Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №8 - Журнал «Домашняя лаборатория»

как же излучает пресловутое черное тело. Экспериментаторы немедленно проверили эту формулу и сказали: да, формула правильная, но… только в области коротких волн. А затем в 1900 году другой физик В.Рэлей, пользуясь той же термодинамикой (вот универсальная наука!), вывел другую формулу, совсем не похожую на формулу Вина, и сказал: вот формула излучения черного тела. Экспериментаторы проверили и эту формулу и удрученно заявили: да, господа, формула правильная, но… только в области длинных волн.

Вот вам классический пример научного противоречия, ведущего к открытию. Теория одна и та же, черное тело, естественно, тоже, а формулы, описывающее его излучение — разные, причем обе правильные! Противоречие казалось настолько драматическим, что физик П.Эренфест назвал его "ультрафиолетовой катастрофой". И для того, чтобы эту катастрофу предотвратить, другой великий физик М. Планк был вынужден ввести понятие кванта энергии — мельчайшей порции излучения, меньше которой ничего нет и быть не может. Я написал "вынужден был", и это так — у Планка просто не было иного выхода, только открытие квантов — и ничто иное — могло вывести физику из кризиса.

Сейчас любой ученый и каждый писатель-фантаст пользуется приемом квантования, но для того, чтобы этот прием ввести в обиход, понадобилось огромное мужество ученого.

ДВУЛИКИЙ ЯНУС

Один из самых популярных приемов, с помощью которых писатели-фантасты придумывают свои идеи, — это прием объединения. Рассказывая в одной из статей о том, как пользоваться этим приемом, я приводил примеры использования его в жизни и технике. Помните задачу о похищении картины из музея? Воры, будучи людьми не без фантазии, объединили в одной раме две картины — копию и подлинник. Эксперты поставили свои подписи на копии, думая, что подписываются на подлиннике…

Но сейчас речь не о технике и не о литературе даже, а о самой настоящей науке и законах ее развития. Как и техника, как и всякая человеческая деятельность, связанная с воображением, наука развивается, устраняя противоречия, возникающие на ее пути. И пользуется при этом такими же приемами, какие взяты на вооружение изобретателями и писателями-фантастами.

Как "работает" прием объединения в науке? Вот классический, можно сказать, пример, хотя определение "классический" звучит в данном случае чуть двусмысленно, поскольку история эта привела-таки к поражению так называемой классической физики и появлению физики квантовой.

Началась эта история с великого Ньютона. Сэр Исаак исследовал природу света — распространение, отражение, преломление. Впечатление было таким, будто свет — это мельчайшие частицы, которые, подобно мячикам, брошенным меткой рукой, летят по прямым линиям, отражаются, ударяясь о зеркальную поверхность, и так далее. Ньютон так и заявил: свет — это поток частиц-корпускул.

И все бы хорошо, но корпускулярная теория никак не могла объяснить, как же частицы света проникают в область тени, где их быть вроде бы не должно. Явление это называется дифракцией, и объяснил его современник сэра Ньютона — Гюйгенс. В отличие от своего великого коллеги, он заявил, что свет — это волна, которая распространяется в особой среде — эфире. Помните у Пушкина: "Ночной Зефир струит эфир…"

Волновая теория света замечательно описывала явление дифракции, но не могла ответить на простой вопрос: почему же свет распространяется прямолинейно? А ведь этот вопрос для физики был куда важнее, чем частная проблема дифракции. Пришлось Гюйгенсу отойти в тень, а Ньютон одержал очередную победу. Его корпускулярная теория главенствовала в физике больше ста лет. А потом физики Юнг и Френкель, будучи сторонниками не корпускулярной, а волновой теории, сумели объяснить, как же все-таки удается световой волне распространяться по прямой линии.

И корпускулярная теория пала. Вместо нее в физике воцарилась волновая, срок жизни которой был отмерен примерно такой же — около ста лет. Двести лет потратили величайшие физики мира для того, чтобы убедиться в простой, казалось бы, истине: если две теории противоречат друг другу, не нужно доказывать, какая из них главнее. Не нужно говорить: "или та, или эта". А нужно воспользоваться приемом объединения и попытаться соединить вместе обе теории.

Физиков можно понять: не может же быть свет и частицей, и волной. Либо так, либо иначе, как несовместимы друг с другом день и ночь.

Противоречие разрешил Нильс Бор в 1929 году, введя в физику новый принцип: принцип дополнительности. Попросту говоря, это научная формулировка приема объединения! Оба объяснения света дополняют друг друга. У света, как у Януса, как бы два лица. Свет имеет двойственную природу: излучается и поглощается он, как поток частиц, а распространяется, как волна.

И оказалось, в мире микрочастиц все устроено именно так: все частицы имеют двойственную природу. Это и волны, и корпускулы — все зависит от того, какая сторона жизни микромира нас интересует.

Кстати говоря, к концу двадцатых годов фантасты уже вовсю пользовались приемом объединения, а в технике до открытия этого приема должно было пройти еще лет сорок. В наши-то дни прием объединения изучают одним из первых на занятиях по развитию творческого воображения. И каждый человек, обладающий фантазией, встретившись в жизни с событиями, противоречащими друг другу, немедленно думает: как бы их объединить.

Ибо только тогда можно будет получить новую интересную идею.

Часть 12

Слишком много окружностей

То, что без творческой фантазии в науке делать нечего, — понятно. Но вот, о чем, кажется, сами ученые не очень задумываются, — новая идея, новое направление в науке возникают тогда, когда исследователь как бы забывает на время, какую область знания он, собственно, представляет, и начинает рассуждать, как писатель-фантаст или как футуролог, решающий учебную задачку по развитию воображения.

Пример? Пожалуйста. Классический случай: теория Птолемея. Пользуясь много вековыми наблюдениями неба, Птолемей создал геоцентрическую систему: Земля — центр Вселенной, а вокруг Земли крутятся по окружностям Солнце, Луна и планеты. Птолемей "прибил" планеты к твердым сферам, но эта деталь к делу не относится. Сначала схема работала неплохо, и астрономы достаточно точно предсказывали положения планет на небе. Но со временем ошибки стали накапливаться, и стало ясно, что планеты движутся не по простым окружностям — они еще описывают на небе довольно причудливые петли. Пришлось Птолемею добавить к основным окружностям целую систему "эпициклов" — дополнительных небольших окружностей. Прошло время, этой точности тоже оказалось недостаточно, и астрономы добавили еще одну систему окружностей. А потом — еще… Количество окружностей, по которым пришлось вращаться бедным планетам, достигло в средневековье такого количества, что расчет движения планет стал непосильным делом. Между тем астрология нуждалась в простом методе, а не в математическом монстре.

Вот вам противоречие, из которого в науке рождаются