Тяпкин А.,Шибанов А. - Пуанкаре

• Название: Пуанкаре
• Автор: Тяпкин А. Шибанов А.
• Жанр: Биографии и Мемуары

Книга о жизни французского математика, физика-теоретика, академика Анри Пуанкаре.

ПУАНКАРЕ (Poincare) Жюль Анри (29.4.1854, Нанси, — 17.7.1912, Париж), французский математик, член Парижской АН (1887).

---

Год назад известный американский астроном Ньюком приехал в Париж, чтобы от имени американского правительства пригласить французских коллег принять участие в Международном конгрессе искусства и науки. Большая группа французских ученых приняла это приглашение, в том числе Пуанкаре. Конгресс состоялся осенью 1904 года в городе Сент-Луисе во время Всемирной выставки, организованной по случаю столетней годовщины присоединения Луизианы к Соединенным Штатам. 24 сентября, когда Пуанкаре выступал со своим программным докладом "Настоящее и будущее математической физики", зал конгресса был переполнен. Слушатели, в подавляющем большинстве деятели различных наук с Американского континента, впервые увидели прославленного французского математика и физика-теоретика. Пятидесятилетний мужчина среднего роста и средней полноты, несколько ссутулясь, привычно прохаживался перед затихшими рядами. Возможно, многие из присутствующих были удивлены тем, что столь легендарная личность скрывается под обликом типичного, ничем не примечательного внешне европейского интеллигента, с аккуратно причесанными волосами и бородкой адвоката. Белая рубашка с манжетами и традиционная цепочка часов на жилете только усиливали это впечатление. Но уже через несколько минут зал был заворожен той интригующей и драматичной картиной надвигающихся потрясений в физике, которую с удивительной ясностью и проникновенностью он нарисовал.

"…Есть признаки серьезного кризиса, как если бы мы находились накануне предстоящего изменения", — говорит Пуанкаре. Причем под сомнение ставится основа основ всей физики — ее принципы. К таким основополагающим принципам Пуанкаре относит: принцип сохранения энергии, принцип Карно, играющий роль второго начала термодинамики, принцип равенства действия противодействию, принцип относительности и принцип сохранения массы. К ним он добавляет еще принцип наименьшего действия. В этих принципах сконцентрирована вся накопленная веками мудрость физики как науки. "Достаточно применить пять или шесть общих принципов к исследованию физических явлений для того, чтобы получить все, что мы, по-видимому, можем надеяться о них узнать". В чем сила достоверности этих принципов. В их общности, утверждает Пуанкаре. "Действительно, чем более они общие, тем чаще мы имеем возможность их проверить; и эти испытания, умножаясь и приобретая самые разнообразные и самые неожиданные формы, в конечном счете не оставляют места сомнению". И вот над этими-то принципами нависла в последние годы угроза ниспровержения, причем над каждым из них в отдельности. "Не только закон сохранения энергии подвергается сомнению; рассмотрев принципы физики один за другим, мы увидим, что все они находятся в опасности". И далее Пуанкаре переходит к такому подробному рассмотрению.

Можно без преувеличения сказать, что этот обзор всех основных трудностей классической физики был не только первым, но и единственным в течение многих последующих лет. И раньше высказывались отдельные сомнения и слышались призывы искать новые пути преодоления встретившихся трудностей, но не было общей оценки сложившейся ситуации в физике как кризисной. Только в докладе Пуанкаре на конгрессе в Сент-Луисе впервые было подытожено состояние физики в целом и твердо заявлено: "Есть признаки серьезного кризиса". После этого многие будут говорить о кризисе физики конца XIX — начала XX века. А не так давно авторитетнейший ученый того времени — лорд Кельвин в одной из своих лекций благодушно сравнил физику с кораблем, благополучно миновавшим подводные рифы и мели и вошедшим в спокойную гавань. Лишь два небольших облачка, по его мнению, омрачали пока небосвод науки — это затруднения в теории излучения и в электродинамике движущихся тел. Но, как выяснилось впоследствии, именно эти два облачка явились теми грозными тучами, которые нависли над основами классической физики.

До предела сгустив краски при описании тревожного состояния физики, Пуанкаре выразил уверенность в том, "что этот кризис будет спасительным, поскольку история прошлого гарантирует нам это". При этом он вовсе не считает, что тревога была напрасной и классическая физика останется невредимой. Нет, он предсказывает самые неожиданные изменения законов физики и говорит о том, что принципы могут быть сохранены ценою огромных усилий, уже предпринятых и только еще предстоящих. Докладчик признает необходимость коренной перестройки многих существующих теорий для преодоления встретившихся трудностей, за исключением созданной Лоренцем электродинамики движущихся тел. Но эта ломка, по его убеждению, не должна отвергнуть основные принципы физики. Он допускает лишь возможность изменения их формы. Пуанкаре говорит о том, что оставшиеся среди руин старой физики общие принципы предстоит отыскивать в новом одеянии.

Теперь, когда давно отшумела буря над физикой и на ее могучем остове возникли стройные здания современных физических теорий, нелегко представить себе то смутное время сомнений в самых основных физических принципах. Нужно забыть на минуту о всех возникших позже новых представлениях физики XX века, чтобы по достоинству оценить значение программного докладе Пуанкаре, в котором он дал ключевую основу для поиска новых физических закономерностей — совокупность основных принципов, сохраняющих свое значение и в новой физике. Особенно подчеркивал Пуанкаре незыблемость закона сохранения энергии, который, по его мнению, не смогут поколебать никакие будущие открытия. Это убеждение высказывалось им и раньше, на первом физическом конгрессе в Париже.

В науке после этого произошла самая крупная революция за все время ее существования. Коренному преобразованию подверглись основные физические представления. Были установлены совершенно необычные физические законы, действующие при околосветовых скоростях и в мире мельчайших частиц. Но все отмеченные Пуанкаре общие принципы и по сей день сохраняют свое значение, действуя в современной физике в преобразованном виде.[45] Пуанкаре весьма проницательно наметил стержневую линию новой физики, ее остов из основных принципов, связывающих ее с классической физикой.

Вопреки своему намерению не делать прогнозы, Пуанкаре дал в докладе удивительно меткие указания "горячих точек" физики? в которых следовало ожидать рождения принципиально новых закономерностей. И оправдались не просто многие из этих прорицаний, а буквально все. Современные ученые не находят ни одной нелепости в его смелых суждениях. История науки не знает другого труда, в котором с такой полнотой и с такой конкретностью были бы предсказаны грядущие преобразования в физике.

Но в то время Поль Ланжевен, оказавшийся после конгресса в одном купе с Пуанкаре, не мог еще об этом догадываться. Его в первую очередь интересовало мнение выдающегося ученого по вопросам, затронутым в его собственном докладе "Физика электронов". Он горячо и убежденно говорил о глубоких последствиях для всей физики установления дискретного строения электричества, открытия зерен электричества — электронов. Пуанкаре со многим соглашался, но оставался равнодушным, если не скептичным, к основной идее, увлекавшей Ланжевена: объяснение с помощью электронной теории всех физических явлений, даже механических. Он по-прежнему не считал необходимым сводить всю физику к одному из ее разделов. Он указал своему собеседнику, что с помощью одних только электромагнитных сил нельзя получить таких равновесных систем, как твердое тело и сам электрон, который Ланжевен предлагает положить в основу всей материи. По мнению Пуанкаре, для электронной теории существуют более важные задачи, чем возводить единое толкование уже объясненных физических явлений.

— Взять хотя бы проблему спектров излучения атомов, — помолчав, добавил он. — Ею несколько пренебрегают, а между тем проблема эта обещает нам большие сюрпризы.

В своем докладе Пуанкаре специально остановился на необходимости новой теории, которая объяснила бы закономерности спектральных линий, излучаемых атомами. Еще в 1900 году немецкий физик Макс Планк для преодоления основного затруднения теории излучения — так называемой "ультрафиолетовой катастрофы" — выдвинул необычную и совершенно несвойственную классической физике идею о том, что излучение происходит дискретными порциями — квантами. Теперь же, обсуждая экспериментально установленное распределение спектральных линий в излучении атомов, Пуанкаре категорическим образом отвергает возможность его объяснения на основе законов классической физики. "Эти явления еще не объяснены, и я думаю, что мы имеем здесь дело с одной из важнейших тайн природы, — утверждает он. — …Здесь мы, так сказать, проникаем в самые глубины материи. В том положении, в котором мы сейчас находимся, представляется, что, когда мы поймем, почему колебания раскаленных тел отличаются от хорошо знакомых нам обычных упругих колебаний, когда мы поймем, почему электроны ведут себя не так, как обычные тела, мы будем лучше понимать динамику электронов, и, может быть, нам будет легче согласовать ее с основными принципами".