Детерминизм

Если известны начальные условия системы можно используя законы природы предсказать ее конечное состояние

Одно из основных положений научного метода состоит в том что мир предсказуем — то есть для данного набора обстоятельств есть только один возможный (и предсказуемый) исход. Эта философская доктрина известна под названием «детерминизм». Возможно лучший пример детерминистической системы получится из сочетания законов механики Ньютона и закона всемирного тяготения Ньютона. Если вы примените эти законы к единственной планете вращающейся вокруг звезды и запустите планету с заданного места с заданной скоростью вы можете предсказать где она будет в любой момент времени в будущем. Так возникла идея «часового механизма Вселенной» имевшая огромное влияние не только на развитие науки но и на появление такого философско-культурного движения как Просвещение которое достигло своего расцвета в XVIII веке.

Как философская доктрина детерминизм играл (и продолжает играть) важную роль в науке. Однако на практике не всегда легко предсказать какой будет система в конце своего существования (ученые называют это конечным состоянием системы) даже если известны начальные условия. Например довольно просто рассчитать орбиту единственной планеты в вышеприведенном примере. Но введите еще две-три планеты в систему и все значительно усложнится. Каждая планета действует своей силой притяжения на все остальные планеты и в свою очередь испытывает их влияние. Найти точное решение такой задачи многих тел как ее называют астрономы практически невозможно.

В XIX веке было обещано вознаграждение тому кто первым сможет ответить стабильна ли Солнечная система. Вопрос о стабильности можно переформулировать так: если бы вы могли оказаться в далеком будущем увидели ли бы вы все планеты точно там где они находятся сегодня так же расположенными друг относительно друга и движущимися с той же скоростью? Это — чрезвычайно трудный вопрос. На него нельзя ответить однозначно поскольку в Солнечной системе девять планет не считая их спутников астероидов и комет у которых есть свои собственные маленькие спутники с неизвестными нам орбитами. Хотя Солнечная система и приводится как показательный пример часового механизма Вселенной и принципа детерминизма но ее будущее не всегда можно точно предсказать.

Это наличие большого количества разнообразных факторов влияющих на движение планет в первой половине XX века сыграло важную роль в экспериментальном подтверждении общей теории относительности. У Меркурия как и у всех остальных планет орбита эллиптическая (см. Законы Кеплера). Если бы Солнечная система состояла только из Меркурия и Солнца то Меркурий двигался бы все время по одному и тому же эллипсу. Однако из-за влияния других планет этот эллипс с каждым оборотом планеты вокруг Солнца немного искривляется. По мере движения планеты ближайшая к Солнцу точка орбиты — перигелий — постепенно смещается причем смещается ненамного: каждые сто лет она сдвигается вокруг Солнца примерно на 1000 угловых секунд то есть на четверть градуса. Почти все это смещение можно объяснить результатом гравитационного притяжения других планет — за исключением 43 угловых секунд за столетие.

До того как Эйнштейн сформулировал свою общую теорию относительности феномен с перигелием Меркурия был всего-навсего очередной необъяснимой загадкой Вселенной — никто не знал чем вызвано это смещение хотя честно говоря немногие астрономы вообще обращали на это внимание. Но когда орбиту Меркурия рассчитали исходя из уравнений общей теории относительности к ньютоновскому закону всемирному тяготению применили маленькую поправку которой оказалось достаточно для объяснения этого смещения перигелия планеты. Орбиты всех планет включая Землю тоже испытывают смещение перигелия как и Меркурий просто у Меркурия оно наиболее выражено и его проще измерить поскольку Меркурий расположен ближе всех к Солнцу и поэтому имеет самую высокую орбитальную скорость (в соответствии с законами Кеплера). В настоящее время измерены смещения перигелиев всех внутренних планет с использованием современных радиолокационных методов определения дальности и они подтвердили предсказания общей теории относительности.

Итак если ставки достаточно высоки ученые будут прокладывать свой путь сквозь запутанные силы притяжения в Солнечное системе чтобы проникнуть в суть таких явлений как смещение перигелия. Однако вопрос о стабильности остается нерешенным. Возможно эта проблема и в самом деле неразрешима да и награда за ее решение надо сказать довольно скромная. Пример Солнечной системы показывает что даже для систем полностью детерминистических в классическом ньютоновском смысле возможность делать предсказания неочевидна.