Леонид Пономарев - По ту сторону кванта

Он родился в семье выходцев из Голландии, в семье, которая дала миру более 120 выдающихся и знаменитых ученых, артистов, литераторов и государственных Деятелей. Вопреки воле отца Даниил обучался математике у своего старшего брата Николая и затем закончил образование в Италии. В 1725 году вместе с Николаем он едет в Петербург, куда петровские реформы привлекли многих иностранцев. Спустя восемь месяцев Николай умирает. Даниил — к тому времени уже профессор математики — прожил в Петербурге еще семь долгих лет, до тех пор, пока смог переносить русский климат и образ жизни. Здесь он написал свою «Гидродинамику», которую напечатал через пять лет после возвращения, в 1738 году, в Базеле.

Примерно в то же время, и в том же Петербурге сходные мысли развивал Михаил Васильевич Ломоносов.

Кинетическую теорию газов постигла странная судьба. «Гидродинамику» Бернулли не заметили и обнаружили ее только спустя 120 лет, в 1859 году. А работы Ломоносова, написанные в 1742–1747 годах, стали известны лишь в 1904 году.

В XIX веке произошло второе рождение кинетической теории газов, поначалу тоже неудачное. В 1821 году Джон Херэпет (1790–1868) — темпераментный и любящий споры школьный учитель из Бристоля — высказывает вновь кинетическую гипотезу, но ее опять оставляют без внимания. Четверть века спустя, в 1845 году, морской инструктор Ост-Индской компании в Бомбее Джон Джеймс Уотерстон (1811–1883) прислал в Лондон в Королевское общество обширный трактат по кинетической теории газов. Это сочинение не напечатали, поскольку рецензенты оценили его как «…нелепость, негодную даже для чтения перед Королевским обществом». Только в 1892 году лорд Рэлей отыскал рукопись Уотерстона в архивах и опубликовал ее.

Причину такого единодушного забвения этих трудов следует искать в общем умонастроении физиков того времени. Отчасти тому виной были тогдашние философские учения: в середине XIX века почти все философы отрицали существование атомов.

Тем не менее идеи Херэпета и Уотерстона не погибли: они решающим образом повлияли на работы Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889), который в 1851 году впервые оценил скорость молекул газа. Она оказалась неожиданно большой: например, для молекул водорода она равна примерно 1800 м в секунду — вдвое больше скорости артиллерийского снаряда.

В дальнейшем развитие кинетической теории материи пошло быстро: ее переоткрыли Крониг (1856) и Клаузиус (1857) и развили почти до современного состояния Максвелл (1860) и Больцман (1880). С тех пор это одна из основных наук о строении материи, с помощью которой объяснили теплоемкость и теплопроводность твердых тел, упругость и вязкость газов и многое другое.

По вполне понятным причинам особо следует отметить вклад в науку об атомах и их движении, сделанный Ломоносовым. В 1742 году в диссертации «О составляющих тела природы нечувствительных физических частичках, в которых находится достаточное основание частичных свойств» он писал:

«…§ 87. Аксиома. Сложные тела состоят из некоторого числа составных частей, на которые они распадаются…

§ 89. Теорема 10. Все тела состоят из нечувствительных физических частичек, заключающих в себе основание частичных качеств, которые при движении не могут разделиться на другие, меньшие…

§ 90. Изъяснение. Мы называем физическими монадами нечувствительные физические частички, не разделяющиеся на другие, меньшие, при движении Мы не оспариваем возможность мысленно делить материю до бесконечности, но полагаем возможным, не опасаясь ошибки, обойтись без этого в физических делах. Также не заботимся мы и о рассеянной по материи пустоте (если она существует); с ней ведь не связано никакого понятия, кроме протяжения, поэтому она никаких свойств не имеет и ничего посему не может дать сущности и природе вещей, независимо от того, существует ли она, или нет.

§ 91. Теорема 11. Фигура физических монад неизменна…»

Причину тепла и холода Ломоносов видел «во взаимном движении нечувствительных физических частичек». В 1744 году он представил Академии наук диссертацию «Размышления о причине тепла и холода», представление о которой дают несколько выдержек из нее:

«§ 1. Весьма известно, что тепло возбуждается движением: руки от взаимного трения согреваются, дерево загорается, искры вылетают при ударе кремнем о сталь, железо накаливается при ковании его частыми, сильными ударами…

Из всего этого совершенно очевидно, что имеется достаточное основание теплоты в движении. А так как никакое движение без материи происходить не может, то необходимо, чтобы достаточное основание теплоты состояло в движении какой-либо материи…

§ 6. Внутреннее движение можно себе представить происходящим трояко: 1) или нечувствительные частички тела постоянно меняют свое место; 2) или в одном месте постоянно вращаются; 3) или, наконец, в нечувствительном пространстве в нечувствительное время постоянно колеблются взад и вперед. Первое называем поступательным, второе — коловратным, третье — колебательным…

§ 13. Из этой нашей теории вытекают такие следствия: 1) наиболее приспособленными к нашему тепловому движению являются шарообразные корпускулы вещества… 2) как каждое движение в смысле количества может увеличиваться и уменьшаться, так же следует себе представить и тепловое движение… 3) частички теплых тел должны вращаться скорее, более холодных — медленнее».

В протоколах академии об этой работе сохранился отзыв, в котором сказано, что «адъюнкт Ломоносов слишком рано принялся за сочинение диссертаций». Низкая культура тогдашней академии и прогрессирующая в дальнейшем изоляция России привели к тому, что научные труды Ломоносова не оказали влияния на последующее развитие науки. Они были забыты, и в памяти потомков в течение полутора столетий он остался только поэтом. Лишь позже, к двухсотлетию со дня его рождения, постепенно извлекли из архивов научные труды Ломоносова и поняли величие этого воистину российского таланта.

Говорят, что половину знаний о внешнем мире человек приобретает в возрасте до пяти лет. В последующие десять лет он знает о мире почти все и свои дальнейшие познания о нем (за исключением специальных) пополняет очень медленно, быть может, потому, что к этому времени он уже успевает приобрести вредную взрослую привычку — узнавая что-либо новое, обязательно, спрашивать: «А для чего это?»

При первом знакомстве с квантовой механикой такая, взрослая привычка очень мешает, потому что на первых порах никогда не ясны ни суть атомных явлений, ни их относительная важность в общей картине, ни тем более их скрытый смысл.