Автор: КАК ПРОИСХОДЯТ НАУЧНЫЕ РЕВОЛЮЦИИ, ИЛИ ПОЧЕМУ ЭЙНШТЕЙН САМЫЙ ВЕЛИКИЙ
Спросите на улице первого встречного, кто самый великий физик, и ответ предсказуем: Альберт Эйнштейн. Не зря академик Ландау поставил его первым в своей иерархии физиков. Да и опрос Американского исторического общества на исходе ХХ века назвал Эйнштейна «человеком тысячелетия» с большим отрывом от других претендентов. А теперь спросите вашего «встречного», почему? Или, лучше, сами попробуйте ответить.
Да, он совершил гениальные открытия. Но и другие физики тоже не стояли в сторонке. С 1901 года Нобелевские премии по физике получили двести десять человек (если я не сбился в подсчетах, но порядок правильный). Каждый лауреат сделал выдающееся открытие, иначе премию не дают. Были случаи, когда за великие открытия премию не давали никому, но чтобы премию дали ни за что, такого я не припомню.
Так почему Эйнштейн – величайший среди великих? Для ответа на этот вопрос давайте рассмотрим, как совершаются революции в науке, в частности, в физике. Общая схема такова.
Существует старая теория, которая худо-бедно решает поставленные перед ней вопросы. Но кто-то замечает, что есть в этой теории недостатки, какие-то явления она не может удовлетворительно объяснить, какие-то противоречия вскрываются внутри самой теории. Ученые понимают недостаточность старой теории и с нетерпением ждут новой. Многие над этим работают. И тогда появляются ПЕРВОПРОХОДЦЫ, которые привносят новые идеи, которые в старую теорию не укладываются. Эти новые идеи ломают старую теорию, но еще не обязательно образуют новую. Для этого должны появиться ПЕРВООТКРЫВАТЕЛИ, которые и создают новую теорию. Революция, о которой мечтал научный мир, совершилась!
Проиллюстрирую эту схему на примере революции в физике микромира, так называемой «революции вундеркиндов», которой я посвятил серию статей, выходящих в «Науке и жизни» и в «Семи искусствах». Итак, в XIX веке существовали теории электромагнитных и тепловых явлений, вполне удовлетворительно описывающие многие оптические, электрические и тепловые явления. Но вот для излучения нагретого тела удовлетворительной теории не было. Это отметил, например, лорд Кельвин, подводя итоги физики XIX века на собрании Королевского общества в Лондоне в декабре 1900 года.
ПЕРВОПРОХОДЦЕМ тут стал прежде других Макс Планк, который в том же декабре 1900 года предложил новую формулу для излучения нагретого абсолютно черного тела, выдвинув чрезвычайно смелую гипотезу о квантах света. Согласно Планку, свет распространяется не непрерывно, волнами, как предписывала старая теория, а пучками, сгустками энергии, названными потом фотонами, или квантами. Эта гипотеза в старую теорию не укладывалась, но и новой теории еще не создавала. Требовались новые идеи и методы. Следующим ПЕРВОПРОХОДЦЕМ тут выступил молодой Альберт Эйнштейн, в 1905 году опубликовавший три великие работы, за каждую из которых он получил бы титул гениального физика. Это были работы по специальной теории относительности, броуновскому движению и объяснению фотоэффекта с помощью планковских квантов. Здесь для нас важна сейчас именно последняя работа, показавшая, что кванты – не просто умозрительная конструкция, а реально существующие объекты. Но полной теории излучения этих квантов пока еще не было. Не было понятно, как устроены атомы, как они излучают и поглощают свет, почему разные источники света дают разные спектральные картины. Новым ПЕРВОПРОХОДЦЕМ тут оказался Эрнест Резерфорд, предложивший в 1911 году планетарную модель атома. Согласно Резерфорду, атомы представляют собой маленькую планетарную систему: вокруг массивного ядра вращаются по своим орбитам легкие электроны. Эта идея тоже не укладывалась в старую теорию, так как вращающийся заряд должен был терять энергию и со временем упасть на ядро, чего в нормальных условиях не происходит. Объяснить это пока не удавалось, потребность в новой теории ощущалась все острее. И, наконец, еще одним ПЕРВОПРОХОДЦЕМ стал Нильс Бор, который в 1912-13 годах сформулировал постулаты, позволявшие начать хоть какие-то расчеты по новым правилам. Постулаты Бора не создали новую науку, оставаясь еще во многом на уровне искусства: исследователь должен был придумывать различные дополнительные предположения, чтобы получать результаты, совпадающие с данными экспериментов.
Такое положение, когда старая теория уже скомпрометирована новыми идеями, но новой теории еще нет, продолжалось четверть века. И только в 1925 году появились ПЕРВООТКРЫВАТЕЛИ – Вернер Гейзенберг, Макс Борн и Паскуаль Йордан, в «работе трех» (Dreimännerarbeit) построившие основы современной квантовой механики. В следующем году Эрвин Шрёдингер, опираясь на идеи де Бройля, предложил другой вариант той же науки, назвав его волновой механикой. Он же доказал эквивалентность обоих вариантов. Поль Дирак и Паскуаль Йордан поставили новую науку на прочный математический фундамент. Макс Борн вскрыл статистический характер процессов в микромире, а Вернер Гейзенберг со своим соотношением неопределенностей и Нильс Бор с принципом дополнительности дали физическую интерпретацию нового формализма. В 1927 году революция в науке о микромире была завершена:
Как мы видим, на каждом этапе этой революции действовали гениальные ученые: ПЕРВОПРОХОДЦЫ Планк, Эйнштейн, Резерфорд, Бор, ПЕРВООТКРЫВАТЕЛИ Гейзенберг, Борн, Йордан, Шрёдингер, Бор, Дирак… За исключением Паскуаля Йордана, замаравшего себя членством в нацистской партии, все участники революции получили Нобелевские премии.
А теперь посмотрим на революцию в области физики макромира, строения Вселенной, законов тяготения. Старая теория тяготения существовала со времен Ньютона, и ее справедливость ни у кого не вызывала сомнений. Необходимость новой теории увидел один Эйнштейн. Далее, именно ему принадлежит новые идеи о связи материи и пространства и о силе тяготения как характеристики геометрии пространства. ПЕРВОПРОХОДЦЕМ выступил тут опять один Эйнштейн. Идея об отклонении лучей света от далеких звезд при прохождении вблизи Солнца, была оформлена уже в 1914 году, и ее можно было проверять во время солнечного затмения в Крыму в августе того года. Помешала это сделать начавшаяся Первая мировая война. А к 1916 году была завершена и общая теория относительности, ПЕРВООТКРЫВАТЕЛЕМ которой стал тот же Эйнштейн.
Так что революцию в физике макромира, состоявшуюся за десять лет до революции вундеркиндов, с полным правом можно назвать «революцией одиночки». Эту революцию, в отличие от революции вундеркиндов, никто не ждал и не предвидел. Если бы не Эйнштейн, ее пришлось бы ждать еще не одно десятилетие.
Теперь понятно, почему Эйнштейн не просто первый среди равных, а величайший среди великих?