздействия резко возрастает энергия движения
нуклонов, и в ядре происходит множественное образование
частиц. Затем начинается интенсивное расширение, сопро-
вождающееся излучением ливня мезонов и нуклонов.
При столкновениях нуклонов большой энергии прото-
ны и нейтроны взаимно превращаются друг в друга и в
ходе реакции возникают п-мезоны, число которых тем зна-
чительнее, чем выше энергия сталкивающихся частиц. В
этом случае происходит как бы «отрывание» мезонного по-
ля от нуклонов. Весь объем пространства в области взаимо-
действия частиц мгновенно насыщается большой энерги-
ей, которая затем уносится мезонами. Все эти процессы
принципиально отличны от взаимодействий, допускавших-
ся в классической физике. Последняя рассматривала реак-
ции с частицами как объединение или разъединение уже го-
товых структурных элементов. Современная физика допу-
скает не только объединение и разъединение частиц, но и
порождение качественно новых частиц, не существовавших
ранее.
Каким же закономерностям подчиняются все эти взаи-
71
мопревращения? Прежде всего универсальному закону со-
хранения материи и движения, который определяет все
происходящие в природе изменения. Данный закон гово-
рит о том, что ни в каких процессах невозможно возникно-
вение из ничего или уничтожение материи и движения;
они — несотворимы и неуничтожимы. Конкретным выра-
жением этого всеобщего закона являются законы сохране-
ния отдельных свойств материи — энергии, массы, элект-
рического заряда, количества движения, момента количе-
ства движения и ряда других свойств.
То, что закон сохранения материи и движения находит
свое конкретное проявление через законы сохранения от-
дельных свойств, является вполне естественным: материя
не может проявляться иначе, как только через свои кон-
кретные формы и свойства.
Законы сохранения энергии, количества движения и мо-
мента количества движения являются конкретными прояв-
лениями общего закона сохранения движения, они выража-
ют количественную неуничтожимость движения в его раз-
личных формах. Законы сохранения массы, электрического
заряда и некоторых других свойств отражают неуничтожи-
мость основных характеристик микрообъектов. J3 целом же
все законы сохранения отдельных свойств выражают
неуничтожимость и субстанциональность материи, как носи-
теля всех этих свойств. Никакие превращения микрочас-
тиц не будут возможны, если они не удовлетворяют данным
законам сохранения. Так, например, невозможно превраще-
ние протона в три положительных и отрицательных тг-ме-
зона, так как здесь не будет выполняться закон сохранения
спина, который является обобщением закона сохранения
момента количества движения.
Развитие квантовой теории привело к установлению
некоторых новых законов сохранения, помимо перечислен-
ных. Некоторые из них внешне сходные законом сохране-
ния электрического заряда. К их числу относится: прежде
всего закон сохранения ядерного заряда, который выража-
ет сохранение разности числа тяжелых частиц и антича-
стиц; закон сохранения нейтринного заряда, выражающий
сохранение разности числа легких частиц и античастиц.
Далее, у нейтрона предполагается наличие единичного ней-
тронного заряда, подобно тому как протон обладает единич-
ным положительным электрическим зарядом. В связи с
этим допускается закон сохранения нейтронного заряда.
72
Однако в отличие от закона сохранения электрического за-
ряда данный закон не выполняется строго для всех микро-
процессов. Он не соблюдается, например, при распаде ме-
зонов и гиперонов.
В настоящее время указывается также на ряд других
законов сохранения, которые определяют взаимодействия
микрочастиц и исключают возможность произвольных пре-
вращений. Но некоторые из данных законов характеризуют
лишь отдельную группу микрочастиц и не являются все-
общими. Следует заметить, что формулировка частных за-
конов сохранения отдельных свойств материи является
исторически относительной изависитот уровня знания строе-
ния материи. Решение вопроса о том, какое свойство следу-
ет считать сохраняющимся, чтобы положить его в основу
соответствующего закона, во многом зависит от уровня фи-
зического познания этого свойства. Иногда случалось так,
что раскрытие природы данного свойства и объяснение его
на основании других, более глубоких, свойств упраздняли
и данный закон сохранения, вместо которого формулиро-
вался более глубокий закон, исходящий из других прин-
ципов. Так, например, до начала XIX в. допускался закон
сохранения электричества. Однако последующее исследо-
вание физической природы электричества показало, что
данного закона существовать не может, и он был заменен
более точным законом сохранения электрического заряда,
исходящим из иных теоретических принципов. Далее, из-
вестен был закон сохранения живой силы. Этот закон также
был упразднен в дальнейшем, а его положительное содер-
жание получило свое закрепление в законе сохранения
энергии. До середины XIX в. принималось, что существует
закон сохранения количества тепла, и в физике была широ-
ко распространена гипотеза теплорода — теплового флю-
ида, сохраняющегося при всех превращениях вещества.
Однако с развитием молекулярно-кинетической теории теп-
ла гипотеза теплорода была опровергнута. Вместе с ней по-
терял смысл и закон сохранения количества тепла, уступив
место другим, более глубоким, законам.
Не исключена возможность, что некоторые законы со-
хранения, которые в настоящее время считаются незыбле-
мыми, после раскрытия природы соответствующих свойств
будут заменены другими, более глубокими законами сохра-
нения. Однако в любом случае незыблемым останется об-
щий закон сохранения материи и движения, выражающий
73
неуничтожимость субстанции всех явлений. Нерушимость
этого закона следует особо подчеркнуть, ибо в настоящее
время снова возобновляются реакционные попытки дока-
зать, будто он уже устарел и должен быть заменен другим
законом. В наиболее откровенной форме подобные попытки
проводятся сторонниками энергетической концепции при-
роды. Основываясь на ложном истолковании взаимопре-
вращений микрочастиц, современные «физические» идеали-
сты пытаются воскресить реакционную философию Ост-
вальда и доказать, будто в основе всех процессов в природе
лежит «нематериальная энергия», которая должна рассмат-
риваться как подлинная субстанция мира. В «доказатель-
ствах» сторонников энергетизма особое место занимает иде-
алистическая интерпретация закона Е=тс\ Этот закон,
выражающий неразрывную взаимосвязь массы и энергии,
истолковывается как закон «эквивалентности материи и
энергии». «Физические» идеалисты сначала отождествляют
материю с массой, пото^м массу с энергией, а после этого
заявляют об эквивалентности материи и энергии, о том, что
энергия якобы является единственной субстанцией мира.
Американец Барнет в книге «Вселенная и д-р Эйнштейн»
(1949 г.) писал: «Эйнштейн показал, что масса и энергия
эквивалентны: свойство, называемое массой, есть просто
концентрированная энергия. Другими словами, мате-
рия есть энергия, и энергия есть материя, и различие
между ними является лишь одним из временных состо-
яний».
Эта точка зрения типична для буржуазных ученых, она
пропагандируется как популяризаторами науки, так и
крупными учеными. Так, известный западногерманский фи-
зик Гейзенберг доказывал в своей книге «Преобразования
в основах естествознания», что «реально имеется лишь одна
единственная первооснова, из которой состоит все существу-
ющее. Если мы должны дать наименование этой первоосно-
ве, то сегодня мы ее можем назвать только «энергией».
Эта субстанционная энергия проявляется в различных
формах. Она всегда выступает в виде дискретных квантов,
которые мы рассматриваем как мельчайшие неделимые
кирпичики всего материального и из чистоисторических
оснований называем не атомами, а элементарными час-
тицами. Среди этих основных форм энергии имеются три
особенно устойчивые разновидности: электроны, протоны и
нейтроны, из которых состоит материя в собственном смы-
74
еле...»1. Австрийский физик Тирринг писал в книге «Исто-
рия атомной бомбы», что «в замкнутой системе ни количество
материи, ни количество энергии само по себе не остается не-
изменным, так что мы должны признать неверными оба
фундаментальных закона естествознания»... «Вместо двух
раздельных законов сохранения — закона сохранения ма-
терии и закона сохранения энергии—имеется теперь поэто-
му единый закон сохранения материи и энергии»1 2.
Важно подчеркнуть, что попытка свести материю к энер-
гии не является в большинстве случаев лишь безобидной
путаницей терминов, как это иногда утверждают. Буржуаз-
ные ученые-идеал исты сознательно выступают против основ-
ных принципов материализма и понимают под энергией
нечто принципиально отличное от материи, нечто имеющее
связь с духом и божественной волей.
Открытие антипротона и других античастиц послужило
для «физических» идеалистов новым поводом пропаганды
энергетизма. Вместе с тем на основе этих открытий были
сделаны некоторые социально-политические обобщения.
Как было отмечено выше, из теоретических принципов со-
временной физики следует возможность существования ато-
мов, в ядрах которых будут антипротоны и антинейтроны,
а на оболочках вместо электронов — позитроны. Возможно
даже, что в бесконечной вселенной существуют целые миры
из такого «антивещества». При столкновениях с атомами
обычного вещества должны происходить мощные процессы
превращения вещества в излучение. Исходя из возможно-
сти таких процессов и рассматривая электромагнитное из-
лучение как «чистую» энергию, «физические» идеалисты за-
являют, что будто бы возможность уничтожения материи
заложена уже в самих закономерностях существования ми-
крочастиц. Но поскольку вселенная не уничтожилась, а
продолжает существовать, то был сделан вывод, что проти-
воположности не борются, а сосуществуют. Сама идея
марксистской диалектики о борьбе противоположностей
как о внутреннем содержании движения и развития была
отвергнута, а вместе с ней была объявлена неверной и мар-
ксистская теория о классовой борьбе в обществе. Между
капиталистами и рабочими нет-де никаких противоречий и
1 IF. Heisenberg, Wandlungen in den Grundlagen der Naturwissen-
schaft, 8 Auflage, Ziirich 1949, S. 97.
2 H. Tirring, Geschichte der Atombombe, Wien 1946, S. 35.
75
борьбы, а имеется полная гармония в рамках «народного
капитализма».
Все эти измышления решительно опровергаются данными
современной науки и практики. Прежде всего совершенно
несостоятельно отождествление электромагнитного поля и
его квантов с энергией. Энергия — это одна из характери-
стик поля, но не единственная. Понятие энергии выражает
количественную меру движения материи, или способность
системы производить работу. Электромагнитное поле пред-
ставляет собой особую форму движущейся материи, и сво-
дить материю к одному из ее свойств столь же нелепо, как
например сводить сущность человека к весу его тела и ото-
ждествлять ее с весом.
Наконец, с физической точки зрения нет основания
утверждать о возможности перехода массы в энергию и
обратно. Хотя масса и энергия неразрывно связаны между
собой, однако это различные свойства.
Масса есть мера инерции и гравитационных связей, тог-
да как энергия — это физическая мера движения или спо-
собность тел пройзводить работу. Всякой массе соответ-
ствует своя энергия, так же как всякой энергии — опреде-
ленная масса. Вследствие этого масса и энергия не могут
исчезать, превращаясь друг в друга. Если, например, в ре-
зультате ядерной реакции образуются частицы, обладающие
большой энергией, но имеющие массу покоя меньшую, чем
масса начальных продуктов реакции, то это еще не значит,
что здесь масса перешла в энергию. Мы просто не учли ту
дополнительную массу возникших частиц, которая образо-
валась в результате прироста скорости согласно релятивист-
ским соотношениям. Если же мы учтем этот прирост массы
и сложим его с массой возникшего излучения, а также с мас-
сой покоя продуктов реакции, то мы получим в точности ту
же самую массу, которая имелась у частиц в начале реак-
ции. Таким образом, с принципиальной стороны как масса,
так и энергия сохраняются в отдельности, хотя оба эти
свойства неразрывно связаны между собой и изменяются
пропорционально друг другу.
Перейдем теперь к некоторым другим аспектам превра-
щения микрочастиц. Теоретическое истолкование этих пре-
вращений в настоящее время еще очень далеко от своего
удовлетворительного решения и наталкивается на значи-
тельные трудности. Современная физика регистрирует лишь
начальную и конечную стадии реакции, но она ничего не
76
может сказать о том, что происходило между этими стадия-
ми, каков внутренний механизм процесса превращения.
Раскрытие сущности этого процесса, по-видимому, невоз-
можно без выяснения структуры элементарных частиц.
До недавнего времени превращения частиц иногда рас-
сматривались в духе классических представлений — как
развал сложной системы на составные элементы, в соответ-
ствии с чем некоторые частицы считались комбинацией тех
частиц, на которые они распадались. Например, нейтрон
рассматривался как комбинация протона, электрона и ней-
трино. Однако подобные представления противоречили фак-
там: составная система должна была бы распадаться, если
энергия внешнего воздействия превышает энергию связи
между ее элементами. Между тем элементарные частицы не
расщепляются даже тогда, когда энергия внешнего воздей-
ствия во много раз превышает их собственную энергию.Во
всех случаях элементарные частицы взаимодействуют как
единое целое.шонятие составной системы к ним неприменимо.
Значительные трудности возникают при объяснении
превращений частиц вещества в кванты электромагнитно-
го поля. В понимании этих процессов сначала господствова-
ла точка зрения Дирака, который вывел релятивистское
уравнение движения для электрона. Решение этого уравне-
ния для свободного электрона давало два значения энергии—
положительное и отрицательное, причем оба значения энер-
гии могли увеличиваться до бесконечности. Отсюда следовал
вывод о возможности существования частиц с отрицатель-
ной энергией. Дирак предположил, что этих частиц в про-
странстве существует бесконечное множество и они состав-
ляют бездонный океан, в котором плотность заряда беско-
нечна. Все уровни отрицательной энергии в нем заняты
полностью, тогда как уровни положительной энергии заня-
ты лишь частично обычными электронами.
Согласно принципу Паули, на каждом энергетическом
уровне может находиться не более двух электронов. Ввиду
этого переход новых частиц на уровни с отрицательной
энергией будет невозможен, поскольку все эти уровни уже
заполнены. Количество подобных уровней бесконечно, и они
составляют сплошной фон электронов отрицательной энер-
гии. Будучи сплошным, данный фон ничем себя не обнаружи-
вает. Однако если фон поглощает квант с энергией, большей
одного миллиона электрон-вольт, то один из электронов
переходит из состояния с отрицательной энергией в состо-
77
яние с положительной энергией. В результате этого обра-
зуется обычный электрон, а «дырка» в фоне будет вести себя
как положительно заряженный электрон — позитрон. Че-
рез некоторое время один из обычных электронов падает в
«дырку» и становится ненаблюдаемым, а разность энергии
между положительным и отрицательным состояниями уно-
сится возникающими квантами электромагнитного поля.
Происходит «аннигиляция» электрона и позитрона с поро-
ждением фотонов.
Опираясь на эти взгляды, Дирак смог предсказать су-
ществование позитрона и объяснить некоторые его свойства.
Однако, несмотря на это, гипотезу Дирака нельзя считать
адекватным отражением сущности превращений микроча-
стиц. Неудовлетворительным является прежде всего пред-
ставление о готовом и неизменном «фоне» электронов отри-
цательной энергии. Если данный фон не взаимодействует
с электронами и другими телами, благодаря чему он нена-
блюдаем, то он в силу отсутствия у него внешних связей
не должен бы взаимодействовать и с фотоном, и поэтому
«дырка» в фоне (т. е. позитрон) не могла бы образоваться.
Если же допускается такое взаимодействие, то тогда нужно
отбросить положение о ненаблюдаемости фона и допустить
принципиальную возможность его регистрации приборами.
Современная физика располагает разносторонними и весь-
ма совершенными приборами для исследования микроми-
ра, однако до сих пор отсутствуют какие-либо указания на
существование фона в том его виде, как это предсказывалось
Дираком.
Противоречие возникает еще и в следующем отношении.
Согласно современным данным, гамма-кванты большой
энергии могут порождать не только электроны-позитроны,
но и различные мезоны, а также пары нуклонов и антинук-
лонов. Для того чтобы согласовать этот факт с рассматрива-
емой концепцией, необходимо допустить существование не
только электронного фона, но также несколько фонов мезо-
нов различных масс, фона нуклонов и других частиц с по-
луцелым спином, подчиняющихся статистике Ферми. Ди-
рак соглашается с этим. «Можно считать,— говорит он,—
что для каждого рода частиц, относящихся к фермионам,
имеется свой океан, заполненный этими частицами в состо-
яниях отрицательной энергии, следовательно, есть ряд оке-
анов, которые накладываются друг на друга»1.
1 См. «Наука и жизнь» № 1, 1957, стр. 26.
78
Но здесь возникает существенное противоречие. Поро-
ждение фотонами положительных и отрицательных п-ме-
зонов и их превращение в гамма-кванты происходит совер-
шенно аналогично с процессами порождения пар электро-
нов-позитронов и обратного возникновения фотонов за счет
аннигиляции частиц. Между тем п-мезоны обладают спи-
ном, равным нулю, принцип Паули к ним неприложим, а
следовательно, становится излишней и сама идея о сущест-
вовании ненаблюдаемого фона для этих частиц. Превраще-
ния микрочастиц должны объясняться на основе менее ис-
кусственных предположений. Я. Б. Зельдович замечает:
««Фон» и «дырки», с современной точки зрения,— это строи-
тельные леса, которые сыграли свою роль исторически в
процессе возведения здания, и стали теперь ненужными.
Они только мешают воспринимать гармонию готового зда-
ния и должны быть убраны в настоящее время»1.
В истории науки уже бывали случаи, когда математиче-
ски правильная теория интерпретировалась с физической
точки зрения неверно. Так, например, в начале XIX в. фран-
цузский ученый Карно глубоко разработал основные поло-
жения термодинамики, однако при объяснении физической
природы тепла он основывался на гипотезе теплорода, ко-
торая затем была оставлена. Долгое время не находили пра-
вильного физического объяснения уравнениям Максвелла,
которые связывали с процессами в эфире, между тем как
впоследствии гипотеза эфира была отвергнута. Очевидно,
и теория взаимопревращений микрочастиц должна будет
найти в недалеком будущем свое рациональное физическое
обоснование.
§ 4.	Зависимость свойств микрочастиц от их связей
Рассмотрим некоторые философские аспекты вопроса о
природе, или сущности, свойств микрочастиц. Это позво-
лит нам с новой стороны подойти к проблеме конечного и бес-
конечного в микромире. Свойства всякого тела можно по-
нять лишь на основе всестороннего учета его связей и вза-
имодействий с другими телами. Взаимодействие — это
то, что определяет свойства материальных объектов и в чем
эти свойства проявляются. Чем сложнее данный материаль-
ный объект, тем более всесторонними и глубокими являются
1 «Успехи физических наук», т. LIX, вып. 3, июль 1956 г., стр. 379.
79
его связи с другими телами, тем более сложны присущие
ему виды движения.
«Предмет естествознания,— писал Энгельс,—движущая-
ся материя, тела. Тела неотделимы от движения: их формы
и виды можно познавать только в движении; о телах вне
движения, вне всякого отношения к другим телам, ничего
нельзя сказать. Лишь в движении тело обнаруживает,
что оно есть. Поэтому естествознание познает тела, только
рассматривая их в отношении друг к другу, в движении.
Познание различных форм движения и есть познание тел.
Таким образом, изучение этих различных форм движения
является главным предметом естествознания»1.
Во взаимодействиях тел раскрываются все их свойства.
Не существует таких свойств, такой сущности, которая не
находила бы своего проявления в многообразных внешних
явлениях и связях тел. Подтверждением этому является
вся общественно-производственная практика, которая до-
казывает отсутствие непознаваемой «вещи в себе» и воз-
можность объективно верного познания сколь угодно слож-
ных явлений. Благодаря теоретическому анализу электро-
магнитных, гравитационных, ядерных и других связей тел
естествознание раскрыло химический состав звезд и туман-
ностей, выяснило строение молекул и атомов, словом, до-
стигло всего того, что ныне составляет его содержание.
Дальнейшее усовершенствование экспериментальной тех-
ники и создание более совершенных приборов, способных
улавливать самые тонкие и скрытые взаимодействия, позво-
лит в еще большей степени расширить границы исследова-
ния.
Энгельс глубоко заметил, что «взаимодействие является
истинной causa finalis [конечной причиной] вещей. Мы не
можем пойти дальше познания этого взаимодействия имен-
но потому, что позади него нечего больше познавать. Раз
мы познали формы движения материи (для чего, правда,
нам нехватает еще очень многого ввиду кратковременно-
сти существования естествознания), то мы познали самое ма-
терию, и этим исчерпывается познание»1 2.
Как уже отмечалось выше, каждому предмету присущи
внешние и внутренние связи, находящиеся в неразрывном
единстве и взаимной обусловленности. Во внешних связях
1 Д’. Маркс и Ф. Энгельс, Избранные письма, Господ итиздат, 1953,
стр. 283.
2 Ф. Энгельс, Диалектика природы, стр. 184.
80
выражается структура, то есть совокупность внутрен-
них связей. В свою очередь структура тел во многом зави-
сит от условий их существования, то есть от внешних свя-
зей, и она изменяется с изменением последних. В силу этого
всякое качество имеет бесчисленное множество количествен-
ных градаций.
Деление связей на внутренние и внешние относительно
и определяется в основном пространственной конфигура-
цией тел. Между внутренними и внешними связями нет не-
проходимой грани. То, что является внутренними связями
для некоторой системы, может быть внешними связями для
тел, составляющих данную систему. И наоборот, внешние
связи и отношения данного тела являются внутренними для
той системы, в которую оно входит.
В случае макроскопических тел, имеющих сравнительно
резкие пространственные границы, разделение связей на
внутренние и внешние большей частью не представляет осо-
бенных трудностей. Однако это деление затруднительно про-
вести в случае микрообъектов, если требуется большая точ-
ность. Элементарным частицам нельзя приписать резких
геометрических границ, поскольку они не являются какими-
то микроскопическими шариками, а обладают также волно-
выми свойствами и неразрывно связаны с полем. Каждое
из полей вносит свой вклад в структуру частиц, и невозмож-
но четко определить, где кончается внешнее поле и начина-
ется собственно частица. Например, радиус протона со-
ставляет примерно 2-10“14 см. Но это — радиус мезонного
облака, которое окружает «сердцевину» протона. По мере
приближения к центру протона плотность материи возра-
стает, вследствие чего невозможно точно определить ту гра-
ницу, где начинается собственно протон и кончается его по-
ле. Такой границы объективно не существует, и размеры
протона в значительной степени определяются энергией
взаимодействия его с налетающей частицей. Если энергия
бомбардирующей частицы велика, то она может глубже
проникнуть в область протона, и эффективное значение
размеров протона будет в данном случае меньше, чем в слу-
чае частицы с малой энергией.
Тем не менее, если отвлечься от этих тонкостей и не тре-
бовать точного определения «границ» каждой элементарной
частицы, можно в общем выделить внутренние и внешние
связи также и для элементарных частиц, поскольку каждая
частица взаимодействует как .единое дискретное образова-
4 С. Т. Мелюхин	81
ние, а не «размазывается» на обширную область простран-
ства.
Свойства всякого материального объекта представляют
собой результат его внутренних и внешних связей и взаимо-
действий. Поскольку данные связи могут быть бесконечно
разнообразны, то любой материальный объект может иметь
сколь угодно много свойств. Из всей совокупности свойств
одни могут быть существенными, другие же — несуществен-
ными. Существенными можно назвать те свойства и связи
тела, которые определяют в данных условиях его качествен-
ное своеобразие и внутреннюю закономерность существо-
вания, тогда как несущественные связи не обладают такими
признаками. В первую очередь всегда исследуются суще-
ственные связи и свойства, и это вполне разумно, поскольку
для открытия закона данного явления необходимо отвлечь-
ся от всего несущественного и побочного и выделить основ-
ное, главное.
Однако после того, как закон установлен, познание со-
средоточивается на исследовании тех свойств и связей, ко-
торые раньше казались несущественными. Вследствие это-
го может случиться так, что за внешне несущественным
свойством скрывается глубокий мир явлений, исследование
которого приводит к значительным изменениям в теории.
Так, внимательное исследование сдвига уровней электронов
в атоме водорода, которое раньше казалось совершенно не-
существенным и принималось за погрешность в измерениях,
привело к установлению существования вакуумных состоя-
ний полей и развитию квантовой электродинамики (см.
об этом гл. II, § 5). Это подтверждает, что познание идет от
сущности первого порядка к сущности второго порядка ит.д.
Все свойства тел неразрывно связаны между собой, по-
скольку все они представляют собой форму проявления еди-
ной сущности данного материального объекта. При сравни-
тельно малых энергиях взаимодействия физико-химические
свойства тел определяются в основном их структурой, при
больших энергиях взаимодействий начинает преобладать
зависимость свойств от внешних связей. В том случае, если
энергия внешних связей становится равной или большей
энергии внутренних связей, которая в случае элементар-
ных частиц соответствует их собственной массе, возможно
превращение данного тела в качественно иное, то есть ко-
ренное преобразование его структуры. Типичным примером
этого могут служить превращения атомных ядер и элемен-
82
тарных частиц при больших энергиях взаимодейст-
вия.
Историческое познание строения материи всегда шло
от раскрытия внешних связей к раскрытию внутренних.
В соответствии с этим мы сначала рассмотрим зависимость
свойств микрочастиц от их внешних связей, а затем перей-
дем к проблеме структуры частиц.
Согласно положению диалектического материализма о
всеобщей связи и взаимной обусловленности явлений, из-
менение состояния какого-либо материального объекта вы-
зывает изменение состояния и свойств других тел, с кото-
рыми он связан. И обратно, изменение внешних связей и
условий существования вызывает изменение свойств данно-
го тела. Это значит, что каждый материальный объект как
бы отражает в себе влияние других тел и изменяется в со-
ответствии с этим. Можно сказать, что каждое тело пред-
ставляет собой своеобразное зеркало той материальной си-
стемы, частицей которой оно является. В работе «Материа-
лизм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин писал: «...Логично
предположить, что вся материя обладает свойством, по су-
ществу родственным с ощущением, свойством отражения...»1
Это свойство отражения представляет собой, на наш взгляд,
способность предметов определенным образом реагировать
на внешние воздействия, отображая в себе изменение состо-
яния других тел. Каждый материальный объект как бы
«запечатлевает» в себе условия своего существования и изме-
няется с изменением последних. Это говорит о том, что свой-
ства предметов не только раскрываются во взаимодействи-
ях, но и изменяются с изменением внешних связей. Справед-
ливость этого положения подтверждается всем материалом
современного естествознания.
Известные в настоящее время микрочастицы взаимодей-
ствуют между собой как путем непосредственных столкно-
вений, так и благодаря испусканию и поглощению квантов
электромагнитного и мезонного полей. В результате этого
частицы изменяют свое состояние, причем характер измене-
ний зависит в основном от энергии взаимодействий. Если час-
тица поглощается какой-либо системой, то она отображает в
своей структуре новые условия существования, что проявля-
ется в определенном изменении ее свойств. Так, например,
при захвате нуклона ядром изменяется его масса, так как
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 81.
4*
.83
некоторая часть вещества нуклонов превращается в излу-
чение. Вследствие этого масса, приходящаяся на один нуклон
в ядре, меньше массы нуклона в свободном состоянии. Ана-
логичный «дефект» массы имеет место при захвате электро-
нов на различных энергетических уровнях в атомах. Элек-
троны, расположенные ближе к ядру и потому имеющие
большую энергию связи с ядром, обладают меньшей собст-
венной массой, чем электроны, расположенные на внешних
электронных оболочках. Это объясняется тем, что при по-
падании электрона на нижний энергетический уровень из-
лучается фотон, который уносит определенную часть мас-
сы и энергии электрона. Следует учесть и то важное обстоя-
тельство, что при объединении микрочастиц их свойства
складываются неаддитивно, то есть сумма величин, характе-
ризующих свойства конечных продуктов реакции, не равна
арифметической сумме величин, характеризующих свой-
ства начальных компонентов. Неаддитивность имеет место
и при сложении связей внутри системы, поскольку резуль-
тирующая связей в сложной системе не равна арифметиче-
ской сумме связей компонентов системы. Вследствие неад-
дитивности взаимодействий свойства целого качественно
отличны от свойств составных частей. В процессе объедине-
ния частей в систему происходит переход к новому каче-
ству. Особенностью этого перехода в случае микрочастиц
является выделение энергии, уносимой квантами электро-
магнитного поля или другими микрочастицами. Величина
выделенной энергии служит мерой устойчивости образовав-
шейся системы.
В системах свойства частиц как бы «обобществляются»,
и они теряют свою индивидуальность. Поэтому система ча-
стиц — атом или ядро — взаимодействует с другими части-
цами как единое целое. Обозначая некоторые микрообъекты
термином «система частиц», следует, конечно, помнить об
ограниченности этого термина, унаследованного от класси-
ческой механики. При объединении элементарных частиц
возникает, конечно, не механическая система, а целостное,
единое образование материи.
Неаддитивность сложения свойств частиц при объедине-
нии в систему можно проследить не только на фактах «де-
фекта» массы, но также и на изменении других свойств. Так,
например, магнитный момент многих атомных ядер несколь-
ко меньше суммы магнитных моментов составляющих их
нуклонов в свободном состоянии. Если мы возьмем дейтерон,
84
состоящий из протона и нейтрона, то его магнитный момент
будет равен 0,8565 ядерного магнетона, в то время как сум-
ма магнитного момента протона (цр=2,7896ря) и магнит-
ного момента нейтрона (gn=—1,9103ря) равна 0,8793ря, что
на 0,0228 ря превышает результирующий магнитный момент
дейтерона.
Все эти примеры конкретно показывают,, как проявляет-
ся свойство отражения в микромире.
Факт коренной зависимости свойств микрочастиц от их
связей с другими частицами и с внешним полем существен-
но расширяет понимание конечного и бесконечного в строе-
нии материи. Из этого факта следует, что микрообъекты
могут обладать самыми разнообразными свойствами в зави-
симости от их конкретных связей и отношений. Так, свой-
ства электронов в составе клеток человеческого тела несколь-
ко отличаются от свойств электронов в свободном состоянии.
Мы уже упоминали, что электроны в связанном состоянии
обладают несколько иной массой и удельным зарядом (от-
ношение заряда к массе), чем в свободном состоянии. Оче-
видно, существуют различия также и в отношении дру-
гих свойств, хотя в настоящее время этот вопрос еще не-
ясен.
Первым этапом раскрытия бесконечности в структуре
материи было познание строения атома и общих свойств
элементарных частиц. Сами элементарные частицы в их раз-
личных связях рассматриваются еще здесь как совершенно
тождественные. Вторым, будущим этапом познания данной
бесконечности явится изучение индивидуальных особенно-
стей каждой разновидности элементарных частиц в соответ-
ствующих соединениях. Это не следует понимать в том смы-
сле, что когда-нибудь наука будет составлять опись свойств
каждого электрона в отдельности. В известной сейчас обла-
сти мира радиусом в несколько миллиардов световых лет на-
ходится примерно 1078 электронов, и было бы совершенно
бессмысленно и утопично пытаться познать индивидуальные
особенности каждой из этих частиц или даже небольшой
части их. Это невозможно и с физической точки зрения:
всякая попытка «пометить» данную частицу приведет к из-
менению ее импульса, координаты, или же к превращению
в другую частицу; в любом случае «меченый» электрон исче-
зает навсегда из поля нашего зрения, и мы не сможем от-
личить его от других электронов. Поэтому в самой постанов-
ке вопроса об исследовании индивидуальных свойств микро-
85
частиц речь может идти вовсе не о том, чтобы действительно
подвергнуть скрупулезному изучению каждый электрон.
Речь может идти здесь лишь о выяснении того, какие до-
полнительные свойства могут возникать у большой сово-
купности частиц при объединении их в определенные систе-
мы, например, в белковые молекулы данного типа.
В современной квантовой механике все частицы опреде-
ленной разновидности рассматриваются как тождествен-
ные. Под этим подразумевается, что если например, извлечь
электроны из различных соединений, то в одинаковых усло-
виях они .будут обладать совершенно одинаковыми свой-
ствами и поэтому неразличимы между собой.
Однако из этого еще не следует, что в различных усло-
виях данные микрочастицы тоже будут совершенно тожде-
ственными. Как уже отмечалось, свойства тел представляют
собой результат их связей и взаимодействий, вследствие
чего новому характеру связей будут соответствовать и но-
вые свойства. Поэтому для того чтобы «исчерпать» электрон,
необходимо раскрыть не только всю его структуру, но и все
его внешние связи в той системе, в которую он входит.
В познании свойств и строения материи исторически
имелись две тенденции. Первая из них заключалась в стрем-
лении объяснить свойства микромира на основании свойств
макроскопических тел. Понятия, выработанные для макро-
мира, переносились на микромир, где допускалась справед-
ливость тех же самых законов, что и в макромире. Вторая
тенденция сводилась к тому, чтобы, напротив, вывести все
свойства макроскопических тел и даже живых организмов
из свойств и закономерностей взаимодействия микрочастиц.
Обе эти тенденции содержат в себе ряд рациональных мо-
ментов, поскольку они исходят из признания неразрывного
единства микро- и макромира, а также их взаимной обус-
ловленности. Тем не менее в своем крайнем выражении обе
они неверны, так как не учитывают качественной специ-
фики микро- и макроскопических явлений и их несводимо-
сти друг к другу. Данные группы явлений принадлежат
к различным «этажам» материального мира, в которых гос-
подствуют специфические и несводимые друг к другу за-
кономерности.
Нельзя автоматически переносить свойства и законы
движения макроскопических тел на микрочастицы. Такие
понятия, как например цвет, температура, механическая
траектория, непроницаемость и т. п., утрачивают всякий
86
смысл в отношении элементарных частиц. Точно так же не-
правильно целиком сводить свойства макроскопических
тел к взаимодействиям элементарных частиц, поскольку
этим телам могут быть присущи такие свойства, которые
нельзя получить путем сложения свойств отдельных частиц.
Между тем подобное сведение проводится в явной или заву-
алированной форме в работах некоторых зарубежных уче-
ных. Так, например, Э. Шредингер в книге «Что такое жизнь
с точки зрения физики?» 1 рассматривает организм как со-
вокупность клеток, клетки сводит к молекулам, а молекулы—
к элементарным частицам. Шредингер полагает далее, что
не только для отдельного электрона, но даже для всего ор-
ганизма в целом в принципе возможно составить соответ-
ствующую волновую функцию (характеристику поведения),
вычисление которой позволит описать до мельчайших де-
талей поведение всего организма.
Здесь не учитывается то очень важное обстоятельство,
что хотя живые организмы и состоят из клеток, молекул и
т. д., однако свойства организма качественно отличны Х)т
свойств каждого из этих структурных элементов. Поэтому
если бы даже нам удалось разложить организм на микро-
частицы, затем определить состояния этих частиц и решить
бесчисленное множество уравнений, то даже после этой из-
нурительной, и вообще говоря бессмысленной, работы нам
не удалось бы получить адекватной картины функций орга-
низма или состояния любого макроскопического тела. Ибо
в уравнениях для микрочастиц просто нет тех параметров,
которые характеризуют макроскопические тела и организ-
мы. Например, такие свойства живых тел, как обмен веществ,
раздражимость, ощущение и т. п., неприменимы по отно-
шению к микрочастицам, и сколько бы уравнений для ча-
стицмыни решали, эти свойства не могут появиться из ре-
шений. Они возникают лишь при объединении огромной
совокупности частиц в единую саморегулирующуюся си-
стему — живой организм. Уравнения, которые могли быопи-
сывать эти свойства, были бы уже уравнениями не микро-
частицы, а большого сложного коллектива частиц — жи-
вого организма.
С принципиальной стороны любой сложный процесс
можно объяснить на основе взаимодействий микрочастиц,
однако этим еще не исчерпывается вся сущность этого про-
1 См. Э. Шредингер, Что такое жизнь с точки зрения физики?.
Издательство иностранной литературы, 1947.
87
цесса. Дело в том, что тот же процесс обусловлен не только
внутренними, но и внешними связями, то есть зависит от
характера взаимодействий данного тела с другими телами.
Между тем эти внешние связи нельзя свести к внутренним,
к взаимодействиям микрочастиц, составляющих данное
тело. Так, если взять наше мышление, то оно, как особая
форма движения, обусловлено различными молекулярными
процессами, происходящими в 15 миллиардах клеток го-
ловного мозга. Однако сущность мышления не исчерпыва-
ется только содержанием этих процессов, поскольку оно
представляет собой прежде всего отражение внешнего
мира и не может быть понято без учета многообразия свя-
зей человеческого мозга с внешним миром. В то же время
эти внешние связи нельзя свести к молекулярным процес-
сам в мозгу. В этом как раз и заключается специфика мыш-
ления как особой формы движения и качественное отличие
его от всех чисто биологических процессов.
Но если даже абстрагироваться of внешних связей
сложной макроскопической системы и рассмотреть только
ее внутренние связи, то даже в этом случае учет всех связей
практически неосуществим. С одним атомом нам пришлось
бы проследить больше причинно-следственных отношений,
чем это можно сделать при помощи всех вычислительных
средств, имеющихся в настоящее время. В конечном счете
учет всех микросвязей обратился бы в проблему учета
всех свойств макроскопических объектов, в которые входят
данные микрочастицы. Следовательно, ни объяснение микро-
явлений с точки зрения макропроцессов, ни. истолкование
микро процессов с точки зрения макроскопических явлений
не могут сами по себе дать полной и объективно верной кар-
тины строения материи. Только диалектическое сочетание
обеих названных выше тенденций может служить надеж-
ным методом для правильного понимания материи.
§ 5.	Единство частиц и полей
Зависимость свойств частиц от внешних связей особенно
ярко проявляется при взаимоотношении частиц и полей.
Все известные в настоящее время микрочастицы неразрывно
связаны с различными полями, которые переносят взаимо-
действия между ними. Не существует таких частиц, которые
не были бы окружены полем, так же как не существует
полей, которые не были бы связаны с частицами. Так, если
88
взять электрон, то он никогда не существует вне поля
как «голый» заряженный шарик, но всегда неразрывно
связан с электромагнитным и гравитационным полями.
Каждое поле порождается совокупностью частиц или
тел, взаимодействия между которыми оно переносит. Ввиду
этого поле принадлежит всем телам материальной системы,
а не одному какому-либо из них. Все известные ныне формы
материи способны создавать гравитационное поле, заряжен-
ные частицы — также электрическое и магнитное поля,
а внутриядерные частицы — еще ядерное поле. Фактически
каждая микрочастица взаимодействует с другими частицами
не через одно какое-либо поле, а через несколько видов
полей.
Взаимодействия в электромагнитном и гравитационном
полях всегда распространяются со скоростью света, причем
эта скорость не зависит от скорости источника излучения.
Постоянство скорости света является одним из важных за-
конов природы. В ядерном поле скорость распространения
взаимодействий, очевидно, не может превышать скорости
света.
Напряженность электромагнитного и гравитационного
полей убывает обратно пропорционально квадрату расстоя-
ния; ядерное поле простирается на области порядка 10"13 см
и изменяется с расстоянием по совершенно другому закону.
Исследование структуры атомов показывает, что не толь-
ко поля зависят от частиц, но и свойства микрочастиц обу-
словлены воздействием внешних полей. В мире имеется уни-
версальная связь всего со всем, вследствие чего причина
и следствие постоянно меняются местами.
Проблема учета обратного влияния поля на породившие
его частицы все более становится в центре внимания совре-
менной физики. Изучение этого влияния приводит к уди-
вительным открытиям, противоречащим прежним метафи-
зическим представлениям о материи. Рассмотрим, например,
процесс излучения света источником. Еще недавно счита-
лось, что характер излучения никак не зависит от погло-
щающей внешней среды, а определяется только свойст-
вами одного лишь источника. Однако более точные опыты
показали, что источник света и поглощающая среда пред-
ставляют некое связное целое. «Светящаяся молекула и
исходящий от нее свет,— писал С. И. Вавилов,— испыты-
вают глубокие изменения в том случае, если свечение про-
исходит в поглощающей среде и соседние поглощающие
89
частицы расположены от источника на расстояниях мень-
ших, чем длина световой волны» Ч
Связь частицы с полями предполагает, что каждое из
полей обусловливает ее свойства. Такие важнейшие свой-
ства частиц, как масса, электрический заряд, мезонный
заряд и некоторые другие, зависят от характера связи
частиц с соответствующими полями. Так, электрический
заряд является характеристикой связи частиц с электро-
магнитным полем, масса выступает как характеристика
связи с гравитационным полем (как гравитационный заряд),
а мезонный заряд, присущий электронам, мезонам и нук-
лонам, определяет связь этих частиц с мезонным полем.
Поскольку масса и заряды являются важнейшими свой-
ствами частиц, уже из этого можно видеть абсолютную не-
разделимость частиц и полей, их взаимную обусловлен-
ность.
Микрочастицы взаимодействуют не только с обычными
состояниями полей, энергия которых значительно больше
нулевой, но и с их так называемыми «вакуумными состоя-
ниями», в которых собственное значение энергии поля ми-
нимально и стремится к нулю.
Исследования показывают, что электромагнитное поле
не исчезает даже тогда, когда совсем отсутствуют его ча-
стицы (кванты). Напряженность поля никогда не бывает
равной нулю, но постоянно колеблется около нулевого
значения.
«Нулевые колебания» электромагнитного поля постоянно
воздействуют на электрон, вызывая изменения в его свой-
ствах. Взаимодействие электрона с флуктуациями вакуума
можно представить следующим образом. Электрон излучает
кванты поля и тут же поглощает их обратно. Среднее число
частиц при этом оказывается равным нулю, но колебания
энергии поля не прекращаются. Под действием поля этих
«виртуальных» фотонов электрон совершает своеобразное
колебательное движение вокруг некоторого положения
равновесия. При этом его заряд несколько распределяется
в пространстве, что проявляется в виде наличия у электрона
определенного «радиуса», равного 3,35-10"12 см. Этот
радиус нельзя понимать в буквальном смысле, пред-
ставляя себе электрон в виде некоторого шарика. Он ха-
рактеризует лишь область распределения электрического
1 С. И. Вавилов, Микроструктура света, АН СССР, 1950, стр. 3.
90
заряда электрона при некоторых условиях его существо-
вания.
Учет взаимодействия электрона с вакуумным полем при-
вел к более точному отражению теорией тонкой структуры
спектра атома водорода; кроме того, было установлено, что
в результате взаимодействия электрона с флуктуациями
вакуума изменяются такие его основные свойства, как соб-
ственная масса, электрический заряд и магнитный момент.
Электрон взаимодействует не только с электромагнитным
полем, но и с полем электронов-позитронов, которое совре-
менная теория также считает объективно реальной формой
материи. Точного общепринятого понимания этой формы
материи до сих пор еще не выработано. Считается, что по-
добно электромагнитному вакууму существуют такие со-
стояния электронно-позитронного поля, в которых общее
число электронов-позитронов равно нулю, но в то же время
имеется «виртуальное» порождение и аннигиляция этих
пар частиц. Электроны и позитроны могут быть переведены
из скрытого состояния в наблюдаемое, если происходит
поглощение в поле ядра фотона с энергией, большей одного
миллиона электрон-вольт.
Если в вакуумное поле вносится реальный электриче-
ский заряд, например протон, то под его воздействием
происходит некоторое смещение вакуумных электронов —•
«поляризация вакуума». Флуктуации электронно-позит-
ронного вакуума постоянно взаимодействуют с колебаниями
электромагнитного вакуума, в результате чего общая
картина микроявлений намного осложняется. Мы не будем
углубляться в описание этих процессов, исследование ко-
торых еще только начинается. Отметим лишь, что совре-
менная теория столкнулась с значительной трудностью в
трактовке взаимодействия частиц с вакуумными состояни-
ями полей. Суммирование энергии нулевых колебаний элек-
тромагнитного поля по всем его частотам приводит к рас-
ходящимся интегралам, которые дают бесконечные значения
энергии и массы электрона. Точно так же учет взаимодей-
ствия электрона с флуктуациями электронно-позитронного
вакуума дает бесконечное значение для электрического
заряда. Все эти бесконечности не имеют физического смысла
и представляют значительную трудность теории. В настоя-
щее время они устраняются довольно искусственными спо-
собами, которые сводятся в общем к тому, что берутся зна-
чения массы и заряда, определяемые из опыта, тогда как
91
«расходящиеся полевые добавки» к массе и заряду отбра-
сываются. Подобная операция называется «перенормиров-
кой массы и заряда». Ес искусственность признается всеми,
но другого решения пока не найдено. Будущая теория
должна будет выработать такую картину взаимодействия
частиц с вакуумом, в которой полевые добавки к свойствам
частиц имели бы конечное значение, в соответствии с дан-
ными опыта. При этом важно учитывать зависимость свойств
не только от электромагнитного поля, но также от гра-
витационного, мезонного и других возможных полей.
Зависимость свойств частиц от взаимодействия с внеш-
ними полями начинает существенно возрастать при увели-
чении энергии и скорости движения частиц. Ускоренно
движущийся электрон излучает электромагнитные волны,
причем это излучение при больших скоростях движения
(в мощных ускорителях) становится видимым светом. Вслед-
ствие излучения, представляющего собой взаимодействие
электрона с электромагнитным полем, уменьшается скорость
и энергия электрона, а соответственно и его масса. Обратный
процесс увеличения энергии и массы имеет место при уско-
рении электрона. Внешнее поле как бы передает электрону
часть своей энергии, вследствие чего увеличивается энергия
и масса электрона. Она становится тем больше, чем ближе
скорость частицы к скорости света.
Таким образом, движение частиц нельзя считать меха-
ническим процессом переноса неизменной частицы из од-
ного места в другое. Движение частицы включает в себя
ее непрерывное взаимодействие с внешним полем и другими
частицами, в результате чего изменяются ее свойства.
В связи с этим важно отметить, что понятие механического
движения нельзя отождествлять с понятием пространствен-
ного перемещения вообще. Всякое механическое движение
является пространственным перемещением, но не всякое
пространственное перемещение можно рассматривать как
механическое движение. Так, движение электронов в атоме,
протонов и нейтронов в ядре, распространение возмущений
в электромагнитном и гравитационном полях представляют
собой пространственное перемещение, но их нельзя назвать
механическим движением. Понятие механического движения
характеризует простейшие формы пространственного пере-
мещения по траектории, которые могут быть описаны
законами классической механики. Отождествление его с
пространственным перемещением вообще неточно. Оно дает
92
идеалистам основание для ложного истолкования микро-
процессов. Основываясь на таком отождествлении, «физи-
ческие» идеалисты утверждают, что поскольку движение
микрочастиц не подчиняется законам классической меха-
ники, то элементарные частицы-де существуют вне про-
странства и времени. Между тем в действительности движе-
ние невозможно вне пространства и времени, но формы
движения могут быть разнообразны.
Далее, при скоростях движения, близких к скорости
света, от характера внешних связей зависит не только масса,
но и другие свойства микрочастиц, в частности ритмика
временных процессов в них. Рассмотрим, например, нейтраль-
ный п-мезон, обладающий большой энергией. В покоящейся
системе отсчета его время жизни или период распада будет
равен примерно 10“15сек. Это время мало изменится вплоть
до скорости в 290 000 км/сек, вследствие чего пролета-
емое мезоном расстояние от места его рождения до места
распада не превышает тысячных долей миллиметра. Так,
при скорости в 297 000 км/сек его время жизни будет при-
мерно 1,3- 10~В * * * * 13сек., и за это время мезон пролетит 0,002 мм.
Однако если скорость мезона будет и дальше неуклонно
приближаться к скорости света, то его время жизни начнет
возрастать, согласно формуле
где: т0—время жизни в состоянии относительного покоя;
т—время жизни в состоянии движения.
В результате этого пролетаемое мезоном расстояние может
увеличиться до многих'метров, причем это увеличение будет
лишь в незначительной степени обязано непосредственно
приросту скорости. В данном случае теми конкретными
связями, от которых зависит период распада, являются
отношения между движущимся мезоном (его скорость)
и системой, в которой он движется.
Но можно ли считать это изменение ритмики временных
процессов абсолютным? Нет, нельзя, поскольку скорость
частицы, определяющая это изменение, является относи-
тельной величиной, зависящей от конкретных связей дан-
ной частицы с другими телами, которые выступают как
соответствующие системы отсчета. По отношению к частице,
движущейся параллельно с данным мезоном и с одинаковой
93
скоростью, время жизни мезона будет тем же, что и в по-
коящейся системе отсчета. Если же мы возьмем за систему
отсчета движущийся мезон, то по отношению к нему, и
только к нему, ритмика временных процессов на Земле
замедляется в соответствующее количество раз. Если бы
с такой же скоростью двигался наблюдатель с быстросъемоч-
ным киноаппаратом, то он мог бы зафиксировать такое за-
медление ритмики временных процессов на Земле по отно-
шению к собственной системе отсчета. Таким образом,
собственное время систем является относительной харак-
теристикой, зависящей от внутренних и внешних связей и
от скоростей движения систем. Для человека на Земле его
собственное время есть время, характеризующее ритм
процессов в солнечной системе. Но если бы тот же человек
двигался в мировом пространстве в ракете со скоростью,
близкой к скорости света, то его собственное время значи-
тельно замедлилось бы по отношению ко времени на Земле.
По возвращении на Землю этот воображаемый путешест-
венник заметил бы, что за период полета на Земле прошло
значительно больше времени, чем в его системе отсчета и,
таким образом, он постарел меньше, чем другие люди.
Наряду с изменением ритма временных процессов теория
относительности предсказывает зависимость пространствен-
ных размеров тел от скоростей их движения: длина стержня,
движущегося с большой скоростью, будет в данной системе
меньше, чем длина того же стержня в состоянии покоя:
где: I — длина в состоянии движения;
/0—длина в состоянии покоя.
Все эти закономерности являются кинематическими эф-
фектами, выражающими коренные свойства пространства
и времени.
Их зависимость от взаимодействия тел с полями
непосредственно никак не проявляется, так как во все
выражения входит чисто кинематическая величина—ско-
рость V, которая изменяет пространственно-временные свой-
ства.
Однако это еще не значит, что изменение взаимных ско-
ростей движения тел никак не отражается на характере
физических взаимодействий между данными телами, а
также на их связи с внешним полем. В случае инерциаль-
94
них систем, движущихся равномерно и прямолинейно от-
носительно друг друга, все полевые взаимодействия отсту-
пают на задний план, и от них можно полностью абстраги-
роваться. Для описания систем здесь достаточно рассмат-
ривать лишь чисто внешние, кинематические отношения
тел. Но такой подход становится уже недостаточным, если
рассматривается неинерциальное движение, например
ускорение заряженной частицы в синхрофазотроне. В этом
случае само изменение скорости движения частицы в уско-
рителе обязано воздействию внешнего поля. Следовательно,
действием поля’ обусловлен прирост энергии, а значит, и
массы частицы, поскольку масса неразрывно связана с
энергией.
Зависимость от полевых воздействий в случае ускорен-
ного движения можно проследить не только для массы,
но и для других свойств, доступных современным средствам
наблюдения. Так, если бы в синхрофазотроне ускорялись
заряженные мезоны, то можно было бы непосредственно
наблюдать увеличение времени их жизни (по длине пробега).
Это увеличение непосредственно обязано приросту скорости,
а сам прирост скорости обусловлен воздействием внешнего
поля. Следовательно, изменение ритмики временных про-
цессов в ускоренно движущихся телах можно косвенно
связать с действием поля или другого ускоряющего фактора.
Тем самым мы еще раз убеждаемся в справедливости поло-
жения диалектического материализма о том, что для того,
чтобы правильно понять явления, необходимо рассматривать
их в неразрывной связи с другими явлениями, в их обуслов-
ленности от них. Изменение характера внешних связей тел
всегда вызывает перестройку внутренних связей, струк-
туры данного материального объекта.
Действие этой закономерности мы можем проследить
не только на макроскопических телах, но и на процессах
взаимных превращений элементарных частиц. В области
больших энергий частицы приобретают множество степеней
свободы, вследствие чего возможно превращение каждой
частицы в любую другую, если имеются соответствующие
условия.
Наш анализ зависимости свойств от связей был бы су-
щественно неполон, если бы мы не отметили обусловлен-
ность свойств внутренними связями тел. Как уже отме-
чалось выше, при сравнительно малой энергии взаимодей-
ствия — меньшей энергии внутренних связей системы,
95
или собственной энергии (если речь идет об элементарных
частицах) свойства определяются в основном структурой
тел. В случае макроскопических тел совершенно очевидна
зависимость их физико-химических свойств от атомно-
молекулярного строения. Точно так же свойства самих
атомов и молекул определяются характером и типом связей
составляющих их микрочастиц. Труднее проследить эту
зависимость в случае элементарных частиц, структура ко-
торых неясна. Тем не менее и здесь можно заметить нечто
аналогичное. Некоторые свойства частиц, как например,
масса покоя, всегда имеют стабильное значение и при всех
взаимодействиях не становятся меньше определенной ве-
личины. Изменение массы покоя может произойти лишь в
случае превращения данной частицы в другие микрообъекты.
Точно так же спин всегда сохраняет дискретное значение и,
по-видимому, не изменяется при изменениях внешних
связей частицы. Это говорит о том, что по крайней мере
масса покоя и спин частиц обусловлены в основном их внут-
ренними связями (структурой). Если бы свойства частиц
зависели только от их внешних связей, то указанная ста-
бильность была бы невозможной. В этом случае все свойства
были бы весьма «размытыми» и изменялись бы в широких
пределах в зависимости от той или иной истории данной
частицы.
Проблема обусловленности свойств частиц их структурой
сейчас уже ставится на повестку дня физики. Выше отме-
чалось, что электронная теория выдвинула гипотезу об
электромагнитном происхождении массы, предполагая мас-
су и импульс электрона целиком обусловленными внешним
полем электрона. Однако, согласно современной теории,
лишь незначительная часть массы покоя частиц имеет по-
левой характер. Эта часть, как указывается в некоторых
работах \ равна примерно 1/137 всей массы покоя. Пред-
полагается, что у электрона, так же как у других частиц,
имеется некоторая основная или «затравочная» масса, ко-
торая вместе с добавочной полевой массой составляет всю
массу частицы.
Подобное разграничение свойств на две части — полевую
и собственную — в настоящее время пока нельзя твердо
обосновать, поскольку в опыте масса, заряд и другие свой-
1 См., например, Д. Иваненко и А. Соколов, Классическая теория
поля, стр. 450—471.
96
ства выступают как нечто единое, а сама полевая теория
приводит к расходящимся бесконечным значениям, которые
не имеют физического смысла и поэтому отбрасываются.
Тем не менее важна сама тенденция современной теории
связать природу свойств элементарных частиц с их струк-
турой.
Структуру микрочастиц нельзя понимать, в упрощенном
смысле — в духе старых механических представлений.
Понятие делимости или дробления к элементарным части-
цам неприменимо. Поэтому по отношению к элементарным
частицам не может быть приложим сформулированный еще
Лукрецием тезис о том, что «у половины всегда найдется
своя половина, и для деления нигде не окажется вовсе пре-
дела». Микрочастицы не имеют половины, они вообще не
являются ни простыми, ни составными, хотя, несомненно,
и очень сложны по своей природе. Поэтому вопрос о струк-
туре элементарных частиц следует решать прежде всего
в плане раскрытия их сложных внутренних связей, а также
выяснения природы их свойств и взаимопревращений.
Изучение превращений частиц имеет в данном случае осо-
бенно важное значение, поскольку превращения указывают
на внутреннее единство различных элементарных частиц,
на реальность некоторой общей сущности, лежащей в их
основе. В связи с этим интересно отметить гипотезу, выска-
зываемую в некоторых работах, что различные элементар-
ные частицы представляют собой более или менее устой-
чивые состояния некоторой «праматерии», относительно
более простой по своей структуре. Эта «праматерия», как
полагают, существует в двух основных разновидностях,
из которых одна подчиняется статистике Бозе (целый
спин), а другая — статистике Ферми (полуцелый спин).
Из первой разновидности возникают частицы с целочислен-
ным значением спина, тогда как из второй — с полуцелым
спином, например электроны, нейтрино, нуклоны и др.
Сейчас трудно сказать, насколько эта идея близка к
действительности. Возможно, что она заключает в себе ряд
искусственных допущений, поскольку признает общность
происхождения таких микрочастиц, которые по своим свой-
ствам имеют мало общего между собой, например, нейтрино,
g-мезоны и нуклоны, обладающие одинаковым спином.
Дальнейшее исследование взаимодействий частиц при боль-
ших энергиях, а также теоретический анализ природы их
свойств, несомненно, прольют свет на эту проблему.
97
Помимо изучения превращений частиц, важным сред-
ством раскрытия их структуры являются исследования по
установлению связи между их свойствами, что позволило
бы на основе знания одной группы свойств теоретически
вывести и обосновать другую группу свойств. В истории
науки уже был случай, когда установление связи между
свойствами атомов, считавшихся до конца XIX в. элемен-
тарными частицами, привело к раскрытию их сложного
строения. Мы имеем в виду открытие Д. И. Менделеевым
периодического закона химических элементов, который
установил связь между атомным весом и важнейшими свой-
ствами химических элементов, в частности их валентностью.
Согласно этому закону, возрастание атомных весов сопро-
вождается периодическим повторением элементов с анало-
гичными* свойствами, так что, зная место элемента в перио-
дической системе, можно определить ряд его важнейших
физических и химических свойств. Открытие закономерной
связи между свойствами атомов теоретически доказало их
сложность, и это было экспериментально подтверждено
в конце XIX в.
В отношении элементарных частиц также известны по-
пытки установления связи между их основными свойствами
и определения структуры. Такая попытка была предпри-
нята еще Лоренцом при разработке электронной теории.
Формулируя гипотезу об электромагнитном происхождении
массы электрона, Лоренц вывел формулу для «классиче-
ского» радиуса электрона, которая связывала его массу
/2
и заряд:	Вывод о наличии связи между основными
свойствами электрона подрывал положение о его абсолют-
ной элементарности, указывая на наличие структуры.
Однако в основе данного соотношения лежит предположе-
ние об электроне как о заряженном шарике, что противо-
речит многочисленным опытам, доказывающим сложную
волновую природу электрона и его неразрывную связь
с различными полями. Проблема установления связи между
свойствами элементарных частиц еще ждет своего решения.
Если эта проблема будет решена, то это создаст надежную
основу для научной классификации элементарных частиц
и установления для них единого закона, подобного перио-
дическому закону химических элементов. Тем самым удастся
проникнуть еще на одну ступень в глубь материи.
Глава III
ПРОБЛЕМА ПРЕРЫВНОСТИ И НЕПРЕРЫВНОСТИ МАТЕРИИ
В СВЕТЕ СОВРЕМЕННЫХ ДАННЫХ
§ 1. Единство противоположностей в свойствах материи
Проблема конечного и бесконечного при исследовании
строения материи постоянно переплеталась с проблемой
прерывного и непрерывного. Если абсолютизация прерыв-
ного являлась философской основой концепции неделимых
и бесструктурных элементов материи, то абсолютизация
непрерывного приводила к отрицанию самой идеи атомизма
и к теории бесконечной делимости материи. Обе эти кон-
цепции претерпели существенные изменения и коррективы
в свете современных достижений. Поэтому представляет
большой интерес рассмотреть, как современная наука ре-
шает проблему прерывного и непрерывного.
Философской основой для правильной постановки этой
проблемы является диалектико-материалистическое положе-
ние о единстве противоположностей. Всякий материальный
объект включает в себя единство противоположных свойств
и тенденций. Всестороннее изучение каждой из этих тенден-
ций составляет важнейшее условие диалектического спо-
соба мышления. «Раздвоение единого и познание противо-
речивых частей его... есть суть... диалектики»1,— писал
В. И. Ленин.
Из всех противоположностей, которые имеются в неор-
ганической природе и обусловливают ее развитие, одними
из важнейших являются притяжение и отталкивание.
Их взаимодействие обусловливает устойчивое существование
всех материальных систем и их непрерывное внутреннее
изменение. Эти противоположности находятся в столь
неразрывном единстве, что при определенных условиях
** В. И. Ленин, Философские тетради, стр. 327.
99
притяжение может сменяться отталкиванием, и наоборот.
Более того, в ряде случаев взаимодействие выступает как
тождество противоположностей притяжения и отталкива-
ния. Согласно квантовой теории, взаимодействие между
телами на расстоянии есть результат обмена квантами элект-
ромагнитного, гравитационного или ядерного полей. Из-
лучение данным материальным объектом квантов поля есть
по существу не что иное, как своеобразное отталкивание.
Между тем именно это излучение, обусловливающее воз-
можность обмена квантами, лежит в основе притяжения,
которое возникает между телами. Взаимодействие здесь
выступает как единство противоположностей.
Единство противоположностей проявляется и в самом
бытии материи. Известно, что движение является спосо-
бом существования материи и неотделимо от нее. Но несмотря
на всеобщность движения, всякое тело обладает противо-
положным свойством — инерцией, то есть способностью
сопротивляться изменению состояния покоя или равномер-
ного прямолинейного движения. Вместе с тем телам присуща
относительная устойчивость качественного состояния. Так,
значительной устойчивостью форм и функций обладают все
живые организмы, несмотря на постоянное обновление
их в результате обмена веществ. Стабильность и устой-
чивость, присущая материальным объектам, представляет
собой необходимую противоположность изменения. Без
покоя и устойчивости невозможно было бы движение и из-
менение, и без изменения нельзя было бы говорить о какой-
либо устойчивости.
Другими противоположностями, присущими материаль-
ным объектам, являются прерывное и непрерывное. Однако
эти противоположности — совершенно иного характера,
чем, скажем, притяжение и отталкивание. Из всех проти-
воположностей, существующих в природе, можно выделить
две основные группы. В одну группу входят те противо-
положности, которые находятся между собой в постоянном
взаимодействии. Борьба этих противоположностей явля-
ется источником и внутренним содержанием процесса
развития.
Но имеется еще другая группа противоположностей,
между которыми нет никакой борьбы и которые объективно
не являются источником развития. К их числу можно от-
нести корпускулярные и волновые свойства частиц, прерыв-
ное и непрерывное, конечное и бесконечное, плюс и минус,
100
дифференциал и интеграл и т. п. В повседневной жизни
можно найти тысячи примеров таких противоположностей.
Было бы неправильно отождествлять вторую группу про-
тивоположностей с первой, как это часто делается, ибо это
приводит к упрощенному, вульгарному толкованию одного
из основных законов материалистической диалектики.
Первая группа противоположностей непосредственно ха-
рактеризует источник и внутреннее содержание процесса
развития; противоположности второй группы могут харак-
теризовать внешнюю форму процесса развития, как прерыв-
ное и непрерывное, но большей частью они выражают
общее состояние материи, закономерности ее структурной
организации.
Попытки решить проблему прерывности и непрерывно-
сти предпринимались в течение последних трехсот лет раз-
вития науки. Материя рассматривалась в период XVII—
XIX вв. как совокупность дискретных атомов или заряжен-
ных частиц и непрерывного эфира. Однако все эти попытки
не приводили к удовлетворительным результатам. Причина
этого заключалась в том, что все время предполагалось,
будто в природе существуют или только дискретные формы
материи, не обладающие никакими чертами непрерывности,
или же только непрерывные образования, лишенные каких-
либо дискретных свойств. Между тем в действительности
любой материальный объект представляет собой единство
прерывности и непрерывности. Это единство имеет несколько
конкретных проявлений и аспектов. Оно проявляется, во-
первых, в самом процессе движения и развития и, во-вторых,
в характере пространственного распределения материи.
Применительно к микрообъектам оно находит свое выраже-
ние в единстве частиц и полей, корпускулярных и волновых
свойств.
Рассмотрим проявление единства прерывности и непре-
рывности в процессе движения и развития. Уже простое
механическое перемещение в пространстве представляет
собой единство данных противоположностей. Движение
нельзя представлять в виде суммы последовательных
моментов покоя, так как из моментов покоя никогда не воз-
никает движение. Движение — это такой процесс, при ко-
тором движущееся тело в каждый данный момент времени
находится в данной точке и не находится в ней. Постоянное
возникновение и разрешение этого противоречия и делает
возможным движение. Таким образом, движение выступает
101
как единство прерывности пространства и времени и непре-
рывности пространства и времени.
Если рассмотреть движение как изменение вообще,
то единство данных противоположностей будет проявляться
в количественных и качественных изменениях. Количест-
венные изменения выражают момент непрерывности в раз-
витии, качественные же характеризуют развитие с прерыв-
ной стороны, то есть представляют собой «перерыв непре-
рывности», скачок в новое состояние. Для многих явлений
количественные и качественные изменения разделены во
времени: сначала происходят количественные накопления,
а затем более или менее быстро происходят коренные ка-
чественные изменения в данном явлении. Но наряду с этим
существует множество таких явлений, в которых количе-
ственные и качественные изменения не разделены во вре-
мени, а происходят одновременно. Переход в новое ка-
чество здесь осуществляется в виде постепенного изменения
старого качества, без резких скачков и взрывов. В обще-
ственных явлениях такой переход происходит в случае
развития языка, в природе — в случае биологической эво-
люции растительных и животных видов, изменения всей
биосферы и земной коры в областях отсутствия интенсивной
тектонической деятельности. Подобное изменение можно
наблюдать и в обыденных явлениях, например в случае
постепенного испарения воды без подогревания. Переход
в парообразное состояние осуществляется здесь в единстве
количественных и качественных изменений. Процесс ис-
парения есть не что иное, как последовательный вылет
молекул за пределы поверхностного слоя и распределение
их среди молекул воздуха. Весь качественный переход
распадается здесь на огромное количество качественных
изменений меньшего масштаба. Энгельс говорил, что «в при-
роде нет скачков именно потому, что она слагается сплошь
из скачков». Испарение воды может служить яркой иллюст-
рацией этого положения. Точно так же и в других случаях
постепенного изменения качества переход в новое состояние
происходит в порядке единства количественных и качествен-
ных изменений, единства непрерывности и прерывности.
Непрерывность зачастую имеет своей основой большое
количество дискретных микроявлений. Так^ непрерывность
газов и жидкостей обусловлена характером связей атомов
и молекул. Непрерывность макроскопического действия
имеет в качестве своей основы прерывность действия бес-
102
численного множества элементарных микропроцессов. Эта
прерывность обусловлена наличием кванта действия
h=6,62- 10"27эрг-сек.
Неразрывная взаимосвязь количественных и качествен-
ных изменений говорит о том, что единство прерывного
и непрерывного обязательно для всех явлений. Если бы
материя была только непрерывной, то невозможно было бы
скачкообразное изменение ее свойств, и обратно, будь
материя только дискретна, было бы невозможно взаимо-
действие ее структурных элементов и объединение их в
более сложные формы.
Далее, единство прерывности и непрерывности выража-
ется в характере распределения материи в пространстве.
Пространство и время, как учит диалектический материа-
лизм, представляют собой коренные формы бытия материи,
неразрывно связанные с ней. Как материя не может существо-
вать вне пространства и времени, так пространство и время
не могут существовать независимо от материи. Реальное
пространство есть не что иное, как выражение протяжен-
ности всех существующих в природе видов материи, тогда
как время представляет собой меру всеобщего изменения
материи. Из этого следует, что материя непрерывно распре-
делена в пространстве и не существует таких областей,
где вовсе не имелось бы материи в каких-либо ее формах.
Положение о непрерывности распределения материи
нашло свое конкретное физическое развитие в современном
учении о полях. Если взять электромагнитное поле, то оно
представляет собой совокупность огромного количества
элементарных электромагнитных полей, порождаемых ча-
стицами. Эти поля подчиняются принципу суперпозиции,
согласно которому напряженности полей, создаваемых раз-
личными телами, складываются аддитивно и сами поля не-
прерывно переходят друг в друга. Основные характеристики
поля изменяются от точки к точке, так что состояние вся-
кого элемента поля определяется состояниями других
элементов в бесконечно близких точках. В отличие от твер-
дых и жидких тел, обладающих определенной формой, поле
обладает непрерывным распределением, и напряженность
его постепенно убывает с расстоянием (за исключением
ядерного поля). Вследствие этого невозможно сказать, где
кончается сфера действия поля.
" Однако поле нельзя считать чисто непрерывным, бес-
структурным континуумом, оно имеет и прерывные свой-
103
ства, которые проявляются во взаимодействиях с частицами.
При поглощении и излучении поле выступает как совокуп-
ность дискретных образований — квантов, которые пред-
ставляют собой возбужденные состояния полей. Дискрет-
ные свойства присущи даже вакуумным состояниям полей,
в которых отсутствуют кванты. В этом случае дискретность
проявляется в факте взаимодействия вакуумных полей
с частицами, в частности, в том, что вакуумные поля спо-
собны порождать частицы — электроны, позитроны и др.
Процессы порождения частиц были бы невозможны, если
бы вакуумные поля не обладали скрытыми дискретными
свойствами.
Из сказанного можно сделать вывод, что в отношении
пространственного распределения материя выступает од-
новременно и как дискретная сущность — в форме частиц,—
и как непрерывная — в форме различных состояний полей.
При этом дискретные частицы, или кванты, не противостоят
непрерывному, как нечто внешнее. Они являются узловыми
пунктами или возбужденными состояниями полей, подобно
волнам на поверхности моря. Непрерывное как бы состав-
ляет фон или материальный субстрат дискретного, в котором
конкретно обнаруживаются его свойства.
В связи с этим возникает вопрос о том, не сводится ли в
современной теории прерывное к непрерывному, частицы
к полям? Не теряет ли свою объективную реальность та
форма материи, которую мы привыкли определять как
вещество? Этот вопрос связан с определением взаимоот-
ношения между полем и веществом, и на нем необходимо
остановиться подробно.
§ 2. Изменение представлений о взаимоотношении поля
и вещества в современной физике
Физические представления о природе вещества за по-
следние 50 лет претерпели коренные изменения. Еще
сравнительно недавно вещество рассматривалось как един-
ственная форма материи, и понятие вещества считалось
синонимом понятия материи. Отождествление понятий
материи и вещества до сих пор встречается в повседневной
жизни, в технике, а также в некоторых естественных
науках. Под материей здесь понимается все то, что имеет
определенную массу и может быть в конечном счете све-
104
депо к различным микрочастицам. Подобное отождествление
в большинстве случаев не приводит к сколько-нибудь су-
щественным ошибкам или недоразумениям. Но это спра-
ведливо лишь до тех пор, пока мы не сталкиваемся с вопро-
сом о полях и их ролью в материальных процессах. Если
же мы исследуем процессы взаимодействия частиц с раз-
личными полями, а также процессы превращения частиц
вещества в кванты электромагнитного поля, то во избежание
ошибок мы должны признать, что, помимо вещества, суще-
ствует еще особая форма материи — поле.
Однако деление всей материи на две основные формы —
поле и вещество — можно четко провести лишь при общем
макроскопическом понимании материи. Здесь под вещест-
вом понимается нечто такое, что обладает массой покоя,
значительной непроницаемостью, может двигаться с лю-
быми скоростями в пределах от нуля до скоростей, близких
к скорости света, тогда как поля не обладают всеми этими
свойствами и подчиняются принципу суперпозиции. Но
если мы перейдем от общего макроскопического взгляда на
мир к исследованию микроструктуры самого вещества,
то наше прежнее деление всей материи на поле и вещество
уже не будет казаться столь очевидным, а, напротив, встре-
тится с значительными трудностями.
Вещество состоит из атомов и молекул, которые не
примыкают вплотную друг к другу, а разделены значитель-
ными по сравнению с их собственными размерами расстоя-
ниями. Это пространство нельзя считать абсолютной пу-
стотой: оно занято полями. Еще более разительную картину
представляют сами атомы. Линейные размеры атомов во-
дорода составляют примерно 10“8сж, тогда как размеры
ядра атома водорода — протона — порядка 10“14 см, то
есть в миллион раз меньше. На долю атомных ядер и элект-
ронов в атоме приходится примерно 10“14 всего объема,
и если бы удалось сжать все вещество 100 000 000 т воды
до плотности атомных ядер, то его объем составил бы
1 см?. ’Таким образом, почти все пространство «вещества»
занято различными полями, переносящими взаимодействия
между частицами.
Но можно ли с полным правом назвать веществом сами
атомные ядра? Не состоят ли они из такой материи, которая
вовсе не является веществом? Исследования показывают,
что протоны и нейтроны не заполняют сплошь атомные ядра,
а занимают примерно ’/50 часть объема, тогда как остальное
105
пространство занято электромагнитным, гравитационным
и ядерным полями. При этом ядро вовсе не существует в
виде некоторой неизменной системы нуклонов, поскольку
нуклоны находятся в состоянии необычайно интенсивного
движения. Итак, дойдя до последних и, казалось бы, «под-
линных» частиц вещества — атомных ядер, мы обнаружи-
ваем, что они не являются только веществом, но главным
образом состоят из материальных полей.
Нельзя рассматривать в качестве истинных частиц ве-
щества — как противоположность полю — также и эле-
ментарные частицы. Современная теория рассматривает
различные частицы как кванты или возбужденные состоя-
ния соответствующих материальных полей: протоны и
нейтроны — как кванты нуклонного поля, мезоны — как
кванты нескольких типов мезонных полей, электроны и
позитроны—как кванты электронно-позитронного поля
и т. д. Понятие поля считается более общим, чем понятие
частицы, так как возможны особые вакуумные состояния
полей без частиц. Как же в таком случае определить ве-
щество? И вот здесь мы подходим к одному из важнейших
выводов современной физики — к выводу об относитель-
ности различия между полем и веществом.
Деление всей материи на поле и вещество является пер-
вым грубым приближением, верным в основном при общем
макроскопическом взгляде на мир. Только здесь можно
провести качественное различие полей и вещества в смысле
характера массы, законов движения, степени проницаемости
и т. д. Но как только мы переходим к исследованию микро-
структуры самого вещества, к свойствам элементарных
частиц, то наше макроскопическое деление всей материи
на две формы становится уже неточным. Противопоставление
поля и вещества в плане микроструктуры материи становит-
ся неверным.
Раньше с понятием поля связывали такую форму мате-
рии, которая переносит взаимодействия между частицами
вещества, в то время как сами эти частицы считались неиз-
менными и сохраняющимися при всех превращениях. Од-
нако за последние десятилетия подобные представления
о частицах были изменены. Было доказано, что сами частицы
могут возникать и исчезать, выступая в форме передатчиков
взаимодействий между квантами поля. Так, при порожде-
нии электронов и позитронов фотонами и обратном превра-
щении этих частиц в фотоны «вещественные» частицы вы-
106
ступают как передатчики взаимодействий между квантами
электромагнитного поля. Аналогичную роль также могут
выполнять некоторые мезоны, которые порождаются при
рассеянии фотонов большой энергии на атомных ядрах,
а затем превращаются в фотоны. В атомных ядрах мезоны
выступают как кванты ядерного поля, хотя они обладают
массой покоя и должны как будто сводиться к веществу.
Если же мы возьмем каскадные процессы, вызываемые
космическими лучами, то здесь можно видеть множество
различных частиц, которые возникают и превращаются
в другие формы, выступая в роли передатчиков взаимодей-
ствий между исходными и конечными разновидностями
частиц. Грань между веществом и полем в таких процессах
практически стирается, так как возможна универсальная
взаимопревращаемость частиц и полей. В области больших
энергий частицы, подобно полям, обладают множеством
степеней свободы.
Долгое время считали (а многие считают еще и сейчас),
что основной водораздел между полем и веществом состоит
в том, что вещество обладает массой покоя, в то время как
поле лишено ее. Гравитационное и электромагнитное поля,
по современным взглядам, действительно не обладают
массой покоя. Однако, когда возникли представления о
мезонных и электронно-позитронных полях, а также полях
других частиц, обладающих массой покоя, то указанное
разграничение потеряло смысл.
Выше отмечалось, что можно разделить поле и вещество
по признаку различия закономерностей их движения. Это
разграничение в определенной мере правильно, но и оно
становится недостаточным, если в число квантов поля вклю-
чаются частицы с конечной массой покоя, которые могут
двигаться с любой скоростью, меньшей скорости света.
Нельзя провести абсолютную грань между полем и ве-
ществом и по признаку проницаемости поля и непроницае-
мости вещества, так как космические лучи большой энергии
и особенно нейтрино могут пронизывать значительные
толщи вещества. В то же время ядерное поле обладает очень
малой проницаемостью.
Наконец, делалась попытка связать представление о
веществе с наличием огромной концентрации материи и
энергии в веществе в отличие от поля. Но и этот признак
нельзя считать достаточным основанием для разграничения
поля и вещества, поскольку существуют фотоны настолько
107
большой энергии, что они могут порождать при столкнове-
ниях с атомными ядрами электроны, позитроны, мезоны
и другие микрочастицы.
Этот перечень неудачных попыток отыскать абсолютную
грань между полем и веществом можно было бы продолжить,
но уже приведенные примеры доказывают, что в природе,
в соответствии со словами Энгельса, нет никаких непри-
миримых противоположностей, никаких насильственно
фиксированных разграничительных линий и что если в
природе встречаются противоположности и различия,
то их неподвижность и абсолютность привносятся в природу
нашим сознанием.
По отношению к элементарным частицам уже нельзя
ставить вопрос: что они — поле или вещество? Ибо эти
микрообъекты обладают одновременно как свойствами
полей, так и свойствами той формы материи, которую
мы привыкли определять как вещество. Вещество представ-
ляет собой значительно более сложное образование, чем
микрочастицы. В плане своей микроструктуры вещество —
это совокупность частиц и полей с конечной и нулевой
массой покоя. Понятие поля и вещества в отношении эле-
ментарных частиц с конечной массой покоя характеризует
не различные материальные объекты, а одни и те же. И если
мы говорим в отношении электронов, позитронов, мезонов
и нуклонов, что они являются частицами вещества, то это
не следует понимать в том смысле, что они противоположны
полю. Этим определяется лишь их принадлежность к неко-
торой материальной совокупности, которую мы определяем
как вещество. Следует учесть также, что терминология
является одной из наиболее консервативных сторон науки,
и старый термин часто по-прежнему употребляется, хотя
содержание у него может быть уже совсем иным.
Это, конечно, не значит, что вещество как вид материи
исчезает, сводится к чему-то неуловимому. Это значит
лишь, что наши представления о материи продвинулись еще
на одну ступень глубже; сама же эта материя по-прежнему
существует и движется по своим закономерностям, которые
лишь приблизительно отражаются нашим сознанием. И если
вывод о полевой микроструктуре вещества может показаться
совершенно необычным, поскольку поле многие представ-
ляют себе чем-то неуловимым и ускользающим, то это еще
не является достаточным основанием для сомнения в вер-
ности результатов современной физики, которые находят
108
всестороннее подтверждение на опыте. Нужно просто изме-
нить наши представления о поле и привести их в соответ-
ствие с данными науки. Точка зрения наивного реализма
не может служить критерием оценки теоретических выводов.
Тем более неверно выдавать эту точку зрения за взгляд
диалектического материализма на материю и на основании
этого подвергать сомнению результаты физических теорий.
«Разрушимость атома, неисчерпаемость его,— подчеркивал
В. И. Ленин,— изменчивость всех форм материи и ее дви-
жения всегда были опорой диалектического материализма.
Все грани в природе условны, относительны, подвижны,
выражают приближение нашего ума к познанию материи...»1
Итак, макроскопическое деление всей материи на две
основные формы — поле и вещество — с принципиальной
стороны является нестрогим и неточным. Оно не оправды-
вается для микропроцессов, где правильнее говорить
о частицах и полях. Что же касается вопроса об основных
формах материи, то, очевидно, таких форм существует не
две, а значительно больше. На наш взгляд, при выяснении
того, что следует относить к основным формам материи, в
качестве критерия необходимо учитывать не одно какое-
либо свойство — например, массу, а совокупность всех
основных свойств и закономерностей движения тел в их
органическом единстве. Основные формы материи — это
такие совокупности материальных объектов, которые ха-
рактеризуются общностью важнейших свойств и закономер-
ностей движения. Если подходить к определению основных
форм материи с точки зрения данного критерия, то тогда
в число их необходимо включить качественно различные
частицы и поля, а также молекулы, макроскопические неор-
ганические тела, живое вещество и т. д. Каждая из этих
форм материи обладает общими для всех ее составных
элементов свойствами и закономерностями существования,
которые несводимы к закономерностям других основных
форм материи. Количество таких основных форм материи
должно расширяться по мере исследования строения ма-
терии.
Возвращаясь к проблеме частиц и полей, заметим, что
понимание различных элементарных частиц как квантов
различных полей представляет собой значительный шаг
вперед по сравнению с чисто корпускулярным взглядом на
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 263.
109
них. Оно открывает путь к пониманию внутренней сущности
взаимопревращения микрочастиц, а также природы их ос-
новных свойств, хотя на этом пути стоят еще значительные
трудности, связанные с устранением бесконечных расходя-
щихся значений для массы, энергии и заряда частиц.
Наконец, полевая концепция материи может иметь большое
значение для правильного понимания структуры элементар-
ных частиц.
В процессе развития представлений о полевой микро-
структуре вещества в качестве особого направления выде-
лилась так называемая единая теория поля, которая разви-
валась главным образом Эйнштейном. Эйнштейн, посвятив-
ший последние 30 лет своей жизни разработке этой теории,
пытался объединить электромагнитное и гравитацион-
ное поля, рассматривая их как различные проявления не-
которой единой сущности — единого поля. Если бы удалось
найти уравнения для этого поля, то из них можно было бы
как следствие вывести факт существования различных эле-
ментарных частиц и полей, а также их основные свойства
и закономерности поведения. Несмотря на то, что большин-
ство ученых скептически относилось к этой проблеме,
а некоторые даже считали ее антинаучной, идеалистиче-
ской, Эйнштейн упорно работал над созданием такой теории.
Тем не менее достичь положительных результатов ему не
удалось.
Самая идея единого поля заслуживает серьезного вни-
мания, поскольку она исходит из принципа единства мира.
Однако решение данной проблемы Эйнштейном и даже самая
формулировка ее содержит много спорных моментов.
В общей теории относительности Эйнштейна гравита-
ционное поле рассматривается не как особая форма мате-
рии, а как искривление пространства — времени. Такое
же понимание распространяется и на другие поля, в том
числе на гипотетическое единое поле. Целью единой теории
поля Эйнштейн считал создание такой теории пространства
и времени, из которой можно было бы вывести все особен-
ности элементарных частиц и полей.
Причина неудачи в создании единой теории поля лежит,
по-видимому, во многих факторах. К ним относится прежде
всего необычайная математическая сложность самой проб-
лемы. Но немалую роль сыграла также и неправильная
методологическая формулировка проблемы — свести раз-
личные частицы и поля к свойствам пространства и времени.
НО
Соотношение материи и пространства — времени здесь пере-
вертывалось на голову. Вместо того, чтобы считать простран-
ство и время формами бытия материи, то есть производ-
ными по отношению к материи, сама материя геометризи-
ровалась, понималась как нечто производное по отношению
к пространству и времени. Пространственно-временной
континуум возводился в ранг самостоятельной физической
сущности, своего рода субстанции, тогда как в действитель-
ности единственной субстанцией является только материя.
Попытки геометризировать материю имеют также и дру-
гую слабую сторону. Сведение всех частиц и полей к еди-
ному полю и понимание последнего как искривления про-
странства— времени означает по существу сведение прерыв-
ного к непрерывному. Но эта операция неосуществима.
Как справедливо замечает Д. Иваненко, невозможно вы-
вести «квантовую теорию или теорию электрона и других
частиц из той или иной классической теории поля, сформу-
лированной в данном случае геометрическим образом...
В классических уравнениях отсутствует квантовая постоян-
ная /г, и заменить ее какой-либо комбинацией имеющихся
констант, т. е. скоростью света с и константой тяготения я,
нельзя»1.
Следовательно, невозможно целиком устранить прерыв-
ность микрообъектов, связанную с наличием кванта дей-
ствия, и свести все к непрерывности. Материя всегда вы-
ступает как единство противоположностей.
Но было бы неправильно рассматривать теорию единого
поля как совершенно ошибочное, тупиковое направление
в физике. Ее важнейшие положения о единстве различных
форм движущейся материи заслуживают глубокого внима-
ния и должны разрабатываться дальше, хотя, очевидно,
на другой основе, чем предполагалось ранее. Несомненно,
различные микрочастицы и поля имеют нечто общее в своей
структуре, их материальная основа едина во многих своих
свойствах. Это доказывается прежде всего фактом универ-
сальной взаимопревращаемости различных частиц и полей.
Вполне возможно, что мезоны различных масс представляют
собой возбужденные состояния одного или двух основных
видов мезонных полей, подобно тому как гипероны, по-
видимому, представляют собой возбужденные состояния
нуклонов. Высказывается также идея о глубоком внутрен-
1 А. Соколов и Д. Иваненко, Квантовая теория поля, Гостехиздат<
1952, стр. 525.
111
нем единстве электромагнитного и гравитационного полей,
которая должна получить детальную разработку в будущей
теории электрогравитации.
Таким образом, историческое развитие естествознания
ведет к признанию единства материи. Это не следует, однако,
понимать в том смысле, что когда-нибудь будет открыта не-
которая «первоматерия», различные количественные соче-
тания которой составляют все многообразие тел. Если мы
говорим, что многообразное едино в своей основе, то с таким
же основанием можно сказать, что единое бесконечно мно-
гообразно в своей структуре и проявлениях. Поэтому,
если единое поле действительно существует, оно должно
быть неисчерпаемым в своей структуре. Вслед за познанием
этой сущности откроется новая, значительно более глубо-
кая сущность, лежащая в основе данного поля.
Каким же образом в свете сказанного можно решить про-
блему прерывного и непрерывного, поставленную в конце
предыдущего параграфа? Анализ исторического развития
взглядов на строение материи говорит о наличии постоянной
борьбы между теориями, стремящимися свести непрерывное
к дискретным элементам, и теориями, которые считают все
дискретное вторичным по отношению к непрерывному, ле-
жащему в основе материи.
В наиболее резко выраженной форме первую концепцию
характеризует старая атомистика, вторую — теория беско-
нечной делимости материи. В физике XVII—XIX вв.
предпринимались попытки примирить обе теории и объ-
единить их в рамках более общих представлений. Однако
эти попытки были непоследовательными. Теория Фарадея —
Максвелла склоняется в большей степени ко второй
концепции, поскольку электромагнитное поле здесь рассмат-
ривается как первичная непрерывная среда, а заряды счи-
таются узловыми точками поля. В электронной теории Ло-
ренца, напротив, преобладает взгляд на заряды как на пер-
вичные по отношению к полю сущности. Квантовая теория
поля опять возвращается к идее первичности полей. Мы на-
блюдаем, таким образом, нечто вроде ряда спиралей в раз-
витии научного познания материи, которое осуществля-
ется путем отрицания отрицания. Каждая более совершен-
ная концепция отрицает предыдущую, но вместе с тем
включает в себя ее положительные стороны, благодаря
чему познание идет в общем по восходящей линии, по рас-
ширяющейся спирали.
112
Можно полагать, что и современная квантовая теория
поля не даст окончательного решения проблемы прерывного
и непрерывного, связи частиц и полей. Скорее всего истина
заключается не в том, чтобы одно из понятий — полей или
частиц, непрерывное или прерывное,— считать первичным
по отношению к другому. В теоретическом аппарате совре-
менной физики можно как заряды выводить из поля, так
и поле из зарядов. Истина заключается, очевидно, в диалек-
тическом сочетании обоих представлений. Понятия причины
и следствия здесь неприменимы, поскольку заряды и
поле неотделимы друг от друга. Поле создается зарядами,
и в то же время каждое из полей воздействует на части-
цы и обусловливает их свойства. Если же частицы и рас-
сматриваются как квантовые эффекты полей, то этим лишь
подчеркивается их неразрывное единство с различными поля-
ми. Вполне возможно, что как различные частицы, так и из-
вестные в настоящее время поля представляют собой формы
проявления некоторой единой формы материи, лежащей в
их основе. Ее исследование явится задачей будущей теории.
§ 3. Единство корпускулярных
и волновых свойств микрообъектов
Неразрывная взаимосвязь прерывного и непрерывного
находит свое конкретное выражение и в единстве корпуску-
лярных и волновых свойств микрообъектов. Факт одновре-
менного наличия у всех частиц подобных противоречивых
свойств был установлен примерно 30 лет назад, но его тео-
ретическое и философское истолкование не завершено до
сих пор.
Основные предпосылки современных воззрений на кор-
пускулярные и волновые свойства были подготовлены еще
развитием теории света в XVII—XIX вв. На протяжении
всего последующего периода в истолковании природы света
соперничали между собой корпускулярная и волновая тео-
рии. Первая из них, развивавшаяся Ньютоном и его после-
дователями, рассматривала свет как поток частиц, тогда
как вторая теория, выдвинутая Гюйгенсом, считала свет
волновым процессом, происходящим в эфире. Некоторые
факты, такие, как прямолинейность распространения света,
хорошо объяснялись на основе корпускулярной теории,
тогда как ряд других явлений — только на основе волно-
вой. К числу последних явлений относится дифракция —
5 С. Т. Мелюхин	ИЗ
загибание светового луча внутрь геометрической тени, а
также интерференция — взаимное ослабление и усиление
световых потоков при пропускании их через мелкие отвер-
стия и кристаллы.
Долгое время казалось, что волновая и корпускулярная
теории непримиримы между собой, но открытие Эйнштейном
фотонов указало путь к их объединению. Введенная Эйн-
штейном формула для энергии фотона Е = hv связывала
корпускулярные и волновые представления о свете. Если v
выражает частоту колебаний фотона, то h представляет
собой квант действия — символ дискретности микроявле-
ний. А это значит, что свет представляет собой единство
противоположностей.
Между длиной волны фотона и его импульсом можно
установить определенную связь: \	(1 — длина волны
р — импульс). В 1925 г. Луи де Бройль показал, что эта
формула применима не только для фотонов, но и для частиц
с конечной массой покоя. С каждой частицей можно связа!ть
некоторую длину волны, величина которой обратно пропор-
циональна импульсу или количеству движения частицы:
h h
\ =—==—.Из этой формулы следует, что с возрастанием
скорости движения и массы частиц преобладают корпуску-
лярные свойства, а с уменьшением — волновые. Для мак-
роскопических тел, обладающих сравнительно большой мас-
сой, длина волны ничтожно мала, так что ею можно полно-
стью пренебречь. Но для микрочастиц она достигает значе-
ний, сравнимых с размерами атомов, благодаря чему
возможна дифракция электронов при рассеянии их на
других частицах.
Пропуская поток электронов через кристалл, можно
получить на экране или фотопластинке типичную интер-
ференционную картину — чередование темных и светлых
кругов. Такая картина возникает независимо от того,
пропускается ли через кристалл сразу большое колйчество
частиц, или же они пускаются поодиночке, с относительно
большим интервалом времени. В последнем случае интер-
ференционные круги или полосы возникают не сразу, а
постепенно, статистически. Этот факт доказывает, что вол-
новые свойства не являются результатом одних только
коллективных взаимодействий, но присущи каждой микро-
частице в отдельности. Конечно, отдельная микрочастица
114
сама по себе не может дать интерференционной картины.
Попадая на пластинку, электрон или фотон зафиксирует
себя в виде точки. Но рассеяние частицы произойдет именно
в тех направлениях, где находятся светлые полосы, то есть
максимумы интерференционной картины. В темные места
частицы совсем не будут попадать. Это значит, что в темных
местах амплитуда волнового поля будет равна нулю, тогда
как в светлых местах она будет максимальной.
Рассуждая таким образом, мы можем связать вероятность
рассеяния фотона или электрона в определенном направ-
лении с его волновыми свойствами. Волновые свойства
будут определять вероятность нахождения частиц в данном
объеме пространства. Для электромагнитного поля мерой
интенсивности поля в данном объеме будет квадрат амп-
литуды электромагнитных колебаний. Если полю сопоста-
вить фотоны, то квадрат амплитуды будет характеризовать
соответствующее число фотонов в данном объеме. Анало-
гично для электронов квадрат амплитуды волны в данном
месте выражает меру вероятности найти частицу в данном
месте.
Проходя через кристалл или дифракционную решетку,
электрон взаимодействует не с одним каким-либо атомом,
а со всей совокупностью атомов в прилегающей области.
Благодаря такому взаимодействию он рассеивается лишь
в определенных направлениях, причем его попадание в
некоторую точку интерференционной картины определя-
ется вероятностными законами.
Единство корпускулярных и волновых свойств прояв-
ляется не только в этих опытах. Если производить облу-
чение рентгеновскими лучами электронов, то можно будет
заметить, что при рассеянии электронами фотонов частота
фотона меняется в зависимости от угла рассеяния (так на-
зываемый эффект Комптона). Это явление нельзя объяснить,
если рассматривать микрообъекты или как корпускулы,
или как волны, а не считать их такими образованиями,
которые объединяют в себе и корпускулярные, и волновые
свойства.
Сочетание в микрообъектах таких противоречивых свойств
кажется недопустимым с точки зрения привычных нам
представлений. В классических понятиях, отображающих
макроскопические явления, нет таких образов, которые
адекватно выражали бы противоречивую сущность микро-
частиц. Это дало повод некоторым ученым отрицать един-
5*
115
ство в микрообъектах данных свойств и утверждать, что
будто они не присущи микрообъектам, а лишь создаются
при взаимодействии с измерительными приборами. По
мнению Н. Бора, корпускулярный и волновой аспекты
являются дополнительными и взаимно исключающими
друг друга, причем следует говорить не о свойствах микро-
объектов, а об измерительных установках, из которых одни
могут быть описаны при помощи понятия положения кор-
пускул, а другие—при помощи понятия длины волны.
Что же касается микрочастиц, то они якобы не обладают
реальностью, поскольку микроявления не существуют не-
зависимо от наблюдения или за пределами наблюдательных
данных. Еще в 30-х годах Бор провозгласил, что нельзя
приписать самостоятельную физическую реальность объек-
там атомного мира. Развивая этот взгляд, Филипп Франк
писал, что мы не можем назвать электрон материальной
частицей. «Электрон — это комплекс физических величин,
которые мы вводим, чтобы установить систему принципов,
из которых мы можем логически вывести показания измери-
тельных приборов» х. Все трудности, по мнению Франка,
возникают от того, что говорят об объектах, вместо того
чтобы говорить о способах употребления слов. Согласно
концепции дополнительности, микрообъекты не существуют
независимо от наблюдений. Существовать — значит быть
воспринимаемым; таков субъективно-идеалистический вы-
вод, вытекающий из этой концепции.
Подобные утверждения противоречат всем данным совре-
менной науки. Свойства микрообъектов существуют объек-
тивно, независимо от нашего сознания, и лишь проявляются
в актах измерения, причем корпускулярные и волновые
свойства проявляются в экспериментах не в отдельности,
в зависимости от класса измерительных установок, а в не-
разрывном единстве между собой. Если, например, пропу-
скать поочередно через кристалл электроны и наблюдать ха-
рактер их рассеяния на фотопластинке, то можно видеть,
что каждый электрон дискретно локализуется на пластинке,
а рассеивается по волновым законам, так что из множества
точек постепенно образуется интерференционная картина.
В эффекте Комптона рентгеновский квант рассеивается на
электроне как частица, но изменяет частоту колебаний,
как волна.
1 Р. Frank, Foundations of Physics. International Encyclopaedia
of Unified Science, vol. 1, № 7, Chicago 1946, p. 54.
116
Одновременное наличие корпускулярных и волновых
свойств кажется несовместимым только тогда, когда их
единство пытаются представить вне движения, в состоянии
покоя частиц. Действительно, если понятие частицы, вы-
ражающее дискретный аспект материи, сохраняет свой смысл
и для состояния покоя микрообъектов, то понятие волны
в применении к покоящейся частице кажется совершенно
абсурдным. Если частица попадает на фотопластинку, то
ее локализация означает уничтожение волновых свойств,
если же она распространяется, как волна, то нельзя говорить
о ее точечной локализации, о движении по механической
траектории.
Все это совершенно правильно, но при всесторонней
оценке свойств микрообъектов мы не должны искусственно
расчленять одно явление на взаимно исключающие аспекты.
Важно помнить, что единство корпускулярных и волновых
свойств осуществляется не в каждом из этих состояний в
отдельности, а лишь в процессе движения микрообъектов.
Будучи локализована в пространстве как дискретное об-
разование, микрочастица распространяется по волновым
законам, так что квадрат амплитуды волны выражает меру
вероятности нахождения частицы в данном объеме простран-
ства. По своей природе микрообъекты не являются ни вол-
нами, ни частицами, и не смесью тех и других, но представ-
ляют собой весьма сложные образования, диалектически
сочетающие в себе противоположные качества. В нашем
языке пока нет соответствующих понятий для адекватного
отображения их строения, и поэтому мы описываем их
с помощью привычных нам представлений, которые здесь
оказываются неточными. Как говорил Ф. Бэкон, челове-
ческий ум подобен кривому зеркалу: он отражает природу
вещей, привнося в нее свою собственную природу.
Чтобы раскрыть сущность волновых свойств микрообъ-
ектов; необходимо эти свойства связывать не только с зако-
нами движения частиц, но и с их структурой. В этом отно-
шении значительные перспективы открывает полевая тео-
рия, рассматривающая микрообъекты как возбужденные
состояния различных полей. Распространение возбуждений
в полях происходит по волновым законам, что как раз со-
ответствует характеру движения микрочастиц.
Из факта единства корпускулярных и волновых свойств
вытекают важные выводы, имеющие принципиальное зна-
чение для понимания вопроса о причинности в микроявле-
117
ниях. Эти выводы коренным образом отличны от представле-
ний классической физики о причинности. В классической
механике считается, что каждая микрочастица одновремен-
но обладает сколь угодно точными значениями координат
и импульса, которые можно в принципе определить в каж-
дый момент движения частицы по механической траекто-
рии. Подобное убеждение основывалось на понимании ми-
крочастиц как микроскопических твердых шариков или ма-
териальных точек. Квантовая механика показала неверность
такого подхода к микрочастицам. Элементарные частицы —
это не микроскопические шарики и не материальные точки,
а поэтому к ним неприменимы понятия классической физи-
ки об одновременном точном значении координат и импуль-
са. Действительно, импульс электрона можно выразить че-
рез его длину волны р=у. Предположим, что производится
определение координат электрона или фиксирование его в
точке. В точке длина волны оказывается равной нулю, вслед-
ствие чего импульс будет бесконечным, или неопределен-
ным, поскольку бесконечность не имеет здесь физического
смысла. Из некоторых других положений следует, что при.
абсолютно точном определении импульса неопределенными
становятся координаты или местоположение электрона.
Произведение неточностей координат и импульса оказы-
вается примерно равным постоянной Планка: kx-bp^h.
Эта формула представляет собой известное соотношение не-
определенностей Гейзенберга. Из него следует, что если Дх
стремится к нулю, то Др стремится к бесконечному значе-
нию, и наоборот.
Соотношение неопределенностей является следствием
корпускулярно-волновой природы микрообъектов. Оно име-
ет важное значение для решения проблемы конечного и бес-
конечного в микромире. Если в классической физике гос-
подствовало убеждение о том, что, как бы малы ни были ми-
кроявления, они подчиняются тем же закономерностям,
которые имеются в макромире, что структура бесконечно
большого и бесконечно малого однородна, то современная
физика указывает на качественное различие этих законо-
мерностей и свойств.
Новизна и своеобразие следствий из соотношения неоп-
ределенностей столь значительны, что осознаются с трудом
и зачастую представляют повод для неверных толкований
микропроцессов. Иногда утверждают, что микрочастицы
118
в действительности обладают одновременно точными зна-
чениями координат и импульса, но соотношение неопре-
деленностей запрещает их определение, чем протаскивают
агностицизм в науку. Несомненно, однако, рассуждают да-
лее сторонники этой точки зрения, что наука преодолеет
этот воздвигнутый предел и достигнет значительно большей
точности в определении данных свойств электрона. Подоб-
но тому как электронный микроскоп далеко превзошел пре-
делы разрешающей способности оптического микроскопа,
так найдутся неизмеримо более тонкие средства воздействия
на электрон, чем кванты света, которые позволят значитель-
но точнее определить координаты и импульс, и тем самым
превзойти соотношение неопределенностей.
Подобные рассуждения, несмотря на их внешнюю убе-
дительность и оперирование материалистической термино-
логией, в действительности неверны, так как протаскивают
в физику идею дурной бесконечности в понимании свойств
микромира. Как бы малы ни были масштабы, объекты этих
областей должны якобы обладать теми же свойствами, ко-
торые мы привыкли видеть или ожидать у макроскопиче-
ских тел.
Между тем электрон и другие элементарные частицы яв-
ляются такими формами материи, которым объективно не-
присущи точные значения координат и импульса одновре-
менно. Мы не можем, например, определить с абсолютной
точностью ту границу, где кончается атмосфера Земли, не
можем не потому, что познание якобы имеет пределы, а по-
тому, что такой точной границы объективно не существует.
Плотность воздуха постепенно убывает с расстоянием,
пока не становится равной средней плотности межзвездной
среды. Так и в случае электрона верхние пределы точности
определения координат и импульса обусловлены не ограни-
ченностью нашей способности познания, а тем, что у элект-
рона объективно нет данных характеристик. Соотношение
неопределенностей как раз указывает пределы применимо-
сти к электрону классических понятий координаты и им-
пульса.
К микрочастицам неприменимо также понятие о меха-
ническом движении по траектории, поскольку с представле-
нием о траектории связывается возможность одновремен-
ного определения координат и импульса тела. Микрообъе-
кты движутся по сложным волновым законам, которые
описываются квантовой механикой и электродинамикой. В
119
соответствии с этим причинно-следственная связь проявля-
ется в микромире в качественно иных формах, чем было из-
вестно в классической механике.
Классическая механика исходила из того, что состояние
системы, достаточно изолированной от внешних влияний,
определяется внутренними силами, причем таким образом,
что взаимодействие любых составных элементов в данный
момент времени однозначно определяет состояние системы
на любой будущий период времени. В прошлом было зало-
жено то, что существует в настоящем, а в настоящем заложе-
ны все будущие события. Зная расположение и импульсы
всех частиц системы, можно предвычислить ее состояние
на любое будущее время.
Подобная концепция механического детерминизма име-
ла некоторые основания в небесной механике, где по извест-
ным начальным положениям планет и Солнца можно пред-
вычислить их положения на любой будущий момент време-
ни, а значит, предсказать даты затмений, противостояний
планет и т. п. Считалось, что аналогичная, хотя, быть мо-
жет, и намного более сложная, картина наблюдается и во
всех других процессах природы. Поэтому если бы удалось
узнать все характеристики поведения атомов, а затем ре-
шить бесчисленное множество уравнений для них и про-
суммировать решения, то можно было бы совершенно точно
сказать, каково было поведение системы в прошлом и что
случится с ней в будущем, даже весьма отдален-
ном.
Механический детерминизм сыграл большую роль в
борьбе против религиозной идеологии феодального обще-
ства, поскольку он отрицал существование божественного
провидения и выводил все явления природы из взаимодей-
ствий атомов. Но в своем крайнем выражении он приводил
к фатализму, правда не религиозному, а материалистическо-
му. Самые незначительные события считались, согласно
этой точке зрения, незыблемыми и неизбежными, причем
необходимость их осуществления была заложена уже в да-
леком прошлом. «С необходимостью этого рода,— писал
Энгельс,— мы тоже еще не выходим запределы теологическо-
го взгляда на природу. Для науки почти безразлично, назо-
вем ли мы это... извечным решением божиим, или, вместе
с турками, кисметом, или же необходимостью. Ни в одном из
этих случаев нет и речи о прослеживании причинной цепи...
Случайность не объясняется здесь из необходимости; скорее,
120
наоборот, необходимость низводится до порождения голой
случайности»1.
Ограниченность механического детерминизма, вскрытая
основоположниками марксизма, со всей очевидностью вы-
явилась в квантовой механике. Соотношение неопреде-
ленностей показало неправильность самой исходной по-
становки вопроса о возможности одновременного точного
определения координат и импульса, необходимого для точ-
ного предсказания поведения частиц на будущее. Оказа-
лось, что характер движения микрообъектов зависит от их
бесчисленных связей и взаимодействий друг с другом, от
особенностей их внутреннего строения. Учесть все эти слож-
ные внутренние и внешние связи квантовая механика не в
состоянии. Невозможно также проследить историю одной
частицы на сколько-нибудь длительное время, поскольку
микрочастицы постоянно превращаются из одних форм в
другие. Правда, решение уравнения Шредингера дает воз-
можность предсказания поведения частицы на некоторое бу-
дущее время, однако это время весьма ограниченно, и само
предсказание носит вероятностный характер, что очень да-
леко от идеала классического детерминизма.
Существенной особенностью, вытекающей из нового по-
нимания причинности, является то, что современная физи-
ка признает неоднозначность следствий, вытекающих из
данной совокупности причин. Разберем в качестве примера
опыт по рассеянию электронов дифракционной решеткой.
В этом процессе электроны с наибольшей вероятностью попа-
дают лишь в те участки интерференционной картины, кото-
рые в общем заранее можно указать. Но мы не можем точно
сказать, в какую именно точку экрана попадет электрон.
Является ли эта неопределенность в предсказании принци-
пиальной, и если да, то в чем ее причина?
Причины того или иного рассеяния электрона коренятся
в его взаимодействиях со всей совокупностью атомов решет-
ки или кристалла по пути движения. Эти взаимодействия
необычайно многообразны, и учесть их современная теория
не в состоянии. Важно отметить также, что характер внеш-
них связей электрона с другими частицами определяется
его внутренними связями или структурой, которая сейчас
неизвестна. Благодаря этому в еще большей степени усугуб-
ляется неопределенность в предсказании места попадания
1 Ф. Энгельс, Диалектика природы, стр. 173.
121
электрона на экране. Можно лишь сказать, что электрон
при рассеянии попадет в один из кругов интерференцион-
ной картины, но в какой именно и в какое место — неиз-
вестно.
Эта неопределенность частично не является принципиаль-
ной. Если бы удалось учесть все внешние связи электрона,
определяющие характер его рассеяния, то можно было бы с
гораздо большей точностью указать область его попадания.
Однако это уточнение не может быть беспредельным, или во
всяком случае оно не может быть сведено к размерам
порядка размеров электрона. Благодаря соотношению нео-
пределенностей, которое представляет собой объективный
закон природы, даже при полном учете всех связей и взаимо-
действий электрона останется известная неопределенность
в характере его рассеяния, вследствие чего предсказывае-
мая область попадания всегда будет значительно больше
собственных размеров электрона. Следовательно, при за-
данных причинах вытекающие из них следствия осуществля-
ются не однозначно, а с большей или меньшей вероятно-
стью, что говорит о новых формах причинности в микро-
мире.
Известная неопределенность в поведении микрообъек-
тов не означает, что рассматриваемые явления абсолютно
самопроизвольны, индетерминированы. Они, несомненно,
имеют под собой причины, и не одну, а множество. Но эти
причины коренятся уже не во внешних связях элементар-
ных частиц, а в их внутренних связях, в неисчерпаемости
их структур. Действие этих внутренних связей приводит
к тому, что на поверхности явлений — в сфере эксперимен-
та — «всплывают» то одни, то другие результаты. Высту-
пающая в опыте закономерность образуется статистически,
в результате сложения множества других, более глубоких
закономерностей, познание которых -является задачей бу-
дущей теории.
Открытие новых форм причинности в микромире послу-
жило для «физических» идеалистов поводом для новых на-
падок на материализм. Реакционные поползновения, гово-
рил В. И. Ленин, порождаются самим прогрессом науки.
Ссылаясь на некоторое «принципиально неконтролируемое»
воздействие прибора на объект, отдельные ученые заявля-
ют, будто это воздействие нарушает принцип причинности.
Дирак писал: «Закон причинности может применяться
только к системе, которая не подвергается возмущениям.
122
Если система мала, то невозможно наблюдать ее, не произ-
водя в ней серьезных возмущений, а следовательно нельзя
ожидать, что между результатами наблюдений будет суще-
ствовать какая бы то ни было причинная связь. Поэтому
в квантовой теории имеет место принципиальный индетер-
минизм»1.
Отрицание объективного характера причинности обус-
ловлено тем, что многие ученые, не знакомые с диалекти-
ческим материализмом, отождествляют принцип причин-
ности с механическим детерминизмом и на основании невер-
ности последнего объявляют опровергнутым принцип при-
чинности вообще. Так, Эддингтон, приводя слова древнего
поэта Омара Хайама: «В первое утро творения было предна-
чертано то, что будет прочитано в последний день расплаты»,
пишет, что этс^высказывание полностью выражает его по-
нимание детерминизма. «Детерминизм означает предоп-
ределение»1 2. Поскольку же в природе предопределения
нет, значит нет и причинной связи.
Другим идеалистическим выводом из соотношения нео-
пределенностей является отрицание объективного характе-
ра пространства и времени. Ссылаясь на то, что точное оп-
ределение импульса ведет к полной неопределенности в
знании координаты, некоторые физики заявляют, что в этом
случае нарушается пространственно-временное течение про-
цесса. «...Атомные процессы,— пишет Гейзенберг,— не
всегда могут быть представлены как объективные, происхо-
дящие в пространстве и времени... Неделимая элементар-
ная частица современной физики обладает свойством зани-
мать пространство не в большей мере, чем другими свойства-
ми, как например, цветом и твердостью. По своему существу
она является не материальным образованием во времени
и пространстве, а до некоторой степени только символом,
при введении которого законы природы принимают особен-
но простую форму»3.
На основе идеалистического толкования принципа нео-
пределенностей получила широкое распространение тео-
рия дополнительности Бора. Эта теория считает, что суще-
ствует два класса приборов, из которых один класс позво-
1 П. А. М. Дирак, Основы квантовой механики, 1937, стр. 12.
2 A. Eddington, New pathways in science, Cambridge 1935, p. 75.
3 W. Heisenberg, Wandlungen in den Grundlagen der Natur-
wissenschaft, S. 49, 81.
123
ляет определять пространственно-временные, другой —
импульсно-энергетические характеристики. Первые характе-
ристики являются условием существования частиц в про-
странстве и времени, вторые— условием причинного пове-
дения микрообъектов. По мнению Бора, обе эти группы
характеристик взаимно исключают друг друга. Знание од-
ной из них приобретается ценой отказа от другой. В связи
с этим Бор выдвигает следующую пресловутую альтерна-
тиву: либо мы описываем частицы в пространстве и време-
ни, и тогда принцип причинности является фикцией, либо
принцип причинности справедлив, но тогда следует при-
знать, что микрочастицы существуют вне пространства и
времени. Источником подобных путаных рассуждений яв-
ляется неправильное понимание пространства — времени
и причинности. Пространство и время рассматриваются
здесь не как объективно существующие формы бытия мате-
рии, а как субъективные формы восприятия мира. Если в
данном опыте пространственно-временные характеристики
не выступают, являются неопределенными, то делается вы-
вод о том, что частицы существуют вне пространства и вре-
мени. Объектом теории считаются лишь наблюдаемые вели-
чины, что же касается ненаблюдаемых величин, то они счи-
таются вообще не существующими.
Отрицая объективность пространственно-временных от-
ношений микрообъектов, идеалисты избегают логически
обоснованного ответа на вопрос о том, что же значит подоб-
ное отрицание. Ибо если мы признаем существование и дви-
жение микрообъектов, то тем самым мы признаем и реаль-
ность пространства — времени, в которых происходит дви-
жение; в противном случае невозможно понять движение.
Поэтому философия, признающая реальность движения тел,
но отрицающая пространство и время, внутренне противо-
речива. Чтобы согласовываться хотя бы с элементарными
требованиями логики, эта философия должна была бы отри-
цать и объективность движения, а вместе с ним объектив-
ность материи. Но в таком случае вообще не о чем говорить.
Нельзя даже говорить о том, что мир представляет собой со-
вокупность человеческих ощущений, поскольку ощущения
принадлежат человеческому организму, ксЬюрый представ-
ляет собой особую форму материи, а материя, согласно при-
нятой идеалистами посылке, не существует.
Софизм идеалистической философии заключается в том,
что она доказывает одно, а объявляет опровергнутым совсем
124
другое. На основании того, что при определении импуль-
са становится неопределенной координата, делается нело-
гичный вывод о существовании микрочастиц вне простран-
ства, тогда как неопределенность в значении импульса при
определении координат истолковывается как «доказатель-
ство» отсутствия причинности. Подобными софистическими
приемами можно доказать все что угодно, но все эти «дока-
зательства» будут основаны на подтасовках:
Все данные физики убедительно говорят о том, что мик-
рообъекты не только обладают пространственно-временными
свойствами, но и подчиняются принципу причинности. Этот
принцип вовсе не означает, что развитие предопределено и
что из настоящего совершенно однозначно следует будущее,
пусть даже самое отдаленное. Он означает лишь, что нет
действия без причины, что причинно-следственные отноше-
ния проявляются в виде строгих закономерностей, управля-
ющих различными явлениями. В микромире как раз име-
ются такие закономерности, и квантовая механика частич-
но раскрыла их, сформулировав различные уравнения дви-
жения для элементарных частиц и полей. Решение этих
уравнений дает возможность с достаточной точностью опи-
сать самые разнородные явления, а также использовать их
в промышленности и технике. Открытие способов высвобож-
дения и использования атомной энергии не было бы возмож-
ным, если бы наука не обладала знанием закономерностей,
которые управляют внутриатомными явлениями.
Наличие у микрообъектов волновых свойств приводит
к существенно новому пониманию пространственных разме-
ров элементарных частиц, что имеет большое значение для
правильного понимания взаимоотношения между конечным
и бесконечным в строении материи. Обычно считается, что
линейные размеры и объем любого тела в принципе можно
выразить со сколь угодно большой точностью. Пределы
точности обусловлены лишь ограниченностью измеритель-
ных приборов, объективно же тела обладают абсолютно
точными размерами, и уточнение в определении размеров
может производиться до бесконечности.
Однако в действительности это не так. Уточнение объема
и некоторых других величин на некотором этапе становится
уже невозможным и теряет свой смысл. Количественные из-
менения здесь приводят к резкому изменению качества, а
к новому качеству оказываются неприменимы старые коли-
чественные операции. Например, нельзя определить со
125
сколь угодно большой точностью давление газа в сосуде.
Это давление складывается из множества ударов отдельных
молекул о стенки сосуда, и, дойдя в нашем уточнении до
силы удара отдельной молекулы, мы не сможем двигаться
дальше, ибо за этой областью понятие давления неприменимо.
Равным образом если мы определяем длину или объем ка-
кого-либо твердого тела, то при точности измерений поряд-
ка атомных масштабов дальнейшее уточнение теряет смысл.
Во всяком теле происходит непрерывное движение атомов и
молекул, колебание их около определенных центров равно-
весия. С поверхности тела некоторая часть атомов постоянно
переходит в окружающую среду, а из среды поглощается
телом. Вследствие этого размеры и масса тела, начиная с
некоторых масштабов точности, постоянно изменяются. Та-
ким образом, тела объективно не обладают абсолютно точ-
ными и неизменными размерами, массами и другими харак-
теристиками. Выше уже отмечалось, что такое свойство,
как магнитный момент нуклонов, не является чем-то неиз-
менно существующим, но представляет собой статистически
среднее во времени, так как он возникает в результате вре-
менной «диссоциации» нуклонов и возникновения п-мезонов.
Возможно, что и другие свойства элементарных частиц воз-
никают как статистически среднее от некоторых глубоких
и тонких взаимодействий. Все эти эффекты в настоящее вре-
мя, по-видимому, лежат за пределами возможностей изме-
рения и поэтому с практической точки зрения пока не имеют
особенного значения. Достигаемая точность измерений с
практической стороны в большинстве случаев бывает вполне
достаточной, что и создает у нас подсознательное убежде-
ние в том, что любые свойства можно измерять со сколь
угодно большой точностью.
Еще более сложно обстоит дело с атомами и элементар-
ными частицами. Их размеры определяются весьма ори-
ентировочно, по результатам рассеяния на них других ча-
стиц. Но эффективное сечение при столкновении частиц су-
щественным образом зависит от их относительных скоро-
стей, заряда и массы. В каждом отдельном случае они могут
быть различными, вследствие чего будут различия и в опре-
делении размеров частиц. Причина этого заключается в
том, что каждая микрочастица неразрывно связана с раз-
личными полями, которые вносят свой вклад в структуру
частиц. Грань между собственно частицей и ее полем весь-
ма относительна и подвижна, она зависит от энергии взаи-
126
модействия частиц и от наличия у них зарядов. Если нале-
тающая частица обладает большой энергией и лишена за-
ряда, то она может глубоко проникнуть в область данной
частицы и вызвать различные процессы; при наличии оди-
накового заряда и малой энергии рассеяние налетающей
частицы произойдет на значительно больших расстояниях.
Определяемые на основании рассеяния размеры частиц в
обоих случаях будут различными. Других же способов из-
мерения размеров в настоящее время не существует, ибо
элементарную частицу нельзя заключить в микрометр или
другой прибор, с тем чтобы непосредственно измерить ее
размеры. Ввиду этого понятие абсолютно точных размеров
по отношению к элементарным частицам является идеали-
зированной абстракцией. Действительные размеры частиц
зависят от их взаимодействий с другими микрообъек-
тами.
Последнее станет еще более очевидным, если мы вспом-
ним, что с каждой микрочастицей связана определенная
длина волны, которая характеризует область пространст-
венной локализации частицы. Длина волны зависит от мас-
. h
сы и скорости движения: А=—, и меняется с изменением
последних. Так, если мы возьмем электрон с энергией в не-
сколько сот электрон-вольт, то его длина волны будет при-
мерно 10"8 см, то есть сравнима с размерами атома. Элект-
рону с такой длиной волны в атомном ядре уже не хватило
бы места. Для того чтобы локализовать электрон в области
атомного ядра, длина волны электрона должна быть поряд-
ка 10"13 см. Но при такой длине волны электрон будет обла-
дать настолько большой энергией, что произойдет его пре-
вращение с порождением других частиц. Вследствие этого
локализация электрона в столь малой области оказывается
физически невозможной.
Еще более относительно понятие точных размеров для
квантов электромагнитного поля, которое обладает непре-
рывным распределением в пространстве. Для фотонов нель-
зя установить каких-либо неизменных определенных разме-
ров. Длина волны фотона определяется частотой колебаний
X а частота колебаний зависит от энергии фотона Е —hv.
Всякая локализация фотона в области, меньшей, чем длина
волны, физически невозможна. Поэтому размеры фотонов
целиком определяются их энергией, если только возможно
127
применять понятие размеров к электромагнитным волнам.
Все эти факты с новой стороны выявляют неисчерпаемость
материи вглубь.
§ 4. Квантовый характер свойств
и взаимодействий микрообъектов
Существенной чертой микромира, которая имеет важное
значение для понимания проблемы прерывности непрерыв-
ности материи, является дискретность свойств и взаимодей-
ствий, связанная с наличием кванта действия h. Та непре-
рывность энергии, которую мы наблюдаем в макроскопи-
ческих процессах, в действительности представляет собой
совокупность огромного количества дискретных энергети-
ческих процессов. Для макроскопических явлений значе-
ние постоянной Планка пренебрежимо мало, вследствие чего
прерывность действия в макроявлениях совершенно неза-
метна, и они достаточно полно описываются законами клас-
сической механики. Но как только мы переходим к атом-
ным масштабам, происходит скачок как бы в другой мир,
характерной чертой которого является атомизм действия.
Ввиду квантованности действия основные свойства ча-
стиц, представляющие собой результат их связей и взаимо-
действий, также имеют квантованный характер. Дискрет-
ность присуща как атомно-молекулярным системам, так и
элементарным частицам. Каждый атом может находиться
лишь в определенных стационарных состояниях, которые об-
разуют прерывный ряд. В этих состояниях атом имеет ди-
скретные значения энергии, момента количества движе-
ния и проекции момента на направление магнитного поля.
Электроны в атомах могут вращаться вокруг ядер не по вся-
ким орбитам, а лишь по избранным, для которых момент
количества движения равен целому кратному /г/2тг. В ста-
ционарных состояниях энергия атома остается постоянной.
Если же происходит изменение энергии в результате како-
го-либо достаточно сильного воздействия, то атом переходит
скачком из одного состояния в другое, минуя промежуточные
состояния. В результате такого перехода происходит излу-
чение квантов строго определенной частоты, зависящей от
разности энергий состояний. При обратном поглощении
энергии атомом энергия может передаваться не сколь угодно
малыми порциями, а лишь определенными дискретными.
Атом может поглощать только ту энергию (фотона или дру-
128
гой частицы), которая равна разности энергий двух его со-
стояний, но не меньше.
Этот факт имеет принципиальное значение, поскольку
он говорит, что нельзя переносить наши привычные макро-
скопические представления на сколь угодно малую область.
Действительность оказывается неизмеримо сложнее и бога-
че всех умозрительных предположений.
Дискретными значениями обладают основные свойства
частиц. Спин, магнитный момент, мезонный заряд характе-
ризуются с количественной стороны выражениями, кото-
рые содержат в себе постоянную Планка. В отношении соб-
ственной массы и электрического заряда связь с постоянной
Планка не установлена, но известно, что частицы не могут
обладать меньшими электрическими зарядами, чем заряд
электрона. Равным образом частицы данной разновидно-
сти обладают вполне определенной массой покоя. Электрон
или другая частица в процессах взаимодействия может
непрерывно менять свою энергию, отдавая ее сколь угодно
малыми порциями, но лишь до тех пор, пока энергия части-
цы не уменьшится до величины Е=тс2. Ниже этого уровня
отдача энергии и массы невозможна; возможно лишь пре-
вращение этой частицы в качественно иные микрообъекты.
Дискретность свойств и состояний микрочастиц приво-
дит к важным выводам о характере взаимодействий между
ними. В классической физике неявно принималось, что
между любыми частицами во вселенной постоянно сущест-
вует устойчивая связь, причем взаимодействия могут рас-
пространяться с бесконечно большой скоростью. Допуска-
лось также, что энергия взаимодействий между частица-
ми может быть сколь угодно малой, но взаимодействие бу-
дет поддерживаться непрерывно. Любой атом во вселенной
связан с любым другим, и, как говорил еще Лейбниц, каж-
дая монада, каждый атом является живым зеркалом все-
ленной.
В эти представления современная теория вносит суще-
ственные коррективы. Прежде всего не существует беско-
нечно больших скоростей распространения взаимодействий.
Верхним известным пределом такой скорости является ско-
рость света. Ввиду этого действие какого-либо тела не вы-
зывает немедленно обратного ответного действия со стороны
другого тела. Это «противодействие» приходит лишь через
то время, которое необходимо свету для достижения друго-
го тела и совершения обратного пути. Поэтому каждое тело
129
отражает в себе не действительное состояние другого тела в
данный момент, а уже некоторое прошлое состояние.
С другой стороны, в силу квантованности действия взаи-
мосвязь между пространственно разделенными телами не
может поддерживаться непрерывно при сколь угодно ма-
лой энергии взаимодействия. При достаточно большом рас-
стоянии друг от друга связь между телами может не быть
непрерывной во времени, а будет дискретной (прерывной).
Поэтому нельзя утверждать, что каждый атом во вселенной
постоянно связан с любым другим и отражает в себе весь
мир. Докажем это положение.
По современным взглядам связь между частицами осу-
ществляется путем обмена квантами электромагнитного,
гравитационного и мезонного полей. Если, допустим, пер-
вая частица излучает кванты, то вторая поглощает их, и на-
оборот. Благодаря этому между частицами возникает опре-
деленная сила взаимодействия. Непрерывность действия
этой силы является результатом сложения огромного коли-
чества дискретных актов взаимодействия, подобно тому как
непрерывное действие на киноэкране обусловлено быстрым
последовательным движением отдельных кадров кинолен-
ты. Подобная картина взаимодействия приводит к тем же са-
мым количественным результатам, которые вытекают из
законов Ньютона и Кулона, не говорящих ничего о приро-
де гравитационных и электромагнитных взаимодействий.
Разберем в качестве примера электромагнитное взаимо-
действие. Предположим, что тело А излучает равномерно
и по всем направлениям фотоны, часть которых поглощается
телом Б. Допустим, что тело Б настолько велико и плотно,
что поглощает все падающие на него фотоны. Количество
поглощенных фотонов будет относиться к общему числу из-
лученных фотонов так, как относится площадь данного те-
ла к площади сферы с радиусом, равным расстоянию между
взаимодействующими телами.
Теперь предположим, что расстояние между телами уве-
личивается в два или три раза. Тогда площадь сферы уве-
личивается соответственно в четыре или в девять раз и
пропорционально уменьшается отношение площади тела к
площади сферы. В таком случае данное тело будет поглощать
в четыре или девять раз меньше фотонов и сила притяже-
ния между телами будет уменьшаться прямо пропорцио-
нально квадрату расстояния между ними, в соответствии с
законом Кулона. Аналогичным образом, рассматривая гра-
130
витационное взаимодействие как результат обмена квантами
гравитационного поля, можно получить закон Ньютона.
Конечно, действительный процесс взаимодействия намного
сложнее рассмотренной схемы, но она полезна для качест-
венной оценки результатов. К ядерным взаимодействиям
подобная схема, по-видимому, неприменима, поскольку в
отношении нуклонов в ядре нельзя применять макроскопи-
ческое понятие угловых размеров. Несомненным в настоя-
щее время можно считать лишь то, что взаимодействие меж-
ду частицами происходит в результате обмена квантами
различных полей, хотя механизм этого взаимодействия еще
неясен.
Излучаемые кванты уносят определенную часть массы и
энергии тела, причем энергия квантов не может быть сколь
угодно малой. Поскольку масса тела конечна, то оно может
излучить лишь конечное число квантов. Часть их поглощает-
ся другим телом, которое в свою очередь излучает кванты.
Взаимодействие возникает в результате обмена квантами.
Это взаимодействие было бы непрерывным во времени,
если бы каждое из тел поглощало и излучало в любой мо-
мент времени сколь угодно много квантов. Но эТо невозмож-
но, поскольку масса и энергия тел ограниченны, а кванты
не могут обладать бесконечно малой энергией. Поэтому
взаимодействие между телами оказывается дискретным во
времени, то есть прерывным. Эта прерывность проявляется
в зависимости от вероятности обмена квантами, она тем
больше, чем меньшим количеством квантов могут обмени-
ваться тела. Последнее же зависит от массы тел и расстояний
между ними. Если расстояние между телами достаточно ве-
лико, а их масса мала, то вероятность обмена квантами мо^
жет быть сколь угодно малой. Тогда взаимодействие между
телами возникает один раз на протяжении определенного
отрезка времени, более или менее значительного. Тела,
бесконечно удаленные друг от друга, будут в ничтожной
степени связаны между собой. Более того, для бесконечной
вселенной не существует единой связи, поскольку скорость
распространения взаимодействий является конечной вели-
чиной. А это значит, что для всей вселенной не может быть
единой последовательности событий, то есть единого вре-
мени, текущего всюду одинаково и безотносительно к ха-
рактеру материальных процессов.
Из этого, однако, не следует, что принцип всеобщей свя-
зи нарушается. Ведь и в обществе каждый человек не свя-
131
зан с любым другим на Земле, но от этого не нарушается
всеобщая связь, которая осуществляется между людьми ко-
свенно, через государства и другие общественные институ-
ты. Так и в природе связь между удаленными телами и части-
цами осуществляется косвенно, через более общиематериаль-
ные системы, в которые данные тела объединены. Каждое
из тел непосредственно связано лишь с ближайшей сово-
купностью, но суммирование действий дает достаточно
большую силу, способную обеспечить эффективное взаимо-
действие на больших расстояниях. Поскольку во вселен-
ной каждая из систем входит в совокупность тел еще
больших размеров, то косвенно возможна связь между
любыми системами. Но эта связь осуществляется не посто-
янно во времени, а дискретно, причем «провалы» во взаимо-
действии могут быть тем значительнее, чем больше расстоя-
ние между телами и меньше их масса. Если, однако, при-
нять во внимание, что вселенная существует бесконечно,
то в масштабе бесконечности времени прямая или косвенная
связь имеется между любыми сколь угодно удаленными друг
от друга системами или телами. В рамках бесконечности
времени мир оказывается связным единым целым во всех
своих структурных формах.
Другое весьма интересное проявление дискретности вза-
имодействий можно наблюдать в микропроцессах, в эффек-
тах взаимопревращений микрочастиц. Анализ этих явлений
приводит к необходимости коренных изменений в представ-
лениях о свойствах пространства и времени в микромире.
Эти изменения связаны с новой трактовкой проблемы раз-
меров элементарных частиц, приводящей к гипотезе
квантования самого пространства и времени.
Как уже отмечалось выше, во всех известных взаимодей-
ствиях и превращениях элементарные частицы проявля-
ются как единое целое. В процессе превращений частицы
переходят в другие формы дискретно или полностью, а не
по частям, причем вторичные частицы не содержатся в го-
товом виде в первичных, а возникают в результате качест-
венных превращений материи. Можно даже полагать, что
частей в обычном понимании этого слова у элементарных
частиц вообще не существует и понятие системы к ним не-
применимо. Действительно, составной системой можно счи-
тать такое материальное образование, в котором энергия
связи между его составными элементами значительно мень-
ше собственной энергии, соответствующей его массе покоя.
132
Системами такого рода будут все космические образования,
окружающие нас тела, молекулы, атомы и даже атомные
ядра. Эти системы распадаются на свои составные элементы,
если энергия внешних воздействий превышает энергию
связи между элементами.
Совершенно иначе обстоит дело в случае элементарных
частиц. Они не расщепляются даже в том случае, если энер-
гия внешнего воздействия во много раз превышает энергию,
соответствующую их массе покоя. В этом случае происходит
не расщепление частицы, а ее качественное превращение в
другие микрообъекты, тоже элементарные. Так, собствен-
ная энергия электрона равна 0,5-10® электрон-вольт, и
если бы электрон был составной системой, то при воздей-
ствии на него гамма-кванта такой энергии он обязательно
распался бы на свои составные элементы. Но даже в том
случае, если энергия гамма-квантов достигает 108 электрон-
вольт, электрон не расщепляется, а превращается в
другие микрочастицы. Расщепление частиц не происходит
даже в том случае, если налетающая частица обладает
энергией в 1018 электрон-вольт, как это иногда имеет место
в космических лучах. Во всех случаях взаимопревращае-
мость элементарных частиц делает физически невозможным
их расщепление. Отсюда следует, что элементарные частицы
не могут являться материальными «системами» в обычном
смысле этого слова.
Вполне возможно, что необычайная устойчивость струк-
туры элементарных частиц связана с особым характером
пространства и времени в микромире. По мере углубления
в строении материи количественные изменения на опреде-
ленном этапе приводят к коренным качественным изме-
нениям в свойствах материи, причем новому качеству со-
ответствуют уже другие количественные характеристики, в
том числе и пространственно-временные. Материя как бы
разделена на ряд структурных форм или этажей, в каждом
из которых господствуют свои специфические законы. Ес-
ли в области макромира тела могут обладать любыми геоме-
трическими размерами, то в области элементарных частиц
этого не наблюдается. Размеры атомных ядер и элементар-
ных частиц близки к величине 10“13—10"14 см. Это относится
и к тем микрообъектам, которые возникают в результате
распада неустойчивых частиц. Область возможной простран-
ственной локализации связана с длиной волны, которая об-
ратно пропорциональна массе и скорости движения части-
133
цы. Поэтому не обязательно, чтобы продукты распада были
меньше по своим размерам, чем исходные частицы, как это
часто имеет место в макромире. При распаде микрочастиц
вторичные частицы могут характеризоваться примерно той
же или большей длиной волны, чем исходные частицы,
потому обладают примерно той же пространственной лока-
лизацией.
Из этих, а также некоторых других данных следует вы-
вод о том, что в области микропроцессов, по-видимому,
существует некоторая элементарная длина порядка 10"13—•
10"14 см, подобно тому, как существует элементарный квант
действия. Эта длина тесно связана с комбинацией основных
констант — заряда и массы частиц, скорости света и посто-
янной Планка. Так, классический радиус электрона
равен примерно 2,8-10“13 см. Длина де-бройлевской волны
для нуклона с энергией связи 7—8-Ю6 электрон-вольт
Х=^2-10“13слг. Близким значением обладает и так назы-
ваемая комптоновская длина волны для мезона и нуклона
— ^10“13—10"14 см. Определяемый из опыта радиус прото-
на равен 4*10"14сл/, а область удара быстрых нуклонов при
их столкновениях имеет порядок’10“13 см.
Эта длина характерна и для ряда электромагнитных
процессов. Например, в опытах по рождению фотонами
мезонов длина волны фотона равна примерно 10"13—10" ысм.
Дальнейшее уменьшение длин волн для электромагнит-
ного поля становится маловероятным, так как происходит
превращение квантов поля в частицы вещества. Таким об-
разом, из ряда данных следует, что «размеры» элементарных
частиц близки к области 10"13—10"14сл!. Возможно, что это
число изменится, но, по-видимому, не слишком значитель-
но. Если пространственные размеры основных элементар-
ных частиц действительно имеют такое дискретное значе-
ние, то из этого следует возможность существования
«элементарного» пространственного интервала таких же раз-
меров. Вместе с тем из этого следует возможность сущест-
вования квантов времени, поскольку пространство и время
неразрывно связаны между собой. Квант времени будет ха-
рактеризовать то минимальное время, в течение которого
в элементарной частице, как целом, могут произойти ка-
кие-либо физические изменения. Поскольку скорость рас-
134
пространения взаимодействий равна скорости света, то кван-
ты времени будут характеризовать тот интервал времени,
в течение которого свет может распространиться от одной
области элементарной частицы до другой:
/0	10“14сл<	24
То = — = 77По-]--=10 сек,.
0 с 1010 смIсек
Указанные величины являются наименьшими простран-
ственными размерами и промежутками времени, которые
могут быть обнаружены или измерены в любых опытах,
где в качестве объекта измерения или средства измерения
используются элементарные частицы. Установленная сей-
час минимальная величина для времени — 10“15 сек.— пе-
риод распада нейтрального п-мезона — на много порядков
больше, чем квант времени т0. По-видимому, за пределами
или в области /0 и т0 становятся неприменимыми совре-
менные теоретические методы описания микропроцессов.
Значение /0 и т0 характеризуют не только собственно
элементарные частицы, но и все процессы взаимодействия
между ними. Взаимодействия между элементарными ча-
стицами не могут происходить в меньших областях, чем эле-
ментарные длины и интервалы времени. Действительно,
предположим, что одна частица сталкивается с другой (на-
пример, сталкиваются два протона). Наименьшим временем
фактического столкновения будет то время, которое потре-
буется для сколь-нибудь существенного изменения состоя-
ния взаимодействующих частиц. Если бы элементарные ча-
стицы были абсолютно твердыми шариками, имеющими рез-
ко очерченные размеры, то время их столкновения было бы
сколь угодно малым. Но абсолютно твердых тел в природе
не может существовать, поскольку для таких тел сила воз-
действия на одну сторону тела должна была бы передавать-
ся на другую сторону мгновенно, то есть с бесконечно боль-
шой скоростью. Это физически невозможно, так как скорость
распространения взаимодействий всегда конечна. Тем более
нельзя считать элементарные частицы абсолютно твердыми.
Как было показано, элементарные частицы обладают волно-
выми свойствами и неразрывно связаны с различными по-
лями. Столкновение двух частиц сопровождается взаимо-
проникновением их полей, причем в любом случае сколь-
нибудь существенное изменение состояний обеих частиц
возможно лишь в масштабах, не меньших, чем элементар-
ные длины и интервалы времени.
135
Однако вывод о квантовых свойствах пространства и вре-
мени нельзя абсолютировать, как это иногда делается, и за-
ранее отвергать возможность существования каких бы то ни
было материальных явлений вобластях,меньшихчем10"14сл«
и 10“24сек. Такое отрицание по существу равносильно отри-
цанию структуры элементарных частиц и существования ка-
ких-либо иных форм материи, помимо уже известных нам.
Между тем нет никаких оснований сомневаться в том, что
определенные материальные процессы происходят и в го-
раздо меньших областях пространства и времени. Известно,
что хотя действие в микромире квантовано, но тем не менее
кинетическая энергия движения частиц может меняться
непрерывно, увеличиваясь или уменьшаясь сколь угодно
малыми порциями. По-видимому, и в отношении простран-
ственно-временных свойств дискретность находит свое есте-
ственное дополнение в непрерывности. Минимальная длина
10“14сл! характеризует область дискретного взаимодействия
элементарных частиц, а период 10"24сек.— время физиче-
ских изменений в частицах, как целостных образований
материи. Но не следует забывать о том, что, помимо эле-
ментарных частиц, существуют еще такие формы материи,
как вакуумные состояния полей, которые непрерывно рас-
пределены в пространстве. Они обладают бесконечно боль-
шим числом степеней свободы, и взаимодействия в них пе-
редаются от точки к точке. А это значит, что материальные
процессы здесь происходят в гораздо меньших интервалах
пространства и времени. То же самое следует сказать о тех
явлениях, которые связаны со структурой элементарных
частиц.
Ввиду этого неправильно было бы говорить, что про-
странство и время в микромире состоят из некоторых ячеек
и не обладают меньшими масштабами. Дискретность про-
странства и времени, связанная с материальными процесса-
ми, имеет своей необходимой противоположностью их не-
прерывность. Между тем в некоторых работах, развива-
ющих идею квантования пространства — времени, эта идея
абсолютируется, и делается вывод о том, что вообще нельзя
говорить о пространственных и временных интервалах,
меньших, чем данные кванты. Подобное заключение при-
водит к неразрешимым противоречиям. Поскольку идея
квантования пространства — времени, по-видимому, будет
иметь большое значение в будущих теориях и, несомненно,
возникнут новые попытки ее абсолютизации, остановимся на
136
этом подробнее. Будем рассуждать от противного. Предпо-
ложим, что пространство действительно представляет со-
бой совокупность неделимых микроскопических ячеек, а
время — совокупность неделимых моментов. Между дан-
ными ячейками и моментами нет никаких промежутков, ни-
какого пространства и времени. Тогда возникает ряд про-
тиворечий.
Как известно, время разделяется на три части: прошлое,
настоящее и будущее. Прошлое — это то, что может ока-
зать влияние на будущее, тогда как будущее уже не может
оказать влияние на прошлое. Настоящее определить значи-
тельно труднее. В повседневной жизни под настоящим мы
можем понимать час, день, год и даже столетие — в зави-
симости от размерности явлений и масштабов их измене-
ния во времени. Но, строго говоря,' настоящее — это мгно-
вение; все, что было до него, относится уже к прошлому, все,
что будет после,— к будущему. Настоящее — это предел
последовательного стягивания прошлого и будущего к од-
ной точке, которая непрерывно движется по линии времени,
причем только в одном направлении — к будущему. Окрест-
ность данной точки может иметь сколь угодно малые раз-
меры.
Теперь представим себе, что существуют неделимые атомы
времени, обладающие очень малой, но конечной величиной,
скажем в 10“24сек. или меньше, так что изменение времени
происходит скачками по крайней мере в один атом времени.
Тогда каждый такой конечный и неделимый момент настоя-
щего времени будет включать в себя как прошлое, так и бу-
дущее, которые группируются в окрестности настоящего
в пределах 10"24сек. Но поскольку данный момент времени
неделим, то в нем фактически не может быть прошлого и бу-
дущего; он представляет собой только настоящее, в нем нет
непрерывного процесса изменения, и переход к следующему
настоящему совершается скачком и мгновенно, так как по
условию не существует никаких промежуточных состояний
времени. Поскольку данные моменты настоящего вплотную
примыкают друг к другу, то различие между ними оказыва-
ется равным и нулю, и 10"24сек. Но ничто не может быть од-
новременно равным и нулю, и конечной величине. Следова-
тельно, идея существования неделимых атомов времени ока-
зывается внутренне противоречивой.
Противоречивость ее обнаруживается и с физической сто-
роны, при рассмотрении процесса движения. Время пред-
137
ставляет собой меру всеобщего изменения материи. В слу-
чае механического движения время есть частное от деления
пройденного пути на скорость движения тела. Теперь допу-
стим, что время квантовано и происходит перемещение тела
в пространстве. Каждый неделимый момент, поскольку он
является таковым, характеризует положение тела в данной
точке, следующий момент — в другой и т. д. Расстояние
между этими точками должно быть равно конечной величи-
не, поскольку каждый следующий момент отличен от преды-
дущего на конечную величину, скажем, 10-24сек., а за это
время движущаяся точка успеет сместиться на конечное
расстояние. Пусть это смещение будет равно 10~15с;и. Воз-
никает вопрос: каким образом оно произошло? Коль скоро
время существует в виде неделимых атомов, то движущееся
тело в данный конечный момент времени должно находиться
в этой точке, а в следующий момент — уже в другой. Непре-
рывность движения здесь понимается как результат сложе-
ния большого количества отдельных последовательных
неподвижных положений, подобно движению на киноэкра-
не. Однако если кажущаяся непрерывность движения на эк-
ране обусловлена способностью глаза сохранять в течение
одной десятой секунды зрительное изображение, так что за
это время успевает продвинуться следующий кадр, то в слу-
чае объективно происходящего движения такое толкование
уже не может быть проведено. По самой идее квантования
времени, между двумя неделимыми моментами никакого
времени нет, оно здесь равно нулю. Вместе с тем признает-
ся, что тело в следующий момент находится в другой точке,
чем в предыдущий момент, причем расстояние между точка-
ми равно конечной величине. Поскольку это расстояние
оказывается пройденным за период времени между двумя
неделимыми моментами, которое, по условию, равно нулю,
то скорость тела оказывается бесконечной. От состояния по-
коя в данный момент тело должно было бы переходить к бе-
сконечно большой скорости движения, а затем снова оста-
навливаться и т. д. Для того чтобы это было возможно, не-
обходимо предположить создание и уничтожение бесконеч-
но больших сил, действующих на тело. Очевидно, такая
картина совершенно противоестественна.
Чтобы выйти из этих противоречий, мы должны при-
знать, что скорость движения конечна и что движение воз-
можно в течение предполагаемых квантов времени, то есть
происходит от точки к точке. Но в таком случае мы отказы-
138
ваемся от первоначальной идеи неделимости квантов вре-
мени и признаем непрерывность времени, возможность его
изменения любыми, сколь угодно малыми интервалами. Не-
прерывность времени логически ведет и к непрерывности
пространства.
Таким образом, дискретность пространства и времени
имеет относительное значение, она может характеризовать
лишь определенные материальные процессы. В случае эле-
ментарных частиц «наименьшая» длина ориентировочно
выражает пространственные размеры частиц и границы
локализуемости взаимодействий, а «наименьший» интервал
времени — период физических изменений в элементарных
частицах, как целостных образованиях материи. Конкрет-
ное значение этих длин и интервалов может быть несколько
иным, чем было указано выше. В некоторых работах 1 ука-
зывается на возможность других значений элементарных
длин, связанных с так называемым гравитационным ра-
диусом элементарных частиц, а также с электромагнитным
радиусом электрона при учете поляризации вакуума. Эти
величины равны 10”52—10“ 58слг Соответственно изменяются
и значения квантов времени. Независимо оттого, насколько
все эти величины окажутся близкими к действительности,
важно отметить, что дискретность пространства и времени
может характеризовать лишь определенные материальные
процессы, тогда как другие процессы для своего осущест-
вления требуют непрерывности пространства — времени.
Таким образом, сама сущность материи обусловливает един-
ство противоположных сторон в основных формах ее бытия.
§ 5. Конечность и бесконечность материи
Итак, весь исторический опыт развития научного позна-
ния доказывает единство конечного и бесконечного в образе
любых материальных объектов. Попытаемся’ обобщить, в
чем конкретно проявляется это единство. Оно находит свое
проявление, во-первых, в законах пространственного су-
ществования материальных объектов. Каждое тело огра-
ничено в пространстве и поэтому конечно. Но вместе с тем
любое тело порождает различные поля, которые потенциаль-
но способны простираться в пространстве до бесконечности.
1 См. «Успехи физических наук», т. LIX, вып. 1, май 1956 г.,
стр. 11—47.
139
В силу этого мы можем познавать свойства и законы разви-
тия необычайно удаленных звезд и туманностей.
Во-вторых, это единство проявляется в характере суще-
ствования материи во времени. Каждый конкретный пред-
мет имеет свое начало во времени и поэтому неизбежно дол-
жен иметь конец. Возникнув при определенных условиях,
он через некоторое время превращается в другие тела или
же распадается на свои составные элементы. Но материаль-
ная субстанция, лежащая в основе данного тела, несотво-
рима и неуничтожима, она имеет безграничное существо-
вание.
В-третьих, единство конечного и бесконечного проявля-
ется в количестве свойств, присущих материи в целом, и
в значении каждого из свойств. Каждый материальный
объект обладает безграничным множеством свойств, и в
этом заключается неисчерпаемость материи. Но в то же вре-
мя свойства тела всегда имеют некоторое конечное значе-
ние, и в своей количественной определенности они не могут
быть сколь угодно большими или малыми. Так, конечное
значение имеют скорость движения, температура тела и
другие характеристики. Для температуры нижний предел —
это абсолютный нуль —273,2°. Верхний предел не установ-
лен, но он, по-видимому, имеется. Максимальная темпера-
тура — это та, при которой макроскопическое тело может
существовать как устойчивое целое, не распадаясь на свои
составные элементы. В недрах звезд господствуют темпера-
туры в несколько десятков миллионов градусов, и это, по-
видимому, близко к максимальному значению температу-
ры, постоянно имеющейся в природе в больших масштабах.
Правда, в ядерной физике используется иногда пересчет
энергии ядра, при попадании в него быстрой частицы, в его
температуру, которая получается порядка 1012—1014 граду-
сов. Однако здесь понятие температуры применяется услов-
но, так как температура есть характеристика состояния
большой совокупности частиц, или молекул, и к отдельным
микроскопическим взаимодействиям это понятие уже непри-
менимо.
Пределы существуют также и для значения массы тела.
Во вселенной не существует звезд со сколь угодно большой
массой, масса самых тяжелых звезд примерно лишь в сто
раз превышает массу Солнца. Более массивные звезды не
могут существовать, так как огромные силы давления в их
недрах, но-видимому, приводят к столь интенсивным термо-
140
ядерным реакциям, что звезда распадается на ряд тел
меньшей массы.
Поскольку существует верхний предел для значения мас-
сы отдельного тела, то, возможно, существует и нижний
предел, хотя в настоящее время отсутствуют какие-либо
конкретные данные на этот счет. Под нижним пределом мож-
но понимать то, что в природе могут существовать микро-
объекты, масса которых является наименьшей из возмож-
ных. Что же касается тех форм материи, которые составляют
данные микрообъекты, то к ним понятие массы в его обыч-
ном смысле может быть уже неприменимым, подобно тому
как неприменимо к фотонам понятие механической массы.
Эти формы материи могут обладать качественно иными
свойствами.
Такая гипотеза не является чисто умозрительной спе-
куляцией. При изучении закономерности изменения плот-
ности тел можно видеть, что плотность возрастает с умень-
шением размеров устойчивых материальных систем. Если
для звезд-гигантов средняя плотность вещества равна
10“7 г/см\ для Земли — 5,5 г/см*, то для атомных ядер она
уже равна 1014 г!см*. Естественно возникает вопрос, продол-
жается ли это возрастание плотности и дальше в глубь ма-
терии или же существует некоторый верхний предел для
нее? Окончательный ответ на этот вопрос может дать лишь
будущая теория тяготения, которая исследует структуру и
роль гравитационного поля в области элементарных ча-
стиц. В настоящее время делаются лишь первые попытки
построения такой теории. Но уже сейчас выдвигается пред-
положение о том, что максимальная возможная плотность
вещества близка к величине 1016 г!см3. При большей плот-
ности излучение гравитонов может быть столь интенсивным,
что приведет к распаду частиц. По-видимому, данное зна-
чение верхней плотности не является окончательным, и
здесь могут быть дальнейшие уточнения. Но, независимо от
этого, вряд ли можно сомневаться в том, что плотность ве-
щества не может безгранично возрастать при углублении в
структуру материи. Поскольку же плотность есть частное
от деления массы на объем, то верхняя граница плотности
будет равносильна верхней границе для массы в ее обыч-
ном понимании.
Из всех свойств материи только, пожалуй, протяжен-
ность в пространстве и длительность во времени могут ха-
рактеризоваться атрибутом бесконечного как примени-
141
тельно к микромиру, так и в масштабе космоса, и это пото-
му, что пространство и время являются всеобщими формами
бытия материи. Признание предела пространства — вре-
мени в одном из направлений неизбежно влекло бы за собой
признание предела и в другом направлении — в масшта-
бе космоса или же в масштабе микромира. Но ни то, ни
другое неверно, ибо противоречит основным свойствам
бытия.
Наличие предельных значений конкретных свойств ма-
терии идеалисты истолковывают в духе агностицизма. Они
рассматривают данный факт не как свойство объективной
реальности, а как доказательство мнимого бессилия чело-
веческого разума, его неспособности познать сущность яв-
лений. Английский философ и математик Э. Уиттекер вы-
двинул даже так называемый «постулат бессилия», который
он считает краеугольным камнем теории познания \ Всякий
закон природы Уиттекер считает ограничением возможно-
стей человеческого ума и доказательством бессилия челове-
ка в его отношениях с природой. Конечно, всякий закон
природы можно сформулировать в отрицательной форме
ограничения способностей человека. Например, принцип
неопределенности можно сформулировать как невозмож-
ность измерить одновременно и точно координаты и импульс
электрона; второй закон термодинамики, говорящий о воз-
растании энтропии в замкнутой системе, можно выра-
зить в том смысле, что невозможно построить вечный дви-
гатель, работающий только за счет использования энергии
тепла окружающей среды, без совершения дополнительной
работы, связанной с охлаждением работающего механизма;
закон сохранения энергии можно сформулировать в духе
невозможности создания энергии из ничего и т. п.
Однако этим вовсе не исчерпывается существо закона.
Всякий закон выражает прежде всего существенные и по-
вторяющиеся связи между явлениями природы. В законах
выражается упорядоченность различных процессов, и в
этом смысле всякий закон представляет собой ограничение.
Но он является ограничением лишь для фантазии нашего
ума, так как говорит, что в природе осуществляются не все
абстрактно мыслимые состояния, а лишь те, которые соот-
ветствуют ее внутренним закономерностям. Что же каса-
1 Е. Whittaker, Eddington’s principle in the philosophy of science,
Cambridge 1951, p. 33.
142
ется самой природы, то для нее закон не может быть огра-
ничением, ибо в природе свобода совпадает с необходимо-
стью, и если данный закон действует, то именно потому,
что он вытекает из внутренней сущности материи в данных
конкретных условиях, тогда как в других условиях будут
действовать другие законы.
Открытие всякого нового закона выражает не бессилие
человеческого разума, а, напротив, его неограниченную
способность познания.
Далее, сложность и неисчерпаемость различных явлений
природы говорят о том, что понятие материи как субстан-
ции нельзя связывать с одной какой-либо ее конкретной
формой или свойством, но что понятие материи охватывает
совокупность всех существующих в природе предметов и
явлений, независимо от того, известны они в настоящее вре-
мя или нет.
В классической физике материя отождествлялась с од-
ним из своих свойств — массой. Считалось, что масса явля-
ется мерой количества материи. Однако оно приводит к ря-
ду противоречий и является отголоском старого, метафизи-
ческого понимания материи. Поскольку взгляд на массу,
как на меру количества материи, имеет распространение,
необходимо подробнее остановиться на нем.
Когда массу определяют как меру количества материи,
то исходят из некоторых обыденных явлений. Например,
берут два килограмма какого-либо вещества и сравнивают
их с одним килограммом такого же вещества, после чего
утверждают, что в двух килограммах материи в два раза
больше, чем в одном килограмме. Отсюда делается вывод,
что масса является мерой количества материи. Такое пони-
мание массы в данном случае верно, поскольку масса вы-
ражает отношение между количествами материи в однород-
ных по своему составу телах.
Значительно труднее обстоит дело, если сравниваются
неоднородные по своему составу тела, например, два кило-
грамма железа и один килограмм воздуха. Здесь еще нужно
строго доказать, что в двух килограммах железа, занимаю-
щих объем в четверть кубического дециметра, в два раза
больше материи, чем в одном килограмме воздуха, занима-
ющем объем, в несколько тысяч раз больший. Классическая
механика доказывала это тем, что она предполагала все тела
состоящими из однородных атомов, и отношение масс тел для
нее было равнозначно отношению количеств непроницае-
143
мых однородных атомов в различных телах, ибо считалось,
что если из данного объема пространства удалить все атомы,
то там вообще не останется никакой материи.
Такое понимание массы и материи было общепризнанным
до середины XIX в. Правда, оно содержало в себе скрытое
противоречие. Определение массы как меры количества ма-
терии, устанавливаемой пропорционально плотности и объ-
ему материи, включало в себя понятие плотности. Но плот-
ность есть не что иное, как масса, отнесенная к единице
объема, и поэтому даваемое определение массы оказывалось
в порочном кругу: масса определялась через плотность, а
плотность — через массу. Однако на это противоречие слиш-
ком мало физиков обращало внимание.
Трудности возникли после открытия сложности атома
и материальности электромагнитного доля. Было установ-
лено, что материю нельзя сводить к бесструктурным ато-
мам, что атомы состоят из элементарных частиц и полей,
и поэтому даже после удаления всех атомов из данного объе-
ма пространства оно не будет абсолютно пустым. Что мо-
жет быть в этих условиях мерой количества материи? Вей-
лу традиции такой мерой продолжали считать массу.
Но о какой массе идет речь? Известно, что квантам электро-
магнитного поля масса покоя не присуща, и уже поэтому к
ним неприменимо старое определение количества материи,
тем более, что понятия плотности и объема в случае кван-
тов поля далеко не так очевидны, как в случае веществен-
ных тел. Наконец, согласно закону пропорциональности
массы и энергии Е~тс\ с тем же самым основанием можно
считать и энергию мерой количества материи: нужно толь-
ко пересчитывать на коэффициент пропорциональности.
Это было бы даже более логично, поскольку энергия как ме-
ра движения присуща всем видам материи, тогда как поня-
тие механической массы к квантам электромагнитного и
гравитационного полей неприменимо. Но самая большая
трудность в данном определении массы возникает тогда,
когда мы зададимся вопросом: что значит «количество ма-
терии»? Материя — это неисчерпаемая субстанция, которая
имеет бесконечно разнообразные проявления. В. И. Ленин
определял материю как объективную реальность, данную
нам в ощущениях. Поэтому вопрос о количестве материи
по существу равносилен вопросу: сколько объективной ре-
альности содержится в теле? Полное количество материи
в данном пространстве можно было бы определить в том слу-
144
чае, если бы из данного пространства удалось удалить всю
материю. Но эта операция принципиально неосуществима,
поскольку в данном случае исчезло бы и само простран-
ство, которое является формой бытия материи и без материи
не имеет самостоятельного существования.
Полное количество материи в определенном объеме про-
странства нельзя измерить еще и потому, что в мире не су-
ществует ничего, кроме движущейся материи, а для изме-
рения всегда требуется нечто отличное от того, что изме-
ряется. Это положение является принципиальным для рас*
сматриваемого нами вопроса, и оно со всей очевидностью
показывает, что понятие «количество материи» в смысле
количественной характеристики является неопределенным.
Можно говорить о количестве атомов и элементарных частиц
в теле, но нельзя говорить об общем количестве всей мате*
рии. Тем более неправильно было бы рассуждать о коли-
честве материи в данном объеме, как о чем-то неизменном.
Материя непрерывно изменяется, между любым телом и
внешней средой постоянно происходит обмен квантами
различных полей, окружающее нас пространство пронизы-
вается мощными потоками нейтрино, которые излучаются
Солнцем и звездами, каждая микрочастица взаимодействует
с бездонным океаном вакуумных полей. В свете этого легко
понять, что определение массы как меры количества ма-
терии с принципиальной стороны безнадежно устарело и яв-
ляется пережитком метафизических взглядов на материю.
Массу необходимо определять в соответствии с тем, как она
конкретно проявляется, согласно данным современной фи-
зики. С этой точки зрения масса, как уже было сказано,
представляет собой меру инерции и гравитационных свя-
зей, а также в известном смысле меру внутренней собствен-
ной энергии, заключенной в теле. Но последнее определе-
ние не является строгим, так как, согласно закону про-
порциональности массы и энергии, энергию с примерно
таким же основанием можно считать мерой значения мас-
сы тела.
Следует подчеркнуть, что ни одно конкретное свойство
материи не может выражать сколь-нибудь полно общее ко-
личество материи как субстанции, оно может характери-
зовать количественные и качественные стороны лишь от-
дельных конкретных видов материи. Познание полного ко-
личества материи равносильно тому, что материя будет
исчерпана до конца, что уже само по себе неосуществимо.
6 С. Т. Мелюхин
145
В связи с этим возникает вопрос: имеет ли смысл самое
понятие количества материи? На этот вопрос следует от-
ветить положительно. Материя как субстанция имеет ко-
личественную и качественную определенности, хотя они
бесконечны. Поэтому о количестве материи можно говорить
с таким же основанием и правом, как о бесконечности
материи. Каждое конкрётное свойство выражает с одной
какой-либо стороны количественную и качественную опре-
деленность материи. Полное количество материи в опреде-
ленном объеме пространства будет выражаться совокуп-
ностью всех свойств, всех существующих в данном прост-
ранстве видов материи. В числе этих свойств находится,
несомненно, и масса, которая характеризует количествен-
ные отношения между однородными по своему физическо-
му составу телами. Поскольку познание всех свойств яв-
ляется бесконечным процессом, так же безгранично и по-
знание полного количества материи. Мы возвращаемся на
высшем этапе к древнему взгляду, выраженному еще Анак-
симандром, что материя в своей сущности есть нечто бес-
предельное («апейрон») и конечность ее относительна.
Познание границ конечного означает выход за его пре-
делы и переход к бесконечному, но этот переход не уничто-
жает объективного характера конечного. Несмотря на то,
что была установлена сложность молекул и атомов, это не
устранило их качественной неделимости. В понятии моле-
кулы и атома есть определенное объективное содержание,
так как они характеризуют качественные ступени, узлы
бесконечно развивающейся материи. Поэтому, несмотря на
сложность материи и относительность наших представлений
о ней, каждая достигнутая ступень знания характеризует
безграничные возможности человеческого разума и непре-
ходящую ценность его достижений.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
БЕСКОНЕЧНОСТЬ МАТЕРИИ В ПРОСТРАНСТВЕ
И ВРЕМЕНИ
Гл а в а I
ФИЛОСОФСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ
БЕСКОНЕЧНОСТИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
§ 1. Решение вопроса в домарксистской философии
Неисчерпаемость структурной организации мира в ми-
крокосмосе имеет своим необходимым дополнением беско-
нечность его в пространстве и времени. Представление о
бесконечности вселенной возникло в философии задолго
до того, как естествознание смогло представить конкрет-
ные данные в пользу этой идеи. Философия здесь всегда
шла впереди естествознания, и нужно сказать, что даже те-
перь, когда исследование вселенной неизмеримо подвину-
лось вперед, проблема бесконечности мира остается прежде
всего философской проблемой. Бесконечность не выступает
и не может выступать в опыте непосредственно. Поэтому
она не может быть конкретным объектом опытного иссле-
дования; она является объектом теоретического анализа
естествознания и философии.
Впервые догадка о бесконечности мира была высказана
в античной материалистической философии в связи с кри-
тикой религиозно-мифологических представлений о при-
роде. Уже Анаксимандр говорил, что беспредельное —
«апейрон» — образует бесчисленные миры, каждый из ко-
торых погибает «по истечении весьма значительного времени
после своего возникновения, причем с бесконечных вре-
мен происходит круговращение их всех» С
1 См. «История философии», т. 1, АН СССР, 1957, стр. 77.
6*
147
Идея бесконечности мира настолько прочно вошла в соз-
нание философов-материалистов, что в той или иной форме
она развивалась почти в каждом философском учении. Ин-
тересно, что эту идею разделяли как сторонники теории бес-
конечной делимости материи, так и представители атомиз-
ма, которые хотя и отвергали бесконечность структурной
организации материи вглубь, но признавали таковую в
масштабе космоса.
Глубокое учение о беспредельности природы развили
Демокрит и его последователи Эпикур и Лукреций. По Де-
мокриту, в бесконечном пространстве существуют бес-
численные атомы, которые составляют все тела. В мире
существует бесчисленное множество солнц, подобных наше-
му, и видимый нами Млечный Путь есть не что иное, как
совокупность огромного количества звезд, находящихся на
необычайно больших расстояниях от нас.
В яркой поэтической форме излагается идея бесконеч-
ности мира в бессмертной поэме Лукреция:
Нет никакого конца ни с одной стороны у вселенной...
Нет и краев у нее, и нет ни конца ни предела.
И безразлично, в какой ты находишься части вселенной:
Где бы ты ни был, везде, с того места, что ты занимаешь,
Всё бесконечной она остается во всех направленьях 1.
На чем основывалось у античных материалистов убеж-
дение в бесконечности мира? Прежде всего — на требовании
логической непротиворечивости рассуждений, поскольку
опытные данные были в то время крайне скудны. Беско-
нечность вселенной доказывалась от противного: если до-
пустить, что где-то имеется предел мира, то этот предел мы
должны представить себе как нечто имеющее протяжение;
но протяжение уже предполагает возможность выхода за
этот предел, то есть допускает наличие пространства за
ним, ибо предел, не имеющий никакой протяженности,
просто не мог бы существовать; следовательно, как в слу-
чае наличия предела, так и без него, мы должны признать
возможность безграничного протяжения пространства. Пи-
фагореец Архит следующим образом доказывал эту мысль:
«Пусть я нахожусь на самом краю мира, на небесной твер-
ди. Могу ли я протянуть руку или жезл во внешнее прост-
ранство или нет? Нелепо предположить, что я не могу
протянуть руки. Если же я протяну, то внешнее окажется
1 Лукреций, О природе вещей, стр. 61.
148
или телом или пространством... В каждом таком слу-
чае мы можем перейти на эту новую полученную границу
и задать тот же вопрос. Поскольку жезл будет каждый раз
наталкиваться на нечто новое, ясно, что так будет и беско-
нечно» Лукреций приводит пример с человеком, который,
достигнув края мира, бросает в пространство копье и каж-
дый раз имеет возможность бросить копье еще дальше.
Бесконечность пространства античные материалисты
тесно связывали с вечностью существования материи во
времени. Уже Гераклит учил, что «мир, единый из всего,
не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и
будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся
и закономерно угасающим». Огонь у Гераклита выступает
не как реальная вещественная среда, составляющая воду,
землю и т. п., а скорее как символ вечно изменяющейся
материи, которая, подобно пламени костра, в каждый но-
вый момент времени является той же самой и вместе с тем
иной.
Время, по мнению античных материалистов, сущест-
вовало всегда, оно не является возникшим. Это убеждение
основывалось на принципе несотворимости и неуничтожи-
мое™ материи как субстанции — принципе, являвшемся
исходным пунктом всякого последовательного материализ-
ма. Глубокое обоснование и развитие этого принципа
как философского положения было дано античными мате-
риалистами, в особенности Лукрецием. Убежденный в
том, что в природе из ничего ничего не родится, а также не
может бесследно исчезнуть, Лукреций доказывал беско-
нечность существования вселенной во времени:
«Если ж в теченье всего миновавшего ранее века
Были тела, из каких состоит этот мир, обновляясь,
То, несомненно, они обладают бессмертной природой;
И потому ничему невозможно в ничто обратиться» 1 2.
«Ибо и нет ничего, куда из вселенной могла бы
Скрыться материи часть, и откуда внезапно вломиться
Новая сила могла б во вселенную, сделать иною
Всю природу вещей и расстроить порядок движений» 3.
«То, что доселе всегда рождалось, то будет рождаться
В тех же условьях и жить, и расти постоянно, и крепнуть
Столько, сколько кому суждено по законам природы» 4.
1 Цит. по книге С. Я. Лурье «Очерки по истории античной науки»,
стр. 178.
2 Лукреций, О природе вещей, сiр. 21.
3 Там же, стр. 91.
4 Там же.
149
Замечательно при этом то, что Лукреций по существу
совершенно правильно подходит к пониманию времени и
уже две тысячи лет назад высказывает в общем виде поло-
жение, которое лишь в последние десятилетия было развито
на основе диалектического материализма и теории отно-
сительности. Он отвергает возможность течения времени
независимо от материи и считает абсурдной точку зрения
о том, что якобы до сотворения мира уже протекла веч-
ность:
Также и времени нет самого по себе, но предметы
Сами ведут к ощущенью того, что в веках совершилось,
Что происходит теперь и что воспоследует позже.
И неизбежно признать, что никем ощущаться не может
Время само по себе, вне движения тел и покоя1.
Поэма Лукреция явилась вершиной античного материа-
лизма — как по глубине заложенных в ней идей, так и по
художественным достоинствам их изложения. После Лук-
реция в течение 17 столетий проблема бесконечности все-
ленной по существу не была продвинута вперед ни на шаг.
Наоборот, идеи, высказанные античными философами, бы-
ли забыты. В период средневековья господствующей тео-
рией в понимании вселенной была теория Аристотеля, ка-
нонизированная богословием. Эта теория в отличие от дру-
гих исследований Аристотеля почти не содержала ценных
и оригинальных идей: космос Аристотель считал конеч-
ным^ имеющим форму шара, как наиболее «совершенной»
фигуры; в центре космоса — шарообразная Земля, вокруг
которой на различных концентрических сферах вращают-
ся планеты и звезды; этих сфер движения Аристотель насчи-
тал 55, помимо особых «идеальных» сфер; между земным
и неземным имеется коренное различие в составе; все небес-
ные тела состоят из особого эфира, который принципиально
отличается от обычного вещества; небесные тела при-
водятся в движение на своих сферах «первым двигателем»;
поскольку «первый двигатель» вечен, то вечно также дви-
жение и время. Подобные представления послужили осно-
вой для создания геоцентрической системы мира, ставшей
краеугольным камнем религиозного миросозерцания.
Средневековая теология вытравила последние остатки
античных материалистических воззрений на природу. Если
Аристотель, считая пространство конечным, допускал все
же вечность времени, то религия отвергла и это допуще-
1 Лукреций, О природе вещей, стр. 33.
150
ние. Мир в целом считался сотворенным более семи тысяч
лет тому назад. Текущий 1958 год является по библейско-
му летосчислению 7466 г. от «сотворения мира». Совершен-
но неизбежен и конец мира, в связи с чем различные само-
званные «пророки» многократно предсказывали дату «све-
топреставления» и «страшного суда», причем все эти даты
сейчас уже находятся в далеком прошлом.
Теология отвергает существование времени до сотво-
рения мира и после его последующего конца. Вечность,
в которой пребывал бог до сотворения мира, была безвре-
менна, и первый момент времени был создан вместе с сот-
ворением мира. При создании мира бог отверг вечность
на момент творения и наполнил отдельный отрезок этой
вечности конкретным временным содержанием, выражаю-
щим бытие мира. Сам же бог был и является существом вне-
временным; категория времени к нему неприменима. Время
характеризует возникновение, изменение и гибель всех
конкретных форм, бог же, как существо беспредельное,
не мог возникнуть, он обладает бесконечным совершенством
и поэтому неизменен во всех своих атрибутах и, следова-
тельно, не может перейти в состояние небытия. Таким
образом, бог не существует во времени, само время являет-
ся продуктом деяний бога. На вопрос о том, что делал бог
до сотворения мира, Лютер отвечал: «Он сидел в березовой
роще и резал розги для людей, которые будут задавать
ненужные вопросы». Тем самым Лютер подчеркивал, что
догматы религии не есть предмет логического доказатель-
ства; они — предмет веры и принимаются как нечто данное
свыше. Последовательного сторонника религии не могут
разубедить никакие научные доказательства. В ответ на
возражение, что мир создан не 7500 лет назад, что наука
бесспорно доказала существование Земли и Солнца в тече-
ние миллиардов лет, он скажет: бог так сотворил мир и
устроил все таким образом, что нам кажется, будто возраст
Земли, определяемый на основе скорости распада радио-
активных элементов,— 5 миллиардов лет, возраст Солнца —
еще больше и т. д.
Однако то, что основывается исключительно на вере,
покоится на весьма шатком основании и является весьма
уязвимым для нападок последовательно логического и науч-
ного мышления. Это уже давно сознавали наиболее умные
сторонники религии, и поэтому они пытались придать хоть
какую-либо видимость логического обоснования религиоз-
151
ным догматам. Но по самой логике вещей такие попытки
приводили иногда к прямо противоположным результатам,
противоречившим установившимся канонам. Естественно,
что это вызывало недоверие к религиозному миропонима-
нию, в связи с чем постоянно возникали различные «ере-
тические» течения, которые жестоко подавлялись.
Впервые догмат о конечности мира в пространстве и вре-
мени был подвергнут сомнению в рамках религиозно-схо-
ластической философии Николаем Кузанским (1401-—1464).
Кузанский не отвергал бытие бога, но он растворял бога
во всей природе. «Бог во всех вещах, как все они в нем»,—
говорил он. В пантеистической концепции Кузанского
бог выступает как некоторая всеобъемлющая сущность.
Он сообщает свою беспредельность всей природе, которая
становится поэтому пространственно безграничной. Кос-
мос, а вместе с ним и сущность самого бога Кузанский упо-
добляет бесконечному шару. Чем больше радиус шара, тем
меньше искривление его поверхности; если радиус шара
бесконечен, то его поверхность вообще не искривлена и
линия на поверхности является совершенно прямой. По
этой линии было бы невозможно определить, где находится
центр мира. Отсюда Кузанский заключает, что вселен-
ная имеет «свой центр повсюду, а свою окружность — ниг-
де». Тем самым он опровергает догмат о конечности мира
при помощи догмата о беспредельности бога, то есть
заставляет самое теологию говорить языком материа-
лизма.
Подлинное освобождение естествознания от пут теоло-
гии началось с тех пор, как Николай Коперник издал в
1543 г. свою знаменитую книгу «Об обращении небесных
сфер», в которой он обосновал гелиоцентрическую систему
мира, опровергнув систему Птоломея. Коперник полагал,
что центром мира является Солнце, вокруг которого об-
ращаются все планеты, в то время как звезды находятся от
Солнца на необычайно больших расстояниях и, по-види-
мому, неподвижны.
Первым пламенным приверженцем учения Коперника
был Джордано Бруно (1548—1600). Он отбросил непосле-
довательное допущение Коперника о Солнце как центре
мира и вслед за Николаем Кузанским развил пантеисти-
ческое учение о бесконечности вселенной, центр которой
находится всюду и в то же время нигде. В неизмеримом
бесконечном пространстве, учил Бруно, носятся бесчислен-
152
ные солнца — звезды, окруженные планетами, подобно
тем, которые обращаются вокруг нашего Солнца.
Несмотря на ожесточенное сопротивление церкви, кото-
рая предала сожжению на костре Джордано Бруно и жесто-
ко преследовала лучших людей науки, учение о бесконеч-
ности вселенной вскоре получает первые естественнонауч-
ные подтверждения. С XVII в. начинается эпоха бурного
проникновения естествознания в глубины вселенной. Соз-
дание Галилеем первого телескопа и дальнейшее усовер-
шенствование астрономических инструментов неизмеримо
расширили границы видимого небесного мира. Благодаря
трудам Галилея, Кеплера и Ньютона были заложены основы
классической небесной механики, которая явилась научным
фундаментом для всего последующего развития учения о
вселенной. Физика Ньютона давала синтетическую и все-
объемлющую картину мира, во всяком случае для всех тех
явлений, которые были в то время доступны эксперименту
или наблюдениям. Вплоть до середины XIX в. не было
известно почти ни одного факта, который нельзя было бы
объяснить на основе ньютоновой физики.
Ньютон распространил открытые им законы за пределы
солнечной системы, применив их ко всей вселенной в целом.
Это было определенным шагом вперед в космологии — уче-
нии о строении и законах изменения вселенной. Космоло-
гия впервые стала основываться не только на чисто фило-
софских доказательствах и догадках, но также на солид-
ном фундаменте естественнонаучных принципов. В своей
космологии Ньютон исходит из признания бесконечности
вселенной, в которой содержится бесконечное количество
материи. Между различными телами действуют силы тяго-
тения, связывающие тела в системы различных порядков
сложности. Силы тяготения уравновешиваются в устой-
чивых системах центробежными силами, благодаря чему
тела не слипаются в одну сплошную массу, а более или
менее равномерно распределяются в пространстве. Несмот-
ря на бесконечность вселенной, средняя плотность мате-
рии в пространстве всюду отлична от нуля, то есть конечна,
хотя она может быть сколь угодно малой величиной. Рас-
пределение материи в пространстве в основном статично,
то есть в среднем не подвергается сколько-нибудь существен-
ным изменениям во времени.
Космология Ньютона обладала достоинством всеобщ-
ности и относительной наглядности. Но вместе с тем она не
153
была свободна от существенных недостатков, выявившихся
впоследствии.
Прежде всего следует отметить метафизичность пред-
ставлений о пространстве как пустом и неизменном вме-
стилище материи, независимом от нее. Признание пустого
пространства логически приводило к мистической теории
дальнодействия, которая была чужда материалистическому
духу естествознания. В этом отношении взгляды Ньютона
представляли собой шаг назад по сравнению с теорией Де-
карта, который отрицал абсолютную пустоту, рассматривал
пространство как протяженность материи и выводил бес-
конечность пространства из бесконечной протяженности ма-
териальной субстанции.
Далее, противоречивыми и метафизичными были взгля-
ды Ньютона на сущность времени. Ньютон писал: «Абсо-
лютное, истинное математическое время само по себе и по
самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо
внешнему, протекает равномерно и иначе называется дли-
тельностью.
Относительное, кажущееся или обыденное время есть
или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внеш-
няя, совершаемая при посредстве какого-либо движения,
мера продолжительности, употребляемая в обыденной жиз-
ни вместо истинного математического времени, как-то:
час, день, месяц, год» \
Во времени все располагается в смысле порядка после-
довательности, в пространстве — в смысле порядка рас-
положения. Ньютон полагал, что во вселенной всюду те-
чет одинаковое и однородное время. Фактически это было
признанием существования бесконечной скорости распро-
странения сигналов, так что всякое действие немедленно
должно было вызывать соответствующее противодействие,
как бы далеко друг от друга ни находились взаимодейст-
вующие тела.
Ньютоновское понимание времени отражало некоторые
черты объективного времени, вследствие чего оно было
вполне пригодным для классической физики и было господст-
вующим в физике вплоть до конца XIX в Однако в этом
определении есть некоторые логические противоречия и
произвольные допущения. Во-первых, ничем не было обос-
1 См. «Собрание трудов академика А. Н. Крылова», т. VII, АН СССР,
1936, стр. 30.
154
новано допущение о бесконечности скорости распростра-
нения взаимодействий и одинаковости времени во всей
вселенной. Из опыта это утверждение не вытекало, да и
принципиально не может вытекать, следовательно, оно
было априорным. Во-вторых, положение о том, что время
всюду течет одинаково, по самому своему смыслу сразу
же вызывает вопрос о том, в чем оно течет. . Если ни в чем,
то понятие «течет» становится бессмысленным, ибо течение
относительно ничего невозможно; если же оно течет в чем-
то, то это значит, что существует некоторое другое время,
в котором течет ньютоновское «истинное математическое
время», а тем самым данное определение времени оказы-
вается неверным.
Подобные логические противоречия имели место потому,
что время было оторвано Ньютоном от материи, от харак-
тера реальных изменений в телах. Между тем вне реальных
изменений материи время не существует: оно является фор-
мой бытия материи. Не в каком-то извечно текущем време-
ни возникают и исчезают все явления, а само время есть
длительность процесса становления, возникновения и пе-
рехода в другие формы. Гегель был совершенно прав, ког-
да говорил: «Время не есть как бы ящик, в котором все
помещено как в потоке, увлекающем с собою в своем те-
чении и поглощающем все, попадающее в него. Время есть
лишь абстракция поглощения. Так как вещи конечны,
то они находятся во времени, но вещи исчезают не потому,
что они находятся во времени, а сами вещи представляют
собою временное, их объективным определением является
то, что они таковы. Процесс самих действительных вещей
составляет, следовательно, время...»1
Таким образом, понятие времени характеризует неко-
торый порядок сосуществования и последовательности со-
бытий. Этот порядок может быть различным для различных
материальных систем, а следовательно, и ритм времени в
каждом случае будет специфичным.
Далее, признание Ньютоном абсолютности времени
противоречило его теологическим взглядам на причину
изменения мира. Ньютон не признавал бесконечности дви-
жения материи, для объяснения причины движения пла-
нет по их орбитам он выдвинул идею «первого толчка» как
причины движения всех тел. Здесь в слабо замаскирован-
1 Гегель, Соч., т. II, Соцэкгиз, 1934, стр. 50.
155
ной форме проводится идея творения мира. Но коль скоро
мы признали наличие первого толчка, то, следовательно,
мы уже не можем говорить о бесконечности изменения мира
во времени. Время изменения мира оказывается конечным, в
противоположность бесконечности пространства, призна-
ваемой Ньютоном. Но если мы признаем конечность време-
ни и его сотворение в момент «первого толчка», то мы уже
не можем считать время абсолютным и текущим безотно-
сительно к чему-либо внешнему, так как атрибутом абсолют-
ности может обладать только бог, но не какие-либо кон-
кретные формы существующего.
Если же допустить, что время текло и до первого толчка,
при абсолютной неподвижности материи, то тогда никак
нельзя определить, что время действительно течет, посколь-
ку ничего не изменяется. Что же в таком случае может вы-
ражать время, к чему оно может относиться? Единственно,
что можно было сказать на данный вопрос, это предполо-
жить, что время характеризовало состояние бога. Но это
противоречило догматам религии, которая исходит из того,
что бог является вневременным существом и понятие вре-
мени к нему неприменимо. Ньютон, как человек, разби-
равшийся во всех религиозных тонкостях и писавший бого-
словские трактаты, не мог не знать этого. Следовательно,
данное им определение времени было несовместимо ни с
требованиями логической непротиворечивости, ни с тре-
бованиями теологии. В этом отношении более обоснованным
было понимание времени Лейбницем — современником Нью-
тона. Лейбниц рассматривал время как «порядок следо-
вания явлений» и считал, что вечность не проявляется в
длительности, но реализуется в длящихся вещах.
При всех своих недостатках ньютоновская космология
все же представляла собой крупное научное достижение,
поскольку она опиралась на количественную формулировку
ряда важнейших законов природы. На ее основе возникли
другие космологические теории, которые существенно про-
двинула вперед понимание ряда проблем.
Важные космологические вопросы были развиты И. Кан-
том в труде «Всеобщая естественная история и теория неба»,
опубликованном в 1755 г. Кант здесь впервые дал подроб-
ное обоснование исторического взгляда на природу, выдви-
нув так называемую небулярную гипотезу происхождения
солнечной системы. Кант доказывал, что природа не яв-
ляется неизменной во времени, но представляет собой
156
продукт исторического развития. Солнечная система обра-
зовалась из космического облака — «хаоса». Под действи-
ем сил притяжения и отталкивания это облако преврати-
лось в ходе естественного развития в Солнце и планеты,
вращающиеся вокруг него. Независимо сходную гипотезу
высказал в 1796 г. Лаплас. Как отмечал Энгельс, гипотеза
Канта — Лапласа впервые пробила брешь в окаменелом ме-
тафизическом воззрении естествоиспытателей на природу.
Для Канта состояние первоначальной туманности не
было исходным пунктом существования материи. Он со-
знавал, что это состояние в свою очередь возникло из каких-
то предшествующих форм и время бытия мира, по-видимо-
му, не ограничено. Но конкретно об этом предшествующем
состоянии материи он ничего не говорил, считая, что и так
слишком много неясностей в объяснении происхождения
солнечной системы, не говоря уже о предшествующем со-
стоянии.
Значительно в большей степени была разработана им
идея бесконечности материи в пространстве. В этот период
развитие астрономических наблюдений дало убедительные
доказательства того, что наш Млечный Путь представляет
собой гигантскую звездную систему; состоящую из многих
сотен миллионов звезд. Естественно возникал вопрос, яв-
ляется ли наша звездная система единственной во вселен-
ной или же за ее пределами существуют другие подобные
системы? Кант, наблюдая туманность Андромеды, выска-
зал глубокую идею о том, что эта туманность представляет
собой подобие нашей звездной системы и удалена от нас на
расстояние, во много раз превышающее расстояние до
видимых звезд. На основе этого Кант утверждал, что,
помимо нашей вселенной — Млечного Пути, — существует
еще «большая вселенная», представляющая собой сово-
купность бесчисленного множества звездных миров, раз-
бросанных, как острова, в бесконечном пространстве. Эти
системы входят в системы еще большего порядка, те —
в еще более грандиозные системы и т. д. Вселенная есть
иерархическая последовательность все возрастающих си-
стем —• вот важнейший вывод, к которому пришел Кант,
а независимо от него — Райт (1750) и Ламберт (1761).
В работе «Критика практического разума» Кант рисует
следующую картину бесконечности вселенной:
«Когда субъект мысленно поднимается выше того места,
которое он занимает в чувственном мире, и расширяет
157
связь до бесконечно больших размеров, связь звезд и
звезд, и еще звезд, миров и миров, и еще миров, систем и
систем, и еще систем, да сверх того расширяет эту связь
во времени, рассматривая безграничные времена их перио-
дического движения, его начало и дальнейшее продолже-
ние, то представление не выдерживает этого поступатель-
ного движения в неизмеримую даль, где за самым отда-
ленным миром все еще есть более отдаленный, где прошлое,
как бы далеко назад мы ни проследили его, все еще имеет
более отдаленное прошлое, а будущее, как бы далеко мы
его ни проследили вперед, все еще имеет впереди себя дру-
гое будущее; мысль не выдерживает этого представления о
неизмеримом, подобно тому, как кончается падением или
головокружением сон, в котором снится человеку, что он
совершает длинный путь, идет все дальше и дальше,
необозримо дальше, и не видать конца» Г
Кант сч-итал, что бесконечность недоступна нашему
рассудку и находится за пределами конкретных представ-
лений. При этом бесконечность он понимал как постоянное
и неограниченное повторение «звезд и звезд, систем и си-
стем», то есть в духе дурной бесконечности, которую «не
выдерживает мысль». Гегель замечал в связи с этим: «Застав-
ляет же мысль изнемочь, вызывает ее падение и голово-
кружение не что иное, как скука от повторения, при кото-
ром граница исчезает и снова появляется и снова исчезает,
и так всегда одно ради другого и одно в другом...»1 2.
Гегель подверг острой критике метафизическое понима-
ние бесконечности пространства как неограниченного пов-
торения одних и тех же явлений, и в этом заключается его
большая заслуга. Главное состоит в том, чтобы отличить
истинное понятие бесконечности от дурной бесконеч-
ности. Высмеивая метафизическое понимание бесконеч-
ности, которое имело место среди некоторых астроно-
мов, Гегель писал:
«Среди астрономов были такие, которые очень охотно
похвалялись возвышенностью их науки, усматривая эту
возвышенность в том, что астрономия имеет дело с таким
неизмеримым множеством звезд, с такими неизмеримыми
пространствами и временами, в которых расстояния и пе-
риоды, уже и сами по себе столь огромные, служат едини-
1 См. Гегель, Соч., т. V, стр. 255—256.
2 Там же, стр. 256.
158
цами и которые, сколь бы многократно их ни брали, все
же снова оказываются малыми до незначительности. Пустое
удивление, которому они при этом предаются, плоские на-
дежды, что в загробной жизни они будут перекочевывать
с одной звезды на другую и, странствуя так по неизмеримо-
му пространству, будут приобретать все новые и новые
сведения того же сорта,— эти свои пустое удивление и
плоские надежды они выдавали за основную черту превос-
ходства их науки. А между тем она достойна изумления не
вследствие такой количественной бесконечности, а, напро-
тив, вследствие тех отношений меры и законов, которые ра-
зум познает в этих предметах и которые суть разумное
бесконечное в противоположность указанной неразумной
бесконечности» \
Под отношениями мер и законов Гегель понимал неко-
торую «узловую» линию, где количественные изменения
переходят в качественные. Тем самым он в общем виде вы-
сказывал догадку о том, что разумная бесконечность пред-
полагает не только количественное, но и качественное мно-
гообразие мира.
§ 2. Диалектический материализм
о бесконечности пространства и времени
Наиболее глубокое решение проблемы бесконечности
пространства и времени было дано в философии диалекти-
ческого материализма. В трудах Энгельса было обобще-
но все ценное в разработке этой проблемы, что было достиг-
нуто предшествующей философией, в особенности Кантом
и Гегелем. Однако Энгельс не остановился на повторении
уже известных положений, а существенно продвинул впе-
ред понимание этой проблемы. Вместе с тем Энгельс подверг
острой критике идеалистические взгляды, высказывав-
шиеся Кантом, Гегелем, а также другими философами в во-
просе о бесконечности мира.
Взгляды Гегеля насущность пространства и времени были
весьма противоречивыми. С одной стороны, Гегель считал,
что пространство и время — это не внешний фон явлений,
а коренные условия бытия, и критиковал идею дурной бес-
конечности. Но, с другой стороны, он делал идеалистиче-
ское допущение о возможности бытия вне времени, ука-
1 Гегель, Соч., т. V, стр. 257.
159
зывая на некоторое начало времени, связанного с материей.
Исходным пунктом гегелевской философской системы яв-
ляется понятие абсолютной идеи (абсолютной лишь по-
стольку, замечает Энгельс, поскольку Гегель абсолютно ни-
чего не мог сказать о ней конкретно). Эта абсолютная идея
или дух вначале существует в совершенно тождественном
и неизменном состоянии. Затем в результате возникновения
в ней внутренних противоречий она начинает развиваться
и порождает природу. Идея «отчуждает» себя, переходя
в свое инобытие, в состояние природы. Дальше она разви-
вается уже в облике природы и в человеческом обществе,
пока в состоянии духа, то есть в мышлении и истории, сно-
ва не возвращается к себе. Мы не будем останавливаться на
деталях гегелевской системы. Отметим лишь, что, согласно
Гегелю, время начинается только со второй стадии сущест-
вования абсолютного духа, когда дух порождает природу.
До этого время не существует.
«Идея, дух,— пишет Гегель,— стоит выше времени, по-
тому что таковой составляет понятие самого времени. Дух
вечен, существует в себе и для себя, не увлекается потоком
времени, потому что он не теряет себя в одной стороне про-
цесса»
«... Лишь предметы природы подчинены времени, по-
скольку они конечны; напротив, истинное — идея, дух —
вечно» 2.
Нетрудно видеть в этой концепции слабо завуалирован-
ный догмат религии. «Отчуждение» идеи и переход ее в
природу есть не что иное, как сотворение мира. Что же
касается утверждения о неприменимости времени к духу,
то оно полностью совпадает с догматом религии о боге,
как о существе вневременном, создавшем время вместе с
природой. Таким образом, Гегель, формально признавая
бесконечность пространства, протаскивал тезис о конеч-
ности времени и творении мира.
Противоречивыми и непоследовательными были также
воззрения Канта, который постоянно колебался между ма-
териализмом и идеализмом. С одной стороны, Кант при раз-
работке космогонической теории обосновал идею развития
природы во времени и выдвинул глубокую догадку о «боль-
шой вселенной», бесконечной в пространстве. Но, с дру-
1 Гегель, Соч., т. II, стр. 52.
8 Там же, стр. 50.
160
гой стороны, Кант сомневался в достоверности человеческо-
го знания и не считал положение о бесконечности прост-
ранства и времени твердо доказанным. Эти колебания нашли
выражение в так называемых антиномиях, или нераз-
решимых противоречиях, которые, по Канту, свойствен-
ны человеческому разуму. Одна из этих антиномий касает-
ся как раз пространства и времени. Кант считает одинаково
доказуемым как положение о том, что мир не имеет на-
чала во времени и бесконечен в пространстве, так и поло-
жение о том, что мир имеет начало во времени и ограничен
в пространстве. Доказательства этих положений интересны
и оригинальны, хотя и содержат в себе противоречия и
натяжки. Энгельс разбирает противоречивость доказа-
тельств Канта в «Анти-Дюринге» в связи с критикой Дюрин-
га, который отрицал бесконечность пространства и времени,
используя почти дословно аргументацию Канта, но выда-
вая ее за свое собственное открытие. Кант рассуждал сле-
дующим образом:
«Тезис. Мир имеет начало во времени, и в пространстве
он также заключен в границы.— Доказательство. В самом
деле, если мы допустим, что мир не имеет начала во времени,
то до всякого данного момента времени прошла вечность —
и, следовательно, истек бесконечный ряд последовательных
состояний вещей в мире. Но бесконечность ряда именно в
том и состоит, что он никогда не может быть закончен путем
последовательного синтеза. Следовательно, бесконечный
протекший мировой ряд невозможен; значит, начало мира
есть необходимое условие его существования,— это пер-
вое, что требовалось доказать»1.
Ограниченность мира в пространстве Кант доказывает
на основании тезиса о конечности времени, который при-
нимается за доказанный. Для того, чтобы могли соединить-
ся в одно целое части бесконечного пространства, потре-
бовалось бы бесконечное время, которое уже должно было
бы протечь, поскольку мы принимаем бесконечность про-
странства не как продолжающийся процесс, а как нечто
уже завершенное и имеющееся налицо. Но уже ранее было
доказано, что время конечно и, следовательно, мир не мог
стать бесконечным, а заключен в определенные границы.
В этом доказательстве в самом исходном предположе-
нии уже имеется то, что требуется доказать. Кант говорит,
1 Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, Госполитиздат, 1957, стр. 46.
161
что к каждому данному моменту бесконечный ряд протекших
состояний должен быть завершен, то есть он допускает
границу для времени. Но наличие границы — это как раз
то, что требовалось доказать. Правда, Кант относит эту
границу к концу, а не к началу, но это не имеет существен-
ного значения: то, что имеет конец, неизбежно имеет и на-
чало, поскольку понятия начала и конца неразрывно
связаны между собой и невозможны друг без друга. Следо-
вательно, в самой исходной посылке о завершенности ма-
тематического ряда содержится цель доказательства. Не-
завершенный бесконечный ряд продолжался бы в бесконеч-
ное будущее и, следовательно, никак нельзя было бы го-
ворить о его начале в прошлом.
Таким же противоречивым является доказательство ог-
раниченности пространства, поскольку оно основывается на
принятии конечности времени.
Интересно отметить, что Кант наряду с этими приводит
также и противоположные доказательства, которые- он
также считает неопровержимыми.
«Антитезис гласит: «Мир не имеет начала и границ в
пространстве; он бесконечен как в отношении времени,
так и в отношении пространства'». Доказательство... «До-
пустим, что мир имеет начало. Так как начало есть такое су-
ществование, которому предшествует время, когда еще не
было данной вещи, то началу мира должно было предшест-
вовать время, когда еще не было мира, т. е. пустое время.
Но в пустом времени невозможно возникновение какой бы
то ни было вещи, так как никакая часть такого времени не
заключает в себе преимущественно перед другой частью
какого-либо отличительного условия существования, а не
несуществования. Следовательно, в мире некоторые ряды
вещей могут иметь начало, но сам мир не может иметь
начала и в отношении протекшего времени бесконечен»» \
Недостаточность этого доказательства была весьма убе-
дительно показана еще Гегелем. Кант в основании здесь
также принимает то, что требуется доказать. А именно, он
утверждает, что началу мира и действительному су-
ществованию должно предшествовать какое-то другое вре-
мя и существование, которое он называет пустым. Обычное
время он продолжает в прошлое таким образом, что оно
входит в это пустое время, упраздняет его и продолжает
1 Гегель, Соч., т. V, стр. 265.
162
существование до бесконечности. По сравнению с этим до-
казательством религиозный догмат является даже более
последовательным, поскольку он отвергает какое-либо
время до сотворения мира, а сам акт творения объявляет
логически необъяснимым, иррациональным.
Столь же неубедительно доказывается Кантом беско-
нечность мира в пространстве. Невозможность ограни-
ченности мира Кант усматривает в том, что в таком случае
мир «находился бы в пустом неограниченном пространстве
и имел бы некоторое отношение к нему; но такое отношение
мира к тому, что не есть какой бы то ни было предмет, есть
ничто»1. Следовательно, нужно признать безграничность
мира.
И здесь в основании также принимается то, что тре-
буется доказать: наличие пространства за пределами мира,
который имеет отношение к этому пространству, как бы
входит в него и продолжается до бесконечности. Как те-
зис, так и антитезис исходят из того, что имеется некоторая
граница, и в то же время она не является границей, посколь-
ку существует нечто за пределами ее. В одинаковой дока-
зуемости обоих положений Кант видел неразрешимое
противоречие, выход из которого он находил в том, что отри-
цал объективную реальность пространства и времени, объяв-
ляя их априорными формами чувственного созерцания. В
нашем сознании могут быть противоречия; в самом же объек-
тивном мире их нет.
Совершенно очевиден метафизический и идеалистический
характер этих воззрений. Объективная реальность про-
странства и времени доказывается всей общественно-истори-
ческой практикой человечества, также как наличие в мире
многообразных противоречий, составляющих движущую
силу развития. И если Кант запутался в созданных им самим
противоречиях, не сумев их решить логически обоснован-
ным способом, то это еще не доказывает, что пространство
и время не обладают объективной реальностью. Беско-
нечность времени нельзя доказать тем способом, к которо-
му прибегал Кант, а именно — на основе предположения
о том, что если бы время имело начало, то ему предшест-
вовало бы какое-то другое время. Бесконечность времени
доказывается прежде всего на основе принципа несотвори-
мости и неуничтожимости материи и ее движения, который
1 Гегель, Соч., т. V, стр. 266.
163
составляет важнейшую закономерность природы и под-
тверждается всеми данными науки и практики.
Действительно, если предположить, что время когда-то
имело начало, то мы должны признать, что до этого было
такое состояние бытия, когда не было времени. В этом
состоянии не могло существовать никакого движения ма-
терии, поскольку движение предполагает пространство и
время, а времени, по условию, не было. Коль скоро не было
движения, то у материи не могли существовать никакие
свойства и взаимодействия, так как взаимодействие всегда
выступает как движение и свойства тел представляют собой
результат их взаимодействий. Но если у материи не было
никаких свойств, то никак нельзя говорить о ее бытии, ибо
бытие материи невозможно без наличия у нее каких-либо
свойств. Следовательно, до начала времени не могло су-
ществовать ни материи, ни движения. Легко понять, что
«тогда» не могло быть и пространства, поскольку реальное
пространство представляет собой выражение протяженности
материи, а последняя, как было сказано, не должна была
существовать. Таким образом, отсутствие времени ведет
к тому, что невозможно никакое бытие. Но небытие по са-
мому своему смыслу представляет то, что есть ничто и в
чем ничего не может возникнуть. Значит, если бы мир ког-
да-либо не существовал, если бы не существовало время и
пространство, то они вообще не могли бы возникнуть.
Поскольку же реальность мира несомненна, то это пол-
ностью опровергает тезис о возможности начала времени.
Единственное возражение на это может быть выдвинуто
не с научно-логических позиций, а с позиций религии, ко-
торая исходит из признания сверхъестественного, ирра-
ционального сотворения мира вместе с сотворением самого
пространства и времени. Но это возражение не основывает-
ся ни на каком доказательстве, оно представляет собой
сугубо догматическое положение, которое предназначено
не для понимания его, а для веры. С таким же основанием
можно было бы утверждать, что мир реально не существу-
ет и что все, что мы наблюдаем, есть не что иное, как сон
или грезы бога. Некоторые философы как раз и приходят
к такому выводу \ Если же мы будем исходить в своих рас-
суждениях из данных науки и практики, то мы неизбежно
должны признать объективную реальность принципа не-
1 Р. Jordan, Physics of the 20th century, N. Y. 1944, p. 185.
164
сотворимости и неуничтожимое™ материи и движения, а
на основании него — и вечность существования мира во
времени и пространстве. Материя есть бесконечная и неис-
черпаемая по своим свойствам субстанция вещей, которая
непрерывно изменяется именно в силу своего существова-
ния и не нуждается ни в каком внешнем толчке для того,
чтобы быть приведенной в движение.
Рассмотрим теперь, каким образом может быть доказано
положение о бесконечности пространства. То доказатель-
ство, которое приводилось древними материалистами,—
возможность неограниченного продвижения за пределы
предполагаемой границы мира — в принципе справедливо,
но оно нестрого, так как содержит в себе в неявном виде
метафизическое понимание бесконечности как неограничен-
ного повторения одних и тех же операций и явлений. Не
предопределяя конкретного содержания бесконечности про-
странства, логичнее всего, на наш взгляд, выводить ее из
бесконечности самой материи как субстанции мира. В при-
роде существует бесконечное количество материи, и эта
материя обладает неограниченной протяженностью. Чем
можно доказать, что количество материи в мире бесконеч-
но? Это доказывается на основании следующего. Ограни-
ченность чего-либо можно обнаружить лишь в том случае,
если в принципе можно выйти за пределы его в область
других явлений. Но по отношению к материи эта операция
принципиально неосуществима, так как в природе не су-
ществует ничего, кроме материи в ее многообразных фор-
мах. Коль скоро невозможно выйти за пределы материи,
то нельзя говорить о ее ограниченности, из чего следует,
что материя бесконечна.
Идея конечности пространства внутренне противоре-
чива с логической точки зрения. Действительно, предполо-
жение о том, что пространство конечно, в неявном виде
исходит из того, что существует некоторый предел для
пространства, ибо конечность чего-либо можно доказать
на основе определения его границ. Но само определение
предела уже означает выход за него и переход к более об-
ширной области. Поскольку эту операцию можно повто-
рять неограниченно, то отсюда следует, что пространство
бесконечно.
Диалектико-материалистическое понимание бесконеч-
ности пространства и времени коренным образом отлично
от метафизического понимания. В классической физике
165
принималось, что время течет независимо ни от каких из-
менений материи. В этом случае оно выступает как «чистое»,
не затронутое никакими примесями, следовательно, истин-
ное время, время как таковое. Подобная точка зрения была
сформулирована еще Ньютоном, и она разделялась почти
всеми учеными вплоть до возникновения теории относи-
тельности. Это понимание времени содержит в себе внут-
ренние противоречия, которые мы разбирали выше.
Единственный выход из этих противоречий заключает-
ся в том, чтобы связать время с процессом изменения самой
материи. Время — это как раз то, что выражает процесс
изменения материи со стороны его последовательности.
Но было бы неправильно рассматривать время и изме-
нения в отношениях причины и следствия, то есть ставить
вопрос о том, время ли есть причина изменений или же из-
менения есть причина времени. Понятия причины и след-
ствия здесь совершенно неприменимы. Действительно, если
считать, что изменения есть причина времени, то тогда
нужно будет признать, что время может возникать после
изменений и, значит, сами изменения происходили вне
времени: ведь известно, что причина всегда самостоятельна
по отношению к следствию и предшествует ему. Столь же
неправильно утверждать, что время есть причина изме-
нений, ибо совершенно неясно, что может выражать время
до изменений. Отсюда следует, что понятия причины и след-
ствия неприменимы по отношению к времени и изменениям,
они не могут находиться в причинно-следственной связи.
Правильнее всего, на наш взгляд, рассматривать время
как такую форму бытия материи, которая выражает про-
цесс изменения со стороны его последовательности. Время —
это длительность материальных объектов в их собственном
бытии, длительность, зависящая от отношений данного
тела к другим телам, а также от характера процессов,
происходящих в нем. Ритм этих процессов может быть раз-
личным для различных материальных систем, так что си-
стемы, движущиеся друг относительно друга с большими
скоростями или качественно различающиеся по своим внут-
ренним закономерностям, не будут обладать также и оди-
наковым собственным временем. Этот важный вывод теории
относительности выше был подробно проиллюстрирован на
примере распада мезонов, а также других возможных про-
цессах при околосветовых скоростях. Но он имеет также
большое значение и для космологии, для понимания харак-
166
тера развития вселенной во времени. Бесконечность времени
нельзя понимать в том смысле, что будто во вселенной всюду
течет некоторое единое время и этого времени уже протекло
бесконечно много. Теория относительности утверждает, что
такого единого времени для всей вселенной не существу-
ет. Ввиду конечности скорости распространения взаимо-
действий события, одновременные в одной системе коорди-
нат, будут не одновременными в другой системе, движущей-
ся относительно первой; ритм времени будет различным в
данных системах.
Таким образом, вечность времени не следует понимать в
духе того, что будто вселенная бесконечно стара в некото-
ром едином потоке времени. Ее следует понимать прежде
всего в том смысле, что несотворимая и неуничтожимая ма-
терия имела и будет иметь бесконечное существование, без-
относительно к тому, каков бы ни был временной ритм
изменений ее конкретных форм.
«Бесконечность есть противоречие,— писал Энгельс,—
и она полна противоречий. Противоречием является уже то,
что бесконечность слагается из одних только конечных ве-
личин, а между тем это именно так» х. Если бы бесконеч-
ность не складывалась из конечных величин, то она вообще
не могла бы существовать, не обладала бы реальностью.
«Именно потому, что бесконечность есть противоречие,
она представляет собой бесконечный, без конца разверты-
вающийся во времени и пространстве процесс. Уничтожение
этого противоречия было бы концом бесконечности» 1 2.
Диалектический материализм отвергает также метафи-
зическую трактовку безграничности пространства, соглас-
но которой, как бы далеко мы ни углублялись в просторы
вселенной, всюду мы будем встречаться с однородными
пространственными отношениями, с одинаковыми извест-
ными нам телами и закономерностями. Такая однородность
строения далеко не очевидна. Единство ьТира не следует
понимать как единообразие его строения. Напротив, един-
ство мира предполагает его неисчерпаемость как в отноше-
нии пространственно-временных форм, так и в плане зако-
нов движения материи. Современная физика уже дает
некоторые конкретные доказательства этой неисчер-
паемости, правда, пока только в теоретическом плане.
1 Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, стр. 49.
2 Там же.
167
Глава II
СОВРЕМЕННАЯ КОСМОЛОГИЯ
О БЕСКОНЕЧНОСТИ ВСЕЛЕННОЙ
§ 1.	Строение Галактики и Метагалактики
Современная космология изучает законы развития и
структурной организации материи в доступной нам области
вселенной. Ее выводы имеют большое значение для ре-
шения проблемы бесконечности пространства и времени.
Однако в этом случае справедливыми могут быть лишь
общие философские положения, соответствующие диалек-
тическому материализму. Сюда относятся прежде всего
основные законы диалектики, закон сохранения материи
и движения, а также те закономерности, которые находят
свое отражение в категориях материалистической диалек-
тики. Что же касается конкретных законов, то они обла-
дают ограниченной сферой действия, и распространение
их за пределы применимости недопустимо. Некоторые
зарубежные космологи не учитывают этого и экстраполи-
руют выведенные законы — подчас недостаточно обосно-
ванные — на вею вселенную в целом. В результате этого
в космологию протаскиваются различные идеалистические
теории, вроде теории расширения всей вселенной, неиз-
бежности ее тепловой смерти и т. п.
Всякая экстраполяция законов за пределы доступной
области мира должна проводиться с большой осторожностью,
особенно если она касается частных свойств материи. Как
говорил еще Аристотель, «самое маленькое отступление от
истины в дальнейшем ходе развития увеличивается в де-
сятки тысяч раз». Экстраполяция может быть тем ближе
к истине, чем более общих свойств материи она касается,—
если, конечно, теория основывается на принципах диалек-
тического материализма.
168
Наличие в природе общих законов имеет огромное зна-
чение для правильного познания мира. Более того, именно
благодаря этому возможно безграничное познание природы.
Всякий новый закон может быть понят и объяснен, если
установлена его внутренняя связь с известными ранее зако-
нами и само открытие этого нового закона возможно было
лишь на основе уже известных принципов. Научное познание
достигает тем больших успехов, чем глубже и полнее оно
раскрывает единство закономерностей, управляющих раз-
личными явлениями, и в свою очередь знание единства
законов приводит к новым открытиям. Свойства гигантских
космических тел изучаются на основе законов движения
мельчайших частиц материи, знание малого является осно-
вой для раскрытия бесконечного. Благодаря единству за-
конов изучение явлений в относительно небольшой области
вселенной дает возможность познать сущность процессов в
областях, намного больших по своим размерам. Путь к иссле-
дованию бесконечной вселенной лежит через изучение доступ-
ной нам области мира, отражающей в себе состояние более об-
ширных областей. Поэтому глубокое изучение видимых миров
может дать ценные сведения о процессах, разыгрывающихся
в необычайно удаленных областях космоса. Рассмотрим
в связи с этим важнейшие представления современной кос-
мологии о структуре известной части вселенной. Наш крат-
кий обзор мы начнем с рассмотрения строения нашей Га-
лактики, как наиболее изученной звездной системы.
Галактика состоит примерно из 150 миллиардов звезд,
объединенных в виде диска, или, точнее, гигантской спи-
рали. Ее диаметр составляет примерно 100 000 световых
лет, а толщина — 16 000 световых лет.
Помимо звезд, Галактика включает в себя около
100 миллионов диффузных туманностей, состоящих из
пыли и газа. Общая масса Галактики оценивается примерно
в 120 миллиардов солнечных масс, или 2,5-1044 г.
Галактика имеет спиральную структуру и состоит из
ядра и нескольких спиральных ветвей. Диаметр звездного
ядра Галактики — не менее 4000 световых лет, а его масса
равна примерно 5% массы всей Галактики. Ядро Галактики
не видно в обычных лучах из-за поглощения света пыле-
выми облаками, но его можно сфотографировать в инфра-
красных, лучах. Солнце расположено на расстоянии 28 000
световых лет от ядра и на расстоянии 22 000 световых лет
от края Галактики.
1G9
Движения звезд в Галактике весьма сложны, но в общем
их можно описать как вращение всей Галактики вокруг
своей оси; это вращение не похоже на вращение твердого
тела: скорость вращения в центральных областях больше,
чем на периферии. Наше Солнце движется вокруг центра
Галактики со скоростью примерно 234 км/сек, совершая
полный оборот за 190 миллионов лет.
Значительная роль в Галактике принадлежит темной
диффузной материи. Плотность диффузных туманностей
очень мала — в среднем 10"28гЪи3, или несколько атомов
водорода на 1 см3. Но ввиду огромной протяженности ту-
манностей их масса весьма велика и составляет несколько
сот миллионов солнечных масс. Возможно, часть диффуз-
ного вещества была выброшена горячими звездами в ходе
их эволюции; происхождение же остального вещества еще
неясно..
Как ни велика наша Галактика, она все же представ-
ляет собой сравнительно малую область по сравнению с
той частью вселенной, которая доступна наблюдениям.
За ее пределами существует бесчисленное множество дру-
гих звездных систем и туманностей, из которых значитечь-
ная часть имеет размеры, близкие к размерам Галактики.
Ближайшими к нам наиболее крупными системами являют-
ся Большое и Малое Магеллановы Облака, а также га-
лактика в созвездии Андромеды, находящаяся на расстоя-
нии около полутора миллионов световых лет. Галактика
Андромеды замечательна тем, что у нее ясно обрисованы
спиральная структура и шарообразное ядро, которое в
настоящее время удалось «разрешить» на фотографии на
отдельные звезды. По своему внешнему виду она весьма
похожа на нашу звездную систему и имеет примерно такие
же размеры.
Число открываемых внегалактических туманностей рас-
тет с каждым годом. 200-дюймовый рефлектор Паломар-
ской обсерватории в США в состоянии зафиксировать более
400 миллионов галактик. Наиболее удаленные из них на-
ходятся на расстоянии примерно 2 миллиардов световых
лет, или 2 • 1027 см. Луч света начал свое движение с этих
миров, когда на Земле происходили первичные тектониче-
ские процессы, но еще не было жизни. Когда свету осталось
пройти до Земли одну двухтысячную часть своего пути, на
Земле началось очеловечение обезьяны. За это время сме-
нилось 40 000 поколений людей, пока, наконец, не были
170
созданы телескопы и фотопластинки, способные воспринять
послание от этих необычайно удаленных миров. Но те рас-
стояния, которые свет может пройти лишь за миллиарды
лет, научная теория охватывает за неизмеримо более ко-
роткие отрезки времени.
Не все галактики обнаруживают спиральную структуру.
Большая часть наблюдаемых галактик имеет примерно
сферическую форму. Они называются эллиптическими.
Кроме них, встречаются еще и бесформенные, неправиль-
ные галактики.
Каково пространственное распределение наблюдаемых
галактик? Четко выраженной закономерности здесь еще не
обнаружено. Галактики образуют малые группы, боль-
шие облака, облака облаков и существуют поодиночке в
обширных областях пространства. Но для большинства
галактик заметна тенденция к скучиванию и образованию
групп самых различных размеров. Наша Галактика,
например, является членом системы из 17 галактик, рас-
положенных в радиусе 1 миллиона световых лет. За преде-
лами этой области ближайшая галактика находится на
расстоянии лишь 8 миллионов световых лет. Существуют
скопления галактик, насчитывающие по нескольку тысяч
членов. Однако распределение самих галактик в радиусе
около 500 миллионов световых лет не обнаруживает ника-
ких явных закономерностей и является в основном равно-
мерным. Если общее число галактик видимой звездной вели-
чины п~\~ 1 поделить на число галактик п— величины, то част-
ное от деления будет равно 3,98. Такой закон ^2 7а 1> = 3,98
л (п)
имел бы место для видимых звезд, если бы звезды равномер-
но заполняли пустое пространство. .Для звезд нашей Га-
лактики частное от деления получается меньше, чем 3,98,
что обусловлено наличием больших облаков темной мате-
рии, поглощающих свет звезд. Выполнение этого соотно-
шения для галактик указывает на то, что поглощение света
в межгалактическом пространстве очень мало из-за незна-
чительной плотности вещества, а в целом галактики в до-
ступной современным инструментам области вселенной
распределены сравнительно равномерно.
Из этого, однако, нельзя делать вывод о том, что галак-
тики распределены равномерно во всей бесконечной все-
ленной. Такое распределение может иметь место, очевидно,
для ограниченных масштабов, за которыми начинают-
171
ся космические системы с новой структурной органи-
зацией.
В настоящее время имеются доказательства, что види-
мые галактики входят в состав системы значительно боль-
ших масштабов — Метагалактику. По некоторым данным,
наша Галактика находится от центра /Метагалактики на рас-
стоянии в несколько десятков миллионов световых лет и
движется вокруг центра со скоростью около 1000 км/сек.
Радиус Метагалактики оценивается примерно в 2,5—3 мил-
лиарда световых лет, причем эта цифра может быть еще
увеличена. Возможно, что Метагалактика имеет форму
диска и вращается вокруг своей оси за период в 1011—1012
лет. Но все эти цифры еще не надежны, так как имеется
слишком мало данных наблюдений. Несомненно лишь то, что
Метагалактика должна состоять из большого количества
подсистем, представляющих собой местные скопления га-
лактик, подобно тому как наш Млечный Путь состоит из
множества взаимопроникающих подсистем звезд. Ясно
также, что Метагалактикой не исчерпывается вся вселен-
ная и за пределами этой системы существует бесчисленное
множество других систем различной структурной орга-
низации.
§ 2.	Парадоксы бесконечного
Общие положения о безграничности вселенной в прост-
ранстве при их последовательном развитии наталкиваются
на ряд значительных трудностей. Наличие их неоднократ-
но давало повод к оспариванию самой идеи бесконечности
пространства.
Еще в 1823 г. Ольберс высказал мысль о том, что если
бы вселенная была бесконечной и заключала в себе бес-
численное множество звезд, равномерно распределенных
в пустом пространстве, то светимость каждого участка
звездного неба была бы столь же яркой, как светимость
поверхности Солнца. Яркость звезд уменьшается пропор-
ционально квадрату расстояния до них, и в том же отноше-
нии уменьшаются их видимые угловые размеры. Поэтому
если допустить, что звезд бесконечно много, то глаз должен
был бы видеть их в любом направлении, любая площадка
неба оказалась бы сплошь усыпанной звездами и имела бы
ослепительную яркость, чего, как известно, не наблюдается.
Наряду с этим фотометрическим парадоксом в 1894 г.
Зеелигером был выдвинут гравитационный парадокс, сог-
172
ласно которому при наличии во вселенной бесконечного ко-
личества звезд силы тяготения, действующие на любое
тело, были бы бесконечно большими. Действительно, если
предположить, что всюду во вселенной действует закон
тяготения Ньютона и средняя плотность вещества всюду
отлична от нуля, то значение гравитационного потенциа-
ла, вычисленного для всего мира, будет иметь бесконечную
величину в каждой точке пространства. Но в этом случае
на любое тело должны были бы действовать бесконечные
силы и под их действием тела должны были бы приобре-
тать бесконечные ускорения, чего не наблюдается.
Фотометрический парадокс пытались устранить, допу-
стив существование темной межзвездной материи, которая
поглощает свет. Однако это еще более усугубляло трудно-
сти, возникающие в связи с гравитационным парадоксом,
поскольку наличие дополнительной материи приводит к
еще большему увеличению напряженности гравитацион-
ных полей.
Оба указанных парадокса исходили из неявно прини-
маемого предположения о том, что звезды распределены
в бесконечном пространстве равномерно, а само простран-
ство всюду является эвклидовым. Считалось также, что
известные физические законы, характеризующие тяготение,
излучение, а также другие взаимодействия электромаг-
нитного и гравитационного полей с веществом, являются
единственными законами и действуют всюду во вселенной.
Все эти предположения произвольны, не имеют под собой
достаточных оснований, но до развития общей теории от-
носительности они не подвергались сомнению.
В 1908 г. шведский астроном Шарлье сделал попытку
устранить оба парадокса на основе теории иерархического
строения вселенной, выдвинутой еще Кантом и Ламбертом.
Вселенная, по этой теории, устроена таким образом, что
каждая система входит в еще большую систему, та — в
еще большую и т. д. Совокупность звезд образует Галак-
тику, совокупность галактик — Метагалактику и т. д.
При наличии определенного соотношения между парамет-
рами систем фотометрический и гравитационный пара-
доксы устраняются. Так, если предположить, что какая
либо звезда находится на границе галактики первого по-
рядка, галактика первого порядка — на границе галакти-
ки второго порядка, та — на границе системы третьего
порядка и т. д., то сила тяготения, действующая на эту
173
звезду, может быть представлена сходящимся рядом, сумма
членов которого конечна. Аналогичным образом устраняет-
ся и фотометрический парадокс. Для сходимости ряда не-
обходимо, чтобы отношение радиуса системы п к радиусу
системы п —1 подчинялось следующему соотношению
> ГлГ„.
^п— 1
где N„ — число звезд или галактик в системе n-го порядка.
Расчеты показывают, что это простое соотношение в
общем подтверждается для галактик, подобных нашей, и
для Метагалактики1. Назовем их системами 1-го и 2-го
порядка. Если считать, что в Метагалактике находится
примерно 1010 галактик, то отношение будет больше
100 000. Полагая, что радиусы галактик близки в среднем
к 30 000 световых лет, получаем радиус Метагалактики
/?2>3-109 световых лет, что согласуется с ожидаемым
результатом. Однако совпадение условия Шарлье с возмож-
ной структурой данных систем еще не значит, что эту
схему можно переносить на всю бесконечную вселенную.
При таком перенесении мы наталкиваемся на ряд не-
преодолимых трудностей.
Первая из них связана с трактовкой плотности вещества.
При иерархической организации вселенной средняя плот-
ность вещества будет тем меньше, чем выше порядок сис-
темы, поскольку масса системы возрастает гораздо меньше,
чем объем пространства, занимаемый системами. Так, в
солнечной системе в объеме пространства с радиусом, рав-
ным орбите Плутона, средняя плотность вещества равна
примерно 2-Ю-12 г/см3; в Галактике она уже равна
10-24г/сл!3, а в Метагалактике — 4-10"29 г/см3. Чтобы пред-
ставить себе наглядно среднюю плотность в Метагалактике,
допустим, что у нас имеется стакан воздуха с несколькими
пылинками в нем и мы расширяем его до тех пор, пока
плотность вещества в нем не станет равной 4-10 ~2*г/см?.
Чтобы получить требуемую плотность, нам пришлось бы
увеличить стакан до таких размеров, что его диаметр стал
бы равен 17 000 км, а высота — 27 000 км. В таком «ста-
кане» уместилось бы 6,5 земных шаров. А сфера с радиу-
сом Земли содержала бы в пространстве Метагалактики
в среднем 0,04 г вещества.
1 См. П. П. Паренаго, Курс звездной астрономии, Гостехиздат,
1954, стр. 356.
174
Легко видеть, что в схеме иерархически построенной все-
ленной плотность вещества будет уменьшаться и дальше
при возрастании порядка систем. Экстраполируя эту за-
кономерность на бесконечность, мы должны будем при-
знать, что в пределе для бесконечного пространства средняя
плотность материи равна нулю. Бесконечная вселенная ока-
зывается бесконечно пустой — если только к ней примени-
мо это выражение.
В теории Шарлье как раз принимается, что средняя
плотность материи во вселенной равна нулю; эта предпо-
сылка является необходимым условием для устранения
фотометрического и гравитационного парадоксов. Однако
принятие такого условия означало бы упразднение мате-
рии применительно ко всей вселенной. С этой точки зрения
теряет смысл и само понятие пространства, поскольку про-
странство не обладает независимым от материи суще-
ствованием, оно выражает протяженность материи, и если
средняя плотность материи для вселенной оказывается рав-
ной нулю, то теряет смысл и само понятие пространства.
Мы приходим к признанию абсолютной пустоты, причем
не для одной какой-либо области мира, а для всей вселен-
ной в целом. Ясно, что такое решение совершенно неприем-
лемо.
Трудности возникают еще и в следующем отношении.
Если допустить, что вселенная в целом построена иерархи-
чески и средняя плотность в ней стремится к нулю, то
необходимо признать, что по мере увеличения размеров
систем постоянно уменьшается вероятность поглощения
веществом рассеянного излучения. Чем выше порядок сис-
темы, тем больше количество излучения будет она безвоз-
вратно рассеивать в мировом пространстве. Со временем
неизбежно должно наступить такое состояние, когда вся
энергия, заключающаяся в звездах, будет рассеяна вместе
с электромагнитным излучением и в мире наступит термо-
динамическое равновесие. Поскольку вселенная существует
бесконечно, то такое состояние должно было бы уже насту-
пить сколь угодно давно. Тот факт, что оно не наступило,
говорит о том, что в мире происходит не только рассеяние,
но и поглощение излучения с включением его в новый
цикл развития. А это поглощение возможно в рамках всей
вселенной лишь в том случае, если всюду средняя плот-
ность материи отлична от нуля, что говорит против теории
иерархического строения всей вселенной.
175
Решение фотометрического и гравитационного пара-
доксов следует, на наш взгляд, искать на основе исследо-
вания особенностей взаимодействия электромагнитного и
гравитационного полей с веществом в рамках космоса.
Наличие иерархической последовательности систем в из-
вестных границах пространства от 10"13сл до 1027сл1 еще
не означает, что подобная же последовательность будет
бесконечно простираться и дальше в глубь материи, а также
в масштабе космоса. По-видимому, она обрывается с обеих
сторон, уступая место другим формам структурной орга-
низации материи. Выше было показано, что понятие меха-
нической системы неприменимо к элементарным частицам,
которые не расщепляются на элементы даже в том случае,
если энергия внешнего воздействия в тысячи раз превышает
собственную энергию частицы, соответствующую ее массе
покоя: происходит лишь превращение элементарных частиц
из одних форм в другие. Иерархическая лестница сопод-
чиненных механических систем обрывается на элементар-
ных частицах благодаря особому характеру их взаимодей-
ствий. Можно думать, что подобные же ограничения для
иерархической последовательности систем имеются и в мас-
штабе космоса. Метагалактика, по-видимому, еще не яв-
ляется таким пределом, и могут быть системы еще больше-
го порядка, объединяющие множество метагалактик, но нет
никаких оснований рассчитывать на то, что и дальше ма-
терия будет объединяться подобным образом, приводя к
образованию все больших и больших систем. Чтобы убе-
диться в справедливости сказанного, рассмотрим, какой
смысл вкладывается в понятие материальной системы и ка-
ковы закономерности объединения систем в системы еще
большего порядка.
Системой можно назвать такую совокупность тел, ко-
торые настолько тесно связаны между собой, что вся эта
совокупность взаимодействует с другими системами как
единое целое. Между составными элементами всякой сис-
темы должна быть постоянная и устойчивая связь, значи-
тельно большая, чем связь с элементами других систем.
Другими словами, необходимым условием существования
целостной системы является то, чтобы энергия ее внутрен-
них связей была больше энергии внешних, а также кине-
тической энергии движения ее составных элементов. В про-
тивном случае данная система распадается под влиянием
внешних или внутренних сил. Для всех наблюдаемых сис-
176
тем сформулированное условие устойчивости соблюдается.
Атомы, молекулы, макроскопические твердые тела, звезд-
ные скопления и галактики взаимодействуют с другими
подобными им системами как единое целое. Энергия внут-
ренних связей в них значительно больше кинетической
энергии их составных элементов и энергии внешних свя-
зей. Однако это имеет место далеко не для всякой совокуп-
ности тел. Так, если представить себе газ в вакууме, то он не
будет существовать как устойчивая система. Кинетическая
энергия молекул газа значительно больше энергии притя-
жения между молекулами, и они разлетятся на большие рас-
стояния друг от друга: этот газ уже не будет единой сис-
темой.
Теперь рассмотрим, соблюдаются ли условия образова-
ния и устойчивости систем в масштабе космоса. Вплоть до
скоплений галактик критерий устойчивости будет в общем
выполняться. Однако этого нельзя сказать о возможных
системах еще большего порядка. Дело в том, что с увели-
чением размеров космических систем возрастает кинети-
ческая энергия движения каждой системы. По измерениям
эффекта «красного смещения» в спектрах далеких галактик,
они движутся относительно друг друга с огромными ско-
ростями, доходящими до 120 000 км[сек. Огромной кине-
тической энергией должна обладать также Метагалактика
в ее движении относительно других систем. В то же время
в отношении сил притяжения наблюдается обратная зако-
номерность: энергия связи, приходящаяся на единицу мас-
сы, уменьшается с возрастанием порядка систем. Это объяс-
няется тем, что с увеличением масштабов систем неуклонно
уменьшается средняя плотность вещества. На некотором
этапе энергия гравитационных связей между системами
станет меньше их кинетической энергии, и дальнейшее объе-
динение в систему еще большего порядка окажется невоз-
можным. Иерархическая последовательность систем здесь
обрывается, и дальнейшая структурная организация ма-
терии происходит по другому закону.
Для того чтобы во вселенной могла существовать бес-
конечная иерархическая последовательность систем, в каж-
дой из них энергия внутренних связей должна быть больше
энергии внешних связей и кинетической энергии состав-
ных элементов. Для систем больших размеров эта энергия
должна быть необычайно велика, а для всей вселенной она
должна быть бесконечной. Но эти бесконечно большие
7 С. Т. Мелюхин
177
силы тяготения внутри последовательно возрастающих сис-
тем должны были бы сказываться на каждом теле, чего,
как известно, не наблюдается. Как это ни парадоксально,
но вселенная Ламберта — Шарлье не устраняет, а, напротив,
предполагает гравитационный парадокс, поскольку беско-
нечные потенциалы тяготения являются необходимым усло-
вием для естественного образования неограниченной иерар-
хической последовательности систем. При отсутствии сколь
угодно больших значений потенциалов космические системы,
начиная с некоторого порядка величины, уже не смогли
бы удержать в себе свои составные элементы, и эти системы
с течением времени неизбежно распались бы или—что гораздо
более вероятно—они вообще не могли бы образоваться.
Те, кто отстаивает иерархическое строение вселенной,
произвольно принимают, что вселенная уже устроена
согласно этой теории, но забывают задать вопрос о том, как
вселенная могла прийти к этому состоянию. Ведь всякая
ограниченная материальная система, как бы велики ни были
ее размеры, не может быть вечной. Она исторически возник-
ла из других форм материи. Значит, должны быть соответ-
ствующие силы, которые обеспечили объединение различных
тел в данную систему. В случае молекул, атомов, солнечной
системы и галактик эти силы имеют' конечное значение.
Но если мы возьмем намного большую систему, то эти
силы также должны быть во много раз больше, а для бес-
конечно больших сил они будут бесконечно велики, иначе
подобные системы не смогут возникнуть. Теория Шарлье
предполагает реальность бесконечно больших систем иерар-
хической последовательности, поскольку фотометрический
и гравитационный парадоксы устраняются лишь в сходи-
мости бесконечного ряда. Но коль скоро мы допускаем
реальность таких систем, логически следует необходимость
и бесконечно больших потенциалов тяготения, являющихся
непременным условием возникновения и существования
таких систем. Следовательно, мы возвращаемся к призна-
нию того, что теория должна была бы опровергнуть или
устранить. А это значит, что фотометрический и гравита-
ционный парадоксы на основе данной теории не устра-
няются.
В отношении фотометрического парадокса делались по-
пытки его устранения на основе интерпретации «красного
смещения» в спектрах внегалактических туманностей. Мы
не будем сейчас подробно останавливаться на сущности
178
красного смещения — это будет сделано ниже. Отметим
лишь, что спектральные линии всех внегалактических ту-
манностей смещены к красному концу, причем тем в боль-
шей степени, чем дальше от нас расположена туманность.
Это смещение рассматривается как следствие реального
удаления галактик, скорость которых тем больше, чем
дальше они находятся друг от друга.
Красное смещение как будто устраняет фотометрический
парадокс применительно к видимой области спектра. Свет
очень далеких галактик оказывается смещенным в область
инфракрасных лучей и радиоволн, не воспринимаемых гла-
зом. Однако этим вся проблема еще не решается, поскольку
даже при наличии красного смещения фотометрический
парадокс должен был бы иметь место для инфракрасных лу-
чей и радиоволн, чего, однако, не наблюдается. Чтобы
объяснить этот факт, необходимо предположить, что уда-
ление галактик и эффект расширения происходят во всей
бесконечной вселенной. Это, однако, совершенно невероят-
но, поскольку допущение такого расширения для вселенной
в целом приводит к признанию сотворения мира. Если же
исходить из научного положения о том, что мир не был
сотворен, но расширение тем не менее происходит во всей
вселенной, то для объяснения разбегания галактик по всему
бесконечному пространству мы должны признать вечность
процесса расширения, поскольку скорость его конечна. Но
если бьГэто было так, то между галактиками в настоящее
время должны были бы быть бесконечно большие расстоя-
ния, что полностью противоречит действительности. Таким
образом, одно лишь красное смещение не дает последова-
тельного устранения фотометрического парадокса, не го-
воря уже о том, что оно оставляет в стороне проблему тя-
готения.
Наиболее последовательное и непротиворечивое решение
фотометрического и гравитационного парадоксов для бес-
конечной вселенной может заключаться, на наш взгляд,
в признании возможности поглощения электромагнитного
и гравитационного полей веществом или другими, неизвест-
ными нам телами — поглощения, которое сопровождается
переходом квантов полей в качественно иные формы ма-
терии.
Идея поглощения света межзвездной материей выска-
зывалась уже давно и многократно разрабатывалась с
различных сторон. Однако ввиду того, что не было известно
Т
179
достаточно определенных данных о характере превращений
частиц и полей, эта идея постоянно оспаривалась и не счи-
талась убедительной. Против нее высказывалось то сообра-
жение, что если допустить реальность поглощения света
после его многократного рассеяния, то поглощающая ма-
терия в конце концов аккумулирует в себе такое количест-
во энергии, что начнет излучать свет, причем это излуче-
ние и, следовательно, яркость неба будут тем значительнее,
чем больше оптическая толща темной материи. Таким об-
разом, наличие поглощения света не устранит, а, наобо-
рот, усилит фотометрический парадокс.
Это возражение неявно исходит из допущения того, что
возможен только один процесс—переход вещества в из-
лучение, обратный же переход невозможен. Между тем
подобное допущение ни на чем не основано. Звезды в про-
цессе своей эволюции постоянно теряют за счет электромаг-
нитного излучения значительную долю своей массы. Это
излучение возникает за счет термоядерных реакций, в ко-
торых материя с конечной массой покоя превращается в
электромагнитное поле. Если допустить, что во вселенной
происходят только такие процессы, но обратный переход
излучения в вещество невозможен, то мы неизбежно должны
признать, что примерно через 1012 лет все вещество в окру-
жающей нас области мира должно превратиться в излу-
чение. Более того, поскольку мир существует вечно во вре-
мени, то такое превращение уже давно должно было бы
произойти, что, однако, не соответствует действительности.
Выход из этого противоречия может быть двоякого рода:
первое — это признать, что во вселенной происходит по-
стоянно поглощение электромагнитного излучения, сопро-
вождающееся его переходом в вещество; второе— допустить,
что такой переход невозможен и что наблюдаемый мир воз-
ник несколько миллиардов лет назад из принципиально
иного состояния материи, которое характеризовалось со-
вершенно иными закономерностями и в котором не было
ни превращения вещества в излучение, ни самих этих форм
материи. В последнем случае — мир вечен, но изменения
в наблюдаемой нами области вселенной происходят только
в направлении перехода вещества в излучение. Отсюда
следует, что через 1012—1015 лет основная масса вещества
в нашем мире превратится в излучение и мир снова перей-
дет в принципиально иное состояние, к которому будут
неприменимы все наши представления. Допущение второй
180
возможности в принципе также устраняет фотометрический
парадокс, однако оно требует коренных изменений в совре-
менном понимании вселенной. Почти все основные законы
природы оказываются тогда не вечными, а историческими,
действующими лишь в течение ограниченного периода вре-
мени. Хотя эту точку зрения невозможно сейчас ничем
опровергнуть, в пользу ее нельзя привести и никаких
доказательств. Поэтому представляется более естественным
оставить в стороне вторую возможность и рассматривать
только первую, тем более, что она вытекает из имеющихся
представлений о связи частиц и полей.
В настоящее время широко известен процесс превраще-
ния фотонов в электроны, позитроны и мезоны. Возможен
также переход фотонов в нуклоны, хотя для этого фотоны
должны обладать очень большой энергией. В обычных про-
цессах поглощения солнечного света Землей электромаг-
нитное излучение также превращается в другие формы ма-
терии, а его энергия переходит в тепловую, химическую и
другие виды энергии. Вполне возможно,что и в масштабе кос-
моса, где встречаются физические условия, принципиаль-
но отличные от земных, процессы полного поглощения идут
постоянно и интенсивно, выступая в качестве необходимой
противоположности по отношению к излучению. В таком
случае фотометрический парадокс устраняется естествен-
ным образом и яркость ночного неба должна быть именно
такого порядка, как мы наблюдаем.
Рассмотрим теперь возможные пути устранения грави-
тационного парадокса. В качестве одной из возможностей
укажем на идею полного поглощения гравитации веществом
с переходом ее в другие формы материи. Современная кван-
товая теория поля рассматривает гравитационное поле
как особую форму материи, подобно электромагнитному
полю. Гравитационное поле постоянно излучается всеми
телами и уносит с собой определенную часть их энергии.
Правда, эта потеря энергии намного меньше, чем за счет
электромагнитного излучения, она становится заметной
лишь за периоды времени порядка многих миллиардов лет.
Но это количественное различие не имеет принципиаль-
ного значения, так как в масштабе вечности указанные про-
межутки времени столь же малы, как и тысячелетия. Важен
сам факт перехода вещества в гравитацию. Принимая этот
переход в качестве реального процесса, мы приходим к тем
же выводам, которые были сделаны в отношении электро-
7* С. Т. Мелюхин
181
магнитного поля. А именно, если известные нам формы ма-
терии превращаются в гравитацию необратимо, то в силу
вечности существования мира во вселенной к настоящему
времени имелось лишь только гравитационное поле. По-
скольку же этого нет, то мы должны допустить указанные
две возможности: или полное поглощение гравитации с
переходом ее в другие формы материи, или же принципи-
альное преобразование структуры мира через определен-
ные промежутки времени. Как и в случае электромагнит-
ного поля, в настоящее время первая возможность представ-
ляется более правдоподобной.
Выше уже указывалось, что в квантовой теории поля
допускается возможность превращения гравитонов в пары
электронов-позитронов. Очевидно, в природе реализуются
и другие превращения, тем более, если учесть, что между
электромагнитным и гравитационным полями существует
глубокое внутреннее единство. Результатом всех этих пре-
вращений будет конечность потенциалов гравитационного
поля для всей вселенной и для каждой ее конечной об-
ласти.
Точно так же можно предполагать возможность погло-
щения нейтрино, которые уносят значительную часть энер-
гии звезд. Эти микрообъекты также должны каким-то
образом включаться в новый цикл развития.
Таким образом, различные частицы и поля, прерывные
и непрерывные формы материи находятся во вселенной в ор-
ганическом единстве и взаимных превращениях.
Наконец, следует указать еще на один путь устра-
нения гравитационного парадокса в качестве дополнения
к тому, который был описан выше. В классической физике
при формулировке данной проблемы неявно предполага-
лось, что ньютоновский закон тяготения одинаково дей-
ствует во всей вселенной на сколь угодно больших расстоя-
ниях. Общая теория относительности говорит, что это не
так. В масштабах больших космических систем вступают
в силу другие законы, которые действуют таким образом,
что постановка вопроса о бесконечности потенциала тяго-
тения становится неприменимой к миру в целом. Но, прежде
чем перейти к этим сложным проблемам, необходимо вкрат-
це остановиться на важнейших достижениях теории отно-
сительности в понимании структуры пространства и вре-
мени в известной области вселенной.
182
§ 3.	Метрические свойства пространства и времени
До начала XIX в. в физике и геометрии господствовало
представление о независимости свойств пространства и вре-
мени от материи. Эту точку зрения хорошо выразил Ньютон
в понятии абсолютного пространства и абсолютного време-
ни. Предполагалось, что время течет одинаково всюду во
вселенной, а пространство — независимо от того, рассмат-
риваем ли мы микромир или космос,— обладает всегда
однородными свойствами, которые выражаются геометрией
Эвклида. Замечательная логическая стройность и глу-
бина геометрии Эвклида не раз служили поводом для утвер-
ждений, что будто бы эта геометрия выведена не из опыта,
представляет собой свободное творение человеческого
разума. Кант на основе этого развивал теорию о том, что
пространство и время представляют собой априорные фор-
мы чувственного созерцания.
Впервые подобные взгляды на пространство и время,
а вместе с ними и априоризм Канта были поколеблены
Н. И. Лобачевским (1792—1856), создавшим неэвклидову
геометрию.
Подобно многим геометрам до него, Лобачевский пытал-
ся доказать так называемый пятый постулат Эвклида, со-
гласно которому через точку, не лежащую на данной пря-
мой, можно- провести только одну прямую, параллельную
данной. В доказательстве этого постулата многие выдаю-
щиеся математики проявили большую изобретательность
и остроумие, однако все их усилия оказывались безрезуль-
татными, так как в конечном счете обнаруживалось, что
в основе доказательства лежит какой-нибудь новый посту-
лат, равноценный доказываемому. Неудача всех этих по-
пыток возбудила у Лобачевского подозрение в том, что
этот постулат принципиально недоказуем. Чтобы убедить-
ся в этом, он выдвинул противоположный постулат, со-
гласно которому через точку, не лежащую на данной пря-
мой, можно провести не одну, а по крайней мере две пря-
мых, параллельных данной. Это положение Лобачевский
присоединил к другим аксиомам геометрии Эвклида, которые
он принял как незыблемые. Рассчитывая на то, что
последовательное рассуждение приведет в конечном счете
к противоречию принятого положения с другими аксио-
мами, Лобачевский развил цепь доказательств, в резуль-
тате которых неожиданно выявилось, что никакого проти-
7**	183
воречия не возникает. Более того, новая, неэвклидова
геометрия оказалась столь же внутренне обоснованной и
стройной, как и геометрия Эвклида. Правда она приводила к
ряду удивительных следствий, которые казались противоре-
чащими здравому смыслу. Она утверждала, например, что
сумма углов треугольника меньше двух прямых, что длина
окружности не пропорциональна радиусу, а растет быстрее.
Однако Лобачевский нисколько не смущался этим кажущим-
ся противоречием, так как он был убежден, что свойства
пространства зависят от распределения вещества и в раз-
личных областях пространства могут быть отступления от
геометрии Эвклида. Подтверждение этой мысли Лобачев-
ский надеялся найти в будущих астрономических наблю-
дениях.
Дальнейшее развитие идеи Лобачевского было дано не-
мецким математиком Риманом. Риман показал, что мет-
рика, или мероопределение, пространства зависит от ха-
рактера действующих сил. Поэтому риманово пространство
отличается от свойств эвклидова пространства и совпа-
дает с ним лишь в бесконечно малых областях. Мерой от-
личия риманова пространства от эвклидова является так
называемая кривизна пространства. Следствием этой кри-
визны является, например, то, что сумма углов треуголь-
ника, стороны которого являются геодезическими линия-
ми, может быть не равна двум прямым, а длина окруж-
ности не будет возрастать пропорционально радиусу.
Кривизна пространства может быть положительной, от-
рицательной и нулевой. Пространство нулевой кривизны
будет обладать совершенно однородными метрическими
свойствами и тождественно эвклидову пространству.
Пространство положительной кривизны будет обладать гео-
метрией, сходной с геометрией сферической поверхности,
а пространство отрицательной кривизны будет пространст-
вом Лобачевского.
Эти абстрактные представления получили неожиданное
подтверждение в общей теории относительности.
Общая теория относительности истолковала гравита-
ционное поле как своеобразное искривление пространства —
времени. Предположим, что мы задаемся целью опреде-
лить прямую линию в пространстве. Эту прямую мы не мо-
жем отнести к абсолютной пустоте; мы обязательно долж-
ны связать ее с каким-либо материальным процессом,
например с распространением светового луча. Обычно пря-
184
мая определяется как кратчайшее расстояние между дву-
мя точками. Пусть нам требуется определить кратчайшее
расстояние между Землей и какой-либо звездой. Очевидно,
таким расстоянием будет то, которое мы сможем измерить
вдоль луча зрения. Но это означает, что в качестве кратчай-
шего расстояния мы приняли линию распространения све-
тового луча.
Теперь представим себе, что световой луч проходит вбли-
зи тела с большой массой, например вблизи Солнца. Со-
гласно теории относительности, под действием поля тяготе-
ния он отклонится в сторону Солнца на угол 1,75 секунды
дуги. Это отклонение можно зарегистрировать следующим
образом. До солнечного затмения фотографируется тот
участок звездного неба, на котором должно быть Солнце во
время затмения. Затем тот же участок неба фотографирует-
ся во время полного солнечного затмения, когда в насту-
пившей темноте становятся отчетливо видны наиболее яр-
кие звезды. Если теперь совместить обе полученные фото-
графии, то окажется, что изображения звезд не совпадут.
Это объясняется тем, что в первом случае свет распростра-
няется в отсутствии мощного поля тяготения Солнца, то-
гда как во втором случае это поле имеется и вызывает откло-
нения световых лучей. Но мы ранее определили прямую
линию как линию распространения светового луча, и,
значит, мы должны признать, что пространство в присутст-
вии полей тяготения искривлено, то есть его метрические
свойства отличаются от свойств эвклидова пространства.
На это, правда, можно возразить, что никакого искривле-
ния пространства нет, а имеется лишь искривление свето-
вых лучей в полях тяготения, а сами эти поля действуют в
эвклидовом пространстве, где имеются идеальные прямые
линии. Но это возражение неосновательно, ибо оно пред-
полагает возможность определения прямых линий незави-
симо от каких-либо материальных процессов — по отноше-
нию к пустому пространству. Но такое определение прин-
ципиально невозможно, поскольку в пустоте ничто не со-
держит в себе какого-либо отличия перед чем-либо другим.
Кроме того, мы не должны забывать о том, что простран-
ство — это не ящик, в котором находится материя, а важ-
нейшая форма бытия материи, выражающая ее протяжен-
ность. Поэтому совершенно неверно говорить о свойствах
пространства в отрыве от различных материальных полей.
Эйнштейн был совершенно прав, когда говорил: «Простран-
185
ственныи аспект реальных вещей... полностью выражается
полем... он есть свойство этого поля. Если представить
себе, что поле удалено, то не останется и «пространства»,
так как пространство не имеет независимого существова-
ния» Е
Было бы неправильно думать, будто искривленное про-
странство находится в каком-то другом, не искривленном
пространстве, по отношению к которому оно искривлено.
Искривление пространства следует понимать просто как
отличие его свойств от свойств эвклидова пространства.
В эвклидовой геометрии отображены те пространственные
отношения, которые характерны для простейшего механи-
ческого движения при сравнительно малых скоростях. В от-
личие от этого риманова геометрия, используемая в тео-
рии относительности, отражает те пространственные отно-
шения тел, которые возникают при больших скоростях
движения тел, близких к скоростям света, а также при на-
личии гравитационных полей. Поэтому риманова геомет-
рия неразрывно связана с теорией гравитационных и элек-
тромагнитных явлений.
Рассмотрим теперь, в чем проявляется изменение
свойств времени в зависимости от распределения материи.
Как уже было сказано, теория относительности опровергла
^старые представления об абсолютности-времени и доказала,
что никакого единого однородного времени, текущего оди-
наково всюду во вселенной, не существует. Ритмика вре-
менных процессов изменяется также в зависимости от на-
личия полей тяготения. Вблизи больших масс время как бы
течет медленнее. Конкретное физическое проявление этого
можно видеть, например, в факте смещения к красному
концу спектральных линий света, излучаемого массивными
звездами1 2.
Это смещение соответствует меньшему числу колебаний
атомов в единицу времени на звезде по сравнению с числом
колебаний на Земле.
Все эти факты убедительно говорят, что пространство
и время неразрывно связаны не только с материей, но и меж-
ду собой. Вследствие этого с научной точки зрения более
правильно было бы говорить не о различных формах бытия
1 А. Эйнштейн, Сущность теории относительности, Издательство
иностранной литературы, 1955, стр. 147.
2 Не следует его смешивать с «красным смещением» в спектрах га-
лактик, обусловленным удалением галактик по лучу зрения.
186
материи — отдельно о пространстве и отдельно о времени,—
а о единой форме бытия — пространстве — времени. Объек-
тивно в природе они не существуют независимо друг от дру-
га, и всякое разграничение их имеет весьма условный смысл.
В теории относительности такое объединение пространства—
времени уже достигнуто в понятии четырехмерного конти-
нуума.
Рассмотрим теперь, какое значение имеют изложенные
принципы и факты для понимания структуры доступной
нам области вселенной. Прежде всего необходимо остано-
виться на кривизне пространства. Применимо ли понятие
кривизны к реальному пространству и если да, то какое зна-
чение может иметь кривизна? Является ли она положитель-
ной или отрицательной или же кривизна в общем равна
нулю и наше пространство—эвклидово?
Что касается предположения о нулевой кривизне и эв-
клидовости пространства, то оно противоречит ряду важных
требований теории относительности. Бесконечная вселен-
ная в этом случае была бы возможна лишь при условии ра-
венства нулю средней плотности материи во вселенной, что
неприемлемо. Если же исходить из признания конечной
плотности материи во вселенной, то необходимо допустить
реальность искривления пространства, обусловленного на-
личием материи. Весь вопрос заключается в том, является
ли эта кривизна положительной или отрицательной. Эйн-
штейн при формулировке уравнений тяготения сделал пред-
положение о том, что материя распределена во вселенной
равномерно со средней плотностью около 4-10"28 г)см3.
Тогда из уравнений тяготения вытекало, что пространство
обладает положительной кривизной и является замкнутым,
хотя и безграничным по протяжению. Если квант света бу-
дет излучен в каком-либо направлении, то, распространяясь
все время в замкнутом пространстве, он нигде не натолк-
нется на его границу. В то же время, пройдя очень большое,
хотя и конечное расстояние, он может вернуться примерно в
ту область, совершив «кругосветное путешествие». В этом
отношении структура риманова пространства положитель-
ной кривизны подобна форме поверхности Земли, которая
безгранична, поскольку нигде нет ее конца, но тем не менее
конечна.
Вывод о положительной кривизне и замкнутости про-
странства не был обоснован Эйнштейном на базе неоспори-
мых научных данных. Он был получен на основе произвольно
187
принятой посылки о равномерности распределения мате-
рии во вселенной, введенной для упрощения следствий тео-
рии в качестве одного из возможных вариантов решения
уравнений. Однако затем этот вывод был представлен, как
якобы уже доказанное положение, которое будто бы неиз-
бежно следует из теоретических принципов. На основе это-
го в литературе получили широкое распространение раз-
личные идеалистические измышления о конечности мира и
возможности нахождения за его пределами сверхъестест-
венных сил и существ. Некоторые ученые начали усердно
подсчитывать общее количество атомов во вселенной, кото-
рое «оказалось» порядка 1077 — 1080, а также «радиус все-
ленной», который, по мнению Эддингтона, равен 6- 1029см,
то есть довольно близок к тому расстоянию, которое уже
доступно современным инструментам. Следовательно, нау-
ка приближается к границам вселенной!
Трудно сказать, верили ли всерьез авторы этих теорий в
то, что за вычисленными ими пределами не существует бо-
лее никаких миров и никакого пространства. Но с научной
точки зрения подобные выводы являются совершенно необо-
снованной экстраполяцией на всю вселенную тех поло-
жений, которые были получены для ограниченной области
мира. При этом даже и для ограниченной области некото-
рые из этих положений неприменимы, ибо имеются дан-
ные в пользу того, что пространство Метагалактики обла-
дает в общем не положительной, а отрицательной кривиз-
ной, то есть является незамкнутым (см. об этом ниже).
Метафизически мыслящие ученые отождествляют до-
ступную нам область мира со всей вселенной, а период
возможного возникновения наблюдаемых миров — с воз-
растом мира в целом. Провозглашая конечность вселенной
и ее творение, они даже не задумываются над тем, что могут
существовать другие области мира, с которыми взаимодей-
ствует окружающая нас совокупность галактических си-
стем, что материя, составляющая галактики, имела пред-
шествующее бесконечное существование и неуничтожима.
Все эти реакционные измышления лишь способствуют укре-
плению позиций фидеизма в науке и должны быть реши-
тельно отвергнуты при создании подлинно научной кар-
тины мира.
Однако из этого не следует делать вывод о том, что все
зарубежные космологические теории должны быть целиком
отброшены, что релятивистская космология, развивавшаяся
188
многими авторами, — это лженаучная теория, как это
утверждалось в некоторых статьях. В релятивистской космо-
логии имеется много рациональных моментов и глубоких
положений, которые должны быть использованы и развиты
дальше. Ниже мы подробнее остановимся на этих положе-
ниях, сейчас же отметим, что даже сама идея о положитель-
ной кривизне пространства заслуживает внимания, ибо
не исключена возможность, что в бесконечной вселенной
существуют области с такой плотностью вещества, которой
соответствует положительная кривизна прострайства.
В этих областях одни и те же яркие объекты или скопления
звезд могли бы быть видимы дважды. Так, в окружающей
нас области мира 5-метровый паломарский рефлектор в на-
стоящее время обнаруживает около 400 миллионов галак-
тик. Если допустить, что наше пространство обладает
положительной кривизной, то не исключена возможность то-
го, что некоторые из галактик мы видим дважды — в дан-
ном направлении и прямо противоположном. В данном на-
правлении свет мог идти несколько миллионов лет, а в
противоположном — сотни миллионов или даже миллиарды
лет, пока не совершил «кругосветное путешествие». Отож-
дествить данные галактики чисто оптическим путем, по-
видимому, невозможно, и не только потому, что изображе-
ние на обеих фотопластинках представляло бы различные
стороны одной и той же системы, но и потому, что оба изо-
бражения разделяли бы сотни миллионов лет, которые
потребовались одному из световых лучей для совершения
своего длинного пути. К нашей области мира эта идея, оче-
видно, неприменима, но не исключена возможность существо-
вания таких областей пространства, где ввиду положитель-
ной кривизны подобные эффекты в принципе могли бы
наблюдаться. Очевидно, связь таких областей с другими
областями должна осуществляться иными способами, чем
это известно современной теории.
Обратимся теперь к другим космологическим концеп-
циям, которые были выдвинуты в последние десятилетия.
§ 4.	Расширение Метагалактики
В теории Эйнштейна предполагалось, что размеры все-
ленной определяются количеством материи, которое в ней
содержится. При этом плотность материи, а соответствен-
но и метрические свойства пространства не изменяются с
189
течением времени. Несмотря на изменение отдельных своих
составных частей, мир в целом неизменен. В отличие от
этой концепции статичной вселенной советский ученый
А. А. Фридман выдвинул в 1922 г. теорию, согласно кото-
рой вселенная изменяется с течением времени. В ходе вре-
мени изменяются метрические свойства пространства, а
вместе с ними — и расстояние между любыми двумя точка-
ми. Пространство вселенной как бы постоянно расширяется.
Гипотеза Фридмана об изменении метрики пространства
со временем позволила естественным образом вывести из
уравнений тяготения Эйнштейна среднюю конечную плот-
ность материи во вселенной, тогда как раньше конечное зна-
чение плотности получалось путем введения в уравнения
гравитационного поля специального «космологического
члена», усложнявшего теорию. Согласно Фридману, все-
ленная с конечной плотностью материи не может быть
статичной, она обязательно должна расширяться с тече-
нием времени.
Вскоре после появления работы Фридмана американ-
ские астрономы Слайфер и Хаббл открыли, что спектральные
линии внегалактических туманностей смещены в красную
сторону, причем это смещение тем больше, чем дальше на-
ходится туманность. «Красное смещение» было истолковано
как эффект Допплера вследствие удаления от нас туман-
ностей. Как известно, скорость света не зависит от скорости
источника излучения, но от нее зависит воспринимаемая
длина волны света. Если источник движется по направ-
лению к наблюдателю, то последний воспринимает свет
большей частоты (то есть смещенный к фиолетовому концу
спектра), если же источник движется от наблюдателя, то
частота воспринимаемого света будет меньшей и произой-
дет смещение спектральных линий к красному концу. Это
явление имеет известный аналог в акустике. Когда навстре-
чу пассажиру движется поезд, то подаваемый им звуковой
сигнал имеет высокую частоту, которая резко понижается,
как только поезд проходит мимо. В случае световых волн
смещение к красному концу тем больше, чем выше скорость
удаляющегося источника излучения.
Принцип Допплера позволяет определять скорости
звезд и галактик по лучу зрения.Наблюдения показали, что
скорость удаления галактик возрастает пропорционально
их расстоянию (закон Хаббла). На каждый миллион свето-
вых лет скорость увеличивается на 172 километра в секун-
190
ду. В настоящее время обнаружены галактики, удаляющие-
ся со скоростью 120 000 км[сек., и есть основания полагать,
что скорость возрастает и дальше. Оценивая ориентировоч-
но радиус Метагалактики по крайней мере в 3 миллиарда
световых лет, мы получили бы на ее границе скорость уда-
ления около 170 000 км! сек. Однако вряд ли зависимость
между расстоянием и скоростью будет всегда пропорцио-
нальной. Согласно теории относительности, никакое тело
не может двигаться со скоростью, большей скорости света.
Поэтому с дальнейшим увеличением расстояния возраста-
ние скоростей должно происходить медленнее, если только
закон Хаббла справедлив для таких больших областей все-
ленной.
Взаимное удаление галактик нельзя рассматривать толь-
ко по отношению к Земле, видя в концепции расширения
нашей области мира возвращение к геоцентрической си-
стеме мира. Это расширение имело бы точно такой же вид с
любой из окружающих нас галактик. Подобно тому, как
щепки, брошенные в реку, все более расходятся вниз по те-
чению, так и гигантские звездные системы все более уда-
ляются друг от друга в потоке времени. Благодаря расши-
рению Метагалактики, даже при положительной кривизне
пространства возврат светового луча в исходную область
был бы невозможен. Пока электромагнитная волна смогла
бы пройти половину сферы всей Метагалактики, размеры
последней увеличились бы в два-три раза, так что конечная
цель «кругового» движения волны оказалась бы гораздо
дальше, чем она была вначале, в момент излучения света.
Открытие «красного смещения» и истолкование его как
эффекта Допплера привело к коренному изменению пред-
ставлений об известной нам части вселенной. Но на волне
новых научных открытий всплыла мутная пена идеализма
и религиозного мракобесия. Вывод о расширении окружаю-
щей нас области мира послужил основой для возникнове-
ния различных идеалистических теорий творения вселен-
ной. Если расстояния до любых галактик сопоставить ра-
диальными скоростями удаления, а затем вычислить то
время, которое могло понадобиться им для прохождения дан-
ного пути, то получится примерно 2 миллиарда лет, а по но-
вейшим данным, даже 5 миллиардов лет. Эта цифра близка
к предполагаемому возрасту Земли, определяемому.на ос-
нове радиоактивного распада урана, тория и изотопов ка-
лия. Сходная величина получается также при определении
191
возраста метеоритов. Совпадение этих цифр привело мно-
гих мистически настроенных ученых к мысли о том, что при-
мерно 5 миллиардов лет назад имело место творение вселен-
ной с последующим ее расширением. Бельгийский аббат
Леметр выступил с теорией возникновения вселенной из
гигантского «атома-отца», взорвавшегося по воле всевыш-
него. Эта теория нашла многочисленные подражания. По
мнению Е. Т. Уиттекера, «логичнее всего постулировать
создание мира «из ничего» актом божественной воли» х.
Папа Пий XII в речи перед ватиканской Академией в 1951 г.
модернизировал библейскую легенду о сотворении мира, от-
неся срок творения не к семи с половиной тысячам лет на-
зад, а к нескольким миллиардам лет.
Наряду с теорией единовременного творения вселен-
ной в некоторых буржуазных работах в настоящее время
усиленно пропагандируется теория постепенного и непре-
рывного творения материи. Ее представителями являются
П. Йордан, Ф. Хойль, Р. Капп, Ж- Уитроу, Г. Бонди,
Т. Голд, В. Мак-Кри и некоторые другие. Эта теория отри-
цает принцип несотворимости и неуничтожимости мате-
рии и движения и провозглашает возможность возникнове-
ния их «из ничего», а также полного уничтожения. На чем
основывают свои домыслы авторы этой теории? Они исхо-
дят из так называемого «совершенного космологического
принципа», который был выдвинут Бонди и Голдом. Этот
«принцип» утверждает, что любая часть вселенной должна
быть одинаковой с любой другой, причем абсолютная одно-
родность вселенной сохраняется вечно, в течение всего вре-
мени ее существования, так что в мире как целом не происхо-
дит никаких изменений. Авторы этого метафизического
принципа ничем не доказывают его, они просто постули-
руют его, подобно тому как богословы постулировали
принцип совершенства круговых орбит и невозмутимости
небесных сфер. Затем они указывают на расширение галак-
тического пространства и, распространяя это расширение
на весь мир в целом, утверждают, что в результате разбега-
ния галактик плотность материи должна непрерывно
уменьшаться, стремясь к нулю. Но такое уменьшение
плотности означает изменение состояния вселенной, что
противоречат «совершенному космологическому принци-
1 Е. Т. Whittaker, The beginning and end of the world, Lon-
don 1944,
192
пу». Следовательно, убыль вещества за счет расширения
должна компенсироваться его возникновением в данных
областях, с тем, чтобы плотность материи оставалась по-
стоянной. Откуда же появляется материя? «Она,— отве-
чает Хойль,— не -появляется ниоткуда. Материя просто
возникает — она создается. В одно время различные,
атомы, составляющие вещество, не существуют, а в более
позднее время они существуют» Ч
«Следует ясно понять,— утверждает Бонди,— что тво-
рение, о котором идет речь, является образованием мате-
рии не из излучения, а из ничего» 1 2. При этом творение, по
словам Мак-Кри, не может иметь никакого причинного
объяснения.
Для того, чтобы скомпенсировать эффект расширения,
в 1 см3 пространства должно возникать в среднем 10“43 г
вещества в секунду, или один водородный атом на литр
объема каждый миллиард лет. Возникший водород кон-
центрируется в звезды и туманности, так что, несмотря
на расширение вселенной, число галактик в поле зрения
остается одним и тем же. Но эти галактики не будут су-
ществовать для нас всегда. На некотором расстоянии их ско-
рость становится равной скорости света, и тогда они исче-
зают за горизонтом видимости, так как свет от них уже не
сможет дойти до нас.
Хойль утверждает, что во вселенной происходит необра-
тимое превращение водорода в более сложные элементы, а
обратного превращения не наблюдается. Значит, водород
не может быть бесконечно старым, он должен был возник-
нуть определенное время назад. Возможность возникнове-
ния водорода в результате первоначального взрыва Хойль
отвергает, так как, по его мнению, после взрыва материя
не смогла бы сконцентрироваться в звезды и галактики. Вы-
ход из возникающей трудности он видит в том, что «водо-
род постоянно создавался в течение всего бесконечного
времени и создается таким же образом и теперь»3. «Для
полного отказа от сохранения энергии и материи в космо-
се мы должны принять в расчет расширение вселенной»4.
Эта гипотеза, знаменующая собой глубочайшую дегра-
дацию идеалистических теорий вселенной, не только никак
1 F. Hovle, The Nature of Universe, Oxford 1950, p. 125.
2 H. Bondi, Cosmology, Cambridge 1952, p. 144.
8 «Scientific American», September 1956, p. 158.
4 Ibid., p. 160.
193
не обоснована научно, но и противоречит элементарной
логике. Во-первых, без всяких доказательств она отвер-
гает важнейший принцип науки — закон сохранения ма-
терии и движения,— подтверждаемый всеми данными тео-
рии и практики. Тем самым она протаскивает откровенно
религиозный взгляд на мир, ибо без помощи сверхъестест-
венных сил сотворение материи «из ничего» никак нельзя
объяснить. Довод о необходимости творения водорода
ввиду необратимости его перехода в более сложные эле-
менты совершенно несостоятелен, ибо мы еще не знаем всех
возможных материальных процессов в эволюции мира, ко-
торые несомненно создают водород из других форм мате-
рии, и наше незнание еще не означает, что таких процессов
вообще не существует. Ниже будет указан один из подоб-
ных возможных процессов.
Во-вторых, идея расширения всей бесконечной вселен-
ной внутренне противоречива, ибо она оставляет открытым
вопрос о том, куда же собственно вселенная расширяется,
поскольку заранее принято, что ничего, кроме вселенной,
не существует. Сторонники рассматриваемой теории не-
явно предполагают, что расширение вселенной происхо-
дит в безграничную пустоту, которая не содержит никакой
материи, вследствие чего должно происходить уменьшение
плотности материи в наблюдаемой части мира, а соответ-
ственно и творение материи. Но допущение такой абсолют-
ной пустоты также совершенно несостоятельно. Как бес-
спорно следует из важнейших принципов теории относи-
тельности и диалектического материализма, пространство
и время являются формами бытия материи и без материи не
имеют самостоятельного существования. Следовательно,
если бы где-либо не было материи, то «там» не было бы и
пространства — времени, а, значит, невозможно было бы и
никакое расширение вселенной, поскольку расширение
предполагает наличие внешнего пространства. Если же мы
допускаем реальность такого пространства, то мы должны
также признать существование различных видов материи в
нем, а тем самым становится очевидной неверность выво-
дов о неуклонном уменьшении плотности материи во все-
ленной, а вместе с ними — и ненужность всей концепции
творения материи.
Наконец, пресловутый «совершенный космологический
принцип», лежащий в основе всех этих умозрительных по-
строений, не имеет подсобой каких-либо опытных или логи-
194
ческих оснований. Ниоткуда не вытекает; что вселенная со-
вершенно однородна и тождественна во всех своих частях
и во все времена. Наоборот, есть основания считать, что она
непрерывно изменяется и что ее различные области каче-
ственно различаются между собой по своей структуре и за-
кономерностям движения.
Распространение в зарубежной литературе различных
идеалистических теорий расширяющейся вселенной выз-
вало резкую критику этих теорий со стороны ученых-ма-
териалистов. Идея о расширении вселенной совершенно
справедливо расценивалась как антинаучная, способствую-
щая укреплению фидеизма. Вместе с тем некоторые уче-
ные в пылу полемики заявляли, что идею расширения
нельзя считать верной не только по отношению к вселенной
в целом, но даже по отношению к наблюдаемой нами огра-
ниченной области вселенной. По их мнению, удаление га-
лактик — это только кажущийся эффект. В действительно-
сти же «красное смещение» обусловлено не удалением, а
определенными изменениями свойств света во время дли-
тельного движения его в мировом пространстве. Именно,
при движении в течение многих миллионов лет энергия и
частота колебаний квантов уменьшаются в результате взаи-
модействия квантов с гравитационными полями и межгалак-
тической диффузной материей. Это специфическое «старе-
ние» квантов и обусловливает смещение спектральных ли-
ний к красному концу.
Сама по себе гипотеза изменения свойств света при его
длительном движении в гравитационных полях в настоя-
щее время не может быть опровергнута, ибо нет в природе
явлений, которые были бы абсолютно неизменны. Но для
нее не существует и каких-либо подтверждений, поскольку
не известно никаких аналогичных процессов. Наоборот,
против нее имеется ряд возражений. Первое из них заклю-
чается в том, что если бы при движении квантов изменя-
лась частота их колебаний, то имело бы место «размазыва-
ние» фотографических изображений галактик,чего в действи-
тельности не наблюдается. Второе возражение заключается
в том, что в рамках данной гипотезы не удается объяснить,
почему величина относительного красного смещения ча-
стоты не зависит от начальной частоты квантов. Дело в том,
что красное смещение свойственно не только излучению
в видимой области спектра, но также и другим электромаг-
нитным волнам. Последние данные радиоастрономии пока-
195
зывают его реальность также для радиоволн, в точном соот-
ветствии с законом Хаббла.
Все эти данные говорят в пользу того, что наша об-
ласть вселенной, по-видимому, находится в состоянии
расширения — безотносительно к тому, каковы его при-
чины.
В самой идее локального расширения вселенной нет ни-
чего сверхъестественного. Нас могут смущать лишь огром-
ные скорости расширения, доходящие, по измерениям, до
десятков тысяч километров в секунду. Но эти скорости
являются огромными лишь с точки зрения земных масшта-
бов, а не космических, в рамках которых они даже срав-
нительно невелики. Действительно, если бы наша Га-
лактика двигалась со скоростью 66 000 км/сек, то расстоя-
ние, равное своему диаметру, она смогла бы пройти лишь за
полмиллиона лет, между тем как Земля проходит расстоя-
ние, равное своему диаметру, за 7 минут. Таким образом,
правильнее было бы сказать, что галактики разлетаются
с точки зрения космических масштабов очень медленно.
Было бы, разумеется, упрощением считать, что это рас-
ширение простирается на сколь угодно далекую область.
Очевидно, современные наблюдательные средства прибли-
зились к той области, за которой нарушается пропорцио-
нальность скорости удаления расстоянию. Также, по-ви-
димому, нельзя категорически утверждать, что расширение
всюду совершенно однородно. Коэффициент возраста-
ния скорости — 172 км/сек на каждый миллион световых
лет — является статистически средним для наблюдаемых
галактик. Нет также никаких оснований говорить, как это
делает Хойль, что на некотором расстоянии галактики «исче-
зают за горизонтом видимости» и о них мы никогда ничего
не можем узнать. Если бы даже скорости удаления были
близки к скорости света, все.равно электромагнитное из-
лучение смогло бы дойти до нашей области пространства.
Согласно важнейшему принципу теории относительности,
скорость любого тела не может быть больше скорости света,
а последняя не зависит от скорости излучающего источни-
ка. Что же касается смещения в область невидимой части
спектра, то она действительно имела бы место, но это не
исключало бы возможность ее измерения методами физики
инфракрасных лучей или радиоастрономии.
Далее, имеются некоторые факты, которые косвенно го-
ворят в пользу идеи расширения Метагалактики. Возраст
196
Земли и метеоритов, определяемый методом радиоактивного
распада, близок к 5 миллиардам лет, и возможно, что боль-
шая часть этих элементов не могла образоваться значительно
позднее этого срока. По-видимому, имеется какая-то гене-
тическая связь между эволюцией вещества внутри галак-
тик и их разбеганием. Наконец, большое количество двой-
ных звезд, которые не могли быть захвачены случайно при
существующем распределении вещества, гово!рит о том, что
когда-то вещество окружающей области вселенной находи-
лось в более плотном состоянии.
Иногда против идеи расширения Метагалактики приво-
дят то возражение, что, по некоторым определениям, от-
дельные звездные скопления имеют возраст 1012—1014 лет,
что намного больше предполагаемого возраста Метагалак-
тики, связанного с началом ее расширения. Однако это воз-
ражение нельзя считать убедительным, поскольку -теория
эволюции звезд, как замечал еще Эйнштейн, «основывает-
ся на менее прочном фундаменте, чем уравнения полял> \
из которых следует вывод о расширении.
Если мы примем, что расширение Метагалактики дейст-
вительно имеет место и началось 5—7 миллиардов лет на-
зад, то из этого логически следует, что расширению должно
было предшествовать состояние сжатия вещества, которое
в пограничных областях выглядело, как расширение. Воз-
можно также, что наблюдаемое сейчас расширение вызывает
сжатие в соседних с Метагалактикой областях, где можно
было бы зарегистрировать синее или фиолетовое смещение
спектральных линий галактик.
В литературе, неоднократно высказывались гипотезы
о возможных причинах расширения Метагалактики. Сжа-
тие в прошлом должно было со временем привести к огром-
ным температурам порядка 1010—1012 градусов и давлениям
в миллиарды атмосфер, в результате чего возникла интенсив-
ная термоядерная реакция в большом объеме. Это привело к
гигантскому взрыву, и те слои вещества, которые находи-
лись во внешней сфере, получили и соответственно большее
ускорение. Затем разлетающееся вещество сконденсирова-
лось в звезды и галактики.
Сейчас еще нет достаточных оснований для того, чтобы
определенно сказать, происходил ли в действительности
1 А. Эйнштейн, Сущность теории относительности, стр. 115.
197
подобный процесс, но вряд ли можно возражать против того,
что противоположные процессы концентрации и рассеяния
материи, сжатия и расширения являются общей закономер-
ностью развития во вселенной. Возможно, что и наблюдае-
мое расширение Метагалактики явилось результатом пред-
шествующего сжатия космических систем безотносительно к
тому, каковы его причины. Вселенная существует как
единство противоположностей, взаимодействие и переход
которых друг в друга составляют сущность ее вечного
изменения. Поэтому имеется нечто притягательное в гипо-
тезе о том, что в различных областях бесконечной вселен-
ной через определенные промежутки времени, огромные по
земным масштабам, происходит колоссальная концентра-
ция материи и энергии, в результате которой природа, по-
добно сказочному фениксу, каждый раз вновь возрождает-
ся из своего пепла.
Легко понять, что концепция динамической вселенной
исключает представление о замкнутости и пространственной
ограниченности мира. Нельзя также говорить о положитель-
ной кривизне всего окружающего пространства. Из урав-
нений тяготения следует, что для того, чтобы пространство
в масштабе космоса обладало положительной кривизной,
средняя плотность материи в нем должна быть больше, чем
6-10“28 е/бш3. Если плотность jбудет меньше, то кривизна
пространства будет отрицательной. До недавнего времени
полагали, что средняя плотность вещества в Метагалактике
близка к 6- 10-28е/сж3. Однако более точное определение рас-
стояний до галактик показало, что они в среднем отстоят в
два раза дальше, чем принималось ранее. С учетом новых
данных о размерах видимой области и массы всех имею-
щихся в ней галактик средняя плотность вещества полу-
чается равной примерно 4-10”29 г/см3, что приводит к прост-
ранству отрицательной кривизны \ Пространство отри-
цательной кривизны будет истинно бесконечным, без каких-
либо ограничений. Метрические свойства такого простран-
ства в общем виде были предсказаны еще в теориях Лоба-
чевского и Фридмана.
Следует, однако, подчеркнуть, что выводы из теорий
Фридмана и Лобачевского неправильно было бы экстрапо-
лировать на всю бесконечную вселенную, ибо эти теории,
1 См. В. А. Фок, Теория пространства, времени и тяготения, Гос-
техиздат, 1955, стр. 463.
198
как и всякие другие, имеют ограниченную область приме-
нимости. Несомненно, что с переходом ко все более обшир-
ным областям пространства современные теории должны
уступить место более общим концепциям, подобно тому как
теория относительности оказалась более общей, чем ньюто-
новская теория, и заменила ее в объяснении соответствую-
щих процессов.
Границы применимости ньютоновской теории тяготе-
ния к объяснению вселенной можно связать с так называе-
мым гравитационным радиусом системы. Гравитационный
радиус представляет собой меру массы покоя системы, вы-
раженную в единицах длины:
с2 ’
где G — постоянная тяготения;
М — масса тела;
с — скорость света.
Для тел, масса которых сравнительно невелика в косми-
ческих масштабах, гравитационный радиус во много раз
меньше обычного геометрического радиуса. Так, для Зем-
ли он равен всего лишь 5 мм, для Солнца — 1,5 км, для Га-
лактики — 0,015 светового года. Однако по мере возраста-
ния массы системы, ее гравитационный радиус становит-
ся сравнимым с геометрическим.
В тех областях, где гравитационный радиус сравним с
геометрическим, законы ньютоновской механики стано-
вятся уже неприменимы. При дальнейшем увеличении рас-
стояний и масс систем, по-видимому, должна выявиться и
ограниченность законов теории относительности.
Все это еще раз говорит о неисчерпаемости вселенной
вопреки всем утверждениям о ее тождественности и одно-
родности.
Рассмотренные положения представляют основу для уст-
ранения упоминавшегося выше гравитационного парадокса.
Гравитационный парадокс возникает в предположении, что
ньютоновская теория тяготения применима ко всей вселен-
ной и для сколь угодно больших расстояний. Однако это
нельзя считать правильным, так как, начиная с некоторых
расстояний, вступают в силу качественно иные закономер-
ности, которые исключают бесконечные значения гравита-
ционных потенциалов.
Г л а в а III
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МАТЕРИИ ВО ВСЕЛЕННОЙ
§ 1. Сущность развития неорганической материи
Проблема развития материи непосредственно связана с
вопросом о бесконечности существования мира во времени.
Важно выяснить, связано ли это существование с некоторым
однонаправленным и необратимым изменением материи или
же оно происходит в виде вечных круговоротов, с возвратом
к исходным пунктам. Детальное решение этого вопроса в
настоящее время весьма затруднительно, поскольку имеет-
ся еще слишком мало конкретных данных о характере раз-
вития материи во вселенной. Эволюция в неорганической
природе происходит необычайно медленно, коренные каче-
ственные изменения здесь совершаются, как правило, лишь
за огромные промежутки времени. Поэтому непосредствен-
ные наблюдения показывают не общий процесс развития,
а «моментальные состояния» разнородных объектов. Судить
об общей закономерности развития в данном случае равно-
сильно тому, чтобы определять содержание кинокартины по
нескольким случайно вырванным кадрам. Тем не менее
иногда и отдельные кадры дают представление об отдельных
звеньях процесса. Правда, в астрономии эти кадры относят-
ся не к одному объекту, а к разным. Но, полагая, что зако-
номерности развития едины, можно в отдельном видеть про-
явление всеобщего, подобно тому как, наблюдая различные
деревья в лесу, можно составить общее представление о
развитии дерева в целом. Задача заключается лишь в том,
чтобы не связывать в одну цепь те факты, которые в действи-
тельности характеризуют этапы развития совершенно раз-
нородных объектов.Решение этой задачи будет тем успешнее,
чем более общие закономерности развития будут рас-
200
сматриваться. В случае наиболее общих законов определен-
ные выводы можно сделать уже сейчас.
Развитие, как и движение, является всеобщей законо-
мерностью материи. В каком бы состоянии материя ни на-
ходилась — в виде ли раскаленной туманности или в виде
звезд, планет и меньших тел,— она всегда претерпевает
внутреннее изменение, которое обусловливает развитие раз-
личных систем.
Но, наблюдая различные изменения, мы можем видеть,
что они не всегда представляют собой непосредственно про-
цесс развития. Понятие движения, изменения шире, чем по-
нятие развития. Развитие представляет собой главным об-
разом прогрессивное и закономерное движение по восходя-
щей линии, от простого к сложному, от низшего к высшему.
Изменения, которые являются регрессивными и происхо-
дят по нисходящей линии, с последующим распадом данной
системы и ее превращением в другие формы нельзя отнести
к развитию, по крайней мере для данной системы. По отно-
шению к другим системам эти изменения могут служить
предпосылкой или условием их развития, но для данной
системы они характеризуют фазу ее угасания и уничтоже-
ния как данного качества. Следовательно, движение как
форма бытия материи имеет восходящую и нисходящую
ветвь. Восходящая ветвь представляет собой процесс раз-
вития, нисходящая характеризует деградацию и угасание.
В дальнейшем мы подробно остановимся на взаимоотно-
шении между двумя этими тенденциями. Сейчас же рассмот-
рим, что собой представляет восходящая ветвь и в чем мож-
но видеть критерий развития.
В материальном мире существуют три большие группы
явлений, которые качественно различаются между собой:
1) общественные явления; 2) явления биологического ха-
рактера в живой природе; 3) явления неорганической при-
роды. В каждой из этих групп господствуют свои специфи-
ческие закономерности, соответственно чему различаются
также и критерии прогресса.
В обществе развитие связано с переходом ко все более вы-
сокому уровню производительных сил, к новому типу произ-
водственных отношений, наиболее соответствующему произ-
водительным силам, а также интересам народных масс, с до-
стижением все более высокого материального и культурного
уровня жизни трудящихся, с усовершенствованием средств
научного и художественного познания действительности.
8 С. T. Ме-тюхин
201
В живой природе развитие выступает как закономерное
усложнение функций изменяющихся видов, направленное
на наилучшее приспособление организмов к условиям су-
ществования, а также на всестороннее и дифференцирован-
ное отражение ими окружающего мира. Так, в животном
мире на более высокой стадии развития будут находиться те
виды, которые обладают более совершенной нервной систе-
мой, способны всесторонне и дифференцированно отражать
различные внешние воздействия и которые соответственно
наилучшим образом приспособились к условиям своего су-
ществования. Развитие в животном мире связано с усовер-
шенствованием способности отражения. На основе свойства
отражения, присущего всей материи, с появлением жизни
возникает свойство раздражимости, а с возникновением ор-
ганизмов, обладающих нервной системой,— способность
к ощущениям. Высшим продуктом развития материи явля-
ется человеческий мозг, способный всесторонне отражать
действительность как в чувственных образах, так и в аб-
страктных понятиях.
В неорганической природе формы развития и критерии
его уже совершенно иные. Прежде всего, понятие прогрес-
са, столь очевидное в обществе и даже в живой природе,
здесь становится весьма неопределенным. Наблюдая раз-
личные превращения материи — переход диффузного веще-
ства в звезды и обратно, превращения одних элементар-
ных частиц в другие и т. д.,— трудно сказать, какая из рас-
сматриваемых форм является более прогрессивной. К по-
давляющему большинству превращений в неорганической
природе понятие прогресса вообще неприменимо. Оно мо-
жет употребляться, по-видимому, лишь в отношении тех
форм развития неорганического мира, которые связаны
с переходом от неживого вещества к живому, то есть с
возникновением жизни. Что же касается самого факта
развития неорганической материи, то он не подлежит
сомнению. Возникновение и развитие живого вещества
было бы невозможно, если бы в самом фундаменте
здания материи не была заложена неугасающая тен-
денция к саморазвитию, к самопроизвольному образованию
более сложных форм материи и движения из менее сложных.
Эта тенденция присуща как микрочастицам, так и различ-
ным макроскопическим телам. Важно лишь выяснить, в
каких формах она проявляется.
Развитие в природе выступает как переход от низшего к
202
высшему, который в большинстве случаев совпадает с пере-
ходом‘от простого к сложному. Понятия простого и низше-
го, сложного и высшего весьма близки друг к другу, хотя
отождествлять их во всех случаях было бы неправильно. Эти
понятия имеют не абсолютное, а относительное значение.
Всякое простое является простым лишь по отношению к'
чему-либо более сложному, а не само по себе. Точно так же
всякое низшее имеет смысл лишь по отношению к чему-
либо более высокому и сложному. Абсолютно простых тел в
природе не существует, как и абсолютно сложных. Природа
вечна во времени, и поэтому всякий материальный объект
является результатом предшествующего бесконечного из-
менения материи и в то же время исходным пунктом для
последующего бесконечного изменения. В масштабе вечно-
сти невозможно определить, какое тело является простым,
а какое — сложным. Для того чтобы это сделать, необходи-
мо выделить из вечности какой-то отрезок времени и рас-
сматривать процессы в ограниченной области пространства.
В таком случае сложной можно назвать такую материальную
систему, которая в принципе может распасться на свои со-
ставные элементы или же возникнуть из них в процессе ис-
торического развития. Эти составные элементы будут бо-
лее простыми по отношению к данной системе. Степень слож-
ности является производной от генетической связи тел.
Так, макроскопические тела будут более сложными, чем
микрочастицы, поскольку они содержат в себе в преобра-
зованном виде формы движения микрочастиц и к тому же об-
ладают ещетакими свойствами, которые не присущи каждой
частице в отдельности. Сравнивая объекты по однородным
составным элементам или по сходным свойствам, можно оп-
ределить степень сложности почти всех известных тел. Иск-
лючение представляют лишь элементарные частицы и поля,
поскольку неизвестны их структура и те материальные объек-
ты, которые могут им предшествовать в историческом раз-
витии материи. Здесь можно лишь высказывать предполо-
жения о степени сложности, которая, как было отмечено вы-
ше, возможно, связана с величиной собственной энергии
частиц.
В определении степени сложности следует различать
объективную степень сложности и ту, которая проявляется
в плане теории познания. Если какое-либо тело нам пред-
ставляется при его познании значительно более сложным,
чем другое, то это еще не означает, что оно и объективно
8*
203
должно быть сложнее его. Так, например, атомы и элемен-
тарные частицы нам кажутся значительно более сложными
объектами, чем макроскопические тела. Но это не значит,
что и в плане исторического развития материи микрочасти-
цы сложнее макроскопических тел. Кажущаяся простота
последних объясняется тем, что мы познаем в них далеко не
все свойства, а лишь те, которые нам привычны или пред-
ставляются наиболее важными. Привыкая к окружающим
нас телам, мы перестаем задумываться над скрытой сторо-
ной явлений. Но если мы преодолеем силу привычки и попы-
таемся перейти от внешней стороны к исследованию внутрен-
ней сущности данных материальных объектов, к определе-
нию физико-химической природы их свойств, то эти тела
предстанут перед нами далеко не такими простыми. Для их
всестороннего объяснения нам придется привлечь резуль-
таты атомной теории и раскрыть особенности связей микро-
частиц в данном теле. Если эта задача будет выполнена
хотя бы частично, их свойства покажутся не менее сложны-
ми, чем свойства микрообъектов.
Следует подчеркнуть, что ход познания далеко не всегда
совпадает с ходом исторического развития явлений.
Эволюция в окружающей нас области мира за последние
миллиарды лет происходила по линии усложнения материи
от элементарных частиц к атомам, затем к молекулам и
макроскопическим телам. Между тем развитие познания
материи шло как раз в обратном направлении: сначала были
в общих чертах объяснены свойства макроскопических тел,
затем наука перешла к исследованию молекул и атомов
и лишь недавно — к элементарным частицам. Таким обра-
зом, логическое далеко не всегда может совпадать с истори-
ческим, и таковое совпадение не является непреложным за-
коном.
В доступном современным измерениям мире известны
две наиболее простые и наиболее сложные формы материи:
к первой относятся элементарные частицы и поля, ко вто-
рой — человеческий мозг, представляющий собой продукт
длительного исторического развития материи. Примем эле-
ментарные частицы в качестве исходного «нуль-пункта»
воображаемой шкалы развития материи, а мозг — в каче-
стве конечного продукта развития. Тогда различные соеди-
нения материи расположатся в виде длинной генетической
лестницы. На более высоких ее ступенях будут находиться
те материальные объекты, которые обладают большим мно-
204
гообразием связей и взаимодействий, а соответственно
характеризуются и более сложными формами движения. Раз-
витие будет происходить в порядке перехода от элементар-
ных частиц к атомам, затем к молекулам различной слож-
ности, макроскопическим телам и живому веществу. Следо-
вательно, развитие выступает как усложнение связей и
взаимодействий микрочастиц, а также тех форм материи,
которые возникают на их основе. В этом процессе количест-
венные и качественные изменения находятся в органическом
единстве. Количественное увеличение микрочастиц в соста-
ве молекул и возникновение между ними новых связей ведет
к коренным качественным преобразованиям в структуре
молекул и к образованию новых химических соединений.
Поэтому степень сложности материальных объектов опре-
деляется не только их количественными признаками, но
прежде всего качественной стороной, характером соответ-
ствующих форм движения. Например, объединение микро-
частиц может привести к образованию тела, масса которого
в миллионы раз будет превосходить массу человеческого
мозга, но это не значит, что оно будет сложнее его.
В любом неорганическом теле, как бы велика ни была
его масса, имеются лишь относительно простые формы дви-
жения. Вещество этого тела состоит из сравнительно неслож-
ных молекул. В отличие от этого живое вещество, а тем
более человеческий мозг образованы из белковых молекул,
насчитывающих в своем составе миллионы атомов. Связи и
взаимодействия между микрочастицами в этих молекулах
неизмеримо сложнее и многообразнее, чем в простейших
молекулах неорганических веществ. Следует также учиты-
вать многообразные связи между самими молекулами живого
вещества, его клетками и т. д. В результате действия всех
этих связей возникают высшие формы движения, которые
хотя и включают в себя в преобразованном виде относитель-
но более простые формы движения микрочастиц, но тем не
менее качественно отличаются от них.
Однако не все возникающие формы движения макроско-
пических тел будут сложнее форм движения микрочастиц.
Если взять пространственное перемещение, то в случае ма-
кроскопических тел оно не будет более сложным, чем в слу-
чае микрочастиц. Скорее, наоборот, движение микрочастиц
в пространстве значительно сложнее, чем движение макро-
скопических тел. Эта большая сложность находит свое отра-
жение в теории: движение микрочастиц описывается урав-
205
нениями квантовой механики, которые включают в себя как
частный случай уравнения классической механики, характе-
ризующие пространственное перемещение макроскопиче-
ских тел. Зато в отношении других форм движения макро-
скопические тела могут быть более сложными объектами,
чем микрочастицы.
Итак, в целом развитие неорганической материи пред-
ставляет собой усложнение связей и форм движения соот-
ветствующих материальных объектов, и в самом процессе
усложнения связей и форм движения можно видеть наи-
более общий объективный критерий развития неорганиче-
ской материи.
Тенденция к усложнению является важнейшим свой-
ством материальных объектов. Корни этой тенденции
уходят в неисчерпаемую структуру материи. Элементар-
ные частицы, атомы, молекулы, кристаллы и т. д.—
это качественные «узлы», которые возникают в процессе
ее неугасающего саморазвития. Сейчас еще не выяс-
нено, относится ли эта закономерность к самим элементар-
ным частицам, поскольку неизвестны те формы материи, из
которых они состоят. Но вполне возможно, что в различных
областях бесконечной вселенной происходят процессы, свя-
занные с образованием электронов, протонов, нейтронов и
др., наподобие известных процессов перехода излучения в
вещество. Это, конечно, нельзя относить ко всей вселенной
и считать, что будто было такое время, когда во вселенной
не существовало элементарных частиц, а затем они
возникли в процессе развития материи. Вселенная бес-
конечна, и поэтому отсутствие данных форм материи в од-
ной области не означает отсутствия их в других обла-
стях.
Что касается атомов и молекул, то их историческое воз-
никновение уже сейчас не может подлежать сомнению. В
недрах звезд происходят реакции синтеза элементов из во-
дорода и гелия, а в особых условиях возникают тяжелые
элементы. Образование простейших молекул начинается
уже в атмосферах звезд, а при низких температурах, имею-
щихся на планетах, происходят реакции окисления, обра-
зуются различные соединения углерода и кислорода с дру-
гими элементами, пока не возникают белковые тела и жизнь.
Энгельс указывал, что материя «приходит к развитию мы-
слящих существ в силу самой своей природы, а потому это
с необходимостью и происходит во всех тех случаях, когда
206
имеются налицо соответствующие условия (не обязательно
везде и всегда одни и те же)» ’.
Внутренним содержанием развития является борьба
противоположностей. В области неорганической природы
эта борьба выступает в виде взаимодействия противополож-
ных сил и тенденций. Наиболее существенными силами та-
кого рода являются притяжение и отталкивание в их раз-
личных формах. Единство , притяжения и отталкивания
обусловливает устойчивость и внутренние изменения всех
материальных систем. Оно лежит в основе вечного процес-
са рассеяния материи в пространстве и обратной ее кон-
центрации, дающей начало новому циклу развития. Нельзя
сказать, что взаимодействие притяжения и отталкивания яв-
ляется причиной развития; оно характеризует внутреннее
содержание развития. Понятия причины и следствия здесь
неприменимы, поскольку с равным правом можно сказать,
что развитие вызывает действие противоположных сил. Эту
неразрывную связь между действием противоположных сил
и развитием и выражает известное положение В. И. Ленина:
«развитие есть борьба противоположностей».
Помимо общих законов диалектики: закона взаимного
перехода количественных и качественных изменений, зако-
на единства и борьбы противоположностей и закона отри-
цания отрицания — развитие материи подчиняется также
другим общим закономерностям. Одну из них можно сформу-
лировать следующим образом: чем более сложной и высоко-
организованной является данная форма материи и движе-
ния, тем относительно быстрее темпы ее развития и качест-
венных преобразований. Известно, что в области неоргани-
ческой природы развитие происходит необычайно медленно,
коренные качественные изменения в состоянии космических
систем происходят, как правило, за периоды в десятки и сот-
ни миллионов лет. Живая материя развивается уже значи-
тельно быстрее. В течение миллиарда лет существования
жизни на Земле сменилось огромное количество растений и
животных, возникли сотни тысяч новых видов. Весьма бы-
стро — в биологическом смысле — произошла эволюция
человека, которая осуществилась в течение последних не-
скольких сот тысяч лет. Таким образом, темпы развития
убыстряются по мере возникновения более сложных и совер-
шенных форм. Эта закономерность применима не только к
1 Ф. Энгельс, Диалектика природы, стр. 164.
207
природе, но и к обществу. Здесь также наблюдается убы-
стрение темпов развития с переходом ог одной формации к
другой, более высокой. Для того, чтобы убедиться в этом,
достаточно сравнить периоды существования первобытно-
общинной, рабовладельческой, феодальной, капиталисти-
ческой и социалистической формаций, а также объем их
важнейших материальных и культурных достижений. За
последние сто лет наука и производство добились в покоре-
нии природы больших результатов, чем за всю предшеству-
ющую историю человечества. Что же касается перспектив
прогресса в будущем, то здесь даже самая смелая научная
фантастика оказывается очень быстро превзойденной реаль-
ными достижениями.
Если рассматриваемую закономерность сформулировать
в обратном смысле, то можно сказать, что темпы развития
замедляются с переходом к относительно менее сложным
формам материи и движения. Так, например, в облаке
диффузного космического вещества, состоящего из водорода
и гелия и имеющего очень малую плотность, вероятность
образования молекул будет очень мала. Подавляющее боль-
шинство столкновений микрочастиц будет упругим, а вза-
имодействия — обратимыми. Пройдет очень много времени,
прежде чем это облако превратится под действием внутрен-
них сил в более плотное образование, которое в свою оче-
редь может явиться материалом для возникновения звезд.
Что же касается сложных молекулярных соединений, то
они в таких условиях вообще не могут возникнуть.
Замедление темпов развития обусловлено не только
упрощением структурной организации материи, но и харак-
тером ее пространственного распределения: чем больше
размеры или чем выше порядок данной материальной
системы, тем медленнее темпы ее изменения и развития.
Если взять простое изменение, то замедление его с воз-
растанием порядка систем будет совершенно очевидным: в
атоме электрон совершает оборот вокруг ядра примерно
за 10“17 сек., Земля обращается вокруг Солнца за год, Солн-
це вокруг центра Галактики — за 190 миллионов лет, а ме-
тагалактический «год» для нашей звездной системы должен
быть еще большим.
Процесс развития связан с коренными качественными из-
менениями, и легко предвидеть, что такие изменения будут
замедляться с возрастанием порядка систем. Подобная за-
висимость совершенно естественна — она определяется ха-
208
рактером физических взаимодействий тел. С увеличением
расстояний требуется все большее время для передачи энер-
гии от одних тел к другим. В силу конечности скорости рас-
пространения взаимодействий изменение состояния какой-
либо системы не вызывает сразу изменения состояния дру-
гой системы. Последняя отражает в себе данное изменение
лишь через определенное время, тем большее, чем значитель-
нее размеры системы. С увеличением расстояния уменьшит-
ся также и сила воздействия на систему. Результатом всех
этих факторов будет общее замедление темпов изменения и
развития с переходом ко все большим системам. Для всей
вселенной, в которой силы взаимодействия между бесконеч-
но удаленными телами являются бесконечно малыми, общее
изменение в ограниченное время также будет бесконечно
малым. Но поскольку вселенная существует вечно, то в
масштабе вечности эти изменения будут сколь угодно боль-
шими, хотя и неопределенными.
Закономерности, связывающие темпы развития со сте-
пенью сложности и пространственного распределения ве-
щества, характеризуют процесс развития систем главным об-
разом с количественной стороны. Но существуют более
глубокие закономерности, которые выражают качественные
стороны развития. Если проанализировать химический со-
став вещества в доступной наблюдениям области мира, то
окажется, что из всех элементов, которые составляют
звезды и туманности, около 99% приходится на долю водо-
рода и гелия, тогда как на остальные элементы приходится
около 1 % массы всего вещества. Правда, химический со-
став Земли и планет несколько иной: земная кора на 86%
состоит из кислорода, кремния, алюминия и железа. Но это
различие объясняется особенностями космогонического раз-
вития Земли, в ходе которого легкие элементы — водород
и гелий — улетучились в пространство. Массивные планеты,
вроде Юпитера, обладающие достаточной силой притяже-
ния и гораздо более удаленные от Солнца, смогли удер-
жать легкие элементы, и их химический состав приближает-
ся к составу Солнца и звезд.
Что же касается сложных молекул и белковых тел, то
их масса в масштабе космоса составляет ничтожную вели-
чину. На Земле масса живого вещества (в основном рас-
тений) составляет примерно 10“8 массы всей планеты.
В масштабе Галактики отношение массы живого вещества
к массе всех тел будет еще меньше.
209
А. И. Опарин и В. Г. Фесенков считают1, что из каж-
дого миллиона звезд в Галактике только у одной можно
обнаружить планету, на которой возможна жизнь; на
150 миллиардов звезд Галактики таких планет будет
150 000. Полагая, что их массы в среднем не слишком
отличаются от массы Земли и что количество живого ве-
щества на них может быть то же, получаем массу живого
вещества в Галактике 1016 т. По отношению к массе
Галактики, равной 2,5-10 8 т, эта величина составляет
примерно 4-Ю’21. Таким образом, наиболее распростра-
ненное состояние материи во вселенной—это ее простей-
шие формы, тогда как высокоорганизованные структуры
являются относительно редким явлением, хотя с принци-
пиальной стороны несомненно, что в мире существует бес-
численное множество обитаемых миров.
Такой характер распространенности и химических со-
единений указывает на определенную закономерность, ко-
торую можно сформулировать таким образом: относитель-
ное содержание каких-либо сложных форм материи и дви-
жения в данной системе тем меньше, чем выше степень их
сложности. По мере возрастания степени сложности и по-
рядка систем кривая распространенности сложного веще-
ства будет асимптотически стремиться к нулю. Это значит,
что в общем бытии материи в рамках данной системы
вероятность образования каких-либо совершенных струк-
тур тем меньше, чем выше степень их сложности и со-
вершенства. Следует заметить, что даже в индивидуаль-
ном духовном или физическом развитии человека вероят-
ность достижения какого-либо совершенства в познании
природы, в художественном творчестве или в спортивных
рекордах будет тем меньше, чем выше степень этого со-
вершенства. Но то, что недостижимо для одного человека в
различных областях духовной и производственной деятель-
ности, может быть достижимо для всего общества в целом.
Поэтому темпы развития общества не замедляются, а убы-
стряются с историческим прогрессом.
В качестве важной особенности процесса развития сле-
дует также отметить, что развитие не идет всюду только по
одному какому-либо пути, а является многоплановым. Фор-
мы и результаты развития могут также качественно отли-
1 См. А. И. Опарин и В. Г. Фесенков, Жизнь во вселенной,
АН СССР, 1956, стр. 222.
210
чаться между собой для различных материальных систем.
Эволюция материи от элементарных частиц до живого ве-
щества и человеческого мозга имела место на нашей плане-
те и в принципе возможна на других планетах, где имеются
для этого соответствующие условия. Однако если физико-
химические условия существования материи иные, как это
имеется, например, на звездах, то и развитие материи будет
протекать здесь в совершенно других формах. Общая зако-
номерность — усложнение связей и форм движения — дей •
ствует и здесь, но она приводит к качественно иным резуль-
татам, не похожим на те, которые возникли на Земле.
§ 2.	Развитие космических объектов
Основная часть вещества в окружающем нас мире сосре-
доточена в звездах и газо-пылевых туманностях, состоящих
главным образом из водорода и гелия, небольшой примеси
других легких элементов и простейших соединений типа
CH, NH, Н2О. Средняя плотность диффузного вещества в
Галактике составляет 2-10“23 г/см?, то есть несколько атомов
на 1 кубический сантиметр пространства. Однако размеры
диффузных туманностей необычайно велики, и их общая
масса примерно равна массе всех звезд в Галактике. Этот
факт указывает на постоянный кругооборот вещества
звезд и туманностей, то есть как на возникновение туман-
ностей из вещества, рассеянного звездами, так и на обратное
формирование звезд из диффузного вещества. Факт про-
должающегося образования звезд в настоящее время уста-
новлен с несомненностью, хотя имеются различные точки
зрения на процесс образования и на физическую природу
«исходного материала».
В. А. Амбарцумян, открывший звездные ассоциации —
предполагаемые скопления возникших недавно звезд,—
считает, что звезды образуются из неизвестного современ-
ной физике вещества, обладающего сверхвысокой плотно-
стью1. Эти сверхплотные тела имеют массы, во много раз
превышающие массы звезд. На некотором этапе своего су-
ществования они взрываются, в результате чего образуются
звезды и туманности. Против этой точки зрения выдвига-
1 См. Сборник докладов «Ядерные процессы в звездах», Издатель-
ство иностранной литературы, 1957, стр. 229—230.
211
к)тся очень серьезные возражения. Прежде всего, ниотку-
да не следует, что необходимо отбросить возможность воз-
никновения звезд из известных в настоящее время видов
материи. При таком подходе все попытки объяснить воз-
никновение звезд из известных видов материи заранее
объявляются неверными, что по существу закрывает пути
для решения данной проблемы. Далее, современная теория
указывает, что невозможно существование тел, которые
имели бы сверхвысокую плотность и массу, во много раз
большую плотности и массы звезд, и в то же время обла-
дали бы низкой температурой. В недрах таких тел должны
быть огромные давления и температуры, которые приведут
к развитию интенсивных термоядерных реакций. Итак,
тела такой массы будут обладать высокой температурой и
распадутся на отдельные образования.
В настоящее время большинство ученых полагает, что
звезды формируются из диффузной газопылевой материи.
Мы будем исходить именно из этой гипотезы.
Предположим, что имеется некоторое диффузное облако
больших размеров с массой порядка 1000 солнечных масс.
Расчеты показывают, что если температура газа равна
80—100° К, а плотность соответствует 20—30 атомам на
1 см3, то облако такого газа будет устойчиво против действия
внешних сил и начнет сжиматься под влиянием сил тяготе-
ния. С увеличением плотности до 10”20 г/см3 в диффузном об-
лаке начнут возникать тела размерами с астероиды, которые
станут центрами гравитационной конденсации вещества и
будут постепенно увеличиваться в размерах. По мере роста
массы этих тел гравитационная конденсация будет проте-
кать все быстрее, и это приведет к увеличению температуры
внутри тел. Возрастание температуры и давления представ-
ляет собой необходимое условие для возникновения термо-
ядерных реакций. Самое большое давление, которое атомы
выдерживают, не разрушаясь, составляет примерно
107 кг!см2. При большем давлении электронные оболочки бу-
дут «раздавлены». С дальнейшим возрастанием давления на-
чнется сближение атомных ядер. Когда масса тела достиг-
нет критического значения, равного примерно 1/20 массы
Солнца \ давление и температура будут настолько больши-
ми, что возможны будут сближения атомных ядер до обла-
1 См. В. Г. Фесенков, Происхождение и развитие небесных тел по
современным данным, АН СССР, 1953, стр. 14.
212
сти действия ядерных сил. В результате этого нуклоны всту-
пят в непосредственное взаимодействие и начнутся термоя-
дерные реакции. При этом будет выделяться такое большое
количество энергии, что относительно холодное тело пре-
вратится в интенсивно излучающую звезду.
Мы сталкиваемся здесь с ярким примером перехода ко-
личественных изменений в качественные: количественное
увеличение массы тела ведет к коренному качественному
изменению его состояния. Энергия гравитационного сжа-
тия превращается здесь в теплоту, а затем приводит к воз-
никновению термоядерных реакций. В этом можно видеть
неразрывное единство между гравитационным, электромаг-
нитным и ядерным полями, а также возможность взаим-
ного превращения энергии этих полей.
Возникающие звезды могут обладать самыми раз-
личными массами, но их значения будут в пределах
1/20—200 солнечных масс. Тело меньшей массы уже не
будет звездой, так как в нем не возникнут термоядерные
реакции, а скорее будет походить на планету. С другой
стороны, в звезде с массой, большей, чем несколько сот
солнечных масс, возникнут столь интенсивные термоядер-
ные реакции, что силы тяготения не смогут удержать в
равновесии вещество данной звезды, и она распадется на
несколько образований меньших размеров. Возможно, что
таким образом возникают наблюдаемые группы звезд.
В первичной «протозвезде» с массой в несколько сот
или тысяч солнечных масс создается столь мощное
давление излучения, что происходит развал протозвезды
на ряд тел меньшей массы, которые затем превращаются
в звезды.
На образование звезд идет сравнительно небольшая часть
вещества первоначальной туманности, остальное же веще-
ство рассеивается давлением излучения возникших звезд,
с тем чтобы включиться в новый цикл развития в другом
месте и в другое время. Концентрация диффузного веще-
ства в туманности происходит за сотни миллионов, а
может быть и миллиарды лет. Однако по мере уплотнения
туманности ее эволюция убыстряется. Когда же созда-
ются условия для возникновения звезд, то весь процесс
образования звезды протекает в относительно короткое
время — порядка миллиона лет. Однако непосредственно
наблюдать этот процесс еще не удалось, поскольку пока
звезды не образовались, их не видно, когда же они
213
становятся видимыми, процесс образования уже закон-
чился.
Советский астроном В. А. Амбарцумян и его сотрудни-
ки выявили на небе группы звезд, названные ими звездны-
ми ассоциациями, возраст которых не превышает несколь-
ких миллионов лет. По космическим масштабам это совсем
«молодые» звезды, поскольку их «возраст» намного меньше
«возраста» Галактики.
В настоящее время распространено мнение, что звезды
образуются из глобул — сферических темных масс диф-
фузной материи, которые отчетливо можно видеть на фоне
некоторых светлых диффузных туманностей.
Таким образом, данные наблюдений говорят в пользу
того, что процесс возникновения звезд продолжается в
Галактике и в настоящее время. Несомненно, что это отно-
сится также и к другим галактикам.
Какова дальнейшая эволюция звезд? С начала своего
жизненного цикла звезда интенсивно излучает энергию.
Эта энергия уносится различными элементарными частицами
и полями, а также целыми облаками газов, которые выбра-
сываются из недр звезды в результате различных бурных
процессов. Вследствие этого постоянно уменьшается масса
звезды, изменяется ее химический состав, а соответственно и
спектральные характеристики. В настоящее время все звезды
подразделяются на несколько спектральных классов, кото-
рые обозначаются буквами О — В — А — F — Q — К —М.
Эта последовательность характеризует непрерывное из-
менение в спектрах интенсивностей линий различных эле-
ментов, что зависит главным образом от температуры звезд.
У звезд раннего спектрального класса О, В, A, F она состав-
ляет 70 000—10 000°, у звезд позднего спектрального клас-
са — G, К, М — 6000—3000°. Наше Солнце принадлежит
к спектральному классу Q и имеет поверхностную темпера-
туру около 6000°.
Существует тесная связь между массой звезды и ее све-
тимостью; светимость пропорциональна массе в степени 3,9.
Это значит, что с ростом массы звезды ее светимость увели-
чивается весьма значительно.
В настоящее время считается, что значительная часть
всех наблюдаемых звезд эволюционирует от спектральных
классов О и В к классам К и М с соответствующим по-
нижением массы и светимости. Правда, масса изменяется
в значительно меньшей степени, чем светимость и темпера-
214
тура, так как, несмотря на огромное количество излучаемой
энергии, общая убыль массы т относительно невелика.
Каково конечное состояние звезд в их эволюции и суще-
ствуют ли остывшие звезды? Если считать, что большинство
звезд заканчивают свою эволюцию в виде красных карли-
ков, то в таком состоянии они могут существовать еще очень
долго, так как расходуют относительно мало энергии. Со
временем они должны остыть, но это произойдет лишь
после того, ка*< их масса уменьшится ниже критического
значения, при котором прекращаются термоядерные реак-
ции. Следовательно, остывших звезд, обладающих достаточ-
но большой массой, в природе существовать не может.
Если и существуют остывшие тела, то они по своей массе
скорее приближаются к планетам, чем к звездам.
Развитие звезд происходит не только как чисто эволю-
ционный процесс, но часто включает в себя также весьма
быстрые скачкообразные изменения состояния. Например,
так называемые новые звёзды большую часть времени
имеют постоянный блеск, но иногда внезапно вспыхивают.
В течение нескольких дней их светимость достигает мак-
симума, после чего происходит ослабление блеска и воз-
вращение звезды к прежнему состоянию.
Вспышки звезд иногда могут быть грандиозными по сво-
им масштабам и, возможно, вызывают существенные из-
менения в структуре звезды. Такими являются прежде
всего вспышки сверхновых звезд. Это такие звезды, кото-
рые внезапно увеличивают свою светимость в десятки мил-
лиардов раз, становясь сравнимыми по блеску со всеми
звездами галактики. В результате вспышки в простран-
ство выбрасывается в виде оболочки значительная часть
вещества звезды, а сама звезда, возможно, переходит в ка-
чественно иное состояние. Через несколько месяцев вспых-
нувшая звезда ослабевает.
Обоснованной теории вспышек сверхновых и новых
звезд еще не существует. Возможно, что их вспышки обу-
словлены термоядерными взрывами в недрах звезды, по-
скольку выделяющаяся энергия равносильна энергии взры-
ва водородной бомбы с массой, равной массе большой пла-
неты. Ни в каких других процессах, помимо мгновенных
ядерных реакций, не может сразу высвободиться такое
огромное количество энергии.
Каким образом все указанные превращения звезд свя-
215
заны с общим процессом развития материи и применим ли
здесь указанный выше критерий развития? Безусловно,
поскольку усложнение связей имеет место и в развитии
звезд. Усложнение можно проследить в двух аспектах:
во внешних связях звезд между собой и в их внутренних
связях. Первый аспект касается взаимодействия звезд в
рамках галактических систем, а также закономерностей
развития галактик, второй — изменения химического со-
става самой звезды в процессе ее эволюции. Рассмотрим сна-
чала некоторые вопросы эволюции галактик.
В настоящее время имеется ряд теоретических и наблю-
дательных данных в пользу развития галактик по схе-
ме, выдвинутой Вейцзекером. Первоначальной стадией
являются галактики неправильной формы. Из них возникают
спиральные галактики, имеющие ясно выраженную форму
вращения. И, наконец, третьей стадией являются эллип-
тические галактики, имеющие сфероидальную форму. Не-
правильные галактики состоят из значительных масс газо-
пылевой материи и из «молодых» звезд, излучающих боль-
шое количество энергии. Подобные звезды, существующие
и в нашей Галактике, относятся к так называемому «населе-
нию I» в отличие от «старых» звезд, которые составляют «на-
селение II». Представителей населения II в неправильных
галактиках не обнаружено. Спиральные галактики состоят
как из тех, так и из других звезд. Здесь имеются четко вы-
раженные сферические подсистемы, составляющие ядро, и
плоские подсистемы, образующие спиральные рукава га-
лактики. В эллиптических туманностях преобладают звез-
ды населения II, образующие сферические подсистемы.
Спиральные ветви здесь уже отсутствуют, и соответственно
очень редко встречаются звезды населения I. Эллиптиче-
ские галактики можно рассматривать как системы, которые
уже израсходовали основную массу диффузной материи бла-
годаря образованию из нее звезд и находятся на завершаю-
щей стадии эволюции. Это, конечно, не значит, что в них
уже не могут образовываться звезды. В ходе эволюции
звезд из них постоянно выбрасывается большое количество
диффузного вещества, которое присоединяется к уже имею-
щемуся в пространстве веществу и, концентрируясь со вре-
менем в большие массы, порождает новые группы звезд.
Однако в эллиптических галактиках эти процессы, по-ви-
димому, идут уже не столь интенсивно, как в спиральных и
неправильных галактиках.
216
Итак, развитие галактик, по-видимому, начинается с
огромного, медленно вращающегося протооблака газа и
пыли, которое по мере сжатия начинает вращаться с увели-
чивающейся скоростью. В процессе сжатия происходит обра-
зование звезд различных масс и светимостей. Постепенно в
неправильной галактике возникают ядро и звездные спи-
ральные ветви, имеющие центральную перемычку из темного
диффузного вещества. Вначале ядро галактики относительно
невелико по своей массе, но с развитием системы оно увели-
чивается, так что постепенно спиральная галактика перехо-
дит в эллиптическую. В последней темное диффузное веще-
ство присутствует уже в относительно небольшом количе-
стве, так как оно уже пошло на образование звезд.
В ходе эволюции галактик происходит усложнение свя-
зей между звездами. Это усложнение проявляется, во-пер-
вых, в том, что образуется множество новых звезд из диф-
фузного вещества, и,.во-вторых, в том, что движение звезд
становится более упорядоченным и подчиняется общим за-
кономерностям вращения и развития галактики. Детали
этого развития в настоящее время еще неясны, и нарисован-
ная выше общая схема представляет собой не столько обо-
снованную теорию, сколько гипотезу, вытекающую из
имеющегося теоретического и наблюдательного мате-
риала. Но несомненным остается тот факт, что эволюция
звезд и галактик является взаимосвязанным процессом.
В ходе эволюции звезд значительная часть их вещества
и излучения выбрасывается внутрь галактик, где со време-
нем используется для нового процесса звездообразования.
Но определенная часть материи выбрасывается звездами во
внешнее метагалактическое пространство и, следовательно,
полностью теряется для данной галактики. Какова дальней-
шая судьба этой материи? Несомненно, она не пропадает
бесследно, а со временем собирается в очень большие массы,
из которых возникают новые галактики. Подобный про-
цесс возникновения происходит в окружающем простран-
стве и в настоящее время. В пользу этой идеи говорит преж-
де всего то, что многие из наблюдаемых галактик обладают
самыми различными возрастами. Так, например, соседние
неправильные галактики Большое и Малое Магеллановы
Облака считаются значительно более поздними образовани-
ями, чем наша система.
Концентрация метагалактической материи и образова-
ние галактик происходит за еще больший период времени,
217
чем в случае процессов внутри звездных систем. Это совер-
шенно естественно, поскольку темпы развития замедляются
с возрастанием порядка систем. Продолжается ли процесс
развития и дальше, с переходом ко все большим масштабам?
В этом вряд ли можно сомневаться. Но конкретно о разви-
тии самой Метагалактики в настоящее время нельзя ска-
зать ничего определенного, поскольку нам неизвестно еще
ее строение, а все доступные измерениям периоды времени
намного меньше того периода, в течение которого происходят
заметные изменения в этой грандиозной системе. Поэтому
мы перейдем от рассмотрения развития материи вширь к
анализу ее развития вглубь, то есть к упомянутому выше
второму аспекту эволюции звезд, связанному с происхож-
дением и развитием химических элементов.
§ 3.	Образование химических элементов
Изучение изотопов различных элементов и характера
их распада показывает,что химические элементы не вечны,
а имеют свою историю. Некоторые изотопы являются весьма
короткоживущими образованиями, существующими лишь
тысячные доли секунды, другие же имеют столь длительный
период распада, что их практически считать можно неиз-
менными. Наряду с этим имеется значительное число эле-
ментов вроде гелия, которые самопроизвольно не могут рас-
падаться и для расщепления атомов которых требуется за-
тратить большое количество энергии. Но какова бы ни была
судьба каждого элемента в отдельности, не подлежит сомне-
нию, что в каждой области пространства химические эле-
менты не существовали извечно, а возникли в определенное
время. На реальность этого процесса указывает прежде все-
го некоторое различие химического состава диффузных
туманностей и звезд, особенно тех, которые относятся к
позднему спектральному классу. Если диффузная туман-
ность состоит почти целиком из водорода с небольшой при-
месью гелия, то в звездах относительная концентрация
водорода уменьшается по мере их эволюции, тогда как
количество гелия увеличивается. Вместе с тем в резуль-
тате синтеза ядер образуются другие элементы.
Теория происхождения элементов в настоящее время
находится еще в стадии первоначальной разработки. В этой
218
области высказывается много гипотез, зачастую спекуля-
тивных и противоречащих опытным данным, но тем не
менее весьма положительной является общая тенденция
представить основные структурные соединения материи не
как извечные и неизменные, а как исторически возникшие
и непрерывно изменяющиеся.
В объяснении происхождения элементов имеются два
направления. Первое из них рассматривает образование
элементов как следствие так называемых равновесных
процессов, происходящих при сравнительно спокойной
фазе эволюции системы. Второе рассматривает образова-
ние элементов как результат неравновесных процессов,
имеющих место во время интенсивных кратковременных
ядерных реакций во внутренних областях системы. Суще-
ствуют также теории, которые пытаются объединить важ-
нейшие результаты обеих этих направлений.
Рассмотрим сначала проблему образования элементов
с точки зрения равновесных теорий. В настоящее время
твердо установлено, что возникновение элементов происхо-
дит в течение эволюции звезд в результате ядерных реак-
ций в их недрах. Во всех случаях энергия выделяется глав-
ным образом за счет превращения водорода в гелий, но эти
превращения могут протекать различным образом. В совре-
менной теории принимаются три возможных способа прев-
ращения водорода в гелий, соответствующих различным ста-
диям эволюции звезд.
На первой стадии эволюции, когда звезда только возни-
кла из газо-пылевого облака и в центре ее температура
достигает 20 миллионов градусов, превращение водорода в
гелий происходит при участии легких элементов. Прото-
ны соединяются с ядрами лития, бериллия, бора, и в конеч-
ном счете в результате всех этих реакций возникают ядра
гелия. Легкие металлы «выгорают» в таких реакциях, при-
чем время выгорания в среднем равно нескольким сотням
лет, то есть очень мало по сравнению с общей продолжи-
тельностью существования звезды.
По мере израсходования легких металлов преобладаю-
щей становится так называемая протон-протонная реакция,
которая протекает следующим образом. При взаимодействии
протонов возникают дейтроны; они соединяются снова с
протонами и образуют ядра Не3; соединение двух ядер
Не3 дает Не4 с образованием двух избыточных нейтронов.
Поскольку масса покоя Не4 меньше суммарной массы про-
219
тонов, то выделяется большое количество энергии, котороё
ведет к разо! реванию вн\ 1ренних областей звезды до 50 мил-
лионов градусов.
С дальнейшей эволюцией звезды превращение водорода
в гелий происходит при участии углерода. В углеродном
цикле, впервые обоснованном Бете, происходит последо-
вательное соединение протонов с ядрами углерода С12
и С13, затем с образующимися ядрами N14, N15, О15, и в ко-
нечном счете возникает ядро гелия и углерода. Схематичен
ски эту реакцию можно изобразить следующим образом:
С12Н1 —+ N13, N15 —>Cls+e+,
С^ + Н1— -> N14,
N14Н1 —О15, О15—+N15 + e+,
Nl5 + Н1 —>С12+ Не4*.
Каждая из этих фаз протекает в очень длительный пери-
од времени — от тысячелетий до десятков миллионов лет,—
что обеспечивает постепенность выделения энергии. В этом
процессе общее количество углерода остается постоянным—
углерод выполняет функцию катализатора, водород же
постепенно превращается в гелий.
Углеродный цикл обеспечивает количество энергии, не-
обходимое для звезд главной последовательности, вплоть
до звезд, светимость которых в 1000 раз меньше светимости
Солнца. Если же светимость звезды еще меньше, то углерод-
ный цикл в ней не может быть главным источником выделе-
ния энергии. Таким источником здесь является протон-про-
тонн'ый цикл. Учитывая, что светимость и температура
звезды являются функцией ее массы, можно видеть, что
преобладание того или иного цикла зависит от величины
массы. В самом Солнце и подобных ему звездах оба эти
цикла являются, по-видимому, равнозначными и действуют
одновременно1.
В результате ядерных реакций в недрах звезд возника-
ет большое количество свободных нейтронов. Эти нейтроны
захватываются атомными ядрами, вследствие чего образу-
ются новые элементы. Наличие такого синтеза подтвержда-
ется рядом наблюдений. Наиболее интересным фактом яви-
лось открытие в спектрах некоторых звезд, в том числе
Солнца, элемента технеция с атомным номером 43* 1 2. Тех-
* См. Сборник докладов «Ядерные процессы в звездах», стр. 64.
1 См. там же, стр. 61--70.
2 См. там же, стр. 362.
220
неций является нестабильным элементом, его наиболее дол*
гоживущпй изотоп имеет период полураспада 216 000 лет, что
значительно меньше возраста звезд. Следовательно, данный
элемент был синтезирован в процессе эволюции звезды. Од-
нако следует заметить, что элементы с атомным весом выше
среднего, а тем более тяжелые уже не могут образоваться
в равновесных условиях в центральных областях звезд при
имеющихся там температурах порядка 20—50 миллионов
градусов. Захват нейтронов ядрами в этом случае будет со-
провождаться вылетом альфа-частиц, то есть обратным рас-
падом ядер. Не могут также возникнуть термоядерные
реакции на основе элементов, более тяжелых, чем водород,
скажем, азота и кислорода. Чтобы подобная реакция была
возможна, необходима температура порядка 109—1010 гра-
дусов. Эта температура является также необходимым
условием для синтеза средних и тяжелых элементов. Совер-
шенно очевидно, что никакие равновесные процессы не мо-
гут обеспечить таких условий, поскольку система с подоб-
ной температурой в ее недрах не будет устойчивой, а быстро
распадется. Такие условия могут возникнуть лишь в осо-
бых, неравновесных процессах, например, в недрах сверх-
новых звезд во время их вспышек.
В связи с этим можно предположить, что образование
средних и тяжелых элементов происходит во время вспышек
сверхновых. Эта гипотеза в принципе не содержит в себе
ничего противоестественного. Сверхновые звезды вспыхи-
вают в Галактике в среднем один раз в 100—200 лет, и если
считать время существования Галактики равным 7 милли-
ардам лет, то за это время должно было вспыхнуть не ме-
нее 20 миллионов сверхновых звезд, если только вспышки
происходили в течение всего этого времени. Такое количество
вспышек достаточно для обеспечения наблюдаемой кон-
центрации средних и тяжелых элементов. Синтез элемен-
тов в этом случае может происходить в очень короткий
промежуток времени до и после вспышки, когда в центре
сверхновой звезды возникает огромная температура и
плотность вещества, достигающая, по-видимому, 1012 г/см3.
При этом освобождается большое количество нейтронов,
которые идут на образование элементов. Возникшие эле-
менты выбрасываются в пространство как в самом процессе
вспышки, так и в период последующей эволюции остываю-
щей звезды. Поэтому те звезды «второго поколения»; кото-
рые образуются из диффузного вещества, возникают уже
221
йа основе имеющегося запаса элементов. Этим можно объяс-
нить то, что в атмосферах некоторых звезд позднего спект-
рального класса можно наблюдать линии тяжелых элемен-
тов, которые не могли образоваться в равновесных усло-
виях внутри звезды.
Другой разновидностью теорий неравновесных процес-
сов является так называемая «а — — у - теория», выдви-
нутая в 1948 г. Альфером, Бете и Гамовым. Эти авторы свя-
зывают возникновение элементов с расширением Метага-
лактики, которое они рассматривают как расширение всей
вселенной. В качестве исходного материала они принимают
некоторую первичную материю — «илем», которая состояла
в основном из излучения со следами вещества в виде нейтро-
нов. Каким образом возникла эта материя — не указыва-
ется, но предполагается, что она существовала считанные
минуты, поскольку нейтроны нестабильны и распадаются
с периодом 13 минут. Сразу же после возникновения эта
материя начала интенсивно расширяться в пространстве.
В процессе расширения возникли звезды и галактики, ко-
торые до сих пор удаляются со скоростью, возрастающей
пропорционально расстоянию. Химические элементы обра-
зовались в самой начальной фазе расширения, когда ней-
троны подвергались свободному распаду и появилось зна-
чительное количество протонов. В ходе расширения проис-
ходили последовательный захват нейтронов протонами и
синтез элементов, вплоть до тяжелых.
Представление о творении вселенной и отрицание вечно-
сти ее во времени является глубоко реакционным и, несом-
ненно, должно быть отброшено. Но, несмотря на это, в а —
£ — Y -теории имеются некоторые рациональные моменты.
Если предположить возможность первоначального взрыва,
считая его не актом творёния, а отдельной фазой существо-
вания Метагалактики, которая имела до этого различные
превращения, то сама идея синтеза элементов в начальную
стадию расширения может рассматриваться как одна из
возможных гипотез. Ее верность или неверность может
быть выяснена не априорным путем, а на основе наблюде-
ний и твердо обоснованной космологической теории. В на-
стоящее время имеются доводы как за, так и против этой
гипотезы. К числу доводов за можно отнести совпадение
возрастов урана, метеоритов и Земли, а также времени
предполагаемого начала расширения Метагалактики. Да-
лее, полученная а — £ — у-теорией кривая распростра-
222
ненности элементов в общем близка к кривой распростра-
ненности, установленной на основе наблюдений и спект-
рального анализа. Наиболее существенные расхождения
имеются для элементов с атомным весом выше 100. Важной
является также идея связи между распространенностью
элементов и характером захвата ядрами нейтронов в зави-
симости от атомного веса ядер. Гипотеза дает некоторые объ-
яснения того факта, что ядра с «магическими» числами
нуклонов являются наиболее распространенными. Эти ядра
обладают замкнутыми внутренними оболочками нуклонов и
с малой вероятностью захватывают новые нуклоны, то есть
поперечные сечения таких ядер очень малы. По мнению
Гамова, ядра с таким малым поперечным сечением должны
представлять собою узкие места (буквально bottlenecks —
«бутылочные горла») в непрерывном процессе синтеза, так
что вещество должно собираться около них в ненормально
высоких пропорциях. Этот довод как будто дает удовлетво-
рительное объяснение наблюдаемого ненормального обилия
ядер в соседних областях с «магическими числами»1.
Вместе с тем против этой гипотезы имеются существенные
возражения. Прежде всего, имеются расхождения между вы-
численным обилием элементов и наблюдаемым, особенно в
области тяжелых ядер. Далее, нет удовлетворительного
объяснения того, каким образом в процессе синтеза удалось
«перескочить» ядра с атомными весами 5 и 8. Делов том, что
элементов с такими атомными весами в природе не существу-
ет. В лаборатории возможно создать гелий-5, бомбардируя
гелий-4 нейтронами, но он мгновенно снова распадается на
гелий-4. Точно так же искусственно полученный изотоп
бериллий-8 немедленно распадается на два ядра гелия-4.
Возникает вопрос, каким образом удалось «перескочить»
через эти элементы. Синтез элементов из нуклонов не дол-
жен был бы пойти дальше гелия-4, и во всяком случае он
остановился бы перед ядрами с массой 8. Авторы рассматри-
ваемой гипотезы пытались устранить затруднение допуще-
нием синтеза ядер не путем последовательного захвата ней-
тронов, а путем соединения ядер гелия-4, то есть минуя про-
межуточное ядро с массой 5. Однако им не удалось обосно-
вать эту идею, как и преодолеть трудность в области
массового числа 8. Следует указать далее, что в области
больших массовых чисел синтез тяжелых элементов путем
1 G. Gamow, The Creation of the Universe, N. Y. 1952, p. 67.
223
последовательного захвата нуклонов маловероятен. Го-
раздо более вероятным будет процесс расщепления возни-
кающих ядер гамма-квантами — тем более, что в составе
предполагаемой исходной материи допускается высокая
плотность излучения большой энергии. Наконец, возраже-
нием против данной гипотезы может быть то, что не дока-
зан сам факт первоначального взрыва при расширении Ме-
тагалактики, и вполне возможно, что совпадение возраста
для радиоактивных элементов и'Земли имеет совсем иную
причину.
Все эти доводы говорят о том, что данная гипотеза пока
не дает основы для правильного решения проблемы проис-
хождения элементов. Но разработанный ею аппарат и метод
может быть использован для анализа возможностей синте-
за элементов во время вспышек сверхновых звезд, посколь-
ку в недрах сверхновых возникают условия, близкие к
тем, которые имели бы место в начальной стадии расшире-
ния Метагалактики, если бы это расширение было вызвано
взрывом. По-видимому, гипотеза образования элементов в
сверхновых звездах покоится на более реальной основе,
поскольку она исходит из наблюдаемого факта вспышек и
содержит меньше произвольных предположений. Синтез
элементов в сверхновых звездах мог бы происходить как в
процессе вспышки, так и в предшествующей ей стадии,
близкой к равновесным условиям. В этой стадии, когда со-
здаются большие давления и температуры, по-видимому,
возможно преодоление указанных выше трудностей с ядра-
ми 5 и 8, а также с расщеплением ядер гамма-квантами.
Но независимо от того, какова будет истинная теория
образования элементов, уже сейчас можно предположить,
что синтез элементов (а значит, и усложнение связей микро-
частиц) происходит при единстве равновесных и неравно-
весных процессов, количественных и качественных измене-
ний. Постепенное эволюционное изменение звезд, соответ-
ствующее равновесным процессам, ведет к образованию лег-
ких элементов, тогда как резкие скачкообразные измене-
ния, соответствующие неравновесным процессам, делают
возможным синтез средних и тяжелых элементов.
Далее, не все ядра, возникающие в процессе синтеза,
являются устойчивыми. В настоящее время открыто свыше
800 изотопов, приходящихся на 102 известных химических
элемента. Почти каждый элемент имеет по нескольку изото-
пов, большинство которых радиоактивно и распадается
224
вскоре после возникновения. Это говорит о том, что разви-
тие материи вовсе не является прямолинейным поступатель-
ным процессом, а предполагает извилистое движение, от-
ступление к исходным пунктам, пока из различных возни-
кающих структур не образуются такие, которые окажутся
достаточно устойчивыми против внутренних и внешних воз-
действий. Поэтому в понятие более сложных и высокоорга-
низованных форм материи следует включить также крите-
рий относительной устойчивости. Из атомных ядер наиболь-
шей устойчивостью обладают те, которые имеют заполненные
оболочки нуклонов. Относительно большей распространен-
ностью обладают ядра, имеющие четное число протонов и од-
новременно четное число всех нуклонов. Реже всего встре-
чаются ядра с нечетным числом протонов и всех нуклонов.
Тесная связь между распространенностью ядер и их ус-
тойчивостью говорит о том, что образование многих эле-
ментов могло происходить в равновесных процессах, тог-
да как наибольшая распространенность ядер с заполненны-
ми нуклонными оболочками говорит в пользу идеи синтеза
многих элементов в неравновесных процессах.
Образование химических элементов в различных усло-
виях характеризует простейшие формы развития в космосе.
Эти формы являются преобладающими в общем бытии ма-
терии. Но для нас гораздо больший практический интерес
представляют те формы развития, которые приводят к слож-
ным химическим соединениям и живому веществу. Обра-
зование этих соединений на звездах и в диффузных туман-
ностях невозможно, оно может происходить лишь на плане-
тах. При этом жизнь в известных нам формах может заро-
диться не на всех планетах, а лишь на тех, которые облада-
ют атмосферой, водой и получают от центрального светила
достаточное количество тепла.
Итак, если выделить некоторый «нуль-пункт» в развитии
материи, а именно — представить себе диффузную туман-
ность большой протяженности, то, прослеживая ее эволю-
цию, можно видеть, как от первоначального общего потока
развития ответвляется несколько направлений, приводя-
щих к качественно различным результатам. Сначала посте-
пенно происходит общее уплотнение этой туманности, вслед-
ствие чего на определенной стадии возникают звезды.
Вместе со звездами из первичного облака образуются и пла-
неты. Неиспользованное диффузное вещество рассеивается
в пространстве излучением звезд, пока через определенное
225
длительное время оно не сконцентрируется снова в каких-
то областях пространства. В развитии звезды происходит
усложнение ее связен с другими телами, изменение тем-
пературы, характера турбулентного движения вещества,
а также химического состава.
Совершенно иное направлени развития материи преоб-
ладает на планетах. Здесь возникают все усложняющиеся
химические соединения, выделяющиеся из твердых пород
газы образуют атмосферу, происходят мощные тектониче-
ские процессы, которые формируют внешний облик планеты.
Если масса планеты достаточно велика, чтобы удержать
атмосферу и она получает достаточное количество тепла от
центрального светила, то на поверхности планеты могут
образоваться обширные водоемы и возникнет жизнь. Воз-
никновение жизни приводит к появлению совершенно
новых закономерностей развития и к изменению всего обли-
ка планеты: образуется обширная биосфера, простирающа-
яся на большие расстояния как в глубины океанов, так и в
воздухе. В атмосфере в результате жизнедеятельности ра-
стений появляется кислород и резко уменьшается количе-
ство углекислоты. Возникновение мыслящих существ и
развитие цивилизации вызывает новые коренные преобра-
зования географической среды. Наконец, в развитии чело-
веческого мышления материя находит осознание самых глу-
боких законов своего бытия. Таким образом в общем мно-
гоплановом процессе развития каждое направление каче-
ственно различается по своим темпам, закономерностям
и результатам.
§ 4.	Взаимоотношение необратимости
и круговорота в развитии
Всякое явление представляет собой единство противо-
положностей, и любому процессу противостоит противопо-
ложный ему процесс. В этом заключается один из важ-
нейших законов материального мира. В связи с этим логич-
но возникает вопрос: имеется ли противоположная сторона
у самого процесса развития? Да, имеется. Стадия существо-
вания материальной системы, которая характеризуется
усложнением связей и прогрессивными изменениями, должна
в конечном счете смениться другой стадией — распада и
регрессивных изменений. Обе эти стадии находятся в состоя-
226
нии взаимной обусловленности. Достижение высших резуль-
татов необходимо приводит в конечном счете к частичному
возврату к исходным пунктам, с тем чтобы дальнейший про-
цесс развития начался бы уже на новой основе. Чем более вы-
сокой ступени достигает материя в своем развитии, тем резче
проявляется распад на составные элементы. Следовательно,
изменение имеет не только восходящую, но. и нисходящую
ветвь. В. 'II. Ленин писал, что «в абстрактных понятиях...
нельзя иначе выразить принцип движения, как принципом
тождества противоположностей. Движение и становление,
вообще говоря, могут быть без повторения, без возврата к
исходному пункту и тогда такое движение не было бы
«тождеством противоположностей». Но и астрономическое
и механическое (на земле) движение и жизнь растений и жи-
вотных и человека — все это вбивало человечеству в голо-
вы не только идею движения, но именно движения с воз-
вратами к исходным пунктам, т. е. диалектического движе-
ния»1.
Реальность таких обратных процессов убедительно до-
казывается всей общественно-исторической практикой, в
том числе индивидуальным опытом человека. Каждое
конечное тело, будь то неорганическая структура или жи-
вой организм, является преходящим во времени. Возник-
нув при определенных условиях, оно со временем превраща-
ется в качественно иную форму материи или распадается
на свои составные элементы. Подобные же превращения
претерпевают и все космические тела — планеты, звезды
и галактики, только здесь периоды времени увеличиваются
во много раз. Даже в области химических элементов можно
проследить процесс распада, который явно обнаруживается
у всех радиоактивных элементов. Лишь небольшое число
элементов является стабильными, то есть не распадается
самопроизвольно. Но это не значит, что данные элементы
неизменны и существуют извечно. Ядра этих элементов по-
стоянно испытывают воздействие космических лучей, ко-
торые вызывают различные превращения и постоянно
изменяют общую концентрацию элементов в данной обла-
сти. С теоретической стороны представляет большой инте-
рес рассмотреть, каким образом происходит распад гелия и
возобновление запасов водорода во вселенной. Этот про-
цесс в настоящее время не исследован, конкретных данных
В. И. Ленин, Философские тетради, cip. 290.
227
по нему имеется очень мало, и поэтому то, что будет изло-
жено ниже, представляет собой не более, чем гипотезу.
Известно, что во всех процессах внутри звезд происхо-
дит превращение водорода в гелий, а также образование
других элементов. Обратного же распада гелия и возоб-
новления запасов водорода не наблюдается. Может быть,
такого процесса вообще не существует? Этого нельзя ска-
зать, ибо в таком случае во вселенной исчез бы весь водо-
род и имелись бы лишь средние и тяжелые элементы. Хойль
и другие идеалисты «разрешают» данную проблему допу-
щением мистического сотворения атомов водорода «из ни-
чего» и «без всякой причины». Однако такое допущение не
имеет ничего общего с наукой, и таким методом можно
доказать все, что угодно. Наука признает только естествен-
ное объяснение явлений природы, без обращения к мисти-
ке и нематериальным процессам.
В научном решении данной проблемы могут быть две
возможности. Первая из них связана с предположением о
том, что превращение водорода в другие элементы является
однонаправленным процессом, без последующего распада
возникших элементов на водород. Если мы допустим эту
возможность, то мы должны признать, что сам водород не
существовал вечно, а возник несколько миллиардов лет
назад из принципиально иного состояния материи, и со вре-
менем мир в тех областях, где имеется водород, перейдет
в какое-то новое, качественно отличное состояние. Однако
эта возможность с точки зрения современной науки не
имеет под собой оснований, и поэтому в данный момент ее
необходимо оставить.
Остается лишь вторая возможность, согласно которой
превращение водорода в другие элементы не является не-
обратимым и возможен распад любых ядер на протоны и
нейтроны. Для обеспечения такого распада ядро гелия или
другого элемента необходимо подвергнуть воздействию боль-
шой энергии. Если бы в какой-нибудь области пространства
возникла температура в несколько биллионов градусов, то
она оказалась бы достаточной для распада ядер. Но по-
добная температура в больших масштабах невозможна,
так как система распадется уже при значительно меньшей
температуре. Однако ядру можно сообщить равноценную
энергию в единичных актах взаимодействия. Важно лишь,
чтобы эти процессы происходили в больших масштабах, что-
бы было обеспечено наблюдаемое обилие водорода. Имеет-
228
ся ли в природе такой постоянно действующий фактор,
вызывающий ядерные расщепления? Да, имеется. Это —
космическое излучение, то есть поток частиц огромной энер-
гии. Происхождение космических лучей до сих пор во мно-
гом остается загадкой, но полагают, что они выбрасывают-
ся звездами, особенно при вспышках новых и сверхновых
звезд, а затем ускоряются до больших энергий в магнитных
полях, имеющихся в Галактике. При столкновении с атом-
ными ядрами космические частицы способны вызывать ча-
стичное или полное расщепление ядер на нуклоны. Такие
процессы постоянно происходят в атмосфере и могут быть
зарегистрированы в эмульсиях толстослойных фотопласти-
нок. Несомненно, что ядерные расщепления происходят
и в космосе, где они являются, очевидно главным факто-
ром образования водорода из других элементов.
Чтобы доказать возможность такого рода, сделаем при-
мерный расчет вероятности подобных расщеплений. Согла-
сно измерениям, на фотопластинки, помещенные на высоте
3—7 км, на 1 см2 падает в секунду несколько космиче-
ских частиц. Допустим, что на 1 с;и2 пластинки, помещен-
ной в мировом пространстве, падало бы в секунду 10 частиц.
Предположим, далее, что поток космического излучения
такой интенсивности проходит через облако диффузной
материи с плотностью 10“19г/см3.Через сколько лет каждое
ядро может испытать столкновение с космической части-
цей? Чтобы определить это, вспомним, что среднее эффек-
тивное сечение ядра равно 10“24 см2. Учитывая, что в секун-
ду через 1 см2 проходит 10 частиц, находим, что каждое
ядро может быть расщеплено в среднем за 1018 сек., или за
3-1010лет. 30 миллиардов лет — срок очень большой, но
все же вполне приемлемый. В тех областях пространства,
где плотность вещества и излучения выше, соударения со-
ответственно будут более частыми. Но даже в том случае,
если в отдельных областях пространства вероятность рас-
щепления меньше указанной, вряд ли можно сомневаться
в том, что в этих областях возобновление запасов водоро-
да обусловлено в основном действием космического излуче-
ния.
Наличие обратных процессов распада неоднократно да-
вало повод для утверждений о том, будто в мире в целом
нет никакого развития, а происходят лишь постоянные
круговороты с возвратом к исходным пунктам. Еще Спи-
ноза говорил, что изменение является атрибутом отдельных
229
вещей, в целом же мир неизменен. В настоящее время де-
лаются попытки обосновать концепцию круговоротов на
основе представлений теории относительности. Так, по ана-
логии с идеей кривизны пространства вводится представле-
ние о кривизне времени. В случае положительной кривиз-
ны время будет описываться замкнутой кривой — окруж-
ностью, если кривизна постоянна, или эллипсом, если
кривизна переменна. В этом случае все явления природы
будут постоянно повторяться с периодом, который опре-
деляется длиной окружности или эллипса, изображаю-
щих течение времени.
Подобная концепция нашла свое конкретное выражение
в теории пульсирующей вселенной, которая вначале была
предложена Эйнштейном, а затем развивалась рядом авто-
ров. Согласно этой теории, вселенная периодически то сжи-
мается, то расширяется. Сейчас происходит цикл расшире-
ния, который через несколько десятков миллиардов лет
должен смениться сжатием и т. д. В пульсирующей вселен-
ной один цикл неотличим от другого, вследствие чего нель-
зя говорить о постоянном течении времени. Направленность
времени можно установить лишь для отдельного цикла, но
не для всего бытия вселенной. Развивая подобную кон-
цепцию, Р. Шлегель полагает, что к.вселенной в целом по-
нятие времени неприменимо, то есть она является «атемпо-
ральной».
«Вселенная,— пишет он,— бесконечна собственно не во
времени, а скорее в безвременье, в многозначительном смы-
сле этого слова»1.
Однако теория пульсирующей вселенной внутренне про-
тиворечива и не соответствует действительности. Для того
чтобы во вселенной имели место полностью цикличные
процессы, положительной кривизной должно обладать не
только время, но и все пространство мира. Положительная
кривизна пространства означает, что вселенная замкну-
та. Но выше было показано, что идея замкнутости все-
ленной несостоятельна. Всякая реальная система, в том чи-
сле и бесконечная вселенная, является незамкнутой систе-
мой. Незамкнутая система обязательно взаимодействуете
другими системами, причем это взаимодействие вызывает
необратимое изменение состояния системы, вследствие
1 R. Schlegel, The age of the universe. The British Journal for the
Philosophy of Science, vol. V, № 19, Nov. i954, p. 232.
230
чего полное повторение циклов оказывается прйнципиаль*
но невозможным. Если же учесть то обстоятельство, что кри-
визна пространства в окружающей области вселенной яв-
ляется отрицательной, то невозможность полной циклич-
ности станет еще бсйтее очевидной. Для того чтобы было воз-
можно возвращение к исходному состоянию, различные
области вселенной должны соответствующим образом вза-
имодействовать между собой. Между тем скорость распро-
странения взаимодействий является конечной величиной, и
в бесконечном пространстве взаимодействие будет распро-
страняться бесконечное время. Следовательно, столь же
неограниченно во времени должно длиться завершение од-
ного цикла для мира в целом, что уже само по себе делает
бессмысленным понятие цикличности в отношении всей все-
ленной.
В развитии различных систем могут происходить и дейст-
вительно происходят возвраты к исходным пунктам, однако
никакой круговорот нельзя понимать в абсолютном смысле.
Даже такой простой повторяющийся процесс, как враще-
ние Земли вокруг своей оси, и то нельзя считать абсолют-
ным круговоротом, так как постоянно происходят неболь-
шие колебания скорости вращшия ввиду действия прили-
вов и отливов, а также некоторых других факторов. То же
самое следует сказать в отношении вращения планет вокруг
Солнца или звезд вокруг центра Галактики, где гравита-
ционные возмущения со стороны других тел постоянно вы-
зывают некоторые изменения орбит.
Равным образом и в отношении развития важно под-
черкнуть, что оно лишь частично повторяет пройденные
этапы, но повторяет их иначе, на более высокой основе. Раз-
витие происходит не по кругам, а по очень сложной линии,
приближающейся к спирали. Здесь действует диалектиче-
ский закон отрицания отрицания, который предполагает
удержание некоторых элементов предшествующей стадии
развития. В мире ничто не исчезает бесследно, но каждое
явление оказывает большее или меньшее влияние на после-
дующее развитие. Это влияние предполагает необратимые
изменения в состоянии систем, в силу чего возврат к исход-
ным пунктам неосуществим.
Каждое явление в своем развитии имеет завершающую
стадию. Но прекращение развития данной системы не озна-
чает уничтожения всех тех результатов, которые были свя-
заны с ее эволюцией. Эти результаты входят как момент
231
или отдельные звенья в цепь развития более общей системы.
Так, известно, что результаты жизни и деятельности каж-
дого человека не пропадают бесследно после его смерти, а
составляют больший или меньший вклад в развитие всего
данного общества. Эволюция любого растительного или жи-
вотного организма представляет собой отдельный момент
в общем развитии данного вида. Эта закономерность дей-
ствует в специфической форме и в неорганической приро-
де. Здесь ее можно сформулировать примерно таким об-
разом: всякое движение или обратимый процесс в данной
системе является моментом развития или необратимого из-
менения в системе большего порядка. Движение элементар-
ных частиц в атомах представляет собой, казалось бы,
полностью обратимые и повторяющиеся процессы, посколь-
ку в большинстве взаимодействий реакция может идти как
в ту, так и в обратную сторону. Однако эта обратимость
нарушается за длительное время существования данной со-
вокупности частиц, в течение которого возникают атомы
различной сложности, молекулы, а при особых условиях —
живое вещество. Несомненно, что все это усложнение ма-
терии имеет своим внутренним источником ту тенденцию
саморазвития, которая пробивается из «бесконечной глуби»
материи и которая дает на выходе необратимые изменения
во взаимодействиях микрочастиц. Если бы взаимодействия
частиц были полностью обратимыми, то какое-либо разви-
тие и образование сложных структур было бы невозможным.
Данная закономерность действует и в области макроско-
пических явлений. В повседневной жизни мы наблю-
даем постоянную смену времен года, повторение различ-
ных метеорологических явлений вроде выпадения осад-
ков, ветров и т. д. Казалось бы, здесь происходит постоянный
круговорот с возвращением к исходным пунктам. Оп-
ределенная повторяемость действительно имеет место, од-
нако она не является полной. В результате действия различ-
ных внутренних и внешних факторов поверхность Земли
претерпевает непрерывные изменения: образуются новые
горы и разрушаются старые, заболачиваются озера и воз-
никают новые и т. п. Из состава атмосферы постоянно убы-
вает кислород, который поглощается различными минерала-
ми, образуя окислы. Его запасы очень быстро истощились
бы, если бы они не возобновлялись постоянно благодаря
жизнедеятельности растений, которые в процессе фотосин-
теза поглощают углекислый газ и разлагают его на углерод
232
и свободный кислород. С другой стороны, запасы углекисло-
ты пополняются в результате дыхания животных и людей,
действия промышленности, но главным образом благодаря
вулканической деятельности. Таким образом, все обрати-
мые процессы на поверхности Земли и в атмосфере явля-
ются отдельными звеньями общего необратимого изменения
в химическом составе поверхностных слоев Земли, в разви-
тии всей биосферы.
Далее, рассматривая вращение планет вокруг Солнца,
можно видеть, что и эти круговороты являются отдельными
звеньями в общем развитии солнечной системы. По современ-
ным взглядам, Солнце возникло вместе с другими звездами
из первичного протооблака. Покидая звездное скопление,
Солнце захватило своим притяжением некоторую часть га-
зо-пылевой материи, которая пошла на образование пла-
нет1.
С самого начала зарождения планет их обращение вок-
руг Солнца сопровождалось постоянным поглощением
газо-пылевой материи в окрестности орбиты, в результате
чего массы планет непрерывно возрастали, а их орбиты
приближались к тем, которые наблюдаются в настоящее
время. На Землю до сих пор выпадает в сутки несколько
тонн метеоритного вещества, большей частью в виде пыли
и небольших крупинок. Планеты большой массы, вроде
Юпитера, улавливают своим притяжением во много раз
больше метеоритного вещества. Таким образом, постоян-
ные круговороты движения планет являются моментами
развития всей солнечной системы как целого.
Аналогичная закономерность имеет место в развитии
Галактики и других звездных систем. Вращение звезд и
газо-пылевой материи вокруг общего центра тяжести связано
с множеством других необратимых изменений: с излучением
звездами материи и энергии, образованием новых звезд из
диффузной материи, изменением структуры и внешней фор-
мы Галактики. Результатом всех этих процессов является
развитие галактик от неправильных к спиральным, а от
них — к эллиптическим.
Нет сомнения в том, что все круговороты и обратимые
изменения выступают как частный случай развития и необ-
ратимых изменений также и в рамках более общей систе-
1 См. «Труды первого совещания по вопросам космогонии»,
АН СССР, 1951.
9 С. T. Мелюхин	233
мы —Метагалактики. Энгельс писал: «Природа есть про-
бный камень диалектики, и современное естествознание,
представившее для этой пробы чрезвычайно богатый, с каж-
дым днем увеличивающийся материал, тем самым доказало,
что в природе, в конце концов, все совершается диалектиче-
ски, а не метафизически... что она движется не в вечно од-
нородном, постоянно сызнова повторяющемся круге, а
переживает действительную историю»1.
Необратимость изменений во всех материальных систе-
мах находит свое конкретное выражение в характере те-
чения времени, которое выражает последовательность суще-
ствования тел. А именно, время в общем бытии мира также
оказывается необратимым, то есть течет от прошлого через
настоящее в будущее.
Если учесть, что взаимодействие тел друг с другом яв-
ляется важнейшей закономерностью их бытия, то легко
понять, что для обеспечения возможности взаимодействий
время необходимо должно течь от прошлого к будущему.
При обратном течении времени — от будущего к прошлому—
причинно-следственная связь событий обернулась бы в дан-
ной области вспять. Следствие здесь предшествовало бы
причине, а причина возникала бы после следствия, что со-
вершенно невозможно. Следствие в этом случае вообще
не могло бы возникнуть, ибо оно не имело бы под собой ни-
какого основания, каковым всегда является причина. Точ-
но так же и причина не могла бы быть причиной, коль скоро
следствие уже осуществилось до нее. Следовательно, при
обратном течении времени было бы невозможно никакое
взаимодействие и изменение тел, а значит, невозможно бы-
ло бы и самое существование материи. Именно благодаря
тому, что время является основной формой бытия материи,
мерой ее изменения, оно имеет одностороннюю направлен-
ность от прошлого к будущему, и только такая направлен-
ность времени делает возможной причинно-следственную
связь явлений.
Мы останавливаемся подробно на этом, казалось бы,
очевидном вопросе потому, что в физической литературе
до сих пор встречаются утверждения о возможности обрат-
ного течения времени, которое якобы имеет место в микро-
процессах и даже в космических масштабах в гипотети-
ческих областях вселенной, где происходит уменьшение
1 Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, стр. 22—23.
234
энтропии. Подобные утверждения основаны на допущении
полностью обратимых процессов. Дело в том, что в уравне-
ниях классической и квантовой механики знак времени
может быть как положительным, так и отрицательным.
Физически это означает, что если возможно какое-либо
движение, то возможно и обратное движение тела, при ко-
тором оно проходит через те же состояния, но только в об-
ратной последовательности. Уравнения механики и теории
микрочастиц считаются инвариантными по отношению к
изменению знака времени, а соответствующие процессы —
симметричными по отношению к прошлому и будущему.
На основании этого некоторыми авторами был сделан вы-
вод о том, что временная последовательность в микромире
может протекать в обратном направлении, чем в макромире.
Это соображение обосновывалось также допущением того,
что в микромире взаимодействия могут распространяться
со скоростью, большей, чем скорость света, и это якобы
снова говорит о возможности обратного течения времени.
Подобные рассуждения совершенно неправомерны. Ес-
ли бы даже взаимодействия могли распространяться со
скоростью, в несколько раз превышающей скорость света,
то это все равно не изменило бы того факта, что прежде, чем
какое-либо явление осуществится, должна быть определен-
ная причина этого явления. В противном случае мы прихо-
дим к нарушению основных законов сохранения материи
и ее свойств.
Несостоятелен и первый довод. Возможность замены
знака времени в уравнениях еще не означает, что и в ре-
альном мире временная последовательность явлений ме-
няется точно таким же образом. Она означает лишь теорети-
ческую возможность обращения процессов в данной систе-
ме — будь то система материальных точек классической
механики или система элементарных частиц квантовой
теории. Но сами микропроцессы не могут характеризовать-
ся обратной временной последовательностью. Если предпо-
ложить возможность обратного течения времени, то невоз-
можно будет объяснить факт наличия движения. В таком
случае следствие не могло бы осуществиться, поскольку
оно не имеет под собой оснований, а причина не могла бы
возникнуть, так как она в свою очередь должна быть вызва-
на какой-то другой причиной, а эта последняя при обратном
течении времени должна находиться после нее и поэтому
не может ее вызвать.
9*
235
Допущение обратного течения времени противоречит
основным законам природы. Действительно, предположим,
что происходит какая-либо ядерная реакция с выделением
энергии. При обычном течении времени сначала осуществля-
ется сама реакция, а потом выделяется энергия, уносимая
излучением или частицами вещества. Если же направ-
ление времени будет обратным, то сначала должны возник-
нуть частицы с определенной энергией, а потом произой-
дет ядерная реакция. Но это возникновение частиц из ни-
чего противоречит закону сохранения материи и энергии.
Если же признать нарушимость этого закона во всех микро-
процессах, то тогда становится неверной идея обратной
временной последовательности явлений.
При рассмотрении направленности времени в микро-
процессах мы должны учесть, что микрочастицы почти всег-
да входят в различные макроскопические системы, и следо-
вательно, их взаимодействия в значительной мере опре-
деляются влиянием макромира. В макроскопических
явлениях время, как известно, имеет направленность от про-
шлого к будущему. Поэтому и все микропроцессы, в том чи-
сле обратимые, могут происходить лишь в рамках необрати-
мо текущего времени — в соответствии с принципом
причинности и другими важнейшими закономерностями
природы. Советские ученые Л. Ландау и Е. Лифшиц совер-
шенно справедливо отмечают, что, несмотря на то что ос-
новное уравнение квантовой механики — уравнение Шре-
дингера — симметрично по отношению к изменению знака
времени, «квантовая механика в действительности сущест-
венным образом содержит неэквивалентность обоих направ-
лений времени. Эта неэквивалентность проявляется в свя-
зи с основным для квантовой механики процессом взаимо-
действия квантовомеханического объекта с системой, под-
чиняющейся с достаточной степенью точности классиче-
ской механике. Именно, если с данным квантовым объектом
последовательно происходят два процесса взаимодей-
ствия (назовем их Л и В), то утверждение, что вероятность
того или иного результата процесса В определяется ре-
зультатом процесса Д, может быть справедливо лишь в том
случае, если процесс А имел место раньше процесса В»1.
1 Л. Ландау и Е. Лифшиц, Статистическая физика, Гостехиздат,
1951, стр. 47.
236
Причинно-следственная связь является важным факто-
ром, определяющим направленность времени. Но в рам-
ках этого основного фактора в области макромира имеет-
ся еще одна важная физическая характеристика, одно-
значно связанная с направлением времени. Этой характе-
ристикой является энтропия. Возрастание энтропии во
всякой замкнутой системе может быть указателем необра-
тимого течения времени от прошлого к будущему.
§ 5.	Закон возрастания энтропии
Прежде чем рассмотреть связь энтропии с изменением
времени, остановимся сначала на физической сущности
этого понятия, а также на его происхождении.
Понятие энтропии возникло в связи с развитием тер-
модинамики и формулировкой ее двух основных принци-
пов. Первый признак термодинамики — это закон сохра-
нения энергии в применении к тепловым процессам. Закон
сохранения энергии утверждает невозможность создания
вечного двигателя «первого рода», который производил бы
работу без подвода тепловой или какой-либо другой энер-
гии. Но закон сохранения энергии еще не отрицает воз-
можности непрерывного получения работы за счет исполь-
зования тепла окружающей среды—воздуха или воды
морей — без каких-либо изменений в других телах.
Устройство, которое создавало бы работу таким образом,
было бы вечным двигателем «второго рода». Второй закон
термодинамики утверждает, что создание такого двигателя
невозможно. В природе не могут осуществляться процес-
сы, единственным результатом которых было бы превра-
щение теплоты в работу. Устройство, помещенное в резер-
вуар с теплой водой, скоро приобретет температуру
воды и не будет производить никакой работы. Для того
чтобы снова получить от него работу, необходимо создать
разность температур, то есть охладить данную машину.
Но на это охлаждение нужно будет затратить большее
количество работы, чем сможет произвести машина при
полном использовании свободного тепла, возникающего за
счет разности температур. Следовательно, некомпенси-
рованный переход тепла в работу невозможен.
Второй закон термодинамики утверждает, что во всех
явлениях природы теплота сама собой переходит от более
нагретых тел к менее нагретым, обратный же переход тепла
237
невозможен, если не затрачивается дополнительная работа.
Все тепловые процессы направлены по пути рассеяния
теплоты и выравнивания разности температур между дан-
ным телом и окружающей средой. Это значит, что проис-
ходит усреднение скоростей движения молекул. Если зам-
кнутая система оказалась в таком состоянии, при котором
уже невозможны никакие ее дальнейшие самопроизволь-
ные превращения, то это значит, что она достигла теплового
равновесия. В этом случае говорят, что энтропия системы
достигла максимума. Энтропия является мерой вероятности
осуществления данного термодинамического состояния или
мерой отклонения системы от статистического равновесия.
Она характеризует «обесценение» внутренней энергии замк-
нутой системы, ее неспособность превращаться в другие
формы энергии.
Для того чтобы представить себе значение энтропии с
количественной стороны, предположим, что у нас имеется
некоторый объем газа с определенной тепловой энергией.
Эта энергия является суммой кинетических энергий от-
дельных молекул. Она может быть распределена между
молекулами различным образом в зависимости от скоро-
стей молекул. Скорости молекул являются самыми разно-
образными, но вероятности разных скоростей различны.
Возникает вопрос: какова вероятность того,что ^молекул бу-
дут обладать скоростями в интервале + dvlf п2 молекул —
скоростями v2-\-dv2 и т. д? Эта вероятность будет выра-
жаться величиной S = +(йУ11п^1+^21п^2+^31п^3 + ...),
где w1=^fa п — общее количество молекул. Величина S,
пропорциональная логарифму вероятности системы, и бу-
дет энтропией системы молекул.
Опыт показывает, что в изолированной системе с тече-
нием времени установится наиболее вероятное распреде-
ление энергии между молекулами, так что система перейдет
из состояния с меньшей энтропией в состояние наиболь-
шей энтропии, соответствующее статистическому равно-
весию.
Второй закон термодинамики можно сформулировать
как закон, согласно которому энтропия теплоизолирован-
ной системы будет возрастать при необратимых процессах
или оставаться постоянной, если тепловые процессы об-
ратимы. Следует подчеркнуть, что это положение ка-
сается именно изолированных систем; если же система не
238
изолирована, то в ней, как правило, не может наступить
состояние статистического равновесия. Так, например,
жизнь на Земле постоянно развивается, и живые орга-
низмы не обнаруживают тенденции к переходу в состояние
с максимальной энтропией. Но это происходит не потому,
что явление жизни противоречит второму закону термоди-
намики, а лишь потому, что живые организмы являются
незамкнутыми системами. Они постоянно взаимодействуют
с окружающей средой, получая от нее свет, тепло, про-
дукты питания. Если же живой организм полностью
изолировать от окружающей среды и превратить его в замк-
нутую систему, то легко понять, что без света, воздуха и
пищи он очень скоро перейдет в состояние термодинами-
ческого равновесия со средой. Таким образом, тенденция
к дезорганизации и неупорядоченному движению молекул
преобладает в замкнутых системах, тогда как в системах
незамкнутых возможно сколь угодно длительное упорядо-
ченное движение и развитие по восходящей линии. Если
процессы в замкнутой системе обратимы, то есть могут про-
исходить как в том, так и в обратном направлении, то эн-
тропия системы может оставаться постоянной; при необра-
тимых процессах она обязательно возрастает. Поскольку
же подавляющее большинство процессов в природе яв-
ляется необратимыми, то всюду происходит возрастание
энтропии.
Эта особенность энтропии позволяет связать ее с изме-
нением времени. В течение последних десятилетий в лите-
ратуре, особенно зарубежной, развивается точка зрения,
согласно которой увеличение энтропии является указате-
лем направленности времени от прошлого к будущему.
В некоторых работах энтропия считается единственной
характеристикой, которая совершенно однозначно изме-
няется с течением времени и как бы олицетворяет собой
его направленность. Предположим, что. в мировом про-
странстве, в области, достаточно удаленной от звезд, летит
ракета, несущая в себе людей. Продвигаясь в темной пу-
стоте пространства, люди не будут чувствовать каких-либо
выделенных направлений «верха» и «низа», поскольку все
тела в ракете не подвергаются действию силы тяжести.
Все направления пространства будут здесь равнозначными.
Естественно возникает вопрос, будет ли эта равнозначность
и неразличимость направлений распространяться также
и на время? По какому признаку можно будет судить
239
о том, что время течет от прошлого к будущему, а не на-
оборот? Эддингтон и ряд других зарубежных физиков счи-
тают, что таким признаком является возрастание энтропии
системы. «Поскольку речь идет о физической вселенной,—
пишет Эддингтон,— то в качестве направления времени
следует определить то, в котором увеличивается дезор-
ганизация, так что на каком бы склоне горы мы ни стояли,
стрелка времени «к будущему» будет направлена вниз»1.
Попытка связать течение времени с изменением энтро-
пии имеет под собой некоторые основания. Действительно,
из всех конкретных свойств материальной системы, кроме
энтропии, нельзя, по-видимому, выделить такое свойство,
которое совершенно однозначно менялось бы со временем.
Течение времени нельзя непосредственно отождествлять
и с процессом развития, поскольку развитие любой конкрет-
ной системы имеет начало и конец, тогда как время беско-
нечно. Кроме того, если считать, что процесс развития опре-
деляет направленность времени от прошлого к будущему,
то тогда процесс дезорганизации и распада, следующий
за развитием, пришлось бы определять как обратное те-
чение времени от будущего к прошлому, что. совершенно
неприемлемо.
Однако и отождествление направленности времени с
возрастанием энтропии содержит в себе некоторые проти-
воречия. Прежде всего, ниоткуда не следует, что время те-
чет необратимо от прошлого к будущему только потому, что
энтропия возрастает. Энтропия — это частная физическая
характеристика, тогда как время есть всеобщая форма
бытия материи. Понятие энтропии применимо лишь к мак-
роскопическим тепловым процессам, оно неприменимо к
микропроцессам и элементарным частицам. И если связы-
вать изменение времени лишь с возрастанием энтропии,
то из этого следует, что все элементарные частицы сущест-
вуют вне времени, а микропроцессы не обладают никакой
временной последовательностью. Однако это совершенно
бессмысленно. Значит, энтропия не может считаться един-
ственным указателем направленности времени; во всяком
случае в микромире этот критерий совершенно неприменим.
Но и при рассмотрении макроскопических процессов
возникают значительные трудности и противоречия. Дело
в том, что в некоторых случаях, как утверждает статисти-
1 A. Eddington, New pathways in science, p. 63.
240
ческая физика, возможно не только возрастание энтропии,
но и ее уменьшение. Это уменьшение связано с флуктуа-
циями, которые могут происходить в системе, стремящейся
к статистическому равновесию. Рассмотрим, например,
сосуд, разделенный перегородкой; по одну сторону пере-
городки имеется газ, по другую—вакуум. Если убрать
перегородку, то газ устремится в пустую половину, так
что вскоре его плотность всюду окажется одинаковой.
Возникнет состояние статистического равновесия с наи-
большей энтропией. Если система изолирована, то это со-
стояние может сохраняться сколь угодно долго. Однако
через определенные интервалы времени, в системе могут
возникать отклонения от данного состояния или флукту-
ации. Более того, принципиально возможно, что все моле-
кулы на один какой-то момент времени снова соберутся
в одной половине, тогда как вторая будет пустой. Правда,
вероятность такого события ничтожно мала; она тем мень-
ше, чем больше молекул в сосуде. Если масса газа равна
примерно 1 грамму, то подобное событие может осущест-
виться лишь один раз за много триллионов лет. Однако
в данном случае важна принципиальная возможность та-
кого процесса. Допущение этой возможности имеет
важное значение в статистической физике. В конце
XIX в. Больцман использовал представление о флукту-
ациях для критики теории тепловой смерти вселенной.
Больцман полагал, что во вселенной постоянно происходят
отклонения от статистического равновесия, сопровожда-
ющиеся уменьшением энтропии (этот вопрос будет рассмот-
рен дальше).
Подобная точка зрения вносит существенное измене-
ние в понимание связи энтропии со временем. Если течение
времени от прошлого к будущему отождествлять с возрас-
танием энтропии, то уменьшение энтропии было бы равно-
значно обратному течению времени от будущего к прошло-
му. Но, как было отмечено выше, это приводит к тому,
что причинно-следственная цепь событий повертывается
вспять и нарушаются основные законы сохранения. Кроме
того, само взаимодействие материальных объектов оказы-
вается невозможным. Поэтому необходимо отбросить пред-
ставление об обратном течении времени. Но это значит,
что мы не вправе считать возрастание энтропии критерием
течения времени к будущему, во всяком случае для всех
процессов. Следовательно, не время вытекает из частной
241
физической характеристики—энтропии, а, наоборот, воз-
растание энтропии является производным по отношению
к изменению материи во времени. При этом понятие энтро-
пии применимо не ко всем существующим в природе со-
стояниям и формам материи, а лишь к тем, которые харак-
теризуются термодинамическими параметрами.
Что же в таком случае можно считать действительно
всеобъемлющим и однозначным критерием направленности
времени? Таким критерием, на наш взгляд, следует счи-
тать объективные закономерности взаимодействий и при-
чинной связи явлений. А именно, время течет необратимо
от прошлого к будущему потому и постольку, поскольку
соблюдается причинная связь явлений. При обратном те-
чении времени причинная связь была бы невозможна, а сле-
довательно, невозможно было бы взаимодействие и движе-
ние. Поэтому такая направленность объективно не суще-
ствует, а значит, для нее не может быть и критериев. Это
положение полностью относится и к микропроцессам. Воз-
можность замены знака времени в уравнениях для микро-
частиц означает не фактическое изменение направленности
времени, а лишь признание того, что частица или система
может переходить как из состояния А в состояние Б, так
и из состояния Б в состояние А, причем процесс перехода
в обоих случаях будет одинаковым. Но если даже такие
обратимые процессы имеют место, они происходят в рам-
ках необратимо текущего времени. Как замечают Л. Лан-
дау и Е. Лифшиц, в квантовой механике «имеется физи-
ческая неэквивалентность обоих направлений времени,
и возможно, что ее «макроскопическим» выражением и
является закон возрастания энтропии»1.
Таким образом, увеличение энтропии является кон-
кретным физическим признаком необратимого течения вре-
мени, но применимым лишь для отдельных групп явлений
и существующим в рамках более общего критерия причин-
ной связи. Поэтому закон возрастания энтропии нельзя
абсолютизировать и считать всеобщим законом, охваты-
вающим все формы существования материи. Такая абсо-
лютизация неправомерна еще и потому, что она приводит
к реакционной теории тепловой смерти вселенной. Эта тео-
рия получила за последние десятилетия широкое распро-
странение и выдвигается идеалистами в качестве одного
1 Л. Ландау и Е. Лифшиц, Статистическая физика, стр. 47.
242
из важнейших «опровержений» материализма. Поскольку
вопрос о будущности вселенной имеет принципиальное
значение для темы нашей книги, остановимся на этой
теории подробнее.
Впервые вывод о тепловой смерти вселенной был сделан
во второй половине XIX в. Томсоном, а затем развит Кла-
узиусом. Клаузиус указывал, что применение второго
закона термодинамики к миру в целом приводит к заклю-
чению, что все процессы в природе происходят только в
направлении рассеяния энергии, так что вселенная не-
уклонно стремится к состоянию термодинамического рав-
новесия. С тех пор эта концепция неустанно пропаган-
дируется в работах философов и физиков-идеалистов. Осо-
бенно значительную роль в ее распространении сыграли
Джинс и Эддингтон. Рассматривая второй закон термо-
динамики как закон «обесценения» энергии во вселенной,
Джинс писал: «Уровень энергии не может спадать вечно и,
подобно гирям в часах, энергия должна достичь своего
наинизшего положения. Так и вселенная не может двигать-
ся вечно; рано или поздно должно прийти время, когда ее
последний эрг энергии достигнет низшей ступени на лест-
нице вырождения активности, и в этот момент действенная
жизнь вселенной прекратится. Энергия еще сохранится,
но она потеряет всякую способность к изменению; она так
же мало будет способна привести в движение вселенную,
как вода в тихом пруду вращать водяное колесо. Мы ока-
жемся в мертвой, хотя, возможно, и теплой вселенной,
пришедшей к тепловой смерти». «Для вселенной, так же
как и для смертных, единственно возможная жизнь заклю-
чается в движении к могиле»1.
К выводам Джинса присоединяется Эддингтон, который
считает, что со временем все вещество вселенной перейдет
в излучение и мир будет подобен расширяющемуся шару
радиоволн. Эддингтон пишет: «Примерно через каждые
1500 миллионов лет этот шар радиоволн будет удваивать
свой диаметр, а его объем вечно расширяться в геометри-
ческой прогрессии. Очевидно, в таком случае я смогу опи-
сать конец физического мира как колоссальную радио-
передачу»1 2.
1 James Jeans, The Universe around us, Camb.— N.Y., 1945, p.
279—280.
2 A. Eddington, New pathways in science, p. 71.
243
Эддингтон связывает причину течения времени к буду-
щему с возрастанием энтропии. Как же может обстоять дело
в случае достижения вселенной состояния теплового равно-
весия? Эддингтон пишет: «Энтропия не может дальше уве*
личиваться, и, поскольку второй закон термодинамики
запрещает ее уменьшение, она остается постоянной. Тогда
наш указатель времени исчезает, и, поскольку речь идет
о системе, время прекращает свое течение. Это не значит,
что время перестает существовать, оно существует и про-
стирается дальше, так же как существует и простирается
пространство, но в нем нет более никакого динамического
качества. Состояние термодинамического равновесия яв-
ляется необходимым состоянием смерти, так что никакого
сознания не будет, чтобы предусмотреть тот или иной ука-
затель «стрелы времени». Это будет конец мира».
«Взглянем теперь в противоположном направлении,—•
продолжает Эддингтон.— Прослеживая время в прошлое,
мы находим все большую и большую организацию в мире.
Если мы не остановимся раньше, то мы дойдем до такого
времени, когда материя и энергия в мире имели максимум
возможной организации. Идти дальше этого в прошлое
невозможно. Мы приходим к другому концу пространства —
времени — к граничному концу,— но только согласно
нашему направлению времени мы назовем его началом»1.
Математик Уиттекер доводит эту концепцию до логи-
ческого завершения, провозглашая, что «мировой процесс
имеет начало и конец, но бог независимо от того, обладает
ли он другими качествами, определенно должен быть веч-
ным: он не имеет ни начала, ни конца»1 2.
Итак, цепь доказательств замкнута: на основе извра-
щенного толкования данных современной науки провоз-
глашается тот же вывод, который веками стремились дока-
зать теологи и философы-идеалисты. Но если прежде этот
вывод доказывался логическими ухищрениями и указанием
на предустановленную гармонию в мире, то в настоящее
время для доказательств используется весь аппарат совре-
менной науки.
«... В высшей степени характерно,—писал В. И. Ленин,—
как утопающий хватается за соломинку, какими утончен-
ными средствами пытаются представители образованной
1 A. Eddington, New pathways in science, p. 58.
2 E. Whittaker, Eddington’s principle in the philosophy of science,
p. 33.
244
буржуазии искусственно сохранить или отыскать местечко
для фидеизма, который порождается в низах народных масс
невежеством, забитостью и нелепой дикостью капитали-
стических противоречий»1.
Теория тепловой смерти вселенной еще при своем воз-
никновении была подвергнута решительной критике
Энгельсом, который показал, что эта теория вплотную смы-
кается с религией, поскольку она неявно допускает сотво-
рение мира в прошлом. Разоблачая утверждения о неиз-
бежности превращения всех форм движения в теплоту,
которая необратимо рассеивается в пространстве, Энгельс
указывал, что движение материи неуничтожимо не только
в количественном, но и в качественном смысле, то есть в
смысле возможности его неограниченных превращений из
одних форм в другие. Излученная в мировое пространство
теплота должна снова превратиться в другие формы дви-
жения, с тем чтобы вступить в новый круговорот развития.
Эти положения Энгельса представляют собой философскую
основу опровержения теории тепловой смерти вселенной.
Существенный вклад в критику этой теории внес выда-
ющийся физик-материалист Больцман (1844—1906). В клас-
сической термодинамике считалось, что если система
достигла термодинамического равновесия, то в ней прекраща-
ются какие-либо активные процессы, связанные с откло-
нением от этого состояния. Больцман подошел к проблеме
теплового равновесия с позиций молекулярно-кинетиче-
ской теории теплоты. Он связал понятие энтропии с поня-
тием функции состояния молекулярной системы, причем
допускал возможность изменения этой системы даже при
статистическом равновесии. При таком рассмотрении
энтропия оказывается пропорциональной логарифму вероят-
ности состояния системы. Возрастание энтропии есть пере-
ход ко все более вероятным состояниям. Но так как наи-
более вероятное состояние близко к состоянию, вероят-
ность которого немного меньше, то в системе будут проис-
ходить небольшие отклонения от этого состояния или флук-
туации, в течение которых энтропия будет уменьшаться.
Это представление Больцман переносит на всю вселен-
ную. Он принимает, что второй закон термодинамики
справедлив для всей вселенной, которая в целом находится
в состоянии теплового равновесия. Однако в отдельных час-
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 294—295.
245
тях вселенной происходят отклонения от этого состояния
или флуктуации с уменьшением энтропии, захватывающие
иногда гигантские по размерам области. Подобные флук-
туации определяются законами вероятности, и после каждой
из них система возвращается в состояние теплового равно-
весия. Окружающая нас область пространства представляет
собой именно такую гигантскую по размерам флуктуацию,
в ходе которой возникла возможность для появления жиз-
ни на Земле.
Флуктуационная гипотеза Больцмана исторически сыг-
рала определенную прогрессивную роль в борьбе против
теории тепловой смерти вселенной, поскольку она доказала
возможность постоянных изменений в мире. Однако она
содержала в себе также и принципиальные недостатки,
которые обесценивали ее критическое содержание. По
существу она не устраняла реакционную идею о неизбеж-
ности теплового равновесия, а, наоборот, предполагала,
что вся вселенная уже погружена в состояние теплового
равновесия, то есть провозглашала действительным то,
что критикуемая теория выдвигала в качестве возмож-
ности в будущем. Закономерность развития во вселенной
гипотеза Больцмана вообще отрицала, так как развитие она
сводила к сумме случайных отклонений от общего состо-
яния тепловой смерти.
Ограниченность больцмановского решения проблемы
заключается также в том, что она переносила частные за-
коны молекулярной физики на всю бесконечную вселенную,
для чего нет никаких оснований.
Каково же подлинно научное опровержение теории
тепловой смерти вселенной? Оно заключается, на наш
взгляд, прежде всего в определении границ применимости
второго закона термодинамики, а также в правильной ин-
терпретации процессов превращения микрочастиц в космо-
се. Концепция тепловой смерти внутренне противоречива.
Провозглашая конечность мира во времени, она допускает
бесконечность его в пространстве. Но если принять, что
вселенная не ограничена в пространстве, то в силу конеч-
ности скорости распространения взаимодействий установ-
ление теплового равновесия во всем мире происходило бы
бесконечное время. Таким образом, тепловая смерть ока-
залась бы возможной лишь в бесконечном будущем, что
по существу означает отрицание возможности такого со-
стояния.
246
Но в действительности тепловое равновесие принци-
пиально невозможно даже в бесконечном будущем, по-
скольку признание такой возможности предполагает не-
обратимость превращения всех форм движения в теплоту,
которая безвозвратно рассеивается, а такое предположение
совершенно необоснованно. Сторонники данной теории
распространяют второй закон термодинамики на все про-
цессы в мире и на всю бесконечную вселенную. Такое рас-
пространение неправомерно.
Второе начало в его категоричной форме, утверждаю-
щей неизбежность наступления состояния теплового рав-
новесия, применимо лишь для теплоизолированных си-
стем. Между тем любая реальная система и тем более вся
бесконечная вселенная не удовлетворяют таким условиям,
ибо они являются системами незамкнутыми. Для любой
галактики или еще большей системы всегда будут сущест-
вовать внешние по отношению к ней системы, которые своим
влиянием будут выводить ее из равновесного состояния,
да и само это состояние невозможно, поскольку система
непрерывно излучает материю и энергию.
Постоянное и необратимое рассеяние излучения во все-
ленной было бы возможно в двух случаях: 1) если бы вся
вселенная представляла собой остров материи, существу-
ющий в бесконечном пустом пространстве; 2) если бы все-
ленная была построена иерархически и плотность мате-
рии в ней с увеличением масштабов систем неуклонно стре-
милась бы к нулю. В последнем случае стремилось бы к
нулю также и поглощение излучения. Но выше было пока-
зано, что вселенная не может быть построена таким обра-
зом, и поэтому в ней не может происходить необратимого
рассеяния энергии. Сам факт отсутствия теплового равно-
весия при бесконечном существовании вселенной говорит
против подобных схем строения мира в целом.
Очевидно, во вселенной организация вещества в устойчи-
вые и целостные системы имеет верхний предел, за которым
распределение вещества становится более или менее рав-
номерным, подчиняясь закону случая. При такой структур-
ной организации вполне возможно, что в достаточно боль-
ших областях пространства, в которых кинетическая энер-
гия теплового движения микрочастиц оказывается сравни-
мой с энергией их гравитационных взаимодействий, все
излучение будет поглощено диффузной материей, а его
энергия превратится в другие формы энергии. В системах
247
такого масштаба общая масса может быть столь велика,
что ее гравитационное поле окажется в состоянии удержать
большую часть излучения звезд, пока оно не будет погло-
щено. Система такого рода обладала бы положительной
кривизной пространства, наподобие замкнутой вселенной
Эйнштейна, с той только разницей, что в реальной все-
ленной таких систем было бы бесконечно много. Связь
между такими системами должна происходить не столько
при помощи обычных полей, сколько при помощи каких-то
других сил неизвестной природы.
Таким образом, первым важнейшим условием того, что
в реальном мире не может наступить состояние теплового
равновесия, является поглощение всей излученной мате-
рии, начиная с некоторого достаточно большого объема
пространства.
Теперь необходимо рассмотреть, какова дальнейшая
судьба поглощенного излучения и как оно может вклю-
читься в новый цикл развития. Здесь мы сталкиваемся
с необходимостью определения границ второго закона тер-
модинамики. Говоря о границах применимости данного
закона, мы не имеем в виду, что в одной области вселенной
он действует, а в другой нет. Второй закон термодинамики
распространяется на все области вселенной, где имеются
тепловые процессы, ибо всюду тепло переходит от более
нагретых тел к менее нагретым и обратный переход тепла
невозможен. Между тем нарушение второго закона термо-
динамики связано именно с возможностью такого обратного
перехода.
Однако этот закон содержит в себе другое утверждение,
а именно, утверждение о стремлении энтропии замкнутой
системы к максимуму с установлением статистического рав-
новесия. В этом смысле данный закон применим лишь
к замкнутым системам и неприложим к реальным кос-
мическим системам, а тем более ко всей бесконечной все-
ленной.
Второй закон термодинамики характеризует только’
тепловые процессы и не распространяется на другие формы
движения. Так, уже в прошлом веке было установлено, что
он неприменим к броуновскому движению, обусловленному
молекулярными взаимодействиями, которое протекает во-
преки выводам о возрастании энтропии в замкнутой си-
стеме, и не обнаруживает никакой тенденции к прекраще-
нию или установлению статистического равновесия.
248
Этот закон неприменим также к ядерным, электромаг-
нитным и гравитационным взаимодействиям в атомных
масштабах, а между тем именно эти процессы обусловли-
вают все развитие материи в космосе. Второй закон тер-
модинамики не учитывает перехода количественных из-
менений в качественные при увеличении массы системы.
Если взять замкнутую систему относительно небольших
размеров, то в ней в результате усреднения скоростей дви-
жения молекул может наступить состояние теплового
равновесия. Однако в таком направлении процесс будет раз-
виваться не во всех замкнутых системах. Если масса изо-
лированной системы превысит 1/20 массы Солнца, то в нед-
рах ее возникнут столь большое давление и температура,
что начнется термоядерная реакция, в результате которой
выделится энергии во много раз больше, чем первоначаль-
ная энергия кинетического движения молекул. Не проти-
воречит ли такое течение процесса второму закону термо-
динамики? Несомненно, противоречит, поскольку в системе
не возникает статистического равновесия, а, напротив,
выделяется огромное количество тепла. Но с другой сто-
роны, тепло здесь возникает не за счет его перехода от
менее нагретых тел к более нагретым, а за счет энергии гра-
витационных и ядерных взаимодействий, относительно
которых второй закон термодинамики не содержит никаких
утверждений. Но коль скоро тепло возникло, то дальней-
шая его судьба будет определяться этим законом.
Мы сталкиваемся здесь с пределами применимости вто-
рого закона термодинамики, а именно, с его непримени-
мостью ко всем случаям возникновения тепла не за счет
тепловых процессов, а за счет электромагнитных, ядерных
и гравитационных взаимодействий. Закон характеризует
не все энергетические превращения, существующие в при-
роде, а лишь те, которые связаны с преобразованиями теп-
ла. Он, в частности, неприложим к микропроцессам, где
возможна передача энергии квантами от систем с меньшей
собственной энергией к системам с большей собственной
энергией. Поэтому его нельзя считать столь же всеобщим
законом, как закон сохранения энергии, который применим
ко всем без исключения процессам — как единичным,
так и статистическим.
Все эти факты имеют первостепенное значение для опро-
вержения теории тепловой смерти вселенной и понимания
внутренних причин бесконечного развития мира.Сторонники
249
данной теории, утверждая, что энергия необратимо рас-
сеивается в пространстве, дают одностороннее толкование
процесса. Они забывают, что энергия рассеивается не сама
по себе, а вместе с материей, которая неуничтожима. Что
касается электромагнитного излучения, то оно рано или
поздно поглощается диффузной материей в бесконечных
областях пространства; вещество же снова концентрируется
в большие массы. Выше было отмечено, что если масса
диффузной туманности достаточно велика, а ее плотность
составляет не менее чем \0~19г/см3у то такая туманность будет
сжиматься под действием гравитационных сил. При сжатии
энергия гравитационного поля превращается в тепловую
энергию и происходит саморазогревание туманности. На
некотором этапе возникнут термоядерные реакции, и туман-
ность распадется на группу звезд. Выделение энергии здесь
происходит за счет гравитационных, электромагнитных и
ядерных взаимодействий, которые не входят в компетенцию
второго закона термодинамики. Но коль скоро возникла
система, обладающая определенной тепловой энергией, то
дальнейшая эволюция этой системы может быть в опреде-
ленной мере объяснена на основании данного закона. Эво-
люция системы будет связана с возрастанием энтропии,
поскольку энтропия увеличивается во всякой системе, где
происходят тепловые процессы. Однако, несмотря на это,
в мире как целом энтропия нигде не будет достигать макси-
мального значения. Это объясняется прежде всего действием
гравитационных полей, которые начинают играть особую
роль в больших областях вселенной.
Как отмечают Л. Ландау и Е. Лифшиц, гравитационное
поле не может быть включено в состав замкнутой системы,
так что весь мир в целом «должен рассматриваться не как
замкнутая система, а как система, находящаяся в перемен-
ном гравитационном поле; в связи с этим применение закона
возрастания энтропии не приводит к выводу о необходи-
мости статистического равновесия»1.
Справедливость этого вывода можно обосновать еще и тем,
что темпы изменений замедляются с возрастанием порядка
систем, и поскольку мир представляет собой бесконечную
систему, то возрастание энтропии в нем будет бесконечно
медленным, так что в целом значение энтропии за бесконеч-
ное время существования мира будет неопределенным.
1 Л. Ландау и Е. Лифиищ, Статистическая физика, стр. 45.
250
Энтропия всюду возрастает, однако без того, чтобы мир пе-
решел в состояние статистического равновесия. Если даже
учитывать только одни процессы рассеяния, то такое со-
стояние оказывается бесконечно удаленным во времени. Но
в действительности оно принципиально невозможно даже
в бесконечном будущем, поскольку в мире наряду с рассе-
янием имеются также противоположные процессы концент-
рации материи и энергии, роль которых все более возрас-
тает с увеличением размеров материальных систем.
Однако из этого не следует делать вывод о том, что изме-
нение мира представляет собой бесконечную цикличность
с постоянным возвратом к исходным пунктам. Выше было
показано, что теория абсолютной цикличности неприло-
жима ни ко всему миру в целом, ни к ограниченным систе-
мам. В развитии космоса всюду действует отмеченная выше
закономерность, согласно которой относительно обратимые
изменения й какой-либо системе представляют собой момент
необратимых изменений в рамках более общей системы.
Действие этой закономерности обусловлено, в частности,
тем, что в процессе эволюции всякая система излучает во
внешнее пространство материю и энергию, и это излучение
вызывает необратимые изменения в состоянии пограничных
областей. Ввиду этого в целом материальный мир разви-
вается необратимо. Каждая его составная часть является
итогом предшествующего бесконечного изменения материи
и в то же время служит отправным пунктом для последую-
щего неограниченного изменения.
Необратимость развития мира обусловлена не только
тем, что каждый раз создаются новые условия существо-
вания материальных систем, но также и тем, что с течением
времени, по-видимому, изменяются и сами законы движения
материи. В связи с этим представляет большой интерес
рассмотреть, как развертываются во времени закономер-
ности движения, а также различные формы причинных
связей.
§ 6. Проблема детерминированности развития в природе
Исследование бесконечности развития материи во вре-
мени неизбежно приводит к вопросу: является ли это разви-
тие развертыванием заранее существующих возможностей
или же в ходе развития постоянно создаются новые состо-
яния материи и соответствующие им новые возможности,
251
которые принципиально отличны от старых и не содержа-
лись в них даже в потенции? Можно ли сказать, что состоя-
ние и закономерности мира в настоящем определяют цели-
ком его состояние и закономерности на будущее? Заложено
ли будущее состояние в настоящем, а настоящее — в прош-
лом? Другими словами, имеется ли какая-либо однознач-
ная причинная связь между любым данным состоянием
материальной системы и ее последующим состоянием, между
существующими законами и теми законами, которые будут
действовать в будущем? Все эти вопросы в несколько иной
форме были поставлены уже в античной философии и много-
кратно поднимались в течение всего последующего развития
научной мысли. Каждая философская система давала тот
или иной ответ на них, причем в большинстве случаев
ответы были положительными. Отрицательный ответ да-
вали в основном представители субъективного идеализма
и волюнтаризма, которые отвергали объективный характер
законов природы, считая их продуктом деятельности чело-
веческого разума.
Среди идеалистических течений, дававших положитель-
ные ответы на сформулированные выше вопросы, следует
назвать прежде всего различные системы объективного иде-
ализма, которые вплотную примыкали к религии. Согласно
религиозно-идеалистическому взгляду, развитие мира есть
осуществление божественного предопределения; в момент
сотворения мира уже было предначертано все до мельчай-
ших подробностей, и какое-либо самопроизвольное возник-
новение явлений исключено. Эта концепция, однако, при-
водила к внутренним противоречиям: если все без исклю-
чения явления предопределены богом, то, следовательно,
и все «грехи», которые делают люди, также предопределены,
а значит, теряет смысл понятие об аде и загробном наказа-
нии, так же как и представление о рае. Богословы до сих
пор не могут выпутаться из этого противоречия, несмотря
на то, что по этому поводу были написаны десятки книг.
Представители механического материализма XVII—
XVIII вв. отвергали все религиозно-идеалистические до-
мыслы о сотворении мира и божественном предопределении
и рассматривали мир как вечно изменяющуюся материю.
В основе мира лежат неделимые атомы, находящиеся в по-
стоянном движении и взаимодействиях, и их взаимодейст-
вия в конечном счете определяют все, что происходит в при-
роде. Поэтому все явления имеют точно определенную при-
252
чину и осуществляются с железной необходимостью, если
только имеются соответствующие условия. Случайных
явлений (которые отождествлялись с беспричинными) в
природе не существует, случайное — это то, причина чего
нам не известна. Познание причины случайности показы-
вает, что случайность произошла в силу необходимости,
и поэтому она должна также рассматриваться как необходи-
мость, но только непознанная. Для разума, который знал бы
все причины в мире, не было бы случайных явлений, любое
событие для него осуществлялось бы с необходимостью.
Гольбах и Дидро, которые последовательно развили
эту концепцию, нанесли сокрушительные удары религи-
озно-идеалистическому пониманию мира. Ясно, что в рам-
ках данной концепции проблема детерминированности раз-
вития решалась в утвердительном смысле. Каждое данное
состояние мира необходимо возникло из предшествующего
состояния, ибо если бы не было такой необходимости, то
оно не возникло бы. В прошлом было заложено в виде воз-
можности все то, что существует в настоящее время, а в на-
стоящем содержится в виде возможности будущее. Развитие
мира есть однозначное развертывание необходимости. При-
рода не знает свободы выбора, она делает то, что необходимо
вытекает из законов ее бытия. Зная эти законы, а также все
состояния тел для настоящего времени, можно было бы пред-
видеть все события в будущем, если бы только человеческий
разум не был слишком слаб для такого анализа. Но это за-
труднение не является принципиальным, и для неизмеримо
более могущественного разума, если бы такой существо-
вал, знание всех причин в настоящем делало бы ясным все
развитие на будущее время. Лаплас писал:
«Ум, которому были бы известны для какого-либо дан-
ного момента все силы, одушевляющие природу, и отно-
сительное положение всех ее составных частей, если бы вдо-
бавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить
эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения
величайших тел вселенной наравне с движениями легчай-
ших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него
недостоверно, и будущее, также как и прошедшее, предстало
бы перед его взором. Ум человеческий в совершенстве,
которое он сумел придать астрономии, дает нам представ-
ление о слабом наброске того разума»1.
1 Лаплас, Опыт философии теории вероятностей, 1908, стр. 9.
253.
Не следует думать, будто Лаплас и другие французские
материалисты склонялись к религиозному фатализму: они
развивали материалистический взгляд на мир и неприми-
римо относились к религии. Правда, Гольбах называл себя
приверженцем фатализма, но этот фатализм у него основан
на материалистическом понимании природы. Точное наз-
вание этой концепции — последовательный механический
детерминизм.
В дальнейшем в механике концепция детерминизма полу-
чила более простую и, вообще говоря, более примитивную
формулировку. Считалось, что если известны координаты
и импульсы составных элементов системы, а также внешние
силы, действующие на систему, то на основании решения
соответствующих уравнений можно определить поведение
системы на любое будущее время. Успехи небесной меха-
ники, казалось бы, подтверждали справедливость такой
установки.
Однако развитие квантовой теории показало, что подоб-
ная программа не может быть осуществлена. Точность одно-
временного значения координат и импульсов у частиц дает-
ся соотношением неопределенностей. Поэтому постановка
вопроса в духе механического детерминизма теряет смысл.
Необходимо отметить, однако, что квантовая механика
опровергает ту упрощенную трактовку детерминизма, ко-
торую он получил в классической механике, но не тот детер-
минизм, который был сформулирован французскими мате-
риалистами. Если внимательно вдуматься в формулировку
Лапласа, то можно видеть, что Лаплас вовсе несчитал доста-
точным для1 предсказания будущего знание одних только ко-
ординат и импульсов частиц. В качестве такого необходимого
условия он считает знание всей совокупности свойств и вза-
имодействий различных тел, начиная от гигантских косми-
ческих миров и кончая мельчайшими атомами. При этом он
ясно указывает, что человеческий разум слишком слаб для
решения такой задачи. Эта задача могла бы быть решена
неизмеримо более могущественным умом, для которого зна-
ние всех причин является необходимым и достаточным
условием для предвидения всех следствий. При этом не сле-
дует думать, будто сама по себе детерминистская концепция
ведет к признанию строения материи из простейших и бес-
структурных корпускул. Французские материалисты опе-
рировали понятием неделимого атома потому, что они не
видели другого, более рационального, объяснения строения
254
материи. Сложность атомов в то время была не известна,
да и сами атомы не были еще открыты эксперименталь-
но. Но если даже принимать сложность и неисчерпаемость
атомов и других микрообъектов в соответствии с данными
современной науки, то даже в рамках этих посылок в прин-
ципе возможно сформулировать логически непротиворе-
чиво ту проблему, которая была поставлена Лапласом.
В таком случае детерминистское понимание природы уже
не может быть опровергнуто на основе квантовой механики.
Основной принцип детерминизма о том, что нет действия
без причины, целиком относится и к микропроцессам, как
бы сложны они ни были. Поэтому с точки зрения последо-
вательного детерминизма условие предсказания будущего
заключается в знании всех внутренних и внешних связей
микрообъектов, в учете всех действующих причин — и эту
постановку проблемы нельзя опровергнуть ссылкой на
принцип неопределенности, поскольку эта постановка тре-
бует выполнения условий, неизмеримо более сложных, чем
содержится в данном принципе.
Вопреки распространенному мнению следует указать,
что последовательный детерминизм нельзя опровергнуть
также и на основе признания объективного характера слу-
чайностей. Детерминизм опровергался бы признанием слу-
чайностей лишь при том условии, если бы случайности были
чем-то беспричинным. Тогда знания всех причин было
бы вовсе недостаточно для предвидения следствий на буду-
щее, поскольку в процесс развития вторгались бы случай-
ности, которые принципиально не предсказуемы. Но в при-
роде не существует беспричинных явлений, она не знает
«свободы выбора» в духе волюнтаризма. Поэтому пони-
мание случайного как беспричинного неверно. Случайность
также имеет свои причины, она представляет собой форму
проявления и дополнения необходимости. Энгельс писал,
что «где на поверхности происходит игра случайности, там
сама эта случайность всегда оказывается подчиненной внут-
ренним скрытым законам. Все дело лишь в том, чтобы от-
крыть эти законы»1.
Случайность выступает как пункт пересечения многих
(по меньшей мере двух) необходимостей, и если мы знаем
направление всех этих необходимостей, то мы можем пред-
видеть и пункт их пересечения, то есть случайность. Прав-
1 К. Маркс и Ф. Энгельс, Избранные произведения, т. II, Госполит-
из дат, 1955, стр. 371.	*
255
да, в реальной действительности любое случайное явление
определяется бесчисленным множеством факторов и законо-
мерностей, учесть которые бывает почти невозможно. Но
дело не в трудностях, а в принципиальной стороне вопроса.
Если мы признаём, что случайность имеет свои причины
и обусловлена глубокими внутренними законами, то знание
всех этих причин и законов есть необходимое и достаточное
условие для предвидения случайностей, а также для их
посильного устранения, если они не соответствуют инте-
ресам человека. Отрицание такой возможности означало
бы признание непознаваемой «вещи в себе», то есть явля-
лось бы уступкой агностицизму и идеализму. Кроме того,
оно признавало бы бессилие человека перед лицом стихий-
ных и вредных случайностей, которые были бы непредска-
зуемы и поэтому принципиально неустранимы.
Из этого, однако, не следует делать вывод о том, что слу-
чайность является чисто субъективной категорией и что она
существует лишь благодаря тому, что мы не знаем ее при-
чин. Случайность является столь же объективной, как и
необходимость, ибо она представляет собой пункт пересе-
чения необходимостей и форму их проявления. Но то обсто-
ятельство, что данный пункт пересечения или данная форма
проявления необходимости представляется нам как чистая
случайность, которую нельзя предвидеть, несомненно, обус-
ловлено незнанием всех причин, вызвавших данную слу-
чайность. Поэтому Гегель говорил, что «случайное имеет
некоторое основание, ибо оно случайно, но точно так же и
не имеет основания, ибо оно случайно... Необходимость сама
определяет себя как случайность и... с другой стороны,
эта случайность есть скорее абсолютная необходимость...» 1
Энгельс соглашался с этим взглядом Гегеля.
Тот факт, что случайность выступает как необходимость
в других связях и отношениях, можно подтвердить бесчис-
ленным количеством примеров. Так, если взять кусок ура-
на, то в нем в каждую секунду будет распадаться, скажем,
миллион ядер. То, что распалось в данный момент именно
это ядро, а не другое, для нас представляется чистой
случайностью. Однако, если бы нам удалось проникнуть
в структуру данного ядра, исследовать все связи между
его нуклонами, то данный распад уже не был для нас чистой
случайностью; его можно было бы предсказать заранее.
См. Ф- Энгельс, Диалектика природы, стр. 174.
256
Сам факт распада от этого не исчезнет, но он уже перестанет
казаться случайным. Таким образом, основная посылка
детерминизма о возможности предвидения будущего на ос-
новании знания всех причин не может быть опровергнута
допущением объективности случайностей, поскольку сами
эти случайности представляют собой результат действия
глубоких причинных связей.
Значит ли это, что концепция лапласовского детерми-
низма принципиально неопровержима и полностью согла-
суется с действительностью? Этого сказать нельзя, по-
скольку данная концепция приводит к значительным проти-
воречиям и трудностям. Если исходить из того, что знание
всех причин, имеющихся в настоящее время, является доста-
точным условием для предвидения всех будущих следствий
на сколь угодно далекое время, то это значит — призна-
вать, что развитие в природе происходит совершенно одно-
значно. Согласно этой точке зрения будущее целиком зало-
жено в прошлом, совокупность имеющихся в данный момент
причин полностью определяет все возможные следствия
в будущем. Но подобная точка зрения приводит к концеп-
ции, близкой к фатализму. Все события, как бы невероят-
ны или незначительны они ни были, выступают как нечто
неотвратимое. Так, в большом городе в настоящее время
уже предопределено, скольким людям суждено погибнуть
от несчастных случаев завтра, через неделю, месяц и т. д.,
причем необходимость этих событий заложена в характере
действия людей, в устройстве машин, дорог и т. п. Если по-
дойти с позиций этой концепции к объяснению настоящего,
то необходимо признать, что наличие в данной странице
стольких-то букв, падение карандаша, брошенного на пол
в это место, а не в другое, и т. п.— все это уже было зало-
жено в качестве первичной возможности в той материи,
из которой образовались наша Галактика, Солнце и Земля,
причем данные события должны были осуществиться именно
так, и никак иначе. Поскольку же материя, образовавшая
все окружающие тела, имела предшествующее бесконечное
существование, то необходимость осуществления данных со-
бытий была заложена уже в бесконечном прошлом. С необхо-
димостью такого рода, говорил Энгельс, мы еще не выходим
за пределы религиозного взгляда на мир, хотя с формаль-
ной стороны здесь не говорится о каких-либо сверхъестест-
венных силах. Таким образом, исходя из положения о том,
что нет действия без причины и что знание причин является
257
необходимым и достаточным условием для предвидения
следствий, положения, самого по себе верного, мы приходим
к явно абсурдным выводам об извечной предопределенности
всех событий, как бы незначительны эти события ни были.
Очевидно, где-то в рассуждениях была допущена ошибка,
связанная с абсолютизацией некоторых посылок и забвени-
ем других фактов действительности. Какова же эта ошибка?
Для того чтобы найти ее, рассмотрим некоторые важные
особенности процесса развития.
Развитие представляет собой процесс превращения воз-
можности в действительность. Возможность — это реально
существующая, скрытая в предметах и явлениях тенденция,
которая претворяется в действительность лишь при опре-
деленных условиях. Возможным является не все то, что
может возникнуть в уме человека на основе логичных или
нелогичных рассуждений, а лишь то, что соответствует
объективным законам природы. В этом заключается крите-
рий отличия возможного от невозможного.
Возможности могут быть реальными и формальными.
Формальные возможности — это те, которые в принципе
соответствуют объективным законам, но не могут быть
осуществлены ввиду отсутствия необходимых условий.
Реальные возможности — это те, которые не только соот-
ветствуют законам, но и имеют необходимые условия для
своего осуществления.
Различие между реальной и формальной возможностью
относительно. Формальная возможность может превратить-
ся в реальную, если возникнут соответствующие условия,
так же как реальная возможность станет формальной,
если необходимые условия исчезнут.
С точки зрения лапласовского детерминизма развитие
есть однозначное развертывание заложенных в материи
возможностей. Всякое данное состояние мира полностью
определяет любое его последующее состояние (determi-
паге(лат.) — определять). В свою очередь оно необходимо
порождено предшествующим ему состоянием, и т. д. до бес-
конечности. Но здесь возникают существенные противо-
речия. Из всех возможностей, которые существуют в мате-
риальной системе в данном состоянии, в действительность
превращаются лишь весьма немногие. Остальные не реали-
зуются и исчезают, если они не соответствуют новым сос-
тояниям материальной системы. Точнее говоря, они превра-
щаются из реальных возможностей в формальные. Таким
258
образом, не все заложенное в материи осуществляется; это-
первое, что говорит о недостаточности детерминистской кар-
тины мира.
Далее, если из всех существующих возможностей реа-
лизуются лишь немногие, то в процессе развития мира ко-
личество имеющихся реальных возможностей должно пос-
тоянно уменьшаться. Множество возможностей более
высокого порядка с развитием мира будет сводиться
к множеству меньшего порядка и т. д. Сфера возможнос-
тей будет постоянно суживаться, наподобие треугольника
по мере движения к его вершине. За бесконечное время су-
ществования мира произошло бы вырождение имевшихся
реальных возможностей. Тот факт, что развитие мира все же
происходит и материя обладает бесконечным множеством
возможностей в своих изменениях, говорит о том, что в
процессе развития происходит не только вырождение старых
возможностей, но и постоянное появление новых возмож-
ностей, которые соответствуют новым состояниям материи.
Эти новые возможности являются основой для дальней-
шего развития. Они не существовали раньше, не были зало-
жены в предшествующих состояниях материи, они возник-
ли на определенном этапе ее развития как возможности но-
вых состояний.
Возникновение новых возможностей не является наруше-
нием каких-либо законов сохранения материи и ее свойств,
оно выступает как важнейшая сторона процесса изме-
нения материи. Но коль скоро возможности создаются,
то не все то, что осуществлено в настоящее время, было за-
ложено в сколь угодно отдаленном прошлом, так же как не
все то, что возникнет в будущем, заложено в настоящем.
А это значит, что развитие мира не является предопреде-
ленным. Тем самым преодолевается фаталистическая
картина развития природы, хотя полностью сохраняется объ-
ективный характер ее закономерностей. Развитие есть раз-
вертывание законов, внутренне присущих материи. Но каж-
дой качественно новой форме материи соответствуют и новые
законы, которые появляются вместе с возникновением
данной формы материи. Так, с появлением живого вещества
возникли законы жизни, с появлением человека — законы
общественного развития. Эти законы не были заложены в
первичной диффузной туманности, их никак нельзя вывести
из взаимодействий элементарных частиц в газо-пылевом
облаке, так как они характеризуют взаимосвязи принци-
259
пиально иных по своим свойствам материальных объ-
ектов.
Возвращаясь к поставленному в начале данного параг-
рафа вопросу, следует сказать, что развитие является не
только развертыванием заранее существующих возмож-
ностей, но и процессом создания новых возможностей.
Ввиду этого всякое последующее состояние лишь частично
определяется предыдущим, причем тем в меньшей степени,
чем значительнее разрыв во времени и чем больше число
действующих факторов. Между предыдущим Состоянием
материальной системы и последующим однозначная связь
может быть лишь в том случае, если определяющие факторы
и законы изменения системы остаются теми же самыми;
в противном случае связь будет неоднозначной, так как
каждое явление может иметь множество причин и вести к
множеству следствий.
Понятие детерминированности развития является одно-
сторонним, слабым выражением всего закономерного про-
цесса развития. В. И. Ленин писал, что каузальность (при-
чинность) является малой частичкой всемирной связи яв-
лений. Так и положение об однозначности причинно-след-
ственных связей в мире является частным, упрощенным
случаем закономерных связей в природе.
Развитие в природе не может быть извечно детермини-
рованным еще и потому, что сами законы, по которым про-
исходит развитие, не являются абсолютно неизменными и
раз навсегда данными. Всякий закон представляет собой
выражение существенных и устойчивых связей между яв-
лениями. Если явления изменяются, то меняется также
и характер связи между ними, а следовательно, и соответ-
ствующий закон. Вместо старого закона появляется новый,
тогда как старый остается лишь в качестве возможности,
которая стала бы действительностью, если бы снова появи-
лись исчезнувшие условия и взаимосвязи между явлениями.
Поскольку вся природа находится в постоянном разви-
тии, то большая часть законов, действующих в данной об-
ласти вселенной, является историческими, возникшими
на определенной ступени развития. Такими являются, нап-
ример, законы общества, живой природы и многие законы
неорганической прирол.ы. Так, периодический закон хими-
ческих элементов действует лишь в тех областях, где име-
ются химические элементы. Сфера его действия расширяется
вместе с образованием средних и тяжелых элементов. В ре-
260
лятивистской космологии уже давно высказывается мысль
о том, что с течением времени изменяются законы не толь-
ко макроскопических явлений, но и атомного мира. Эти
изменения, по-видимому, находят свое выражение в изме-
нении основных параметров законов — универсальных миро-
вых констант: массы, заряда, постоянной тонкой структуры,
постоянной тяготения и др. Подобная гипотеза в принципе
соответствует диалектико-материалистическому положению
о всеобщности изменения и развития, однако в настоящее
время она пока не имеет какого-либо конкретного подтвер-
ждения. Измерение возрастов различных минералов по ме-
тоду распада тория, урана, калия и других элементов пока-
зывает, что во всех случаях константа радиоактивного рас-
пада является постоянной и не изменяется со временем, по
крайней мере за период существования Земли \ Константа
радиоактивного распада тесно связана с другими констан-
тами атомных явлений, и это говорит о малой вероятности
изменения последних за период порядка 5—7 миллиардов
лет. Но не исключена возможность, что данные отрезки
времени еще слишком малы для обнаружения подобных
изменений, которые могут происходить за периоды, не мень-
шие, чем сотни миллиардов лет.
Во всяком случае вряд ли можно сомневаться в том, что
в масштабе вечности существования материи и бесконеч-
ности ее в пространстве все константы и законы природы
претерпевают изменения. Единственным исключением из
этого правила могут быть, пожалуй, лишь законы сохране-
ния материи и движения, а также основные законы диалек-
тики, которые характеризуют важнейшие особенности вся-
кого бытия и по самой своей сути не могут превратиться
в нечто другое. Что же касается тех законов, которые выра-
жают частные свойства и отношения материальных объек-
тов, то они приобретают новую форму вместе с изменением
этих свойств и отношений. Прежние законы прекращают
свое действие и остаются лишь в качестве возможности оп-
ределенного состояния материи в данной области вселенной.
В других же областях вселенной они могут действовать,
поскольку материя во вселенной находится на различных
ступенях развития, и то, что является пройденным этапом
в одной области, может быть будущим этапом в другой.
1 См. В, В, Чердынцев, Распространенность химических элементов,
Гостехиздат, 1956, стр. 270—273.
261
Поэтому закон, существующий в качестве формальной воз-
можности в одной области вселенной, может быть действи-
тельностью в другой.
В целом же в рамках бесконечности пространства и вре-
мени нет различия между возможным и действительным,
ибо здесь всякая возможность является действительностью.
Другими словами, если нечто необходимым образом выте-
кает из самого существования материи и соответствует зако-
нам ее движения, то где-то в бесконечной вселенной оно уже
реализовано в различных формах, хотя и при единой сущ-
ности. Это, конечно, не значит, что во вселенной сущест-
вует множество совершенно тождественных областей, что
имеются точно такие же миры, как наша планета, с такими
же людьми, живущими и действующими таким же образом.
Материя неисчерпаема, и поэтому конкретные результаты
развития могут быть различными в зависимости от условий
и характера действующих сил. Поэтому и конкретные формы
жизни также могут быть многообразными. Обязательной
здесь может быть лишь общая закономерная тенденция
к усложнению форм материи и движения, та тенденция, в
результате которой из неорганической материи возникает
жизнь, а затем и разумные существа, способные к всесто-
роннему отражению действительности в научных законах
и понятиях. С возникновением мыслящих существ материя
как бы приходит к осознанию законов своего движения. По-
скольку же материя существует бесконечно, то это осозна-
ние происходило и происходит бесчисленное количество
раз. Можно даже полагать, что те теоретические проблемы,
над которыми сейчас бьется человеческий ум, были уже не-
однократно и в других формах решены разумными сущест-
вами на других мирах, хотя для нас эти решения остались
неизвестны. Достигнутые результаты исчезают бесследно,
и на каждой планете развитие материи начинается сызнова.
Время в своем неустанном течении стирает все, что устано-
вилось, но вместе с тем оно порождает бесконечные новые
возможности, реализация которых и составляет сущность
вечного изменения природы.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................. 3
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ПРОБЛЕМА КОНЕЧНОГО И БЕСКОНЕЧ-
НОГО В СТРОЕНИИ И СВОЙСТВАХ МАТЕРИИ..................	9
Глава 1. Возникновение и развитие диалектико-материалисти-
ческих представлений о строении и свойствах материи . . —
§ 1.	Теория бесконечной делимости материи и атомистика ... —
§ 2.	Идеи нового времени..............................22
§ 3.	Великие открытия в области строения материи в конце
XIX — начале XX в......................................30
§ 4.	Диалектический материализм о неисчерпаемости материи 35
Глава II. Неисчерпаемость элементарных частиц материи ... 47
§ 1. Открытие различных элементарных частиц............—
§ 2.	Основные свойства элементарных частиц............61
§ 3.	Закономерности взаимопревращений микрочастиц .... 70
§ 4. Зависимость свойств микрочастиц от их связей.....79
§ 5.	Единство частиц и полей..........................88
Глава III. Проблема прерывности и непрерывности материи в
свете современных данных..............................99
§ 1.	Единство противоположностей в свойствах материи .... —
§ 2. Изменение представлений о взаимоотношении поля и веще-
ства в современной физике............................104
§ 3.	Единство корпускулярных и волновых свойств микрообъек-
тов ..................................................113
§ 4.	Квантовый характер свойств и взаимодействий микрообъек-
тов ..................................................128
§ 5.	Конечность и бесконечность	материи..............139
263
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. БЕСКОНЕЧНОСТЬ МАТЕРИИ В ПРОСТРАН-
СТВЕ И ВРЕМЕНИ.........................................147
Г лава 1. Философское обоснование проблемы бесконечности про-
странства и времени ...................................  —
§ 1.	Решение вопроса в домарксистской философии.........—
§ 2.	Диалектический материализм о бесконечности простран-
ства и времени.........................................159
Глава II. Современная космология о бесконечности вселенной . . 168
§ 1.	Строение Галактики и Метагалактики...............—
§ 2.	Парадоксы бесконечного...........................172
§ 3.	Метрические свойства пространства	и времени .... 183
§ 4.	Расширение Метагалактики.......................  .	189
Глава III. Закономерности развития материи во вселенной . . 200
§ 1. Сущность развития неорганической материи............—
§ 2.	Развитие космических объектов....................211
§ 3.	Образование химических элементов.................218
§ 4.	Взаимоотношение необратимости и круговорота в развитии 226
§ 5. Закон возрастания энтропии.......................237
§ 6.	Проблема детерминированности развития в природе . . . 251
Мелюхин Серафим Тимофеевич
Проблема конечного и бесконечного
(философский очерк)
Редактор Л. Самсоненко
Художник Г. Семиреченко
Технический редактор А. Данилина
Сдано в набор 7 января 1958 г. Подписано в печать 26 апреля 1958 г.
т 84X10S1,32. Физ. печ. л. 81/4< Условн. печ. л. 13,53. Учетно-изд. л.
Тираж 50 тыс. экз. А04304. Заказ № 1301
Цена 4 р. 25 к.
Государственное издательство политической литературы
Москва, В-71, Ленинский проспект, 15
Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова
Московского городского Совнархоза. Москва, Ж-54, Валовая, 28.