И теория относительности и квантовая механика были сформулированы как обобщения. Старая классическая механика Ньютона оказалась их частным случаем. Теория относительности превращалась в привычную механику при малых скоростях движения, квантовая механика переходила в нее же для частиц достаточно большого веса. Преемственность — обязательный признак научной теории.
Каждый серьезный исследователь прежде всего озабочен тем, чтобы то новое, что он собирается внести в науку, не нарушило гармонии тех областей, где наука превосходно обходилась без его помощи. Каждый лжеученый озабочен прежде всего тем, чтобы рушить старое.
Для литераторов бедствием являются графоманы. Они шлют свои романы и стихи в газеты и журналы, требуют внимания, отзывчивости и признания. Не получая отклика, засыпают редакции жалобами непризнанных гениев. Похожая напасть есть и в мире науки. Это авторы новейших теорий строения атома, изобретатели перпетуум-мобиле, открыватели мирового эфира с универсальными свойствами.
Даже в том случае, когда автор новой системы знания достаточно образован и язык его писаний вполне наукообразен, лженаучный характер теории выявляется сразу же. Особенность представителя лженауки — будь он сумасшедший, невежда или жулик — состоит в том, что он обязательно начинает с ниспровержения всех основ.
Как правило, лжеученый, бодро размахивая косой, чтобы очистить путь своим откровениям, не замечает простой логической ошибки. Его новая теория обосновывается аргументами, заимствованными из существующих теорий. Так поступает, например, изобретатель вечных двигателей. Сложнейшая машина, действующая на первый взгляд вполне безупречно, построена по законам механики. А ему и невдомек, что из этих же законов со строжайшей логикой следует невозможность этой самой машины.
Итак, от новой теории требуется, чтобы она включала в себя старые представления как частный случай и чтобы ее новизна оправдывала бы себя при объяснении доселе непонятных явлений. Но и этого мало. За то, что мы соглашаемся признать самые сумасшедшие предположения автора, мы требуем от него, чтобы он предсказал новые явления, которые еще не наблюдались. И новая теория приобретает признание только в том случае, если эти предсказания подтверждаются. Тогда и только тогда начинается пересмотр сложившихся представлений и новые взгляды приходят на смену старым, Разумеется, роль теории в естествознании не сводится к нахождению новых законов природы. Перед теоретическим естествознанием стоят, кроме того, задачи доведения общих законов природы, так сказать, до станка. Действительно, в огромном числе случаев у нас нет основания сомневаться, что явление происходит в полном согласии с уже известными законами природы. Но тем не менее закономерности явления требуют объяснения. В этом случае речь идет о выводе частной закономерности из общего закона. Чтобы это сделать, надо разумно упростить явление (только так, чтобы не выплеснуть с водой и ребенка) и строгим дедуктивным математическим рассуждением показать, какие зависимости являются следствиями известных общих законов.
Особенности физического мышления проявляются здесь как в самом решении задачи, так и в постановке задачи. Дело в том, что не всякий теоретический расчет целесообразен. Теория может рассчитать результат конкретного опыта. Скажем, можно поставить задачу — теоретически вычислить плотность воды. Несколько месяцев работы, и бы получите результат — плотность воды с точностью пять процентов равна единице. Но измерить плотность воды можно за несколько минут, и при этом с точностью в тысячные доли процента. Спрашивается, зачем надо было считать!
Но вот вычислить угол наклона ракеты, чтобы она попала в заданное место, явно целесообразно. Установить этот угол наклона опытным путем (то есть запустив под разными углами тысячу ракет и выбрав один нужный) стоило бы слишком дорого.
То же самое касается теоретического расчета зависимостей, имеющих частное значение. Например, можно рассчитать, как зависит давление паров бензола от температуры. Но результаты этого очень сложного расчета не помогут в предсказании поведения паров других веществ. Если так, то проще произвести измерения.
Короче, физик возьмется за теоретические вычисления, если результатом его работы окажутся достаточно общие закономерности, охватывающие широкий круг явлений, а исчерпывающее опытное описание этого круга явлений будет занимать несоизмеримо большее время. Только тогда игра стоит свеч.
Казалось бы, довольно ясные вещи. Но, к сожалению, эти правила часто нарушаются естествоиспытателями, но теми, кому чуждо физическое мышление…
Речь шла об архитектурном стиле научных исследований. Теперь несколько слов о том, как обстоят дела строительства фундамента естествознания.
Можно без труда выделить завершенные постройки. Это прежде всего механика, которая умеет безошибочно и с величайшей точностью предсказывать движения тел, если известны действующие на них силы. Это электродинамика, позволяющая рассчитывать электромагнитные поля, если заданы создающие их электрические заряды и токи. Один из красивейших разделов естествознания — статическая физика командует поведением газов жидкостей и твердых тел, меняющих свои свойства под влиянием внешних условий. Поведение атомных ядер и электронов с успехом предсказывается квантовой механикой.
Все эти области физики похожи до некоторой степени на эв-клидову геометрию: несколько аксиом, и далее строгое дедуктивное изложение, логический вывод бесчисленных следствий, подтверждаемых опытом с той точностью, с которой удалось произвести теоретическое вычисление.
В ряде случаев исходные аксиомы настолько просты, что без труда верится, что это истины в последней инстанции. Так, например, можно показать, что три кита, на которых покоится механика, — закон сохранения энергии, закон сохранения поступательного импульса и закон сохранения вращательного импульса — сводятся к утверждению о равноправности разных мест и направлений пространства.
Однако далеко не все исходные аксиомы науки столь просты. А обязаны ли они быть простыми? Кто может на это ответить? Известный английский физик Поль Дирак полагает, что основные аксиомы могут быть и непростыми, но обязательно должны выделяться математическим изяществом и красотой. Эстетический критерий при обсуждении математических формул? Да. Оценка уравнений и вычислений как красивых, изящных или, напротив, неуклюжих, громоздких очень распространена среди физиков.
Закон всемирного тяготения Ньютона, несомненно, красивый закон. Подумайте, сколь симметрична и проста его запись; именно в этой симметрии и простоте и заключена красота закона. Представьте себе, что кто-нибудь предложил бы закон тяготения, в котором знаменателем формулы служил бы не квадрат расстояния, а расстояние в степени девять вторых, а в числителе стояло бы не произведение масс, а, скажем, корень квадратный из суммы масс. Некрасивая, неприятная формула. Сомнение в ее справедливости возникло бы сразу, она раздражала бы нас с чисто эстетических позиций.
Читатель, вероятно, скажет, что автор шутит. Почему природа любит красивые уравнения?
Не знаю. Вероятно, природа — хороший математик. Ведь все фундаментальные уравнения современной физики, бесспорно, выдерживают эстетический критерий. Можете мне поверить, что изящество и простота математического представления законов электродинамики (уравнения Максвелла) доставляют физику эмоциональное волнение, хотя источником их принято считать лишь произведения искусства.
Но если аксиомы завершенных областей физики так красивы, как утверждает автор, то значит ли, что на них физика может успокоиться? Нет, совсем нет. Об этом свидетельствуют упорные поиски Эйнштейном единой теории поля. Насколько выиграла бы наша система аксиом, если бы удалось их представить как следствия единого закона природы! Поискам такого уравнения, из которого выводились бы и законы механики и законы электродинамики, Эйнштейн посвятил последние десятки лет своей жизни. Увы, титанический труд оказался безуспешным. Будет ли найдена такая генерал-аксиома, покажет будущее.
Надо признаться, что вопрос объединения механики и учения об электричестве волнует физиков несравненно меньше, чем теория элементарных частиц. В конце концов механика и электродинамика (пусть даже не подведенные под одну крышу) представляют собой образец законченности. Проблемы сегодняшнего дня, связанные с этими дисциплинами, могут быть переданы в руки прикладников и математиков-вычислителей. Что же касается учения об элементарных частицах, бурно развивающегося на наших глазах и приносящего что ни год, то все новые поразительные открытия, то оно представляется лишь как собрание обрывочных понятий, а не образец стройной теории. Думается, что мы вправе ожидать, что именно здесь, из хаоса новых экспериментальных данных о поведении мельчайших частиц материи, должна вырасти новая теория, которая, может быть, соединит в одно целое не только механику с электродинамикой, но и приведет нас к единому закону всего естествознания.
Поэтому сегодня усилия многих ученых направлены на создание теории в той области, где ее нет, то есть в области движения элементарных частиц со скоростями, близкими к скоростям света. Ведь квантовая механика Шредингера не работает здесь потому, что частицы очень быстрые, а теория относительности Эйнштейна не работает по той причине, что частицы очень легкие.
Пока успехи в этом направлении невелики. Но и задача не из легких. Будущей теории придется объяснить, почему элементарных частиц столько, сколько их наблюдается на опыте; почему они обладают такой массой, а не иной; почему заряды частиц равны заряду электрона или отличаются от этого заряда лишь знаком, а не произвольны и т. д. Короче говоря, объяснить надо, почему мир элементарных частиц построен именно так, а не как-нибудь иначе. Должно же это следовать из какого-то общего единого закона природы?
Ищут этот закон исследователи математического склада ума, составляя уравнения, как можно более изящные и красивые. Ищут его физики, не признающие ведущую роль эстетических позиций, а стремящиеся добиться успеха, пропуская через сито теоретического анализа груды экспериментальных фактов, которые добываются во всех странах мира с помощью фантастически громадных и не менее фантастически дорогих мощнейших ускорителей. Игра стоит свеч — речь идет об открытии великого закона природы, закона, который должен привести к новой революции наших взглядов на мир.
Глеб ГОЛУБЕВ
ОГНЕННЫЙ ПОЯС[2]
Рисунки Н. ГРИШИНА
— Мы падаем! — крикнул Михаил.
— Нет, всплываем! — ответил Базанов, тщетно пытаясь подняться на ноги.
Они были правы оба. Сначала кабина, накренившись, падала вниз.
Потом она вдруг резко качнулась… и начала быстро всплывать.
— Есть! — радостно воскликнул Базанов, хлопая меня по плечу. — Затворы сработали, мальчики. Мы всплываем!
Я бросился к иллюминатору. Но стекла все еще были темными, вода не смыла с них грязь.
Стрелка глубинометра бойко перескакивала от цифры к цифре: 3500 метров, 3000–2500…
Мы с Мишей подмигнули друг другу.
Но почему у Базанова озабоченное и настороженное лицо?
— Что-нибудь не так, командир? — спросил я.
— Полный порядок, — ответил он улыбаясь. — Скоро будем наверху. Но кто мне объяснит, что же все-таки произошло?
— Похоже, мы попали в зону моретрясения, — сказал я. — Они здесь частенько бывают. Мы же с вами находимся в знаменитом «Огненном поясе». Он опоясал весь Тихий океан. Тут и действующих вулканов и землетрясений природа отпустила куда больше, чем нужно человечеству для научных исследований. И эпицентр очередного моретрясения оказался где-то неподалеку. Первого толчка мы не ощутили, но он сбросил на нас илистую лавину. А второй толчок спас нас, столкнув с уступа, на котором мы засели. Надо взять пробы воды, если только наши «руки» не вышли из строя…
Базанов занялся своей техникой, а мы с Михаилом начали проверять забортные приборы.
Один наружный термометр, видимо, разбился, или порвались провода, передававшие в кабину его показания: стрелка указателя бессильно поникла на циферблате, но другой уцелел. Пострадало, вероятно, и несколько цилиндриков для забора проб воды. Но остальные действовали. Я наполнил их водой, записав в журнал, на какой глубине взята каждая проба.
— А как твое хозяйство? — спросил я Михаила, возившегося в своем уголке.
— Несколько колб с пробами разбито, — мрачно ответил он. — Посвети мне, — пожалуйста, переноской. Тут что-то непонятное.
— Что?
— В трех пробах планктон почему-то осел на дно.
— Ну и что?
— Он должен плавать. Подожди, не убирай лампу. Добавлю свежей воды.
Он так медленно и осторожно колдовал со своими колбами, что я не выдержал:
— Укрепи где-нибудь лампу, у меня своих дел хватает.
— Спасибо, больше не нужно. Можешь ее убрать. Все в порядке, они всплывают.
— Мне бы твои заботы…
Но Мишка уже был где-то далеко от меня. Задумчиво пряча колбу в термостат, он пробормотал по привычке:
— Забавно…
И начал что-то торопливо записывать в свой гроссбух.
Взгляд мой задержался на указателе глубины.
Почему так медленно движется стрелка? За пятнадцать минут она одолела всего одно деление и теперь, неуверенно вздрагивая, остановилась у цифры 316.
Я посмотрел на Базанова. У него на скулах под загорелой кожей напряглись желваки.
Что опять?
Крепко — так, что побелели костяшки пальцев, — ухватившись за штурвал, он налег на него всем телом.
Зачем? Штурвал и так повернут до отказа. Водяные балластные цистерны были давно продуты дочиста…
— Чего же она хочет? — пробормотал Базанов.
— Иллюминатор очищается! — радостно воскликнул со своего поста Михаил.
Мы с Базановым бросились к нему.
Действительно, вода наконец-то, размыла илистое бельмо на стекле. Правда, оно еще не очистилось полностью, но в трещины между пятнами грязи уже брезжил свет наших прожекторов. Эх, если бы можно было вылезти наружу и соскрести, смыть со стекла этот проклятый ил!
Я взглянул в свой иллюминатор. Проблески света были заметны и в нем.
Но третье наше оконце оставалось темным, как и раньше.
Молча мы следили, как медленно, страшно медленно тают на стекле серые пятна ила…
Свет за окном разгорался все ярче, и вот я увидел первую рыбу.
Она смотрела на меня, выпучив телескопические глаза и быстро шевеля жабрами. Наверно, самый близкий друг не мог бы меня сейчас так обрадовать своим появлением, как эта глупая лупоглазая рыбешка! Словно сама жизнь заглянула в иллюминатор.
— Почему мы стоим? — спросил за моей спиной Михаил.
В самом деле почему мы не всплываем? Почувствовать это можно было теперь и без указателя глубины.
Если бы мы поднимались, рыбы и планктон за стеклом проплывали бы сверху вниз, словно убегая в глубины. Но они не отставали от нас, лениво покачиваясь перед иллюминатором.
— Лифт испортился, мальчики, — негромко проговорил Базанов и помолчал. — У нас сработала только одна цистерна с аварийным балластом. А на крыше еще осталась глиняная шапка. Она-то нас и держит… И вертикальные винты подъема, видно, погнуты, если не сломаны совсем.
— Забавно, — тихо сказал Михаил.