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).

---

За прошедшие десять лет квантовая гипотеза проникла и в другие разделы физики, позволив объяснить фотоэлектрический эффект, теплоемкость твердых тел и другие аномальные с точки зрения классической физики явления. Но все эти успехи носили фрагментарный характер. Понятие квантов так и осталось чужеродным всему зданию классической физики, а квантовая идея не стала основой какой-либо самостоятельной физической теории. Возникла настоятельная потребность коллективными усилиями ученых ликвидировать пробелы и недопонимания, возникшие в физике после принятия гипотезы квантов. Лучшим средством для стимулирования работы многих физиков в этом направлении было бы проведение международного конгресса. С таким предложением к Планку обратился его коллега по Берлинскому университету, физик и химик Вальтер Нернст. Предварительно он заручился согласием крупного бельгийского промышленника и инженера Эрнеста Сольвей субсидировать такое мероприятие.

Выходец из рабочей семьи, химик-самоучка, Сольвей изобрел аммиачный способ промышленного получения соды из поваренной соли, который получил широкое распространение во многих странах мира. Сольвей, как владелец патента на этот способ производства соды, быстро приобрел громадное состояние, часть которого он щедро тратил на развитие культуры и науки. Особые симпатии он питал к ученым, занимающимся фундаментальными проблемами. Он выразил желание оказывать постоянную финансовую поддержку научным исследованиям о строении вещества и с этой целью в 1912 году основал Международный физический институт, предоставив ему капитал, в миллион франков.

Планк горячо поддержал идею созыва ведущих физиков мира для обсуждения квантовой проблемы. Однако он предложил отложить это совещание на год или два с тем, чтобы за это время продвинуть решение проблемы и подготовить ее для плодотворной дискуссии. Местом съезда физиков был назначен Брюссель. Возглавить подготовку докладов и председательствовать на совещании Сольвей попросил наиболее авторитетного физика того времени Гендрика Лоренца.

Лоренц, Планк и Нернст после тщательного обсуждения составили список приглашенных и наметили перечень докладов и докладчиков. Восемнадцати крупнейшим физикам мира были разосланы в конфиденциальном порядке приглашения от Сольвея с просьбой принять участие в совещании. Им было гарантировано возмещение всех расходов и выплата гонорара по тысяче франков. Многим из них предложили сделать доклад на определенную тему.

Среди небольшого числа французских ученых, получивших приглашение, был и Пуанкаре. Охотно дав свое согласие, он тут же ответил Сольвею, выражая свою благодарность и восторженно приветствуя его ценную инициативу, содействующую научному прогрессу в важнейшей области теоретических исследований. Включив Пуанкаре в число участников конгресса, Лоренц не стал обременять его подготовкой доклада. Он рассчитывал на чрезвычайно полезное участие французского ученого в обсуждении ситуации, сложившейся в теории излучения, и одновременно надеялся, что, пробудив в нем интерес, можно будет привлечь его к непосредственному участию в этих исследованиях.

От Франции на конгресс были приглашены также Мария Кюри, Марсель Бриллюэн, Жан Перрен, Поль Ланжевен и Морис де Вройль. Альберт Эйнштейн, сделавший смелый шаг от идеи Планка о квантах энергии к гипотезе существования квантов света, был включен в число участников одним из первых. В то время он уже работал профессором университета в Праге и на конгрессе считался представителем Австрии. Эта встреча крупнейших физиков мира вошла в историю как первый Сольвеевский конгресс. Он сыграл важнейшую роль в развитии новых представлений, приведших впоследствии к созданию квантовой механики.

Конгресс начал свою работу 30 октября 1911 года. Вступительную речь произнес Лоренц. Он сформулировал цель совещания, указал основные трудности теории, принявшей необычную гипотезу о квантах энергии. Председатель конгресса подчеркнул важность выдвинутых вопросов, поскольку "они касаются самих принципов механики и самых глубоких свойств материи", и затем сформулировал стоящую перед учеными грандиозную задачу: "Установить — либо терпеливым нащупыванием, либо счастливым вдохновением — ту новую механику, которая займет место старой". Признавая, что этот процесс осуществляется скорее индивидуальными усилиями, чем обсуждениями на конгрессах или совещаниях, Лоренц все же выразил мнение, что все участники конгресса будут "очень счастливы, если удастся хоть немного приблизиться к той будущей механике, о которой идет речь".

На конгрессе было заслушано 12 докладов, большая часть которых была непосредственно по тематике совещания "Теория излучения и кванты". После каждого доклада происходило его обсуждение. Протоколы конгресса были подготовлены и изданы затем П. Ланжевеном и М. де Бройлем. Они составили ценнейший материал обмена мнениями крупнейших ученых в тот период, когда царила еще полная неясность в вопросе о преодолении препятствий на пути утверждения квантовой гипотезы.

В своем докладе Лоренц показал парадоксальное несоответствие между безупречной аргументацией классической теории излучения и экспериментальными фактами, характеризующими тепловое излучение тел. Состоявшаяся дискуссия по этому докладу лишь подтвердила необходимость поиска новых законов движения электронов в атомах и свободных электронов внутри металлов.

Неуверенность в новых идеях, ведущих к законам будущей механики, сильнее всего проявилась в докладе самого Планка. В поисках выхода из того противоречия, на которое наталкивалась в классической физике его идея о квантах энергии, он предложил ограничить ее применение лишь процессом излучения и считать поглощение энергии непрерывным процессом. В этом сказалось его стремление по возможности сохранить в неприкосновенности принципы классической механики. Планк отверг также гипотезу Эйнштейна о квантах света, согласно которой излучение существовало в пустоте в виде отдельных частиц — квантов света. Выпустив джинна дискретности на свободу, Планк не знал теперь, как вернуть его обратно в бутылку, не дать ему захватить всю физику микроскопических явлений.

Это желание Планка отойти от последовательного развития собственной идеи, а также убежденность Лоренца в том, что скачкообразное изменение энергии молекул и атомов можно вывести из общих физических принципов, резко расходились с настроениями молодых участников Сольвеевского конгресса. По их мнению, гипотезу квантов следовало внедрять в самые различные разделы микрофизики, не требуя для нее какого-либо иного обоснования, кроме согласия теоретических расчетов с опытными данными. Противоречие во взглядах между физиками старшего и младшего поколений было столь острым, что впоследствии стали говорить о возникшей на конгрессе проблеме «отцов» и "детей".

Отмечая активное участие Пуанкаре в работе конгресса, Лоренц писал: "В дискуссиях Пуанкаре проявил всю живость и проницательность своего ума и вызвал восхищение той легкостью, с которой он подходил к наиболее трудным физическим проблемам, даже к тем, которые были для него новыми".[64] И хотя по своему возрасту ведущий французский ученый явно принадлежал к старшему поколению, его позицию вряд ли можно было отнести к взглядам «отцов». Ему были совершенно несвойственны научный консерватизм, неприятие новых, необычных идей. Подводя итоги конгресса, Пуанкаре в своем заключительном выступлении подчеркнул, что назревает самая радикальная реформа существующих представлений о физическом законе вообще. "Недавние исследования ставят под вопрос не только основные принципы механики, но и то, что до сих пор нам представлялось неотделимым от самого понятия закона природы, — говорит он. — Сможем ли мы выражать эти законы в виде дифференциальных уравнений?" Осуждая тенденцию Планка к половинчатому решению вопроса, Пуанкаре заявляет: "С другой стороны, меня поразило в дискуссии, которую мы слышали, то, что одна и та же теория опирается то на принципы старой механики, то на новые гипотезы, являющиеся отрицанием этой механики; нельзя забывать, что нет положения, которое нельзя было бы доказать, если ввести в доказательство две противоречивые посылки". Но в то время многие питали надежду, что удастся избавиться от этого противоречия и вывести закон излучения Планка, не обращаясь к гипотезе дискретности. Поэтому, покидая Сольвеевский конгресс, Пуанкаре уже видел перед собой тему своего ближайшего исследования: можно ли в принципе решить проблему излучения "абсолютно черного" тела, обходясь без дискретности?

Исследование это явилось важным этапом на пути к дальнейшему развитию квантовых представлений. Самым общим и строгим способом Пуанкаре доказал, что невозможно получить формулу Планка для равновесного излучения без гипотезы квантов. Он подверг критике предложенный Планком путь ограниченного использования его идеи — только для процессов излучения. Результаты эти, сыгравшие значительную роль в обосновании необходимости квантовой гипотезы, были изложены в трех статьях, вышедших в 1911–1912 годах.