Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации - Геннадий Горелик

Сейчас я не знаю, в глубине души, какова моя позиция на самом деле: я не верю ни в какие догматы, мне не нравятся официальные Церкви (особенно те, которые сильно сращены с государством или отличаются, главным образом, обрядовостью или фанатизмом и нетерпимостью). В то же время я не могу представить себе Вселенную и человеческую жизнь без какого-то осмысляющего их начала, без источника духовной «теплоты», лежащего вне материи и ее законов. Вероятно, такое чувство можно назвать религиозным.

Опять сошлись разум и чувство. Именно их союз рождает таинственную интуицию, силой которой Галилей и его последователи изобретали новые фундаментальные понятия. Таких изобретателей называют великими физиками. Вероятно, это имел в виду Виталий Гинзбург, сказав, что Сахаров «был сделан из материала, из которого делаются великие физики». Сказал это нобелевский лауреат, не считавший себя великим физиком, и к тому же глубокий атеист. В конце 1940-х годов они с Сахаровым изобретали термоядерную бомбу, а сорок лет спустя, на первых в СССР свободных выборах, обоих свободолюбивых физиков избрали в народные депутаты.

Ошибаться свойственно и великим физикам. И даже гениальная интуиция иногда ведет не туда. Но, независимо от того, сбудется ли научно-гуманитарный прогноз Сахарова, его отношение к науке — познавательный и исторический оптимизм — также говорит о «материале, из которого он был сделан».

Андрей Сахаров, 1989.

Фото Ю. Карша (© Yousuf Karsh).

Лучше других понимая угрозы высоконаучного оружия уничтожения, видя в науке и средство улучшения жизни, и основу единства человечества, он верил, что «наука как самоцель, отражение великого стремления человеческого разума к познанию… оправдывает само существование человека на земле». Корень этого стремления Сахаров видел в далеком прошлом человеческого рода, представляя себе, как «наш обезьяноподобный предок по инстинкту любопытства» приподнимал камни под ногами и находил там «жучков, служивших ему пищей. Из любопытства выросла фундаментальная наука. Она по-прежнему приносит нам практические плоды, часто неожиданные для нас».

Картинка эта говорит не столько о детстве человечества, сколько о детской любознательности человека науки, каким был Андрей Сахаров. Исторический оптимизм был ему опорой в то время, когда советские газеты поливали его грязью. Он верил, что «человечество найдет разумное решение сложной задачи осуществления грандиозного, необходимого и неизбежного прогресса с сохранением человеческого в человеке и природного в природе», а свою нобелевскую лекцию завершил надеждой, что люди смогут «осуществить требования Разума и создать жизнь, достойную нас самих и смутно угадываемой нами Цели».

Слова «смутно угадываемой» побуждают к размышлениям и к свободе, без чего невозможны ни наука, ни достойная жизнь.

Благодарности

Благодарю Д. Зимина за идею жанра, связывающего драму развития научных идей с драмами людей науки, и благодарю фонд «Династия» за поддержку работы над книгой.

Благодарю В. Вайнина, С. Зеленского, А. Клименко, А. Леоновича и А. Локшина за критические замечания по тексту, полную ответственность за содержание принимаю на себя.

Благодарю Елену Цезаревну Чуковскую и Любовь Андреевну Верную за возможность использовать в книге фотографии из их семейных архивов и за многолетнее стимулирующее общение.

Хронология важнейших событий, упомянутых в книге

VI в. до н. э. Фалес, основоположник греческой философии и науки, выдвинул идею «первоэлемента» в основе всех явлений природы.

V в. до н. э. Пифагор установил связь между длиной струны и высотой тона.

IV в. до н. э. Демокрит развивал идею атомного строения вещества.

Возникновение геоцентрической системы мира.

III в. до н. э. Аристарх Самосский впервые измерил расстояния до Луны и Солнца и выдвинул гелиоцентрическую систему мира.

Архимед открыл закон плавания тел.

II в. н. э. Птолемей завершил теорию геоцентрической системы мира.

1543 Труд Н. Коперника «О вращении небесных сфер», содержащий теорию гелиоцентрической системы мира.

1583 Г. Галилей обнаружил изохронность колебаний маятника.

1600 Трактат У. Гильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните Земли».

1602–1609 Г. Галилей установил, что тела в пустоте падают с ускорением постоянным и не зависящим от природы тела, а тело, брошенное под углом к горизонту, движется по параболе.

1607 Г. Галилей попытался измерить скорость света.

1609 Труд И. Кеплера «Новая астрономия», содержащий первые два закона движения планет.

1610 Г. Галилей в книге «Звездный вестник» описал свои открытия с телескопом.

1619 Трактат И. Кеплера «Гармония мира», содержащий третий закон движения планет.

1632 Книга Г. Галилея «Диалог о двух основных системах мира — Птолемеевой и Коперниковой» (содержит принцип инерции и принцип относительности).

1638 Книга Г. Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки» (содержит закон свободного падения).

1642 Умер Г. Галилей и родился И. Ньютон.

1644 Э. Торричелли получил вакуум («торричеллиеву пустоту») и создал барометр.

1665–1666 И. Ньютон открыл закон тяготения, обратно пропорционального квадрату расстояния между телами.

1666 И. Ньютон разложил белый свет в спектр.

1676 О. Ремер впервые измерил скорость света (по наблюдениям спутников Юпитера).

1687 Труд И. Ньютона «Математические начала натуральной философии» с изложением законов движения и закона всемирного тяготения.

1785 Ш. Кулон установил закон электрического взаимодействия.

1798 Г. Кавендиш при помощи крутильных весов измерил притяжение двух тел, подтвердив закон всемирного тяготения И. Ньютона, и вычислил массу Земли.

1803 Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса.

1815 Й. Фраунгофер обнаружил в солнечном спектре темные линии.

1820 X. Эрстед открыл магнитное действие тока, а А. Ампер открыл взаимодействие электрических токов.

1826 Н.И. Лобачевский открыл неевклидову геометрию.

1831 М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

1834 М. Фарадей ввел понятие силовых линий (идея поля).

1845 Математическая теория электромагнитных явлений на основе дальнодействия.

1849–1851 Опыты Л. Физо и Ж. Фуко по измерению скорости света в движущейся среде.

1851 Ж. Фуко при помощи маятника экспериментально продемонстрировал вращение Земли вокруг своей оси.

1853 У. Томсон получил формулу для периода электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора и индуктивности.

1854 Г. Риман создал общую дифференциальную (Риманову) геометрию.

1859 Г. Кирхгоф и Р. Бунзен открыли спектральный анализ.

1859 Дж. Максвелл открыл первый закон статистической физики — распределение молекул газа по скоростям.

1862 Г. Кирхгоф ввел понятие черного тела и дал его модель.

1865 Дж. Максвелл ввел понятие электромагнитного поля, создал основы его теории, из которой предсказал электромагнитные волны и выдвинул идею об электромагнитной природе света.

1869 Д.И. Менделеев открыл периодический закон химических элементов.

1887 Опыты А. Майкельсона и Э. Морли не обнаружили «эфирный ветер» — влияния движения источника света на скорость света.

1888 Г. Герц открыл фотоэффект и экспериментально доказал существование электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом.

1895 В. Рентген открыл излучение, названное его именем.

Создана модель абсолютно черного тела в виде полости с внутренними зеркальными стенками и узким отверстием.

А.С. Попов изобрел радио.

1896 А. Беккерель открыл радиоактивность урана.

1897 Дж. Дж. Томсон открыл электрон и выдвинул гипотезу об электронном составе атомов.

1899 Э. Резерфорд показал наличие в излучении урана двух компонентов — альфа— и бета-лучей.

1900 М. Планк сформулировал квантовую гипотезу и ввел фундаментальную константу — постоянную Планка, положив начало квантовой теории.

1905 А. Эйнштейн создал теорию относительности (c-теорию), открыл связь массы и энергии E=mc2, выдвинул гипотезу о квантовом характере света, чтобы объяснить законы фотоэффекта.

1907 А. Эйнштейн, опираясь на выдвинутый им принцип эквивалентности, начал разрабатывать релятивистскую теорию гравитации.

1908 Г. Минковский предложил понятие четырехмерного пространства-времени как геометрической основы теории относительности.

1911 На основе опытов по рассеянию альфа-частиц в тонких металлических пленках Э. Резерфорд открыл атомное ядро и создал планетарную модель атома.

1913 Н. Бор предложил первую квантовую модель атома водорода.