Марк Перельман - Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы

• Название: Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы
• Автор: Марк Перельман
• Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-397-02592-8

Все мы знакомы с открытиями, ставшими заметными вехами на пути понимания человеком законов окружающего мира: начиная с догадки Архимеда о величине силы, действующей на погруженное в жидкость тело, и заканчивая новейшими теориями скрытых размерностей пространства-времени.

Но как были сделаны эти открытия? Почему именно в свое время? Почему именно теми, кого мы сейчас считаем первооткрывателями? И что делать тому, кто хочет не только понять, как устроено все вокруг, но и узнать, каким путем человечество пришло к современной картине мира? Книга, которую вы держите в руках, поможет прикоснуться к тайне гениальных прозрений.

Рассказы «Наблюдения и озарения, или Как физики выявляют законы природы» написаны человеком неравнодушным, любящим и знающим физику, искренне восхищающимся ее красотой. Поэтому книга не просто захватывает — она позволяет почувствовать себя посвященными в великую тайну. Вместе с автором вы будете восхищаться красотой мироздания и удивляться неожиданным озарениям, которые помогли эту красоту раскрыть.

Первая часть книги, «От Аристотеля до Николы Теслы», расскажет о пути развития науки, начиная с утверждения Аристотеля «Природа не терпит пустоты» и эпициклов Птолемея, и до гелиоцентрической системы Коперника и Галилея и великих уравнений Максвелла. Читатель проделает этот огромный путь рука об руку с гениями, жившими задолго до нас.

«От кванта до темной материи» — вторая часть книги. Она рассказывает о вещах, которые мы не можем увидеть, не можем понять с точки зрения обыденной, бытовой ЛОГИКИ' о принципе относительности, замедлении времени, квантовании энергии, принципе неопределенности, черных дырах и темной материи. История загадочной, сложной и увлекательной современной физики раскроется перед читателем.

Итак, вперед — совершать открытия вместе с гениями!

---

Реальны ли бозоны Хиггса, и каковы их свойства? Очень многое в теории покоится на гипотезе об их существовании. Существуют ли суперсимметричные партнеры известных частиц?

Есть, конечно, и теории, в которых строятся субкварковые поля, проверки которых можно ожидать с вводом в строй следующего поколения ускорителей. (Мы не упоминаем о существующих сложностях в уже более или менее развитых теориях — их немало, и их исследования могут радикально менять статус этих теорий.) Представляется, что вряд ли стоит ждать завершения фундаментальной физики в ближайшем будущем.

Отступление III Когда и почему подростки выбирают физику

При каждом внимательном взгляде; брошенном на мир, мы уже теоретизируем.

И. В. Гёте

Я всегда помнил, что будущую специальность, физику, выбрал после прочтения «Гиперболоида инженера Гарина» и газетного сообщения о какой-то совсем непонятной «атомной» бомбе, и произошло это в 1945 г., когда мне было 13 лет.

А через много лет, читая попадавшиеся автобиографии физиков и других ученых, я вдруг осознал, что и они этот выбор совершали примерно в том же возрасте. Вот несколько выписок, почти наугад.

Г.В. Лейбниц: «Когда я начал слушать логику, то был сильно поражен разделением и порядком мыслей, о чем узнал из нее. Я тотчас же начал замечать, насколько это доступно тринадцатилетнему мальчику, что тут кроется нечто значительное». Затем он описывает, как пытался претворить эти идеи в жизнь.

А. Эйнштейн: он вырос в нерелигиозной семье, но в детстве «пришел к глубокой религиозности, которая, однако, уже в возрасте 12 лет резко оборвалась». И далее: «В возрасте 12 лет я пережил еще одно чудо совсем другого рода: источником его была книжечка по евклидовой геометрии на плоскости, которая попалась мне в руки в начале учебного года».

Э. Ферми: в 13 лет к нему случайно попадает книга по физике, а затем он встречает друга отца, инженера Амедеи, который умно и тонко руководит его занятиями.

А.Б. Мигдал, известный физик-теоретик: «Мне было двенадцать лет, когда я раздобыл книгу Доната „Физика в играх“», — и далее описывает, как это увлечение сохранилось навсегда.

Я.Б. Зельдович, знаменитый теоретик-энциклопедист, физико-химик, физик-ядерщик, космолог: «Хорошо помню первый, еще детский (12 лет) выбор области знаний». И дальше он описывает, как физика казалась почти законченной, а потому выбиралась химия — в физику он пришел несколько позже, через химию.

А.П. Александров, физик, президент Академии наук СССР: в 13 лет «вступил в физико-химический кружок — отсюда пошло мое увлечение физикой и химией».

Н.Н. Боголюбов, знаменитый математик: «Еще с двенадцати лет заинтересовался некоторыми вопросами сперва элементарной, а затем и высшей математики».

А вот, не физик, а знаменитый и удачливый изобретатель Генри Форд: «Важнейшим событием моих детских лет была встреча с локомобилем, милях в восьми от Детройта, когда мы однажды ехали в город. Мне было тогда двенадцать лет. Вторым по важности событием, которое приходится на тот же самый год, были подаренные мне часы» — ведь именно Форд впервые построил конвейер на заводе и старался организовать его работу по часам.

Луи де Бройль: ему было ровно 13, когда его старший брат Морис измеряет в домашней лаборатории заряд электрона.

В возрасте двенадцати лет Макс фон Лауэ стал интересоваться физикой, и его мать предоставила ему возможность посещать «Уранию» — берлинское общество популяризации науки.

Но может быть, все эти воспоминания случайны? Выше мы специально отмечали случаи, когда люди попадали в физику позже и притом случайно: например, Дж. Чедвик и Р. Милликен.

Проводить опросы среди коллег, конечно, можно — большинство вспоминает, кстати, именно события в этом возрасте, но лучше поступить по-иному. Я взял для начала биографический справочник (Ю.А. Храмов. «Физики», Москва: Наука, 1983) и составил два графика: количества физиков, родившихся в каждом году после 1880 г. — отдельно для России-СССР и для остального мира.

Графики эти ясно показывают наличие пиков-максимумов (много людей становятся физиками) и провалов-минимумов в какие-то годы. Если бы такие распределения были случайными, то два графика должны были получиться различными — с разным расположением пиков и провалов, а они точно соответствовали друг другу (первые российские пики отставали от общемировых на год-два, но это потом удалось объяснить). Значит, эти максимумы и минимумы чем-то обусловлены и должны иметь какое-то объяснение.

С чем же могут быть связаны эти максимумы? Эйнштейну случайно попала книжка по геометрии, Л. де Бройль видел лабораторию брата, но большинство будущих ученых могли прочесть в газетах и журналах (позднее услышать по радио, увидеть по телевидению) сенсационные известия о каких-то эпохальных открытиях и именно это яркое впечатление могло привлечь их к физике, а не к другой науке или иному виду деятельности. В каком же возрасте такое впечатление оказывается наиболее действенным?

И еще: куда же пойдут потенциальные физики, если в этом возрасте таких впечатлений они не получат? Пришлось составить такие же графики «рождений» для химиков, биологов и математиков: у них тоже есть пики и провалы — но, и это показательно, если рождалось много будущих физиков, то на других графиках в том году — провалы, молодые талантливые люди могли пойти в эти науки, но предпочли физику.

Я сравнил по годам пики рождений физиков с наиболее сенсационными, отраженными в СМИ открытиями. И оказалось, что все пики на графиках рождений физиков как раз соответствуют, с отставанием именно на 11–13 лет, наиболее нашумевшим, а следовательно, и наиболее сильно действующим на воображение открытиям.

Так, в 1895–1896 гг. открыты рентгеновские лучи, электрон, осуществлена беспроволочная телеграфия — им соответствует пик рождения физиков 1881–1882 гг. Этому пику можно присвоить имя Рентгена и Дж. Дж. Томсона или же Попова и Маркони. В Россию тогда известия о новых открытиях поступали с запозданием, и этот пик «рождаемости» приходится на 1883 г.

Следующий пик, 1887–1889 гг., — это пик исследования радиоактивности и Всемирной выставки 1900 г. в Париже с показом достижений века электричества. (Ему, кстати, соответствуют глубокие провалы в распределениях математиков и химиков! В России достижения электротехники не очень видны.)

Пик 1900–1902 гг. — пик имени Резерфорда — Бора, 1911–1913 гг. — планетарной модели атома (опять отставание на два года в России). А пики 1904–1907 гг. соответствуют блистательному подтверждению общей теории относительности экспедицией Эддингтона во время солнечного затмения 1919 г. Возможно, конечно, что с Эйнштейном связан лишь второй пик — 1907 г., а первый обусловлен усталостью от переживаний бессмысленной Мировой войны. В России пик Эйнштейна, самый высокий, проявляется годом позже, он мог быть усилен окончанием гражданской войны к 1921 г.

Весьма характерен провал в аналогичном распределении химиков, родившихся в 1907–1908 гг.: он мог быть вызван как уходом талантов в физику, так и отрицательной реакцией общества на применение отравляющих газов в войне. Очень показательны узкий провал 1910 г. у физиков и строго соответствующий ему пик у химиков: Бор объяснил в 1922–1923 гг. структуру Периодической системы элементов — в физике, кажется, уже все ясно, на передний край выдвигается химия!

(Узость провала и пика подтверждают предположение о малой длительности периода такого воздействия.)

Но уже через год кристаллизуются идеи волновой структуры материи де Бройля-Эйнштейна-Бора и налицо самый резкий пик физиков, родившихся в 1911 г. Пик 1915 г. — отзвук публикаций и дискуссий по принципу неопределенностей Гейзенберга (с 1927 г.). Пик 1920 г. и у физиков, и у химиков — это открытие в 1932–1933 гг. нейтрона, позитрона, дейтерия, построение модели атомного ядра и т. д. Пик 1924–1926 гг. у физиков и провал у химиков могут иметь иную природу: массовое вовлечение ученых в атомные и другие проекты.

Но неужели только будущие физики или, говоря в общем, ученые, изобретатели обладают такой особенностью интеллекта — выбором основных интересов в возрасте около 13 лет?

Нет, конечно, это общее явление, общее свойство нашего сознания или подсознания. Я собрал множество свидетельств (по автобиографиям!) художников, музыкантов, актеров, писателей, политиков (консерваторов и революционеров) — людей самых различных склонностей и специальностей: большинство из них выбирало направленность своего интеллекта, своих устремлений именно в этом возрасте — такое явление можно назвать импрессингом[68]. В статье приведены графики, о которых мы говорили, и проведено их сравнение с аналогичными графиками для политиков, в этой первой публикации явление неудачно называлось интеллектуальным импринтингом. Более популярное описание представлено в израильском еженедельнике «7 дней» от 27 мая 1999.] («импрессия» — впечатление), по некоторой аналогии с известным в психологии животных явлением импринтинга («впечатывание») — молодые животные усваивают определенные навыки (например, следования за матерью, постройки гнезда) только в строго определенный период жизни, и если в этот период им не показали такие действия, они уже никогда эти навыки не приобретут.