С. Капица - Жизнь науки

• Название: Жизнь науки
• Автор: С. Капица
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1973

Собрание предисловий и введений к основополагающим трудам раскрывает путь развития науки от Коперника и Везалия до наших дней. Каждому из 95 вступлений предпослана краткая биография и портрет. Отобранные историей, больше чем волей составителя, вступления дают уникальную и вдохновляющую картину возникновения и развития научного метода, созданного его творцами. Предисловие обычно пишется после окончания работы, того труда, благодаря которому впоследствии имя автора приобрело бессмертие. Автор пишет для широкого круга читателей, будучи в то же время ограничен общими требованиями формы и объема. Это приводит к удивительной однородности всего материала как документов истории науки, раскрывающих мотивы и метод работы великих ученых. Многие из вступлений, ясно и кратко написанные, следует рассматривать как высшие образцы научной прозы, объединяющие области образно-художественного и точного мышления. Содержание сборника дает новый подход к сравнительному анализу истории знаний. Научный работник, студент, учитель найдут в этом сборнике интересный и поучительный материал, занимательный и в то же время доступный самому широкому кругу читателей.

---

Хотя собранные здесь семь статей, таким образом, тесно связаны между собой, они распадаются на три отдельные группы, относящиеся к 1932—1939, 1949 и 1955—1957 гг. Первые три статьи прямо связаны со статьями прежнего сборника; в них обсуждаются биологические и антропологические проблемы, относящиеся к свойствам целостности, характерным для живых организмов и человеческих культур. Конечно, в этих статьях я ни в какой мере не пытаюсь дать исчерпывающее обсуждение этих тем, но лишь указываю, какими представляются эти проблемы на фоне общего урока атомной физики.

Четвертая статья касается дискуссии между физиками о проблемах теории познания, поставленных квантовой физикой. По характеру самой темы нельзя было избежать некоторых ссылок на математический аппарат, но для понимания аргументации не требуется специальных знаний.

Споры привели к разъяснению новых сторон проблемы наблюдения, обусловленных тем обстоятельством, что взаимодействие между атомными объектами и измерительными приборами составляет неотъемлемую часть квантового явления. Поэтому данные, полученные в различных экспериментальных установках, не могут быть объединены в том смысле, как обычно; необходимость принимать во внимание условия, при которых получены те или иные опытные данные, прямо требует дополнительного способа описания.

Последняя группа статей тесно связана с первой, но я надеюсь, что уточненная терминология, которой я в них пользуюсь, чтобы изобразить ситуацию в квантовой физике, сделала общую идею и общий ход рассуждения доступнее. Прилагая эти идеи к более широкой области, я делаю особый упор па предпосылки для однозначного применения понятий, используемых при описании опытных фактов. Самая суть аргументации состоит в том, что для объективного описания и гармоничного охвата опытных фактов необходимо почти во всех областях знания обращать внимание на обстоятельства, при которых эти данные получены.

34 Жизнь науки

ПЕРРЕН

(1870—1942)

Шан Батист Перред родился в Лилле. Оя окончил Нормальную школу в 1894 г. и в 1910 г. стал профессором Сорбонны. Первые его работы были посвящены катодным лучам. В 1906 г. Перрен начал свои исследования броуновского движения, теорию которого годом раньше дали Эйнштейн и Смолуховский. В опытах, в которых прямо под микроскопом изучалось распределение мелких частиц по высоте из-за их теплового движения, была наглядно показана реальность молекул и атомов, определены их масса и размеры. Тем самым были опровергнуты натурфилософские взгляды энергетиков, в первую очередь Оствальда, отрицавших молекулярно-кинетические представления о тепловой энергии. В 1926 г. эти исследования Перрена были отмечены Нобелевской премией.

Перрен принадлежал к прогрессивной антифашистской интеллигенции своей страны; он был видным деятелем Народного фронта. После капитуляции Франции Перрен в 1940 г. эмигрировал в США; оп умер в Нью-Йорке.

Мы приводим предисловие к книге Перрена «Атомы», опубликовапной в 1913 г.> а также предисловие автора к ее советскому изданию, вышедшему в Москве в 1924 г.

АТОМЫ

ПОСВЯЩАЕТСЯ ПАМЯТИ НОЭЛЯ БЕРНАРА

Предисловие к русскому изданию 1924 года

Эта небольшая книга переводилась на различные языки, и я не считал нужным давать к переводам особые предисловия. Но наши русские друзья поймут, что мне бы хотелось выразить то волнение, которое я испытал, получив возможность хотя бы слабого участия в деле взаимного понимания и братства, которое всегда и всюду было целью стремлений лучших людей.

После пережитых тяжелых испытаний, я счастлив выразить пожелание, чтобы дружеское сотрудничество русских и французских ученых скорее сделалось легким и плодотворным в той области научного исследования, где человечество когда-нибудь найдет средство против бедствий и страданий.

Предисловие

В прогрессе физических наук значительную роль сыграли два рода умственной деятельности, принадлежащих к сфере инстинктов.

Уже у ребенка обнаруживается один из этих инстинктов, когда, схватив какой-нибудь предмет в руки, он хорошо знает, что произойдет в том случае, если он его выпустит.

Может быть, ему никогда еще не приходилось держать именно этот предмет, и тем более точь-в-точь так, как в данный момент; но он припоминает то общее, что есть сейчас в его мускульных ощущениях, с ощущениями, которые он испытывал, когда держал в руках предметы, которые падали, когда он разжимал руки.

Такие люди, как Галилей и Карно, обладали высшей степенью этого чувства аналогии: они сумели создать энергетику путем смелых разумных обобщений данных опыта и ощущений.

Прежде всего они заметили, как замечаем мы все, не только падение предмета при выпускании из рук,— но также и то, что, упав на землю, сам собой этот предмет не подымается.

Нужно оплачивать подъем тела и платить тем дороже, чем поднимающееся тело тяжелее и чем выше оно поднимается. Настоящей платой здесь, конечно, не будут деньги, а какой-то действительный «расход» во внешней обстановке (понижение уровня воды, сжигание угля, химическое изменение в гальваническом элементе), которое приходится иной раз оплачивать и деньгами.

Раз это установлено, нужно выработать способы оплачивать подъем груза по возможности дешевле. Мы знаем, например, что, заставив опускаться 100 килограммов на 10 метров, можно поднять 1 тонну ( = 1000 килограммов) па высоту 1 метра; но нельзя ли построить такой механизм, который позволил бы за ту же плату (опускание 100 килограммов на 10 метров) поднять 1200 килограммов на 1 метр?

Галилей понял, что это значило бы, что в некоторых условиях 200 килограммов могут подняться на высоту 1 метра без всяких изменений вовне — «даром». И если мы не верим в возможность этого, мы должны признать эквивалентность в работе механизмов, производящих подъем одного груза ценой опускания другого.

Точно так же, если мы будем плавить лед, смешивая его со ртутью, нагретой предварительно до 100° и охлаждающейся, следовательно, до нуягй, тс* мы всякий раз обнаружим, что килограмм ртути обратит в воду 42 г льда. Нагревание льда при этом может производиться путем непосредственного соприкосновения со ртутью или же лучеиспусканием. Существенно только, чтобы ртуть охладилась со 100° до нуля, а лед растаял. (Очевидно, что в подобных наблюдениях заключается содержание всей калориметрии.) Еще более поучительны опыты, где опускание грузов, производя трение, заставляет нагреваться ртуть или воду (опыты Джоуля). Как бы мы ни изменяли механизм, связывающий эти два явления (падение грузов и нагревание), мы всегда получим 1 большую калорию, если опустим 428 килограммов на 1 метр.

Таким образом сложился первый принцип термодинамики, которому, по моему мнению, можно дать такое выражение:

Если при помощи какого-нибудь механизма удается связать два явления таким образом, что одно из них происходит за счет другого, то, как бы мы ни меняли устройство механизма, не может случиться, что за счет одного из этих явлений произойдет, кроме ожидаемого явления, еще новое, получаемое «даром» [93]

Не вдаваясь в детали, укажем, что прием такого же рода был применен Сади Карно, который, исходя из основного свойства работы любой тепловой машины, обратил внимание на то, что получение работы в этом случае всегда сопровождается «переходом тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой». Известно, что из этого наблюдения путем надлежащих рассуждений вывели второй принцип термодинамики.

Для того чтобы вывести тот или другой из этих принципов, пользовались аналогиями, обобщали результаты опыта, но при всех рассуждениях имели дело с явлениями, которые можно было наблюдать, или с опытами, которые можно было произвести. Оствальд был совершенно прав, когда говорил, что в энергетике не пользуются гипотезами. Разумеется, изобретатель новой машины утверждает, что она не будет создавать работы иэ ничего — «даром», и в этом можно будет тотчас убедиться на опыте; никто и не назовет гипотезой утверждение, которое может быть проверено на опыте.

Но бывают случаи, когда, наоборот, именно гипотеза является инстинктивной и плодотворной. Изучая машину, мы не можем ограничиться изучением видимых ее частей, которые для нас представляли бы всю реальность, если бы мы не могли разобрать машины. Конечно, нам лучше всего представляются именно доступные зрению части, но мы стараемся отгадать также, какие скрытые внутри мапшны колесики или другие приспособления производят видимые движения.

Другая форма интуитивного понимания явлений и есть именно та, где угадывается существование или свойства предметов, находящихся еще по ту сторону нашего сознания, где видимая сложность объясняется невидимой простотощ именно эта форма мышления и создала гением людей, подобных Дальтону и Больцману, атомистику, изложению которой и посвящена эта книга.