Вклад Дж. Джинса и А. Эддингтона в астрофизику тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 07.00.10, доктор физико-математических наук в форме науч. докл. Козенко, Александр Васильевич

• Козенко, Александр Васильевич
• доктор физико-математических наук в форме науч. докл.
• 1999

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук в форме науч. докл. Козенко, Александр Васильевич

Введение (общая характеристика работы, цель, актуальность, 4 научная новизна, методы исследования, положения, выносимые на защиту, теоретическая значимость, практическая значимость, апробация, структура работы)

Глава I. Периодизация истории развития астрофизики

Глава II. Развитие звездной динамики и некоторых других вопросов астрономии в трудах Джинса и Эддингтона

Глава III. Генезис эддингтоновской модели звезды:

§ 1 Проблема цефеид

§ 2 Концепция лучистого равновесия звезды

§ 3 Белые карлики

§ 4 Источники энергии и эволюция звезд

Глава IV. Теория фигур равновесия вращающихся 28 конфигураций и космогоническая концепция Джинса:

§ 1 Теория фигур вращающихся небесных тел

§ 2 Космогоническая концепция Джинса

Глава V. Вклад Джинса и Эддингтона в космологию:

§ 1 Теория гравитационной неустойчивости

§ 2 Развитие Эддингтоном наблюдательной и теоретической 37 космологии

Глава VI. Эпистемология Джинса и Эддингтона:

§ 1 Ментализм Джинса

§ 2 Селективный субъективизм Эддингтона

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вклад Дж. Джинса и А. Эддингтона в астрофизику»

Общая характеристика работы

Представленная работа является диссертационным докладом по результатам историко-научных исследований автора, содержащихся в монографиях «Джеймс Хопвуд Джине» и «Артур Стенли Эдцингтон», а также в ряде статей. Предметом исследования послужили глубокие преобразования в астрофизике в первой трети XX века, обусловленные революцией, произошедшей в это время в физической науке, и приведшие к становлению современной теоретической астрофизики, пионерами которой являлись выдающиеся английские ученые Эдцингтон и Джине.

Предлагается следующая концепция исследуемого историко-научного процесса. Новые физические методы исследования и открытия в области фундаментальных свойств материи, пространства и времени значительно обогатили науку о физических процессах на небесных телах - астрофизику. Все космические явления, начиная с процессов формирования спектров звезд и других небесных объектов (основной предмет классической теоретической астрофизики) и процессов, сопровождающих рождение и эволюцию Вселенной (современные космология и космогония), стали истолковываться на основе последних достижений физической науки. В свою очередь, изучение физических процессов в грандиозных космических масштабах и при условиях, недостижимых в земных лабораториях, позволяло существенно углубить знания о самых фундаментальных законах природы. Для физиков становится все более характерной работа в области астрономии, а для астрономов -участие в поисках новых физических законов.

В истории науки Эдцингтон и Джине рассматриваются как одни из создателей нового научного направления - теоретической астрофизики. Джине был в ряду первых профессиональных физиков-теоретиков, начавших работать в области астрономии и принесших в нее аппарат теоретической физики как метод научного исследования небесных объектов. Эдцингтон, хотя и получил солидное университетское образование по физике и прикладной математике, с самого начала своей научной карьеры работал как профессиональный астроном. С его именем связано одно из самых значительных достижений астрономической науки - постижение природы звезд. Вместе с тем, он внес значительный вклад . в релятивистскую физику, пытался создать фундаментальную теорию - единую теорию всего сущего. Дискуссии на заседаниях Королевского Астрономического Общества и полемика между этими двумя выдающимися учеными по актуальным вопросам астрофизики составляют яркие страницы истории астрономической науки и позволяют выявить методологические особенности физического и астрономического подходов, консервативных и радикальных позиций в науке, классического и романтического направлений в космогонии и космологии. Всестороннее раскрытие этой темы предполагает знакомство с широким кругом вопросов, затрагивающих как непосредственно физику и астрофизику первой трети XX в., так и многие смежные направления. Эдцингтон и Джине внесли выдающийся вклад не только в развитие физики и астрофизики. Они были основоположниками звездной динамики, авторами космологических и космогонических гипотез, создателями оригинальных философских концепций соответственно «селективного субъективизма» и «ментализма». Их идеи и труды уже при жизни авторов получили широкое распространение и признание во всем мире.

Цель исследования по данной теме состояла в выявлении и анализе предпосылок и движущих факторов становления теоретической астрофизики и релятивистской космологии в контексте общего развития астрономической науки и той роли, которую сыграли в этом наиболее авторитетные тогда астрофизики Эдцингтон и Джине. Для этого было необходимо проанализировать историю развития астрофизики и разработать ее периодизацию. На основе детального изучения трудов Джинса и Эддингтона был не только выявлен оригинальный вклад этих исследователей в астрономическую науку, но и освещена их роль в распространении передовых идей новой физики и философии науки. Охарактеризовано текущее состояние историографической изученности вопроса.

Актуальность данной работы обусловлена современным состоянием не только историко-астрономической науки, но и текущего этапа развития астрофизики и философии науки. Именно сегодня, когда космология и теория элементарных частиц все больше сближаются и происходит объединение этих двух разделов науки (поскольку сценарий инфляционной Вселенной связан с созданием и развитием единых калибровочных теорий слабых, сильных и электромагнитных взаимодействий), следует обратиться к истокам установления связей астрономии с теоретической физикой, попыткам создания Эддингтоном «Фундаментальной теории», предвосхищения им «антропного принципа» и джинсовской теории гравитационной неустойчивости, лежащей в основе современной космогонии. Это, на первый взгляд, неожиданное объединение физики микро- и макромира не только предсказывалось, но и закладывалось в трудах Джинса и Эддингтона. Стоящую перед современной физикой основную задачу создания теории объединения всех видов взаимодействий, включая гравитационное, невозможно решить без анализа наиболее фундаментального проявления этого объединения, которым является существующая Вселенная. Исторический, эволюционный характер современной астрономической науки заложен в трудах Джинса и Эддингтона. Вместе с тем, в мировой историко-научной литературе не существовало ретроспективного анализа основных черт становления теоретической астрофизики, имевшего важные последствия в развитии астрономии и естественных наук XX века.

История науки, понимаемая как непрерывный процесс возникновения и развития научных идей, дает возможность научного предвидения, и в этом состоит ее эвристическая роль в выработке стратегии и тактики научного поиска. Актуальность темы связана также с тенденцией к расстановке приоритетов среди различных направлений современной науки, что невозможно без ясного понимания направленности общего хода развития научной мысли. История астрономии, как часть истории культуры, также является необходимым элементом профессиональной культуры специалиста-астронома.

Какое место занимает научная биография в историко-научном исследовании? На этот вопрос лучше всего ответить словами Эйнштейна: «Оправдано ли выделение истории отдельной личности из органически единого здания науки, из картины его целостного развития? Не связана ли его деятельность настолько тесно с работой предшественников и современников, что следует считать случайностью то, что решающий шаг сделан тем или другим человеком? Содержание науки можно постигать и анализировать, не вдаваясь в рассмотрение индивидуального развития ее создателей. Но при таком односторонне объективном изложении отдельные шаги иногда могут казаться случайными удачами. Понимание того, как стали возможными и даже необходимыми эти шаги, достигается лишь в том случае, если проследить за умственным развитием отдельных людей, содействовавших выявлению направления этих шагов».

Особую актуальность приобрела публикация научно-биографических исследований о Джинсе и Эддингтоне на русском языке. Ранее, в условиях существовавшего в нашей стране тоталитарного политического режима, роль и значение этих замечательных исследователей в науке и философии искажалась и принижалась. Предлагаемая работа - первая на русском языке попытка непредвзятого анализа, свободного от идеологических клише и вульгарно-материалистических нападок на западных исследователей - необходимого атрибута «исторических исследований» еще в недавнем прошлом.

Научная новизна. Предложена обобщенная периодизация истории астрофизики. Проанализирована суть преобразований, происшедших в этой науке в первой трети XX веке и приведших к становлению новых научных направлений теоретической астрофизики и релятивистской астрофизики. Через всестороннее исследование научной деятельности Эддингтона и Джинса раскрыта их роль как основоположников этих новых научных направлений. Написаны научные биографии Джеймса Джинса и Артура Эддингтона, в которых введены в научный оборот новые архивные материалы. Новые, никогда не публиковавшиеся материалы были собраны автором в архивах Королевского Общества (Карлтон хаус террасе, Лондон), Королевского

Астрономического Общества (Барлингтон хаус, Лондон), Тринити и Сент-Джеймс Колледжей Кембриджского университета, Библиотеке Астрономического Института Кембриджского университета и личных архивах леди Джине (Кливленд Лодж, Доркинг, Суррей) и леди Джеффрис (Кембридж). Впервые в отечественной научной литературе составлена полная библиография трудов Джинса и Эддингтона, а также работ об их жизни и деятельности.

Впервые проведен историко-научный анализ некоторых более частных вопросов в контексте освещения общей темы. Разработана периодизация развития теории фигуры медленно вращающихся неоднородных самогравитирующих конфигураций. Прослежен генезис эддингтоновской модели звезды. Выявлены научные и философские аспекты полемики Эддингтона с Джинсом. Написан очерк истории «катастрофического» направления в космогонии. Проведен критический и компаративный анализ философских концепций «ментапизма» Джинса и «селективного субъективизма» Эддингтона.

Методы исследования, использованные в диссертационной работе, включают в себя:

- историко-научный анализ работ Джинса, Эддингтона и других авторов в области астрофизики первой половины XX века в контексте решения поставленных задач;

- астрофизический и физический анализ содержания первоисточников по рассматриваемым проблемам;

- компаративный анализ философских представлений Джинса и Эддингтона;

- источниковедческий анализ опубликованных и архивных документов. Положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная периодизация истории астрофизики (от зарождения до настоящего времени). Выделены четыре периода: 1) предыстория,

2) начальный период изучения спектров небесных тел и астрофотометрия,

3) становление классической практической и теоретической астрофизики,

4) современный, практически начавшийся одновременно со второй революцией в астрономии, с соответствующими этапами.

2. Реконструкция процесса становления теоретической астрофизики, сформировавшейся под влиянием революционных изменений в физической науке в первой трети XX века, одними из основоположников которой были Джине и Эддингтон, привнесшие в астрофизику аппарат теоретической физики как метод научного исследования небесных тел. Представление этого процесса как творческой деятельности Джинса и Эддингтона в системе их научных контактов и влияний.

3. Главное научное достижение Эддингтона состоит не только в познании природы звезд, но и в том, что именно его исследования привели к интеграции трех научных направлений: теории внутреннего строения звезд, их эволюции и источников энергии, которые до Эддинггона не представляли собой единого целого.

4. А. Эдцингтон не только, наряду с Г. Вейлем, Д. Гильбертом и А. Эйнштейном, стоит у истоков Единой теории поля, но и является предтечей объединения ОТО и квантовой физики. Установлена роль Эддинггона в восприятии ОТО в научном мире. Эдцингтон не только внес вклад в релятивистскую теорию и своими астрономическими наблюдениями способствовал ее подтверждению, но он сыграл решающую роль в ее быстром признании во всем мире.

5. Труды Джинса и Эдцингтона завершили формирование астрофизики и, в целом, астрономии как эволюционной науки.

6. Историко-научная конкретизация представления об эволюции как фундаментальном телеологическом принципе в трудах Джинса и Эддинггона.

7. Реконструкция истории создания модели внутреннего строения звезды. К созданию Эдцингтоном стандартной модели звезды привело не только построение теории радиальных пульсаций звезд для объяснения вариаций блеска цефеид, что заставило его обратить внимание на роль лучистого давления, но и его ранние работы по звездной статистике, в которых он изучал такие характеристики звезд, как их спектральные классы и светимости, впоследствии привлеченные им при разработке физических процессов в звезде.

8. Заключение о важном эвристическом воздействии наблюдательного астрономического материала на построение физических моделей небесных тел.

9. Периодизация развития теории фигуры медленно вращающихся самогравитирующих неоднородных конфигураций (которыми моделируются звезды и планеты).

10. Философские концепции Джинса и Эдцингтона «ментализм» и «селективный субъективизм» были новым шагом в развитии неоплатонизма, неопозитивизма и конвенционализма и представляют интерес в наши дни. Описанный арсенал методологических и эпистемологических средств, применяемый Джинсом и Эдцингтоном в своем научном творчестве, оказал значительное влияние на методологию современных научных исследований в области астрофизики и космологии.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что его результаты могут использоваться в дальнейших исследованиях по истории астрономии и астрофизики, физики и философии, организации образования и науки в Великобритании.

Практическая значимость исследования состоит в возможности его использования при преподавании истории астрономии, физики и философии, для разработки пособий по истории науки.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на:

XX Международном конгрессе по истории науки (Льеж, Бельгия, 1997 г.)

Пенроузовской конференции (Сан-Диего, США, 1994 г.)

И Первой Европейской конференции «История физики в Европе в XIX и XX веках» (Комо, Италия, 1992 г.)

Конференции Европейского физического общества «История преподавания физики» (Кембридж, Англия, 1990 г.)

Расширенных пленумах секции истории астрономии СНОИФЕТ (Абастумания, Грузия, 1985 г.; Молетай, Литва, 1987 г.)

Объединенном общемосковском семинаре по истории астрономии в ИИЕиТ РАН (1980-1998 гг.).

Семинарах Кембриджского, Йоркского, Даремского и Нью-Каслского университетов в 1989-1991 гг., а также семинарах ИИЕиТ РАН, ОИФЗ РАН и ГАИШ МГУ в 1980-1998 гг.

Основные положения диссертации изложены в опубликованных автором книгах и статьях.

Структура работы

Помимо вводной части, дающей общую характеристику работы, представляемый научный доклад содержит шесть глав, каждая из которых освещает отдельные разделы исследования: 1. Периодизация истории развития астрофизики; 2. Развитие звездной динамики и других вопросов астрономии в трудах Джинса и Эддингтона; 3. Генезис эддингтоновской модели звезды; 4. Теория фигур равновесия вращающихся конфигураций и космогоническая концепция Джинса; 5. Вклад Джинса и Эддингтона в космологию; 6. Эпистемология Джинса и Эддингтона. Заключительная часть содержит краткое резюме исследования. •

Заключение диссертации по теме «История науки и техники», Козенко, Александр Васильевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог сказанному, остановлюсь лишь на наиболее важных аспектах работы.

Была предложена обобщенная периодизация истории астрофизики. Дан исторический анализ проблемы становления теоретической астрофизики как результата влияния революционных изменений в физике в первой трети XX века и привнесения в астрофизику аппарата теоретической физики как метода научного исследования небесных тел. В этом контексте проведено всестороннее исследование научной деятельности Джеймса Джинса и Артура Эддингтона и реконструированы их научные биографии, в которых введены в научный оборот новые архивные материалы. Исследован генезис эдцинггоновской модели звезды. Выявлены истоки и предпосылки ее создания. Сформулирована концепция развития «катастрофического» направления в космогонии. Показано, что Джинсовская теория гравитационной неустойчивости лежит в основе современной космогонии, также как и его теория диссипации атмосфер составляет основу теории планетных атмосфер. Были изучены научные и философские аспекты многолетней полемики Эддингтона с Джинсом.

Рассмотрен вклад этих исследователей и в физику: выявлена роль Джинса в установлении «ультрафиолетовой катастрофы», а Эддингтона - в быстром всемирном распространении и признании ОТО; даны историко-научная конкретизация представлений о единой теории поля как фундаментальном (методологическом) принципе физики, сформированном в трудах Эйнштейна, Гильберта, Вейля и Эддингтона и ретроспективный очерк создания последним «Фундаментальной теории».

Наконец, проведен компаративный анализ философских концепций «ментализма» Джинса и «селективного субъективизма» Эддингтона. Рассмотрено их влияние на творчество ученых.

Автор с благодарностью вспоминает И.С. Шкловского и М.У. Сагитова, с которыми он обсуждал отдельные вопросы настоящего исследования. Глубокую благодарность следует принести B.JI. Гинзбургу, способствовавшему выходу в свет книги о Джеймсе Джинсе в 1985 г., когда еще существовали идеологические запреты, и без помощи которого публикация не могла бы состояться. Автор признателен за творческое общение С.И.Блинникову (ИТЭФ), A.A.Гурштейну (ИИЕиТ РАН), В.Н.Жаркову (ОИФЗ РАН), В.В. Казютинскому (ИФ РАН), ВТ. Сурдину (ГАИШ МГУ) и иностранным коллегам - сэру Мартину Рису, Реймонду Артуру Литтлтону и P.E. Пудритцу (И-т астрономии, Кембридж), Д.Г. Крайтону и Стивену Хокингу (отдел прикладной математики и теоретической физики, Кембриджский университет), Д. Редхеду (отдел истории и философии науки, Кембриджский университет), С.К. Ранкорну (Ньюкаслский ун-т), Оуэну Гингеричу (Смитсонианский институт, Массачусетс).

Особую ценность для автора представляло дружеское расположение леди Джине, леди Джеффрис, сэра Германа Бонди и сэра Алана Кука, поделившихся не только своими воспоминаниями, но и предоставивших возможность работать в их личных архивах и давших разрешение на публикацию новых материалов.

Содержание работы отражено в следующих публикациях Монографии

1. Джеймс Хопвуд Джине. М., «Наука», 1985, с.145

2. Артур Стенли Эдцингтон. М., «Наука», 1997, с. 145

Статьи

3. Гравитационное поле политропы единичного индекса со слабодифференциальным вращением // Астрономический журнал, №4, 1975, с.887-890

4. Models, Figures and Gravitational Moments of the Galilean Satellites of Jupiter and Icy Satellites of Saturn // Icarus, №1, 1985, p.92-100 (в соавторстве с Жарковым В.Н., Леонтьевым B.B.)

5. Происхождение Солнечной системы // Земля и Вселенная, №2, 1988, с. 25-32 (в соавторстве с Витязевым A.B.)

6. Немезида и проблема углового момента первичной Солнечной туманности //Астрон. Цирк., №1530, 1988, с.13-14 (в соавторстве с Жарковым В.Н.)

7. О времени формирования Юпитера // Письма в АЖ, т. 15, №8, 1989, с.745-749 (в соавторстве с Жарковым В.Н.)

8. О роли Юпитера в формировании планет-гигантов // Письма в АЖ, т. 16, №2, 1990, с.169-173 (в соавторстве с Жарковым В.Н.)

9. Крупнейший геофизик XX века // Природа, №4, 1991, с.77-84 (в соавторстве с Жарковым В.Н.)

10. Genesis of Eddington s Stellar Models. 1-st Europhysicists Conference. Histori of Physics in Europe in 19-th and 20-th Centuries. 1992, Como, Italy

11.0 периодизации истории астрофизики // Вопросы истории естествознания и техники, №1,1993, с.100-104

12. Теория фигуры планет// Земля и Вселенная, №6, 1993, с.24-29

13. История представлений о происхождении Луны // Природа, №3, 1994, с. 411

14.250 лет теории фигуры Земли: периодизация развития теории фигуры сжимаемой самогравитирующей медленно вращающейся жидкости. В сб. «На рубеже познания Вселенной», М., «Наука», 1994, с. 13-31 (в соавторстве с Потаповой Л.В.)

15. Памяти Субрахманьяна Чандрасекхара // Земля и Вселенная, №1, 1996, с.57-60

16. Философия науки Артура Эддинггона // Вопросы философии, №9, 1997, с.118-126