Физик читает Кэрролла

В сценах Безумного чаепития и суда (так же, как и во многих других эпизодах из "Алисы в Стране чудес" и "Зазеркалья") физик без труда различает злую, но точную карикатуру на процесс развития физической теории. Сколь ни абсурдна схема судопроизводства "_Сначала приговор, потом доказательства_", именно она передает то, что не раз происходило в истории физики.

Вспомним хотя бы обстоятельства "рождения" квантовой механики. Многочисленные попытки описать спектр черного тела {В самом названии "черное тело" есть нечто кэрролловское. Физики давно не связывают его с "чем-то черным". Раскаленное тело может оказаться почти черным. Черное тело невидимо, если оно находится в тепловом равновесии с окружающим его электромагнитным полем. В темноте и невидимка черный.}, предпринятые физиками в конце XIX в., оказались неудачными. При больших частотах в ультрафиолетовой части спектра хорошо "работала" формула Вина, при малых совсем другая формула Рэлея-Джинса. Сшить оба куска в единое целое так, чтобы "_все было по правилам_" (как хотел того на суде Белый Кролик), не удавалось никому: безупречные логические доказательства приводили к софизму. И тогда Планк во имя спасения физики решился на предположение, которое противоречило всему опыту предшествующего развития физики. Он высказал знаменитую гипотезу квантов: энергия атома изменяется не непрерывно, а может принимать лишь дискретный ряд значений, пропорциональных кванту действия hv.

О своем "приговоре" Планк сообщил 14 декабря 1900 г. на заседании Берлинского физического общества. И, хотя формула Планка была проверена Экспериментально в ту же ночь, понадобилось не одно десятилетие, прежде чем были "собраны доказательства" и квантовая механика обрела статус физической теории.

О том, сколь тяжело дается разрыв с привычным, устоявшимся кругом идей и представлений, свидетельствует письмо Планка Роберту Вуду, написанное уже после создания квантовой механики в 1933 г.: "Дорогой коллега! Во время ужина, устроенного в мою честь в Тринити Холл, Вы высказали пожелание, чтобы я написал Вам более подробно о том психологическом состоянии, которое привело меня когда-то к постулированию гипотезы квантов энергии. Выполняю Ваше пожелание. Кратко я могу описать свои действия как акт отчаяния, ибо по своей природе я миролюбив и не люблю сомнительных приключений. Но я целых шесть лет, начиная с 1894 г., безуспешно воевал с проблемой равновесия между излучением и веществом. Я знал, что эта проблема имеет фундаментальное значение для физики; я знал формулу, которая дает распределение энергии в нормальном спектре, поэтому необходимо было найти теоретическое объяснение, чего бы это ни стоило. Классическая физика была здесь бессильна - это я понимал... (кроме двух начал термодинамики).

Я был готов принести в жертву мои установившиеся физические представления. Больцман объяснил, каким образом термодинамическое равновесие возникает через равновесие статическое. Если развить эти соображения о равновесии между веществом и излучением, то обнаружится, что можно избежать ухода энергии в излучение при помощи предположения, согласно которому энергия с самого начала должна оставаться в форме некоторых квантов. Это было чисто формальное предположение, и я в действительности не очень размышлял о нем, считая только, что, несмотря ни на какие обстоятельства сколько бы ни пришлось за это заплатить, я должен прийти к нужному результату" {Цит. по Я. А. Смородинский. Физика на рубеже века. - "Природа", 1970, Э 4, с. 60.}.

Схеме "_Сначала приговор, потом доказательство_" следует не только физика (и другие естественные науки), но и гораздо более абстрактная наука математика. Достаточно вспомнить хотя бы труды Эйлера, с непревзойденным искусством оперировавшего с рядами задолго до того, как возникла их теория, Хэвисайда, создавшего операционное исчисление и дерзавшего пользоваться им в расчетах, несмотря на полное отсутствие обоснования, Г. Кантора, создавшего теорию множеств, ставшую, несмотря на обнаруженные впоследствии многочисленные парадоксы, подлинным "_раем для математиков_" (Д. Гильберт).

Различие между судебным процессом, проходящим по обычной, "добропорядочной" схеме (сначала доказательства, потом вынесение приговора), и изображенной Кэрроллом нелепой "обратной" схемой по существу представляет собой различие между двумя направлениями в развитии науки. Одно направление условно можно назвать "_классическим_", или "_ньютоновским_", в честь его наиболее выдающегося представителя. Яркий пример великого труда классического направления - "Математические начала натуральной философии" Ньютона (здесь слово "математические", открывающее название этой великой книги, исполнено глубокого смысла). Но плавное развитие классической теории порой тормозят факты, упрямо не желающие укладываться в строгую логическую схему. И тогда успех приходит к сторонникам другого, "кеплеровского" направления, не боящимся сделать решительный шаг и сойти с торной дороги.