Пётр Капица - Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления

Одна из крупнейших задач, стоящих перед физикой твердого тела, — это создание полимеров с заданными свойствами. Полимеры в живой природе всегда являются основным «строительным материалом», который выполняет всевозможные функции. Наш век не только будет веком использования атомной энергии, но и веком, когда человечество научится приготовлять полимеры, а также широко использовать их в жизни как основной «строительный материал».

Разнообразие полимеров беспредельно, их может быть даже больше, чем сплавов. Механические, электрические, магнитные свойства полимеров так же разнообразны. Перед наукой будет стоять задача создания полимеров с заданными свойствами. Тут эмпиризм будет недостаточно эффективным, как и в примере со сплавами. Возможно, что из-за большой регулярности в строении полимеров тут скорее, чем для сплавов, удастся найти теоретическое обобщение, которое избавит исследовательские работы по отысканию полимеров с заданными свойствами от эмпирического пути.

Успехи в изобретении новых методов экспериментальных исследований явлений природы за последние годы исключительно крупны. По-видимому, это надо связывать с бурным развитием теоретической и промышленной электроники и теми новыми возможностями, которые открыло развитие ядерной промышленности и физики.

Интересно отметить, что сейчас изменение частоты измеряется с точностью до 16-го знака (используется Мёссбауэр-эффект), а время — с точностью до 11-го знака (с помощью молекулярных генераторов). Используя электронные пучки и различные методы увеличения, можно видеть молекулы и т. д. Такие достижения в изобретении новых методов наблюдения и измерения сейчас идут непрерывным потоком. Нет никаких признаков, что в будущем развитие наших экспериментальных возможностей прекратится. Какие будут следующие достижения в изобретении методов наблюдения или измерения, так же трудно предвидеть, как и указать новые открытия. Но все же мне хотелось бы указать одну область измерения, где люди отстают от природы и где следует в ближайшем будущем ждать новых изобретений.

Надо отметить, что сейчас физика располагает приборами во много раз чувствительнее наших органов чувств. Микрофон слышит лучше, чем человеческое ухо, фотоэлемент видит лучше и большую часть спектра, чем глаз. Сейсмограф более чувствителен, чем наше осязание, и, конечно, температуру по сравнению с термометром человек совсем плохо определяет.

Только одно чувство — обоняние, то есть определение и обнаружение небольших количеств примесей органического вещества, у животного более совершенно, чем у существующих приборов.

Или возьмем дегустаторов. Им, например, был крупнейший физик Ланжевен. Я хорошо помню — на меня это произвело большое впечатление, — как однажды перед обедом на конгрессе в Цюрихе в 1925 г. Ланжевен попробовал вино и сразу правильно определил по вкусу не только марку вина, но и год урожая. Он был признанным дегустатором и очень гордился этим, может быть, даже больше, чем своими успехами в физике. Но нет таких физических приборов, которые могли бы даже приблизительно проделать то же, что и он.

Самым чувствительным методом для определения примесей неорганического вещества сейчас считается радиоактивационный анализ. Таким путем можно обнаружить примеси в количестве 10-8— 10-9. Если сравнить его с обонянием собаки, то окажется, что она обнаруживает гораздо меньшее количество примесей и при этом ее обоняние может их идентифицировать. Спрашивается, почему человек не создал еще таких приборов, которые могли бы уловить такое ничтожное количество атомов, как это доступно обонянию собаки?

Как известно, органы обоняния — наиболее сложные из всех органов чувств, и природа того явления, на основе которого они функционируют, до сих пор не открыта. Таким образом, «догнать обоняние собаки» есть одна из проблем физики будущего.

Можно упомянуть, что есть еще одна область, где природа изобрела лучший механизм, чем человек. Это механизм памяти мозга. Этот механизм во много тысяч раз компактнее и эффективнее запоминающих устройств в современных счетно-решающих машинах. Природа механизма памяти мозга нам тоже неизвестна.

Все эти проблемы — проблемы будущего, и тут физики должны отнять у природы интересные и увлекательные секреты.

Будущее биологических наук.

Ряд крупных задач в области биологии, связанных с запросами агротехники, зоотехники, медицины, хорошо известен, и я на них останавливаться не буду.

В предыдущих разделах я уже указывал на некоторые из проблем биологии, которые важно решить в будущем. Это природа мускульных сокращений, передача нервными волокнами электрических сигналов, механизм памяти мозга и механизм обоняния. Уже достигнутые успехи в решении этих проблем, несомненно, обязаны происходящему сейчас проникновению физики и химии в биологию. Исследования дают полное основание предполагать, что не только эти проблемы будут описаны известными закономерностями неодушевленной природы, но что эти процессы могут быть воспроизведены искусственно и использованы на практике. Познание механизмов этих процессов не только откроет их биологическую сущность, но также обогатит физику и химию. Поэтому в будущем мы можем ждать еще более полного слияния в научных работах физики и химии с биологией.

Полное понимание очень сложных и своеобразных биологических процессов, несомненно, должно углубить наше познание неодушевленной природы. Поэтому сейчас наступает время говорить уже о благоприятном влиянии биологии на развитие физики и химии. Развитие химии полимеров и изучение их физических свойств, которое сейчас так интенсивно ведется, являются примером этого благоприятного влияния. На примере структур полимеров, используемых в природе, видно, что она является лучшим «инженером-конструктором», чем человек, и пока нам есть чему у нее поучиться. Следует отметить, что в некоторых вопросах ученые превзошли природу, создав такие процессы, которые естественно не происходят. Так, например, цепная реакция урана, используемая для получения ядерной энергии, в естественных природных условиях не идет. Мы можем с большой уверенностью считать, что в ближайшем будущем решение больших биологических проблем будет определяться развитием так называемых комплексных проблем, то есть проблем, в решении которых будут участвовать не только биологи, но и физики, и химики, и даже математики. Таким образом, развертывание крупных коллективных работ, о которых я говорил вначале, будет иметь место и при решении задач биологических наук.

Одной из самых важных и интересных комплексных проблем в области биологии, где придется участвовать физикам, химикам и математикам, является генетика. Уже широко известны те громадные успехи, которые в последние годы достигнуты в генетике. Сейчас ученые не только научились производить искусственные мутации, но начали детально понимать их физическую сущность. Это стало возможным благодаря определению строения хромосом, расшифровке того кода, которым в гене записана информация, необходимая для развития данного организма, и, наконец, пониманию самого механизма процесса размножения.