Прямоходящие мыслители. Путь человека от обитания на деревьях до постижения миро устройства - Леонард Млодинов

Недостаток интереса Планка не беспокоил, но все же привел к нескольким унылым годам, которые он провел в доме у родителей и проработал в университете внештатным лектором, как в свое время Менделеев.

Когда бы я ни заговаривал об этом, на меня всегда смотрят с изумлением. Люди почему-то считают, что на подобную любовь к своему искусству способны лишь художники и лишь они могут пойти на любые жертвы, жить на убогих чердаках или того хуже – с родителями, лишь бы только продолжать работать; в физиках такой страсти не усматривают. В аспирантуре, впрочем, я знавал двоих учащихся, которые столкнулись с таким же поражением, что и Планк. Один, увы, попытался наложить на себя руки. Второй убедил физфак Гарварда выделить ему для работы стол в людной приемной, без всякой оплаты. (Через год они его наняли.) Третий студент, с которым я не был знаком, вылетел из вуза несколькими годами ранее и с тех пор рассылал дорогие его сердцу (и глубоко ошибочные) собственные теории разным сотрудникам факультета, на него не обращали внимания, и тогда он решил явиться лично и уболтать их – прихватив с собой нож. Его поймала охрана, и больше он не показывался. В мифологии физики нет сказов об одиноких недооцененных физиках, отрезавших себе ухо, но за мои три года в аспирантуре Беркли все же произошли эти три истории, и каждая напитана страстью к физике.

Планк, подобно моему безработному другу-аспиранту, оказавшемуся в итоге в Гарварде, за свой «волонтерский» период трудов ухитрился проделать вполне достойное исследование и наконец нашел оплачиваемую работу. На это ушло пять лет. И вот, исключительно благодаря упорству, удаче и, как говорят, вмешательству отца он смог получить профессорскую ставку в Университете Киля. Через четыре года после этого его труд произведет достаточно сильное впечатление, и его пригласят в Университет Берлина, где в 1892 году он получит звание полного профессора, а это сделает его членом небольшого круга элиты термодинамики. Но то было лишь начало.

В Берлине Планк посвятил весь свой исследовательский задор постижению термодинамики в контексте, который не обязывал «прибегать» к понятию атома, – то есть, вещества считались «бесконечно делимыми», а не состоящими из дискретных частей. Вопрос, можно ли добиться такого понимания, был, по его мнению, главным вопросом физики, наставника у Планка в академическом мире не имелось, и отговорить его – во всяком случае, впрямую – было некому. Что хорошо, потому что ход мысли Планка был настолько далек от основного русла физики, что летом 1900 года, всего за несколько месяцев до того, как Планк объявит о своем сотрясающем мироздание открытии, официальный историк на международном съезде физиков в Париже выразил мнение, что, помимо Планка, есть не более трех человек на всем белом свете, кто считает, что этим вопросом вообще стоит заниматься. За двадцать один год с защиты диссертации Планком мало что, судя по всему, изменилось.

В науке, как и во всех других областях знания, навалом заурядных людей, задающих заурядные вопросы, и многие неплохо устраиваются в жизни. Но наиболее преуспевающие исследователи обычно – из тех, кто задает странные вопросы, такие, которые никто не обдумывал или не счел интересными. На беду этим людям, их считали и будут считать чудаками, эксцентриками или даже психами – пока не придет время считать их гениями.

Макс Планк, ок. 1930 года

Разумеется, ученый, спрашивающий: «Покоится ли Вселенная на спине исполинского лося?» – тоже оригинальный мыслитель, как тот, видимо, кто пришел на факультет с ножом. И потому, глядя на сообщество вольнодумцев, стоит быть разборчивым, и в этом-то состоит трудность: людей, чьи соображения диковинны и только, поди отличи от тех, чьи мысли не только диковинны, но и истинны. Или же диковинны, но приведут, пусть и нескоро, пусть через множество ошибочных шагов, к чему-то истинному. Планк был оригинальным мыслителем и задавал вопросы, которые не казались интересными даже его коллегам-физикам. Но именно они, как выяснилось, были теми вопросами, на которые не могла ответить классическая физика.

Химики XVIII века обнаружили, что изучение газов – своего рода Розеттский камень, ключ к пониманию важных научных принципов. Планк искал свой Розеттский камень в излучении абсолютно черного тела – термодинамическом явлении, которое обнаружил и поименовал Густав Кирхгоф в 1860 году. Ныне излучение абсолютно черного тела – понятие, физикам знакомое: это разновидность электромагнитного излучения, испускаемого телом, которое, буквально, черное и находится при определенной температуре.

Понятие «электромагнитное излучение» кажется сложным – или даже опасным, вроде атаки дронов на лагеря Аль-Каиды. Однако оно описывает целое семейство волн – к примеру, радиоизлучение, а также видимый и ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-радиацию, и у них всех, если их приручить, есть множество практических применений; некоторые несут смерть, но все без исключения – часть мира, который мы привыкли воспринимать как данность.

Во дни Кирхгофа понятие об электромагнитном излучении все еще оставалось новым и загадочным. Теория, описывающая это излучение в контексте Ньютоновых законов, родилась у шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла [Джеймза Кларка Максуэлла]. Максвелл и до сих пор герой физики, в студгородках футболки дипломников нередко украшает его лик и выведенные им уравнения. Причина подобного обожания такова: в 1860-х годах он добился величайшего объединения в истории физики – объяснил электрические и магнитные взаимодействия как проявления одного и того же явления, электромагнитного поля, и показал, что свет и другие разновидности излучения суть электромагнитные волны. Нащупать связи между разными явлениями, как это удалось Максвеллу, для физика – пожалуй, самое восхитительное деяние в человеческой жизни.

Надежда и греза Ньютона – что рано или поздно возникнет такой вот Максвелл, ибо Ньютон знал, что его теория неполна. Он сформулировал законы движения, объясняющие, как тела откликаются на приложенную к ним силу, но, чтобы применять эти законы, нужно было дополнить их отдельными законами сил – законами, описывающими любую силу, воздействующую на рассматриваемое тело. Ньютон вывел законы одной разновидности силы – гравитации, но знал, что должны существовать и другие.

За века после Ньютона еще две силы природы постепенно явили себя физике: электричество и магнетизм. Создав количественную теорию этих сил, Максвелл в некотором смысле довершил Ньютонову (то есть «классическую») программу: вдобавок к классическим законам движения ученые разжились теориями всех сил, явленных нам в повседневном опыте. (За ХХ век мы откроем еще и так называемые сильные и слабые взаимодействия, чьи эффекты нам в быту не видны – они имеют место в крохотных пространствах внутри атомного ядра.)

Прежде, применяя закон всемирного тяготения вместе с законами движения Ньютона, ученые могли описывать лишь гравитационные явления – орбиты планет и траектории движения снарядов. Теперь же, применяя теорию Максвелла об электрических и магнитных полях в сочетании с Ньютоновыми законами движения, физики смогли анализировать широчайший спектр явлений, в том числе излучение и его воздействие на материю. По сути, физики сочли, что, располагая и Максвелловой теорией, они смогут в принципе объяснить любое природное явление, наблюдаемое вокруг: отсюда и буйный оптимизм физики в конце XIX века.

Ньютон писал, что есть «определенные силы, коими частицы тел, по каким-либо причинам доселе неведомые, либо взаимно направлены друг на друга и образуют устойчивые фигуры, либо отталкиваются взаимно и удаляются друг от друга»[330]. Это, по его мнению, есть причина «локальных движений, кои из-за малости движущихся частиц не могут быть уловлены… [но] если кому-то удастся открыть их все, я бы почти готов был сказать, что этот человек увидит всю природу тел как на ладони»[331]. Открытия физиков в электромагнетизме воплотили мечту ученых понимать силы, действующие между мельчайшими частицами предметов – атомами, – но грезе Ньютона о том, что его теория сможет объяснить свойства материальных тел, не суждено было воплотиться. Почему? Потому что, хоть физики и открыли законы действия электрических и магнитных сил, применение этих законов к атомам показывало, что Ньютоновы законы движения недействительны.

Хотя никто в те времена не осознавал этого, недостатки Ньютоновой физики проступали особенно ярко именно в явлении, которое взялся изучать Планк, а именно – в излучении абсолютно черного тела. Физики, применяя Ньютоновы законы к расчету количества разночастотного излучения черного материала, получали бессмысленный результат: черное тело может испускать высокочастотное излучение бесконечной мощности.