Ирина Радунская - Кванты и музы

Таунс, размышляя о судьбе лазера и в связи с ней о судьбах всех новых идей, делает такой вывод: «Неожиданность в развитии техники является нашим неизменным спутником». И это-то затрудняет внедрение в жизнь всего нового. Неопределённость, расплывчатость в определении цели, которые часто сопутствуют новым открытиям, затрудняют их признание, а следовательно, финансирование. То ли дадут новые идеи выход в практику, то ли нет…

— Представим себе, — предлагает Таунс, — положение человека, взявшегося тридцать лет назад планировать такие технические усовершенствования: более чувствительный усилитель, более точные часы, новый метод сверления, новый инструмент для глазной хирургии, более точное измерение расстояний, трёхмерную фотографию и т. д. Хватило ли бы у него дальновидности и смелости предложить широкое изучение взаимодействия волн СВЧ диапазона с молекулами в качестве основы для разрешения любой из этих проблем?

— Конечно же нет! — отвечает себе Таунс. — За более чувствительным усилителем он обратился бы к специалистам в этой области, которые, затратив значительные усилия, подняли бы чувствительность в два, но не в сто раз. Для изготовления более точных часов он, вероятно, нанял бы тех, кто имеет соответствующий опыт в вопросах хронометрии; для повышения интенсивности источников света он подобрал бы совершенно другую группу учёных или инженеров, которые едва ли могли бы надеяться на увеличение интенсивности в миллион и более раз, даваемое лазером. Чтобы повысить точность измерений или улучшить фотографию, он попытался бы усовершенствовать уже известные методы и, вполне возможно, добился бы некоторого улучшения, но не на порядок же величины!

И когда переворот во всех этих областях произвела одна-единственная наука — квантовая электроника, когда она предложила для решения всех этих проблем совершенно новые идеи — это было так неожиданно и неправдоподобно, что поддерживать, а тем более развивать их отказывались буквально все промышленные фирмы, которые предпочитают подсчитывать будущие прибыли и дивиденды, а не рисковать во имя прогресса науки.

Ясно, что недооценка потенциальных возможностей радиоспектроскопии — не случайная ошибка одной организации или отдельного лица, а довольно обычная реакция на новое, непривычное.

Сама эта ситуация — тоже вклад квантовой электроники в будущее. Предостережение, основанное на опыте становления новой науки.

Вокруг меня — взволнованные лица, горящие глаза. Это всё молодые и уже немолодые учёные, физики, жадно слушающие докладчика. Сквозь уравнения и формулы, написанные на доске, они видят будущее.

В городе Черновцы в университете собрались учёные со всей страны, чтобы обсудить одну из таинственных проблем современной физики.

Один за другим физики поднимались на кафедру, чтобы рассказать о том, что они увидели в недрах вещества через «магнитные очки». Это были самые последние открытия, о которых их авторы не успели ещё написать ни одной научной статьи, и тем более о них не упоминает ни один учебник.

…Но прежде чем продолжить наше повествование, нам придётся перенестись из XX столетия в XIX, из Советской Буковины в Голландию.

Маленькая страна Голландия известна большинству как страна тюльпанов и сыра. Но истинную её славу создал скромный молодой человек, впоследствии один из величайших физиков — Лоренц.

Студент Лейденского университета, он в восемнадцать лет получил диплом кандидата наук с отличием и жадно искал в науке необыкновенных деяний. Фортуна улыбнулась ему и подсунула в библиотеке физической лаборатории пачку нераспечатанных конвертов. Там лежали никем пока не читанные журналы, и в одном из них малоизвестный в Лейдене англичанин Максвелл рассказывал об удивительной тайне, открытой ему уравнениями: Вселенная, оказывается, купается в океане электромагнитных волн, и всё, что мы видим вокруг, — игра волн и материи. Правда, полученные результаты Максвелл излагал очень скупыми фразами, почти терявшимися среди математических выкладок. Физики старшего поколения знали за ним эту особенность, может быть, поэтому работы Максвелла никто в Лейдене не читал, все привыкли к тому, что его трактаты трудны для понимания.

Это были 70-е годы прошлого столетия. В то время ещё не нашёлся ум, способный оценить новую вспышку максвелловского гения. Не только в Лейдене, но и в других научных центрах математическая форма, непривычная для физиков тех лет, затрудняла понимание сути дела, а сама идея Максвелла была столь ошеломляюща, что прошло ещё много десятилетий, пока она получила общее признание.

Лишь через двенадцать лет, живший в Германии талантливый экспериментатор Генрих Герц обнаружил на опыте электромагнитные волны, а затем молодой инженерэлектрик русского флота Александр Попов применил их для связи — вернее, для радиосвязи, как говорят теперь.

Лоренц понял идеи Максвелла сразу, поверил ему и без колебаний пошёл за ним, а затем и дальше, уже своим собственным путём. Его вклад заключался в том, что он не только проник в смысл максвелловской теории и развил её дальше, но объединил электромагнитную теорию с не родившимся ещё электроном и создал таким образом электронную теорию вещества.

Согласно новой теории, в безбрежный океан электромагнитных полей вкраплены отрицательные электрические заряды — электроны, сочетания которых с положительными образуют все существующие тела. Взаимодействие полей и зарядов создаёт всё многообразие мира.

На основе новой теории Лоренц не только сумел объяснить ряд фактов, не понятных современникам, но и предсказал явления, о существовании которых не подозревал дотоле ни один человек.

…Принято считать, что поколения людей сменяют друг друга каждые четверть века. Конечно, мы живём дольше. Но история показывает, что в среднем каждые двадцать пять лет в активную жизнь вступают массы людей, вооружённых новыми умениями, обладающих новыми стремлениями, опирающихся на современные знания. Среди учёных смена поколений происходит ещё чаще. Каждое десятилетие в лаборатории вливается молодёжь, готовая к тому, чтобы обогнать своих учителей, взглянуть на старые проблемы свежими глазами, найти новые, неожиданные решения.

Наверно, это имел в виду Макс Планк, говоря:

«Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу».

Великий Лоренц, дожив до рождения теории относительности и квантовой физики, с восхищением приветствовал все новшества, но… в пределах классической физики, в пределах той модели мира и образов, в которых сам был воспитан.

Ничто не казалось ему более ясным, чем взаимодейст вие электромагнитного поля с электроном — это ключевой акт, на котором основана работа электрических двигателей. Ничто не представлялось ему более красноречивой иллюстрацией этого акта, чем оптический спектр вещества.

Как и любой физик, он отлично знал, что каждое вещество имеет свой паспорт — спектр. В нём нет ничего, кроме светлых и тёмных полосок. Не посвящённому в тайны науки человеку эти полоски не скажут ничего. Но физик по этим линиям может угадать характер и строение вещества, даже если оно находится от него на расстоянии многих световых лет. Так люди узнали о составе звёзд и планет, о строении межзвёздной среды, о существовании на Солнце ещё не открытого на Земле элемента, названного затем гелием.

Линии спектра отражают многие тайны жизни макро— и микромира.

Когда Лоренц задумался над магией спектров, часть из этих тайн была расшифрована. Но гораздо большая их масса дразнила своей неразрешимостью. Одна из тайн особенно волновала воображение Лоренца: некоторые линии спектров атомов расщеплялись. Иногда они как бы расплывались или же удваивались, даже утраивались.

Было установлено, что так проявляется влияние магнитного поля на исследуемое вещество. Но детали, подробности, глубина явления ускользала от исследователей. Лоренц сознавал, что его теория неспособна описать, объяснить это загадочное поведение линий спектров. Лишь через десятилетия с помощью квантовой физики было установлено, что причина крылась в магнитных свойствах электронов и ядер атомов.

Изучение этих свойств стало задачей физики начала прошлого века. Но ни Лоренц, ни другие великие физикиклассики не могли с ней справиться. Ответ должна была дать новая физика. «Старикам» мешали запреты классической физики. Они даже признавали, что квантовая механика позволяет правильно рассчитать все детали расщепления спектральных линий. Признавали, но не хотели прими риться с тем, что квантовая механика не могла нарисовать детальной картины явления и принуждала их мыслить абстрактно, оперировать только формулами.