Революция в микромире. Планк. Квантовая теория
Шрифт:
Павильон страны был выше всех других павильонов. В тематических выставках немцы демонстрировали свои продукты и открытия, подчеркивая их немецкое происхождение. Посетители были впечатлены успехами Германии в области сжижения газов, электрохимии и освещения. Именно к той эпохе восходит представление о высоком качестве немецкого оборудования.
Непохоже, чтобы это доставляло огромное удовольствие англичанину, а если бы он внимательно осмотрел товары, представленные его собственной страной, то почувствовал бы еще большую грусть.
Из статьи, появившейся в английском журнале Nature о немецких измерительных инструментах, представленных
Индустриализация требовала рабочей силы с хотя бы минимальным образованием, поэтому с 1870 по 1914 год по всей Европе распространились начальные школы. В эпоху Бисмарка возникла и утвердилась государственная образовательная система от начальной школы до университета с переходным звеном — гимназиями. Университетские преподаватели были государственными служащими и должны были приносить клятву верности императору. Все эти условия создали ту особую среду, в которой вырос Планк, именно они объясняют его пылкий национализм, свойственный большинству немецких ученых его поколения в начале Первой мировой войны.
Интересно, что промышленные методы, разработанные в конце XIX века немецкими учеными и изобретателями, предприятия-гиганты, основанные в тот период, связаны с именами, дошедшими до наших дней: Сименсом, Цейсом, Байером... Мы легко вспомним десяток таких имен, и это лучше всего подтверждает промышленную мощь Германии в конце XIX века, которая была тесно связана с научно-техническим прогрессом.
На рубеже веков, когда Макс Планк сделал одно из величайших открытий в истории физики, Германия была державой, доминирующей во всех сферах науки и техники. Милитаристский и авторитарный режим в стране способствовал усилению националистических чувств германских подданных. И эти два аспекта — научно-техническое развитие и политический авторитаризм — стали определяющими, а под конец сыграли драматическую роль в судьбе Германии и вместе с ней — в судьбе Планка.
Исследования термодинамики
В то время в Германии было принято получать образование не в одном университете, поэтому Макс Планк в 1877 году оставил Мюнхен и отправился в Берлин. Там его наставниками стали Герман фон Гельмгольц (1821-1894) и Густаф Кирхгоф (1824-1887). Обоих относят к плеяде великих физиков XIX века, но, по мнению самого Планка, ученые были не очень хорошими педагогами. В своей краткой научной биографии Планк описывает Гельмгольца как плохого преподавателя, который не готовился к занятиям и постоянно ошибался в расчетах у доски. Казалось, что занятия со студентами нагоняли на него скуку, которая передавалась и студентам, так что, по словам Планка, к концу курса на занятия приходили всего трое человек, включая его самого.
Плохую подготовку к занятиям Германа фон Гельмгольца можно оправдать его погруженностью именно в этот период в изучение электромагнетизма и теории Максвелла. В Германии идеи Максвелла не были распространены, и только благодаря Гельмгольцу в его стране пробудился интерес к теории электромагнетизма. В июле 1879 года Прусская академия наук по инициативе ученого объявила о премии за подтверждение или опровержение теории Максвелла для высокочастотных цепей. Премию получил ученик Гельмгольца — Генрих Герц (1857-1894). Его исследования приведут к открытию в 1888 году электромагнитных волн и окончательному подтверждению теории Масквелла.
ТРИ ПРИМЕРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОЩИ ГЕРМАНИИ
Предприятие Siemens, названное по фамилии основателя, Эрнста Вернера фон Сименса (1816-1892), было лидером электрификации Германии и большой части Европы. Созданная им телеграфно-строительная фирма выпускала альтернаторы и динамо-машины для получения электричества,
Предприятие Zeiss, основанное немецким оптиком Карлом Цейсом (1816-1888) в 1846 году, с самого начала было одним из главных поставщиков точных оптических инструментов. Именно на Zeiss был произведен микроскоп, с помощью которого Рамон-и-Кахаль открыл синапс нейрона и изучал структуру сетчатки млекопитающих. Компания существует по сей день и считается лидером в своей отрасли.
Третье из упомянутых предприятий-гигантов — Bayer, возможно, самое известное, было основано в 1863 году Фридрихом Байером (1825-1880). Продажи знаменитого аспирина Bayer стартовали в конце XIX века и продолжаются до сих пор. Во время Второй мировой войны Bayer стала частью конгломерата немецких компаний химической промышленности Farben IG, который построил завод по производству синтетического каучука рядом с Освенцимом, используя рабский труд заключенных. После войны конгломерат был разделен на три предприятия: Bayer, Basf и Hoechst — все три до сих пор считаются транснациональными гигантами.
Эльберфельд, Германия, 1878 год. Рабочие в лаборатории компании Bayer AG (создана Фридрихом Байером в 1863 году).
Несмотря на то что лекции Гельмгольца зимой 1877 года не вызывали у студентов большого восторга, Планк на них из первых уст получил информацию о перспективах электромагнетизма — научной области, занявшей важное место в его собственных исследованиях. По всей видимости, Планк, вернувшись в Берлин в качестве профессора, поддерживал дружеские отношения с Гельмгольцем до его смерти в 1894 году.
В отличие от небрежного Гельмгольца, второй преподаватель Планка, Густав Кирхгоф, напротив, так тщательно готовился к лекциям, что заучивал их наизусть и читал без малейших отступлений, так что слушатели с трудом подавляли зевоту. Но опять-таки (и, возможно, для Планка это было намного важнее лекций) преподаватель познакомил талантливого студента с авангардом научной мысли того времени. Кирхгоф стал его проводником в мир новейших исследований в области термодинамики. Годы спустя на Планка будет возложена публикация посмертных «Лекций по теории теплового излучения» Кирхгофа.
Третьим ученым, повлиявшим на Планка в годы его пребывания в Берлине, стал Рудольф Клаузиус (1822-1888). Несмотря на предпринятые попытки, Планк не смог познакомиться с ним лично, но прочитал работы Клаузиуса по термодинамике и погрузился в их изучение со страстью, которая больше не угаснет в нем никогда.
МАКСВЕЛЛ И ВЕЛИКИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СИНТЕЗ
В середине XIX века развитие теории электромагнетизма находилось на распутье. Благодаря работам Ампера (1775-1836), Фарадея (1791-1867) и других физиков того времени было накоплено много важных экспериментальных данных и законов, доказывающих неразрывную связь электричества и магнетизма. Для объяснения открытых феноменов имелось два варианта представлений. Были сторонники теории взаимодействия на расстоянии, были и те, кто защищал теорию полей. Эрнст Генрих Вебер (1795- 1878) в Германии предложил формулу, объясняющую все статические и динамические электрические и магнитные силы на основании взаимодействия электрических зарядов на расстоянии.