Читать интересную книгу Реникса (второе издание) (с илл.) - Александр Китайгородский

Вполне возможно, что вступление в новые области вызовет отказ от принятых сегодня наглядных моделей, потребует изменения формулировок и определений, модернизации научного языка. Впереди сколько угодно споров о природе вещей, жарких взаимных обвинений в непонимании принципов устройства мира. Это все будет. Но то, что наукой завоевано в виде обобщения человеческого опыта, войдет в науку будущего. Во всяком случае, того будущего, в которое еще есть смысл заглядывать.

О непонятном

Как известно, семь мудрецов могут встать в тупик от вопросов одного…

Да, много вопросов можно задать: и почему у верблюда горб, и зачем на небе Луна, и почему листья зеленые, и почему у собаки хвост, а у человека его нет, и почему у Ивана Никифоровича голова редькой хвостом книзу, а у Ивана Ивановича редькой хвостом кверху, и почему на другой стороне земного шара люди вверх ногами ходят и не падают, и почему свет движется так быстро, что уж быстрее нельзя?.. Можно спросить и про то, а что было перед тем, как создалась солнечная система, а перед тем, как образовалась Галактика, куда она входит, а еще раньше что было? Можно полюбопытствовать о том, что будет через миллиард миллиардов…

А вот и другие вопросы: чем объясняется сверхпроводимость, почему луч лазера способен проходить большие расстояния, почему от родителей к детям передаются наследственные признаки?..

Многое можно спросить. Но не на все вопросы можно ответить.

Что же это за вопросы, на которые нельзя ответить? Во-первых, это вопросы, лишенные смысла, или лишенные содержания, или лишенные права на постановку. Во-вторых, есть вопросы не бессмысленные, но ответ на которые практически дать невозможно, а потому они неинтересны. И наконец, есть вопросы, правильно поставленные; на некоторые из них можно дать ответ, но на другие пока еще ответа дать нельзя.

Вот в поисках ответа на правильно поставленные вопросы и работают сподвижники науки.

Во всем этом нам нужно разобраться. И прежде всего надо условиться, что значит объяснить явление.

Почему брошенный камень падает на землю? Почему бывают океанские приливы? Почему космический снаряд, движущийся со скоростью меньше восьми километров в секунду, не удастся превратить в спутник Земли? Что такое гравитационные методы разведки?

Ответить на все вопросы, которые я перечислил, объяснить явления, о которых шла речь, — значит показать, что все они являются следствиями общего закона природы — закона всемирного тяготения. Объяснение — это сведение частного к общему, это нахождение для явления его полочки в здании, увенчанном крышей общего закона природы. Ясно, не правда ли?..

Да, но… почему все-таки тела притягивают друг друга?

Увы, дорогой читатель! Вот на это не могу ответить, не могу удовлетворить вашего любопытства. Так уж устроена природа. На сегодня закон всемирного тяготения есть общий закон природы. И называется он так именно по той причине, что нет никаких более общих положений, из которых его можно было бы получить как следствие.

Значит, объяснение имеет потолок?

Совершенно верно. И всегда его будет иметь. Другое дело, что потолок этот имеет тенденцию повышаться. Возможно, когда-либо будет найден такой закон природы, из которого как частные следствия будут вытекать и закон всемирного тяготения, и законы электромагнитного взаимодействия. А может быть, даже и будет когда-либо найдена одна величественная формула, из которой рассуждениями или расчетами можно будет вывести все наблюдаемые в мире явления. Тогда это будет потолок потолков. Но это фантазия.

Что же касается сегодняшней науки, то она естественным образом распадается на ряд областей, где в каждой имеется свой генерал — закон.

Разобраться в явлении, понять его, получить объяснение, получить ответ на вопрос — это значит показать, что явление однозначно следует из генерал-закона и беспрекословно ему подчиняется во всех деталях своего поведения.

Не надо думать, что все вопросы такого типа получили уже ответ. Есть и без ответов, и их немало. Некоторые очень долго раздражали физиков своей непонятностью. Вот, например, явление сверхпроводимости. Открыто оно было более 50 лет назад. Заключается оно в практически полной потере сопротивления электрическому току ряда металлов и сплавов при очень низких температурах (близких к абсолютному нулю, то есть к минус 273 градусам Цельсия). В замкнутой цепи из сверхпроводящего кабеля электрический ток может циркулировать часами при отсутствии источника тока.

В том, что это поразительное явление не нашло себе объяснения сразу после обнаружения, нет ничего удивительного. Просто ученые еще мало знали. Хотя в конце двадцатых годов общие законы движения электронов были установлены вполне надежно и это давало стопроцентную уверенность, что нет никакого чуда, нет «сверхпроводящего чертика» и что явление будет объяснено уже установленными общими законами природы, которые на сотнях и тысячах примеров доказали с блеском свою справедливость.

Примерно тридцать лет отделили открытие квантовой механики от создания теории сверхпроводимости. Отсутствие объяснения сверхпроводимости тридцать лет раздражало физиков. И не удивительно, что тем, кто избавил мир от этой неприятности, немедленно была присуждена одна из высших наград ученого — Нобелевская премия.

Разумеется, этот большой интервал был не случайным. Много наблюдений и теоретических расчетов сделано предшественниками, чтобы создать тот строй мыслей, родить ту догадку, которая привела к созданию теории. Совсем не лежало на поверхности то следствие из общих законов природы, которое объясняло сверхпроводимость.

Оказалось, что причина сверхпроводимости — в способности электронов образовывать пары, легко передвигающиеся благодаря взаимодействию с тепловыми колебаниями атомов в кристаллической решетке. Объединенные два электрона напрочь лишены тормозных качеств. Если что-либо замедлило один электрон, то его напарник меняет свое движение таким образом, что вклад пары в силу текущего тока остается неизменным.

Ну как, поняли? Нет? Не огорчайтесь. В данном случае причина непонимания совершенно очевидна — недостаток знаний. И большой недостаток моего объяснения! Оно должно было бы заключаться в строгом логическом выводе возможности сверхпроводимости из общих законов природы — законов квантовой механики. Но из-за невозможности это сделать я сказал несколько смутных для вас фраз, претендующих лишь на то, чтобы дать представление о неожиданности результатов, хранившихся долгие годы в скрытом виде в аппарате квантовой механики.

Сверхпроводимость является примером явления, долго мучившего физиков своей непонятностью, но в конце концов покорно подчинившегося генерал-законам. Впрочем, иначе и быть не могло.

Но бывают случаи, когда долгое время остается скрытым не только объяснение, но и само явление. Так обстояло дело с открытием лазеров.

Законы испускания и поглощения света были очевидны и ясны еще задолго до того, как кроваво-красные рубины появились в лабораториях оптиков. Видимо, до 1958 года мало кому ввиду своей кажущейся нереальности приходил в голову вопрос: а нельзя ли заставить возбужденные атомы «подождать» друг друга с тем, чтобы излучение произошло, так сказать, одним махом — чтобы все атомы сразу отдали бы запасенную энергию.

Самая первая, можно сказать пионерская, работа, говорившая о такой возможности, появилась (кстати говоря, у нас в Советском Союзе) еще до войны. Но она оказалась преждевременной. Надо было пройти порядочному числу лет, пока технический уровень не стал реальным для осуществления этой мысли. И не случайно, что практически задача была решена независимо и одновременно в Советском Союзе и США. Открытия такого рода закономерно подготавливаются развитием науки и промышленности.

Открытие лазеров оказалось неожиданным. Но надо ясно представлять, что явилось оно не в результате находки какого-либо неизвестного ранее принципа. Нет, нужно было «всего лишь» догадаться., как надо сделать. А после этого уже любой физик, используя старые, хорошо известные законы природы, мог приняться за расчеты интенсивностей излучения, достижение которых казалось ранее совершенно немыслимым, так как скидывалась со счетов возможность накачки энергией атомов излучателя.

Вероятно, были преподаватели физики, которые лет тридцать назад решали задачи вроде: «Допустим, что все атомы, заключенные в теле размером один кубический сантиметр, одновременно излучат квант красного света. Какая интенсивность света будет излучена и на какое расстояние сможет пройти такой луч, чтобы быть обнаруженным чувствительным болометром?»

Прекрасная физическая задача! И те астрономические цифры, которые стали теперь будничными, появлялись в ученических тетрадях с возгласами: «Ну и ну, вот если бы это стало возможно».