Когда физики в цене

Приведу в качестве примера быстротечные процессы, где человек не успевает вовремя среагировать, где он не обладает достаточной «пропускной способностью», то есть не может своевременно переработать поступающий поток сведений.

Органы чувств человека ограниченны. За годы эволюции совершенствовались лишь те из них, которые были необходимы в привычной среде, где он всегда жил. У человека нет органов чувств, реагирующих на магнитные и электромагнитные поля, на ультразвук и радиоволны.

И вот кибернетики обдумывают наиболее рациональные способы исправления этой «ошибки» природы. Вживить ли в организм человека недостающие ему искусственные органы чувств с тем, чтобы расширить функции мозга? Или создать вокруг человека, находящегося в непривычных условиях, привычную микросреду: батисферу на дне океана, герметическую кабину в ракете? А может быть, избавить человека от участия в экспериментах и все поручить машине?

Те же вопросы возникают и в промышленности.

— В промышленности, как это ни парадоксально, человек иногда оказывается «узким местом», — развивает свою мысль Берг. — На электростанции произошла авария. Нарушается нормальная работа целых промышленных районов, гаснет свет в домах, останавливается электротранспорт. Зачастую одна поломка влечет за собой другую. В памяти еще свежа серьезная авария энергосистемы, надолго парализовавшая жизнь Нью-Йорка и прилегающих районов восточного побережья США. Даже самый опытный диспетчер не способен мгновенно разобраться в обстановке и принять наилучшее решение. Многое зависит от его опыта, от имеющейся в его распоряжении аппаратуры. Лавина отключений разрастается, и лишь электронная вычислительная машина в этих условиях может за доли секунды учесть все грани случившегося, рассчитать, кого из крупных потребителей можно временно отключить с наименьшим ущербом, выбрать наилучший вариант и осуществить его.

Нечего говорить о том, что без электронной системы сбора и переработки экономической информации мы не можем использовать все возможности нашей системы планирования народного хозяйства. — Берг особенно подчеркивает важность этой проблемы. — Ведь здесь задачи со столькими неизвестными, с такой динамикой исходных данных, что, пожалуй, под стать космогоническим задачам. Ведь в планирующие организации стекаются данные со всех предприятий. Это мощный поток сведений о необходимых различным заводам средствах, о затратах на оборудование, амортизацию, детали. Все это нужно своевременно учесть и так построить перспективный план, чтобы получить максимальный экономический эффект. Планированию сопутствует огромная трудоемкая статистическая и вычислительная работа, выполнить которую может только электронная машина. Но выполнить ее необходимо, так как это самый скорый и эффективный путь для реализации государственного планирования. Кибернетика позволит сделать управление этим единым хозяйством наиболее эффективным, целенаправленным.

Осуществить полноценное планирование промышленности — задача нынешнего дня. Мы ее выполняем, но предстоит очень серьезная теоретическая и практическая работа. Дело в том, что в сложных системах управления наряду с машинами участвуют люди. Это вызывает непредвиденные осложнения. Осложнения возникают из-за нечеткого взаимодействия между человеком и машиной. Таков результат несовершенства способов общения человека и машины, сложности и медлительности перевода машинного языка на язык человеческий, затруднений из-за различия быстроты реакции человека и машины. А ведь от уровня общения человека с машиной, от легкости и быстроты перевода машинного языка на язык человеческий и обратно зависит совершенство системы управления с помощью машины.

Совет по кибернетике, руководя исследованиями в области инженерной психологии, рассматривает всю логическую цепочку задачи «человек — машина», начиная от конструкторской разработки машины. И эта начальная стадия, стадия рождения идеи — самая мучительная, вызывающая особенно горячие споры. Здесь дремучая разноголосица, в которой и предстоит сообща разобраться кибернетикам, механикам, электронщикам, психологам. За кибернетиками решающее слово, но как трудно зачастую его произнести!

Допустим, сфера деятельности будущей машины ясна. Начинается полоса терзаний. По какому пути пойти? По какому образцу сделать машину? Какой замысел положить в основу ее работы? Можно попытаться повести машину по стопам человека, то есть научить ее действовать так, как поступает человек. Но хорошо, если известно, как решает аналогичную задачу человек. Это не всегда ясно. Как, например, мышцы генерируют энергию? Неизвестно. А это генератор с самым высоким кпд, какой существует в природе. Как наши глаза узнают знакомого человека, знакомый почерк, выделяют из тысячи других? Как слух отличает знакомый голос? Нос различает запахи?

Если бы всему этому можно было научить машину, наша жизнь преобразилась бы. Помощниками человека стали бы машины, сами безупречно регулирующие движение транспорта, управляющие космическими полетами. Были бы созданы совершенные «читальные» аппараты для слепых, в которых буквы алфавита были бы преобразованы в воспринимаемые слухом звуки. Можно было бы осуществить вызов абонента по телефону голосом. Можно было бы подавать команды машине не через сложную систему перевода приказов в цифровой код и с помощью перфокарт, а устно, используя автомат-переводчик.

Все это можно было бы легко осуществить, открой природа нам свой секрет распознавания зрительных и слуховых образов. И этого, конечно, мы добьемся. Через несколько лет можно будет вводить в автоматическое устройство рукописный или печатный текст, и машина составит аннотацию оригинальной или переводной работы. Автомат будет понимать устную речь и составлять протокол собрания или делать перевод с иностранного языка.

Но путь к этим открытиям лежит через «белое пятно» неизвестности. Ученым зачастую легче придумать новый принцип работы задуманного автомата или создать программу для самостоятельной работы уже существующей машины, чем подражать человеческому организму. И все-таки, проектируя машину для перевода, конструкторы старались прежде всего представить себе, как мы сами осуществляем перевод. Создавая машины для распознавания пространственных образов, раньше пытаются выяснить, как эту задачу решает человеческий мозг. Задумывая машину самообучающуюся, самосовершенствующуюся, задают себе вопрос о критерии совершенства в человеческом организме. И поневоле приходится задумываться над проблемами, которые часто сбивают с толку неразрешимостью: как человеческий организм формируется в такую совершенную систему, прекрасно ориентирующуюся в окружающей среде, с такой идеальной саморегулировкой? Почему из данного зародыша развивается именно такой организм, а не другой? Как формируются в организме его системы, органы; почему он вырастает до какого-то предела, а потом рост прекращается — организм достиг зрелости, совершенства, свойственного именно этому организму? И каков предел совершенства машины? И как узнает об этом машина, строящая другую машину?

Тут уйма инженерных и философских проблем.

— К сожалению, природа держит свою кухню в тайне, — сердито признается Берг, — и мы не можем научить машину работать по такому же принципу, по какому создан человек. И тут важно найти принцип работы машины, по возможности более близкий к идеалу. Поэтому-то ученые пробуют самые различные модели кибернетических устройств, имитирующих те или иные проявления психики и нервной системы человека. И, конечно, нередко ошибаются, но иначе невозможно найти правильный путь…

ЛОГИКА МЕЧТЫ

…Первая стадия кибернетики, когда делались смелые, головокружительные, но часто опрометчивые сравнения и выводы, позади. Позади и фамильярные отношения с понятием «мышление», которыми грешили многие ученые. Они хоть и не считали, как Лукреций, что процесс мышления — это движение особых крошечных круглых частиц, куда более быстрых, чем тяжелые и малоподвижные атомы материи, но все же легкомысленно обещали моделирование перевода с языка на язык и других частных видов деятельности мозга, которые далеко не исчерпывают понятие мышления. Предсказывали скорое появление умных автоматов, якобы способных полностью заменить человека. Теперь ученые ясно поняли, что проблема «человек — машина» несравненно глубже и драматичнее, чем казалась с первого взгляда.

Настала пора серьезных раздумий, более тщательных и глубоких работ. В области кибернетики совершается качественный скачок. Раньше были просто отдельные открытия, какие-то огоньки в темноте, вспыхивающие то здесь, то там. А теперь все слилось в единое русло. Как будто строится большая магистраль, и один за другим зажигаются на ее обочине огни. Строители знают, куда идет магистраль, и точно определили, как поставить осветительные столбы. Кибернетика — почти точная наука, и она уже четко планирует развитие тех идей, которые раньше возникали интуитивно. Теория теперь подготавливает открытия в кибернетике почти так же, как она это делает в физике, — предварительно планируя возможные эксперименты и математически моделируя сложные процессы, осуществление которых на практике затруднительно или требует недопустимо большого времени. Теория и эксперимент обосновывают необходимость создания тех, а не иных машин, рассчитывают и проверяют принцип их действия.

Сегодня кибернетике открыт «зеленый свет» в будущее.

Кибернетики зачастую движутся против течения. Против течения в том смысле, что в последнее столетие шло бурное дробление наук, разветвление их, углубление. Все они отпочковались от когда-то единой науки — философии, и теперь стремительно разбегаются в разные стороны. Кибернетика — повод к новому единению наук. Она должна связать различные науки между собой, внедрить— одну в другую, переплести, столкнуть парадоксами, вопросами, нерешенными проблемами.

ГДЕ ВХОД В ПРЕИСПОДНЮЮ?

Когда первые прозрения кибернетиков открыли перед исследователями новый путь познания человека — через познание автоматов, ученые, умеющие предвидеть, охотно пошли по нему. Естественно, их волновали тысячи вопросов. Можно ли на основе исследования автоматов познать духовные процессы? Является ли мышление и связанное с ним творчество привилегией человеческого мозга или же вправе существовать технические устройства, которые тоже могут обладать этими способностями? Если такое возможно, то какой принцип положить в основу этих автоматов? Обладают ли машины сознанием, психикой? Как близко могут подойти друг к другу модель и оригинал, машина и мозг? Конечно, ставя этот вопрос, ученые ни на секунду не забывали, что, несмотря на многие аналогии между человеческим мозгом и электронной вычислительной машиной, между ними есть и глубокие, непреодолимые различия.

Человеческий мозг рождает разнообразные виды творчества. Павлов считал, что мозг таит в себе столько творческих возможностей, что человек за всю свою жизнь не в состоянии использовать и половину из них.

Структура мозга — неповторимое, случайное сплетение нервных клеток. Но это отсутствие порядка, этот хаос в сочетании с огромным разнообразием возможных связей между отдельными клетками порождает замечательную слаженность работы человеческого организма, недоступную машине, в строении которой царит идеальный порядок.

И все-таки до какой степени совершенным может быть электронный «мозг»? Можно ли сравнить его с живым?

Как относится к этой проблеме Берг? Это был мой четвертый вопрос Акселю Ивановичу.

— Обсуждения этой темы иногда смахивают на модные в семнадцатом веке споры о том, где находится вход в преисподнюю, чему даже была посвящена одна из диссертаций, — смеясь, ответил он. — И сейчас еще много ошибочных мнений, много горячности. И это естественно — ученые продолжают поражаться искусству природы, вместившей в небольшом объеме человеческой черепной коробки столько возможностей. Поражаться не только тому, что число элементов мозга несравненно больше, чем у самой большой электронной машины, но и тому, что нервная система обладает уникальной способностью к компенсации утерянных возможностей. Отдельные повреждения не ведут к отказу всей системы выполнять свою функцию. А вот в технике ничего подобного нет.

Что же касается сходства функций машины и мозга, то если бы дело было только в формальном определении! При современном уровне производства можно создать в «памяти» машины такой объемистый словарь и задать ей такую программу, что она не только составит полный набор ответов на любые вопросы, но и постигнет закономерности юмора.

К сожалению, детально сравнивать электронные вычислительные машины и мозг человека невозможно, ибо конструктор знает о машине все, тогда как физиологи знают о мозге и нервной системе слишком мало.

Зачем нам чувства?

Да, кибернетика заставила ученых подвергнуть пересмотру многие устоявшиеся представления и понятия. И это было сложно, неожиданно, неподготовленно. В трудах по физиологии человека и проблемам естественных наук, вышедших в середине пятидесятых годов, об автоматическом управлении и регулировании вообще не упоминается. Теория автоматического управления считалась вотчиной технических наук. Когда этот вопрос появился в повестке совместных обсуждений инженеров и специалистов, исследующих человеческую психику, многие забили тревогу.

Но умеющие предвидеть говорили: «Мы должны дерзать. Если бы люди не нашли в себе смелость превзойти Аристотеля, двадцатый век пришел бы только в календари».

— Аксель Иванович, — задала я Бергу пятый вопрос, — считаете ли вы возможным путь познания духовной жизни человека через познание автоматов?

— Мне, председателю Совета по кибернетике, мало самому верить в силу кибернетики, мало передавать эту веру будущим кибернетикам — надо быть постоянно начеку, чтобы не позволять этой вере перерасти в беспочвенную и потому опасную фантастику. Необходимо сохранять здравый смысл. Если на первом этапе развития кибернетики раздавались голоса, уверявшие, что она вообще ни к чему, то впоследствии возникли мнения, что кибернетика может все. Появились люди, перегибающие палку в другую сторону.

Говорят, Лаплас выдвинул в свое время дерзкий проект общения с марсианами: на равнинах Сибири он предлагал построить интенсивно светящуюся фигуру теоремы Пифагора — пусть марсиане узнают, что Землю населяют мыслящие существа! И тогда казалось главным построить достаточно большую фигуру. Лишь позже возникли запреты принципиального характера. А если обитатели некоторых других планет состоят из жидкости и обитают в жидкой среде? Ведь тогда у них своя геометрия, отличная от нашей, и «пифагоровы штаны» для них на все стороны, возможно, не равны.

И тем более никакими земными моделями невозможно имитировать их психику и эмоции.

Дискуссии о сверхроботах продолжают и сейчас вспыхивать по всему свету. Подвергаются переоценке, переосмысливанию такие понятия, как «мышление», «сознание», «чувства». Сравнивая человеческий организм и автомат, ученые легко находят аналогии понятиям «память», «мысль», но затрудняются обнаружить у машины что-либо похожее на чувства — машины вполне обходятся без них.

— Зачем же чувства даны человеку? — спрашивают они. — Это, несомненно, роскошь, излишки природы. Чувства любви, радости, печали — все то, что так осложняет нравственную и психическую жизнь человека, так нагружает нервную систему, — вовсе не обязательны, как показывает опыт автоматов. Можно создать машину, которая будет вилять хвостом, но не может быть машины, которая бы ощутила радость, была бы дружелюбной, инициативной, красивой, могла бы влюбляться. И тем не менее машина, обходясь без чувств и эмоций, может функционировать в области духовной.

— Ошибка! Заблуждение! — говорят другие. — Чувства — один из способов общения человека с окружающей средой, средство восстановления душевного равновесия, здоровья, то есть элементы автоматического регулирования в живой природе.

— А сознание?

— Сознание — это зеркало внешнего мира и внутреннего состояния организма. Это луч прожектора, скользящий по поверхности окружающего ландшафта и пронизывающий внутренний мир человека. Каждое субъективное переживание соответствует определенному состоянию организма, и прежде всего состоянию нервной системы.

— Красивые слова! Разве мы знаем пропорции, в которых мир отражается в этом зеркале? Ведь закономерности связи человека с внешним миром еще не известны, не описаны с помощью физических понятий!

— Неизвестны, — говорит Берг, — но это предмет изучения для кибернетики, и они будут известны. Сегодня — начало. Когда была построена первая железная дорога, ею мало кто пользовался, ее боялись.

Важны не абстрактные рассуждения, а очевидность. Связь же эмоций и физического состояния организма очевидна: эмоции влияют на работу желудка, на кровообращение, сосуды. Известно, что когда человек испытывает страх, у него расслабляются мышцы. Еще в 1925–1927 годах физиолог Р. Вагнер установил, что взаимосвязь скелетно-мускульной системы и нагрузок может быть однозначно описана физико-математическими методами. Известны и препараты, искусственно вызывающие определенные переживания: наркотики, алкоголь, лекарства.

Если следовать тезису кибернетики, то каждому физическому состоянию организма соответствует определенное, субъективное психическое состояние, и наоборот. Что же значит «соответствует»? — размышляет Берг. — И как учесть эти аналогии при изучении психических и мыслительных реакций человека с помощью автоматов? Может быть, это так же безнадежно, как и познание с помощью автоматов психики марсиан?

КОГДА ГАНС НАЙДЁТ ГРЕТХЕН

Рой таких вопросов, сомнений обрушивается на Берга, одолевает его в спорах с коллегами, наедине с самим собой. Он часами думает над проблемой, с которой никогда еще не сталкивался ни как моряк, ни как радиоинженер, — он размышляет над одной из самых драматичных и загадочных человеческих проблем — над тайной мышления.

«Совершенно очевидно, — записывает он в дневнике, — мышление нельзя отдифференцировать от понятий времени и пространства… Оно возникло и менялось во времени… Человек существует на Земле 1,5–2 миллиона лет, меняется сам, меняются формы, информационное содержание, эффективность его мышления. Доисторический человек мыслил иначе, чем мыслит человек теперь. А будущий человек станет мыслить иначе, чем сегодняшний… Мышление — это психический процесс, а все психические процессы — информационные процессы, материальными носителями которых являются физико-химические (а следовательно, и энергетические) процессы в нервных сетях человеческого организма, то есть физиологические процессы… Явная цепочка закономерностей и связей — узел физиологии, физики, химии, математики, психологии живого организма. Отсюда неожиданная мысль: психология — это наука об информационном содержании физиологических процессов в нервных сетях человеческого организма… Мышление свойственно только человеку — оно возникло как следствие потребностей человека. Человек когда-то начал мыслить, мыслит теперь и будет мыслить в будущем в соответствии со своими потребностями. Когда-то его занимало только приспособление к окружающей среде, основной заботой было выжить. По мере зарождения организованного общества его целью стало улучшение условий жизни, удовлетворение своих личных и общественных потребностей, то есть мышление всегда целенаправленно, нельзя говорить о мышлении вообще, беспредметно. Человек не начал бы мыслить, живи он в информационном вакууме. Человек-одиночка в общественном, информационном вакууме ни жить, ни мыслить не может. Он погибнет… Человек мыслит потому, что живет не только в гравитационном и электромагнитных полях, но и в информационном поле, материальным носителем которого является среда».

Как логическая неизбежность, у Берга складывается свое собственное определение мышления:

«Я думаю, мышление можно определить как целенаправленный психический информационный процесс, возникший в результате удовлетворения интеллектуальных, физических и общественных потребностей человека. Из этого определения вытекает неизбежность возникновения кибернетики. Современная проблема — мышление и кибернетика… Кибернетика появилась в результате непрерывно усложняющихся и возрастающих потребностей человека, она направлена на повышение эффективности человеческого труда, на более мудрое управление жизнью и деятельностью человеческого общества… По мере усложнения форм жизни и труда усложняются и процессы управления техническими системами, и человек нуждается (опять потребность!) в технических средствах повышения эффективности информационных процессов управления… Электронно-вычислительные машины, эти усилители умственных процессов, необходимы, неизбежны… Но это не соперники человека, и никогда ими стать не могут. У них нет потребностей, они мертвы. А мертвая материя не имеет потребностей: ни личных, ни семейных, ни общественных, ни наследственных, ни приобретенных. То есть, говоря о мыслительных свойствах машин, мы говорим о формальных свойствах мышления, а не о творческих, органических. Мы говорим лишь об имитации, о модели, об аналоге, о копии. Аналог, копия может быть сколь угодно близок оригиналу, но его потребностей иметь не может».

Так ученый подходит к комплексной задаче с общей позиции естественных и технических наук, с позиции кибернетики. И обсуждает свою точку зрения с психологами, педагогами. Спорит, сдается, побеждает. Что-то отметает, что-то добавляет. С одними убеждениями расстается охотно, от других отделывается с трудом. (Самое трудное для человека — расстаться с заблуждениями, укоренившимися в его психике.) Приветствует все замечания, вытекающие из свежего взгляда на вещи, отмахивается от рутинерства, упрямства, традиционности. Он убежден, что мышление, сознание — это тема кибернетических исследований, то есть совместного исследования физиков, математиков, биологов, химиков, радиоспециалистов, и чем шире и представительнее будет это сотрудничество, тем лучше. Только кибернетик, олицетворяющий в одном лице разных специалистов, способен рассматривать сознание как объективный процесс, который может быть выражен формулой, уравнением, числом, моделью.

И опять Берг в выигрышном положении: он в состоянии интерпретировать процесс поступления в сознание сигналов из окружающего мира на языке радиотехники. А радиотехника научилась определять количественную сторону этого процесса, оперировать понятием потока информации, которая передается по телефонным проводам, по воздуху, по самым различным каналам связи (а почему бы и не по нервным сетям?). С помощью биологов удалось определить, что количество информации, которое нервная сеть способна подать в мозг, составляет примерно 1 бит за 1/16 секунды (как 1 час — единица измерения времени, 1 килограмм — единица веса, так 1 бит — единица измерения информации). И эта порция информации задерживается в сознании примерно 10 секунд, то есть человек воспринимает 16 бит в секунду, и одновременно в его сознании удерживается 160 бит информации.

Когда предположение приобретает осязаемую форму в виде количественной оценки, для ученого не остается сомнения в физической сущности явления. Значит, действительно каждое переживание соответствует вполне определенному, описываемому формулами состоянию организма. А ведь воздействием на организм можно «включать» и «отключать» сознание, искусственно «начинять» информацией. (Разве не иллюстрируют это галлюцинации при употреблении наркотиков, вина, тяжелые сны после обильного ужина, необычно активная работа мысли при переутомлении, возможность обучения во сне, возбуждение определенных форм поведения через электроды, вводимые в мозг?) А если понять механизм работы сознания, путь поступления в него информации, если найдена количественная сторона процесса, — значит, возможна имитация этого процесса, значит, можно создать модель явления, то есть в данном случае сознания. Таким образом, утверждение, что автомат можно снабдить подобием сознания, для Берга вполне реально. Он убежден: электронно- вычислительную машину можно снабдить искусственным сознанием.

Конечно, интересно создать такое «сознание», но стоимость эксперимента не окупила бы сомнений.

Так, здравый смысл, говоря языком кибернетики, помогает автоматически регулировать научный поиск, создать объективность научной атмосферы вокруг проблемы. Думать, что автоматы настолько перещеголяют своих создателей, что сравняются интеллектом с мифическими небожителями, — значит перегнуть палку, перерегулировать процесс поиска истины. Считать, что психические, духовные процессы вообще недоступны физическому и математическому анализу, имитации с помощью моделей, — «недогнуть палку», поставить тормоз развитию мысли.

Берг с самого начала настаивал на незыблемости исходной позиции кибернетики: общности процессов передачи информации в живой и неживой природе.

Конечно, пути, по которым информация проникает в «плоть и кровь» человека, сложнее, чем каналы связи, знакомые технике. Это и наследственная информация, передаваемая детям через гены. Это и многообразная слуховая, зрительная и тому подобная информация из внешнего мира. И та, с помощью которой люди общаются между собой. И каждый «сорт» информации до сих пор не описан строго, генетическая информация только выходит из полосы дискуссионных бурь. Но это неважно. Важно другое. Когда выявлены первые количественные закономерности, связывающие сознание и внешний мир, сознание и внутренний мир человека, отпадает необходимость призывать на помощь «некий дух», который якобы таинственным образом управляет психической жизнью людей, их наклонностями, эстетическими категориями и прочими проявлениями духовной жизни. Наука доказала религии: хоть интеллектуальную жизнь по-прежнему мы называем духовной, это лишь дань прежним заблуждениям. Духовные процессы начинают усилиями кибернетиков получать не только качественное, но и количественное измерение, и ни о какой власти «духа» не может больше возникнуть речь.

Даже дозу художественной информации, которая дает эстетическое наслаждение, можно вычислить для каждого индивидуума. Эксперименты подтверждают эту мысль. Некоторые ученые считают, что удовольствие может доставить только та звуковая информация, поток которой не превышает 16 бит в секунду. Если он больше, человек-»приемник» отключается, мощный поток его слишком перегружает. Если поток меньше, «приемник» простаивает: сознание заполняет паузы посторонними мыслями, наблюдениями. Мы говорим: «Эта музыка скучна».

Данные такого эксперимента бесценны для науки. Богатая информация, на основании которой ученые делают важные выводы, заполняет пробелы в логическом строе научных предположений, гипотез. Вот пример, когда оценка информации помогла найти объяснение факту, недоступному историческому анализу. Именно недостатком информации, которую вкладывали древние греки в свои музыкальные произведения, объясняют упадок древнегреческой музыки. Когда инструментальная музыка пришла на смену многоголосому пению, она оказалась для любителей пения слишком бедной в информационном отношении.

Кибернетики приступили к исследованиям в области рациональной теории эстетической информации. В будущем это должно привести к разработке точной научной теории художественного творчества, которая сможет объяснить, почему то, что одному кажется красивым, другому видится некрасивым, одному приятным, другому неприятным. Может быть, наука подведет теоретическую базу под красноречивую поговорку: «Каждый Ганс находит свою Гретхен»?

— И, наконец, последний вопрос, Аксель Иванович: каким видится будущее кибернетики?

— Сегодня каждому очевидно, что наука превратилась в непосредственную производительную силу. Она в существенной мере определяет темпы технического прогресса. Кибернетика помогает увеличить эффективность общественного производства. Пример — автоматизированные системы управления (АСУ). Они уже применяются на многих предприятиях и в некоторых производственных объединениях.

АСУ выполняют функции учета и контроля за ходом производства, за движением деталей и полуфабрикатов. Большинство операций такого рода, ранее требовавших труда многих людей, теперь выполняет электронная машина. Она же производит первоначальный анализ поступающей информации, быстро обеспечивая руководителей исходными данными для принятия решений. Ряд вопросов машина может решать сама, сообщая людям о том, что следует предпринять в данный момент.

АСУ устанавливает ритмичный ход производства, уменьшает запасы на складах и в промежуточных кладовых, предотвращает простои, освобождает людей от непроизводительного труда.

Кибернетика повышает эффективность транспорта. Электронные вычислительные машины применяются для составления расписания поездов, сочетающего максимальную нагрузку пути с полной безопасностью движения. Автоматизированные системы применяются для продажи железнодорожных и авиационных билетов. Они ликвидируют очереди в кассах и пустые места в вагонах поездов и салонах самолетов.

Кибернетика приходит на поля, включаясь в управление оросительными системами, в разработку оптимальных севооборотов, в рациональное распределение наличного запаса удобрений, помогая селекционерам в их кропотливой, трудоемкой работе.

Кибернетика — помощник врача при установлении диагноза заболеваний, в выборе метода лечения, она создает автоматизированные системы контроля за состоянием больного, облегчая нелегкий труд санитаров и обеспечивая своевременное вмешательство при первых признаках ухудшения состояния больного, признаках, порой ускользающих не только от пациента и медсестры, но и от дежурного врача.

Кибернетика верно служит героям-космонавтам, без нее невозможны автоматические системы телевизионных, метеорологических и других спутников и космических лабораторий, направляемых в длительные полеты к Венере и Марсу.

Наконец, кибернетика стала оружием солдата и матроса, генерала и адмирала, охраняющих рубежи нашей Родины.

Кибернетика уже достигла многого, но еще большее впереди. Автоматические системы со временем охватят все народное хозяйство, неизмеримо увеличивая его эффективность.

Кибернетика изменит систему обучения, позволяя людям быстрее овладевать знаниями, раньше включаться в производительную творческую работу, овладевать новыми сложными специальностями.

Кибернетика увеличит темп развития самой науки, открывая новые возможности химии, биологии, физике и другим конкретным дисциплинам, ускорит разработку новых машин и механизмов, новых производственных процессов.

Так кибернетика — непосредственно и через ускорение развития других областей науки и техники — приведет к новой технической революции, к бурному росту общественного продукта, к повышению уровня жизни людей.

Интервью было напечатано в журнале «Знамя», № 12 за 1971 год.

Глава 3.

Прохоров и Басов — как родились лазеры.

Когда физики в цене

Четверо пассажиров приземлились в аэропорту Стокгольма на два часа раньше, чем предполагалось. Их никто не встречал. Никто! Хотя предшественники предсказывали им торжественную, даже бурную встречу.

Прибывшие не огорчились — путешественник всегда подвластен воле случая. Особенно если, экономя время, он прибегает к услугам авиации.

Стюардесса проводила их в небольшую уединенную комнату и, забрав паспорта, предложила располагаться и отдыхать.

Минут через пятнадцать дверь резко отворилась, в комнату ворвался задыхающийся мужчина и со словами: «Я первый!» — свалился в кресло.

Несколько секунд он тяжело дышал, не произнося ни слова, потом встал, поздоровался и вынул репортерскую карточку.

- Разрешите задать вам два вопроса, — сказал он. — Во-первых, бывали ли вы раньше в Швеции? Во-вторых, на что вы потратите деньги?

Приезжие переглянулись. Один из них ответил:

- В Швеции мы не бывали. Что же касается денег, это не проблема. Ведь с нами жены.

Второй кивнул головой в знак согласия.

Репортер быстро записал ответы, щелкнул несколько раз фотоаппаратом, поблагодарил и исчез.

Вскоре возвратилась стюардесса, торжественно неся четыре паспорта и букет цветов.

- Все в порядке, — сказала она с очаровательной улыбкой, — вы можете ехать в Гранд-отель.

Получение багажа заняло немного времени. Приезжие сели в такси и покинули аэропорт. Пожалуй, они были даже довольны, что их никто не встречал. Торжественные встречи всегда утомительны.

Города имеют нечто общее с людьми. Каждый, кроме, может быть, маленьких американских городов, отмечен своими индивидуальными чертами. Это, конечно, не исключает и сходства. Стокгольм расположен на островах и обоих берегах пролива, соединяющего озеро Меларен с заливом Сальтшен. Это сообщает ему некоторое сходство с Ленинградом и Венецией. Скорее с Ленинградом, решили приезжие, с Ленинградом его роднит Балтийское море и северное небо. Правда, скалистые берега придают суровое своеобразие облику этого города и отличают его от расположенного на низменных островах Ленинграда.

Дорога промелькнула быстро, и вот перед ними выросло величественное старинное здание. Гранд-отель! В холле их уже ждало несколько представительного вида господ. Последовали приветствия, вопросы и, наконец, пожелания спокойного отдыха.

Но отдохнуть не пришлось. Телефонный звонок, и уже через полчаса на них обрушилась первая пресс-конференция.

— Дамы и господа, — представил приезжих посол, — перед вами прибывшие в Стокгольм для получения Нобелевской премии советские ученые, члены-корреспонденты Академии наук Советского Союза профессор Александр Михайлович Прохоров (Прохоров слегка наклонил голову — очень высокий, худощавый, — осветил зал веселой, немного озорной улыбкой), профессор Николай Геннадиевич Басов (тот тоже был не малого роста, но более массивного сложения, над стеклами очков поднимался высокий лоб, он радушно улыбнулся, как будто перед ним была не толпа репортеров, а несколько пришедших в гости друзей). С ними их жены — Галина Алексеевна Прохорова и Ксения Тихоновна Басова. Они готовы ответить на ваши вопросы.

От традиционных: «Бывали ли вы раньше в Швеции? Как вам понравился Стокгольм?» — перешли к вопросам о научных планах новых лауреатов, о том, как они оценивают перспективы квантовой электроники. Но репортеров это не удовлетворило.

Они искали «изюминку». И кто-то из них обратился к Басовой: понимает ли она что-нибудь в работе мужа?

Молодая темноволосая женщина с высокой прической, медленно поднимаясь, казалось, старалась выиграть время. Но в следующее мгновение она обвела присутствующих живыми блестящими глазами и, слегка усмехнувшись, сказала:

— Это нелегкий вопрос. Дело в том, что мой муж шел по моим стопам. Зал замер. Затихли даже кинокамеры.

— Я физик. Будучи студенткой, в своей дипломной работе я изучала молекулярные пучки. И вот мой муж вместе с профессором Прохоровым создал квантовый генератор, в котором основную роль играет молекулярный пучок.

Все дружно рассмеялись и зааплодировали. Видавшие виды журналисты оценили ее находчивость.

- А потом? — раздались голоса.

- Затем я приступила к исследованию полупроводников. И что же? Мой муж предложил использовать полупроводники для создания лазеров и вскоре построил различные типы полупроводниковых лазеров. Судите сами!

- Значит, часть Нобелевской премии по праву принадлежит вам! — в тон ей заметил кто-то из зала.

Репортеры были в восторге. Они получили свою порцию «изюма». Но Прохорову это не избавило от такого вопроса. Галина Алексеевна призналась, что ее бедняге мужу оставалось рассчитывать только на свои силы; она, увы, географ и не могла оказать ему столь существенной поддержки. Зато их сын Кирилл догоняет отца во всех отношениях — он такого же роста и изучает физику в Московском университете.

Вечер закончился в теплом кругу сотрудников советского посольства и их семей. Гости рассказывали последние московские новости. Хозяева знакомили их с предстоящей церемонией.

Здесь было с чем знакомить. Ритуал вручения Нобелевских премий, имеющий более чем 60-летнюю историю, оброс бахромой деталей, которыми пренебречь невозможно. Вручение происходит ежегодно 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля, шведского ученого-химика и предпринимателя, известного тем, что он изобрел динамит, провел детство в России, владел русским языком так же хорошо, как шведским, немецким, французским и английским. Но широкую популярность Нобель приобрел только посмертно. Он завещал 31 миллион крон на выдачу премий за лучшие работы в области физики, химии, физиологии, медицины и литературы, и теперь миллионы людей обсуждают очередное вручение его премий. Церемония с годами превратилась в десятидневный праздник, веселый, остроумный, но движимый жесткими традициями и строгой режиссурой. В нем принимают участие Академия наук и королевский двор, студенты и вся столица. Заранее заготовленное расписание не оставляет нобелевским лауреатам ни секунды свободной. Их время, одежда, место за столами бесконечных банкетов — все рассчитано заранее до миллиметра, до крапинки на галстуке. Тут не допускается ни грана импровизации и самодеятельности.

Для приезжих многое в этом ритуале не имеет значения и выглядит как чудачество гостеприимных хозяев, однако для шведских участников торжеств все исполнено важного и многозначительного смысла. Как близко к королю и королеве их посадят в этом году, кто будет их соседями по столу и партнерами в танцах, — это для стокгольмского общества слишком существенно, чтобы превратиться в шутку.

Первой задачей лауреатов, и задачей, как оказалось, нелегкой, учитывая рост Прохорова, было достать напрокат фраки. Профессор Таунс, американец, разделивший с Басовым и Прохоровым премию и хлопоты по обзаведению фраками, как человек, более натренированный по части светских условностей, взял напрокат даже цилиндр, надев его один-единственный раз — по пути от гостиницы до автомобиля и от автомобиля до Концерт-хауза, в котором происходило вручение премий. Меланхоличный и чопорный на вид, но остроумный и непосредственный по натуре, Таунс в этом преувеличении традиций дал выход своему юмору. И вот наступило 10 декабря 1964 года.

В переполненный зал роскошного Концерт-хауза под звуки фанфар входит высокий, статный старик — король Швеции. Затем фанфары приветствуют лауреатов. Их торжественно сопровождают выдающиеся шведские ученые. Басов, Прохоров и Таунс идут тем же путем, которым шли здесь Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и другие замечательные физики нашего времени. Пожалуй, список нобелевских лауреатов может служить неплохим пособием для изучения истории физики нашего века!

Наконец все успокаиваются. Дамы перестают шуршать своими вечерними туалетами. Перестают шептаться даже жемчуга и бриллианты в первых рядах партера. Председатель Нобелевского комитета, сам нобелевский лауреат, профессор Арне Тиселиус, поднимается на трибуну.

— Комитету по Нобелевским премиям, — начинает он свою речь, — часто приходится получать письма от неизвестных в мире науки лиц, как из Швеции, так из-за рубежа. Многими из подобных посланий, конечно, можно пренебречь. Некоторые из них исходят от людей, попросту не совсем нормальных. Одни пишут с целью рекомендовать на Нобелевскую премию самих себя, другие — своих друзей. Мне вспоминается случай, когда автор одного из писем просил присудить ему Нобелевскую премию в связи с открытым им лекарством против рака. Однако никаких подробных данных о лекарстве и его действии он сообщить не пожелал. Ни в коем случае до получения премии! В других письмах среди прочих достоинств кандидата рекомендующие особо подчеркивают его человеческие добродетели. «Вы бы только взглянули, какая трогательная картина, когда он и его внуки играют в саду!» — добродетель, которую Комитет по Нобелевским премиям никак не может принять во внимание.

Увы, эта шутка была единственным, что мог усвоить каждый присутствующий из всех произнесенных в этот вечер речей. Важные ученые, выступившие вслед за председателем, вовсю пользовались правом говорить о своей науке непонятно.

Лауреаты, сидевшие лицом к залу, видели, как с достоинством скучала старая королева, на которую уже наложила печать неизлечимая болезнь; как томились ее фрейлины, для которых доклад, произнесенный на родном шведском языке, был не более понятен, чем средневековая латынь; как переглядывались чуть ли не полтора десятка родственников, прихваченных с собой англичанкой Дороти Ходжкин, третьей женщиной, получившей после Мари и Ирэн Кюри Нобелевскую премию.

Когда кончились речи, все вздохнули с облегчением и три лауреата-физика один за другим подошли к Адольфу VI.

Король обратился к Басову, Прохорову и Таунсу с кратким приветствием и с доброй улыбкой вручил им диплом и медаль лауреатов Нобелевской премии. Интересно, понимал ли он, за что все-таки вручал эти 50 000 долларов? Может быть, и понимал, ведь это необыкновенный король, король-профессор, совмещающий свои королевские обязанности с научной работой (каждый год он берет трехмесячный отпуск для участия в археологических раскопках!).

Пожалуй, профессор Эдлен, который докладывал об открытии Басова, Прохорова и Таунса, допустил ошибку, произнеся сугубо научную речь. Наверно, лучше было бы дать присутствующим почитать фантастический роман Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина», но разъяснить при этом, что действительность превзошла фантазию — мощный световой луч не только получен, но, вместо того чтобы разрушать заводы и дома, убивать и калечить, он лечит людей, помогает в тончайших операциях, обрабатывает детали, отсчитывает самое точное время, исследует планеты, управляет космическими кораблями. Что лучи смерти по-прежнему и навсегда останутся мифом. Это обещают физики, которые держат их в своих руках. Они дарят людям созидающие лучи.

Но ученые остаются учеными, и речь профессора Эдлена оказалась понятной лишь немногим его коллегам. А почему бы ему в нарушение традиций не рассказать о том, как возникло творческое содружество Басова и Прохорова, что они за люди? Вместо всяких мудреных терминов вроде «микровайв эмплификэйшн бай стимулейтед эммишен оф рэдиэйшен», что частично описывает суть изобретения лауреатов Нобелевской премии, он мог бы начать свою речь, скажем, так:

— Ваше величество, ваши королевские высочества, уважаемые дамы и господа!

Физики ныне в цене. Цена на них подскочила сразу после войны. В Москве распределение выпускников-физиков в те годы напоминало нечто среднее между тетеревиным током и рыцарским турниром. Соперники — представители исследовательских институтов и конструкторских бюро — сражались за каждого выпускника. Говорят, что однажды и Прохоров томился в коридоре МИФИ (Московского инженерно-физического института), у дверей, за которыми решалась судьба его дипломника Басова, и соображал, как бы заполучить его на работу к себе в лабораторию. Прошу прощения, я слышу вопрос: «Почему томился Прохоров? Почему ему так хотелось взять Басова к себе на работу?» Ну, во-первых, они подружились, разница в возрасте дипломника и руководителя была невелика, во-вторых, у них уже возникли общие идеи и, в-третьих, их объединяло и фронтовое прошлое. Прохоров прошел войну разведчиком (хотя я и не понимаю, как ему это удалось при его росте!), а когда вернулся и защитил кандидатскую диссертацию, начал работать на ускорителе заряженных частиц — синхротроне, незадолго до этого изобретенном академиком Векслером и построенном в Физическом институте АН СССР, или попросту ФИАНе.

Тут к нему и присоединился студент-фронтовик Басов. Кстати, Басов на фронте был фельдшером, так что, друзья, он одновременно доктор физики и фельдшер медицины. После войны он поступил в МИФИ и свою дипломную работу выполнял у Прохорова в ФИАНе на уже известном вам синхротроне.

И вот, когда Прохоров нервно разрабатывал один план боевой операции за другим, ему пришла в голову гениальная идея. Говорят, и я думаю, этому можно верить, он додумался обменять Басова на синхротрон! Решил подарить МИФИ синхротрон, надеясь, что МИФИ подарит ему Басова.

Милая фрейлина в четвертом ряду, не падайте в обморок, мистер Прохоров не разорился. Ему даже не пришлось тратить деньги на этот подарок. Просто он уговорил дирекцию ФИАНа отдать синхротрон. Пускай владеют им студенты. Конечно, может быть, это легенда, но факт остается фактом: Басов остался работать в ФИАНе, синхротрон переехал, правда, не в МИФИ, а в МГУ. И если перефразировать известное изречение «Париж стоит мессы», то Басов стоил синхротрона. В результате учитель и ученик сделали величайшее открытие, а ФИАН получил сразу двух лауреатов Нобелевской премии. Кстати, ФИАН ухитряется поставлять лауреатов пачками, вспомните Тамма, Франка и Черенкова, которых мы также недавно здесь приветствовали…

Ничего подобного уважаемый профессор, конечно, не говорил. Мне это просто почудилось, когда Александр Михайлович и Николай Геннадиевич рассказывали мне по приезде из Стокгольма о нобелевских торжествах, о юбилейных речах, произнесенных там. И я подумала: что же может извлечь из этих речей простой смертный, что узнает он о действительно замечательном открытии, о приборах, которые мы называем странными именами — лазеры и мазеры? И поняла, что шведская столица, чествуя от всей души советских физиков Басова и Прохорова, право же, не узнала, с какими замечательными людьми она познакомилась. Не больше, по-видимому, узнали шведы и о личности Таунса.

А ведь что может быть увлекательнее, чем судьбы выдающихся людей и незаурядных идей, чем история замысла и созревания мысли, предчувствие открытия? На какой почве укрепились корни открытия, корни таланта его авторов, и, наконец, что же такое сами мазеры-лазеры, чем обогатили они человечество, чем привлекли такое острое внимание (не такое оно падкое на сенсации в двадцатый век, человечество!)?

Тогда-то у меня и возникло решение написать книгу о том, что узнала я о вновь рожденной науке от Александра Михайловича и Николая Геннадиевича, услышала от их сотрудников и друзей, что увидела в их лабораториях. Я знаю, это будет нелегкое чтение — это не роман о любви, не рассказ о путешествиях. А впрочем, может, и о путешествиях… «Наше проникновение в мир атомов, до сих пор скрытый от глаз человека, несомненно, является смелым предприятием, которое можно сравнить с великими, полными открытий кругосветными путешествиями и дерзкими исследованиями астрономов, проникших в глубины мирового пространства», — сказал выдающийся физик Нильс Бор.

Мы с вами предпримем путешествие к ничем пока не оправдавшим себя гипотезам и совершенным, как окружности, теориям, в глубь овеществленных идей — в сердце «живых» приборов с их прозой (с точки зрения одних) и с их поэзией (в чем убеждены другие).

Мы не будем долго задерживаться на описаниях характера ученых, их внешности, обстоятельствах жизни. В истории открытий, думается, они не играют решающей роли. Правда, французский ученый Блез Паскаль утверждал, что «будь нос Клеопатры короче, переменился бы весь облик Земли». Вряд ли. Мне кажется, самое главное — это ход мысли ученого. Стиль его разума так же неповторим, как манера письма художника, как особенность воображения композитора. Своеобразие почерка, острота интуиции, необычная логика мысли — вот что приводит к открытиям, что действительно меняет облик окружающего нас мира.

Корни

Представьте себе диаграмму, изображающую прогресс человечества. Она начинается в неведомые доисторические времена с изготовления примитивных орудий, освоения огня, приручения животных, земледелия. Каждый из этих важнейших этапов развития человека отмечен на диаграмме маленькой ступенькой. Кривая, составленная из ступеней и пологих участков, изображающих те периоды в истории, когда не происходило ничего существенного, медленно поднимается вверх.

С изобретением письменности и календаря пять- шесть тысяч лет назад прогресс заметно ускорился. Крутой подъем античного периода сменяется унылым равнинным прочерком средневековья, а за ним новым взлетом — эпоха Возрождения. Кривая идет вверх все круче и круче, и, глядя на нее, невольно вспоминаешь Ильфа и Петрова. Помните? У них, правда, по другому поводу, сказано:

«… нарастание… напоминало рукопись композитора Франца Листа, где на первой странице указано играть «быстро», на второй — «очень быстро», на третьей — «гораздо быстрее», на четвертой — «быстро, как только возможно» и все-таки на пятой — «еще быстрее!».

Разница состоит лишь в том, что прогресс человечества не может, как Рапсодия Листа, иметь конца и, если не наступит какой-либо катастрофы, на каждой следующей странице будет указано: «Еще, еще, еще быстрее!» И для того чтобы диаграмма была доступна обозрению, ее придется изображать, как говорят ученые, в логарифмическом масштабе, который сжимает изображение по мере того, как растет оригинал. И если теперь кривая покажется нам гладкой, то в этом виноват масштаб. Подойдем ближе, и мы увидим, что она по-прежнему состоит из отдельных ступеней, соединенных более пологими участками. И каждая ступенька соответствует отдельному крупному открытию или изобретению.

Но если взглянуть на диаграмму сквозь увеличительное стекло, то и пологие участки окажутся испещренными многочисленными маленькими пиками, ибо в наше время каждый день отмечен сотнями изобретений и законченных научных работ.

Законченная работа! Как много стоит за этими двумя словами! Кто может передать все напряжение, в котором находились ее авторы? Как определить, что послужило первым толчком к ее началу? Почему за нее взялся именно этот человек или эти люди?

Как далеко можно проследить цепь причин? Какая доля заслуг принадлежит предшественникам, учителям, наконец, родителям? Да и следует ли пробовать разобраться в родословном древе отдельного открытия, в котором величественная крона последствий столь же интересна, как и незримое переплетение корней?

Я думаю, следует. Хотя пути успеха и тупики неудач каждой отдельной работы обычно индивидуальны, из них, особенно из неудач, можно извлечь много поучительного.

Начнем нашу историю с 1939 года, когда в Физическом институте Академии наук СССР, который помещался в то время на Третьей Миусской улице Москвы, появился выпускник Ленинградского университета Саша Прохоров. Он хотел заниматься радиофизикой и включился в исследования распространения радиоволн, которые проводились под руководством ученых-друзей — Леонида Исааковича Мандельштама и Николая Дмитриевича Папалекси.

Мандельштам и Папалекси — это целая эпоха в науке. Это и замечательная школа. А в науке имя учителя, время и место рождения зачастую оказывают на судьбу таланта не меньшее влияние, чем в искусстве. Вряд ли из городка, где никто не играет в шахматы, выйдет шахматный гроссмейстер. Пианисты школы Игумнова, скрипачи школы Столярского — это пароль для музыкантов во всем мире. Когда Ойстрах еще не был Ойстрахом, он уже был учеником Столярского. Вы слышите: «Он — ученик Нейгауза», или: «Он — ученик Ямпольского»; и, узнав, из какого гнезда вылетел птенец, вы понимаете, чего можно от него ждать, каков стиль его игры, насколько глубоко его искусство, сколь совершенна его техника.

В той же мере это относится к научным школам. Физик из Геттингена, Кембриджа или из Копенгагена — такая рекомендация в первой четверти нашего века открывала ученым двери любой лаборатории мира. И вероятно, надо с особой скрупулезкостью искать, чтобы обнаружить случай, когда такая рекомендация себя не оправдала. Этого почти не бывает. Люди большого интеллекта имеют особый дар, помогающий им развить в учениках все редкие качества ума и таланта, и особый «нюх» на одаренность, незаурядность, яркую индивидуальность. Это будет цениться во все времена и во всех странах, пока живут здравый смысл и благородство человечества.

И Ландау не нужно было писать длинные рецензии на работы своих учеников. Ему достаточно было начертать: «Одобряю. Ландау» — и все понимали, что к чему.

Ученики Тамма, ученики Иоффе, нужно ли к этому что-либо прибавлять, если каждый, кто читает газеты, кто слушает радио, почти ежедневно слышит об открытиях, сделанных советскими учеными, принадлежащими к этим школам. О них пишутся и будут писаться книги. И каждая расскажет о целой плеяде физиков с особым почерком и хваткой, о целой охапке проблем, которые удалось решить с только им присущим блеском и остроумием.

Но сегодня мы начали разговор о школе Мандельштама и Папалекси, той школе советских физиков, к которой имеет счастье причислить себя один из героев нашей книги — Прохоров.

Ученик Мандельштама и Папалекси — это уже давно звучит так же громко, как в будущем, мы надеемся, будет звучать звание «ученик Прохорова». Во всяком случае, Басов — блестящее тому начало. Но рассказ о нем еще впереди.

Вернемся, однако, к началу нашего века, или, вернее, к самому концу прошлого.

Леониду Мандельштаму исполнилось 16 лет, когда весь мир облетела сенсационная новость об удивительных опытах русского ученого Александра Степановича Попова. Подросток решил стать ученым. И, окончив гимназию, Мандельштам поступает на физико-математический факультет Новороссийского университета.

Он был горячим, увлекающимся юношей. И конечно, принял самое активное участие в студенческом революционном движении. И был исключен без права поступления. Пришлось доучиваться за границей. Он поступил в Страсбургский университет. Здесь неизгладимое впечатление от изобретения Попова подкрепилось тем увлечением, с которым его учитель профессор Браун занимался усовершенствованием радиотелеграфии.

Не удивительно, что Леонид Исаакович полностью погрузился в эту новую область науки и после окончания университета посвятил себя теоретическим исследованиям радиоприемных и радиопередающих устройств. Он участвовал в первых опытах по передаче радиоволн на большие расстояния на Балтике, а тогда рекордным расстоянием было 150 километров!

Вскоре он делает свое первое изобретение в области радио — то была так называемая «слабая связь» (особая связь антенны с приемником), которая и те? перь широко применяется в радиотехнике. Это изобретение ознаменовало собой целый этап в истории развития радиосвязи и сделало имя Мандельштама широко известным среди радиоспециалистов.

А затем- Леонид Исаакович в самое короткое время выполняет целый ряд сложных исследований в области электромагнитных колебаний применительно к радиотехническим устройствам и в 1902 году, в возрасте 23 лет, защищает диссертацию и получает степень доктора натуральной философии Страсбургского университета.

Постепенно от электромагнитных колебаний и волн в свободном пространстве Мандельштам переходит к изучению взаимодействий между полями и веществом, к исследованию прохождения света через различные среды, что через четверть века привело его и академика Г. С. Ландсберга к величайшему открытию, открытию комбинационного рассеяния света. Можно представить, какого экспериментального искусства они достигли и сколь глубока была их интуиция, если им удалось заметить, конечно, не глазом, а удивительно тонко сконструированными приборами, что вещество ухитряется поставить свое «клеймо» на проходящий сквозь него луч света.

И оказалось, что у каждого вещества своя метка, свой росчерк пера! Мандельштам и Ландсберг создали целую науку, позволяющую расшифровывать эти письмена, и дали промышленности способ тонкого анализа самых сложных смесей, который теперь применяется на заводах и в лабораториях всего мира.

В этой работе четко проявился почерк Мандельштама — идти от глубокой теории к промышленному прибору, и эту черту он прививал своим ученикам, а его ученики своим, и только на такой почве смогли появиться впоследствии удивительные приборы — лазеры и мазеры, рожденные из синтеза сложнейшей теории и искуснейшего эксперимента.

Возможно, именно эта особенность Мандельштама и стала залогом дружбы с другим ученым такого же диапазона, Николаем Дмитриевичем Папалекси. Они были ровесниками (Мандельштам родился в 1879 году, Папалекси — в 1880 году). Оба увлекались радиотехникой. Подружились еще на студенческой скамье в Страсбурге. И их жизнь и работа так переплелись, что посмертное собрание сочинений Мандельштама в существенной части состояло из совместных работ с Папалекси. Зато впоследствии составители собрания трудов Николая Дмитриевича были в затруднении. Им нужно было либо почти полностью повторить уже проделанную работу, либо том самостоятельных работ Папалекси считать продолжением пяти совместных. Эти замечательные люди дружили и работали вместе 30 лет и, начав с элементарных опытов по передаче радиоволн, прошли с наукой о колебаниях до современной радиофизики. Это один из редких примеров того, как судьба ученых и созданная ими наука переплелись и корнями и ветвями.

Замечательные человеческие качества Мандельштама и Папалекси были примером их ученикам.

Николай Дмитриевич, зная, как трудно Мандельштаму отрываться от захватившей его идеи, от теоретических исследований, брал на себя всю тяжесть внедрения их совместных работ в жизнь. И дело было не в особой склонности Николая Дмитриевича к практическим делам. Просто он видел, рассказывает их ученик Сергей Михайлович Рытов, что эта часть деятельности непосильна для Мандельштама. И из чувства глубокой привязанности к другу он старался разгружать Мандельштама от дел, которые были тому в тягость.

— Папалекси органически не мог оставлять работу незаконченной и чувствовал себя обязанным довести ее до завершения, — вспоминает Рытов. — Ощущение же завершенности возникало у него лишь тогда, когда плодом теории и эксперимента являлось не только выяснение вопроса, но и практическое применение открытия, непосредственный выход в технику. И безусловно, благодаря этой черте Папалекси, их научное сотрудничество с Мандельштамом привело к таким выдающимся практическим результатам.

Конечно, все это отрывало Николая Дмитриевича от лабораторной работы и требовало много сил. Особенно тяжелым был период, когда оба в самом начале первой мировой войны вернулись на родину и на почти пустом месте создавали отечественную радиопромышленность. Необходимо было организовать радиосвязь с союзниками. Но без радиоаппаратуры сделать это было невозможно, а электронных ламп в России еще не было. Папалекси дневал и ночевал на заводе, и вскоре появились «лампы Папалекси», предвестники отечественной радиоэлектроники. На этих первых лампах были смонтированы усилители и генераторы, а из них созданы пеленгаторные установки и связные радиостанции. А потом под руководством Папалекси были разработаны первые радиоприемники для армейской и морской авиации, для подводного флота. Николай Дмитриевич сам проводил испытания на подводных лодках и летал с аппаратурой на самолетах. Много дней и ночей на заводах, месяцами в дальних экспедициях и вместе с тем — чтение лекций и большая теоретическая и экспериментальная работа.

И дело было совсем не в таком уж железном здоровье. Сила и выносливость отнюдь не достались ему от рождения. Наоборот, в детстве здоровье его было слабым, он часто болел, и лечение не приводило к радикальному улучшению, пока, наконец, он сам не взялся за это дело. Он начал систематически заниматься спортом и однажды даже принял участие в происходящих в Харькове велосипедных гонках.

Но непомерная нагрузка и трудности первых лет революции снова подорвали здоровье Николая Дмитриевича. В двадцатых годах врач, лечивший его от последствий недоедания и от туберкулеза желез, предсказал ему лишь месяц жизни. Но он выжил и снова воспитал в себе замечательную выносливость, поражавшую во время экспедиций и испытаний его более молодых сотрудников.

— Папалекси был прекрасным спортсменом, — рассказывает Рытов, — альпинистом, конькобежцем, велосипедистом, любителем лыж.

Все это помогало Папалекси нести на своих плечах почти все бремя практических завершений совместных работ. Но была и еще одна причина, из-за которой Николай Дмитриевич старался освободить для Мандельштама больше времени. Леонид Исаакович обладал одним незаурядным талантом. Он был превосходным учителем. Он умел учить мыслить. А что может быть более ценным, чем этот дар? Счастлив тот, кому удается встретить в жизни настоящего учителя — в школе, в университете, просто на жизненном пути.

— Преподавание было для Леонида Исааковича существенной и неотъемлемой частью его научного творчества, — вспоминал Папалекси. — У него не было границы между исследованием и преподаванием. Хотя со свойственной ему скромностью он никогда не ставил целью излагать в лекциях содержание собственных работ, его преподавание было насыщено теми идеями и вопросами, которые лежали в основе его исследований. Лекции Леонида Исааковича были яркой и откровенной демонстрацией глубокого процесса физического мышления. В них было видно, как физик спотыкается о трудности, как на его пути накапливаются парадоксы и противоречия и как ему удается — иногда ценой умственного подвига, отказа от самых укоренившихся в человеческом мышлении привычек — высвободиться из противоречий и подняться на недосягаемую ранее высоту, откуда открываются новые горизонты.

Ни одна деталь в лекциях Мандельштама не была пресной, безжизненной, в каждом вопросе он умел находить и показать аудитории его особую остроту и прелесть. Он не только принуждал посредством безупречной логики соглашаться со своими утверждениями, но старался найти общий язык со слушателями, убедить их «изнутри», устранить те трудно формулируемые психологические протесты, которые в физике так часто мешают пониманию. Все это вместе взятое создавало какую-то необыкновенную эмоциональную насыщенность, благодаря которой все услышанное от Леонида Исааковича доходило до самых глубин сознания.

Прослушав однажды доклад Мандельштама о радиоинтерферометрии, доклад на сугубо специальную тему, восхищенный академик А.Е. Ферсман передал свои впечатления одним словом: поэма!

Вот какую школу прошли ученики и сотрудники Мандельштама и Папалекси, сами ставшие со временем академиками: А. А. Андронов, Г. С. Ландсберг, М. А. Леонтович, И. Е. Тамм и многие другие выдающиеся физики. Вот в какую замечательную школу попал в 1939 году выпускник Ленинградского университета, худой и долговязый юноша Саша Прохоров, придя в лабораторию колебаний, возглавляемую Мандельштамом и Папалекси. В лабораторию, которой он в свое время будет руководить.

Здесь все были проникнуты стремлением к познанию основных закономерностей, объединяющих между собой разнообразные явления. Главным руководством служила общая теория колебаний, которая в то время находилась в стадии построения своей наиболее сложной — нелинейной части. Эта теория позволяла с единой точки зрения изучать работу лампового генератора радиоволн и работу человеческого сердца, распространение радиоволн и распространение звука, таинственный Люксембургско-Горьковский эффект и прохождение света через кристаллы. Всего не перечесть.

Здесь учили пользоваться безмерной мощью математики, но старались по возможности привлекать наиболее простые и наглядные методы. Через оптические явления перебрасывались мосты в мир атомов, в лишь недавно освоенную квантовую область. Отсюда проходили пути к предельным скоростям, в мир теории относительности. И главное, тут учили замыкать связь между идеей и ее техническим воплощением. Словом, Прохоров попал в одну из самых передовых школ современной физики, и он пришелся здесь ко двору. Теория перемежалась с экспериментом, лабораторная работа сочеталась с экспедициями. Белое море, Кавказ, Рыбинское море.

Но пробыл он в лаборатории недолго. Грянула война, и ему пришлось сменить романтику научного поиска на будни армейской разведки. Вместе с ним ушли и другие. Многие не вернулись. Советский народ дорого заплатил за свою великую победу.

Прохоров возвратился. Тяжелое ранение надолго приковало его к госпитальной койке. Глубокие шрамы, эта грустная память о войне, остались на всю жизнь. Но Прохоров вернулся в строй. Он возвратился к научной работе. Первое время он не мог участвовать в полевых экспериментальных исследованиях. Пришлось работать только в лаборатории, изменить научную тематику. Но и в этих условиях он продолжал вносить свой вклад в дело победы, работая над повышением точности радиолокационных и радионавигационных систем.

Он стал аспирантом профессора Сергея Михайловича Рытова, глубокого и интересного ученого, и через три года трудных теоретических и экспериментальных исследований защитил кандидатскую диссертацию.

Спасение утопающих…

Шел 1946 год. В то время радиофизики бились над освоением сантиметрового и миллиметрового диапазона радиоволн. Сверхвысокие частоты — «эс-вэ-че» — это звучало во многих лабораториях мира и напоминало боевой клич. Задача овладеть все более короткими волнами была вызвана самой жизнью. А такие требования звучат для ученого как приказ.

В первые годы второй мировой войны радиолокаторы работали на метровых волнах. Но уравнения давно твердили, что чем короче волна, которую посылает радиолокатор в поисках вражеского самолета, тем точнее она находит его. А значит, тем легче его сбить, уничтожить!

И еще одно преимущество коротких волн было очевидно — они делали аппаратуру менее громоздкой, а это тоже было очень соблазнительно. Радиолампы становились крошками, радиопередатчики, приемники и антенны существенно «худели». Еще во время войны ученые и инженеры сумели перейти к дециметровым волнам, а затем овладели и сантиметровыми. Это были СВЧ. Но вскоре конструкторы поняли, что лобовой путь миниатюризации аппаратуры завел их в тупик. Радиолампы, генерирующие волны миллиметрового диапазона, превратились в подобие ювелирных изделий. И дело было даже не в том, что их стало трудно изготавливать. В процессе работы эти крошки так разогревались от бушующих в их недрах электромагнитных волн, а поверхность их стала столь малой, что ее уже не удавалось охладить, и лампы одна за другой гибли от перегрева.

Что делать? Возвращаться к более длинным волнам? Но кто же уступит отвоеванные позиции? Нет, СВЧ были уже закреплены за радиолокацией, надо было просто придумать другие способы их получения. Требовалось создать такие радиолампы, в которых укорочение длины волны не было бы связано с уменьшением размеров лампы. А все известные принципы генерации основаны на этой связи. Оставалось искать новые пути, позволяющие обойти тупик.

Многие ломали себе над этим голову, и Прохоров тоже. И однажды он придумал. Но что это был за диковинный способ!

В это время в ФИАНе происходили бурные события. Владимир Иосифович Векслер, тогда еще не бывший академиком, изобрел удивительный прибор — синхротрон, ускоритель заряженных частиц.

Это было изобретение по заказу. По собственному заказу самого Векслера и всех его коллег, изучавших атомное ядро. В то время они были вооружены много лучше, чем Резерфорд, бомбардировавший атомные ядра альфа- и бета-частицами, возникавшими при радиоактивном распаде. Во многих странах работали линейные ускорители и циклотроны, в которых получались быстрые электроны и протоны. Но энергии, достижимые при помощи таких ускорителей, не велики. Это ограничивало возможность физиков.

И Векслер понял: есть доля истины в крылатом изречении: «Спасение утопающих — дело рук самих утопающих». Отказавшись на время от исследования атомного ядра, он начал сооружать «спасательный круг». Мысль об окружности возникла перед ним, когда он анализировал причины, ограничивающие энергию, достигнутую в циклотроне. В этом приборе ускоренные частицы движутся по спиралям в зазоре между полюсами большого магнита. Движутся, подгоняемые при каждом обороте спирали энергией электромагнитного поля, возбуждаемого мощным генератором радиоволн. С каждым оборотом растет энергия ускоряемых частиц, увеличивается их масса, они становятся неповоротливыми, возрастает время, затрачиваемое частицами на один оборот. И именно это ставит предел ускорению. Возникает противоречие — период электрического поля, ускоряющего частицы, постоянен, а период их движения постепенно увеличивается. Начинается сбой, порции энергии, получаемые частицами, становятся все меньше и меньше, ускорение прекращается.

Итак, заключил Векслер, причина, ограничивающая энергию, достижимую в циклотроне, в том, что период вращения частиц непостоянен. Значит, нужно сделать его постоянным. Необходимо, чтобы вращение частиц в ускорителе происходило в такт с ускоряющим полем, было синхронным с ним.

Следующий шаг кажется теперь очень простым. Векслер знал, что период вращения заряженных частиц в магнитном поле зависит не только от их энергии, но и от величины магнитного поля. Расчет показал ему, что, запитав электромагнит переменным током и придав его полюсам специальную форму, можно заставить ускоряемые частицы некоторое время вращаться не по спирали, а по узкому кольцу. При этом вращение частиц окажется строго согласованным с ускоряющим полем. Так, пока еще на бумаге, родился синхротрон, первый из семейства современных ускорителей.

Теперь нужно было воплотить его в металл и… пустоту. Да, в пустоту. Ведь ускорение частиц может без помехи происходить только в пустом пространстве, из которого тщательно удален воздух. В новом ускорителе частицы должны были двигаться по круговым путям. Поэтому вакуумной камере следовало придать форму, больше всего напоминающую спасательный круг или большую баранку.

Когда синхротрон был построен и начал работать, он оправдал возлагавшиеся на него надежды. Он легко превзошел энергию, оказавшуюся предельной для циклотрона и других известных тогда ускорителей. Конечно, синхротрон не мог придать частицам безгранично большую энергию. Одно из существенных ограничений возникало в результате того, что пучок ускоряемых частиц при движении по орбите излучал электромагнитные волны. И чем большую энергию придавал частицам ускоритель, тем большая часть ее уходила на излучение электромагнитных волн. Так же как трансформатор превращает часть электрической энергии в тепло, ускоритель превращал часть энергии ускоряющего электрического поля в нежелательное электромагнитное излучение.

Нежелательное? Если оно нежелательно для тех, кто стремится лишь к получению быстрых частиц, то нельзя ли сделать его полезным для других целей? Нельзя ли, подумал Прохоров, использовать принцип синхротрона для создания новых генераторов сантиметровых и миллиметровых радиоволн?

Но для того чтобы создать генератор нового типа, нужно было сперва подробно изучить синхротрон.

Следовало во всех деталях исследовать механизм излучения электромагнитных волн пучком частиц, движущихся в круговой камере синхротрона. А синхротроны, построенные Векслером и его сотрудниками, уже с полной нагрузкой выполняли свою главную задачу. Они помогали физикам в штурме атомного ядра. Каждая минута машины была расписана на много месяцев вперед.

Конечно, можно было доказать важность новой работы и стать в хвост необозримой очереди. Но это претило темпераменту Прохорова. Он выбрал другой путь, не связанный с пассивным ожиданием. Ему удалось получить магнит от небольшого, простейшего ускорителя и в течение короткого времени с помощью немногих сотрудников превратить его в синхротрон.

В это время в лаборатории появился студент-практикант Николай Басов. Война оставила свой мрачный след и в его жизни. Как и другие юноши, окончившие школу в 1941 году, он, наверно, хотел стать летчиком, танкистом или пограничником. Но, призванный в армию, он успел окончить два курса Куйбышевской военно-медицинской академии, потом ее расформировали, а слушателей, почти врачей, определили в фельдшерскую школу.

И вот один из товарищей Басова по школе, теперь писатель, Марк Поповский, вспоминает, что, хотя Николай учился отлично, медициной он все-таки не увлекался. Этот длинный очкастый парень в короткой и тесной гимнастерке и обмотках приставал ко всем с физическими задачками, а в свободное время читал книги по математике и технике.

Шла война. Фронту требовался медперсонал, и фельдшерская школа партию за партией посылала своих питомцев на передовую. Так Басов попал на фронт. После победы участвовал в демонтаже заводов, на которых гитлеровцы изготовляли отравляющие вещества. При этом перенес сильное отравление, долго болел.

После демобилизации Басов, не колеблясь, выбрал Московский инженерно-физический институт. Физика казалась ему неотделимой от техники. Он правильно понял дух нашего века. Постепенно его начала все сильнее привлекать к себе теоретическая физика, ее покоряющая мощь, ее гигантские успехи, ее захватывающие тайны. Может быть, это произошло потому, что кафедрой теоретической физики в институте руководил академик Игорь Евгеньевич Тамм, блестящий представитель школы Мандельштама. Басов стал одним из лучших студентов кафедры. Но, попав на практику в Физический институт, в лабораторию к Прохорову, на чисто экспериментальную работу, он включился в эту работу со всей присущей ему энергией и вскоре, на год раньше установленного срока, защитил дипломный проект. Здесь экспериментальным исследованиям было уделено не меньше места, чем теоретическим.

Досрочное окончание института — редчайший случай. Так впервые и в полной мере проявился научный стиль Басова — работать быстро, не щадя сил и времени, гармонически сочетать теорию и эксперимент, искать и находить новое. Это были как раз те качества, которые особенно ценились в этой лаборатории.

Но с синхротроном, надо сказать, у них все же ничего не получилось — пришлось убедиться, что из синхротрона хорошей радиолампы не получишь. Однако это не обескуражило молодых ученых — отрицательный опыт, во всяком случае, лучше отсутствия всякого опыта.

Какая-то чертовщина

Эта неудача, конечно, не отразилась на судьбах радиолокации. Над созданием новых генераторов работали не только в лаборатории ФИАНа, но и в других учреждениях. Радиолокация вскоре получила отличные лампы и антенны, приемники и передатчики. Наша артиллерия, снабженная точнейшими станциями наведения на цель, прекрасно справлялась со своей задачей.

Радиолокация развивалась бурно. Можно сказать без преувеличения, что в послевоенные годы не было более популярной области техники, чем радиолокация. Я помню, когда в Московском авиационном институте открылся радиотехнический факультет, на него устремились студенты со всех других отделений. И на тех, кого взяли, смотрели, как на счастливчиков. Нет, молодежь увлекал не только ореол победительницы, какой показала себя радиолокация во время Отечественной войны. Не только ее боевой аспект. Особенно привлекала таинственность, загадочная суть новой области техники. Посудите сами: что-то невидимое и неслышимое мчится сквозь пургу и дождь, ночь и туман и находит за тысячи километров самолет-точку в облаках и корабль за горизонтом! И нас, студентов-локационщиков, учили строить мощные передатчики и антенны, посылающие невидимые лучиискатели возможно дальше, чуткие приемники, способные уловить среди миллионов шумов, оглушающих Землю, еле-еле живое эхо, которое могло бы рассказать о местонахождении самолета или корабля, грозы или шторма.

Нас, радиоинженеров, интересовала аппаратура. Нашей задачей было сделать ее более мощной, удобной, выносливой. Нас занимали передача радиосигналов и их прием. Что делалось с ними на пути от передатчика к цели и обратно, оставалось вне нашей компетенции и внимания. Но физиков волновала как раз эта часть проблемы. Что случается с радиоволнами в воздухе, каковы их взаимоотношения со встречными атомами и молекулами? Это только нам, жителям большого мира, кажется, что воздух бесплотен. Для радиоволн воздух так же труднопроходим, как для человека джунгли. Радиоволны сталкиваются с атомами воздуха, огибают их, лавируют между ними. И физиков как раз и занимал вопрос о том, что происходит с ними в пути. И тут было над чем задуматься, потому что не всегда радиоволны доходили до цели. Иногда они рассеивались «как дым, как утренний туман», и операторы локационных станций напрасно ждали от них сведений. Особенно памятен один трагический военный эпизод.

7 декабря 1941 года эскадрилья японских торпедоносцев и бомбардировщиков совершенно беспрепятственно подошла к американской военно-морской базе Пирл-Харбор на Гавайских островах, атаковала ее и нанесла тяжелые потери тихоокеанскому флоту США. Спрашивается, как такое могло случиться — ведь база тщательно охранялась радиолокаторами? Правда, тогда многие писали, что в оплошности был виноват не радиолокатор, а оператор — он-де видел на экране локатора сигналы, но свои это или чужие, разобрать не смог.

Так или иначе, но тот эпизод послужил уроком, и ученые всерьез занялись изучением характера радиоволн. Тем более что были и другие непонятные случаи.

Еще во время войны специалисты, занимавшиеся созданием радиолокаторов на более короткие волны, встретились с загадочным явлением, которое долго не находило объяснения. Пучок радиоволн длиной в 1,3 сантиметра, посланный радиолокатором в поисках цели, «растворялся» в пространстве. Казалось, что кто-то невидимый ставил на пути лучей ловушку и большая часть радиоволн захлопывалась в ней. Причина этого явления была неясна. Было лишь очевидно, что из-за сильного поглощения применять радиоволны длиной 1,3 сантиметра для радиолокации невозможно.

Странное явление очень заинтересовало ученых. Начались поиски разгадки. Пропуская радиоволны через разреженные газы, ученые убедились в том, что многие из них сильно поглощают короткие радиоволны. Азот и кислород, например, пропускают без изменения радиоволны длиной в 1,3 сантиметра, а водяные пары поглощают их. Различные газы поглощают не все проходящие через них радиоволны, а лишь те, которые имеют определенную длину. Остальные они пропускают, не задерживая.

Создавалось впечатление, что молекулы как-то настроены на эти волны и поэтому поглощают только их. Этим свойством молекулы напоминают радиоприемники. Ведь радиоприемники обладают способностью отделять сигналы одной радиостанции от сигналов остальных. И молекулы, подобно радиоприемникам, принимают лишь те волны, на которые они «настроены».

Короче говоря, стало ясно, что газы способны избирательно поглощать радиоволны. Волны определенной длины поглощались атмосферой много сильнее, чем остальные. Правда, еще в начале тридцатых годов на основе исследования оптического спектра молекулы аммиака было предсказано, что эта молекула должна сильно поглощать радиоволны длиной около 1,25 сантиметра. Более того, уже в 1934 году Клитон и Вильяме обнаружили такое поглощение. Но это не было таким уж сенсационным открытием, и радиолокаторщики не связали с ним свое удивительное наблюдение.

Вся эта чертовщина особенно взволновала физиков из лаборатории колебаний ФИАНа. Они уловили в этой ситуации какие-то очень знакомые нотки. Нет, это было не то же самое, но явление в чем-то перекликалось с явлением комбинационного рассеяния света, открытого их учителем Мандельштамом! Только там речь шла о свете, а здесь — о радиоволнах. Но это было не принципиальное различие, ведь и то и другое — электромагнитные волны. Физиков не смущало, что картина во многом носила противоположный характер. Мандельштам заметил, что вещество, сквозь которое проходит свет, кое-что добавляет к нему (лишние частоты — комбинационные, как назвал их Мандельштам), а у радиоволн отнимает. Если вещество облучать радиоволнами различных частот, то в зависимости от его состава оно поглотит кое-какие из этих волн. Чем не новый способ анализа неизвестных смесей? Конечно же, ученые не могли пройти мимо внезапно открывшейся возможности.

Поглощение газами радиоволн определенной длины было тем явлением, которое натолкнуло ученых на использование радиоволн в совершенно новых целях. Для радиоспектроскопии, как назвали новую область исследования, рожденной из союза радио и спектроскопии — науки очень молодой и очень старой, — наступило хорошее время. Кончилась война, и физикам досталась масса радиоламп и всякой другой аппаратуры, приспособленной для работы в диапазоне сантиметровых радиоволн. Они применили все это для исследования спектров атомов и главным образом молекул и убедились, что во многих отношениях радиоспектроскопия превосходит оптическую спектроскопию. Прежде всего по точности и чувствительности, а в некоторых случаях и по быстроте исследования. Оказалось, с радиоволнами легче иметь дело, чем со светом.

Но радиоспектроскопия была не только применением радио к физике. В ней заключалась и встречная возможность: физика для радио. Радиоспектроскопия подсказала, как сделать более стабильной частоту радиопередатчиков. К этому стремились во многих лабораториях. В лаборатории колебаний ФИАНа аспирантка Наташа Ирисова и молодой кандидат физико-математических наук Марк Жаботинский в это время сумели применить спектральную линию аммиака для стабилизации своего генератора.

Закончив исследование излучения радиоволн электронами, мчащимися в синхротроне, Прохоров и Басов тоже увлеклись радиоспектроскопией. Басов в это время уже стал аспирантом. Его руководителями были Леонтович — глубокий теоретик, представитель старшего поколения учеников Мандельштама, и Прохоров, предпочитающий экспериментальную работу, но умеющий теорию уподобить танку, пробивающему путь эксперименту — этому пехотинцу науки, закрепляющему победу.

Прохоров и Басов начали просвечивать различные газы радиоволнами и, изучая поглощение волн, расшифровывали строение и свойства молекул.

Это увлекательная, но кропотливая работа, рассказывают они. Ее можно сравнить с разгадкой хорошего кроссворда. Вначале не знаешь, как подступиться, а потом не можешь оторваться.

Все шло очень хорошо. Ученые выясняли способность атомов и молекул поглощать радиоволны, впереди была масса интереснейших проблем, но вскоре сотрудники узнали, что Басов и Прохоров, оказывается, вовсе не оставили мысли о новых генераторах СВЧ! Только теперь они, к ужасу окружающих, ударились в другую крайность: если недавно они хотели приспособить для этой цели махину — синхротрон, то теперь решили использовать нечто совсем невидимое и неосязаемое — атомы и молекулы!

А мысль-то была логичной. Если атомы и молекулы поглощают радиоволны, значит они способны и излучать? Почему бы нет?

Только подумать! Атом — своеобразный естественный генератор радиоволн! К этой мысли надо было привыкнуть. Ведь с понятием радиотехнического прибора связаны громоздкие ящики, набитые электронными лампами, катушками индуктивности, трубочками сопротивлений, конденсаторами, источниками электропитания.

А тут — невидимая крупица материи. Но с какими необыкновенными свойствами! Электронные лампы и детали изнашиваются, портятся. Атом же вечен. Он не старится, не срабатывается. Если его изолировать от внешних воздействий, он никогда не изменит длину излучаемой волны. Этот генератор, созданный природой, — самый устойчивый и неизменный в своей работе прибор. А сколько труда стоят попытки сконструировать неизменные, или, как говорят инженеры, стабильные, генераторы радиоволн!

Да, атом в роли радиопередатчика — идея заманчивая. Это было как раз то, что принесло впоследствии Басову и Прохорову всемирную славу, Ленинскую и Нобелевскую премии. Но в те дни они меньше всего думали о славе. Перед ними, еще туманно, вырисовывалась заманчивая цель. К ней вели три долгие и трудные пути-дороги. Одну проложили Мандельштам и Папалекси, и она шла из мира радио. Другую проложил Ньютон еще триста лет назад. А третью протоптали Планк, Эйнштейн и Бор. И перед Басовым и Прохоровым возникла задача, но не та, что встречается в сказках и былинах, — выбрать одну дорогу из трех, а реальная, трудная и привлекательная — пройти все три дороги. Ибо ни одна из них не вела непосредственно к цели. Они не были прямыми и хорошо укатанными дорогами. Они петляли, переплетались, скрещивались. То шли рядышком, то завязывались в узел, то сливались воедино, так что не разберешь, где какая. И где-то на скрещении этих дорог была заветная цель.

Где сидит фазан

Дорога Ньютона была не только самой старой, но и очень красивой. Она сияла всеми цветами радуги. Этот великий кудесник подставил солнечному лучу обыкновенную стеклянную призму, и луч, споткнувшись, рассыпался в красный, оранжевый, желтый… (Помните ли вы дальше? Мы в школе, для того чтобы запомнить последовательность цветов солнечного спектра, зазубривали магическую чепуховину: «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан».) Красный, оранжевый, желтый (здесь переводят дыхание — и дальше)… зеленый, голубой, синий, фиолетовый!

Зрелище великолепного веера, которым раскрывался обыкновенный белый свет в нехитром спектроскопе Ньютона, увлекало не одно поколение физиков. Они наводили спектроскоп на Солнце, на пламя свечи. И спектроскопы показывали картинки одну ярче другой.

Особенно любопытно было наблюдать окрашенное пламя. Ведь давно было известно, что раскаленный медный паяльник окрашивает пламя в голубовато-зеленый цвет. А если посыпать на него поваренной соли, пламя станет желтым. Недаром бенгальские огни удивляют разнообразием и яркостью своих свечений.

Но должно было пройти около полутора веков после открытия Ньютона, прежде чем появился спектроскоп, позволивший выделять отдельные детали спектра. Направив щель такого спектроскопа на Солнце, его создатель Воластон заметил, что солнечный спектр пересекают многочисленные темные линии. Ни он, ни другие ученые не могли понять причины возникновения этих линий. Не удивительно, что об этом открытии вскоре забыли. Один из многих печальных случаев в истории науки.

Ничего не знал о нем и пятнадцатилетний сын немецкого стекольщика Иозеф Фраунгофер. В это время он работал учеником в зеркальной и стекольной мастерской, где никто и понятия не имел о спектрах. Через четыре года он перешел в крупную оптическую мастерскую, которая выпускала не только зеркала и люстры, но и бинокли, подзорные трубы и другие оптические приборы. Постепенно он стал лучшим мастером, а со временем и руководителем этого предприятия.

Задумав увеличить яркость изображения при наблюдении спектров, Фраунгофер соединил воедино зрительную трубу со щелевым спектроскопом Воластона и направил в свой прибор солнечные лучи. Прекрасный яркий спектр пересекали четкие темные линии… Фраунгофер убедился в том, что это не дефект прибора, а свойство солнечного света. Он подробно изучил расположение темных линий и затем использовал их для контроля качества своих спектроскопов. Однако механизм возникновения этих линий стал понятен лишь после изобретения спектрального анализа.

Прекрасные спектроскопы Фраунгофера завоевывали все большую популярность. Многие любовались чарующей симфонией света. Но «смотреть» не означает «видеть». По своему смыслу «видеть» гораздо ближе к «понимать».

Никто не может сказать, сколько человек, начиная с Ньютона, рассматривало всевозможные спектры. Несомненно, многие замечали, что окраска пламени связана с появлением в его спектре узких и ярких линий. Возможно, кто-нибудь заметил и то, что желтые линии, порождаемые поваренной солью, возникали и при внесении в пламя других солей натрия. Зеленые линии появлялись не только в присутствии металлической меди, но и при нагревании мельчайших крупинок медного купороса и других солей меди.

Только физик Кирхгоф и химик Бунзен поняли, что это не простое совпадение. Они увидели, что скрывается за яркими спектральными линиями.

Кирхгоф и Бунзен после длительных опытов и раздумий пришли к твердому выводу: каждый химический элемент характеризуется вполне определенным набором спектральных линий. Эти линии являются своеобразным паспортом химического элемента. Наблюдая их в спектроскоп, можно судить о наличии в веществе данного элемента.

Так родился спектральный анализ.

Теперь изучение спектров светящихся газов составляет лишь часть обширной области, известной под названием «спектральный анализ». Уже Кирхгоф расширил ее, использовав для анализа темные фраунгоферовы линии. Кирхгоф понял, что непрерывный спектр, излучаемый раскаленной поверхностью Солнца, частично поглощается более холодными газами солнечной атмосферы. Он сумел воспроизвести этот процесс в лаборатории. Этот поразительный по остроумию опыт заманчив своей простотой и доступностью. Его может повторить каждый при помощи обычной стеклянной призмы. Кирхгоф направил спектроскоп на пламя газовой горелки и ввел в это пламя крупинку поваренной соли. В спектроскопе сразу появились яркие желтые линии, характерные для атомов натрия. Достаточно убрать из пламени поваренную соль, и эти линии исчезают.

Затем Кирхгоф направил спектроскоп на ослепительный кратер вольтовой дуги. В спектроскопе возник яркий непрерывный спектр, чрезвычайно похожий на спектр Солнца, но без характерных фраунгоферовых линий. После этого Кирхгоф поместил между вольтовой дугой и спектроскопом газовую горелку — так, чтобы свет дуги перед тем, как попасть в спектроскоп, проходил через пламя. Вид спектра не изменился.

Теперь наступил решающий этап опыта. Кирхгоф вновь ввел в пламя горелки крупинку поваренной соли. Пламя окрасилось в ярко-желтый цвет. Что же при этом показал спектроскоп?

Не спешите сказать, что там появились яркие линии натрия. Ничего подобного. В тех местах, где они

должны были появиться, яркий спектр вольтовой дуги пересекали темные линии. Это были впервые полученные в лаборатории спектральные линии поглощения — искусственные фраунгоферовы линии. Пары натрия, испаренного пламенем горелки, более холодным, чем кратер вольтовой дуги, поглощали часть света вольтовой дуги. Стоило погасить дугу, и эти темные линии превратились в яркие линии натрия. Как только Кирхгоф вновь зажег дугу, яркие натриевые линии снова стали темными провалами на фоне яркого спектра дуги.

Что же здесь происходит?

Голубое пламя газовой горелки имеет температуру около двух тысяч градусов, но входящие в него атомы водорода, углерода, азота и кислорода при этой температуре светятся очень слабо. Поэтому пламя горелки плохо видно и невооруженным глазом и в спектроскоп.

Поваренная соль в пламени частично распадается на атомы хлора и натрия. Атомы натрия при этой температуре светятся довольно ярко, испуская характерный желтый свет.

Однако если пары натрия, нагретые до двух тысяч градусов, оказываются на пути света, исходящего из кратера вольтовой дуги, температура которого превосходит четыре тысячи градусов, они поглощают больше желтого света, чем испускают, и желтые линии натрия, казавшиеся яркими на темном фоне, выглядят темными на ярком фоне спектра вольтовой дуги.

Так Кирхгоф не только бесспорно объяснил происхождение фраунгоферовых линий, но и показал, что при их помощи можно определить состав солнечной атмосферы. Он сам обнаружил на Солнце многие химические элементы, спектры которых уже были изучены им на Земле. А впоследствии изучение фраунгоферовых линий привело к открытию неизвестного химического элемента — гелия. Гелий был таким образом сначала обнаружен на Солнце и лишь впоследствии найден на Земле. С тех пор спектры поглощения изучают главным образом астрономы, наблюдая фраунгоферовы линии в спектрах Солнца, звезд и туманностей. Но они популярны и в лабораториях. Особенно при исследовании жидкостей. Ведь жидкости нельзя нагреть так сильно, чтобы они начали испускать свет. При этом они испарятся и перестанут быть жидкостями.

Конфетка, а не молекула

Прежде чем вернуться в лабораторию Басова и Прохорова, несколько слов о том, как ученые наблюдают спектры.

Со времен Ньютона спектры исследовались, как говорят, визуально, то есть попросту рассматривались глазами. Но хотя глаз обладает превосходной чувствительностью, этот способ очень неточен. Многое зависит от искусства и опыта наблюдателя. Кроме того, на исследование уходит много времени.

С развитием фотографии ученые предпочли фотографировать спектры. Это сразу дает точный научный документ, который затем можно многократно подвергать различной обработке.

Но, конечно, самым удобным оказался фотоэлемент, преобразующий освещенность различных участков спектра в электрический ток.

Если мы теперь заглянем в лабораторию Басова и Прохорова и подойдем к их радиоспектроскопу, мы увидим много похожего и много не похожего на то, с чем работают оптики. Здесь нет никаких призм, фотоэлементов, ничего от оптики. И это понятно. Усвоив всю культуру оптической спектроскопии, радиоспектроскописты должны были перевести ее на язык радио. Хотя радиоспектры и оптические спектры отличаются только диапазоном волн, или, что то же самое, частот, методы их наблюдения требовали совсем иных технических воплощений. Во-первых, в радиодиапазоне нет источников, которые, как Солнце или электрическая лампочка, интенсивно излучают энергию в широком непрерывном диапазоне волн. Каждый генератор радиоволн порождает электромагнитные колебания, очень близкие к тем, которые оптики называют монохроматическими, то есть одноцветными.

Во-вторых, сам радиоспектроскоп — это не стеклянная призма, а металлическая труба — волновод. Концы волновода герметически закрыты тонкими слюдяными пластинками, пропускающими радиоволны. К концу волновода присоединен генератор радиоволн, к другому — детектор-приемник. Сигнал от детектора после усиления подается на экран осциллографа. Физики заставили электронный луч рисовать радиоспектр на экране осциллографа и наблюдают его так же, как мы смотрим передачи по телевизору.

Работая с радиоволнами, Басов и Прохоров измеряли их частоту гораздо точнее, чем это делали ученые, исследующие оптические спектры. Поэтому они могли более точно определять интересующие их характеристики молекул и даже ядер атомов, входящих в эти молекулы.

Звучит это сухо и буднично — не правда ли? Да, точно определяли, да, изучали атомы и даже их ядра. Но ведь это чудо! Чудо из чудес!

Однажды я сидела в лаборатории рядом с одним из физиков и смотрела на экран осциллографа. В волноводе радиоспектроскопа был аммиак. Аммиак облучался радиоволнами каких-то там частот, какие-то из них он «пожирал», и это тотчас регистрировал электронный зайчик. Он рисовал на экране осциллографа петельку. Физик смотрел на нее, ухмылялся, иногда вздыхал, раз сокрушенно покачал головой и все время что-то писал, вычерчивал.

- Ну, вы видите? — он вдруг обратил свое благосклонное внимание и на

меня.

- Да, конечно, — охотно согласилась я, — здорово. Спектральная линия. Прелесть.

Он посмотрел на меня как-то слишком внимательно.

- Молекулу видите? — почему-то с сожалением в голосе переспросил он.

- Молекулу? Нет. Она же в волноводе…

Физик вздохнул на этот раз особенно тяжело. И протянул мне листок бумаги.

- Это конфетка, а не молекула, — убежденно сказал он.

И я увидела… Представьте себе маленькую трехгранную пирамидку. В трех вершинах ее основания расположено по атому водорода, а в четвертой помещается атом азота. Так построена молекула аммиака. Атом азота и три атома водорода. Вот и все. Проста и изящна.

Расстояние между атомом азота и каждым из атомов водорода равно примерно одной десятимиллионной доле миллиметра (точнее 1,014 этой доли). Угол при вершине пирамиды тоже хорошо известен — он равен 106 градусам и 47 минутам.

Не правда ли, сухие цифры, и при чтении их хочется пропустить? Но ведь того, что так точно измерено, никогда не касалась рука человека, не видел глаз!

Физик смотрел на тот же экран, что и я, и видел то же, что и я. И рисовал простым карандашом. И делал вычисления с помощью обычной логарифмической линейки. Но за всеми этими будничными вещами он видел никому не ведомое, угадывал крепко спрятанное. Меня это поразило сильнее, чем эпизод во время выступления Вольфа Мессинга, который долго не давал мне покоя. Помню, он вдруг остановился и обратился к женщине во втором

ряду.

- Простите, — сказал он, — вы спешите? Вы только что подумали, что, если это долго продлится, вам придется уйти.

Женщина смутилась, покраснела и встала.

- Извините, — сказала она, — я действительно подумала об этом. Я рано ушла из дому, и у меня разболелась голова. Если это долго протянется, я не выдержу и, хотя здесь очень интересно, мне придется уйти.

Тайна чтения мыслей на расстоянии до сих пор не раскрыта. И это кажется чудом. Но разве не чудо, что ученые с помощью, в сущности, обыкновенных вещей — комбинаций каких-то коробок с радиолампами — проникли в глубь материи и узнали многие атомы и молекулы так хорошо, как будто они не только видели, но измеряли их линейкой и циркулем!

Физики не только определили форму молекулы аммиака и измерили величину этой мельчайшей пирамиды, но и установили, что она не может считаться чем-то подобным твердому телу.

Атом азота и три атома водорода, входящие в нее, удерживаются на своих местах силами электрического взаимодействия. Когда эти атомы объединяются в молекулы, они делятся своим «имуществом». Электроны, ранее принадлежавшие атомам водорода, обобществляются. Они одновременно принадлежат и атомам водорода и атому азота.

В молекуле не утихает борьба двух противоположных сил. Электрические силы, которыми электроны стягивают ядра атомов, встречаются с противодействием других невидимых сил. Положительные заряды ядер отталкиваются друг от друга и не дают ядрам сблизиться вплотную. Можно представить себе, что между ядрами натянуты невидимые пружинки, так что атомы оказываются как бы закрепленными между набором сжимающих и расталкивающих их пружин.

Но тела, скрепленные пружинами, не закреплены намертво. Они могут колебаться около той точки, в которой они закреплены. Так же обстоит дело и с атомами, входящими в молекулу. Они тоже могут колебаться вокруг своих положений равновесия. Далеко разойтись они не могут, так как их стягивают между собой электроны. Сблизиться вплотную они тоже не могут, так как их расталкивают одноименные заряды ядер.

Скрепленные таким образом ядра в большей или меньшей степени колеблются вокруг своего положения равновесия.

И если бы мы могли увидеть молекулу аммиака, то атомы представились нам туманными пятнышками, размеры которых зависят от размаха их колебаний. Присмотревшись внимательнее, мы заметили бы, что размеры туманных пятнышек внезапно меняются. Они то увеличиваются, то уменьшаются. Это значит — колебательное движение становится то сильнее, то слабее.

Но это еще не самое удивительное. Молекула внезапно меняет свой вид. Она вдруг выворачивается наизнанку, как перчатка! Атом азота неожиданно оказывается лежащим не над треугольником атомов водорода, а под ним. Затем столь же внезапно все возвращается в исходное положение, атом азота водворяется на первоначальное место. Мы как бы видим молекулу и ее зеркальное изображение.

Это повторяется неоднократно. Странность заключается в том, что такое перемещение отнюдь не результат поворота молекулы. Все происходит так, как если бы атом азота проскакивал между атомами водорода. Но так как атом азота в четыре с лишним раза тяжелее, чем три атома водорода, вместе взятые, то правильнее было бы сказать, что треугольник с атомами водорода в его вершинах оказывается то с одной, то с другой стороны атома азота.

Инверсия — так назвали ученые это явление. И вот оказывается, такой инверсионный переход возможен только в молекулах. Ни в одном из тел крупных размеров он невозможен.

Когда кто-нибудь высказывал сомнения по этому поводу, Прохоров легко рассеивал их, предлагая посмотреть на модель молекулы аммиака. Ее можно, говорил он, изготовить из трех маленьких и одного большого шариков, связанных пружинками так, чтобы они образовали пирамиду. Продавить один шарик между тремя остальными можно, только приложив силу. Сжать пружины не так-то легко. Если же это удастся, шарик займет новое положение равновесия и отнюдь не будет стремиться возвратиться обратно. Для его возвращения необходимо проделать всю работу сначала. В молекуле же инверсионные переходы осуществляются сравнительно часто и без всякой видимой причины, самопроизвольно, без воздействия со стороны.

И все это физики разузнали, никогда и в глаза не видя эту молекулу. Теперь она исследована очень подробно. И почти все новые идеи в радиоспектроскопии проверяются с помощью молекул аммиака. Для радиоспектроскопии аммиак стал так же важен, как рычаг для механики. А в судьбе Басова и Прохорова молекула аммиака сыграла особую роль.

Басов и Прохоров с головой ушли в эту работу. Она увлекала их все больше и больше. Но постепенно у них стало складываться убеждение, что они выжимают из своего прибора не все, что можно. Чувствительность его была не такой, какой могла быть. И не потому, что прибор плохо изготовлен или они его плохо наладили. Нет. Причина крылась где-то глубже.

Было такое ощущение, что молекулы, запертые в волноводе, либо не поглощают всю положенную им порцию радиоволн, либо что-то там, в волноводе, излучает радиоволны той же частоты, что и молекулы, и это частично компенсирует поглощение и притупляет чувствительность прибора. Что все это могло значить? Как в этом разобраться?

Ответ на эти вопросы прятался на дороге квантов.

Проклятый вопрос

Девятнадцатый век кончился в обстановке относительного благодушия и благополучия. Давно отгремели залпы революций. Французская республика не многим отличалась от окружавших ее монархий.

В области науки тоже воцарилось удивительное спокойствие. После недавних великих открытий и изобретений наука и техника переживали гармонический прогресс. Паровая машина перестала зависеть от интуиции одиночек. Развитие термодинамики позволило инженерам строить паровые машины так же уверенно, как рычаги и полиспасты.

На смену Фарадею, этому гениальному экспериментатору, пришел поклонявшийся уравнениям Максвелл. Правда, в течение многих лет его почти никто не понимал. Он долго оставался генералом без армии. Но постепенно под его знамена пришли люди следующего поколения, и дотоле мертвая конструкция электродинамики внезапно обрела жизнь. Герц открыл предсказанные Максвеллом электромагнитные волны. Попов применил их для связи. Лорентц объяснил, как магнитное поле влияет на спектральные линии атомов. Менделеев, приведя в порядок первозданный хаос химических элементов, при помощи простых вычислений исправлял не укладывавшиеся в его таблицу атомные веса, предсказывал существование новых неведомых элементов. И его предсказания, как в сказке, сбывались одно за другим. Казалось, наука овладела последними тайнами природы. И знаменитый Джи Джи Томсон говаривал своим ученикам, что заниматься физикой уже не стоит, что она настолько завершена, что ее нужно лишь изучать и применять.

Но, к счастью, и среди ученых были неудовлетворенные, замечающие трещины и изъяны не только в сияющих башнях, но и в самом фундаменте науки. Они предчувствовали порывы ветра, грозящие поколебать здание, воздвигнутое трудами поколений.

Над одним из проклятых вопросов бился Макс Планк, педантичный и немного чопорный профессор Берлинского университета. Планка, как и многих других, беспокоило, что электродинамика, предсказавшая существование электромагнитных волн, открытых затем Герцем, показавшая, что свет есть одна из разновидностей этих волн, и добившаяся ряда других выдающихся успехов, оказалась бессильной в решении, казалось бы, простой задачи: все попытки применить электродинамику для описания взаимодействия электромагнитного излучения с веществом приводили к абсурду. Расчеты не совпадали с опытными фактами. Некоторые ученые поговаривали о том, что виновата электродинамика с ее непривычными абстракциями: что-то неладно в самых ее основах.

Планк не сомневался в том, что электродинамика Максвелла и близкая его сердцу наука о теплоте — термодинамика — безупречны. Он вновь и вновь пытался с их помощью помирить теорию с тем, что показывал опыт.

Как-то он обсуждал свои работы с одним из крупнейших физиков, Людвигом Больцманом, и тот сказал, что, по его мнению, нельзя построить вполне правильную теорию процессов излучения без привлечения в нее какого-то еще неизвестного элемента дискретности.

Планк глубоко уважал Больцмана, и это указание наложило отпечаток на дальнейшие исследования. И действительно, пытаясь примирить теорию и эксперимент, Планк пришел к формуле, в которой вместе с привычными для физиков непрерывными функциями стояли прерывные величины, изменявшиеся малыми скачками. Эта поразительная формула в точности изображала ту кривую, которая получалась из опыта.

Шел 1900 год. Новый век зарождался не только в календаре, но и в науке. В этом году Планк опубликовал формулу, описывающую распределение энергии в спектре электромагнитного излучения нагретых тел. Она была основана на предположении о том, что процесс испускания электромагнитной энергии не непрерывен, а дискретен, что электромагнитная энергия испускается и поглощается малыми порциями — квантами. Прекрасное совпадение этой формулы с опытом показало, что процесс испускания света подобен не истечению струи воды, а течению песка, которое кажется непрерывным только издали, когда не заметны отдельные песчинки.

Но XX век далеко не сразу стал веком квантов. Работа Планка не только не встретила признания, но вызвала сомнения и возражения. Дискретность противоречила всему духу физики, и ученые никак не могли с ней примириться.

Нужно сказать, что Планк сам относился к своей формуле с осторожностью. Он говорил, что она может быть ошибочной, но может быть и верной, и в этом случае по своему значению окажется сравнимой с законом Ньютона. Будучи человеком консервативных взглядов, Планк долго медлил с опубликованием своего открытия. Только когда известный экспериментатор Рубенс показал Планку результаты своих новейших измерений, полностью совпавших с формулой Планка, ученый сообщил миру о своей теории.

В то время в университетах и академиях господствовал идеализм. Лишь немногие крупные естествоиспытатели были материалистами. Планк принадлежал к физикам-материалистам. Однако и ему было трудно осознать, что его открытие требует коренной ломки основ науки. Для того чтобы дать толчок революции, понадобился темперамент другого склада. И он нашелся.

В 1905 году, когда в России прокатилась первая революционная волна, в далекой, тихой, идиллической Швейцарии жил и работал в скромной должности эксперта патентного ведомства начинающий физик Альберт Эйнштейн. Его тоже привлекали неразрешенные задачи природы. В 1905 году он опубликовал сразу пять статей. По крайней мере две из них дали решающие толчки, потрясшие здание классической физики. В одной из них содержалась теория относительности, описание которой требует отдельной книги. В другой было показано, что квантовые свойства не возникают при взаимодействии света с веществом, как думал Планк, а являются неотъемлемой характеристикой света, присущей ему и в пустом пространстве.

Это никак не лишает света его волновых качеств. Просто в одном случае он проявляет себя как квант-частица, в другом — как волна.

Сейчас бесспорно, что эта двойственность является одним из основных свойств материи и проявляется не только в оптических явлениях, но и в свойствах электронов, протонов и всех других микрочастиц. В большинстве случаев они ведут себя как настоящие частицы, но при подходящих условиях они выявляют заложенные в них волновые свойства.

Но то, что представляется бесспорным сейчас, многие годы казалось большинству ученых весьма подозрительным. Даже творец квантов Макс Планк не признал квантовую теорию света. Через семь лет, представляя для избрания в Прусскую академию наук ставшего уже знаменитым благодаря теории относительности Эйнштейна, Планк и другие крупнейшие ученые писали, что ему не следует ставить в упрек гипотезу световых квантов!

Однако изгнать из физики мысль о том, что энергия в микромире существует в виде малых порций, было уже невозможно. Вскоре она еще раз доказала свою плодотворность.

Примерно в это же время, в 1911 году, Резерфорд, обстреливая атомы альфа-частицами, возникавшими при радиоактивном распаде, бесспорно доказал, что каждый атом состоит из тяжелого ядра, в котором сосредоточена почти вся его масса, и окружающих это ядро электронов. При этом ядро всегда несет на себе положительный электрический заряд, г электроны, имеющие отрицательный заряд, входят в атом как раз в таком количестве, чтобы обеспечить его электрическую нейтральность.

Физики теперь начали представлять себе атом как некое подобие солнечной системы — ядро играет роль Солнца, электроны — роль планет, а электрические силы притяжения положительного и отрицательного зарядов — роль силы всемирного тяготения. Но эта простая модель таила в себе неразрешимое противоречие. Уже раньше считалось твердо установленным, что всякое заряженное тело (а следовательно, и электрон) при движении по искривленному пути должно излучать энергию в виде электромагнитных волн. Но, теряя энергию при движении по орбите вокруг ядра, электрон должен постепенно приближаться к ядру и, наконец, упасть на него. Это значило, что атом должен рано или поздно погибнуть. А этого никогда не случалось. Атомы, по всем данным, являются устойчивыми, «вечными» образованиями.