Содержание

Предисловие

Поворотные вехи в истории науки отмечаются не только открытиями, но и именами людей, эти открытия совершивших. Наука, как и искусство, немыслима без имени творца. Историю естествознания украшают имена Архимеда, Коперника, Галилея, Ньютона, Ломоносова, Рентгена, Эйнштейна и многих других. Эти имена вписаны в учебные пособия и известны миллионам людей.

В школьных учебниках нам дается стройная, установившаяся картина физики, которую мы усвоили на всю жизнь. Но она очень далека от реальной. В действительности каждое открытие в физике было лишь последним звеном в длинной череде исследований, опытов и наблюдений. И даже имя ученого, которое носит тот или иной закон, не всегда соответствует исторической правде. Достижения науки сродни айсбергам. Вершины сияют в ярких солнечных лучах, а девять десятых их массы, их фундамента спрятаны в глубинах вод. Поэтому и возникают неизбежно вопросы: «Кто открыл закон Бойля-Мариотта первым?», «Правда ли, что „вольтову дугу“ получил не Вольта?», «Кто автор теории относительности — Эйнштейн или Пуанкаре?». Список можно продолжить… Науку творят живые люди, стремящиеся получить признание окружающих. Мало кто желает остаться анонимным, зато многие вступают в ожесточенную борьбу за свой приоритет.

Борьба за приоритет — одна из захватывающих страниц мировой науки. Даже выдающиеся ученые, занявшие твердое место в пантеоне науки, страстно сражались за публичное признание своих идей. Достаточно назвать имена Ньютона, Лейбница, Гука, Гюйгенса, Майера и многих-многих других. Зачастую научное открытие становится предметом спора о приоритете — о том, кто первый его сделал.

Такие споры, отравляющие жизнь многим выдающимся ученым, неизбежны, когда «идеи носятся в воздухе». Даже такой полностью погруженный в науку человек, как Ньютон, тратил время, и немалое, на проблемы, далекие от поиска научной истины. В конце XVIII и в течение почти всего XIX века в математике, астрономии, да и в других науках шло настоящее сражение между английскими и французскими учеными. Сейчас эти битвы стали историей науки, но борьба за приоритет открытий не прекращалась и в двадцатом веке. Известно, как непросто утверждались в физике такие фундаментальные научные теории, как теория относительности, квантовая теория. Наука сродни спорту — «наука так же безжалостна, как война» [1] .

Настоящая книга не о физике, а о людях, ее творящих, о драматизме отношений в их сообществе — отнюдь не меньшем, чем в среде писателей, артистов или политиков. История открытий, которые сейчас входят в учебники как фундаментальные законы или мировые физические константы, полна борьбы мнений и самолюбий, по выражению Р. Бэкона, «наука смотрит на мир глазами, затуманенными всеми человеческими страстями» [2] . «…Мы обязательно должны знать не только как рождались труды великих корифеев науки, но и что это были за люди, сколько сил, энергии, здоровья, нервов отдали они, чтобы мы сегодня узнали эти законы и прочли формулы в учебниках. Как порой отказывались они от богатства, почестей, радостей жизни ради торжества истины, как умирали, до последнего дыхания утверждая ее. И эти знания помогут нам лучше понять суть сделанного этими людьми, ибо работа талантливого человека неотделима от его личности» [3] , — писал известный писатель и популяризатор науки Ярослав Голованов.

Мы расскажем, как менялось на протяжении истории отношение людей науки к своим открытиям, что служило побудительным мотивом к занятиям физикой, которой они отдавали все свое время и часто здоровье. Мы приоткроем завесу над тайной, окружающей многие выдающиеся открытия в науке. Многое до сих пор до конца не выяснено, и только время способно в конце концов вынести окончательный приговор.

1. Люди и открытия

Они стали говорить на разных языках. Они познали скорбь и полюбили скорбь Они жаждали мучения и говорили, что истина достигается лишь мучением.

Тогда у них явилась наука.

Ф. М. Достоевский. Сон смешного человека

Об открытиях мы слышим и читаем почти каждый день. Наука заставляет мир развиваться. В самом деле, что было бы с нами сегодня, не будь среди нас пытливых ученых и любознательных энтузиастов, стремящихся раскрыть тайны мироздания и понять суть вещей? Но многие ли представляют, как делаются открытия, какой путь проходит ученый, прежде чем объявить: «Я открыл то-то и то-то»? Путь этот труден и тернист, и исследователю требуется затратить много сил и времени, прежде чем он сможет произнести долгожданное «Эврика!»

Ответы на вопрос, как же происходит чудо открытия, обычно сводятся к известному афоризму: «Главное в профессии ученого — это сесть и задуматься». Но однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, Менделеев ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Или Исаак Ньютон — ведь он со своей идеей о тяготении не расставался ни на минуту. Отдыхал ли он, был ли он одиноким, председательствовал ли на заседании Королевского общества, он все время думал об одном и том же. Ясно, что эта идея преследовала его всюду, каждую минуту.

Великий Гельмгольц в одной из своих речей ставит вопрос, чем он отличается от других людей. И отвечает, что разницы нет никакой, кроме одной только черты. Ему казалось, что никто другой так, как он, не впивается в предмет. Он говорит, что когда ставил перед собою какую-нибудь задачу, то не мог уже от нее отделаться, она преследовала его постоянно, пока он ее не решал. Вот это упорство, эта сосредоточенность мысли есть общая черта большинства ученых, открывших многие законы природы. А еще любопытство и увлеченность. Рассказывают, как однажды к Майкельсону, отрабатывавшему на железной дороге свой знаменитый опыт по определению скорости света, подошли рабочие. Они поинтересовались, что он делает. «Определяю скорость света», — ответил Майкельсон. «А зачем?» — спросил один из них. «Интересно», — ответил Майкельсон.

Любопытно поведение ученых в момент озарения, когда после долгих мучительных размышлений перед ними начинает проясняться решение мучившей их задачи. Всем известна история с Архимедом, обнаружившим в ванне решение вопроса и выбежавшим нагишом, забыв от радости все на свете, а Гей-Люссак и Дэви после сделанного ими открытая пустились в пляс по кабинету…

Наблюдения и размышления над диковинными явлениями — удел немногих, но такие люди были даже тогда, когда слова «наука» не было и в помине. В древности, когда науки о природе еще не существовало, одни и те же открытия делали, вероятно, много раз, в разных местах и в разное время, пока наконец они стали общим достоянием человечества. Любознательность и стремление накапливать знания были свойственны людям с самых давних времен. Достойно восхищения, например, то, как люди, не обладая практически никакими приборами, смогли узнать размер Земли, расстояние до Луны и многое другое. И все это происходило более двух тысячелетий тому назад.

Две тысячи лет назад древние греки знали и умели делать многое из того, что — пусть в измененном, усовершенствованном виде — служит и сегодня. Но физики, как науки в современном понимании, в античном мире еще не существовало, то есть экспериментальной физики как таковой в Древней Греции не было. А ученые того времени называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. И такое понимание термина «физика» сохранилось до конца XVII века. Многие взгляды того времени кажутся весьма наивными. «Настанет время, когда потомки наши будут удивляться, что мы не знали таких очевидных вещей», — писал Луций Анней Сенека. Но то, что узнали, просуществовало почти две тысячи лет. Можно утверждать, что европейская цивилизация уходит своими корнями в период Античности. А физика как наука оформилась лишь к началу семнадцатого века. Трудно найти столетие, которое бы дало столь крупное созвездие блестящих имен во всех областях человеческой культуры, как XVII век. То было время великих открытий Галилея, Кеплера, Ньютона, Лейбница, Гюйгенса в математике, астрономии и различных областях физики — замечательных достижений научной мысли, заложивших основы для последующего развития этих отраслей знания. Мы изучаем эти открытия в учебниках, но мало знаем о людях, совершивших эти открытия, и еще меньше об условиях, в которых они работали.

Как же работали физики, сделавшие удивительные открытия, в это время?

«Рабочее место» физиков в XVII–XIX ВЕКАХ

Ничего похожего на современные лаборатории в то время не было. В прошлом физик работал в одиночку. Приборы обычно покупались на собственные деньги или изготовлялись самими учеными. Нередко лабораториями служили частные комнаты. Опыты по разложению белого света Ньютон проделал в своей квартире в Кембридже. Физическим прибором ему служила призма, купленная на собственные деньги. И через сто пятьдесят лет в той же обстановке проводил свои оптические исследования Дж. Стокс.

Франклин для исследования атмосферного электричества соорудил в своем доме в Филадельфии железный изолированный стержень. Джоуль свои эксперименты по определению механического эквивалента теплоты проводил дома в Манчестере. Лабораторией Гей-Люссаку служило сырое полуподвальное помещение. Ученый, предохраняясь от сырости, работал в деревянных башмаках. Френель в селе Матье близ Канна, в доме матери, проводил исследования по дифракции с примитивными приборами и приспособлениями, сделанными для него сельским слесарем. Фуко экспериментировал в своем доме. Лаборатория, где работали Дэви, Фарадей и Тиндаль, открытая в 1803 году, как вспоминал Тиндаль, «плохо вентилировалась, плохо освещалась и была совершенно неподходящей для ежедневной многочасовой работы. Это, вероятно, наихудшая лаборатория во всем Лондоне». И эта лаборатория оставалась почти семьдесят лет в первоначальном состоянии.

Работа в таких условиях была сопряжена с опасностью для жизни и сказывалась на здоровье исследователей. Рихман и Ломоносов исследовали атмосферное электричество с «громовыми машинами», построенными каждым у себя на квартире. При попытке количественно оценить явление электризации при разряде молнии Рихман слишком близко наклонился к стержню своей «громовой машины». Он был поражен молнией в голову и упал мертвый, а находившийся тут же гравер Соколов был повален на пол.

Однажды во время опытов Дэви с неизвестными металлами произошло несчастье: расплавленный калий попал в воду, произошел взрыв, в результате которого Дэви жестоко пострадал. Неосторожность обернулась для него потерей правого глаза и глубокими шрамами на лице.

Сам Фарадей в своих исследованиях обходился мотками проволоки, кусками железа, магнитными стрелками. Он никогда не щадил себя, занимаясь наукой. Серьезно укоротили его жизнь химические опыты, где широко использовалась ртуть, беспрерывно проливавшаяся на пол, а затем испарявшаяся. Оборудование его лаборатории было абсолютно негодным с точки зрения самой элементарной техники безопасности. Вот письмо самого Фарадея: «В прошлую субботу у меня случился еще один взрыв, который опять поранил мне глаза. Одна из моих трубок разлетелась вдребезги с такой силой, что осколком пробило оконное стекло, точно ружейной пулей. Мне теперь лучше, и я надеюсь, что через несколько дней буду видеть так же хорошо, как и раньше. Но в первое мгновение после взрыва глаза мои были прямо-таки набиты кусочками стекла. Из них вынули тринадцать осколков…» [4] Конечно, такие лаборатории не служили целям обучения экспериментальному искусству, а могли лишь использоваться исследователями-одиночками. Упомянутые ученые, а также и такие, как Максвелл или Кельвин, не проходили какого-либо курса обучения практической физике. Его просто еще не было. В тогдашних университетах преподавание велось в классическом духе, основное внимание уделялось гуманитарным и математическим наукам, физике отводилось мало места.

Положение изменилось к середине XIX столетия, когда бурное развитие промышленности, машиностроения, химической промышленности, металлургии и горного дела, электротехники, теплотехники, строительство железных дорог, возникновение пароходства и воздухоплавания стимулировали развитие науки, новых форм ее организации. Все более усиливалась связь науки и техники. К этому времени значительно усложнилась физическая теория. Новые задачи, стоявшие перед физической наукой, требовали для своего решения все большего числа физиков. И с сороковых годов XIX столетия начинают создаваться физические лаборатории как новая форма организации коллективных методов исследования в физике. Первая физическая лаборатория была создана в Геттингенском университете В. Вебером. Вебер привлек студентов к подготовке лекционных опытов. Наиболее способным он предложил небольшие физические исследования. Позднее он ввел практические занятия для желающих. В лаборатории Вебера работали ученые из различных стран мира, в том числе и из России.

В новом Страсбургском университете, основанном в 1872 году, уже заранее было предусмотрено строительство физического института. Его директор, немецкий физик Кундт, создал очень удобный для обучения и исследования институт, который долго служил прототипом для многих институтов, аудиторий, лабораторий различных стран. Здесь под руководством Кундта была подготовлена плеяда тонких экспериментаторов, таких, как Рентген, Лебедев, Пашен, Рубенс, Винер, Голицын и др. Вслед за Страсбургским институтом в 1875 году создаются физические институты в Лейпциге, Мюнхене, Бонне, Бреслау, Фрайбурге и других городах. Вскоре каждый немецкий университет обзавелся хорошо оборудованной физической лабораторией. Создание лабораторий повлекло за собой развитие старых и основание новых мастерских физических приборов.

В 1846 году 22-летний Томсон занял пост профессора натурфилософии в университете Глазго. До 1870 года лабораторией Томсону и его студентам служили старые лекционные комнаты и заброшенный винный подвал, а после переезда университета в новое здание в 1870 году Томсону были предоставлены просторные помещения для экспериментальной работы.

В Оксфорде в 1867 году в небольшой комнате, выделенной университетом, профессор Клифтон начал обучение экспериментальной физике. В 1872 году вступила в строй спланированная Клифтоном Кларендонская лаборатория. Она послужила прототипом для многих лабораторий мира. Д. К. Максвелл посетил ее, когда планировал Кавендишскую лабораторию в Кембридже. В Кембридже обучение экспериментальному искусству начало проводиться с 1874 года в здании знаменитой Кавендишской лаборатории. Каведишская лаборатория была выстроена на частные средства и сыграла огромную роль в развитии физики. В 1868 году профессор Жамен открыл лабораторию в Сорбонне. Под руководством Жамена в лаборатории работало несколько русских и румынских физиков.

Экономическая отсталость России сказалась и на отставании ее в деле создания физических лабораторий. Для русских физиков местом деятельности служили физические кабинеты. Здесь хранилась аппаратура, которую применяли на лекционных демонстрациях, и проводились единичные экспериментальные исследования. Но и в таких условиях был выполнен ряд замечательных работ такими физиками, как А. Г. Столетов или П. Н. Лебедев, обогатившими классическую физику [5] .

После промышленной революции наука из способа удовлетворения любопытства и источника знаний для системы образования постепенно превратилась в один из источников новых технологий и извлечения доходов, связанных с их применением. В этот период среди видных ученых еще было много любителей, но со временем все большее их число превратилось в профессионалов, то есть людей, для которых занятие наукой стало профессией, способом извлечения дохода для личных и профессиональных нужд. И хотя в начале двадцатого века еще были ученые-теоретики, такие, как Альберт Эйнштейн, которые еще могли работать в одиночку, или такие, как Мария Кюри и Эрнест Резерфорд, которые обходились немногочисленными помощниками, в дальнейшем в науке возобладал коллективный способ исследования. Такие проекты, как, например, создание атомной бомбы, требовали участия тысяч людей, организации сложной системы их взаимодействия и разветвленной иерархической структуры. И физики переходят на качественно новый характер работы, изменяются взаимоотношения ученых. Но об этом дальше.

Современная наука развивается по разумному плану, поэтому многие открытия можно предвидеть. Многие, но не все. Существовали и существуют открытия непредугаданные, неожиданные. История показывает, что некоторые научные открытия, в том числе те, которые перевернули мир, были сделаны совершенно случайно. Достаточно вспомнить Архимеда, который, опустившись в ванну, открыл закон, впоследствии названный его именем, или Ньютона, на которого упало знаменитое яблоко. К этому можно добавить открытие рентгеновских лучей, радиоактивности… Именно чистой случайностью объясняют некоторые исследователи все творческие удачи и открытия. «Всякая новая идея есть дар случая», — писал Гельвеций. Действительно, иногда везение способно сыграть не меньшую роль, чем знания или гениальное озарение. Быть может, кое-что здесь является преувеличением, однако есть вполне конкретные примеры, показывающие, что и в науке многое зависит от случая.

1

Болотовский Б. М. Роскошь общения с Гургеном Аскарьяном // Природа, № 2, 2000.

2

Аллахвердян А. Г. и др. Психология науки. — М., 1998.

3

Голованов Я. К. Этюды об ученых. — М., 1970.

4

Карцев В. П. Приключения великих уравнений. — М., 1986.

5

По материалам сайта www.nplit.ru.

arrow_back_ios