Ирина Радунская - Кванты и музы

А ведь правильно! Я стала вспоминать другие случаи, и действительно, такой механизм запоминания и усвоения незнакомых имён, слов, номеров телефонов оказался для меня органичным.

То, что человеческая психика на пути к новым понятиям опирается на усвоенные старые, подтверждается всем ходом развития науки. Изучая электричество, учёные опирались на свойства жидкостей. Представив себе, как вода просачивается сквозь песок, легко перейти к тому, как электроны просачиваются между атомами вещества, образуя электрический ток. Законы движения жидкостей легли в основу расчётов электрических проводов.

А как трудно менять критерии, видно на примере со знаменитым английским физиком XIX века Редеем. Этот учёный обладал очень свежим восприятием всего нового. И всё же в 1899 году он сделал признание, которое как нельзя лучше характеризует затронутую нами ситуацию.

Почти за тридцать лет до этого он выполнил работу, снискавшую ему всемирную славу. Это была теория, объяснявшая голубой цвет неба. Она исходила из понятия о свете, как о волнах упругого вещества — эфира. Это была сложная теория, во многом спорная даже до появления электромагнитной теории света Максвелла. После возникновения современного взгляда на мировое пространство как на океан электромагнитной энергии, Релей пересмотрел свою теорию в свете новых представлений. Он признал «электрическую» теорию, но писал о ней, что она «предпочтительнее с любой точки зрения, исключая лёгкость понимания…» Исключая лёгкость понимания! Старая теория казалась Релею более лёгкой! Запутанная, противоречивая теория эфира ему казалась яснее кристально чёткой максвелловской теории электромагнитного поля.

И это не удивительно. Механическую теорию учёный постигал свежим, молодым умом. Теорию электромагнитных волн осваивал уже в старости. С теорией эфира он сжился, она пропитала его сознание, поэтому была ему более по сердцу. Новый взгляд на мир ему казался непривычным.

Это объясняется не консерватизмом Релея, а особенностями человеческого мышления. Основные представления человек формирует в начале жизни. Потом всё новое приобретает какую-то повышенную «непроходимость», человек ощущает некое «сопротивление материала». В процессе формирования человеческое мышление всё время опирается и оглядывается на уже знакомые понятия. И вся классическая физика — особенно выразительный тому пример. В течение двадцати веков она развивалась на основе уже усвоенных и изученных моделей, образов, аналогий. Если открывалось новое явление, для его объяснения создавалась модель, или схема, или чертёж. Вспомним, что с лёгкой руки Декарта учёные привыкли опираться лишь на понятия, которые можно изобразить «посредством фигур и движений».

И вдруг в конце XIX века случилось непредвиденное. Максвелл вырвал физику из мира наглядных представлений и вверг в мир чистой абстракции. Он строго математически доказал, что вся Вселенная пронизана электромагнитными волнами. Но парадокс заключался в том, что даже через двадцать лет после создания новой теории в её смысл проникли лишь несколько физиков. Остальным она оставалась чуждой. И даже в наши дни, когда учёные давно освоили максвелловский математический аппарат, всё равно никто из учёных не может ответить на вопрос, что же такое электромагнитные волны.

Луи де Бройль прекрасно сформулировал это положение: «Современные представления не могут служить основой для понимания этих электромагнитных колебаний, которые не сводятся к классическому и наглядному представлению о колебаниях материального тела. Висящие в пустоте, если можно так сказать, они выглядят для непосвящённых (а может быть, даже и для физиков) чемто довольно таинственным».

Что же было требовать от современников Максвелла! Они не могли понять гениального открытия именно потому, что оно не следовало многовековым традициям и идеалам, не покоилось на механических движениях и силах.

Величины, изображавшие в математическом аппарате Максвелла электромагнитные поля, не могли быть выражены никакими моделями и были крайне абстрактны. В арсенале своего мозга учёные не находили опоры для понимания этих абстрактных величин, не могли почувствовать их физического смысла. И самое курьёзное в этой истории то, что сам гениальный Максвелл не осознал полностью того, что совершил, и тоже ломал голову над созданием подходящей модели!

И такую шутку формулы и уравнения играли с учёными не раз. Они уводили их в глубокий тыл «противника» — мир загадок и шарад — и бросали там на произвол судьбы.

Так было с Планком, который в 1900 году написал формулу, трактующую процесс передачи энергии от нагретого тела в пространство не сплошным потоком, каким реки несут свои воды в океан, а отдельными порциями-квантами. Квант энергии стал каким-то пугалом, до конца не понятным ни Планку, ни другим учёным.

«Невозможно избавиться от ощущения, что эти математические формулы существуют независимо от нас и живут собственной разумной жизнью, что они умнее нас и умнее даже их создателей, ибо мы извлекаем из этих формул даже больше того, что было в них заложено поначалу», — так выразил своё изумление Генрих Герц, открывший радиоволны и тем самым подтвердивший реальную жизнь четырёх уравнений Максвелла.

Итак, разум человека вторгся в мир абстракции, где не всякому понятию можно было придать наглядный смысл, где из-под ног учёных уплыла опора в виде известных образов, аналогий, моделей. Квантовая физика увела учёных из мира понятных вещей, мира, где изучаемые предметы можно было увидеть, потрогать или представить.

Что же удивительного в том, что даже великие физики хватались за голову?.. Гейзенберг недоумевал: «Когда я после обсуждений предпринимал прогулку в соседний парк, передо мной снова и снова возникал вопрос, действительно ли природа может быть такой абсурдной, какой она предстаёт перед нами в атомных экспериментах?»

Шредингер ворчал: «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то я жалею, что вообще имел дело с квантовой теорией».

И снова вопросы. Как же расчищают себе место в мозгу человека новые идеи? Как лучше учить им новые поколения? Надо ли начинать от царя Гороха, учить всё то, что учили отцы и деды? В последнее время все больше учёных высказывается за то, что начинать надо не с арифметики, а с алгебры. Чтобы обучать новой, квантовой физике, надо ли ученику проходить тот же путь, что прошло человечество? И не получится ли так, что, воспитывая мышление на старых образах, на декартовских положениях апробирования новых идей посредством «фигур и движений», мы искусственно создаём трудности, от которых могли бы легко избавить новые поколения? Не должны ли учёные в корне пересмотреть методы и порядок преподавания физических дисциплин? Нужно ли подводить учеников к новой физике, обучив приёмам старой, классической, или делать это надо как-то иначе? И несмотря на то что теорию относительности, квантовую физику учёные переваривали с трудом, физики уверяют, что со временем основным идеям квантовой механики можно будет обучать школьников. Они станут вполне привычными для широкого общества.