Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы
Шрифт:
Физики иногда вдруг начинают развлекаться, почти по-детски, какой-нибудь заковыристой задачей. Так в 1976 г. во время большой международной конференции по высоким энергиям. Л.Б. Окунь решил проверить скорость решения задачи: «К стене прикреплена резиновая полоса, и по ней к свободному концу ползет улитка. Достигнет ли она этого конца, если полоску растягивать с произвольной скоростью?» Спрошенные начинали с азартом что-то вычислять, но А.Д. Сахаров ответил через несколько секунд и написал полный ответ тут же, на ресторанной салфетке: опрос сразу же утратил остроту…
Представляется, что психологически наиболее интересным является деление на две такие группы: на тех, кто смог создать научные школы, воспитать учеников, близких по
Практически ни одного ученика не было у Фарадея, Максвелла и Гиббса (в их случае можно, хоть и с натяжкой, говорить об отсутствии массовости в науке, о том, что неоткуда было их находить, хотя тогда же школа была у Гельмгольца). Ну а уже в XX в. одиночками оставались Планк, Эйнштейн, Шредингер, Дирак, Сахаров.
В то же время огромные школы исследователей сформировались вокруг Дж. Дж. Томсона, Э. Резерфорда, Н. Бора, М. Борна, П. Эренфеста, Э. Ферми. В России — СССР такие школы создали А. Ф. Иоффе (в первый период — с участием П.С. Эренфеста), Л.И. Мандельштам и И.Е. Тамм, Л. Д. Ландау, Н.Н. Боголюбов.
Ученые делятся и по своему отношению к научной литературе: кто-то внимательно следит за работами в своей области, широко пользуется библиотекой, а другие, если можно так выразиться, «все держат в голове».
Лев Давидович Ландау почти с самого начала научной деятельности занялся воспитанием и формированием будущих ученых. Уже с 1935 г. он последовательно создает свой «Курс теоретической физики» [16] : уникальный по объему изложения, полноте и одновременно по сжатости материала курс Ландау-Лифшица включает много новых и/или методически переработанных результатов авторов.
Примечательный пример человека, который может сам, без каких-либо книг под рукой, построить целую теорию, представляет история известного математика и механика Жана Виктора Поиселе (1788–1867): офицер армии Наполеона, он попал в 1812 г. в российский плен и провел три года в Саратове, где написал, конечно безо всяких пособий, основополагающие трактаты по проективной геометрии.
16
Практически все книги писал Евгений Михайлович Лифшиц (1915–1985), обозленные популярностью «Курса» завистники бурчали, что в книгах нет ни одной фразы Ландау и ни одной мысли Лифшица. Это достаточно далеко от истины: последние два тома вышли через много лет после кончины Ландау. Запланированное некогда в 4 книгах последнее издание, под редакцией Льва Петровича Питаевского (р. 1933), вышло в 10 томах.
Ландау заставлял своих будущих учеников сдавать знаменитый теоретический минимум: теоретик, по его мнению, должен знать основы всех областей физики (полностью — два экзамена по математике и основные книги «Курса» — этот минимум сдали 43 человека). Первый экзамен (у любого желающего, достаточно было просто позвонить ему) он всегда принимал сам, а это был экзамен по математике: нужно было взять какие-то там интегралы, не сверхсложные. Но если претендент использовал при этом известные стандартные подстановки, то его сразу же выгоняли: Ландау считал, что человек должен думать и идти своим путем, пусть он даже длиннее, а не использовать готовые рецепты, т. е. это был экзамен на оригинальность и самостоятельность мышления.
Энрико Ферми создал две школы — в Италии до отъезда в 1938 г. и затем в США. Он всегда на семинарах и в обсуждениях вслух разбирал возникающие проблемы до конца, т. е. до выявления именно тех фундаментальных положений, которые играли роль. Поэтому решение задачи строилось затем уже на основе простейших примеров. Ну а поскольку все это проделывалось устно — тут же на доске, то ученики получали предметные примеры того, как нужно работать. Изданные черновики его подготовки к лекциям ясно показывают весь путь расчетов и размышлений:
С научной литературой Ферми обходился по-иному: он читал краткую аннотацию к статье, а затем сам проводил расчет — если совпадало с результатом автора, статья считалась правильной и навсегда запоминалась, если нет — она отвергалась.
Ландау с молодых лет, после появления первых учеников, перестал сам читать научную литературу: новые работы, свои и чужие, сотрудники рассказывали на семинарах, он их прерывал, тут же показывал новые пути и указывал на недоработки авторов — его «скорость» мышления была уникальной — вот это и была наглядная учеба! Говорят, что дома у Ландау не было ни одной научной книги: великолепная память и возможность в любой момент вывести все необходимые соотношения самому делали их излишними (могу свидетельствовать об отсутствии научных книг дома у А. Д. Сахарова).
Все это показывает, как представляется, основные различия двух выделяемых групп ученых. «Учителя» мыслят логически, поэтому они могут показывать, как именно идет ход рассуждений, и этот подход могут перенимать слушатели. У «индивидуалистов» превалирует интуитивный подход, а его-то и нельзя ни объяснить, ни передать другим. Собственно, о том же говорит Эйнштейн в своих воспоминаниях: идеи возникают и формируются в смутном, невербальном виде, т. е. не на словесном уровне.
Если принять популярное среди психологов мнение о том, что левое полушарие мозга отвечает за логические построения, а правое — за эмоциональные, т. е. и за интуитивные реакции, то ученых можно разделить на две группы: на левополушарных, у которых довлеет логичность, а отсюда и возможность показать ход размышлений другим, обучить их, и на правополушарных, которым иногда и самим не ясно, откуда и как появилась первая идея (потом, конечно, всему должно найтись логическое объяснение, и поэтому по законченной работе трудно установить психологический тип автора-профессионала).
Глава 4 Квантовая механика [17]
На каждом существенно новом этапе познания нам всегда следует подражать Колумбу; который отважился оставить известный ему мир в почти безумной надежде найти землю за морем.
В. Гейзенберг
В 1911 г. Вальтер Нернст сумел уговорить химика и удачливого предпринимателя Эрнеста Сольве организовать в Брюсселе конгресс для обсуждения проблемы квантов. На конгрессе собрались, за исключением П. Эренфеста и чрезмерно молодых еще Н. Бора и П. Дебая, все активно работающие ученые, в частности, встретились в первый и последний раз Эйнштейн и Пуанкаре, но вопросы теории относительности там не обсуждались: все внимание уделили постоянной Планка.
17
Превосходное популярное изложение основ квантовой теории, хотя и с некоторыми расчетами, дано во втором томе «Физики для всех» Леона Купера (о нем самом — ниже, при рассмотрении сверхпроводимости).
Значимость постоянной Планка можно частично иллюстрировать такими соображениями. Еще математик и механик Адриен Мари Лежандр (1752–1833) доказал замечательное свойство основных уравнений механики: если в уравнениях теории все координаты заменить на импульсы, а переменные времени на переменные энергии (или наоборот), то полученные уравнения имеют физический смысл. При этом необходимо подчеркнуть, что произведения импульса на координату и энергии на время имеют всегда одинаковую размерность — размерность функции действия. Таким образом, сама функция действия, при преобразовании Лежандра, не меняется — является инвариантом (латинское «инварианс» — неизменная).