Леонард Млодинов - Прямоходящие мыслители. Путь человека от обитания на деревьях до постижения миро устройства

Пусть и не склонный к приключениям, Планк все-таки начал карьеру с рискованного шага – пренебрег советом главы факультета и записался в физики. На изучение этой дисциплины его вдохновил школьный учитель, заражавший страстью «постигать гармонию, что властвует меж строгостью математики и разнообразием естественных законов» [325] Heilbron, Dilemmas of an Upright Man, стр. 10. , а Планк верил в себя достаточно, чтобы своей страсти следовать. Много лет спустя он сказал одному своему студенту: «Мой девиз таков: обдумывай каждый шаг тщательно и, если уверен, что готов за него отвечать, – ничто не должно тебя останавливать» [326] Там же, стр. 5. . В этом утверждении нет лихости рекламной кампании «Найки» с их девизом «Делай и всё», нет и удалых заявлений, которые мы привыкли слышать от звезд спорта, но Планк, по-своему негромко и благопристойно, предъявил ту же внутреннюю силу.

Определившись в физики, Планк взялся выбирать тему своей докторской диссертации. И в этом он тоже предпринял смелый и важный шаг. Он выбрал термодинамику – физику тепла. В те поры это была довольно туманная область науки, но именно она вдохновила Планка еще в школе, и он вновь решился не отступать от своих интересов и не браться за просто модные темы.

Лишь горстка ученых того времени приняла представление об атоме и начала понимать механизм, лежащий в основе термодинамики, как статистический результат движения отдельных атомов. К примеру, если в замкнутом пространстве комнаты висит облачко дыма, термодинамика подсказывает нам, что погодя оно займет больший, а не меньший объем.

Этим процессом определяется нечто, называемое физиками «стрелой времени»: будущее есть направление во времени, в котором дым занимает все больший объем, прошлое – направление, в котором дым сгущается. Такое положение дел удивительно: законы движения, примененные к каждому отдельному атому дыма (и воздуха) никак не указывают, в каком направлении во времени расположено будущее, а в каком – прошлое. Но явление это можно объяснить [327] Leonard Mlodinow, Todd A. Brun, «Relation Between the Psychological and Thermodynamic Arrows of Time», Physical Review, E 89 (2014), 052102-10. , применив статистический анализ движения совокупности атомов: «стрела времени» проступает лишь при наблюдении кумулятивного действия многих атомов.

Планку такие доводы не нравились. Он считал атом фантазией, а потому целью своей диссертации поставил получение конкретных проверяемых результатов, то есть следствий принципов термодинамики, не применяя понятие атома, по сути – вообще безо всяких допущений о внутренней структуре вещества. «Вопреки большому успеху теории атома, – писал он, – от нее рано или поздно придется отказаться в пользу допущения непрерывности материи» [328] Heilbron, Dilemmas of an Upright Man, стр. 14. .

Кем-кем, а ясновидящим Планк не был. Не от теории атома рано или поздно пришлось отказаться, а от сопротивления ей. Более того, под конец его работу можно считать свидетельством в пользу, а не против существования атома.

Поскольку мою фамилию произносить непросто, столики в ресторанах я частенько бронирую на имя Макса Планка. Опознают его крайне редко, но однажды меня все-таки спросили, не родственник ли я «мужику, который изобрел квантовую теорию». Я ответил: «Я и есть он». Метрдотель, едва за двадцать, не поверил. Сказал, что я слишком молод. «Квантовую теорию изобрели где-то в 1960-х, – возразил он, – еще во время Второй мировой войны, в рамках Манхэттенского проекта».

Беседа наша не продолжилась, но я бы поболтал с ним не про его смутные представления о мировой истории, а о путанице в отношении того, что в физике означает «изобрести теорию». Слово «изобрести» означает создать нечто доселе не существовавшее. Открыть же, напротив, означает осознать нечто прежде не известное. Можно воспринимать теории и так, и эдак – как математические конструкции, которые ученые изобретают для описания мира, или же как выражение законов природы, существующих независимо от нас и открываемых учеными.

В некотором смысле это метафизический вопрос: до какой степени должны мы принимать картины, рисуемые нашими теориями, как буквальную действительность (которую мы открываем), или же считать их просто моделями (которые мы изобретаем) – моделями мира, который можно в той же мере смоделировать и иначе, если, скажем, за это берутся люди (или пришельцы), думающие не так, как мы? Но, если отставить философию, у различия между изобретением и открытием есть еще одна грань, процессная: открытия мы совершаем в результате исследования, часто – случайно, а изобретения – плод спланированного проектирования, и случай играет в изобретении меньшую роль, нежели пробы и ошибки.

Эйнштейн, разумеется, знал, чем собрался заниматься, выдвинув теорию относительности, – и сделал это, а потому теорию относительности можно считать изобретением. Но квантовая теория – другая история. На пути, ведшем к разработке квантовой теории, куда чаще случалось такое, в отношении чего правильнее было бы говорить «открыл» или даже «наткнулся», нежели «изобрел», и (многие) первооткрыватели, включая и самого Планка, зачастую натыкались на полную противоположность того, на что надеялись и рассчитывали: вообразим, что Эдисон взялся изобретать искусственный свет, а изобрел бы искусственную темноту. Более того, им – в том числе и Планку – было уготовано не целиком понимать значение собственных трудов и протестовать против толкований, предложенных другими.

В своей диссертации 1879 года по термодинамике Планк не преуспел ни в подтверждении, ни в опровержении существования атома. Хуже того – диссертация оказалась для него бесплодной и профессионально. Его преподаватели в Мюнхене ее не поняли, Густав Кирхгоф [Кирххоф], берлинский эксперт в этой области физики, счел ее заблуждением, а двое других отцов-основателей дисциплины, Герман фон Гельмгольц [Херманн фон Хельмхольц] и Рудольф Клаузиус, отказались ее читать. Планк, не получив ответы на свои два письма, поехал в Бонн лично и заявился к Клаузиусу домой, но профессор не пожелал его принять. К сожалению, термодинамикой, кроме этих двух физиков, по словам одного коллеги Планка, «никто совершенно не интересовался» [329] Heilbron, Dilemmas of an Upright Man , стр. 12; Cline, Men Who Made a New Physics , стр. 36. .

Недостаток интереса Планка не беспокоил, но все же привел к нескольким унылым годам, которые он провел в доме у родителей и проработал в университете внештатным лектором, как в свое время Менделеев.

Когда бы я ни заговаривал об этом, на меня всегда смотрят с изумлением. Люди почему-то считают, что на подобную любовь к своему искусству способны лишь художники и лишь они могут пойти на любые жертвы, жить на убогих чердаках или того хуже – с родителями, лишь бы только продолжать работать; в физиках такой страсти не усматривают. В аспирантуре, впрочем, я знавал двоих учащихся, которые столкнулись с таким же поражением, что и Планк. Один, увы, попытался наложить на себя руки. Второй убедил физфак Гарварда выделить ему для работы стол в людной приемной, без всякой оплаты. (Через год они его наняли.) Третий студент, с которым я не был знаком, вылетел из вуза несколькими годами ранее и с тех пор рассылал дорогие его сердцу (и глубоко ошибочные) собственные теории разным сотрудникам факультета, на него не обращали внимания, и тогда он решил явиться лично и уболтать их – прихватив с собой нож. Его поймала охрана, и больше он не показывался. В мифологии физики нет сказов об одиноких недооцененных физиках, отрезавших себе ухо, но за мои три года в аспирантуре Беркли все же произошли эти три истории, и каждая напитана страстью к физике.