Новая наука о жизни

3.2. Форма и энергия

В ньютоновской физике вся причинность рассмат­ривалась на языке энергий, с позиций принципа дви­жения и изменения.

Все движущиеся вещи имеют энергию — кинетиче­скую энергию движущихся тел, тепловые колебания и электромагнитное излучение,— и эта энергия может вызывать движение других тел. Покоящиеся вещи так­же могут обладать энергией, а именно потенциальной энергией, обусловленной их стремлением к движению; они покоятся лишь потому, что их удерживают силы, противостоящие этому стремлению.

Предполагалось, что гравитационное притяжение зависит от силы, которая действует на расстоянии, вызывая движение тел или сообщая им стремление к движению, или потенциальную энергию. Однако при­чина существования самой этой силы притяжения оставалась неизвестной. В противоположность этому сейчас гравитационные и электромагнитные явления объясняются на языке полей. В то время как ньюто­новские силы мыслились как возникающие каким-то неизвестным образом из материальных тел и распро­страняющиеся из них в пространстве, в современной физике первичными считаются поля: они лежат в ос­новании как материальных тел, так и пространства между ними.

Картина усложняется тем, что имеются поля раз­личных типов. Во-первых, гравитационное поле, кото­рое в общей теории относительности Эйнштейна при­равнивается к пространству-времени, и считается, что оно искривляется в присутствии вещества. Во‑вторых, электромагнитное поле, в котором локализованы элек­трические заряды и через которое электромагнитные излучения распространяются как вибрационные воз­мущения. Согласно квантовой теории, эти возмущения есть подобные частицам фотоны, связанные с дискрет­ными квантами энергии. В-третьих, в квантовой теории поля вещества субатомные частицы рассматриваются как кванты возбуждения материальных полей. Каждый сорт частиц имеет свой особый вид поля: протон — это квант протон-антипротонного поля, электрон — квант электрон-позитронного поля и так далее.

В этих теориях физические явления объясняются с помощью комбинации концепций пространственных полей и энергии, а не только на языке энергий. Таким образом, хотя энергия может считаться причиной изменения, порядок изменения зависит от пространст­венной структуры полей. Эти структуры производят физические эффекты, но они сами по себе не являют­ся видами энергии; они действуют как «геометричес­кие», или пространственные, причины. Принципиаль­ное различие между этой идеей и представлением об исключительно энергетической причинности иллюст­рируется контрастом между теориями гравитации Ньютона и Эйнштейна: например, согласно первой те­ории, Луна движется вокруг Земли, потому что притя­гивается к ней силой притяжения; согласно второй — Луна делает это, поскольку искривлено само простран­ство, в котором она движется.