Александр Китайгородский - Реникса
А вот и другие вопросы: чем объясняется сверхпроводимость, почему луч лазера способен проходить большие расстояния, почему от родителей к детям передаются наследственные признаки?…
Многое можно спросить. Но не на все вопросы можно ответить.
Что же это за вопросы, на которые нельзя ответить? Во-первых, это вопросы, лишенные смысла, или лишенные содержания, или лишенные права на постановку. Во-вторых, есть вопросы не бессмысленные, но ответ на которые практически дать невозможно, а потому они неинтересны. И наконец, есть вопросы, правильно поставленные; на некоторые из них можно дать ответ, но на другие пока еще ответа дать нельзя.
Вот в поисках ответа на правильно поставленные вопросы и работают сподвижники науки.
Во всем этом нам нужно разобраться. И прежде всего надо условиться, что значит объяснить явление.
Почему брошенный камень падает на землю? Почему бывают океанские приливы? Почему космический снаряд, движущийся со скоростью меньше восьми километров в секунду, не удастся превратить в спутник Земли? Что такое гравитационные методы разведки?
Ответить на все вопросы, которые я перечислил, объяснить явления, о которых шла речь, – значит показать, что все они являются следствиями общего закона природы – закона всемирного тяготения. Объяснение – это сведение частного к общему, это нахождение для явления его полочки в здании, увенчанном крышей общего закона природы. Ясно, не правда ли?..
Да, но… почему всё-таки тела притягивают друг друга?
Увы, дорогой читатель? Вот на это не могу ответить, не могу удовлетворить вашего любопытства. Так уж устроена природа. На сегодня закон всемирного тяготения есть общий закон природы. И называется он так именно по той причине, что нет никаких более общих положений, из которых его можно было бы получить как следствие.
Значит, объяснение имеет потолок? Совершенно верно. И всегда его будет иметь. Другое дело, что потолок этот имеет тенденцию повышаться. Возможно, когда-либо будет найден такой закон природы, из которого как частные следствия будут вытекать и закон всемирного тяготения, и законы электромагнитного взаимодействия. А может быть, даже и будет когда-либо найдена одна величественная формула, из которой рассуждениями или расчетами можно будет вывести все наблюдаемые в мире явления. Тогда это будет потолок потолков. Но это фантазия.
Что же касается сегодняшней науки, то она естественным образом распадается на ряд областей, – где в каждой имеется свой генерал – закон.
Разобраться в явлении, понять его, получить объяснение, получить ответ на вопрос – это значит показать, что явление однозначно следует из генерал-закона и беспрекословно ему подчиняется во всех деталях своего поведения.
Не надо думать, что все вопросы такого типа получили уже ответ. Есть и без ответов, и их немало. Некоторые очень долго раздражали физиков своей непонятностью. Вот, например, явление сверхпроводимости. Открыто оно было более 50 лет назад. Заключается оно в практически полной потере сопротивления электрическому току ряда металлов и сплавов при очень низких температурах (близких к абсолютному нулю, то есть к минус 273 градусам Цельсия). В замкнутой цепи из сверхпроводящего кабеля электрический ток может циркулировать часами при отсутствии источника тока.
В том, что это поразительное явление не нашло себе объяснения сразу после обнаружения, нет ничего удивительного. Просто ученые еще мало знали. Хотя в конце двадцатых годов общие законы движения электронов были установлены вполне надежно и это давало стопроцентную уверенность, что нет никакого чуда, нет «сверхпроводящего чертика» и что явление будет объяснено уже установленными общими законами природы, которые на сотнях и тысячах примеров доказали с блеском свою справедливость.
Примерно тридцать лет отделили открытие квантовой механики от создания теории сверхпроводимости. Отсутствие объяснения сверхпроводимости тридцать лет раздражало физиков. И не удивительно, что тем, кто избавил мир от этой неприятности, немедленно была присуждена одна из высших наград ученого – Нобелевская премия.
Разумеется, этот большой интервал был не случайным. Много наблюдений и теоретических расчетов сделано предшественниками, чтобы создать тот строй мыслей, родить ту догадку, которая привела к созданию теории. Совсем не лежало на поверхности то следствие из общих законов природы, которое объясняло сверхпроводимость.
Оказалось, что причина сверхпроводимости – в способности электронов образовывать пары, легко передвигающиеся благодаря взаимодействию с тепловыми колебаниями атомов в кристаллической решетке. Объединенные два электрона напрочь лишены тормозных качеств. Если что-либо замедлило один электрон, то его напарник меняет свое движение таким образом, что вклад пары в силу текущего тока остается неизменным.
Ну как, поняли? Нет? Не огорчайтесь. В данном случае причина непонимания совершенно очевидна – недостаток знаний. И большой недостаток моего объяснения! Оно должно было бы заключаться в строгом логическом выводе возможности сверхпроводимости из общих законов природы – законов квантовой механики. Но из-за невозможности это сделать я сказал несколько смутных для вас фраз, претендующих лишь на то, чтобы дать представление о неожиданности результатов, хранившихся долгие годы в скрытом виде в аппарате квантовой механики.
Сверхпроводимость является примером явления, долго мучившего физиков своей непонятностью, но в конце концов покорно подчинившегося генерал-законам. Впрочем, иначе и быть не могло.
Но бывают случаи, когда долгое время остается скрытым не только объяснение, но и само явление. Так обстояло дело с открытием лазеров.
Законы испускания и поглощения света были очевидны и ясны еще задолго до того, как кроваво-красные рубины появились в лабораториях оптиков. Видимо, до 1958 года мало кому ввиду своей кажущейся нереальности приходил в голову вопрос: а нельзя ли заставить возбужденные атомы «подождать» друг друга с тем, чтобы излучение произошло, так сказать, одним махом – чтобы все атомы сразу отдали бы запасенную энергию.
Самая первая, можно сказать пионерская, работа, говорившая о такой возможности, появилась (кстати говоря, у нас в Советском Союзе) еще до войны. Но она оказалась преждевременной. Надо было пройти порядочному числу лет, пока технический уровень не стал реальным для осуществления этой мысли. И не случайно, что практически задача была решена независимо и одновременно в Советском Союзе и США. Открытия такого рода закономерно подготавливаются развитием науки и промышленности.
Открытие лазеров оказалось неожиданным. Но надо ясно представлять, что явилось оно не в результате находки какого-либо неизвестного ранее принципа. Нет, нужно было «всего лишь» догадаться, как надо сделать. А после этого уже любой физик, используя старые, хорошо известные законы природы, мог приняться за расчеты интенсивностей излучения, достижение которых казалось ранее совершенно немыслимым, так как скидывалась со счетов возможность накачки энергией атомов излучателя.
Вероятно, были преподаватели физики, которые лет тридцать назад решали задачи вроде: «Допустим, что все атомы, заключенные в теле размером один кубический сантиметр, одновременно излучат квант красного света. Какая интенсивность света будет излучена и на какое расстояние сможет пройти такой луч, чтобы быть обнаруженным чувствительным болометром?»
Прекрасная физическая задача! И те астрономические цифры, которые стали теперь будничными, появлялись в ученических тетрадях с возгласами: «Ну и ну, вот если бы это стало возможно».
Таких задач я, правда, не решал в юности. А вот сколько энергии выделилось бы согласно уравнению Эйнштейна из одного грамма атомов водорода – такое «пустяковое» вычисление я делал в то время, когда почти все без исключения физики, включая и самого Эйнштейна, говорили о полной невозможности раздобыть энергию, спрятанную в атомном ядре.
Мораль из сказанного такая. Если какое-то явление следует из установленных общих законов природы, то весьма велика вероятность того, что это явление будет осуществлено. В этом отношении нет более мощного импульса к техническим открытиям, чем законы науки.
В законах природы, сейчас нам известных, спрятано немало объяснений еще непонятному. И нет сомнений, что с их помощью человечество сделает великолепнейшие открытия, не уступающие лазеру. До сих пор у нас шла речь о явлениях, которые объясняются или могут быть в принципе объяснены.
Еще раз повторим: объяснить явление – значит показать, что оно представляет собой следствие общих законов природы.
Но еще не все общие законы природы установлены исследователями. Есть явления, еще не имеющие объяснения. Речь идет об области науки, которая изучает поведение микрочастиц, движущихся со скоростями, очень близкими к скорости света. Законы поведения элементарных частиц в таких условиях находятся в стадии выяснения. Лишь в самое последнее время забрезжил слабенький свет некоторых успехов. Кое-что удалось предсказать; у некоторых исследователей есть уверенность, что разгадка близка, хотя немало еще и сомнений.
