Файл: Сухотин. Парадоксы науки.doc

А вместе с тем и сам-то он, можно сказать, не остался в долгу. Когда его соотечественник Р. Тревитик создал паровую машину высокого давления, Д. Уатт развил завидную энергию, выступая против. Он доказывал, будто подобные установки наносят вред прогрессу паровой техники, и выражался даже в том смысле, что Р.Тревитика... мало повесить.

В свое время Т. Эдисона часто травили и высмеивали как мошенника, препятствуя внедрению его открытий. Притом чем более оригинальным было изобретение, тем изобретательнее действовали критики. Но странное дело. Ведь и сам Т. Эдисон в ряде случаев оказал своим высоким авторитетом сопротивление ценным научно-техническим идеям. В 1867 году по дну Атлантического океана прокладывали телеграфный кабель, связывающий Европу и Америку. Великий изобретатель поспешил со следующим заявлением, которое было опубликовано в газетах: "Из этой затеи ничего не получится". И пояснял, что ток, проходя столь большие расстояния, не способен будет переносить сигнал без значительных искажений. Правда, когда трансатлантический телеграф между континентами стал успешно действовать, Т. Эдисон тут же признал свою ошибку.

Столь же неоправданную поспешность допустил он и по поводу еще одного выдающегося изобретения. В 1928 году советская пресса сообщила о создании в России С. Лебедевым искусственного синтетического каучука (СК). Т. Эдисон откликнулся на это так:

"Известие о том, - писал он, - что Советскому Союзу удалось получить синтетический каучук, невероятно. Этого никак нельзя сделать. Скажу больше - все сообщение ложь". Впрочем, такая реакция лишь рельефнее оттеняет значение открытия, сделанного С. Лебедевым. Он действительно превысил "полномочия" науки того времени, пройдя через невозможное.

Мы привлекли факты, повествующие о выступлениях ученых против своих коллег, против истин, создаваемых другими. Но верхом парадоксальности оказывается положение, когда исследователь опровергает... самого себя, воюете собственными результатами. Почему это происходит?

Каждая принципиально новая теория, несущая новую парадигму, бесспорно, выходит за рамки привычного опыта, порывая с теми представлениями, которые он питал. Но все, что не согласуется с опытными данными, воспринимается как парадокс. И не только другими, а поначалу даже нередко и автором новой теории. Так, мысль о вращении Земли казалась на первых порах самому Н.

Копернику (о других уже и говорить нечего) неправдоподобной.

Известные сомнения испытал, выдвигая принципы своей механики, И. Ньютон. Считал ее "подозрительной". Уже создав основы дифференциального исчисления, он остался в плену у старого. Великий ученый предпочитал выражать свои физические и астрономические воззрения архаическим языком, используя понятия, введенные еще греками. Не случайно же о И. Ньютоне говорили, что он скорее был не первым представителем века разума, а "последним из вавилонян и египтян", ибо смотрел на мир теми же, что и они, глазами. Острую борьбу и прежде всего с самим собой пережил И. Кеплер, который пришел к выводу, что планеты движутся вовсе не по круговым орбитам, как полагали со времен древних, а по эллипсам. Это было совершенно неприемлемое допущение, идущее вразрез с вековой традицией.

Хотя И. Кеплер сделал вывод на основе совершенно точных наблюдений за движением Марса, полученных Т. Браге, ученый не смог перешагнуть барьера парадигмы. Его взгляды оставались некоторое время сугубо средневековыми. И только позднее, после упорных лет борьбы со своими убеждениями, великий ученый окончательно принял идею эллиптической формы движения планет. Таким образом, лишь пробивши брешь в собственном сознании, он смог повлиять на сознание других. Как мы убеждаемся, прокладывать путь к новому мешает порой наше внутреннее сопротивление. "Я вижу это, но не верю этому" - так характеризовал свое состояние Г. Кантор (мы писали о нем), когда получил некоторые странные следствия из аксиом своей теории множеств. В письме известному немецкому математику XIX века Р. Дедекинду он признавался, что пришел к этим результатам вопреки собственной воле и лишь потому, что навязывают логика и 25-летний труд.

Видимо, и в самом деле бороться и искать, отвергать добытое и экспериментировать, отступать и находить новое нам мешает единственная могучая сила - это... мы сами. Хочется испытанных, нормальных дорог. Потому нехоженые дали часто отпугивают. Вот и получается, что, смело заглянув в неизведанные пространства, люди отступают, пораженные величием увиденного. Наверное, первооткрыватели больше всего и страдают, добывая новое. Нм не на кого оглянуться, и в себе не всегда сразу находят они уверенную опору.

"Ломка сознания"

Характерны обстоятельства, сопровождавшие рождение и утверждение квантовой механики.

Она описывает движение микрочастиц, то есть частиц малой массы, обладающих специфическими свойствами. Что и говорить, необычная теория. Пришлось отказаться от многих самоочевидных и, казалось, незыблемых представлений.

Ранее мы уже немного касались этого вопроса в связи с опытами по интерференции. Отметим также, что в микромире теряют смысл рассуждения о траектории частиц. Это понятие применительно к обычным явлениям выражает наличие у тела одновременного определенного импульса или количества движения, равного произведению массы тела на скорость, и определенной координаты, то есть положения в пространстве. Но в микровселенной свои порядки. Здесь знать одновременно и импульс и координату частицы оказывается невозможным. И вот почему.

Допустим, мы решили установить положение микрочастицы в пространстве. Для этого нужно направить на нее луч света. Однако световой поток придает нашей частице такое количество движения, такие возмущения, что совершенно изменит ее местонахождение. Поэтому и не представляется возможным одновременно знать местоположение микрообъекта и его импульс. А чтобы описывать поведение микрочастиц, было введено так называемое соотношение неопределенностей, согласно которому произведение неопределенностей координаты частицы и ее импульса не может быть меньше некой постоянной величины (постоянной Планка).

Словом, открылся особый, доселе невиданный мир странных явлений. Он не поддавался объяснению в понятиях господствовавших в ту пору парадигм. Квантовую механику, пытавшуюся ввести новые понятия, одни называли учением с темным прошлым, напоминающим богословие, другие восторженно приветствовали как появление "пикассо-физики", третьи ждали, что из этого выйдет.

Первые всходы новой теории дали посевы, произведенные еще М. Планком и А. Эйнштейном в самом начале нашего столетия. Исходным пунктом всей квантовой концепции явилась развитая ими квантовая теория света. Но здесь придется сделать небольшое отступление. Еще в XIX веке в физике стала признанной идея волновой природы света, победившая корпускулярную точку зрения. Сторонники последней (и самый авторитетный среди них И. Ньютон) считали, что свет - поток материальных частиц, или корпускул, и имеет прерывный, дискретный характер. Победившая же ее волновая теория представляла свет в виде волн и только волн, которые распространяются непрерывно. Для пояснения этого взгляда на помощь обычно привлекали образ колеблющейся воды, когда она разбегается от места, куда брошен, например, камень.

Однако к началу XX века обнаружились факты, указывающие на несоответствие между законом непрерывного распространения энергии, в частности, световой, и наличным опытом. Разразилась так называемая "ультрафиолетовая катастрофа". Она и образовала одну из тех тучек, что застилали, по выражению В. Томсона, ясный горизонт физического знания.

И вот в 1900 году М. Планк выдвигает совершенно невероятную, парадоксальную гипотезу. Все же он не внял совету своего учителя Ф. Жолли и занялся теоретической физикой. М. Планк предложил идею "зернистого" распределения энергии. Он пришел к выводу, что электромагнитная энергия, носителем которой является свет, излучается и поглощается атомами не непрерывно, а только строго определенными дозами, квантами. Квант - это минимальная, неделимая порция энергии. В шутку говорили, что теперь согласно новым представлениям энергия отпускается лишь целыми единицами, совсем как в отделе штучных товаров.

Это коренным образом переворачивало устоявшиеся представления. По выражению известного советского ученого Л. Ландау, М. Планк ввел в физику алогичность.

Однако далось такое решение естествоиспытателю нелегко. Ввести-то он новые понятия ввел, зато потом всю жизнь терзался этим. Когда М. Планк увидел, что квант рушит закон непрерывности излучения и поглощения света, внося дискретность, прерывность, а еще более, когда понял, что его квант вообще подрывает классические устои, ученый самым настоящим образом встревожился. Насколько бы это ни показалось странным, но факт имел место: М. Планк выступил против своей собственной гипотезы, противясь ее утверждению в науке. Классическая физика, говорил он, "величественное сооружение чудесной красоты и гармонии", на которое так трудно посягнуть. Собственная же теория представлялась ему "чуждым и угрожающим взрывчатым снарядом", могущим нанести непоправимый урон. М. Планк просит, умоляет физиков сохранить классические представления и как можно меньше отходить от принятых законов.

Свои действия ученый объяснял следующим образом: "Я всегда стоял за то, чтобы возможно тесно связать квантовую гипотезу с классической динамикой, нарушая границы последней только тогда, когда опытные факты не дают никакого другого выхода". Таким образом, он принял идею квантов лишь потому, что не видел иного пути для объяснения поведения электрона, то есть принял неохотно, по принуждению. Характеризуя эти терзания ученого, А. Эйнштейн отмечал, что М. Планк мучительно бился над тем, как вывести физику из затруднительного положения, в котором она оказалась по его же собственной вине. Одним словом, шла настоящая "ломка сознания".

Но если уж сам автор открытия не хотел его принимать, то что говорить о других. А в те времена многие ученые грозились отречься от физики, если "возмутительная" теория М. Планка не будет опровергнута. Настолько она казалась парадоксальной, противоречащей научной традиции.

В утверждении квантовых представлений неоспорима и "вина" А. Эйнштейна. Он вошел в историю физики не только как творец теории относительности, но и в качестве одного из создателей квантовой концепции вещества и излучения. В 1905 году, развивая идею М. Планка, А. Эйнштейн вводит понятие кванта - порции света, в виде которой свет и существует. Это был знаменитый фотон. Правда, само слово "фотон" тогда еще не было произнесено. Оно появилось десятилетия спустя. Его придумал в 1926 году мало кому известный физик Н. Льюис.

Знаменит же фотон тем, что принес с собой новые странности. Он не имеет, как говорится, массы покоя, то есть не может находиться в неподвижном состоянии. Он "приговорен" быть постоянно в движении, притом быстрота его перемещений всегда равна скорости света. Фотон и вступает в жизнь, рождается, имея эту скорость, и погибает, превращается в другие частицы, если ему приходится чуть притормозить. Словом, выходит, что свет остановить нельзя. Все это, конечно, не укладывалось в бытующие представления, было парадоксально. Но парадокс состоял и в том, что А. Эйнштейн не мог примириться с результатами, добытыми им же самим, и вообще с результатами познания в области микроявлений. Так, ученый болезненно переживал, когда ему удалось в 1920 году вывести одну из формул квантовых процессов, не захотел включить квантовые эффекты в теорию пространства - времени.

Особенно характерны его выступления против вероятностно-статистических методов, применяемых квантовой механикой. "Я не верю, - в шутку заявлял он, - что господь бог играет в кости". То был намек на отнюдь не аристократическое происхождение теории вероятностей. Она, можно сказать, дитя азартных игр и обязана своим появлением попытке понять капризный нрав случайных событий, в частности тех, что имеют место при бросании игральных костей. При необходимости, пояснял ученый, еще можно представить себе мир, где не действуют никакие закономерности природы и царит полнейший хаос. "Но мне крайне неприятна мысль, что существуют статистические законы, вынуждающие самого бога сначала разыграть каждый отдельный случай". Впрочем, великий физик не исключал и своего права на ошибки...

Как видим, история повторилась. Подобно М. Планку, А. Эйнштейн видит в идее квантования энергии угрозу самому существованию науки. Как-то в беседе он сказал, что, если квантовая механика окажется справедливой, это будет означать конец физики. Тем более настороженно встретили идеи А. Эйнштейна другие. Долгое время большинству естествоиспытателей был совершенно неясен смысл введенного им понятия фотона. Среди большинства оказались выдающиеся физики, и даже из числа тех, что возглавляли разработку квантовых идей, например, Н. Бор. Фотону не находилось ни аналога в чувственном мире, ни места в мире традиционных понятий. Об умонастроении тех времен можно хорошо судить по такому факту. В 1907 году А. Эйнштейн принял участие в конкурсе по кафедре теоретической физики Венского университета на должность приват-доцента. В качестве же конкурсной работы представил опубликованную статью, в которой как раз и развивал новые взгляды в области квантовых явлений. Факультет признал работу неудовлетворительной, а профессор Э. Форстер, читавший курс теоретической физики, возвращая статью, грубо сказал: "Я вообще не понимаю, что вы тут написали!" Остается добавить лишь, что в 1921 году А. Эйнштейну была присуждена именно за эти исследования Нобелевская премия.