Читаем без скачивания Время вспять - Анатоль Абрагам

Заключением его доклада было: "В наше время наше мышление — это то, что требует защиты от высокомерного авторитета эксперимента". Я решил привести здесь часть моего опровержения его тезисов (тщательно очистив его от шипов, порожденных вызывающим характером лекций Тома). Я решил это сделать, во-первых, потому, что мой доклад может осветить некоторые стороны истории современной физики, с которыми не все знакомы, а также взгляды того, кто в конце концов является героем этой повести.

*Теория или Эксперимент (давнишний спор)

Вещей есть больше в небе и на земле, Горацио, чем снилось в вашей философииЯ всегда с трудом воспринимал философию, ее методы и ее язык. Никогда не ощущал надобности для себя или обращаясь к другим в формальном определении понятий "теория" и "эксперимент, которые являются частью моей ежедневной деятельности. Я считаю, что те, кому надо знать эти вещи, их знают. (Это мне напоминает анекдот про даму, которая в лондонском зоопарке, тыча зонтиком в гиппопотама, спрашивает у сторожа: "Это самка или самец?" — "Мадам", — отвечает сторож, — "я не вижу, кого этот вопрос может интересовать, кроме другого гиппопотама; а он знает".)

Если будут очень настаивать, я скажу, что для меня эксперимент — это деятельность, которая протекает в лаборатории, главная цель которой подтвердить или опровергнуть предвзятые идеи, породить новые идеи, улучшить свои собственные методы и технику, и "last but not least", доставлять большое удовольствие. Как говорит любимый герой Анатоля Франса добродушный аббат Жером Куаньяр: "Если я перевожу писания Зосимы, это потому, что я извлекаю наслаждение из этого занятия". За несколько недель до смерти Альберт Майкельсон говорил Эйнштейну: "Если я провел большую часть своей жизни над улучшением моего интерферометра, то потому, что это доставляло мне удовольствие".Моим определением теории было бы "привести в порядок идеи, которые были или будут подвергнуты проверке экспериментом". Это тоже доставляет удовольствие. В свои определения я ввел исподтишка слово "идея", но не требуйте от меня его определения, это относится уже к философии. Мне говорили, что отказываться от философии — это тоже философствовать, только плохо. Возможно, но я предпочитаю приписывать мои научные неуспехи ограниченности моих способностей, а не отказу философствовать. Скажу, как Полоний, что рассуждать, " … зачем день — день, ночь — ночь, и время — время, то было б расточать ночь, день и время".

*Раз я физик, то буду говорить только о физике, по крайней мере о той, с которой я более или менее знаком. Я не коснусь ни Галилея, ни Ньютона, мне хватит нашего века. Если рассмотреть внимательно прогресс физики с 1900 года до наших дней, можно увидеть, что теория и эксперимент связаны неразрывно. Бывает, что целое множество экспериментальных результатов, необъяснимых в рамках существующих теорий, буквально силой заставляет теоретика разрубить гордиев узел и сформулировать новую теорию. В 1900 году, чтобы объяснить форму спектра излучения черного тела, Макс Планк неохотно сформулировал странную, нелепую гипотезу, специально придуманную для этой цели (ad hoc — по латыни), а именно, что энергия, излучаемая осциллятором, принимает только дискретные или, как теперь говорят, квантованные значения, пропорциональные его частоте. Это "дикое" предположение, вымученное из теоретика неумолимым экспериментом, стало исходным пунктом величайшей революции в современном научном мышлении — квантовой теории. В 1913 году эксперимент заставляет снова, на этот раз Нильса Бора, сформулировать ряд постулатов, не менее странных и "неестественных", чем гипотеза Планка: в атоме могут существовать только некоторые квантованные электронные орбиты, круговые или эллиптические; вопреки законам электродинамики электрон движется по этим орбитам, не излучая энергии; энергию он излучает во время прыжка с одной квантованной орбиты на другую. "Нет, господин Том, ни вашим философам, ни вашим математикам этого не снилось!"

Между 1923 и 1928 годами де Бройль, Шредингер, Гейзенберг, Дирак, Паули, Борн и другие, исходя из того, что до тех пор было только собранием магических рецептов, строят грандиозное творение человеческого разума — современную квантовую теорию. Рождению квантовой теории можно противопоставить появление специальной теории относительности, возникшей всецело в уме двадцатишестилетнего технического эксперта второго класса в бюро патентов швейцарского города Берна. Повлиял ли на его мышление отрицательный результат эксперимента Майкель-сона, вопрос не решен. Сам Эйнштейн хранил молчание, но, по-моему, это не важно. Я не сомневаюсь, что его главным побуждением была слабость и противоречивость теории абсолютного эфира. Когда в 1906 году эксперименты Кауфмана дали указания о противоречии с предсказаниями теории относительности, Лоренц и Планк заколебались, но Эйнштейн остался невозмутим; более точные эксперименты показали, что он был прав. Но было бы неосторожно вывести из этого примера заключение о господстве теоретика над экспериментатором. Quod licet Jovi, non licet bovi (что дозволено Юпитеру, не дозволено быку). В биографии Эйнштейна есть малоизвестный эпизод — его сотрудничество с де Гаазом (de Haas), зятем Лоренца, в поисках экспериментального доказательства пропорциональности между угловым моментом J и магнитным моментом M в веществе. Их соотношение содержит безразмерную константу g, которая согласно классической электродинамике равна единице. В остроумном эксперименте Эйнштейн и де Гааз наблюдали вращение, связанное с намагничиванием, и определили с точностью 10 %, что д действительно равняется единице. Увы, их результат был ошибочен на все сто процентов. Теоретическое значение д — не 1, а 2. Эта разница происходит (жестокая ирония!) от релятивистского эффекта, как было впервые строго доказано Дираком. Что случилось? Смошенничали ли они? Не думаю. Но они были неосторожны. Они пришли в восторг при наблюдении ожидаемою вращения и после этого, очевидно, работали спустя рукава. Например, магнитное поле и намагниченность они не измеряли, а подсчитали по параметрам эксперимента. Первый эксперимент дал для д значение 1,02, т. е. в замечательном согласии с теорией. Второй эксперимент дал 1,48, но они отбросили этот результат как аномальный! Полагали ли они, что классическая электродинамика слишком прекрасна, чтобы оказаться ошибочной? Рассказал все это де Гааз в 1923 году. Эйнштейн никогда не сказал об этом ни слова.

Хочу привести обратный пример двух искусных и честных экспериментаторов, которые однако известности не добились. Фриц Лондон предсказал, что в сверхпроводнике магнитный поток принимает только квантованные значения, множители элементарного кванта (kc/e). В 1961 году два немецких физика наблюдали квантование магнитного потока, но измеренный ими квант был меньше половины (пс/е) (около 40 %). После тщетных попыток найти грубую ошибку в калибровке своих измерений они решились опубликовать этот непонятный результат. Между тем в том же номере "Physical Review Letters" Янг (C.N. Yang) показал, что ввиду существования, так называемых, куперовских пар, на которых зиждется современная теория сверхпроводимости, заряд е в формуле магнитного кванта должен быть удвоен. Новое значение кванта — (hc/2e), т. е. в два раза меньше, чем предполагалось раньше, и в пределе экспериментальных погрешностей совпадает с результатом немецких ученых. Никто, в том числе и я, не помнит их имен. Несправедливо!