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

Глава 11

Царство незримого

Заработав себе докторскую степень, я получил место младшего научного сотрудника в Калтехе и взялся искать себе тему для дальнейших трудов, чтобы не вылететь из науки и не занять более доходную позицию официанта в факультетском клубе. Как-то раз после одного семинара я разговорился с физиком Ричардом Фейнманом о теории под названием струнная. Фейнман, которому в те поры перевалило за шестьдесят, среди своих коллег-физиков был, вероятно, самым почитаемым на свете. Ныне многие (хотя отнюдь не все) считают теорию струн главным кандидатом на единую теорию всех сил природы, святой грааль теоретической физики. Но в те времена о ней мало кто слышал, а из них, в свою очередь, ею мало кто увлекался – включая Фейнмана. Он как раз брюзжал по поводу теории струн, когда в разговор вмешался гость нашего факультета, прибывший из университета в Монреале: «Мне кажется, не стоит отвращать молодых людей от исследования новых теорий лишь потому, что они не приняты светилами физики»[349], – сказал он Фейнману.

Отвергал ли Фейнман теорию струн, потому что она казалась ему слишком большим отрывом от его устоявшейся системы верований, и он не мог пересмотреть свои взгляды? Или он сделал бы те же выводы о недостатках этой теории, даже если б она не размежевывалась с предыдущими теориями столь категорически? Этого мы не знаем, но Фейнман ответил гостю, что он не отсоветовал мне работать над чем бы то ни было новым, а просто мне следует быть осторожным, иначе, если дело не выгорит, я впустую потрачу уйму времени. Гость возразил: «Ну, я со своей теорией возился двадцать лет», – и пустился объяснять ее, в изнурительнейших подробностях. Когда он договорил, Фейнман повернулся ко мне и заметил, прямо в присутствии человека, который только что с гордостью изложил свою теорию: «Именно это я и имел в виду под впустую потраченным временем».

Передний край научных исследований укрыт туманом, и любой деятельный ученый неизбежно приложит зряшные усилия, следуя неинтересным тупиковым путям. Но одна черта, отличающая успешного физика, – чутье (или удача) при выборе задач, которые окажутся одновременно и познавательными, и решаемыми.

Я сравнивал страсть физиков с пылом художников, но мне всегда казалось, что у художников перед физиками есть большое преимущество: в искусстве, сколько бы ваши коллеги и критики ни говорили, что ваша работа – фуфло, никто не сможет этого доказать. Но не в физике. В физике утешать может лишь то, что вам пришла в голову «красивая мысль», пусть она и оказалась ошибочной. И потому в физике, как и в любом поле новаторства, приходится блюсти непростое равновесие: выбирать задачи с осторожностью, но с ней не перебарщивать, иначе никогда не родится ничего нового. Именно поэтому так ценна в науке система пожизненных ставок – она обеспечивает безопасность падения, а это необходимо для поддержки творчества.

Если вглядеться в прошлое, может показаться, что Эйнштейнова увлекательная теория фотонов – световых квантов, – должна была немедленно подпитать уйму новых исследований юной квантовой теории. Но современникам Эйнштейна еще предстояло познакомиться со множеством доказательств существования фотона, хватало им и поводов для скептицизма, а работа над фотонной теорией требовала большого интеллектуального авантюризма и смелости.

Даже юные физики, обычно самые неудержимые, пусть речь идет о задаче, которая может не выгореть или, более того, вызвать насмешки, и чье мировоззрение все еще пластично, проходили мимо и темами своих докторских диссертаций и дальнейших трудов выбирали что угодно, только не Эйнштенову чокнутую фотонную теорию.

Без всякого развития прошло почти десять лет. Эйнштейну перевалило за тридцать, он стал довольно взрослым теоретиком-новатором и много времени посвящал другой революционной теме: расширению, или обобщению, своей специальной теории относительности, предъявленной в 1905 году, – чтобы она охватывала и силу тяготения. (Специальная теория относительности – модификация Ньютоновых законов движения, общая теория относительности заместила Ньютонов закон всемирного тяготения, однако потребовала от Эйнштейна скорректировать специальную теорию относительности.) Невнимание Эйнштейна к фотонной теории подтолкнуло Роберта Милликена написать: «Вопреки… с виду полному успеху Эйнштейнова уравнения [для фотоэлектрического эффекта], физическая теория [фотона], кою это уравнение и описывает, до того непригодна, что даже сам Эйнштейн, насколько я понимаю, за нее не держится»[350].

Милликен заблуждался. Эйнштейн не отказался от фотона, однако, поскольку внимание ученого было занято другим, вполне понятно, почему Милликену так показалось. И все же ни фотон, ни квантовая теория, которую он породил, не умерли. Напротив, они вскоре станут звездами – благодаря Нильсу Бору (1885–1962), двадцати-с-чем-то-летнему молодому человеку, который ни укоренился в убеждениях, ни имел достаточно опыта, чтобы отказаться от риска потратить время и бросить вызов нашим представлениям о законах, правящих миром.

Когда Нильс Бор учился в школе[351], ему рассказывали, как греки придумали натурфилософию, и что уравнения Исаака Ньютона, описывавшие отклик физических тел на воздействие силы тяготения, – первый громадный шаг к пониманию устройства мира, поскольку благодаря им ученые могут производить количественные оценки движения падающих и движущихся по орбите тел. Бора учили и тому, что незадолго до его рождения Максвелл добавил к трудам Ньютона теорию, как предметы взаимодействуют с электрическими и магнитными полями и генерируют их, – и таким образом довел мировоззрение Ньютона до его вершины.

Физики во времена юности Бора, казалось, располагали теорией и сил, и движения, включавшей в себя все взаимодействия, какие есть в природе и известные на ту пору. Бор, однако, не ведал вот чего: на рубеже веков, когда сам он поступил в Университет Копенгагена и принялся за свою научную работу, почти через двести лет все более поразительных успехов мировоззрение Ньютона готово было того и гляди рухнуть.

Как мы уже убедились, ньютонианство оказалось под сомнением, поскольку новая теория Максвелла хоть поначалу и позволила расширить Ньютоновы законы движения на множество других явлений, позднее оказалось, что излучение абсолютно черного тела и фотоэлектрический эффект, например, не укладываются в предсказания Ньютоновой (классической) физики. Однако прорывы в развитии теории, осуществленные Эйнштейном и Планком, стали возможны лишь благодаря техническим нововведениям, позволившим экспериментаторам исследовать физические процессы с участием атома. И именно этот поворот событий вдохновил Бора, поскольку он питал большое почтение – и располагал изрядным даром – к экспериментальной работе.

Годы, посвященные Бором его диссертации, несомненно, увлекательны – особенно тем, кому интересна экспериментальная физика. В те годы технические новшества вроде вакуумированных стеклянных трубок со встроенным в них источником тока – предшественников электронно-лучевых трубок, сиречь экранов старых телевизоров, привели ко множеству важных открытий. Например: открытие Вильгельмом Рентгеном [Вильхельмом Рёнтгеном] лучей, названных его именем (1895); открытие Томсоном электрона (1897); осознание физиком новозеландского происхождения Эрнестом Резерфордом [Разерфордом], что атомы некоторых химических элементов вроде урана или тория испускают загадочное излучение (1899–1903). Резерфорд (1871–1937) описал даже не одного, а целых трех обитателей этого зверинца загадочных лучей – альфа-, бета– и гамма-излучение. По его рассуждению, эти три излучения – ошметки, образующиеся после того, как атомы одного элемента самопроизвольно распадаются и образуют атомы другого элемента.

Открытия Томсона и Резерфорда оказались особенно сродни откровению, поскольку описывали атом и его составляющие, кои, как выяснилось, при помощи законов Ньютона ни описать, ни даже вместить в систему классической физики не получается. И потому эти новые наблюдения, как впоследствии станет ясно, потребовали совершенно нового подхода к физике.

И все же, пусть и теоретические, и экспериментальные успехи того времени кружили голову, первоначальный отклик физического сообщества на бо́льшую часть этих успехов свелся к следующему: примем охолонин и сделаем вид, что ничего этого на самом деле не происходит. И потому отмахнулись не только от кванта Планка и фотона Эйнштейна, но и от этих революционных экспериментов.

Эрнест Резерфорд

До 1905 года считавшие атом метафизической чепухой относились к разговорам об электронах, предполагаемых составляющих атома, примерно так же серьезно, как атеист относится к дискуссиям о том, мужчина Бог или женщина. Удивительнее же вот что: тем, кто все-таки верил в существование атомов, электроны не понравились – потому что электрон считался «частью» атома, а атом, по определению, – штука неделимая. До того фантасмагорическим казался электрон Томсона[352], что один знаменитый физик сказал ему, что принял все это за «розыгрыш».