Иван Сороковик - Как рождаются открытия?

Макс фон Лауэ совершил свое гениальное открытие интерференции рентгеновских лучей в условиях, которые он сам оценивал как счастливую случайность. В нобелевском докладе он рассказывал, как в феврале 1912 г. ему пришла в голову та идея, которая оказалась такой плодотворной и богатой последствиями в научном отношении.

Пауль Эвальд, докторант Зоммерфельда, пришел к Лауэ посоветоваться по поводу трудностей, с которыми он столкнулся в работе по волновой оптике. Лауэ много лет работал в области оптики и считался глубоким знатоком этого круга проблем. И хотя он, в данном случае, не мог дать совет, во время беседы высказывал мысль, что нужно попробовать пропустить через кристаллы рентгеновские лучи.

Если рентгеновские лучи действительно имеют волновую природу и длина их волны в какой-то степени соответствует оценке Вина и Зоммерфельда, и если кристаллы действительно построены из пространственных решеток, то, по мнению Лауэ, при просвечивании кристаллов рентгеновскими лучами должны будут обнаруживаться явления дифракции и интерференции, которые уже давно были известны у обычного света.

Лауэ таким образом связал друг с другом две гипотезы из двух различных областей науки: волновую теорию рентгеновских лучей и гипотезу о пространственных решетках кристаллов.

Как и все простое, это соединение двух уже существующих, но до сих пор, однако, совершенно независимых друг от друга логических рядов оказалось сложным, и до Лауэ такая мысль никому не приходила в голову. «Лежавшая в основе идея, – говорил позднее ученый, – казалась мне после того, как я к ней однажды пришел, настолько сама собой разумеющейся, что я никогда не мог понять удивления, которое она вызывала в мире специалистов, равно как и сомнения, с какими ее встречали еще несколько лет спустя».

Творческая идея Лауэ была, как считал Макс Планк (1858–1947), не случайной внезапной мыслью, а «неизбежным результатом логической цепи идей». У Лауэ она созрела раньше, чем у любого другого физика, потому что она находилась в тесной связи с вопросами, которые занимали его научное мышление. «Сколько физиков уже пропускали рентгеновские лучи через кристаллы, не замечая дифракции лучей, – говорил Макс Борн (1882–1970) в юбилейной речи, посвященной открытию Лауэ. – Нужна была способность мысленно увидеть лучи прежде, чем они появятся на пластинке. Именно в этом заслуга Лауэ». Открытие Лауэ, в отличие от открытого Максом Планком квантования энергии, сразу же начало свое победное шествие по свету.

Что думают ученые о природе научного творчества, о том, как рождаются новые идеи, теоремы, законы? И думают ли они об этом?

Категорично, пожалуй, ответить нельзя, потому что иногда ученые, сделав открытие, не могли его по-настоящему оценить сами. Известно, например, что Шрёдингер по предложению Петера Дебая (1884–1966) неохотно согласился выступить на семинаре аспирантов Цюрихского университета о научных взглядах Луи де Бройля (1875–1960). Однако, прежде чем выступить, исследователь облачил взгляды де Броля в логическую последовательность математических формул, придал им математическую обработку. В результате возникло уравнение Шрёдингера, которое лежит в основе волновой механики. По утверждению академика П. Л. Капицы, «дебай говорил, что, выступая на семинаре, Шрёдингер сам не понимал, какое большое открытие он сделал».

Интересную историю однажды рассказал Эрнесту Резерфорду (1871–1937) Макс Планк. Когда он впервые выдвинул свою квантовую теорию света, люди не очень охотно ей доверяли, отчасти потому, что, согласно этой теории, заряд электрона должен быть равен 4,7 ⋅ 10 –10, тогда как общепризнанной величиной считалась 3,4 ⋅ 10 –10. У самого Планка вызывало сомнение это противоречие, но когда Ханс Гейгер (1882–1945) и Резерфорд обнародовали величину 4,65 ⋅ 10 –10, Планк уверовал в справедливость своей теории.

Все же некоторые видные ученые не только задумывались над этой проблемой, но и сами старались объяснить процесс творчества.

Известный французский математик Жюль Анри Пуанкаре (1854–1912) в психологическом этюде о математическом творчестве рассказывает, как пришло к нему решение сложной математической проблемы: «В продолжении двух недель я старался доказать, что не существует никаких других функций, аналогичных тем, которые я назвал впоследствии фуксовыми функциями; я был тогда очень невежествен: каждый день я садился к рабочему столу и проводил за ним час или два; я перебирал огромное количество комбинаций и не приходил ни к какому результату. Однажды вечером я выпил черного кофе вопреки обыкновению и не мог заснуть; идеи толпой возникали в мозгу; я ощущал как бы их столкновения до тех пор, пока две из них не сцепились, так сказать, между собой, чтобы образовать стойкую комбинацию. Утром я установил существование одного класса фуксовых функций, происходящих из гипергеометрического ряда; мне оставалось только редактировать выводы, что отняло у меня всего несколько часов».

Однако на этом не была поставлена точка. У Пуанкаре появилась новая идея, но из этого ничего не получилось. Тогда ученый забросил свои математические головоломки и уехал путешествовать, стараясь не вспоминать больше о математике. «После этого, – продолжал А. Пуанкаре, – я принялся за изучение некоторых арифметических вопросов, не приходя к особенно значительному результату и на подозревая, что эти вопросы могут иметь хоть малейшее отношение к моим предыдущим исследованиям. Обескураженный неуспехом, я отправился на несколько дней на берег моря; голова моя была занята при этом совсем другими вещами. Однажды, когда я гулял по скалистому берегу, у меня явилась, как всегда, внезапная и отрывочная идея, справедливость которой была для меня непосредственно ясна». Но это еще не было окончательное решение. Великий ученый стал лишь лучше понимать трудности задачи. Решение пришло тоже неожиданно – во время прогулки по бульвару. «Передо мною, – отмечал Пуанкаре, – вдруг предстало разрешение затруднения, которое раньше остановило меня».

Не трудно заметить, что ученый продвигался к конечному результату постепенно, на основе больших знаний, большого теоретического напряжения, больших духовных затрат. Решив одну группу задач, он сделал перерыв, осмысливая пройденное, а затем принимался за другую группу задач. Понятно что, не работая так напряженно и много в одном и том же направлении, вряд ли исследователь приснил бы счастливые идеи. И другое, что, несомненно, существенно. Автору приснились те идеи, которые непосредственно относились к исследуемой им в данный период времени проблеме, а не другие и не о другом. Следовательно, это еще одно подтверждение того, что просто так, сами по себе идеи не возникают. И просто так, без приложения усилий и обладания знаниями, озарение не приходит к ученому.