Физика — моя профессия

Собираясь писать эту главу, я стал листать старую энциклопедию Брокгауза и Ефрона. Том, в котором помещена статья «Теплота», вышел в свет не так уж давно, в 1891 году. Автор статьи добросовестно изложил законы термодинамики, способы измерения тепла и только несколько фраз сказал о природе тепла: «Мы уверены в том, что тепло связано с какими-то движениями частиц вещества». Вполне ясно из контекста, что автор не считает существенным природу движения, он не относит это к физике.

С такой позиции не раз выступали в конце XIX века физики-теоретики. Они заявляли о законченности физики как науки. История запомнила немало курьезов этого толка. Так, например, учитель Макса Планка не советовал ему заниматься физикой.

– Все уже сделано в этой науке, – наставлял Макса воспитатель, – займитесь чем-нибудь другим.

Не послушавшись совета, Планк через несколько лет выполнил свое знаменитое исследование о квантовом излучении, которое легло в основу современной физики.

Талантливый и умный физик лорд Кельвин сказал в одном из своих выступлений: «Теоретическая физика представляет собой стройное и законченное здание. На ясном небе физики имеются всего лишь два небольших облачка. Я думаю, что эти два частных вопроса будут скоро разрешены и физикам XX века уже нечего будет делать».

Вам интересно узнать, что это за два облачка? Надо отдать Кельвину должное в том, что он упомянул именно эти две неприятности (неприятности с точки зрения физиков конца XIX века). Одна из них – это постоянство скорости света, обнаруженное в опыте Майкельсона. Из этого облачка выросла теория относительности! Другая – кривая интенсивности излучения в зависимости от длины волны. Теория этого времени требовала, чтобы кривая лезла вверх с уменьшением длины волны, то есть при переходе в голубую сторону спектра. Но опыт привел к «голубой катастрофе» – кривая имела максимум, перевалив через который падала к волнам малой длины. Эта вторая неприятность привела к квантовой физике, когда Планк выяснил, в чем здесь дело. Так что Кельвин угадал неплохо.

Теперь, надеюсь, читателю будет ясна полная растерянность ведущих физиков того времени, когда начало XX века обрушило на их головы потрясающие открытия. Разочарование их было столь велико, что некоторые из них (Лоренц) выражали свое сожаление – зачем они дожили до этого времени.

Это хороший урок, и история науки запомнит, как небезопасно самомнение века, выражающего претензию на окончательное познание истины.

Посмотрим теперь, что же произошло в XX столетии.

Первая атака на здравый смысл Глава 7

…где выясняется, что слова «само собой разумеется» надо изгнать из лексикона физики. Попутно автор поставил перед собой задачу объяснить, что значит «объяснить».

Великолепное здание физической науки, воздвигнутое в XIX веке, красовалось недолго. Рухнуло оно в 1905 году. Это был год публикации одного из самых замечательных творений человеческого гения – теории относительности, созданной двадцатипятилетним Альбертом Эйнштейном.

На нескольких десятках страниц при помощи строжайшей математической логики были изложены выводы из двух аксиом. Выводы поразительно неожиданные, они ломали существовавшие дотоле представления, разрушали фундамент физики. Исследование захватывало своей глубиной, поражало необычной придирчивостью к каждому на первый взгляд само собой разумеющемуся утверждению. Было невозможно вырваться из неумолимой логики рассуждений Эйнштейна, которая приводила читающих, несмотря на их внутренний протест, к парадоксальным результатам: выводы были неизбежным следствием двух аксиом.

Удивительно, что каждая из них не была неожиданной для читателя того времени. Эйнштейн лишь первый задумался над тем, к каким следствиям приведут эти две аксиомы вместе.

Взятые из различных областей физики, обе аксиомы впервые встретились в одной статье. Что же это за аксиомы?

Первая из них говорит следующее:

Если два наблюдателя движутся один по отношению к другому прямолинейно и равномерно, то каждый из них находится в совершенно одинаковых условиях.

Как видите, нет способа установить, кто из них движется, а кто покоится на самом деле. Бессодержательно спрашивать, кто находится в «истинном» движении. Нет такого понятия, как абсолютное движение. Движение относительно!

Этот хорошо известный со времен Галилея принцип механики утверждает, что покой нельзя отличить от равномерного прямолинейного движения. И в общем-то хорошо сочетается со «здравым смыслом». Каждый знает по своим ощущениям, что с закрытыми глазами не отличишь покоя от плавного движения корабля или самолета.

Иначе обстоит дело со второй аксиомой. Хотя положение о том, что скорость света оказывается одинаковой для разных наблюдателей вне зависимости от их движения (это и есть вторая аксиома), было в то время физикам известно, оно все же рассматривалось как некий странный опытный факт, в котором еще надо разобраться. Эйнштейн возвел это странное положение дел в ранг аксиомы.