Физика – моя профессия

Беспримерное свершение Эйнштейна привело и к более глубокому пониманию роли теории в естествознании. Если бы мы ранее спросили физика о том, какова цель теории, то скорее всего он ответил бы, что цель теории – это «выяснить природу явления, получить картину явления, выяснить его механизм, получить наглядное представление о явлении». Я думаю, что сегодня мы услышим этот туманный ответ от меньшинства. На подобный вопрос последует теперь более четкий и, если хотите, более гордый ответ: «Цель теории – предсказывать явления».

Наглядность, модельность представлений о природе, столь высоко ценившаяся в XIX веке, когда физики старались изобразить на бумаге вихревые движения невидимого эфира, «объясняющие» природу света и электричества, оказалась несостоятельной. Теория относительности не предложила вместо похороненного ею эфира новой механической модели, и тем не менее сила и мощь теории были бесспорны – она позволила предугадать ряд важнейших явлений, о возможности наблюдения которых тогда не имели еще ни малейшего представления.

Вдумайтесь в это. Разве это не великолепно, что человеческий разум исключает элемент неожиданности, позволяет предвидеть исход несвершившихся событий! Разве это не та мощь, которая приписывается религией лишь божественной силе! Нет другой цели у естествознания в его стремлении к познанию мира, кроме как предвидение будущего.

Но не одна теория относительности создавала современное физическое мышление. Огромную роль сыграли также потрясающие открытия в мире атомов.

Глава 8

Капитуляция

…где рассказывается о том, как был окончательно посрамлен «здравый смысл» в результате открытия закона движения электронов.

Вопрос: «Что там внутри?» – ребенок пытается решить, разламывая пополам любимую игрушку. Очевидно, этот интерес сохраняется у человека на всю жизнь. Так по крайней мере пытаюсь я объяснить сравнительно высокую любознательность, которую проявляет широкая публика к структуре вещества.

– Скажите, из чего состоит молекула? Да, да, из атомов, вспоминаю. Ну, а вот молекула воды, как она построена, можно узнать?

– Пожалуйста, посмотрите на рисунок. Атом кислорода в центре, а два атома водорода – по бокам.

– Замечательно, а главное, как просто, и наука сумела установить, что три атома не лежат на одной прямой. Я теперь совершенно ясно представляю, как построена молекула воды. А атом из чего состоит?..

К началу XX века физики остановились на модели строения атома, предложенной Резерфордом. Атом состоит из положительно заряженного электричеством крошечного ядра, которое находится в центре атома, а вокруг него вращаются электроны в количестве, как раз соответствующем порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

– Скажите, как просто, – умилялись читатели журналов того времени. – Напоминает планетную систему.

Разламывание частичек вещества продолжалось. Добрались физики и до атомного ядра. Оно оказалось построенным из нейтронов и протонов.

– Потрясающе, – изумлялись читатели. – А разрешите узнать, ядро тоже что-то вроде планетной системы?

– Нет, нет, – отвечали физики. – Ядро вы можете себе представить… ну, скажем, как горошинки в блюдце. Понятно?

– Ну, конечно. Это же так просто, – восхищался читатель, – все совершенно ясно.

Беспрерывно увеличивая мощности своих приборов, физики продолжали сталкивать частицы между собой, изучая их превращения. К середине нашего столетия накопилось уже достаточно опытных данных, чтобы можно было ответить на настойчивые вопросы любителей науки.

– А протон и нейтрон из чего построены?

– Установлено, – отвечали физики, – что протон превращается в нейтрон и позитрон.

– Очень интересно, значит протон состоит из нейтрона и позитрона?

– Одну минутку, – говорил физик, – так сказать нельзя. Видите ли, опыты показывают, что нейтрон превращается в протон и электрон.

– Как, как? Я что-то перестаю понимать. Так как же: протон – это часть нейтрона или нейтрон – это часть протона?

– Да и то и другое неверно, – сообщал физик. – Протон и нейтрон – это элементарные частицы, и особенности их характеризуются законами превращения.

– Гмм… Понимаю, – неуверенно бормочет читатель теперь уже XX века, – так-то оно, конечно, так, но не вполне ясно. Говорилось, что частица эта элементарная. А какая же она элементарная, если может превращаться? И потом протон в нейтроне, нейтрон в протоне… В общем раньше картина была ясней, а сейчас что-то не то. Дальше надо исследовать…

Пока структурные картинки могут быть нарисованы на бумаге, так называемое понимание физики достигается без малейшего труда. Иногда можно на бумаге и не рисовать, достаточно сослаться на знакомый образ (как горошинки на блюдце) или на привычный факт и сказать, что и здесь дело обстоит таким же образом. И на лице слушателя появляется выражение полного удовлетворения – он все понял. Покойный наш физик Яков Ильич Френкель часто говорил: «Нет непонятного, есть непривычное». И это золотая правда.

В конце сороковых годов на меня свалилась известность публичного лектора.

– Прочитайте популярную лекцию про атомную энергию. Что это за явление? – просили меня раз за разом.

После нескольких лекций, в которых я пытался связать атомный взрыв с законом эквивалентности Эйнштейна, я понял, как трудно слушателям усваивать материал из моих объяснений. Манеру изложения пришлось изменить. Лекция начиналась с вопроса: «Все знают, что дрова при горении дают тепло?» Зал благодушно кивал головой.

– Выделение тепла – это результат химической реакции горения, – продолжал я. – Молекулы кислорода сталкиваются с молекулами топлива, старые молекулы разламываются, образуются новые.

Далее я объяснял, что новые молекулы движутся быстрее старых. И в этом все дело. Ведь тепло связано с быстротой движения молекул.

– Итак, понятно, почему горящие дрова дают тепло?

Зал удостоверял полное понимание. Как дрова горят, видел каждый, наука объяснила, что так и должно быть. Значит, все в порядке. Я шел дальше.

– Так вот, выделение атомной энергии ничем не отличается от выделения химической энергии. Только в первом примере сталкиваются молекулы, а во втором атомные ядра.

Этот обходный маневр, заключавшийся в том, что я объяснял неизвестное на знакомом привычном примере, имел стопроцентный успех. Новое было сведено к обычному. Объяснялось не новое, а то, к чему привыкли, а перенос объяснения на другой предмет ссылкой на полную аналогию воспринимался как нечто само собой разумеющееся.

Но мы отклонились от темы. Речь у нас шла о том, что завоевания физиков в отношении строения вещества поддавались популяризации довольно легко, поскольку превосходно согласовались со здравым смыслом и интерпретировались при помощи простых рисунков и моделей. Подтверждением этому служит такой факт. В послевоенные годы мною была написана популярная брошюра «Строение вещества», которая разошлась чуть ли не миллионным тиражом. Редакция получала трогательные письма читателей. Одно из них было от старшей доярки колхозной фермы.

«В обеденный перерыв, дорогой профессор, – писала она, – мы читаем вашу книжечку. Все написано так ясно и отчетливо, что мы хорошо поняли, из чего построены частицы».

Значит, объяснять, как устроено вещество, было нетрудно. Совсем иначе обстоит дело с попыткой популярного разъяснения законов движения частиц. Эти законы были открыты почти сорок лет назад и привели в состояние полного замешательства своих современников. Причина состояла в том, что не существует аналогии, с помощью которой можно было бы дать представление о характере движения электрона. Нет ничего привычного, на что можно было бы сослаться.

В своих суждениях о характере движения невидимых частиц материи мы пытаемся исходить из житейского опыта. Возможности наших представлений о движении исчерпываются двумя вариантами. Первый из них – частица перемещается, как крошечная горошинка: в каждое следующее мгновение она переходит из одной точки пространства в другую. Мы уверены, что можно сфотографировать такое движение; на фотопластинке будет виден след – траектория частицы. Второй вариант – мы не видим движений отдельных частиц, а наблюдаем перемещения сплошной среды (морские волны – превосходный пример).