Прародителем неклассической науки можно считать Макса Планка. Он выдвинул гипотезу о том, что атомы нагретого вещества могут испускать энергию не непрерывно, а скачками, квантами, и вывел формулу, по которой энергия излучения прямо пропорциональна частоте колебаний атома и обратно пропорциональна длине волны излучения. Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка и представил собой один квант действия. Эту квантовую гипотезу Планка и можно считать точкой неклассической науки.
В свою очередь в 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою работу «К электродинамике движущихся тел», в которой изложил основы специальной теории относительности, базирующиеся на двух постулатах: в любых инерциальных системах отсчета все без исключения физические процессы протекают одинаково; скорость света в вакууме не зависит от направления движения источника. И в том же году он, используя квантовую гипотезу Планка, развил корпускулярную теорию света, объяснил фотоэффект, явление фотоионизации и ввел понятие кванта электромагнитного излучения – фотона. А также объяснил корпускулярно-волновой дуализм, основанный на совмещении корпускулярного и волнового поведения элементарных частиц и фотонов. Это явление физик Луи де Бройль распространил на закономерности поведения всех объектов микромира, который доказал математически, что они обладают и корпускулярными и волновыми свойствами. А американские физики Девиссон и Джемер подтвердили это экспериментально в 1927 году, наблюдая дифракцию электронов на кристаллах.
А в 1915-1917 годах Эйнштейн, используя пространство Минковского, идея которого в объединении трех измерений пространства и времени в один четырехмерный пространственно-временной континуум, разработал общую теорию относительности. Она представляет собой современную теорию тяготения, в которой ньютоновское понятие гравитационной силы, свойственной массам всех материальных тел и описываемой законом всемирного тяготения, трактуется как проявление геометрической кривизны пространства, искривленного в данной области находящимися там массами. Для описания конфигурации искривленного пространства – времени Эйнштейн воспользовался римановой криволинейной геометрией, - неэвклидовой геометрией пространства с переменной кривизной и математическим аппаратом тензорного анализа. Причем записанные в тензорных обозначениях законы сохранения инвариантны относительно любых реально существующих систем отсчета.
На основании ОТО Эйнштейн предсказал три астрономических эффекта: искривление траектории светового луча, проходящего вблизи массивных тел; красное смещение частоты света при движении луча против сил гравитационного поля; смещение перигелия орбиты планеты Меркурий под воздействием гравитации Солнца.
Эти выводы очень важны для решения философских проблем о вселенной. Согласно космологическому принципу, видимая Вселенная изотропна и однородна. Философский вопрос о конечности и бесконечности Вселенной, а также ограниченности и безграничности позволила определить как раз ОТО. Она допускает существование конечной, но безграничной Вселенной, то есть такого пространства, которое имеет конечный объем, но не имеет видимых границ. Рассматривая проблему ограниченности Вселенной, учитывают закон разбегания галактик Хаббла и, как следствие, физическое явление красного смещения частот испускаемого звездами света.
Из уравнений ОТО Эйнштейн вывел стационарное решение Вселенной. А Фридман нашел еще два решения, но нестационарные. Из ОТО в формулировке Фридмана следовало три возможных сценария развития Вселенной: расширение, сжатие и асимптотическое расширение. Все формулировки подходили под уравнения Эйнштейна. И только астрономические открытия Хаббла позволили доказать экспериментально, что пространство Вселенной в настоящее время расширяется со скоростью, пропорциональной расстоянию от точки наблюдения до наблюдателя, и установили средний возраст Вселенной (~15 млрд. лет).
Решения Фридмана поставили вопрос об историческом развитии Вселенной. Отсюда родилась идея «Большого взрыва», по которой Вселенная возникла из сингулярности, то есть из первичного квантового вакуума через ряд промежуточных форм родилась материя пространства Вселенной, известная на сегодняшний день.
Открытия ОТО и ее последствия переломили всю парадигму классической европейской науки. Философская интерпретация физических законов породила в начале 20 века так называемую Копенгагенскую школу неклассической физики. Ее основатель Нильс Бор, используя квантовую идею Планка, модифицировал планетарную модель атома Резерфорда, ввел представление о квантовании физических величин, разработал правила отбора, объяснил характерные особенности атомных спектров испускания и поглощения и периодические закономерности изменения свойств химических элементов, за что и получил нобелевскую премию. А также Бор сформулировал немаловажные общеметодологические принципы: соответствия и дополнительности.
И новое открытие произошло в 1925 году благодаря Вернеру Гейзенбергу. Он разработал матричный вариант квантовой механики и вывел с помощью него соотношение неопределенностей, за которое получил нобелевскую премию. Оно заключается в том, что любая физическая система в микромире или отдельная элементарная частица не могут находиться в состояниях, в которых координаты их положения в пространстве и импульс, характеризующий динамику процесса, одновременно принимают вполне определенные и точные значения. Этот принцип вошел в качестве концепции в копенгагенскую интерпретацию квантовой механики.
Гейзенберг и ряд крупных современных ученых сделали и другое очень важное замечание. Они заявили о необходимости считать научное наблюдение не просто процессом измерения и переработки информации, а целой системой, состоящей из объекта, измерительного прибора и наблюдателя. Такие выводы ученые сделали из сравнения проведения эксперимента в макро- и микромире. Из этих утверждений следует другой космологический антропный принцип о том, что в некотором роде доступный нашему познанию мир такой, каким мы его видим с помощью понятийных средств своего языка. Мысленный эксперимент поставил ученый Эрвин Шредингер, назвав его «Кошка Шредингера». Он предположил, что если кошку поместить в ящик с устройством выброса в него ядовитого вещества, срабатывающем при каждом световом импульсе отдельного кванта света, то, пока коробка будет закрыта, невозможно узнать жива кошка или нет. Здесь возникает парадокс квантовой механики, который разрешается только путем выхода из рамок классической парадигмы. К тому же, исходя из корпускулярно-волнового дуализма, Эрвин Шредингер в 1925-1926 годах разработал теорию движения микрочастиц в виде волновой механики, положив в основу свое «уравнение Шредингера». Этим квантомеханическим аналогом уравнений динамики Ньютона Шредингер завершил формирование неклассической науки, развитие которой продолжается по сей день.
На парадокс «кошки Шредингера» указал английский ученый Стивен Хокинг, уточнивший, что людям тяжело принять объект с несколькими его предысториями. Хокинг открыл излучение Хокинга, являющееся потоком гамма-лучей из черных дыр. А также ввел в научный обиход понятие «мнимое время», которое позволило обнаружить в пространстве-времени новые и необычные теории происхождения Вселенной. При таком описании мира пространство-время не имеет границы, а потому нет смысла определять там Вселенную.
