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

Делать мне было нечего, так что я начал прикидывать, как движется вращающаяся тарелка. Я обнаружил, что, когда угол наклона невелик, медальон оборачивается вдвое быстрее, чем происходит колебание — два к одному. Это вытекало из сложного уравнения! Затем я подумал: “Нет ли способа получить это более фундаментальным способом, исходя из сил или из динамики. Почему тут именно два к одному?"

Не помню, как я это проделал, но в конце концов я вывел уравнение движения массивной частицы и понял, как должны быть сбалансированы ускорения, чтобы выходило два к одному.

До сих пор помню, как пришел к Гансу Бете и сказал ему: “Эй, Ганс! Я тут заметил кое-что интересное. Вот так движется тарелка, и вот почему получается два к одному…” — и показал ему ускорения.

Он произнес: “Фейнман, довольно интересно, но какое это имеет значение? Почему ты этим занялся?”

“Ха, — сказал я. — Да никакого значения. Просто я так развлекался”. Его реакция меня не огорчила: для себя я решил, что собираюсь получать от физики удовольствие и заниматься чем угодно, лишь бы это мне нравилось.

Я принялся выписывать уравнения колебаний. Затем задумался над тем, как — в рамках теории относительности — двигается электрон. Потом всплыло уравнение Дирака. Потом — квантовая электродинамика. И я осознал (а это случилось весьма скоро), что я “играю” — а по сути работаю — с той же старой задачкой, которая мне так нравилась и над которой я прекратил работать перед отъездом в Лос-Аламос (чтобы заняться атомной бомбой): это задачи вроде тех, которым посвящена моя диссертация; старые добрые чудесные штуки.

Тут не требовалось никаких усилий. С такими штуками легко играть. Ну как откупоривать бутылки: все вылетает без усилий. Я даже пытался этому сопротивляться! То, чем я был занят, не имело значения, но в конечном счете значение все же нашлось. Диаграммы и всякие разные вещи, за которые я получил Нобелевскую премию, произошли из баловства с подрагивающей тарелкой.

Так Фейнман добрался от подрагивающей тарелки до сложнейших проблем теоретической физики. Следует отметить, что до истории с тарелкой он не получал никакого удовольствия от своих научных занятий.

Фейнману не было равных среди теоретиков, но его стихийные дерзкие набеги в область экспериментальной науки не всегда были успешны. Его блестящий принстонский наставник Джон Арчибальд Уилер вспоминает, чем закончилось одно экспериментальное начинание, вызванное к жизни дискуссией о проблеме, кажущейся элементарной, но которая, однако, часто занимает умы самых серьезных физиков:

Вероятно, размышлять об общеизвестной машинке для полива газонов нас заставила задача по механике для студентов младших курсов. Устройство в форме свастики выбрасывает четыре струи воды. Отдача заставляет его крутиться. Не правда ли, сила отдачи приложена в той точке, где вода, которая до сих пор текла прямо, начинает двигаться поперек? Но представьте теперь, что машинка не поливает газон, а засасывает воду вовнутрь. Конечно же, говорили мы друг другу, направление течения меняется точно так же — и, следовательно, точно так же меняются силы реакции. Наверняка машинка будет крутиться и тогда, когда вода засасывается. Или все-таки нет? Или все-таки да? Нам с коллегами доставляло неслыханное удовольствие обсуждать этот вопрос с разных сторон. С каждым днем все больше и больше физиков неожиданно принимались спорить об этом в коридоре. Дискуссия становилась все ожесточенней. Теоретических доводов, которые могли бы хоть кого-нибудь переубедить, не находилось. Обстоятельства требовали эксперимента.

И тогда Фейнман изготовил миниатюрную 15-сантиметровую модель машинки для полива из стеклянных трубок и подвесил ее на гибких резиновых шлангах. Проверка показала, что в режиме полива машинка работает отлично. Затем он протащил всю хитроумную конструкцию сквозь горлышко большой оплетенной бутыли с водой. Бутыль он установил на полу циклотронной лаборатории, где имелся подходящий компрессор со сжатым воздухом. Сжатый воздух Фейнман пустил сквозь дополнительную дыру в пробке, которой закрывалась бутыль. Ура! В первые секунды можно было заметить легкое дрожание — вода тогда только начинала течь в обратном направлении сквозь машинку. Когда течение установилось, дрожание прекратилось. Давление воздуха увеличили — увеличился поток воды. Снова легкое дрожание в начале процедуры, и никакого эффекта секунды спустя. Давление увеличили еще раз. И еще раз. Ба-бах! Стеклянная емкость с грохотом взорвалась. Вся комната, где стоял циклотрон, оказалась засыпана осколками и залита водой. С этого дня Фейнмана в лабораторию больше не пускали.

Пришли ли физики из Принстона к какому-нибудь заключению по поводу гипотезы, которую Фейнман взялся проверять, Уилер не сообщает.

Первый отрывок взят из воспоминаний Фейнмана, собранных в книге: Surely You're Joking, Mr Feynman: Adventures of a Curious Character (Norton, New York, 1985);рассказ Уилера — из книги: uMost of the Good Stuff': Memories of Richard Feynman, ed. Laurie M. Brown and John S. Rigden (American Institute of Physics, New York, 1993,).

Флогистон предают огню

Антуана Лорана Лавуазье (1743–1794) принято считать основателем современной химии. Он ввел принцип точных измерений, особенно в том, что касалось взвешивания исходных веществ и продуктов реакции; именно столь последовательная приверженность количественному подходу в противовес простым наблюдениям позволила ему совершить большую часть его великих открытий. Лавуазье был человеком довольно тщеславным, а иногда и заносчивым, но при этом абсолютно честным в науке. Он, никогда не нуждавшийся, сумел найти себе жену не только умную и красивую, но и весьма богатую. Все складывалось в его жизни вполне благополучно, однако его служба в “Главном откупе”, организации, занимавшейся сбором налогов, в конце концов привела его на эшафот. В 1794 году, во время революционного террора, откупщика Лавуазье признали врагом народа и казнили.

Лавуазье не испытывал неловкости, пользуясь результатами чужих работ, и редко признавал заслуги современников. Несмотря на все это, именно он первым установил различие между простыми и сложными веществами и осознал значение кислорода (правда, это открытие одновременно с ним сделали англичанин Джозеф Пристли и швед Карл Вильгельм Шееле). Лавуазье назвал кислород греческим словом oxygen, которое расшифровывается как “порождающий кислоты” (неточный перевод укоренился в немецком языке: слово Sauerhoff обозначает “кислое вещество”). Лавуазье сформулировал закон сохранения вещества, и таким образом расквитался с теорией флогистона, царившей в тогдашней химии.

Флогистон был детищем немецкого ученого Георга-Эрнста Шталя. Так он назвал невесомый флюид, которым, как полагал ученый, пронизаны все горючие вещества: когда они горят, флогистон высвобождается в форме вихревого потока, он, собственно, и есть пламя. Соглашаясь со Шталем, Пристли — который до самой смерти оставался убежденным приверженцем теории флогистона — настаивал, что, когда вещества сжигают на воздухе, флогистон исчезает, оставляя после себя инертный остаток, не способный поддерживать горение или жизнь; этот газ (азот) он называл ”дефлогистированным воздухом”. Однако Лавуазье показал, что вещества, сжигаемые в атмосфере кислорода, на самом деле набирают вес предсказуемым образом, а некоторые (например, красная окись ртути) можно заставить отдать поглощенный кислород обратно. Свою победу над Пристли Лавуазье отметил пышным торжеством, состоявшимся в его парижском особняке, где собирались сливки общества:

Его тщеславие было раздуто до такой степени, что зачастую делало его посмешищем. Так, например, в 1789 году, вскоре после падения Бастилии, Лавуазье устроил показательный суд над теорией флогистона. Он созвал в гости множество известных персон и разыграл перед ними судебный процесс. Лавуазье и еще несколько человек заседали в судейских креслах, а обвинение зачитывал миловидный юноша, выступавший под именем Кислород. Защитник, весьма изможденный господин в годах, загримированный под Шталя, зачитал свою апелляцию. Затем суд вынес решение и приговорил теорию флогистона к смерти через сожжение, и тогда супруга Лавуазье, облаченная в белый хитон жрицы, бросила книгу Шталя в костер, словно исполняя некий обряд.

После этого курьезного эпизода Лавуазье прожил недолго. Когда к власти пришли якобинцы, его арестовали, провели расследование и отправили на гильотину. В приказе было написано: “Республика в ученых не нуждается” (впрочем, есть основания полагать, что это уже некий миф). Современник Лавуазье, математик Жозеф-Луи Лагранж, заметил, что “время требовало отсечь эту голову, но не хватит и века, чтобы произвести на свет другую такую” Свидетели казни ученого говорили, что Лавуазье держался достойно, а один из них заметил: “Не знаю, видел ли я последнюю и тщательно сыгранную роль актера, или же мои прежние суждения о нем были неверны и погиб действительно великий человек” Стоит добавить, что Лавуазье был не единственным ученым, ставшим жертвой революции. Известного астронома Жана Сильвена Байи, который первым вывел траектории спутников Юпитера, обвинили в том, что он причастен к разгону мирной демонстрации на Марсовом поле в 1791 году. Как старший депутат (депутат третьего сословия)[12] тот, вероятно, и вправду нес ответственность за случившееся. Как бы там ни было, Байи отправили на гильотину. Еще одним ученым, погибшим во время революции, был математик маркиз де Кондорсе. Он был убит в тюрьме — его, вероятно, отравили, не дожидаясь казни. Погибли и многие другие ученые, но их имена не так известны.