Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях - Уолтер Гратцер

К счастью, Рудольф Пайерлс, который хорошо знал Паули, заранее предупредил Вайскопфа о некоторых специфических свойствах характера Паули. Затем у Паули с Вайскопфом состоялся недолгий спор, в ходе которого Вайскопф заметил, что рад заняться чем угодно, кроме как непонятным ему сомнительным подходом к теории относительности. Паули как раз размышлял над этой темой, но начал от нее уставать и потому согласился. Затем он продемонстрировал новый метод решения задачи и уже на следующей неделе поинтересовался, сильно ли Вайскопф в нем продвинулся. “Я показал ему свое решение, — вспоминает Вайскопф в своих мемуарах, — и он произнес: “И все-таки стоило взять Бете”. Несмотря ни на что, Вайскопф и Паули подружились. Про Пайерлса Паули отзывался так: “Он говорит так быстро, что пока успеешь понять, о чем речь, тот уже утверждает обратное”.

Паули, имя которого запечатлено в названии принципа Паули, известного еще и как “принцип запрета” (никакие два электрона в атоме не могут находиться в одном квантовом состоянии), прославился также благодаря Второму принципу Паули, гласящему, что приближение Паули грозит поломкой любому научному прибору или механическому устройству. Нагляднее всего этот принцип проявился во взрыве с катастрофическими последствиями на физическом отделении Бернского университета — оказалось, это печальное событие совпало с проездом через город поезда, который вез Паули домой в Цюрих. Сидя за рулем автомобиля и подбадриваемый собственной похвальбой, Паули вызывал у пассажиров такую панику, что многие отказывались садиться к нему в машину повторно. Его ученик и коллега Хендрик Казимир вспоминал, что в таких случаях Паули предлагал: “Давайте заключим сделку: вы не отзываетесь о моем вождении, а я — о ваших исследованиях”. В своих воспоминаниях Казимир воспроизводит также рассказ бельгийского физика Поля Розенфельда (которого сам Паули любил называть “хористом Папы Римского”) о Втором принципе Паули в действии:

Гайтлер, читая лекцию о гомополярных связях, неожиданно заставил Паули рассвирепеть: как выяснилось позже, Паули эта теория сильно не нравилась. Едва Гайтлер закончил, как Паули в сильном возбуждении оказался у доски и, расхаживая взад-вперед, начал нервно высказывать свое недовольство, при этом Гайтлер оставался сидеть на стуле на кромке кафедры. “На больших расстояниях, — объяснял Паули, — теория определенно неверна, поскольку существует Ван-дер-Ваальсово притяжение; на малых расстояниях, очевидно, она неверна целиком и полностью”. В этот момент, добравшись до края кафедры, противоположного тому, где сидел Гайтлер, Паули развернулся и пошел к Гайтлеру, угрожающе целясь в него куском мела. “И теперь, — провозгласил он по-немецки, — мы имеем утверждение, опирающееся на легковерие физиков, — теория, неверная на больших расстояниях и неверная на малых, все же качественно верна для промежуточного участка”. В этот момент он подошел к Гайтлеру почти вплотную. Тот стремительно наклонился назад, спинка стула с треском отломилась, и несчастный Гайт-лер опрокинулся на спину (к счастью, ничего себе серьезно не повредив).

Казимир, присутствовавший при этом, замечает, что первым, кто крикнул: “Эффект Паули”, был Георгий Гамов, и добавляет: “Иногда я задумываюсь, не мог ли Гамов, известный шутник, сделать что-нибудь со стулом заранее”.

Физик Джереми Бернстейн, самый живой и яркий из пишущих на тему физики и физиков, вспоминает в своих мемуарах об одном событии, случившемся с Паули в последний год его жизни:

Однажды Паули оказался вовлечен в странную затею своего бывшего сотрудника Вернера Гейзенберга, другого великого архитектора квантовой теории. Они заявили, что решили все нерешенные задачи теории элементарных частиц, и все свелось к одному уравнению. Когда оно попалось на глаза людям более уравновешенным, те заключили, что все это — химера. Для Паули развязка наступила во время лекции в Колумбийском университете, прочитанной в огромном лекционном зале лаборатории Пупина. Хотя и были попытки сохранить все в тайне, зал все равно был набит битком. Среди слушателей тут и там виднелись прежние, нынешние и будущие нобелевские лауреаты, включая Нильса Бора. Когда Паули закончил лекцию, к Бору обратились за комментарием. Тут и развернулась одна из самых необычных и завораживающих сцен, какие мне случалось видеть. Ключевым пунктом оценки Бора было то, что для фундаментальной теории концепция Паули безумна, но все же недостаточно безумна. Великие прорывы вроде теории относительности и квантовой механики кажутся на первый взгляд, особенно если быть в курсе всей прежней физики, безумными и в принципе противоречащими здравому смыслу. С другой стороны, теория Паули была просто причудливой — одиноким уравнением, которое глядит на тебя, как иероглиф. На реплику Бора Паули ответил, что его теория достаточно безумна.

И тут одновременно два столпа современной физики начали двигаться по общей круговой орбите вокруг длинного стола на кафедре. Каждый раз, когда Бор оказывался лицом к аудитории, он восклицал, что-теория недостаточно безумна, а Паули, поворачиваясь лицом к залу, отвечал, что достаточно. Для людей из другого мира — мира нефизиков — эта сцена выглядела бы весьма странной. Тогда обратились за комментарием к Фримену Дайсону, но он решил промолчать. Однако позже, в разговоре со мной, он отметил, что для него видеть подобное — это как наблюдать “за гибелью благородного животного”. Дайсон оказался провидцем. Несколько месяцев спустя, в 1958 году, Паули умер от внезапно обнаружившегося рака. Перед смертью он успел откреститься, в самых едких выражениях, от “теории Гейзенберга”, которую теперь иначе не называл. Можно только догадываться, был ли короткий роман Паули с этой теорией сигналом, что он уже тогда был серьезно болен.

Паули скончался, когда ему было всего 58 лет. Отдавал ли он себе отчет перед смертью в угасании своего воображения и интеллекта, неясно. Однако он жаловался одному из друзей: “Я знаю много. Я знаю слишком много. Я квантовый маразматик”. Паули, как говорилось выше, окончил дни в палате под номером 137 — это “магическое число” волновой теории, и такое совпадение его раздражало.

Weisskopf Victor, The Joy of Insight: Passions of a Physicist (Basic Books, New York, 1991). Casimir, Haphazard Reality: Haifa Century of Science (Harper and Row, London and New York, 1983). Bernstein Jeremy, The Life it Brings: One Physicist's Beginnings (Ticknor and Fields, New York, 1987).

Первая “эврика”

Архимед (287–212 до н. э.) — естествоиспытатель, изобретатель и математик — добился успеха во многих областях. Он был уроженцем Сиракуз и предположительно родственником тирана Гиерона II. Среди многих практических изобретений ученого — архимедов винт, устройство для орошения полей, сложный блок для подъема тяжестей и несколько боевых машин (среди них — знаменитые щиты-зеркала, при помощи которых был предположительно сожжен римский флот, готовившийся атаковать Сиракузы).

Одним из его математических развлечений стал “песочный калькулятор” — он заметно упростил вычисления, необходимые для подсчета числа песчинок на всем сицилийском побережье, а заодно позволил узнать, сколькими песчинками получится заполнить Вселенную, какой ее описывали космологические модели тех времен (вышло 1063).

Согласно Плутарху, он завещал поставить на своей могиле сферу, пересеченную цилиндром, и особо указать соотношение его частей внутри сферы и снаружи.

Плутарх, Ливий и Валерий Максим, хотя и расходятся в деталях, согласны в том, что Архимед встретил смерть от рук римского солдата после падения Сиракуз. Император распорядился обезоружить Архимеда и привести к себе, но ученый был настолько погружен в расчеты, что не отвлекся на похлопывание по плечу — и тогда разгневанный солдат взял, да и просто убил его.

Самая знаменитая история про Архимеда, принадлежащая неизвестному автору, дошла до нас благодаря римскому инженеру и архитектору Витрувию. По легенде, тиран Гиерон попросил Архимеда выяснить, из чистого ли золота сделана его корона, или же в металл подмешали серебро.

Весь в мыслях о задаче, Архимед пришел в купальню, и там, сидя в ванне, заметил: объем вылившейся воды равен объему, какой занимала погруженная в ванну часть тела. Это подтолкнуло его к решению, и он, не откладывая, обрадованный выскочил из ванны и побежал нагишом домой, по дороге громко выкрикивая, что нашел то, что искал, — или, как это звучало по-гречески, “эврика, эврика”.

Закон Архимеда, как его называют и теперь, гласит, что выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости. Поэтому, если погрузить корону в воду, количество вытесненной воды даст нам объем металла; зная вес короны, можно рассчитать ее плотность и, следовательно, состав.