Страница 8 из 28
Среди его учеников был, например, Сванте Аррениус (1859-1927). Больцман возглавлял университет и сформулировал свои основные теории. В 1890 году ему предложили кафедру в Венском университете, и он вновь вернулся в родной город, где в то же время преподавал один из главных противников атомизма, авторитетный австрийский физик Эрнст Мах (1838-1916). После этого Больцман вновь уехал — в Лейпцигский университет, а потом опять вернулся в Вену. В этот раз среди его учеников были Лиза Мейтнер, Пауль Эренфест (1880-1933) и многие другие видные впоследствии ученые. В1906 году Больцман совершил самоубийство в Дуино, Италия. Причиной этого поступка часто называют нервное истощение физика, к которому его привели дискуссии вокруг атомизма. Те, кто был близко знаком с Больцманом, знали, что он склонен к резким переменам настроения и депрессии. Мейтнер не сомневалась, что самоубийство было результатом «умственной нестабильности». После смерти Больцмана она писала:
«Он мог сильно страдать из-за вещей, которые другой, более толстокожий человек, едва почувствовал бы».
Сегодня считается, что ученый страдал маниакальной депрессией. «Больцман не скрывал своего энтузиазма, когда говорил, увлекая за собой слушателей», — вспоминала Лиза. Он поддерживал дружеские отношения со многими своими учениками, так что Мейтнер вместе с другими студентами неоднократно присутствовала на вечерах в доме Больцмана, когда он играл на фортепиано и много шутил.
Юная австрийская исследовательница изучала теплопроводность в негомогенных твердых телах — тема, связанная с лекциями Больцмана. Также Мейтнер постаралась применить для объяснения теплопроводности законы Максвелла и экспериментально подтвердила свои гипотезы. В знак признания этого труда она получила высшую оценку за свою работу и стала в 1906 году доктором наук.
В одной из своих биографических записей Мейтнер с радостью вспоминает, как Пауль Эренфест связался с ней, чтобы поближе познакомиться с теорией Больцмана и Рэлея:
«Я впервые познакомилась с Эренфестом во время учебы в Вене. Он приехал из Гёттингена в Вену, чтобы учиться у Больцмана. [...] Кто-то сказал ему, что я прилежно конспектирую все его занятия».
Мейтнер решила, что предложение Эренфеста изучать вместе с ним идеи Рэлея и Больцмана довольно любопытно, и сразу же согласилась. Лиза вспоминала: «Эренфест был гораздо лучше подготовлен для решения теоретических задач, чем я сама, кроме того, он был прекрасным и увлеченным преподавателем». Сотрудничество Мейтнер с Эренфестом, который впоследствии прославился своими достижениями в статистической физике и квантовой механике, было очень благотворным. Они получили некоторые результаты, которые подтолкнули Лизу продолжать карьеру исследователя.
ПРОТИВОРЕЧИЕ АТОМИЗМА
Больцман яростно защищал атомизм с 1872 года. Для него атомы были реальными, объективно существующими. В то же время его оппоненты считали, что невозможно увидеть атомы или доказать их существование физическими экспериментами, а значит, это всего лишь предполагаемые единицы, существование которых проявляется косвенно, как это свойственно метафизическим понятиям. Исходя из этой точки зрения атомизм нельзя считать научной теорией. Больцман полагал, что без атомов невозможно объяснить материальную «реальность в том виде, в каком она предстает перед нами». Выдающимся позитивистом XIX века был Вильгельм Оствальд (1853-1932), который на одной из конференций ответил Больцману, что в задачи науки не входит отображение реальности:
«Не нужно пытаться сделать ни изображение, ни правдоподобное приближение! Наша задача — не смотреть на мир в более или менее кривом или мутном зеркале, а видеть его непосредственно, как может позволить природа нашего разума. [...] Данную задачу невозможно выполнить, гипостазируя [то есть приписывая реальные свойства] гипотетические представления, можно только подтверждать взаимосвязь между измеряемыми величинами».
В 1890 году Больцман и Оствальд встретились на конференции в Галле. В перерыве ученые вновь начали дискутировать о существовании атомов. Оствальд пытался убедить противника, рассказав ему о преимуществах энергетической доктрины, которая должна была объяснить все природные явления, основываясь на понятии энергии. Эта концепция была разработана им самим в противовес атомизму. Однако Больцман ответил:
«Не вижу причин, препятствующих тому, чтобы сама энергия была разделена на атомы».
В этот момент рядом оказался Макс Планк, и, возможно, это повлияло на его концепцию квантов энергии, которую он разработал несколько лет спустя. В споре об атомах одним из аргументов, которым позитивисты пользовались с большой ловкостью и долей сарказма, было следующее: никто не может увидеть атомы. Как объясняет историк Джеральд Холтон, этот аргумент был окончательно отвергнут, когда Чарльз Вильсон придумал свою туманную камеру — сосуд со стеклянной крышкой, заполненный воздухом, насыщенным парами воды при низкой температуре. Когда ионизирующая частица, например альфа-частица, проникает в камеру, водяной пар конденсируется по пути ее следования так, что после частицы остается туманный след, как от самолета в небе. Этот способ рассмотреть частицы окончательно сокрушил скепсис вокруг атомов. С помощью туманной камеры была обнаружена большая часть элементарных частиц, таких как нейтрино в 1936 году.
В туманной камере частицы оставляют след, а их траектория определяется взаимодействием частиц с электромагнитными полями.
НАЧАЛО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Как правило, тех, кто защитил диссертацию и хотел продолжать заниматься наукой, ждала работа в университете в качестве ассистента какого-нибудь профессора. Эта должность была одной из низших в иерархии, поэтому считалась сравнительно доступной, но никогда прежде ее не занимала женщина. Мейтнер была второй женщиной, получившей докторскую степень в университете, но стать ассистентом ей не удалось, хотя она и мечтала о будущем исследователя. Лиза решила просить о поддержке Марию Кюри, однако и в ее лаборатории не было свободных мест.
По совету родителей, которые хотели, чтобы их дочь наконец нашла работу и могла содержать себя, Мейтнер стала преподавателем в женской школе. Для нее это было временным решением, так как исследования вызывали гораздо больший ее интерес. Лиза решила, что вечерами будет продолжать исследовательскую работу в Институте теоретической физики — в лаборатории, которую возглавлял Больцман вплоть до своей смерти. Мейтнер писала, что эта лаборатория была больше похожа не на научное учреждение, а на какой-то курятник.
Директором института стал Стефан Майер, бывший ассистент Больцмана. Его основные интересы лежали в области изучения радиоактивности, поэтому одним из первых экспериментов, которые были доверены Мейтнер, было наблюдение за тем, как разные металлы поглощают альфа-и бета-лучи. Мейтнер при этом не получила никаких новейших результатов, но такая работа помогла ей освоить некоторые приборы, такие как электроскоп, владение которыми было необходимо любому исследователю.
Радиоактивность привлекала всех молодых ученых, которые стремились совершить в этой области решающие открытия. Исследователи обнаруживали все новые и новые радиоактивные элементы. Первым был найден уран в 1896 году, всего четыре года спустя были открыты полоний, радий, торий, актиний. Количество новых элементов неумолимо росло, в том числе и потому, что еще не существовало понятия изотопа.