Страница 2 из 33
Данное определение допускало возможность, что ось времени относительна: если бы энтропия увеличивалась в форме, обратной тому, как это происходит, то существа, живущие в таком мире, окрестили бы прошлое будущим, и наоборот.
Научная работа Больцмана также привела его в область философии, сначала он вступил в нее с неохотой, а затем с энтузиазмом. Его вклад в философию через несколько десятилетий отразился в работах таких мыслителей XX века, как Карл Поппер или Томас Кун, не говоря уже об очевидном влиянии Больцмана на Венский кружок, ряд участников которого посещали его лекции. Его критика метафизики была разрушительной, хотя австрийский ученый признавал, что философские дилеммы, поставленные этой дисциплиной, достойны траты времени. Он утверждал: ответы на великие вопросы придут в результате анализа небольших разрешимых задач, аргументируя это тем, что тысячи гениальных людей посвящали свою жизнь огромным нерешенным проблемам без особого видимого прогресса. Больцман проповедовал дарвинистское видение науки и знания в целом и даже утверждал, что математическая логика — всего лишь продукт эволюции, и таким образом опять же приблизился к великим достижениям XX века.
Сферой, в которой ему, как ученому и как философу науки, пришлось бороться наиболее усердно, стала защита атомной теории. Несмотря на успех ее методов, в конце XIX века возникло течение под названием «энергетика» (идеологом которого был Эрнст Мах, ярый соперник Больцмана в области философии), утверждающее, что вся физика может быть объяснена с позиции взаимодействия энергии. Энергетики отрицали существование атомов и считали последователей атомной теории старомодными, обвиняли их в том, что те держатся за устаревшие идеи. Больцман как никто страдал от нападок Маха, что сказалось на его депрессивной личности и, согласно многим историкам, подтолкнуло к самоубийству.
Больцман даже не сомневался в существовании атомов. Это не слепая вера, как думали его соперники, а строгая приверженность учению о научном методе: теория с наибольшей объяснительной силой — именно та, которая должна быть принята. Он настаивал, что атомная теория одерживает верх над энергетической гипотезой, которая неспособна объяснить даже движение материальной точки.
Взгляды Больцмана получили подтверждение в начале XX века, когда ряд экспериментов доказал: материя, несомненно, состоит из атомов. К сожалению, победа пришла слишком поздно. В 1906 году Больцман повесился у себя дома на летнем отдыхе в Дуино, в Италии. Хотя причин самоубийства может быть много и, скорее всего, они мало связаны с атомной теорией, но коллективное воображение представило это как акт разочарования ученого, работа всей жизни которого оказалась под угрозой.
Хотя жизнь Больцмана прервалась в тот роковой год, его влияние только начиналось и распространилось на весь XX век. Невозможно представить современную науку без его вклада, помогшего осветить квантовую механику и теорию относительности — две теории, в значительной степени определившие наше видение космоса, на которых основывается практически вся современная технология.
1844 20 февраля в Вене появляется на свет Людвиг Эдуард Больцман. Вскоре семья переезжает в Вельс, затем в Линц.
1859 Умирает его отец.
1883 Сдает вступительный экзамен в Венский университет, его мать переезжает в столицу, чтобы помогать сыну, обучающемуся физике. Умирает его брат Альберт.
1887 Получает должность приват-доцента, за год до этого — степень доктора.
1889 Назначается профессором математической физики в Грацском университете.
1872 Публикует уравнение, носящее его имя, и дает математическое обоснование распределения Максвелла, которое получает название распределения Максвелла — Больцмана. Доказывает, что второе начало термодинамики — следствие из атомной теории и теории вероятностей, что позже станет известно как Н-теорема.
1873 Принимает кафедру математики Венского университета.
1878 Заключает брак с Генриеттой фон Айгентлер и возвращается в Грац; у супругов будет пятеро детей.
1877 Публикует статью о парадоксе обратимости, а также еще одну работу, в которой анализирует связь между энтропией и теорией вероятностей. Выводит формулу 5 - k logW, которую потом выгравируют на его могиле.
1878 Назначается деканом Грацского университета, а через три года ректором.
1884 Публикует вывод закона Стефана — Больцмана. Через год умирает его мать.
1888 Сначала принимает кафедру, которую ему предлагают в Берлинском университете, а затем отказывается от нее. Первые признаки маниакально-депрессивного расстройства.
1889 Умирают его сын Людвиг Хуго и его сестра Хедвиг.
1890 Принимает кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете.
1894 Занимает кафедру Йозефа Стефана в Венском университете.
1895 Больцман и Оствальд участвуют в публичных дебатах в Любеке на тему энергетического и атомного течений.
1897 Отвечает на возражения против его статистического подхода ко второму началу термодинамики, опубликованные годом ранее Цермело.
1900 Читает курс теоретической физики в Лейпцигском университете. Через два года возвращается в Вену, а в 1903 году начинает вести курс по философии.
1905 Третья, последняя, поездка в США.
1906 5 сентября кончает жизнь самоубийством, находясь на отдыхе в Дуино, Италия.
ГЛАВА 1
Рождение термодинамики
Паровая машина изменила мир еще до того, как был понят механизм ее работы. В середине XIX века необходимость строить более эффективные машины привела к развитию теории двигателей, которая, в свою очередь, породила новую науку, термодинамику. Вскоре та миновала изначальную цель и превратилась в науку о тепле — единственную способную объяснить, почему время движется от прошлого к будущему.
Людвиг Больцман был ученым, придавшим ей ее нынешнюю выразительность.
Людвиг Эдуард Больцман родился 20 февраля 1844 года в Вене, за четыре года до того, как всю Европу накрыла волна революций. Однако детство будущего ученого прошло в защищенной обстановке, во многом благодаря состоятельности семьи его матери, Катарины Пауэрнфайнд. Фамилию этой семьи до сих пор носит улица в Зальцбурге, где прадед и дед Больцмана были бургомистрами. Его отец, Людвиг Георг Больцман, был сборщиком налогов и в итоге получил должность главного инспектора Имперской налоговой службы в городе Линце. Дед со стороны отца родился в Берлине, затем переехал в Вену и был часовщиком. У Больцмана имелись младший брат и сестра: Альберт (1845-1863) и Хедвиг( 1848-1890). Брат умер еще в молодости от респираторного заболевания, сестра большую часть жизни провела в одном доме с Людвигом, даже после того как тот женился.
Как и другие великие ученые, ребенком Больцман подавал надежды. Он всегда был первым в классе, с ранней юности выказывая большой интерес и способности к физике и математике, но не ограничиваясь ими. Он подробно изучал философию и историю и на всю жизнь сохранил страсть к ботанике и зоологии, а также к музыке. У него часто случались пылкие философские споры с братом, который смеялся над его стремлением давать строгое определение каждому слову. Сам Больцман вспоминал следующую историю. Услышав о Дэвиде Юме (1711-1776), он попросил в библиотеке одну из его книг, но там был только экземпляр на английском языке. «Это неважно,— съязвил брат. — Если все слова хорошо определены, у него не возникнет проблем с пониманием книги». Отец купил словарь, который не только позволил мальчику перевести Юма, но и стал ключевым в его научном развитии, поскольку затем помог понять статьи Джеймса Клерка Максвелла (1831 -1879), его непосредственного интеллектуального предшественника.
Маленький Людвиг провел детство в Вене, Линце и Вельсе (города в Верхней Австрии) из-за работы своего отца. Поначалу он не ходил в школу, и дома его воспитывал наставник. Он также брал уроки фортепиано у уже известного композитора Антона Брукнера (1824-1896). Однако эти уроки резко закончились, когда учитель случайно оставил мокрый пиджак на кровати — мать Больцмана в мгновение ока его уволила. Будущий ученый несмотря ни на что никогда не переставал играть на пианино, и это увлечение доставило ему много удовольствия в жизни. Он сам комментировал свою интерпретацию серенады Шуберта после ужина в доме магната Уильяма Рэндольфа Херста (1863-1951), на который был приглашен в 1905 году в ходе своей последней поездки в США.