Когда физики в цене

Кант

«Если бы физики перестали ошибаться, узнав все о вселенной, исследования могли бы закончиться, перестав возбуждать умы». Это парадоксальное высказывание принадлежит замечательным ученым Эйнштейну и Инфельду.

Чем глубже проникают ученые в тайны природы, тем больше их волнуют нерешенные проблемы, новые вопросы, которые ставит перед ними наука. Были ли вообще когда-либо спокойными и безмятежными поиски ответов на вечные вопросы об устройстве мира, о прошлом и будущем, о путях познания?

Нет, жизнь исследователей никогда не была пресной, их творческие поиски всегда были бурными, противоречивыми. Они не переставали бороться… С чем же?

Прежде всего с незнанием, с полузнанием, с ошибками и заблуждениями предшественников.

Об этой мужественной борьбе за знание людей разных времен — от древности до наших дней — мы продолжаем свой рассказ.

Неистовый марат

В 1780 году в Париже много говорили о замечательном событии — о двух научных трудах, вышедших одновременно. Один был политико-юридический трактат «План уголовного законодательства». В нем мелькнула молния, за которой не мог не последовать гром: развивалась мысль в том, что законы созданы богатыми и в интересах богатых, что право владения вытекает из права жизни и что бедные имеют право на восстание против своих угнетателей.

Франция шла к революции, и этот труд привлек внимание. Политики, рабочие, художники, юристы, ученые спорили и обсуждали «План», потому что идеи революции уже разделили людей на два лагеря.

Второй труд, хотя он был немного дальше от интересов большинства французов, тоже вызвал заметный резонанс: в то время были широко распространены идеи энциклопедистов, и каждый образованный человек стремился обладать как можно более широкими познаниями. К тому же вопрос, которому был посвящен этот труд, претендовал на разгадку природы теплоты, а это стало одной из центральных проблем науки того времени.

Пэр Франции Лаплас, пивовар Джоуль, писатель Вольтер, циркач, музыкант, физик Юнг, военный министр Румфорд уделяли внимание этой проблеме. Многие так увлеклись ею, что изменили свои жизненные планы.

Вот почему каждая работа, претендующая на новое слово в этой области, воспринималась как сенсация, как важнейшее событие не только в среде ученых. В труде по физике, о котором так много говорили в Париже, впервые была развита полная теория теплорода.

Революционный дух обеих статей не был случайностью. Их автором являлся один и тот же человек — Жан Поль Марат.

Якобинец, депутат Конвента, друг Робеспьера, «Друг народа», как называли Марата, был разносторонней личностью. Он родился в семье преподавателя иностранных языков и в молодости изучал новые и древние языки, что дало ему возможность читать в подлиннике произведения античных авторов. Шестнадцати лет Марат ушел из дому и пустился странствовать по свету. Получив разностороннее образование, он стал философом, публицистом, филологом, врачом, физиком.

Если бегло полистать страницы жизни этого неистового человека, мы узнаем историю тяжелой судьбы, полной лишений, скитаний, преследований. Мы поймем, что Марат жил такой напряженной жизнью, что его грешно обвинять в том, что теория теплоты оказалась незрелой, непродуманной, неубедительной.

За истину надо бороться. Марат выбрал борьбу за истину социальную, за равноправие людей.

В год свершения революции, 1789-й, он приступает к изданию революционной газеты «Друг народа». В 1790-м становится членом Клуба кордельеров; много выступает, пишет статьи с требованием низвержения Людовика XVI и ареста королевских министров.

После разгрома типографии «Друга народа» монархистами Марат долго болеет, скрывается. Роковой 1793 год. Он предан жирондистами, над ним свершается суд революционного трибунала. Спасенный народом, он снова отдается служению Конвенту, участвует в ниспровержении Жиронды и способствует установлению якобинской диктатуры. И наконец, 13 июля 1793 года, трагическая гибель в возрасте пятидесяти лет от кинжала Шарлотты Корде.

Ясно, что в бурный период свершения и защиты революции Марат не мог по-настоящему заниматься наукой. Не мог он уделять ей должного внимания и в период подготовки революции. Впрочем, нельзя сказать, что после 1780 года он оставил физику, но его научные интересы ушли от теплорода и приняли новое направление, о котором мы еще узнаем. Что касается теплорода, то упомянутая статья явилась завершением, а не началом исследований Марата по теплоте. Эти работы были проведены до опубликования статьи.

Замечательно, что недолгая, нерегулярная, непрофессиональная научная работа получила высокую оценку. Шотландский университет в 1775 году, когда Марату исполнилось 32 года, присваивает ему звание доктора медицины, а Дижонская и Руанская академии присуждают ему премии за ряд работ по физике.

Аристотель и Роджер Бэкон, Кеплер и Эйлер, Декарт, Ньютон, Галилей и многие-многие другие ученые бились над разгадкой тайны теплоты. Они установили ряд фактов, но не смогли достичь понимания природы тепловых явлений…

Временами побеждало предположение, что теплота связана с особым веществом — теплородом, своеобразным флюидом, рассеянным по всей природе. Ученые склонялись к мысли, что теплота — это состояние тела. Но все эти мнения были чисто умозрительными, а само понятие теплоты — расплывчатым, неопределенным. Одни отождествляли теплоту с огнем, поэтому часто путали теплород с флогистоном, столь же гипотетической огневой жидкостью. Другие считали огонь источником теплоты.

Самой долговечной и устойчивой оказалась вера в теплород, жидкость, способную переливаться из одного тела в другое и превращать твердые тела в жидкие, жидкие в газообразные. В старых научных трудах можно встретить равенства типа: лед + теплород = вода, вода + теплород = водяной пар.

Мысль о том, что нагревание связано с добавлением какой- то жидкости, заполняющей пространство между частицами тела, находила подтверждение в повседневности. Например: циркач соскальзывает по канату, и канат от трения нагревается — ясно, что ноги сжимают канат и выдавливают из промежутков между его атомами теплород, словно воду из мокрой тряпки. Удобное, наглядное, правдоподобное объяснение. Поэтому-то теплород держался в науке вплоть до начала девятнадцатого века вопреки дальнейшим убедительным опытам, опровергающим эту теорию.

Такая ситуация не исключительна в науке. Скорее типична. Ученым трудно расставаться со своими пристрастиями, с точкой зрения, в которую они уверовали. Нелегко рассыпать определенно обоснованную, логическую схему аргументов и доказательств, в которую они вжились.

Кинжал и гильотина обрывают спор

В том же 1780 году, когда Марат вынес свою теорию теплорода на суд общественности, два его соотечественника сделали куда более решительный шаг к истине, предположив, что «теплота — это vis viva (живая сила), происходящая из-за неощутимого движения молекул тела».

Эти два соперника Марата, не только научные, но и политические, исследователи огромного дарования, сыграли важнейшую роль в низвержении гипотезы теплорода и вообще в истории своей страны и мировой науки.

Находящийся в командировке в Париже в 1781 году русский академик астроном Лексель в письме своему другу секретарю Петербургской академии наук Эйлеру дает их любопытные словесные портреты.

Об одном из них, старшем, он пишет: «…молодой человек очень приятной наружности, прекрасный и трудолюбивый химик. У него красивая жена, любительница литературы и председательница на собраниях академиков, когда они пьют чай после академических заседаний…».

Через тринадцать лет этому приятному молодому человеку, члену Французской академии наук, отрубят голову как врагу народа, но он успеет прославить родину своими «Физико- химическими опытами», «Трактатом о теплоте», ниспровержением флогистона, установлением закона сохранения масс, химической формулы воды, основ теории горения, созданием новой химии, основанной на понятии химических элементов, и его имя — Лавуазье — история поставит рядом с именами Ломоносова и Дальтона.

О другом Лексель пишет так: «Он автор прекрасных, замечательных произведений и сам это слишком хорошо знает, имеет он также познания и в других науках, но мне кажется, что он ими злоупотребляет, желая решать все в академии. К тому же он очень упрям. Его желчное, порой отвратительное настроение происходит, быть может, от чрезмерной бедности…».

Это о крестьянском сыне и будущем маркизе, графе империи, пэре Франции и министре внутренних дел, члене сената, члене Французской академии наук и всех академий Европы. Это об авторе гениальной «Небесной механики», где изложена одна из первых (вслед за Кантом) космологических гипотез; ученом, занимавшемся теорией приливов и отливов, исследовавшем устойчивость солнечной системы, измерившем ускорение Луны, рассчитавшем движение спутников Юпитера, авторе «Опыта философии теории вероятностей» — о Лапласе.

Эти два ученых со столь обширными и полярными интересами объединились в борьбе против теплорода.

Vis viva, живая сила, увы, тоже оказалась одной из ошибок науки, но это уже было ближе к истине. Считая теплоту результатом движения молекул и называя ее живой силой, Лавуазье и Лаплас предложили ее количественное определение как суммы произведений масс всех молекул тела на квадрат их скорости.

…Обсуждали ли Марат, Лавуазье и Лаплас свои точки зрения?

Столкновение мнений — очень острый момент в процессе научного творчества. Иногда в научный спор вмешиваются привходящие обстоятельства, личные склонности, политические убеждения, особенности характера — все вплетается в спор и влияет на его исход. Конфликт мнений возможен и при интерпретации работ уже ушедших из жизни ученых, и история знает немало случаев злоупотреблений и искажений, допущенных из-за того, что один из партнеров не в состоянии отстоять свою позицию.

Но когда все участники дискуссии живы, подданные одной страны, жители одного города, что может помешать им обменяться мнениями? Совместно обдуманные и поставленные опыты… Тщательно проверенные результаты… их сравнение, интерпретация — все это, несомненно, помогло бы выяснить, кто прав и чья идея ближе к истине.

До 1780 года, когда Марат, по существу, подвел итог своим исследованиям в области теплоты, они не общались. Марат, владевший математикой несравненно хуже, чем Лаплас и Лавуазье, чисто психологически склонялся к наглядной теории теплорода, соответствовавшей всему опыту, накопленному к этому времени и подкрепленному его собственными экспериментами. Конечно, трудно предположить, что Марат не был знаком с механическими теориями теплоты, сводившими тепло к движению незримых частиц. Но эти теории должны были казаться ему, реалисту, слишком умозрительными, связанными с жизнью лишь непрочными узами математики, от которой он был весьма далек.

Что же мешало Марату, Лавуазье и Лапласу найти общий язык впоследствии, когда они встретились на общественном поприще? Ведь у них не только общие научные интересы, но и в грянувшей революции они на одной стороне баррикады. Это правда, но не полная правда.

Как политические деятели эти три выдающихся человека единодушны только в начале революции. Позже их политические убеждения расходятся. Марат — неистовый революционер. Он за углубление, за непрерывность борьбы. Лавуазье же и Лаплас хотели ее скорейшего завершения.

Несмотря на политические расхождения, судьбы Марата и Лавуазье сходны, оба погибли в ходе революции. Неистовый революционер Марат пал от кинжала аристократки. Осторожный Лавуазье был казнен как противник революции.

Лишь Лаплас, который был моложе Марата и Лавуазье на шесть лет и прожил до 78-летнего возраста, смог полностью проявить свои возможности. Он стал эпохой французской науки послереволюционного периода, эпохой мировой науки. Но его интересы так обширны, что работы в области теплоты лишь небольшая, не самая важная их часть.

Флюиды, месмеризм и смутные предчувствия

Не только смерть помешала Марату и Лавуазье найти общий язык. Их научные интересы, встретившись ненадолго, разошлись. Марат, опубликовав работу по теории теплорода, уже через три года в письме другу пишет о новом увлечении — на сей раз электрическими флюидами.

Электрические флюиды, или жидкости, были сродни теплороду, их наличием в телах пытались в то время объяснить электрические явления.

О подробностях своих занятий Марат не пишет, зато с восторгом рассуждает о перспективах электрических методов лечения. Он говорит о своем намерении «заняться электричеством в области медицины, наукой, которая так сильно интересует общество». Он критикует премированную работу аббата Бертелона, который «выдает электричество за универсальное средство от всех болезней», и пишет о своей работе, получившей премию Руанской академии, предложившей конкретную тему: «Определить степень и условия, при которых можно рассчитывать на электричество в лечении болезней».

Этот интерес возник у Марата не случайно. Во всем мире всеобщее внимание возбуждали идеи французских материалистов о материальности психических процессов. Научная мысль уже работала над раскрытием физической природы ощущений. А после работ американского физика Франклина, который глубоко изучил природу молнии, возникли мысли о связи электрических явлений с живыми организмами. Эти работы сблизили между собой учение об электричестве и биологию.

Марат еще не знает о решающем опыте итальянца Гальвани, потому что он будет проведен лишь через три года. Мертвая лапка лягушки под влиянием электрического разряда будет двигаться, вселяя ужас в обывателей и открывая перед исследователями новые нехоженые тропы познания, и сам Гальвани будет говорить и писать о случайности своего открытия. Но с исторической точки зрения это уже не было неожиданностью.

Гальвани приступил к своему опыту тогда, когда даже в светских гостиных обсуждали различного рода флюиды, драматический шепот ясновидцев повествовал о «животных эссенциях», которые якобы, протекая по нервам, переносят ощущения к мозгу и вызывают сокращение мышц.

Историк науки Льоцци, характеризуя атмосферу этого века, пишет о странной смеси материализма и мистики, дерзости и суеверий. «На фоне этого океана необоснованных гипотез, путаных идей, ошибочных аналогий, смутных предчувствий начались исследования Луиджи Гальвани».

В поведении электрических скатов, угрей, сомов люди видели пример связи электрических явлений с биологией, с психикой. Естественно, врачи и физиологи с надеждой обратили взоры к электрическим методам лечения. Поэтому опыты Марата по лечению электричеством привлекли внимание Франклина, Лавуазье и многих других ученых и врачей.

Расхождения с Лавуазье и Лапласом по поводу взглядов на природу теплоты отошли у Марата на второй план. В своем письме к другу Марат, описывая новый метод наблюдения в темной комнате «материи огня и электричества», жалуется на невнимание к его физическим работам Академии наук, которая не нашла нужным проверить эти опыты.

Марату явно не везет с выбором научных тем. В его новое увлечение электрическими методами лечения вплетается досадное обстоятельство, которое дискредитирует выбранное Маратом научное направление. В его работах явно чувствуется вера в психические флюиды. А с этим академия уже имела дело, рассматривая деятельность известного шарлатана Месмера, который ловко использовал все новые и модные теории об электрических, магнитных и других флюидах и объявил об открытии по примеру животного электричества «животного магнетизма».

«Животный магнетизм, — уверял Месмер, — может переноситься без помощи тел и отражаться как свет». Месмер предлагал свой метод лечения как универсальное средство от всех болезней, объявлял себя спасителем рода человеческого, устраивал сеансы месмеризма, собирая кучу денег от восторженных почитателей. 20 тысяч франков — вот размер пожизненной пенсии, которую назначил ему одураченный властелин Франции.

Разоблачением месмеризма занялась Академия наук. Была создана комиссия (в нее включили и Лавуазье). Обследовав вопрос, она дала уклончивый ответ. Не отвергая возможности «животного магнетизма» (ведь такая гипотеза не противоречила, а, наоборот, была в духе мировоззрения этого времени, созвучна тенденции материализации психических процессов), комиссия писала в своем отчете, что не обнаружила неизменного действия в проверенных ею фактах. Работы по психическим флюидам были, таким образом, осуждены, и их перестали афишировать.

Так Марат со своим увлечением электрическими флюидами попал в сомнительную компанию приверженцев разного рода невесомых субстанций.

И все-таки Марат не жертва обстоятельств. Он сам был повинен в своих заблуждениях и неудачах. Не он один был в плену ложных представлений. И Гальвани верил поначалу во флюиды, но преодолел этот этап с честью, вписав новую главу в науку о физиологическом электричестве. Вольта начинал с признания флюидов, а кончил эпохальным открытием — создал первую электрическую батарею. Гальвани и Вольта — примеры ученых, наделенных удивительной интуицией. При ложной исходной позиции они все же пришли к истинным результатам.

Лаплас и Лавуазье также не избегли увлечения магнитными и электрическими флюидами. Вместе с Вольтой они в 1782 году проделывают, сначала в Париже, потом в Лондоне опыты по получению электричества, которое возникает, по словам Вольты, «от простого испарения воды и различных химических реакций». Этими опытами они вторглись еще в одну неизведанную, полную загадок область науки — метеорологию. Она тоже была пронизана предчувствиями, пристрастиями. Процессы испарения и конденсации воды в ту пору были покрыты тайной. Ученые не стыдились верить в то, что роса падает со звезд или поднимается от земли и оседает на листьях, что за подобные явления ответствен особый флюид, нечто среднее между эфиром и теплородом — тепловой эфир.

Лавуазье, Лаплас и Вольта, исследуя процессы испарения, конденсации, электризации воды, видят в этом не мистику, а совсем новый облик событий: связь электрических, химических и тепловых явлений. Они выходят — каждый в своей области — на дорогу нового мировоззрения. Вольта и Гальвани, как мы уже знаем, начинают новую эру в электричестве. Лавуазье приходит к совершенно новому пониманию основ химии.

Пушки кипятят воду

Марат погиб, не найдя правильной дороги в науке.

Он, революционер, беспощадно боровшийся с реакционерами в политике, оказался рутинером в науке. Его теория теплорода вела науку обратно к схоластическим построениям натурфилософии. Теория теплорода сыграла роль первого камня, упавшего с высокой горы и повлекшего за собой лавину; возбудила волны, смывшие древний лед флюидов, державших науку в длительной спячке средневековья.

— Теплород — жидкость? — вопрошал с трибуны Дэви, популярный химик, блестящий оратор, славившийся своими дерзкими, крамольными, непринятыми в его время научными взглядами. — Но почему в таком случае эта «жидкость» не ведет себя в экспериментах так, как полагается вести себя всякой порядочной жидкости?

Когда Дэви слышал об опытах, якобы обнаруживших теплород, электрические или магнитные жидкости, то не называл их иначе как шаманством и архаизмом. Молодежь ломилась на его лекции. Этот англичанин, сын резчика по дереву, открыватель «веселящего газа», как называли вначале закись азота, увлек в химию своими блестящими лекциями не одну быстро воспламеняющуюся голову.

Однажды его услышал молодой переплетчик Фарадей, который так захотел быть химиком, что решил для начала стать слугой Дэви. Потом он сделался его другом и сотрудником. Фарадей пойдет дальше учителя, дальше своего века. Но это произойдет значительно позже, когда термодинамика накопит достаточно информации. А пока, в молодые годы он, восхищаясь Дэви, воспламеняясь его бунтарством, с восторгом учился у него и помогал в самый трудный, начальный, период борьбы с теплородом. Дэви не только учил, он и созидал. Он отваживался на неожиданные толкования природы теплоты. Он выдвинул теорию, которая теперь называется кинетической теорией тепла: колебательное и вращательное движение частиц тела — вот причина повышения его температуры, вот источник тепла. Он прославился не только как автор этой революционной теории, но как смелый экспериментатор, объединивший возможности химии и физики, эти два важнейших пути познания природы.

Окончательной победы кинетической теории теплоты Дэви не дождался. Быстро отгорев, он странным образом завершил свои дни. Опубликовав в 1806 и 1807 годах знаменитые лекции, создавшие ему славу величайшего химика Европы, и получив в 1812 году титул барона, он сошел с высот науки до уровня светского баловня. Его голоса уже не слышат в студенческих аудиториях. Дэви в плену «света» и своей богатой жены. Слава ненадолго вновь осеняет Дэви светом лампы, которую он изобретает для углекопов по заказу рудничной компании. Но затем, вплоть до кончины, он как ученый больше не существует.

Однако мысль толковать теплоту как форму энергии была высказана, подхвачена, и отмахнуться от нее было уже невозможно.

Но что значит мысль без доказательства?

Решительное слово в развитии нового взгляда на теплоту принадлежит человеку, необычайная жизнь которого, трудолюбие, широта интересов сделали его активным действующим лицом в борьбе с теплородом.

…Румфорд уже был Румфордом, когда молодой Дэви поступил в руководимый им Королевский лондонский институт на должность профессора химии. Прошло уже много лет с тех пор, как некий Бэнжамен Томпсон, противник борьбы за независимость, бежав из Америки, обосновался в Европе. Немало лет прошло и с тех пор, как, поступив на службу к баварскому курфюрсту, Томпсон проявил столько разнообразных талантов, что получил от Карла Теодора пост военного министра и титул графа Румфорда — в честь города в Нью-Гэмпшире, где он родился. За плечами у Румфорда была реорганизация немецкой армии, основание многих мануфактур, разработка проектов экономичного городского отопления. За это время разносторонние таланты графа Румфорда принимали иной раз «заземленный» уклон, и он увлекался составлением рациональной диеты, конструированием оригинальных очагов и печей, что принесло ему славу и в этой области.

Еще в бытность в Баварии он обдумал и осуществил ставший знаменитым опыт с оружейными стволами, нанесший чувствительный удар теории теплорода. В 1778 году он провел ряд опытов над силой пороха и заметил, что пушечный ствол от холостых выстрелов нагревается сильнее, чем от выстрелов снарядами, хотя следовало бы ожидать обратное. Ведь при стрельбе снарядами горячий газ дольше времени остается в соприкосновении со стенками орудия, и, если верить в то, что именно теплород переносит тепло, то в таком случае большее его количество успеет перетечь в ствол.

Результаты этого опыта вступали в противоречие с теорией теплорода, но Румфорд в то время не закончил задуманный цикл экспериментов, а продолжил их лишь через двадцать лет.

Надо сказать, что, несмотря на странные увлечения, отклонения в сторону, основной страстью Румфорда была проблема теплоты. И упоминание о его занятиях вопросами кухни и пищи не случайно. Именно они помогли Румфорду внести в науку о теплоте важное наблюдение. Считалось, что жидкости проводят тепло лучше, чем твердые тела. Румфорд, наблюдая, как остывает густая пища, объявил о своем несогласии с этой точкой зрения и выдвинул обратную.

Поставив ряд экспериментов, он возбудил такой активный спор о процессах теплопроводности в различных веществах, что это вылилось в образование новой ветви науки о теплоте. Его опыты всегда отличались простотой и связью с повседневной жизнью, что не могло не шокировать кабинетных ученых! Так неожиданно и непосредственно, прямо на военном полигоне, Румфорд провел и свой главный, простой и гениальный, эксперимент, вошедший во все учебники физики.

Наблюдая за сверлением стволов бронзовых пушек, Румфорд измерил количество выделяющегося при сверлении тепла. При этом он обнаружил, что тупое сверло плохо режет металл, но дает много тепла. Пока лошади приводили в движение это сверло, можно было успеть вскипятить воду в котлах, установленных на пушках. Румфорд решил, что тепло будет выделяться безгранично долго, во всяком случае, до тех пор, пока лошади, вращающие сверло, способны продолжать работу. Если бы здесь была замешана теплородная жидкость, она должна была бы давно иссякнуть.

С современной точки зрения этого было бы достаточно для ниспровержения гипотезы теплорода: тепло получается в результате механической энергии, работа, совершаемая лошадьми, превращается в тепло. Но в то время, когда наглядная гипотеза теплорода была привычной, требовались и другие аргументы.

Румфорд нашел один из них, измерив теплоемкость стружек, и установил, что она такого же порядка, как теплоемкость сплошного металла. Вывод мог быть один: твердая, цельная пушка предоставляла столько же места теплороду, как и разрозненные мелкие стружки!

Что могли возразить приверженцы теплорода?

Мода-временный закон

Они ничего возразить не могли, но тем не менее вера в теплород продолжала жить и после убедительных опытов Румфорда. Вера в тепловую жидкость продолжала жить и после виртуозных опытов Джоуля, ученого-любителя, которого загадка теплоты вырвала из привычного круга дел, и он, променяв пивоварню на научную лабораторию, поставил целью жизни доказать, что теплота — это форма энергии.

Джоуль был настолько поглощен загадкой теплоты, что даже во время медового месяца, который он проводил с молодой женой в Швейцарии, задумал провести серию экспериментов. Он обходил водопады, которых немало в этой стране, и измерял разность температур между верхним и нижним уровнем. Проводя дни у одного из водопадов высотой в 60 метров, он мучил себя вопросами: какова зависимость между высотой водопада, энергией падающей воды и повышением ее температуры внизу? Зависит ли это повышение от массы воды, почему даже в тихий день предсказанную разность температур дают не все водопады и почему некоторые типы водопадов вообще не создают разности температур?

Работам по теплоте Джоуль посвятил сорок лет. В честь его заслуг в этой области имя Джоуля присвоено единице энергии. Он достиг цели жизни — многое узнал о тайнах теплоты. Но пристрастие к теплороду уцелело и после опытов Джоуля и других многочисленных экспериментов Майера, Фавра, Хирна, Вебера, Зильбермана, Ленца… всех тех, кто перекачивал один вид энергии в другой — механическую в тепловую, тепловую в механическую, химическую в тепловую, или сначала в электрическую, а потом в тепловую, — иллюстрируя, что все эти виды энергии лишь разновидность одной, универсальной и неуничтожимой.

Мода хотя и временный, но закон. Он диктует свою волю целым поколениям. Так, на переломе XVIII–XIX веков в науке царила мода на невесомые. Таинственная, неуловимая материя — теплород, эфир, электрическая и магнитная жидкости — была у всех на устах. Ничто так не подогревает интерес, как таинственность, противоречивость, неопределенность. А в области невесомых таинственности и неопределенности было хоть отбавляй. Интерес подогревался постоянными столкновениями между теми, кто добывал новые факты, — экспериментаторами, и теми, кто истолковывал факты, — философами. Лесаж, Кант, Якоби — эти философы прославились своими умозрительными построениями, буквально умственными замками, построенными на фундаменте невесомых. Философы, физики, поэты спорили о тенях, правящих миром.

…18 сентября 1820 года. Ампер провел свой знаменитый эксперимент по взаимодействию проводников, обтекаемых электрическим током. Присутствующие на заседании Парижской академии наук были под большим впечатлением от непонятных движений электрического провода. История передает, что Лаплас, усомнившись в увиденном, придирчиво допрашивал ассистента, помогавшего при опыте:

— А не вы ли, молодой человек, подталкивали провод?

Но, как всегда, были и такие ученые, которые не хотели видеть в опытах Ампера ничего нового. Один из них сказал ему:

— Но что же, собственно, нового в том, что вы нам показали? Само собой ясно, что, если два тока оказывают действие на магнитную стрелку, они должны действовать и друг на друга.

Ампер не нашел, что ответить. Присутствовавший при этом Араго вынул из кармана два ключа и сказал:

— Каждый из них тоже действует на магнитную стрелку, однако же они не действуют друг на друга.

Опыт Ампера развенчал магнитную жидкость, которой объясняли магнитные явления, и с тех пор авторитет невесомых начал заметно падать. Закатилась звезда и тепловой жидкости. Зрело понимание того, что природа — материальна, что энергия — форма существования материи, что есть разные формы этой энергии и они способны переходить одна в другую по строгому закону сохранения.

…История, которая составила наш очерк, разумеется, не кончилась на этом этапе. Еще не была создана непротиворечивая теория теплоты, еще не была окончательно понята связь между градом открытий в области электричества, магнетизма, света, теплоты, которым так богат был тот этап развития науки.

Мы сделали лишь то, что делают телевизионные комментаторы, которые, желая обратить внимание зрителей на детали какого-то важного события во время спортивных состязаний, повторяют эпизод в замедленном темпе. Мы коснулись лишь событий, последовавших вслед за появлением статьи Марата — переломного момента в истории борьбы с невесомыми материями. Отстаивая теорию теплорода, Марат привлек к нему внимание столь мощных и разнообразных умов, что ускорил ее гибель, оказав тем самым науке огромную услугу. Мы попытались замедленно воспроизвести самый острый, начальный момент гибели теплорода, за которым, конечно же, последовало много замечательных событий. Но они за пределом нашей темы.

«Студенческий меридиан» № 12, 1976 г.

Обольщения

Авантюристические устремления могут сбить с пути, и порой сбивают с пути научные исследования. Но без них научный прогресс представляется почти невозможным.

Льоцци.

Истинное начало этой истории неизвестно, но скорее всего его можно связать со становлением древней астрономии. Повседневный опыт, накапливаемый веками, убеждал людей в очевидном факте — в вечном движении небесных тел. А отсюда вывод: если эти движения вечны, то должны существовать и вечные силы, поддерживающие движение. Мы, конечно, не знаем, кто первый задумался над тем, нельзя ли заставить вечные силы природы совершать даровую работу: тащить повозки, поднимать воду, молоть зерно. Первое письменное свидетельство о размышлениях и исследованиях этого рода оставил Пьетро Перегрино, физик из французского городка Марикура.

Задумав осаду итальянского города Лючеры, Карл Анжуйский призвал Перегрино в свои войска. Весельчак Пьетро скучал во время длительной осады и коротал досуг, высказывая разные соображения о природе вещей в письмах, которые адресовал пикардийскому дворянину Сигеру. Под последним письмом стоит дата — 8 августа 1269 года, и оно завершает цикл, образовавший трактат под названием «О магнитах».

В этом трактате, в числе прочего, содержалось описание вечно движущейся машины, которая, как мы сейчас формулируем существо дела, «будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне».

Трактат Перегрино и после смерти автора ходил по рукам. Он дал толчок такому количеству подражаний, был таким возбуждающим источником научного вдохновения, что заслужил право остаться навечно в летописи человеческой мечты.

История сохранила большое количество проектов вечных двигателей. Большинство их должно было использовать силу тяжести. Это были более или менее сложные комбинации рычагов, блоков, зубчатых и цепных передач, а иногда и насосов для подъема воды — стекая вниз, вода должна была совершать работу, попутно приводя в движение и сами насосы.

Наряду с заблуждающимися, но добросовестными энтузиастами в числе создателей вечных двигателей были и мошенники, демонстрировавшие легковерным обывателям механизмы, движение которых поддерживалось скрытыми приводами. Так, например, в XVIII веке большой популярностью пользовался вечный двигатель Оффиреуса — колесо, вращающееся безостановочно после первоначального толчка. Многие ученые, наблюдавшие его работу, не могли обнаружить никакого обмана. Однако, когда один из наблюдателей проявил слишком большую настойчивость и любознательность, конструктор разбил аппарат… И все же в те времена отдельные неудачи и разоблачения никак не могли дискредитировать идею. Достаточно вспомнить, что с 1678 года начинает выходить французский научный журнал, где регулярно помещаются многочисленные проекты вечных двигателей.

Мечта о вечном двигателе стала поразительной массовой галлюцинацией. На протяжении многих веков перпетуум-мобиле казался легко осуществимым, и никто не подозревал, что самой природой на него наложен непреодолимый запрет.

Первый отпор идея перпетуум-мобиле получила в XVI веке. И ополчился против вечного двигателя ученый, который в силу своего характера, научных склонностей должен был бы приветствовать такой подарок судьбы! Должен был ухватиться за идею перпетуум-мобиле и поставить целью жизни осуществить ее.

Иероним Кардан был, пожалуй, самым авантюрным ученым в этот доверчивый век. Он слыл отличным математиком, физиком, врачом, и при всем этом его считали помешанным. Ну скажите, какой нормальный человек, будучи грамотным ученым, может верить, как верил Кардан, что каждый год 1 апреля в 8 часов утра он может получить от богов все, что пожелает? Кардан любил предсказывать, и многие его предсказания сбылись. Чтобы не подорвать веру в силу своего провидения, он оборвал жизнь голодовкой на 75-м году только потому, что имел неосторожность предсказать дату своей смерти.

Что же воодушевило Кардана на борьбу с вечным двигателем? Повышенное чувство долга? Вряд ли. Историки рассказывают, что он не смущался кражей чужого открытия. Тридцатилетний блестящий математик Тарталья рассказал ему о своем оригинальном решении уравнения третьей степени, а Кардан опубликовал это решение под своим именем. Тарталья вызвал его на математическую дуэль-диспут, однако Кардан вместо себя прислал своих учеников и те выдворили Тарталью из города!

Возможно, все эти отзвуки давно затихшей жизни — просто выдумка, как и легенды о том, что Кардан безмятежно перенес казнь сына, утрату колоссального состояния… История многое вольно добавляет и убавляет, когда дело касается биографий незаурядных людей. Если бы Кардан был только позером, он не оставил бы после себя такие замечательные (по свидетельству серьезных ученых) труды, наполненные мудростью и заботой о нуждах людей, как трактаты «О разнообразии вещей», «О тонкости», которые служили пособиями для воспитания многих поколений физиков.

Именно в трактате «О тонкости» Кардан высказывает и обосновывает в меру своих возможностей убеждение в несостоятельности идеи вечного двигателя. Но уровень званий его эпохи не дал ему возможности привести убедительные доказательства.

Особенно много проектов вечных двигателей появляется в XVI–XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Ученые и фантазеры-самоучки, мало или совсем незнакомые с основами физики и механики, пытаются комбинировать простые механизмы в более сложные, но все равно получить от машины больше энергии, чем было затрачено на ее работу, не удается. Если бы конструкторы изучили труды Галилея, они знали бы это заранее. Галилей, как до него Стевин, ставил опыты с рычагами и блоками, наблюдал за скатыванием шаров по наклонной плоскости и пришел к заключению, что с помощью простых механизмов невозможно получить даровую работу.

Здесь уместно подчеркнуть, что ликвидация трения в механизме не превратила бы его в вечный двигатель, не спасла бы идею. Очень долгое движение можно осуществить с помощью большого маховика, вращающегося на хороших шариковых подшипниках. Но если от такого механизма попробовать отобрать энергию, он довольно быстро остановится.

Всплеск веры в возможность получить вечный двигатель произошел после изобретения электрических машин. Эта вера окрылила пивовара и физика Джоуля, человека практичного и предприимчивого. Он воспользовался вольтовой батареей и запустил от нее электродвигатель своей собственной конструкции. Батарея очень быстро выдохлась, а Джоуль в итоге пришел к выводу, что лошадь никогда не будет вытеснена электродвигателем, так как прокормить ее дешевле, чем менять цинк в батареях. Эта работа не увенчалась созданием перпетуум-мобиле. Но сыграла огромную роль в исследовании количественных соотношений между теплотой и механической энергией.

…Этот ученый родился далеко от научных центров, в заснеженном уголке, где большинство жителей вообще ничего не слышали о вечном двигателе, о магнетизме или электричестве.

Но тем не менее в темноте далекого края России зажегся свет любознательности у сына архангельского помора, который стал эпохой русской и мировой науки. Этот мальчик, не слышавший, конечно, о таких великих именах, как Аристотель, Леонардо да Винчи, Ньютон, стал в один ряд с ними, как последний из плеяды универсальных гениев.

Сфера научных интересов Ломоносова обнимает буквально все проблемы естествознания того времени. Его труды открыли первую страницу познания многих явлений природы. Он думал и над загадкой теплоты, но специально проблемой вечного двигателя Ломоносов не занимался. Он считал само собой разумеющейся невозможность осуществления вечного двигателя, и это привело его к всеобъемлющей формулировке закона сохранения, которую Ломоносов дал в 1748 году:

«Все изменения, случающиеся в природе, происходят так, что если что-либо прибавится к чему-либо, то столько же отнимется от чего-то другого. Так, сколько к какому-нибудь телу присоединяется материи, столько же отнимается от другого; сколько часов я употребляю на сон, столько же отнимаю от бдения и т. д. Так как этот закон природы всеобщ, то он простирается даже на самые правила движения: тело, побуждающее своим толчком другое к движению, столько же теряет своего движения, сколько сообщает другому, движимому им».

Казалось бы, вопрос о возможности получения чего-либо из ничего исчерпан.

Но почему же тогда через двадцать лет после появления ломоносовского закона сохранения Французской академии наук, изнемогающей от необходимости изучать бесчисленные проекты перпетуум-мобиле, пришлось принять специальное решение — оставлять без внимания всякие проекты новых вечных двигателей?

Кто эти безумцы, запускающие воздушные шарики сенсаций? Кто отваживается идти против законов природы? И на каком основании?

Увлечением XIX века стали особые вечные двигатели, они привлекли изобретателей тем, что породили надежду на получение бесплатной энергии без нарушения закона сохранения. Они заронили веру в возможность компромисса с природой.

В середине прошлого века родилось коварное заблуждение, дающее сложные рецидивы вплоть до наших дней. Вечный двигатель второго рода — так именуется новый тип перпетуум-мобиле, якобы способный без ограничения превращать тепло, запасенное в окружающих телах, в другие виды энергии.

Прошло немного времени после начала триумфального шествия паровых машин, как стало ясно, что эти прожорливые чудовища настолько плохо используют топливо, что грозят быстрым уничтожением лесов и исчерпанием запасов угля. Однако, несмотря на все попытки инженеров добиться улучшения работы паровых машин, сделать их более экономичными не удавалось. Да и как могло удасться, если существо процессов, сопровождающих работу этих машин, было совершенно непонятно?

Проблемой тепловых машин заинтересовался военный инженер Сади Карно. Поступив в 1819 году на должность лейтенанта во французский генеральный штаб, юноша вынужден был заниматься мелкими поручениями. Ему не давали хода — его отец, Лазар Карно, бывший министр французской республики, после реставрации монархии находился в изгнании.

Молодой Карно не тратил время на карьеру, все силы и досуг он отдавал науке, решив добиться от паровых машин большей отдачи. В 1824 году вышел из печати труд Сади Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных проявить эту силу» — единственная работа, опубликованная при жизни этого гения. В возрасте сорока лет он заболел скарлатиной, а через два месяца заразился холерой, которой понадобилось лишь несколько часов, чтобы свести его в могилу.

Первоначальная цель Карно — построить как можно более хорошую паровую машину, способную получить максимум энергии из данного количества топлива. Но он не знает, как этого добиться. Карно начинает с того, что говорит себе: допустим, я построил идеальную машину. В чем проявится ее преимущество перед реальной машиной? Пусть, думает он, они работают в одинаковых условиях, от общего котла с общим холодильником, а я проанализирую, почему одна машина работает лучше другой.

И тут Карно почувствовал беспокойство: если эти машины заставить работать в паре одна с другой, лучшая сможет компенсировать потери в худшей, не правда ли? Более того: если одна машина лучше другой вдвое, то, затратив половину вырабатываемой энергии на совершение внешней работы, другую половину она сможет потратить на то, чтобы поддерживать работу худшей машины! Выходит, что, получив первоначальный толчок, такая система из двух машин может в дальнейшем обойтись без котла, без топлива?!

Карно отчетливо понял, что эти рассуждения привели его в лагерь авантюристов — он изобрел вечный двигатель! Но ведь вечный двигатель невозможен. Значит? Единственный логический вывод: в этой паре не может быть лучшей машины. Все тепловые машины, работающие от общего котла и с общим холодильником, одинаково эффективны. Повысить кпд тепловых машин выше определенного предела невозможно. И дело не в умении или неумении инженеров, а в запретах природы — в необратимой потере тепла в окружающем пространстве.

Поразительно, что Карно пришел к такому далеко идущему выводу путем простейших рассуждений. Еще более поразительно, что он сделал правильный вывод из неправильной посылки — Карно представлял тепло в виде жидкости, теплорода. Эта аналогия очень помогла ему представить процесс работы паровой машины наглядно. Под котлом с водой горит топливо, превращая воду в пар. При этом теплород течет от горячего пламени к холодной воде. Поглотив теплород, вода нагревается, а потом и испаряется. Горячий пар движет поршень машины и таким образом совершает работу. Пар при этом остывает и уходит в окружающее пространство, вместе с ним рассеивается теплород…

Карно опирался на теорию теплорода и все-таки не ошибался. Если его чутье тонкого физика не забило тревогу, когда он взял за исходный стержень своих размышлений аналогию между теплородом и жидкостью, значит, тут не было запрета. И, как теперь ясно, не могло быть: между жидкостью и теплотой действительно много общего в поведении.

Теплород и держался в науке так долго именно потому, что в нем отразились многие истинные свойства теплоты, хотя, конечно, на молекулярном уровне ясно полное отличие теплоты и теплорода. Можно легко сравнить течение теплорода в паровой машине — от горячего котла к холодильнику — с течением воды в реке — от верховья в низину. Реки не текут вспять. Не возвращается и ушедший в пространство теплород. Отсюда возникает понимание особой роли теплоты среди других форм энергии — ни одна из них не теряется безвозвратно, только теплота!

Так Карно впервые сформулировал принцип, которому суждено было стать основополагающим в науке о теплоте — в термодинамике: тепло самопроизвольно течет только в одном направлении, от горячих тел к холодным. Совершенно непринужденно при этом возникает понимание невозможности создания вечных двигателей. Воду в реке нельзя повернуть вверх по течению, не затратив на это работу? Не затратив работу, невозможно вернуть для полезной деятельности и теплород.

Так Карно путем элементарных рассуждений пришел к двум гениальным для его времени результатам. Первый — это принцип, носящий его имя: о естественном течении тепла только от горячего к холодному, но не обратно. И второй результат — формула для определения кпд идеальных тепловых машин. Уподобляя теплород воде, а разность температур на входе и выходе машины — разности уровней воды в водопаде, Карно заключил: как при падении воды работа измеряется произведением веса воды на разность уровней, так и в паровой машине работа измеряется произведением количества теплорода на разность температур.

Теперь ясно — кпд идеальной тепловой машины зависит только от разности температур. И ясен путь увеличения эффективности тепловых машин: ее можно поднять за счет увеличения температуры на входе — температуры пара в котле. Или за счет понижения температуры на выходе. Очень полезно использовать специальные, остужающие пар устройства — холодильники. Если пар на выходе машины не охлаждать, а просто выбрасывать в окружающее пространство, то машина будет малоэффективна. Пример — паровоз, его кпд едва достигает 3–4 процентов.

А если температура котла и холодильника одинакова? Паровая машина вообще не будет работать. Как не даст никакой работы водяная мельница, если ее колесо опущено в стоячую воду.

Для простоты понимания Карно изложил свои результаты без помощи математики. И хотя они предельно наглядны и просты, все это осталось почти не замеченным, во всяком случае, не понятым. Карно опередил свое время.

В последующие годы Карно продолжал свой великий и скромный труд. Он отказался от гипотезы теплорода, провел новые рассуждения на основе механической теории теплоты и даже довольно точно определил механический эквивалент теплоты. Его результаты были опубликованы в 1878 году при повторном издании «Размышлений» — более чем через сорок лет после смерти автора. А через пятнадцать лет после смерти Карно великий Клаузиус, который ввел в науку многозначительное понятие энтропии, добавил свое веское слово к принципу Карно: он выразил его в виде математической формулы и возвел в ранг Второго начала термодинамики: «Теплота не может самопроизвольно перейти от более холодного тела к более теплому».

Наименование «Второе начало термодинамики» было присвоено принципу Карно потому, что за годы, прошедшие между смертью Карно и работой Клаузиуса, было выработано общее понятие «энергия» и окончательно сформулирован закон сохранения энергии, получивший название Первого начала термодинамики.

Волнение, которое вызвал постулат Клаузиуса в среде ученых, можно представить себе из того, как переформулировал его Томсон (лорд Кельвин). Он считал необходимым записать Второе начало так: «При посредстве неодушевленного тела невозможно получить механические действия от какой-либо массы вещества путем охлаждения ее температуры ниже температуры самого холодного из окружающих тел».

Что же испугало Томсона в принципе Карно, во Втором начале термодинамики? Его испугал вывод о том, что могут существовать условия, при которых невозможно превращение тепла в работу или в другие формы энергии. Ему казалось неприемлемым признание того, что в отличие от других форм энергии теплота обладает особыми свойствами, что какие-то ее количества выпадают из замкнутого круга взаимных превращений, ужасал вывод, неизбежно следовавший из этого. Неизбежный логический вывод, противоречащий всему, что казалось надежно установленным великими предшественниками. Необратимое течение тепловых процессов сулило Вселенной гибель.

Шесть долгих лет Томсон изучал проблему, прежде чем решил опубликовать результат. В 1857 году в работе «О всеобщей тенденции в природе к рассеянию механической энергии» он сообщает: принцип Карно верен, и он отражает гибельную тенденцию, властвующую над природой. Все формы энергии в конечном счете переходят в теплоту, температура всех тел стремится к выравниванию за счет охлаждения нагретых тел.

Приговор был произнесен. Он потряс и ученых и воображение широкой публики. Мир не будет существовать бесконечно. Он обречен! Клерикалы по-своему утешали обывателя: мир не мог возникнуть без помощи бога, а раз так, то бог нас не оставит. А многие ученые пытались оспорить положение Томсона-Клаузиуса — они искали примеры, противоречащие Второму началу термодинамики. Все возражения были ошибочны, все примеры содержали погрешность.

Физика попала в тупик. Каков же выход?

«Современное естествознание вынуждено заимствовать у философии положение о неуничтожаемости движения: без этого положения естествознание уже не может существовать». Так охарактеризовал поворот событий Энгельс. Еще при его жизни гениальный физик Больцман освободил природу от опеки бога. Он показал, как в природе реализуется то, что Энгельс утверждал на основе общих положений диалектического материализма — движение бесконечно, мир не умрет, не остановится в своем развитии.

Вы спросите — как же так? Второй закон термодинамики утверждает, что мир стремится к покою, а Больцман берет на себя смелость утверждать, что вопреки этому велению природы движение вечно. За счет чего же?

В результате изучения явлений природы Больцман стихийно пришел к тому, к чему диалектический материализм приводит строго научно. Он понял и объяснил парадоксальное уклонение природы от собственных запретов. Примирил теорию и реальность. Узаконил жизнь вопреки правам смерти и отнес вывод о тепловом угасании мира к области заблуждений.

Проследим же за рассуждениями Больцмана. Проделаем два мысленных эксперимента.

Нальем в сосуд две одинаковые жидкости, различающиеся только цветом, и подождем. Они самопроизвольно смешаются. Сегодня и для школьника не секрет, что это результат хаотического теплового движения частиц жидкости.

Насыплем в барабан слой белых шаров, а на них слой черных и приведем барабан во вращение. Шары постепенно перемешаются, и, вынув из любой части барабана достаточно большую порцию шаров, мы обнаружим в ней одинаковое количество белых и черных.

Если мы взглянем на уравнения, описывающие процесс, то увидим странную картину. Время входит в них симметрично: со знаком плюс и со знаком минус. Уравнения построены так, словно описываемые ими процессы могут одинаково свободно развиваться как в сторону будущего, так и в сторону прошлого! Но ведь это противоречит многовековому опыту человечества — время, как и теплота, неотвратимо течет в одну сторону, от прошлого к будущему, и нет никакой возможности не только повернуть его вспять, но и остановить хотя бы на мгновение! Разве кто-нибудь когда-нибудь видел хоть одно исключение из этого правила?

Уравнения, о которых идет речь, дают основание предположить, что, вращая барабан в обратную сторону, можно добиться разделения шаров на белые и черные, то есть вернуть систему в первоначальное состояние, в прошлое. Но в действительности этого не происходит. Не разделяются и смешавшиеся жидкости. Почему?

Уравнения утверждают: чтобы шары, смешавшиеся в барабане, вновь разделились, при вращении в обратном направлении, нужно обеспечить точное воспроизведение всех элементарных шагов. То есть каждый шар в отдельности и все вместе должны воспроизвести в обратном порядке все свои движения — возвращением в прошлое мы назвали бы точное повторение событий в обратном порядке. Точное! Но это невозможно уже потому, что «шероховатости» — мельчайшие неровности поверхности шаров — деформируются случайным образом. Вращая барабан обратно и думая, что возвращаем процесс в прошлое, мы на самом деле уводим его еще дальше в будущее, в сторону беспорядка.

Этим рассуждением Больцман не только не опроверг, но подкрепил вывод Томсона о неуклонном развитии природы от порядка к хаосу, о движении мира от состояния, при котором механическая, электрическая, химическая, тепловая и другие виды энергии распределены неравномерно, — к состоянию, в котором все и везде одинаково, и одинаково навсегда: безжизненно, невозмутимо!

Но вернемся еще раз к барабану с шарами. Взяв из него тысячу шаров, мы почти всегда будем иметь 500 белых и столько же черных. Если же вынуть два шара, то часто оба будут белыми или черными, будут одинаковыми.

И вывод: в малых частях большой беспорядочной системы может самопроизвольно возникать упорядоченность! Самопроизвольно, то есть без помощи бога, лишь по воле случая…

Случай — вот всесильный джинн, которого обнаружил Больцман.

Мысль Больцмана сводится к тому, что Вселенная, огромная совокупность звездных систем, в целом находится в состоянии теплового равновесия — в полном беспорядке и в полном соответствии со Вторым началом термодинамики. Но в отдельных ее частях, и даже в объемах, колоссальных, с нашей точки зрения, но малых по сравнению со всей Вселенной, хозяином может стать случай. Он может породить всплеск энергии, как говорят ученые, — флуктуацию. Из-за игры случая кое-где могут случайно возникнуть очаги повышенной температуры. Они дадут ту разность тепловых уровней, которая породит движение, жизнь.

«Этот метод, — пишет Больцман, — кажется мне единственным методом, при котором можно представить себе… тепловую смерть единичного мира, без одностороннего изменения всей Вселенной от определенного начала к заключительному состоянию».

Можно сказать, что существование Вселенной и состоит в том, что в ней постоянно возникают случайные неупорядоченности, которые «рассасываются», чтобы по закону случая возникнуть вновь. Мы живем в одной из таких «возмущенных» областей. Наш мир — видимая нами часть Вселенной — существует уже около десяти миллиардов лет и просуществует еще много больше. Человечество возникло лишь пару миллионов лет назад, а цивилизация развивается всего несколько тысячелетий. Масштабы времени таковы, что нам незачем беспокоиться о том, когда завершится «возбужденность» нашего мира.

Но вернемся еще раз к законам термодинамики. Мы уже знаем, что ее первый закон, закон сохранения энергии, не основан ни на каких более фундаментальных законах. Он является просто обобщением всей совокупности человеческого опыта, это истина, не выводимая из каких-либо других положений. Этот закон окончательно отвергает веру в возможность построения вечных двигателей, веру в возможность получения энергии «из ничего». Отвергает, но не объясняет, почему это невозможно! Не объясняет потому, что объяснение — это сведение к чему-либо более простому, более фундаментальному, а закон сохранения энергии сам принадлежит к наиболее фундаментальным законам природы, и ничего фундаментальнее его мы не знаем.

Такие законы иногда называют постулатом. Постулатом в том смысле, который придается постулатам геометрии, — не сводимым ни к чему более простому, обобщениям геометрических свойств природы. Обобщениям всего опыта человечества.

В наше время убежденность в достоверности и универсальности закона сохранения энергии столь велика, что в случае, когда эксперимент приводит к отклонению от него, ученые вправе ожидать нового открытия. Именно так в первой половине нашего века из обнаруженного на опыте нарушения закона сохранения энергии при бета-распаде было предсказано существование нейтрино. Физикам было легче примириться с существованием неведомой частицы, не имеющей ни заряда, ни массы покоя, что уже само по себе казалось нереальным, чем поверить в нарушение закона сохранения энергии.

Существуют, правда, теории, опирающиеся на возможность очень кратковременных нарушений закона сохранения энергии, на отступлении от этого закона в процессах, разыгрывающихся в очень малых областях пространства. Наложить запрет на эти теории невозможно, ибо они относятся к предельно малым областям пространства и предельно малым отрезкам времени, для которых закон сохранения энергии еще не подтвержден экспериментом. Хотя, конечно, и не опровергнут.

Можно считать, что возникновение мятежных теорий связано именно с постулативным характером закона сохранения энергии. Ведь мы знаем, что замена постулата Эвклида о параллельных линиях другим постулатом привела не к катастрофе, а к созданию новых геометрий — к геометрии Лобачевского и геометрии Римана. Геометрия Евклида оказалась лишь частным случаем. На кривых поверхностях или в больших объемах, содержащих тела очень большой массы, справедлива неевклидова геометрия.

Постулатом является и Второе начало термодинамики, ее Второй закон. Именно этот постулативный характер приводит к тому, что и в наше время иногда появляются люди, охваченные надеждой найти в обычных условиях случай, не подчиняющийся Второму началу. Может быть, эти люди не знают о том, что все их предшественники потерпели поражение. Возможно, они надеются на особое счастье. И движет ими одно — если Второе начало падет, то падет и принцип Карно, падет запрет перевода тепла от холодных тел к горячим без затраты работы. И тогда станет возможным получать энергию при помощи тепловых машин без затраты топлива!

Жертвой старого заблуждения стал совсем недавно один профессор, известный радиоспециалист. Разумеется, для него не было сомнений в основах электротехники: электрический ток — это упорядоченное движение электронов по проводам под влиянием электрического напряжения, приложенного к концам проводника. Также не было откровением и то, что на ток всегда налагается хаотическое тепловое движение электронов. Если отключить внешнее напряжение, ток прекратится. Хаотическое движение сохранится, но электроны уже не будут регулярно смещаться вдоль проводника. Амперметры не зарегистрируют электрического тока. Он равен нулю.

Чувствительные усилители помогают обнаружить хаотическое напряжение, связанное с хаотическим движением электронов: после усиления оно слышится как ровный шум в громкоговорителе приемника или видно как мерцание экрана телевизора, когда телевизионная станция не работает.

Общеизвестно, что существуют электрические выпрямители, пропускающие электрический ток только в одном направлении. Значит, рассуждал профессор, такой детектор способен пропускать и «хаотические» электроны только в одном направлении задерживая идущие в обратном направлении. При этом детектор будет превращать хаотическое тепловое движение электронов в постоянный электрический ток! И осуществится небывалое: по проводам потечет ток без затраты электрической энергии.

Автор этого перпетуум-мобиле решил, что он нашел способ преобразовывать хаос в порядок. Нащупал возможность превращения хаотического теплового тока в упорядоченный постоянный ток. Черпать электроэнергию непосредственно из тепла окружающего воздуха. Попутно это давало неплохой подарок науке: получалось, что Второе начало термодинамики неверно.

Профессор ставил опыты в лаборатории своего института и дома, отдавал им все свободное время, пытаясь воплотить свою мечту в реальное устройство. Но результат почему-то всегда был отрицательным. Но всегда оставалась надежда на то, что в следующий раз, если принять еще какие-то меры…

Обычная надежда творцов вечных двигателей… И в этом случае она оказалась эфемерной…

Однако заблуждение профессора не прошло бесполезно. Много лет спустя один из друзей неудачника, тоже известный радиофизик, член-корреспондент Академии наук СССР, понял корни его заблуждений, осветив еще одну особенность, еще один лик тепла.

Он показал и подтвердил это точным расчетом, что ошибка и ложная надежда возникли из-за того, что при рассуждениях учитывались лишь тепловые движения электронов в проводнике. Не принималось в расчет то, что происходит в самом детекторе. Точный анализ показал, что без разности температур в замкнутом проводнике, содержащем детектор, тепловые движения электронов не вызывают постоянного электрического тока. Что при равенстве температур детектора и проводника никакого регулярного тока не возникнет. Только в том случае, если проводник нагрет неравномерно, возникнет регулярный ток. Электрическая энергия при этом вырабатывается за счет тепловой энергии в процессе выравнивания температуры горячей и холодной частей системы. Если поддерживать разность температур при помощи внешнего источника тепла, мы будем иметь дело с одной из тепловых машин — с теплоэлектрическим генератором или термоэлементом, полностью подчиняющейся обоим началам термодинамики. О даровой электрической энергии и речи быть не может. За нее надо платить теплом.

И еще один современный пример увлечения вечным двигателем второго рода.

Заблуждение в этом случае скорее всего началось с размышлений о безвозвратных потерях тепла в мировом пространстве. Как ни топи помещение, а тепло уходит через окна, стены, пол, потолок! Не обидно ли топить улицу? И нельзя ли как- нибудь забирать обратно у зимней стужи награбленное ею добро? Фактически нечто подобное осуществляет наш комнатный холодильник. Отбирая тепло от морозильной камеры с продуктами, он через внешний теплообменник передает это тепло воздуху комнаты. Нарушается ли при этом Второй закон термодинамики? Нет. Переход тепла от холодного к теплому идет с затратой электроэнергии — холодильник питается от электросети.

А нельзя ли вынести морозильную камеру наружу, за стенку дома, а теплообменник, обычно расположенный на задней стенке холодильника, оставить внутри комнаты? И, отбирая тепловую энергию не от продуктов, а от воздуха, окружающего морозильную камеру, перекачивать эту энергию в комнату?

Кое-кто, возможно, помнит события десятилетней примерно давности — шумиху по поводу работ одной лаборатории, помещавшейся в Бабьегородском переулке в Москве. Речь шла о чудо-приборе, позволяющем отапливать дома за счет тепла, отобранного у зимнего воздуха. Сенсация вызвала немалый интерес, возрождая надежды на получение неограниченных количеств бесплатной энергии.

Не дешевой, а именно бесплатной!

Прежде чем отмахнуться от этого перпетуум-мобиле, попробуем найти то звено в рассуждениях, которое сбило с пути его творцов. Проведем три мысленных эксперимента, предварительно включив в небольшой комнате электрическую плитку мощностью в один киловатт. Элементарный расчет подскажет нам, что плитка, превращая электрическую энергию в тепловую, будет отдавать в комнату до двухсот сорока калорий каждую секунду. Будем считать, что скорость повышения температуры комнаты будет при этом равна одному градусу в секунду. Конечно, такой быстрый подъем температуры не может длиться долго из-за всевозрастающей утечки тепла. Но для простоты ограничимся лишь начальным периодом.

Теперь выключим плитку и приступим к нашим экспериментам.

Опыт первый.

Внесем в комнату кондиционер мощностью в один киловатт. (Кондиционер подобен холодильнику, он в жаркую погоду откачивает тепло из охлаждаемого помещения в более теплое окружающее пространство, чтобы в комнате стало прохладнее, чем на улице).

Включив кондиционер в электросеть, мы убедимся в том, что с одной стороны из него выходит охлажденный воздух, а с другой стороны — нагретый. Температура в комнате при этом поднимается на градус в секунду (как и в случае с электроплиткой). Повышения температуры следовало ожидать, так как вся энергия, потребляемая кондиционером от электросети, в конце концов превращается в тепло и рассеивается в комнате.

Опыт второй.

Используем кондиционер по его прямому назначению. Установим его в проем окна так, чтобы холодный воздух шел в комнату, а нагретый наружу. Теперь температура в комнате понижается — теплообменник кондиционера находится за окном и отдает все выделяющееся тепло внешнему воздуху, в то время как холодильный элемент отнимает тепловую энергию у воздуха, находящегося в комнате. Для передачи тепла от охлажденного воздуха комнаты к жаркому летнему воздуху улицы приходится расходовать энергию в полном соответствии с законами термодинамики. Если тепловая эффективность кондиционера составляет пятьдесят процентов, то температура в комнате будет понижаться на полградуса в секунду.

Опыт третий.

Перевернем кондиционер так, чтобы нагретый воздух шел в комнату, а холодный наружу — воздух в комнате начнет нагреваться.

Фактически кондиционер при этом играет роль электроплитки, но он нагревает комнату быстрее, чем электроплитка равной мощности. Температура поднимается со скоростью полтора градуса в секунду. Для получения такого результата от электрической плитки понадобились бы полтора киловатта, а в нашем опыте электрический счетчик показывает, что кондиционер потребляет свою обычную норму — киловатт!

Мы встретились с удивительной ситуацией, противоречащей нашему первому опыту с электроплиткой: на каждый затраченный киловатт в комнату ежесекундно вносится не двести сорок калорий тепла, а триста шестьдесят. Но ничего противоречащего законам природы здесь нет. Чуда не происходит. Просто в отличие от электроплитки, которая обогревает комнату только за счет потребляемой из сети электроэнергии, кондиционер дополнительно перекачивает тепловую энергию с улицы, отбирая ее у внешнего воздуха. Итак, прокомментировали бы этот опыт теплотехники из Бабьегородского переулка, мы научились на каждый затраченный киловатт электроэнергии получать не 240, а 360 калорий тепла. Выигрыш — полтора к одному, кпд —150 процентов. Теперь сделаем следующий шаг. Превратим даровое тепло в электроэнергию. Что для этого нужно сделать? Для этого достаточно применить тепловую машину, которая будет ежесекундно преобразовывать триста шестьдесят калорий, полученных от кондиционера, в электроэнергию. Тогда исходя из полученного выигрыша 1:1,5, затрачивая ежесекундно один киловатт, мы будем получать полтора киловатта.

Итак, мы богачи. Расходуя один киловатт на поддержание работы кондиционера, мы сможем использовать лишнюю половину киловатта на другие нужды. Теперь дело за инженерами. Пусть они создадут огромный кондиционер мощностью в миллион киловатт и тепловую машину в полтора миллиона киловатт, соединят их между собой и — все разговоры об энергетическом кризисе канут в вечность…

— Где же просчет? — спросит читатель. — Все так логично, достоверно, заманчиво! В чем же порок идеи?

Вспомним Сади Карно с его беспощадным выводом о невозможности полного преобразования тепла в другие виды энергии. Кинетическая энергия летящей пули полностью обращается в другой вид энергии. Энергию пружины можно до конца затратить на поднятие груза. Каждая из этих форм энергий может быть утилизирована полностью.

Полностью, конечно, только в идеальном случае при отсутствии трения. В действительности трение, электрическое сопротивление проводов или другие подобные процессы приведут к потере части энергии. Потери можно почти всегда уменьшить, преобразовывая один вид энергии в другой почти полностью, и это справедливо для всех форм энергии. Только не для тепловой.

На какие бы ухищрения ни пошли конструкторы тепловых машин, они все равно не смогли бы полностью обратить тепло в работу. Лишь определенная доля тепла может быть превращена в механическую работу, в электрическую энергию — такова специфичность, особенность тепловой энергии. Порок системы, предназначенной для превращения «дарового» тепла в электроэнергию, состоит именно в том, что партнером кондиционера должна быть тепловая машина, вращающая электрогенератор. Экономия топлива при помощи обращенного кондиционера не сможет скомпенсировать потери энергии в самой лучшей тепловой машине. Работая в паре, они всегда будут работать в убыток.

Этот неутешительный вывод справедлив и в случае, если мы попытаемся отказаться от комбинации тепловой машины с электрогенератором и заменим ее лучшим из современных полупроводниковых термоэлектрических генераторов, превращающим тепловую энергию в электрическую, минуя механическое движение. Такой термоэлектрический генератор тоже подчиняется принципу Карно и преобразует в электроэнергию тем меньшую долю тепла, чем меньше разность температур между двумя различными полупроводниками, которые как раз и образуют полупроводниковый термогенератор.

При обсуждении наших мысленных экспериментов следует учесть и то, что невозможно добиться увеличения кпд тепловой машины, заставляя кондиционер обеспечивать больший перепад температур. Чем больше требуемая разность температур, тем ниже тепловая эффективность кондиционера. Не поможет и включение холодильных машин последовательно, одна за другой.

Автор просит читателей не пытаться проверять верность сказанного выше при помощи чисел, приведенных при описании наших мысленных экспериментов. Они выбраны лишь из соображений простоты (конечно, тепловой коэффициент 0,24 калории на джоуль соответствует действительности). Нужно учесть, что в этих мысленных экспериментах мы для простоты рассматривали только начальный период после включения холодильника или кондиционера, когда созданная ими разность температур мала и можно не учитывать обратного потока тепла через стенки холодильника или стены здания. Эти потоки ограничивают достижимую разность температур, что при учете формулы Карно еще более увеличивает потери в системе кондиционер — тепловая машина.

Следует подчеркнуть также, что сказанное относится к любым холодильникам или кондиционерам. К наиболее распространенным, имеющим электродвигатель и компрессор, и к термодиффузионным, не имеющим движущихся частей, а лишь нагреватель, теплообменник и испаритель, внутри которых циркулирует смесь из жидкостей с низкой температурой кипения. Это же справедливо для системы, использующей полупроводниковые элементы, которые превращаются из холодильника в нагреватель простой переменой направления проходящего через них постоянного тока.

Для простоты рассуждений мы опустили много деталей процесса, упростили схему. Но мы уже знали, что можно, а чего нельзя опускать, так как ученые до нас проанализировали все аспекты «чуда Бабьегородского переулка». Знали все, чего не учли его авторы…

Насколько живуча бесплодная идея перпетуум-мобиле, можно судить по словам одного известного физика, предупреждавшего как-то своего иногороднего коллегу:

— Обязательно покажите мне вашу статью, когда закончите. Только, посылая ее по почте, предупредите меня открыткой, иначе я могу и не пойти на почту: извещение о заказной бандероли нередко означает очередной проект вечного двигателя.

…Этим мы закончим рассказ о вечных двигателях. Историю о том, как многовековое массовое заблуждение приводило к напрасной затрате сил и средств, к личным трагедиям энтузиастов, к жертвам мошенничества, но нередко при этом ускоряло познание фундаментальных законов природы.

«Наука и жизнь» № 5, 1978 г.

Об уникальных машинах, которые никогда не работали.

Очерк, который предлагается вниманию читателей, — дань памяти и благодарности Виктору Николаевичу Болховитинову, предложившему мне идею и в значительной мере план очерка. Известный писатель, физик по образованию, многие годы главный редактор журнала «Наука и жизнь», он умел найти в истории науки и техники такие цепочки событий и фактов, которые интересны нынешнему читателю прежде всего тем, что дают повод для серьезных раздумий и обобщений.

«Подумайте о машине Карно, — сказал он мне, — ведь создать ее невозможно, подумайте о Демоне Максвелла, ведь демонов не существует… И тем не менее неработавшая машина Карно и несуществующий дьявол способствовали рождению термодинамики, науки, раскрывшей механизм тепловых процессов в природе! Эксперименты на машинах, существующих только в мыслях ученого, или, как мы теперь говорим, мысленные эксперименты, позволяют изучить и предсказать свойства и поведение реальных машин еще до того, как они изготовлены, перед тем, как начато их конструирование».

Идея была принята с благодарностью. Она как-то сразу заняла главное место в рабочих планах. Я начала готовить для журнала очерк об абстрактных моделях.

— Но почему такой акцент на мысленных экспериментах? — возможно, захочет спросить читатель. — Разве реальный опыт не высший судья науки? Разве не он главная движущая пружина и в конструировании и в проверке любой теории и гипотезы!

Движенья нет, сказал мудрец брадатый.

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возразить.

Хвалили все ответ замысловатый.

^

Так Александр Сергеевич Пушкин проиллюстрировал доказательную мощь опыта, его превосходство над словесными аргументами.

И тем не менее стихотворение заканчивается такими словами:

Но, господа, забавный случай сей

Другой пример на память мне приводит:

Ведь каждый день пред нами Солнце ходит,

Однако ж прав упрямый Галилей.

Пушкин знал, что видимое движение Солнца в течение веков служило неопровержимым доводом в пользу неподвижности Земли. И своим заключением подчеркнул, что очевидность — это не обязательно истинность. Самый очевидный опыт или наблюдение, воспринятые некритически, способны привести к ложным заключениям.

А теперь к образам, созданным Великим Поэтом, добавим высказывание Великого Физика. В свое время Альберт Эйнштейн писал: «Опыт никогда не скажет теории «да», но говорит в лучшем случае «может быть», большей же частью — просто «нет». Когда опыт согласуется с теорией, для нее это означает «может быть», когда же он противоречит ей, объявляется приговор: «нет».

И, наконец, еще одно высказывание, знаменитое прутковское: «Если на клетке слона прочтешь надпись «Буйвол», не верь глазам своим».

Все эти высказывания приведены здесь отнюдь не для того, чтобы как-то подорвать доверие к реальному физическому эксперименту, — пытаться сделать подобное было бы верхом невежества, не говоря уже о том, что это просто невозможно. Хотелось просто привлечь союзников в утверждении исключительно важной роли эксперимента мысленного, который иногда просто дополняет эксперименты «в металле», а иногда проводится как совершенно самостоятельная исследовательская работа и именно в таком качестве остается в истории науки.

Это, пожалуй, первая из машин, изобретатель которой Симон Стевин знал заранее, что она не может работать. Знал и создавал эту машину с намерением передать свое убеждение другим.

Он писал просто, точно и ясно. Писал, как и говорил, по-фламандски, на своем родном языке, на языке малого народа. И понимать его могли только жители части Нидерландов и Бельгии, где число образованных людей было весьма невелико во времена, отстоящие от наших дней приблизительно на 400 лет. Правда, примерно через двадцать лет труды Стевина были переведены на латынь — международный язык тогдашней науки, а также на французский язык — язык светских салонов. Но в переводах труды эти внимания к себе не привлекли. Может быть, потому, что тираж был мал, а издатели малоизвестны. А может быть, по каким-либо иным причинам. Трудно считать простым совпадением и то, что труды нидерландского математика Виллеброрда Снелля, или, в латинской транскрипции, Снеллиуса, переведшего книгу Стевина на латинский язык, также остались в неизвестности, а открытый им закон преломления света был заново получен и обнародован полвека спустя.

Симон Стевин родился в 1548 году в Брюгге. О жизни его известно мало. Вначале он был чиновником и собирал подати в родном городе. Затем стал инспектором сухопутных и водных сооружений. Страна жила трудно под игом покоривших ее испанцев. Возможно, поэтому молодой Стевин покинул родину и в течение десяти лет путешествовал по Европе. Возвратился он только в 1581 году, когда страна уже освободилась от иноземного господства. В последние годы жизни он занимал кафедру математики в Лейдене.

Посещая столицы мелких княжеств и крупных государств, Стевин во многих из них видел машины, похожие только одним: все они не работали. Они не работали, несмотря на бесчисленные попытки их создателей, людей, уверенных в конечном успехе и не жалевших сил для постройки своих «перпетуум мобиле».

В те времена главными двигателями — средством передвижения и тягловой силой — служили животные. Они тянули повозки и качали воду, дробили руду и мололи зерно. Правда, кое- где применялись ветряные мельницы, которые не только мололи зерно, но и качали воду. Но ветер капризен. То его нет, то он разрушает лопасти. Издревле для тех же целей применялись и водяные колеса. Но ведь реки текут далеко не везде.

Как при этом не мечтать об иных двигателях, использующих другие, более надежные силы природы! Например, силу тяжести, действующую везде и всегда. Или какие-нибудь иные силы. Нужно лишь присмотреться к природе, найти в ее бесконечном богатстве подходящую силу и применить ее к делу. Заставить работать постоянно, а не так, как работает капризный ветер, работать там, где это нужно и где нет надежных, но ленивых рек или бурных, но трудноукротимых водопадов.

И мечтатели трудились, не щадя сил и времени. Искали. Размышляли. Делали выводы. Строили модели. Так они пришли к заключению, что большая модель крутится лучше и дольше, чем маленькая. И обычно это соответствовало действительности. Поэтому они строили все более и более крупные модели и даже огромные машины. Но все эти модели и машины не работали достаточно долго, хотя все рассуждения ясно показывали, что, машины хорошо задуманы и должны работать. Должны работать вечно. Однако не работали… И многих изобретателей казнили или сажали в тюрьму нетерпеливые заказчики, вкладывавшие деньги в опыты и в строительство машин. Дельцы не делали различия между истинными энтузиастами и мошенниками, а среди изобретателей все чаще попадались жулики и обманщики, которых интересовала только нажива, а машина была лишь поводом для того, чтобы выманивать деньги из легковерных.

Многое повидал Стевин в своих скитаниях. Повидал, изучил, обдумал. Большинство вечных двигателей содержало такие же рычаги и блоки, зубчатые и ременные передачи, насосы и водяные колеса, которые так успешно работали во всех случаях, когда их приводили в движение вода, ветер, животное или просто рука человека. Для того, чтобы сделать машины, действующие без помощи воды, ветра или животных, изобретатели создавали все более сложные комбинации простых машин, надеясь так хитро их соединить, чтобы они работали сами по себе, одна от другой.

И некоторые из машин действительно действовали. Но потом останавливались. Изобретатели их улучшали, и машины работали дольше. Но вновь останавливались. Видимо, расчеты требовали дальнейшего уточнения. Или какую-нибудь деталь нужно было изготовить тщательнее. Уменьшить трение. Или внести еще какое- то улучшение. Усложнить конструкцию… Найти более хитроумное приспособление… Ведь стоило потратить новые силы и дополнительные деньги, чтобы заставить в конце концов работать даровые силы природы под стать тому, как задаром работают ветер и текущая вода!

При том уровне знаний требовались незаурядная интуиция и решимость, чтобы сказать себе: нельзя! Невозможно заставить падающее тело выделять энергии больше, чем оно запасло при подъеме. Невозможно заставить силу поверхностного натяжения переливать воду из нижнего сосуда в верхний. Невозможно…

Да, сила текущей воды может вращать колесо. Но это колесо не сможет вернуть воду обратно вверх против течения, чтобы, стекая еще раз, она вновь вращала то же колесо.

Стевин понял эту очевидную в наши дни истину. Но не мог понять тупого упрямства изобретателей и их меценатов, не желавших прислушаться к его словам. Они были единодушны — пусть скептик убирается восвояси и не мешает работать! Чего стоят его рассуждения, если модель вот-вот начнет действовать! Может быть, этот ученый муж просто добивается того, чтобы мы отступились, а сам доведет нашу идею до конца. И обогатится! Пусть убирается, а мы попробуем еще раз…

И он уходит. И едет дальше. И все повторяется в другом месте. Наконец он возвращается на родину. На освобожденную родину, где теперь нет всесилия князьков и инквизиторов. И он думает. И ставит опыты. Опыты, которыми до него никогда не занимались ученые, а только изобретатели двигателей. Ведь веками ученых убеждали в том, что они должны лишь наблюдать природу и размышлять — так учили великий Аристотель и все другие великие ученые до Аристотеля и после него.

Однако он, Стевин, ставивший выше всех Архимеда, тем не менее думал по-своему. Одними рассуждениями, считал он, не добьешься большего, чем сделал Архимед. Природа не легко выдает свои тайны пассивному наблюдателю. Только производя опыты, можно узнать кое-что новое. Конечно, если продумывать результаты. Продумывать критически, не упорствовать, как изобретатели вечных двигателей. Продумывать так, как это делал Архимед, и проверять свои мысли числами, как это делал он. Числами и чертежами.

Шли годы. Через пять лет после возвращения Стевина на родину вышла его книга, написанная, как мы уже знаем, по- фламандски. На ее титульном листе автор начертал вещие слова: «Чудо не есть чудо», — а под ними изобразил цепь, на которую нанизаны 14 шаров. Цепь перекинута через треугольник, лежащий на гипотенузе прямым углом вверх: 4 шара лежат на большом катете, 2 — на малом. Остальные 8 висят внизу.

Это машина-символ. Это основа всего, что содержится в книге. Это — его новое слово в науке. Слово, которому было суждено надолго остаться неуслышанным. Эта цепная машина не могла и не должна была работать, но она поставила своего создателя рядом с великими учеными.

Книга, о которой идет речь, посвящена статике, древнейшему разделу механики, и включает в себя гидростатику — раздел, имеющий особое значение для Нидерландов, страны мореходов и земледельцев, постоянно отстаивавших свои поля от разрушительных набегов воды.

В этой книге Стевин предстает перед нами как прямой последователь Архимеда. При решении задач и общих проблем механики он применяет исключительно геометрический метод. Он следует Архимеду и в построении системы определений, постулатов, теорем и в последующем решении задач. Однако он отнюдь не эпигон. При всем сходстве применяемых приемов и внешней аналогии в изложении материала имеется одно отличие. Существенное отличие, делающее Стевина одним из великих и самостоятельных умов, не столько завершающих труды предшественников, сколько открывающих дорогу последователям, пусть даже оставшимся в неведении его заслуг.

Архимед, живший за две тысячи лет до Стевина, в ряде трудов построил первую часть механики — статику. Он сделал это, исходя из чисто геометрических соображений. При этом он открыл и геометрически обосновал свойства рычагов и сформулировал то, что мы теперь называем законами рычага.

Люди задолго до Архимеда пользовались рычагами и были знакомы с их основными свойствами. Но никто не мог понять и объяснить, почему рычаг действует так, а не иначе. Обычно для объяснения свойств рычага ссылались на свойства круга, а свойства круга при этом выступали как нечто совершенно мистическое. Архимед откровенно и остроумно высмеивал подобные рассуждения.

Установив свойства рычагов при помощи геометрии, Архимед показал, что действие многих простых машин, например, ворота или блока, может быть понято и объяснено на основе свойств рычага. Более того, Архимед догадался, что при решении многих трудных геометрических задач, столь трудных, что ни он, ни другие не могли справиться с ними при помощи общепринятых тогда методов, можно свести геометрическую задачу к задаче о рычаге или о рычагах. А решение этих задач уже не составляло для него большого труда.

Так Архимед нашел решения многих сложнейших геометрических задач.

Но при публикации своих результатов Архимед опускал конструктивную часть работы — сам способ получения решения, свой непривычный для других и нетрадиционный метод рычага. Он публиковал лишь результаты решения задачи и традиционное доказательство правильности этих решений. Доказательство это во времена Архимеда базировалось на громоздком, но общепринятом методе приведения к противоречию или абсурду.

Немудрено, что современникам казалось чудом, как Архимед находил свои решения. Ведь метод приведения к абсурду позволяет только проверить правильность решения, но не дает никакой возможности его найти. До Архимеда решение таких сложных задач требовало догадки. Озарения. Недаром великий древний историк Плутарх писал:

«Во всей геометрии нельзя найти более трудных и серьезных задач, которые были бы притом изложены в более простой и наглядной форме, чем это сделано в сочинениях Архимеда. Одни видят в этом доказательство его таланта. По мнению других, то, что кажется каждому сделанным без усилий, было сделано упорным трудом. Самому не найти иной раз доказательств для решения задачи, но стоит обратиться к сочинениям Архимеда, и тотчас приходишь к убеждению, что мог бы решить ее сам, так ровна и коротка дорога, которой он ведет к доказательствам».

Здесь все правильно и очень точно. И задачи трудны, и самому не найти их решения, и путь вслед за Архимедом кажется ровным и коротким… Только применить метод Архимеда к решению других задач никто не мог — он скрывал этот метод. Скрывал, опасаясь обвинения в отходе от традиций математики того времени.

Лишь на склоне лет в сочинении «Эфод» Архимед опубликовал этот метод. Он писал другу — философу, математику и астроному Эратосфену, посылая ему свою книгу:

«Зная, что ты являешься ученым человеком и по праву занимаешь выдающееся место в философии, а также при случае можешь оценить и математическую теорию, я счел нужным написать тебе и в той же самой книге изложить некоторый метод, которым ты получишь возможность при помощи механики находить некоторые математические теоремы. Я уверен, что этот метод будет тебе не менее полезен и для доказательства самих теорем. Действительно, кое-что из того, что ранее было мною усмотрено при помощи механики, позднее было также доказано и геометрически, так как рассмотрение при помощи этого метода еще не является доказательством. Однако получить этим методом некоторое предварительное представление об исследуемом, а затем найти и само доказательство гораздо удобнее, чем производить изыскание, ничего не зная…

Поэтому я решил написать об этом методе и обнародовать его, с одной стороны, чтобы не оставались пустым звуком прежние мои упоминания о нем, а с другой — поскольку я убежден, что он может принести математике немалую пользу. Я полагаю, что некоторые современные нам или будущие математики смогут при помощи указанного метода найти и другие теоремы, которые нам еще не приходили в голову».

Эти слова словно предназначены для Стевина. За прошедшие между их жизнями века у Архимеда не было более близкого ему по духу и взглядам человека. По иронии судьбы этот труд Архимеда в течение двадцати столетий был неизвестен ученым, в том числе и Стевину, и обнаружен совершенно случайно лишь в 1906 году. Текст этого труда был смыт с пергамента каким-то монахом, которому нужен был пергамент для его духовного сочинения. К счастью, смытый текст удалось восстановить. Но это было уже в XX веке.

Стевин, ничего не зная ни об этом труде Архимеда, ни о его методе решения задач геометрии и механики, делает следующий шаг.

Это был великий шаг, шаг отважного мудреца. Стевин понял, что создать механизм, работающий вечно — без приложения внешних сил, невозможно. Он знал: невозможно это осуществить и при помощи таких вечных природных сил, как сила тяжести. Он имел в виду не вечное движение, ибо он, как и любой другой, видел вечное движение звезд и планет. Он отрицал возможность создания вечного двигателя!

Наблюдая, как долго вращается маховик на хорошо смазанной оси, он понял роль трения как помехи движению. Понял, что при отсутствии трения маховик мог бы вращаться вечно. Конечно, не самостоятельно, а если его сначала привести во вращение. Он, по-видимому, первым догадался, как нужно ставить мысленные опыты. Он осознал, что мысленный опыт может заменить и даже превзойти реальный опыт. Но это возможно только тогда, когда из него устраняют все второстепенное и оставляют лишь главное.

Так Стевин ввел в действие абстракцию — метод, позволяющий успешно изучать сложные проблемы, решать запутанные задачи, очищая их предварительно от второстепенных деталей, от подробностей, не оказывающих существенного влияния на изучаемый процесс.

Стевин ввел метод абстракции не только в механику, но и в гидростатику и в обеих областях совершил первый за многие века прорыв за пределы, достигнутые Архимедом.

Великий древний ученый вопреки мнению большинства современников верил в шарообразность Земли. Все его исследования плавания тел и других задач гидростатики основаны на том, что «поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, будет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли». Так шарообразность Земли была впервые положена Архимедом в основу научных исследований, в основу расчетов. И каких сложнейших расчетов!

Стевин не побоялся пренебречь учетом шарообразности Земли в своих мысленных экспериментах.

Гениальность Стевина, его принадлежность к будущему, а не к прошлому проявились в том, что он понял: учет шарообразности Земли при расчетах практических задач гидростатики излишен, он только придает вычислениям ненужную громоздкость. При решении таких задач можно и нужно рассматривать поверхность воды как плоскую поверхность!

Среди постулатов, приводимых в «Началах гидростатики», Стевин помещает «Постулат VI. Верхняя поверхность воды есть плоскость, параллельная горизонту». И дает пояснение: «Пояснение. Известно, что поверхность воды имеет форму сферы, соответствующей земной поверхности или ей концентрической, а также, что капли имеют особую форму поверхности. Наш постулат не распространяется на последние ничтожные количества воды; однако это не имеет практического значения. Что же касается сферической формы поверхности воды, соответствующей земной поверхности, то принятие соответствующего положения чрезвычайно затруднило бы доказательство последующих предложений, не дав никаких практических выгод для гидростатики. В целях упрощения рассуждений мы принимаем поэтому, что поверхность воды является плоской и параллельной горизонту».

Яснее не скажешь. Но, к сожалению, Стевин остался неуслышанным, и метод абстракции должен был быть заново разработан Галилеем.

Вернемся к проблемам механики, к тому, как Стевин с помощью мысленных экспериментов решает некоторые из них.

В качестве основы своих рассуждений о механике Стевин взял цепную машину, о которой говорилось выше. 14 шаров на цепи, висящей на треугольнике. На прямоугольном треугольнике, один катет которого вдвое больше другого. На большом катете лежат 4 шара, на малом только 2. Остальные висят.

Если бы 4 шара перевесили в этих условиях 2, то цепь сама по себе пришла бы в движение, и таким путем можно было бы создать вечный двигатель, вечно черпая даровую работу от силы тяжести. Ведь при перемещении цепи первоначальное расположение шаров повторяется вновь и вновь. Эти новые положения ничем не отличаются от первоначального. Изобретатель вечного двигателя сказал бы (и многие так и говорили): прекрасно! Все начнется еще раз и будет повторяться вновь и вновь; цепная машина может работать вечно, совершая даровую работу.

Стевин сделал противоположный вывод. Сила тяжести не может вечно давать даровую работу, а значит, она и не может сдвинуть с места цепную машину. Теперь мы сказали бы проще: элементарные расчеты показывают, что все силы в цепной машине уравновешены.

Цепная машина Стевина — это схема, символ всех «вечных» двигателей, задача которых, по мысли их изобретателей, вечно черпать работу из силы тяжести при многократном повторении некоторого цикла движений. Многие известные проекты вечных двигателей содержали варианты цепных машин или колес, несущих подвижные рычаги с грузами. Но в отличие от своих предшественников и от всех последующих творцов вечных двигателей Стевин сумел заставить свою цепную машину провести огромную работу. Работу, которая значительно приблизила человечество к овладению силами природы. Он применил цепную машину для вывода законов механики.

Теперь, уже без всяких вычислений, исходя лишь из того, что движение цепи не может начаться само по себе, Стевин утверждает: равновесие не нарушится и в том случае, если среди сторон треугольника не будет ни одной горизонтальной. Так же просто получается условие равновесия груза на наклонной плоскости, удерживаемого другим, висящим отвесно. Висящий груз должен быть во столько раз легче груза, лежащего на наклонной плоскости, во сколько высота наклонной плоскости меньше ее длины. Столь же очевидно вытекают условия равновесия трех сил, приложенных к одной точке: они должны быть пропорциональны длинам сторон некоторого прямоугольного треугольника и направлены параллельно его сторонам.

Так, исходя из невозможности создания вечного двигателя, Стевин получил закон равновесия грузов на наклонной плоскости, а из этого он построил все законы рычага и другие законы статики, прибегнув при этом лишь к простейшим геометрическим построениям.

Стевина сближает с Архимедом и его критика попыток древних и средневековых ученых объяснить свойство рычага свойствами круга. В «Приложении к статике» Стевин поместил раздел, озаглавленный «Причина равновесия рычага ни в какой мере не зависит от дуг круга, которые описывают концы его».

Он пишет:

«То, что равные грузы, подвешенные к равным плечам рычага, пребывают в равновесии, достаточно подтверждается нашим непосредственным чувством. Но причина того, что два неравных груза, подвешенных к неравным плечам рычага, пребывают в равновесии, если отношение их весов обратно пропорционально отношению тех плеч, к которым они прикреплены, отнюдь не столь очевидна. Древние полагали, что причина лежит в дугах круга, описываемых концами рычага. Это положение можно видеть в «Механике» Аристотеля и сочинениях его приверженцев. Что это ложно, мы докажем следующим способом: то, что неподвижно, не описывает круга, два груза, находящиеся в равновесии, неподвижны; следовательно, два груза, находящиеся в равновесии, не описывают никакого круга.

Итак, никакого круга здесь нет; если же нет круга, то нет и причины, которую ему можно было бы приписать; причина равновесия рычага лежит поэтому не в дугах круга».

И далее:

«И не приходится вовсе удивляться, что тот, кто принимает подобные ошибочные утверждения за истину, приходит к ряду ложных предположений…».

Вот что ставит имя Стевина в один ряд с величайшими творцами механики — он построил всю статику, исходя из принципа невозможности создания вечного двигателя. Впоследствии этот принцип будет восприниматься как одна из формулировок закона сохранения энергии. Но только впоследствии — ведь само понятие энергии было осознано лишь более чем через два с половиной века!..

Сейчас мы считаем закон сохранения энергии фундаментом науки. Он настолько прочен, что любое отклонение от него, обнаруженное в каком-либо опыте, трактуется как ошибка. Если же не удается обнаружить ошибку в опыте, то ученые предпочитают немедленно приняться за пересмотр теории, использованной при обработке результатов этого опыта, сколь бы точной она ни считалась до того.

Классический тому пример: опыты с бета-распадом радиоактивных веществ не совпадали с законом сохранения энергии и импульса. Не усомнившись в фундаментальности этого закона, Паули начал искать причины несоответствия. Не обнаружив ошибок ни в постановке опыта, ни в методах его обработки и расчетах, он предсказал существование новой частицы с весьма необычными свойствами, такими, которые позволяют согласовать результаты опыта с законом сохранения. И все считали его теорию правильной, несмотря на неудачи многочисленных попыток обнаружения таких частиц. Через много лет эта новая частица — нейтрино — была обнаружена, и это стало новым триумфом науки, новым подтверждением незыблемости закона сохранения энергии и импульса.

Как известно, одной из важнейших работ Архимеда является его трактат «О плавающих телах». В нем он ставит и решает основные задачи гидростатики, столь необходимой при строительстве кораблей. В этой работе содержатся и знаменитый закон Архимеда, и другие истины, ставшие фундаментом гидростатики. Все эти истины поняты Архимедом интуитивно. Стевин, продолжая традицию, доказывает справедливость закона Архимеда без реального опыта, только на основе мысленного эксперимента и убеждения в том, что вечный двигатель невозможен. Для этого он сначала формулирует и доказывает следующую теорему: «Вода удерживает в воде любое положение».

Доказательство: «Если бы было иначе, и часть воды А не осталась бы на месте, а опустилась в Д, то вода, которая заняла бы ее место, также опустилась бы по той же причине. Таким образом, вследствие перемещения части А вода пришла бы в вечное движение, что является абсурдом».

Отметим характерную для Стевина четкость формулировки. Он считает невозможным отнюдь не факт вечного движения, а то, что некая материальная система могла бы самопроизвольно прийти в вечное движение вследствие неких скрытых причин («по той же причине»).

Он первый, причем с полной ясностью, сформулировал причины невозможности вечного двигателя и положил это в основу современной ему физики.

Мы, считающие закон сохранения энергии одной из главных основ современной науки, должны помнить о Стевине, о его цепной машине, о его простой и мудрой философии — глубокой убежденности в том, что чудес на свете не бывает. Мир познаваем, природа и техника опираются на законы, доступные человеческому разуму.

«Наука и жизнь» № 9, 1980 г.

Анатомия прогресса

(эпилог)

Атомный век… Ядерный, век химии, нейлона, лазеров, кибернетики, космоса… Каких только имен не даем мы XX столетию! И сколько имен еще у нас в запасе для эпохи НТР — научно-технической революции.

Но, наверное, самое точное, обобщающее название XX веку — век открытий.

Во все времена большие или малые сенсации потрясали воображение людей. Но прогресс науки и техники не мог не сказаться на процессе рождения открытий. Двадцатый век, особенно его вторая половина, внесли и в эту область свои решительные коррективы.

Изучая процесс образования кристаллов, ученые поняли, как сильно влияют условия среды на скорость роста кристаллов, на количество центров кристаллизации. Этот образ в какой-то степени иллюстрирует процесс рождения открытий.

Сегодня в сфере человеческого творчества сформировались факторы, которые меняют характер, эффективность исследований, увеличивают и ускоряют рост центров кристаллизации открытий.

Какие же это факторы? Пожалуй, один из самых важных, фактор номер один, возник в самое последнее время — это возможность штурма нерешенных проблем объединенными усилиями ученых разных направлений.

Вот несколько «горячих» точек созревания открытий: моделирование функций человеческого мозга, создание искусственного интеллекта, поиски оптимального метода обучения, основанного на постижении естественного хода мысли, разгадка механизма мышления — все эти проблемы решаются объединенными усилиями физиков, физиологов, педагогов, психологов, математиков, кибернетиков…

Под их дружным натиском в древних науках — педагогике, психологии, где были свои, и немалые, открытия, — зреет переворот, эпоха переоценки прежних ценностей…

Современность характеризуется не только объединением методов разных наук, но и сближением науки и искусства, переплетением художественного и научного анализа в понимании явлений жизни и природы, в создании техники, этой второй природы.

Не о приближении ли этого времени говорит творчество Скрябина? В слиянии музыкальных аккордов композитор ощутил дирижерскую руку математики и рядом с нотной дорожкой записал знаки придуманного им математического кода…

Не полифоничность ли интересов начала XX века нашла свое отражение в стихотворении-гипотезе Брюсова «Мир электрона»? «Быть может, эти электроны — миры, где пять материков, искусства, знанья, войны, троны и память сорока веков! Еще, быть может, каждый атом — Вселенная, где сто планет: там все, что здесь, в объеме сжатом, но также то, чего здесь нет. Их меры малы, но все та же их бесконечность, как и здесь; там скорбь и страсть, как здесь, и даже там та же мировая спесь…».

И не интеллектуальной ли зрелостью современного человека, результатом объединения возможностей мысли и чувств, знаний и воображения объясняет поэт Леонид Мартынов в стихотворении «Седьмое чувство» возникновение у человека способности прогнозировать будущее?

«Тоньше и тоньше становятся чувства, их уже не пять, а шесть, но человек уже хочет иного — лучше того, что есть. Знать о причинах, которые скрыты, тайные ведать пути — этому чувству шестому на смену, чувство седьмое, расти! Определить это чувство седьмое каждый по-своему прав, может быть, это простое умение видеть грядущее въявь…».

Сегодня уже никого не удивляет, что писатели и поэты — равноправные участники научных исследований. Без помощи гуманитариев физики не научили бы электронно-вычислительные машины переводить с одного языка на другой. Инженеры не создали бы ЭВМ, пишущие стихи и прозу. Конечно, это не самоцель, но необходимость отточить интеллект наших партнеров- машин. В этом содружестве физиков и лириков — все возрастающее количество точек роста будущих сенсаций.

Кванты и музы сближаются все теснее… Все смелее и охотнее объединяют свои усилия люди разных творческих интересов для более полного понимания Вселенной и мира чувств, живой и неживой природы. Это, несомненно, важнейший фактор, стимулирующий прогресс.

Второй фактор, меняющий характер и скорость познания, мне кажется, надо искать в специфике современных фундаментальных исследований. Тончайший эксперимент, мощный математический аппарат, зрелая теория — вот орудия современных перспективных исследований.

Они обеспечивают почти непременный успех на путях познания нового. Заранее запрограммировать новую идею, открытие, конечно, невозможно. Но сегодня можно быть твердо уверенным: даже если данное научное направление не принесет ожидаемых результатов, предполагаемых достижений, оно наверняка приведет к неизвестным пока успехам, понадобится обществу сегодня или завтра.

Зрелость научных исследований наших дней — достаточно солидный залог обязательного успеха. Разве не красноречивый пример — генератор световых волн, рожденный, однако, не оптикой, а радиотехникой? Ведь именно при работе с радиоволнами, а не светом была создана квантовая электроника. «Надо всегда помнить, что исследование новых явлений может неожиданно привести к практически важным результатам», — говорит один из создателей квантовой электроники, академик, нобелевский лауреат А.М. Прохоров.

Этот пример — иллюстрация уже общеизвестного положения: наука стала производительной силой. Лазер, который возник из теоретических предпосылок, казалось бы, безнадежно далеких от практики, сегодня преобразует мир техники, промышленности, медицины, народного хозяйства. Этот же пример доказывает и такое важное положение: наука через технику и промышленность мощно влияет на всю экономику страны…

Фактор третий, увеличивающий вероятность открытий в современной науке и технике: высокий уровень квалификации рядовых ученых. Если в давние времена на научном горизонте ярким блеском выделялись отдельные светила — Аристотель, Архимед, Галилей, Ньютон, Ломоносов, Эйнштейн, — сегодня мы не назовем самого ученого среди ученых. Можно назвать первую десятку, вторую… Но не только гении формируют лицо современной науки. Урожай, приносимый наукой и техникой, собирают в наши дни в основном рядовые ученые — одиночки и коллективы, но это специалисты высокой квалификации.

Мне вспоминаются слова американского философа Данэма: «Найти природу мира — это не совсем то, что найти монету. Ученый делает обычно значительно большее, чем просто натыкается на что-то».

Чтобы суметь сделать это «значительно большее», человечество потратило более двадцати веков. Аристотель был велик тем, что научился наблюдать мир. Научился понимать, что все происходящее вокруг— не случайность, не хаос, а проявление закономерности. Галилей — спустя несколько веков — обогатил пассивный метод наблюдения — метод натурфилософии — методом активного направленного вмешательства в объект познания. Родилась экспериментальная физика. Ньютон связал эксперимент, наблюдение и математический анализ обратной связью, делая познание надежным, а главное — объективным. На это ушли века.

Но века ушли не только на познание. Они ушли на борьбу за право познания.

Властители мира боялись просвещения, распространения знаний. Вот почему книгопечатание не совершило быстрого переворота в духовной жизни человечества. Те, кто стоял у власти, тормозили распространение книги — этого первого средства массовой информации.

В XIV веке королю Ричарду II пришлось уплатить двадцать восемь фунтов, колоссальную по тем временам сумму, чтобы приобрести всего три книги: библию, «Роман о Розе» и роман Кретьяна де Труа «Персиваль, или Повесть о Граале».

В XVI веке в некоторых странах все еще запрещалось печатать книги, даже библию. «Господи, открой глаза королю Англии!»-последние слова борца за распространение книг Уильяма Тиндейла, сказанные перед тем, как веревка сдавила ему горло. Он стал столь опасным, что властям казалось недостаточной гарантией повешение — для устрашения возможных последователей Тиндейла еще и сожгли. А ведь это было не так уж давно — в 1536 году!

И что же? К чему привели гонения на книгу? «…Нищие, бедняки, жестянщики, ткачи, ремесленники, люди низкого происхождения и небольшого достатка — вот кого можно было увидеть ночью на улицах и в переулках Лондона. Они пробирались с драгоценной ношей в руках: связками книг, обладание которыми каралось смертью». Так пишет историк Фроуд.

А сегодня? Книги — главное богатство цивилизованного человека. Возросший уровень информации, объем знаний, накопленных человечеством, улучшение методов обучения — все это привело к тому, что средний ученый двадцатого века, вооруженный современной исследовательской аппаратурой и теоретическими методами, в состоянии сделать для человечества чаще больше, чем гениальный одиночка прошлого. А если этот ученый — личность, если он еще одарен и способен «замахнуться» на значительную проблему, тут открытия неизбежны.

И, наконец, фактор четвертый, ускоряющий дорогу к открытию, — все более тесная связь между учеными разных стран; всевозрастающий обмен информацией, все большее количество совместных научных работ.

Ученые долгие века были ограничены в обмене информацией. Они довольствовались перепиской, редкими встречами, ведь конференции, симпозиумы, семинары — это приметы последнего времени, будни науки наших дней. Не так давно роль посредников играли сами ученые, в основном те из них, кто не был удачлив в собственных исследованиях. В прежние времена события двигались от континента к континенту, словно неторопливые парусники. Сегодня вести облетают земной шар со скоростью света. Новости перестают быть новостями для всей планеты в самый момент рождения. Двадцатый век ворвался в окна самых отдаленных стран, даже если эти окна «занавешены». Пример — Япония, которая долго пыталась избежать сквозняков, сопротивлялась новым веяниям извне да и возникновению новых обычаев у себя. И что же? Сегодня мы видим, как бродит новыми желаниями старое, выдержанное «вино» японских устоев, в которое двадцатый век добавил свои молодые соки.

Перед японской наукой возникают новые задачи — она должна выдержать конкуренцию с наукой других стран. И один из величайших ученых наших дней, Хидеки Юкава, творец теории ядерных сил, физик-теоретик, переключает свое внимание на одну из «горячих точек» — на разгадку механизма мышления, чтобы найти новые методы обучения, помочь стране обрести современный уровень знаний.

Назовем еще один важнейший фактор, дающий мощный стимул прогрессу науки. Ярко проступают черты удивительного явления, свойственного творческой атмосфере нашего времени. Наука стала заботой правительств.

Она обязана открывать новое, стимулировать развитие техники, оплодотворять промышленность. От нее ждут открытий, ждут сенсаций…

Это примета времени. Это и следствие и причина тех грандиозных сдвигов в науке и технике, которые получили название научно-технической революции.

Веками развитие науки искусственно тормозилось. В своем движении она должна была искать лазейки, словно весенний ручеек, придавленный коркой зимнего льда.

Конечно, властители мира вынуждены были использовать и применять какие-то достижения научной мысли. Но это касалось практических методов. Когда же мыслители отваживались на пересмотр устоявшихся взглядов, на расшатывание основ, узаконенных светской властью и церковью, виновных ожидала неизбежная кара.