История физики (2 часть)

От Герике до Гей-Люссака

Самым шустро соображающим по этой части оказался Герике, бургомистр Магдебурга, который подарил миру знаменитые магдебургские полушария. Когда напустили в эти полушария вакуум, их не смогли растащить восемь пар лошадей, хотя для чистоты эксперимента этих бедняг захлестали до полусмерти. Опыт Герике в последствии повторяли неоднократно, добившись отменной воспроизводимости результатов, но тупые бюргеры, равно как и подопытные животные, так и не поняли - за что.

             Между тем натурфилософия - бочком-бочком - да и подобралась к эпохальному событию в своей истории. Собственно, пока-то натурфилософии как таковой и не было, а были лишь отдельно взятые натурфилософы, которые оповещали друг друга о своих достижениях в частной переписке или личных беседах. В общем, келейность процветала. Если же, как исключение, кто-то из натурфилософов издавал книгу, то она, можете себе представить этот ужас, не проходила никакой предварительной научной цензуры, судя по отсутствию в этих книгах штампа "Одобрено Министерством просвещения”. Свобода, как известно, обязывает ею пользоваться, так что в условиях этой вопиющей бесконтрольности каждый автор выдрючивался на свой лад. В итоге боком выходило широкому кругу читателей, пытавшихся заниматься самообразованием с помощью подобной литературы. 

Ознакомившись с трудами другого-третьего автора, такой читатель не мог выбрать, кому же из них верить, и процесс самообразования бесславно заканчивался. Характерно, что такое событие, как правило, сопровождалось всякими обидными для натурфилософов ремарками, типа: "Сначала, трах-тарарах, между собой договоритесь, а потом народу мозги пудрите!” В конце концов глас народа был услышан теми, кто несение света знаний в этот самый народ считали своим долгом.  Пришлось этим светочам прислушаться к просьбам трудящихся и, "трах-тарарах, договориться между собой”. Вот когда пустила корешки подлинная наука! Ведь что они учудили: они учредили Академии! Это были уже бесспорно научные заведения. 

Судите сами - если кто-нибудь желал опубликоваться, то он должен был отослать свой опус в Академию (в трех экземплярах, почерк красивый, исправления не допускаются), и вот там-то самые компетентные, как их стали называть, академики принимали решение - стоит это публиковать или же, извините, не стоит. Без дураков, в общем, т.е. строго научно. Причем одними из первых завели этот порядок англичане, издавна славившиеся своей консервативностью; французы раскачивались дольше. Так наконец-то на смену анархии, царившей в публикациях, пришла демократия - потому что должности академиков были выборные. Правда, на первый раз просто собиралась инициативная группа, да и объявляла себя академиками, чего уж там. Но зато дальше, вплоть до наших дней, все было сугубейшим образом демократично - ну, сами знаете.

            Первые из этих демократов - земля им пухом! - быстренько провели в жизнь то, что называется неписаными законами науки. Главный из них - объективность и еще раз объективность, а что сверх того, то от лукавого. Поясню, что такое объективность. Выходят двое из трактира. "Смотри,- говорит один,- две луны!”- "Что ты,- возражает другой,- не две луны, а два месяца!”- "А, черт с ними. Ты меня уважаешь?”- "Уважаю.”- "И я себя уважаю! Стало быть, я - уважаемый!” На этом типичном примере легко видеть, что спорное высказывание никогда не бывает объективным, тогда как бесспорное всегда характеризует объективный факт. Но настоящему ученому мало придерживаться объективности, т.е. бесспорности. Еще от него требуется логичность мышления. Это совсем просто. Всего-то и делов, чтобы каждое твое последующее умозаключение железно вытекало из предыдущего. Правда, раскручивая эту цепочку в обратном порядке, доберешься до самого первого умозаключения, которое, естественно, ниоткуда не вытекает.

Сразу возникнет глупый вопрос - как же так, братцы-логики? Отвечаем: расслабьтесь, такой вариант тоже был продуман - самые первые умозаключения называются вовсе не умозаключениями, а аксиомами, после чего запросто принимаются без доказательств, т.е. на веру, что тоже вполне логично. Дерзайте дальше!

             ...После этаких событий собиралась было наступить эпоха полного процветания, но Ферма из принципа все испортил. Он нашел, тоже мне, к чему прицепиться - к модели, с помощью которой Декарт объяснял хорошо известное преломление света - и, обрадовавшись, впиякался в эту модель, как клещ. Строго говоря, это было по делу: Декарт считал скорость света бесконечной, а для объяснения преломления, вот тебе на, манипулировал продольной и поперечной составляющими этой скорости."Уж бесконечной, так бесконечной”, - настаивал Ферма. Из принципа. Хотя преломление при этом и не собиралось объясняться. 

Но Ферма любил преодолевать трудности, и вот как лихо он выкрутился. Он весьма кстати познакомился с идейкой, согласно которой природа всегда действует по кратчайшему пути. Ферма смекнул, что эта идейка, что бы там ни говорили, справедлива и для случая преломления, если под "кратчайшестью” здесь понимать максимальную легкость, т.е. наименьшее сопротивление. Пришлось Ферма вот так, "через пень - колода”, критически переосмыслить бесконечность скорости света, что и позволило ему сформулировать свой принцип: свет, сачок, из всех возможных путей идет по пути, проходимому в кратчайшее время.

Добавив сюда гипотезу о том, что скорость света в среде постоянна и уменьшается с увеличением плотности среды, Ферма вывел закон преломления и остолбенел: его формула совпадала с формулой Декарта! Радостный, он сразу же помчался к картезианцам и на одном дыхании все им вывалил. Но те, вместо того, чтобы тоже подпрыгнуть от радости, процедили: "А-а, критик нашего Декарта,- и перешли к делу.- А позвольте Вам, промежду прочим, заметить, что принцип, по которому природа-матушка действует наиболее простым путем, не является физическим принципом, ибо он подразумевает, что эта бестолочь ведет себя сознательно. В самом деле, луч света, попавший на границу раздела сред, должен заранее знать, что, преломляясь определенным образом, он затратит наименьшее время! Ну, что Вы на это скажете?” Ошеломленный Ферма ничего на это не сказал и поплелся восвояси, хотя эти деловые люди заслуживали следующего ответа: "Вот что я на это скажу, слушайте же. По крайней мере до конца двадцатого века физика не будет знать ответа на такое возражение. Умники, понимаешь!” Впрочем умники побрюзжали-побрюзжали, да и успокоились - за неимением лучшего. И вскоре принцип Ферма стал в физике вполне житейским делом.

            Кстати, тут же появились астрономические данные в пользу конечности скорости света. Сначала отличился Олаф Ремер. Удивительно, но в литературе существует не одна и не две версии того, как это ему удалось. Больше всего поражает своей проницательностью версия авторов советского учебника по физике для средней школы, конца 70-х годов. Вот как, по их мнению, это было: Ремер, наблюдая затмения спутника Юпитера, заметил, что при вхождении в тень спутник казался слегка красным, а при появлении из тени - слегка фиолетовым. Дальше, дескать, Ремеру осталось совсем плевое дело - понять, что это буйство красок вызывается конечностью скорости света, и сообразить, как эту скорость рассчитать - все это, по замыслу авторов, пустяк даже для последнего советского двоечника. Поэтому весьма странно, что такая элементарщина встретила поначалу жуткое неприятие в научных кругах: даже Кассини, который инициировал наблюдения спутников Юпитера, публично снял с себя ответственность за выводы Ремера. И если бы не Галлей (не путайте с Галилеем, который пишется через "и”), вступившийся за Ремера в промежутке между наблюдениями своей кометы, то еще неизвестно, как бы оно все повернулось.

К сожалению, бедняга Кассини немного не дожил до дня, когда востроглазый Брэдли открыл, что скорость света, идущего от звезд, векторно складывается с орбитальной скоростью Земли (это назвали астрономической аберрацией). Такое поведение скорости света совершенно недопустимо для величины, называющей себя бесконечной, так что картезианцам уже можно было заявлять о самороспуске.

            Но всерьез они засуетились, когда с британских берегов грянул гимн "Боже, короля храни!”- это началась эпоха Ньютона. Наконец-то Европа узнала, как сказал поэт: "Что может собственных Невтонов Земля английская рождать".

            Кстати, такое отставание с весомым вкладом англичан в науку объяснялось довольно просто. Дело в том, что английские пэры, используя выгоды географического положения страны (приводившие к некоторой ее труднодоступности для всяких там комиссий по правам человека), широко практиковали телесные наказания в начальных и средних учебных заведениях. Причем это дело было обязательное; перемены между уроками так и назывались: малая порка, большая порка, - и посещаемость этих перемен строго контролировалась. Бедные великобританские ребятишки переживали, нервничали и отставали в развитии от своих континентальных сверстников. 

            Пройдя сквозь эти мытарства подросткового периода, Ньютон сказал себе: "Вот что, сэр. Все, что Вы будете писать, Вы будете писать на века, учтите это”. Представляете, как самодисциплинируют такие речи! Но вот беда: когда пишешь на века, то почему-то остро воспринимаешь критику по поводу этой писанины. Ох, как же остро воспринимал критику Ньютон! Не дай бог каждому. Поэтому физики, познакомившиеся с его трудами, словно сговорившись, срывались с цепи: каждый норовил если уж не раскритиковать Ньютона, так хотя бы оспорить его приоритет. Это был настоящий кошмар; сколько раз Ньютон зарекался: "...либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия”, столько же раз он упорно брался за свое, не щадя всех сил. И каждый раз его опять чуть не доводили до конвульсий.

Особенно старались Гук, одно время бывший секретарем Королевского общества, да Гюйгенс. Не успеет Ньютон доложиться о своих наблюдениях на темы корпускулярной оптики, как эта парочка проходимцев тут же лезет со своими волновыми теориями, совершенно не желая понять, что их время еще не пришло. А едва Ньютон пришлет в Королевское общество рукопись с изложением закона всемирного тяготения, так сразу Гук возьмет да и вспомнит некстати, что именно о, этом он в свое время и писал в письме Ньютону. Из-за этого-то Королевские общественники задержали публикацию знаменитых ньютоновских "Математических начал натуральной философии”, сославшись, смешно сказать, на напряженку с финансами! "Знаем мы вашу напряженку,- плевался Ньютон.- Это все, небось, Гук там напрягается! Ах, впрочем, гипотез же я не измышляю...”

В общем, неизвестно, пробил бы талант себе дорогу, но все тот же Галлей, само собой, и на этот раз не мог остаться безучастным. Он опять выкроил время между наблюдениями своей кометы, и первое издание "Начал”, назло всем бюрократам, вышло на его средства.

            Тут-то притихшая Европа и поняла, что шуточки закончились, и началась классическая физика. Причем до физиков, естественно, это дошло не сразу, и паузу моментально заполнили поставщики "опиума народа”. Например, некто Бентли  выбрал темой одной из своих ежегодных антиатеистических проповедей учение Ньютона о всемирном тяготении, а его духовный братец Котс в предисловии ко второму изданию "Начал” вообще чуть не захлебнулся от восторга: "...превосходнейшее сочинение Ньютона представляет вернейшую защиту против нападок безбожников и нигде не найти лучшего оружия против нечестивой шайки, как в этом колчане”. Гм, увлекся немного братец Котс - даже позабыл про Священное Писание. После, наверное, раскаивался. Ну да ладно, Бог простит.

            Что же касается "нечестивой шайки безбожников”, то они долго не могли переварить гениальности ньютоновского метода: для того, чтобы писать на века, надо всего лишь описывать явления и ни в коем случае не пытаться их объяснять с помощью каких-нибудь там физических моделей. Особенно по этому поводу картезианцы колбасились. "Да как же это!- причитали они.- Да что же это такое! Выходит, наше дело - описать, а остальное - от Бога? Да разве это по-физически? И вообще: как бы ты ни стерилизовал свои описания, изначальные модели и гипотезы всегда были и будут! Ведь это получается неувязочка, не правда ли?” И так далее. Тогда еще, к сожалению, некому было растолковать этим ретроградам, что не надо мучиться и пытаться понять все это, а просто нужно тихо к этому привыкнуть. Подумать только, сегодня широко бытует мнение, что, дескать, заниматься привыканием физикам пришлось где-то начиная с относительности и квантов. Отнюдь; то привыкание было уже вполне привычным делом.

             ...А ведь в свое время Ньютону привиделся сам Блаженный Августин, который, естественно, заблажил: "Юноша, Вы больно честолюбивы и как бы дров не наломали. В моих Откровениях есть кое-что о Пространстве, Времени и Тяготении. Храни Вас Господь от того, чтобы писать об этих тайнах всуе, то есть без понятия, забавляясь с голой математикой! Ибо после Вас эти забавы могут зайти так далеко, что не обрести Вам успокоения даже под могильной плитой в Вестминстерском Аббатстве!” Но вмешался доктор, добрейший человек: определил "легкое переутомление” и присоветовал холодные примочки... 

            Одним из первых обрадовался такому украшению Эйлер, порешивший механику изложить на языке математического анализа, "благодаря чему только и можно достигнуть полного понимания вещей”, дескать. Но одному ему пришлось туговато, и, откуда ни возьмись, подоспела подмога в лицах Лагранжа и Гамильтона. "Тот, кто любит мат.анализ,- подбивал бабки Лагранж,- с удовольствием увидит, что механика становится новым разделом анализа, и будет мне благодарен...” Короче, так как Лагранж и Гамильтон были математиками, а не физиками, то ничего путного из их затеи не вышло. Подход к делу у этих помощников оказался уже настолько формальным, что их творческое наследие называют не иначе как лагранжев формализм и гамильтонов формализм - воистину, шила в мешке не утаишь! 

            Кстати, о названиях творческих наследий. Окрестить новое явление - дело тонкое, неосторожный подход здесь может привести, как говорят некоторые, "к чреватым последствиям”! Так, наиболее дальновидные физики ограничиваются словом "эффект”. Но иные, гоняясь за неповторимостью, дают повод для всяческих кривотолков. Возьмет обыватель учебник, и что же он там увидит? Что Зееман и Штарк - расщепились, Допплер - уширился, Раман, Рэлей, а также Мандельштам на пару с Бриллюэном - рассеялись, Ландау - держите меня, затух, ну а Лэмб исхитрился не только сдвинуться, но и провалиться.

            Что же касается Лапласа, то с этой стороны у него был полный ажур, ведь он имел потрясающий аналитический ум. Вы только представьте: к учению Ньютона - да приложить такой аналитический ум! Ой, что будет! И ведь так оно все и вышло. Успехи в небесной механике и астрономии были просто грандиозны. Поэтому неудивительна нетерпимость Лапласа к путающимся под ногами лженаукам, особенно к астрологии - наиболее ему близкой. Почти в каждом своем печатном труде (не говоря уже про непечатные) Лаплас прохаживался по ее адресу, причем в выражениях, весьма сильных по меркам той романтической эпохи. Как-то раз группа астрологов, не стерпев очередной его выходки, пришла к одному из самых уважаемых своих корифеев. "Уж больно Лаплас допекает,- пожаловались они.- Обзывает всяко-разно... Невмоготу уже! Скажи, Учитель, что нам делать?”- И сказал тот: "У Лапласа свой Путь, а у вас - свой. Но рано или поздно все Пути сходятся. Вы спрашиваете, что вам делать - делайте свое дело и не отвлекайтесь на ерунду.” С тем и ушли они... 

 Пути, о которых шла речь, сошлись вроде не так уж и поздно - когда Лаплас, доведя до логического завершения свои аналитические построения, сформулировал то, что впоследствии назвали его детерминизмом: для разума, который "для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, ...будущее, как и прошлое, было бы... перед глазами”. "Елки-палки,- изумились наши астрологи,- так и мы о том же талдычим! О, как же прав был наш Учитель!”  Эх, если уж говорить, так говорить все. Как это ни прискорбно, но встречались среди ученых и перерожденцы.

Взять хотя бы случай Сведенборга. Ведь как он хорошо начинал! С детства одаренный блестящими способностями, он получил всеобщее признание своими трудами по физике, химии, астрономии, минералогии, кораблестроению, математике. Ему было пожаловано дворянское звание; Стокгольмская академия наук и другие научные общества Европы избрали его своим членом, а Санкт-Петербургская академия - даже членом-корреспондентом. У него, как говорится, было все - а он упорно стремился к чему-то там большему. Он это так формулировал:

"1.Часто читать Слово Божие и размышлять о нем.

  2.Покорять себя во всем воле Божественного промысла.Соблюдать во всех поступках истинное приличие и хранить всегда безукоризненную совесть...”

Стремился он этак, стремился - ну и достремился. Видите ли... в общем, он приболел чуток. Что-то такое в нем замкнулось или, наоборот, разомкнулось, но результат вышел - прямо из ряда вон. Больной приобрел редкую способность не только лицезреть, но и беседовать с ангелами, духами, демонами, и т.д., причем общался он с ними довольно плотно на протяжении лет тринадцати. Конечно, речь там у них шла в основном о высоких материях.

 Но кое-что перепало и науке: "...передо мною были представлены два пути: один, называемый путем мудрости, другой - путем безумства; ...ученые были собраны числом до трехсот и им было предоставлено избрать путь; ...260 вошли на путь безумства и только 40 на путь мудрости... Мне было сказано затем, что теперь столько же таких безумных ученых, находящихся в свете природном, относительно к числу ученых мудрых, находящихся в свете духовном, и что свет духовный существует для любящих понимать, истина ли то, что говорит другой, тогда как свет природный для любящих только подтверждать сказанное другими.” Комментируя эту цитату с научной точки зрения, нельзя не отметить, что приведенных в ней цифр явно недостаточно для статистической обоснованности вывода, имеющего такой фундаментальный характер. 

Для большей надежности следовало бы, во-первых, собрать более представительную выборку ученых, а, во-вторых, немного изменить методику: пускай бы каждый, положа руку на сердце, сам громко говорил, идет он по пути мудрости или безумства. Да-да, чтобы все слышали, пожалуйста. А то мало ли чего там небожители нашепчут. 

            Ну, да ладно. Кстати, чуть не забыл про газовые законы, которые время от времени нет-нет, да и открывались. Первый закон является ровесником первых Академий. Бойль и, независимо от него, Мариотт были очень важными персонами. Для пущей важности они имели обыкновение надувать щеки. Отсюда до открытия уже рукой подать. Вернее, двумя руками. В самом деле, попробуйте, надув как следует щеки, резко надавить на них кончиками указательных пальцев. Не правда ли, чем меньше объем, занимаемый некоторым количеством газа, тем больше давление этого газа? И ведь кажется - совсем просто, а поди додумайся до этого в конце ХVII века. 

            Не прошло и 130 лет, как Шарль открыл следующий закон, гласящий, что чем выше температура газа при постоянном объеме, тем больше давление этого газа. Сегодня каждый может повторить опыт Шарля. Для этого неоткупоренную бутылку шампанского следует поставить на медленный огонь, после чего желательно укрыться понадежней.

             Ну, и третий закон, описывающий поведение газа при постоянном давлении, был открыт известным в свое время воздухоплавателем Гей-Люссаком. Вообще-то говоря, он всплыл на семикилометровую высоту не для того, чтобы открыть свой закон, а - так, по мелочи: проверить на всякий случай, можно ли там ориентироваться по компасу, а заодно и воздуха тамошнего набрать для последующего химического анализа. Очень уж был он дотошный, этот Гей-Люссак - все хотел выяснить, дышат ли ангелы такой же смесью, как и мы, грешные. Однако, наверху ему стало не до ангелов. Задавшись целью поддерживать постоянное давление в баллоне, он так уморительно боролся с солнцем, ветром и водой - нашими лучшими друзьями, кажется - что едва не дошел до умопомрачения. При этом закон Гей-Люссака открылся сам собой.