100 великих людей - Майкл Харт

Даже после нахождения этого базового решения Кеплер вынужден был провести много месяцев в сложных и утомительых расчетах, чтобы убедиться, что его теория соответствует наблюдениям Тихо. Его великая книга «Новая астрономия», изданная в 1609 году, содержала два первых закона планетарного движения. Первый закон утверждает, что каждая планета движется вокруг Солнца по эллиптической орбите с Солнцем в центре. Второй закон утверждает, что планета движется тем быстрее, чем ближе она находится к Солнцу. Скорость планеты меняется таким образом, что линия, соединяющая планету и Солнце, охватывает одинаковые площади за одинаковые периоды времени. Десять лет спустя Кеплер опубликовал третий закон: чем больше расстояние от планеты до Солнца, тем дольше длится ее полный оборот, и квадрат периода вращения пропорционален кубу расстояния от Солнца.

Законы Кеплера, обеспечив в основном полное и правильное описание движения планет вокруг Солнца, решили одну из основных проблем астрономии, которая поставила в тупик даже таких гениев, как Коперник и Галилей. Конечно, Кеплер не объяснил, почему планеты движутся по таким орбитам. Эту задачу позже решил Исаак Ньютон. Но законы Кеплера были фактической прелюдией к великому синтезу Ньютона. («Если я вижу дальше других людей, — сказал однажды Ньютон, — это потому, что я стою на плечах гигантов». Несомненно, Кеплер был одним из этих гигантов.)

Вклад Кеплера в астрономию почти сравним с вкладом Коперника. В самом деле, в некотором смысле достижения Кеплера даже более впечатляющие. Он был более оригинален и столкнулся с огромными математическими трудностями. Математическая техника тогда была развита совсем не так, как сегодня, и не существовало вычислительных машин, чтобы облегчить ученому решение задачи. При рассмотрении важности достижений Кеплера удивительно, что результаты его трудов сначала были почти проигнорированы даже таким великим ученым, как Галилей. (Пренебрежение Галилея тем более странно, что эти ученые переписывались друг с другом, и результаты трудов Кеплера помогли бы Галилею опровергнуть теорию Птолемея.) Но если другие медлили при оценке его достижения, сам Кеплер понял все сразу. В момент торжества он написал: «Я испытываю божественное чувство… Моя книга закончена. Ее прочитают и мои современники, и будущие поколения — но не это меня волнует. Она может сотни лет прождать читателя, как Бог прождал 6000 лет, пока кто-то поймет его работу». Постепенно на протяжении нескольких десятилетий значение законов Кеплера стало очевидным научному миру. Фактически в конце века главным аргументом в пользу теорий Ньютона являлось то, что из них можно было вывести законы Кеплера. И наоборот, если взять ньютоновские законы движения, можно точно вывести законы гравитации Ньютона из законов Кеплера. Однако для этого потребовалась бы более совершенная математическая техника, чем в те времена. Но даже без такой техники Кеплер оказался достаточно проницательным, чтобы предположить, что планетарные движения контролируются силами, исходящими от Солнца. Впридачу к своим законам планетарного движения ученый внес еще несколько добавлений в астрономию и в теорию оптики.

Последние годы его жизни, к сожалению, были омрачены личными проблемами. Германия погрузилась в хаос Тридцатилетней войны, и редкий человек мог тогда избежать серьезных трудностей. Главной проблемой Кеплера было его жалованье. Императоры неохотно платили даже в относительно хорошие времена. В хаосе войны Кеплеру задолжали большую сумму. Поскольку он был дважды женат и имел двенадцать детей, такие финансовые трудности были действительно серьезными. Другая проблема касалась его матери, которую в 1620 году арестовали как ведьму. Кеплер потратил много времени и усилий, стараясь уберечь ее от пыток и освободить. В конце концов это ему удалось.

Умер Кеплер в 1630 году в Регенсбурге, Бавария. В суматохе Тридцатилетней войны его могилу вскоре разрушили. Но законы планетарного движения обеспечили ему более долговечный памятник, чем любой каменный.

76. ЭНРИКО ФЕРМИ (1901–1954)

Энрико Ферми, человек, спроектировавший первый ядерный реактор, родился в 1901 году в Италии, в Риме. Он был великолепным студентом и получил степень доктора философии в университете Пизы еще до того, как ему исполнился двадцать один год. К двадцати шести годам Ферми был профессором в Римском университете. К тому времени он уже опубликовал свою первую работу, которая касалась трудной области физики — квантовой статистики. В этой работе Ферми развил статистическую теорию, чтобы описать поведение больших скоплений частиц, теперь называемых фермионами. Поскольку электроны, протоны и нейтроны — три «строительных материала», из которых состоит обычная материя, — являются фермионами, теория Ферми имеет большое научное значение. Уравнения ученого позволили нам лучше исследовать ядра атомов, поведение выродившейся материи (которое имеет место внутри некоторых типов звезд), свойства и поведение металлов — тема очевидного практического применения.

В 1933 году Ферми сформулировал теорию бета-распада (по типу радиоактивности), которая включала в себя первое качественное обсуждение нейтрино и слабых взаимодействий — и то и другое сейчас являются важными темами в физике. Исследования подобного рода, хотя и не с готовностью понятые непрофессионалами, сделали Ферми одним из ведущих физиков мира. Но его самые главные достижения были еще впереди. В 1932 году британский физик Джеймс Чедвик открыл новую субатомную частицу — нейтрон. Начиная с 1934 году Ферми занялся бомбардировкой многих известных химических элементов нейтронами. Его эксперименты показали, что многие типы атомов были способны поглощать нейтроны, и во многих случаях в результате такой ядерной трансформации атомы становились радиоактивными. Можно подумать, будто нейтрону легче проникнуть в атомное ядро, если он движется очень быстро. Но опыты Ферми показали совсем обратное — если нейтроны сначала замедляли свой ход, проходя через парафин или воду, то могли оказаться более пригодными для поглощения атомами. Это открытие нашло очень важное применение при создании ядерных реакторов. Материал, используемый в них для замедления нейтронов, считается замедлителем. В 1938 году за важные исследования поглощения нейтронов Ферми получил Нобелевскую премию в области физики. Однако в Италии он столкнулся с трудностями. Прежде всего, его жена была еврейкой, а итальянское фашистское правительство приняло ряд жестких антисемитских законов. Во-вторых, Ферми ненавидел фашизм — опасное отношение при диктаторском режиме Муссолини. В декабре 1938 года он поехал в Стокгольм получать Нобелевскую премию и не вернулся в Италию.

Ферми отправился в Нью-Йорк, где Колумбийский университет почел за честь принять в свой штат одного из величайших ученых мира. В 1944 году Ферми стал гражданином Соединенных Штатов. В начале 1939 года Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрассман заявили, что поглощение нейтронов иногда вызывает расщепление атомов урана. Когда появился доклад об этом явлении, Ферми (как и несколько других ведущих физиков) сразу понял, что расщепление атома урана может освободить достаточное количество нейтронов, чтобы начать цепную реакцию. Более того, он (опять же как и некоторые другие) вскоре увидел в этой цепной реакции огромные возможности, открывающиеся перед военными. К марту 1939 года Ферми связался с военным флотом США и попытался заинтересовать командование созданием ядерного оружия. Но только через несколько месяцев, после того как Альберт Эйнштейн написал письмо по этому поводу президенту Рузвельту, Соединенные Штаты обратили внимание на атомную энергию. Когда американское правительство заинтересовалось возможностью сделать атомную бомбу, первой задачей ученых стало создание прототипа атомного реактора, чтобы убедиться в возможности самоподдерживающейся цепной реакции. Поскольку Энрико Ферми был ведущим мировым авторитетом в области исследования нейтронов и поскольку в нем объединялись таланты экспериментатора и теоретика, его выбрали руководителем группы по созданию первого в мире ядерного реактора. Сначала он работал в Колумбийском университете, потом в университете Чикаго. Именно в Чикаго 2 декабря 1942 года впервые начал действовать ядерный реактор, спроектированный и построенный под руководством Ферми. Это было настоящее начало атомной эры, поскольку человечеству впервые удалось успешно осуществить цепную реакцию. Сообщение об успешном испытании было тут же отправлено в Англию с непонятной, но пророческой фразой: «Итальянский навигатор вошел в новый мир». Вслед за этим успешным испытанием было решено на полной скорости двигаться вперед с Манхэтенским проектом (проектом создания атомной бомбы). Ферми продолжал играть важную роль в данном проекте как научный консультант.