Александр Китайгородский - Физика – моя профессия
Важно ясно представить себе, что все эти и другие научные открытия не являлись случайными откровениями, а были результатом логического и закономерного развития науки.
Совершенно по-детски мыслит тот, кто думает, что Рентген «искал» невидимые лучи, Фарадей – законы природы, которые можно было использовать для постройки электрических генераторов, а Ган и Штрассман – атомную энергию. Однако не правы и те, кто думает, что Рентгену «повезло»: около газоразрядной трубки, закрытой черной бумагой, лежал минерал, способный светиться под действием тех лучей, которые позднее получили название рентгеновых. Может показаться, что повезло Фарадею, который «догадался» в нужный момент посмотреть на стрелку гальванометра, подключенного к проволочной катушке как раз в тот момент, когда в катушку вставлялся стержневой магнит. Можно подумать, что повезло Гану и Штрассману, которые обнаружили в 1939 году, что ядра урана делятся медленными нейтронами; через несколько месяцев грандиозность этого открытия – возможность атомного взрыва – стала очевидной.
На самом же деле – история науки сможет всегда это доказать с полной убедительностью – эти открытия были подготовлены трудом многих тысяч исследователей. Открытия становились возможными потому, что они назревали, они были неизбежны, они витали в воздухе. Острый взор наиболее талантливого ученого обнаруживал их раньше других.
На этом можно было бы закончить слово о пользе науки. Необходимость развития научного фронта, движимого вперед человеческой любознательностью, желанием познать природу, устранить из мира неясное, непонятное, сделать все грядущие события предсказуемыми, даже для самого заядлого утилитариста полностью оправдана счастливой неизбежностью возникновения крупных научных открытий. Без движения всего фронта науки, без труда всей армии незаметных тружеников науки такие открытия оказались бы невозможными.
Уже этого вполне достаточно, чтобы понять, почему развитие теоретических работ в области физики, математики, химии и биологии считается сейчас у нас государственной задачей и почему деньги на развитие естествознания отпускаются соразмерно с другими государственными затратами.
Конечно, я ясно представляю себе, что подавляющее большинство читателей будет удовлетворено приведенными аргументами. Тем не менее хочу продолжить тему, имея в виду и меньшинство, среди которых могут встретиться более или менее образованные, практически мыслящие скептики.
– Вы утверждаете, – скажет такой скептик, – что революции в технике связаны с научными открытиями. Совершенно верно. Несколько примеров, которые вас устраивают, вы нам привели. Но разрешите напомнить и обратные примеры. Ряд отраслей техники достиг высокого совершенства к тому времени, когда естествознание еще не родилось. Наши далекие предки, не имевшие ни малейшего представления о законах физики и химии, умели строить величественные дворцы, варили безупречный звонкий хрусталь, плавили руду. Век паровых машин начался без участия науки. Уатт и Ползунов не знали правил термодинамики – учения о превращении тепла в работу. А производство стали или стекла? Какая бездна практически интересных материалов создана путем опытного поиска, а вовсе не в результате научного анализа и изучения законов природы! Итак, – заключит скептик, – практики превосходно справляются со своими делами и без теоретической науки.
Действительно, верно, что многие области техники родились и совершенствовались без вмешательства науки. Но как ускорилось развитие старой традиционной техники, из которой, казалось, уже выжато все возможное, когда естествознание достигло существенных успехов и стало оплодотворять своими идеями почти все без исключения прикладные науки! Хотя история производства стали насчитывает многие столетия, только в конце пятидесятых годов нашего века был предложен новый процесс, позволяющий производить сталь в три-четыре раза прочнее прежней. Не приходится доказывать выдающееся значение такого усовершенствования производства. Техника борется за уменьшение веса конструкций на несколько процентов, а из новой стали можно будет готовить детали машин, легче на десятки процентов.
Тридцать лет назад в теоретических работах были высказаны идеи о причинах недостаточной твердости металлов. Дело заключалось в том, что в каждом кристаллике металла имеется множество специфических, но явных дефектов (они получили название дислокаций), обладающих способностью перемещаться по кристаллику при приложении самой небольшой силы. Так как дислокаций много, то кристаллик легко деформируется под действием малых сил.
После войны были разработаны детальные схемы движения дислокаций, предложены способы регистрации и наблюдения движения дислокаций на отдельных кристалликах.
Исследователи-металловеды внимательно следили за этими работами. Они пытались найти в них ответ на вопрос, как упрочить сталь. Теория дислокаций отвечала на это однозначно – надо затруднить движение дислокаций.
Металловеды и металлофизики начали думать о том, как это осуществить. Вот только один из немногих примеров их рассуждений, возникших из дислокационных представлений. Известно, что малые доли углерода превращают мягкое железо в твердую сталь. Теперь стала ясной роль углерода – маленькие его атомы мешают двигаться дислокациям. Значит, дело не в химической природе добавки и углерод с успехом можно заменить другими элементами.
Так идея и эксперимент перекочевали из физических лабораторий в институты металловедения. А затем вышли из стен этих институтов на заводы. Весь этот ход событий занял что-то около десятилетия.
Можно было бы привести еще большее число примеров такого рода со сроками «внедрения» научных идей от года до десятилетий. Но не эта цель стоит перед нами. Важнее всего показать, что в стране с высоким уровнем развития естествознания и прикладные науки – такие, как техника, медицина, агрономия и другие, – находятся в наиболее выгодных условиях. В такой стране быстрее будет обнаружена возможность практического использования научного открытия. Кроме того, и общая культура научного мышления неизбежно сказывается на всех практических делах.
Итог этой главы таков: хотя естественные науки движутся по своим собственным путям и не решают практических задач, их влияние на прикладные науки трудно переоценить.
Мы не на необитаемом остров
Глава 3
…где рассказывается о том, как диалектическое единство свободы и необходимости предопределяет направление исследований в области естествознания.
Почти еженедельно человеку, работающему в науке, приходится задумываться над одним постоянно возникающим вопросом: а что делать дальше?
Лаборант озабочен – не взять ли фотопленку с повышенной чувствительностью? Научный сотрудник решает отложить дальнейший эксперимент и сверить свои цифры с теоретическими данными. Руководитель группы сотрудников, занятых тождественными исследованиями, полагает, что пришла пора перейти на новую методику наблюдения, разрабатывает новые схемы измерения и сдает чертежи в мастерскую. Заведующий лабораторией, оценив результаты исследований последних месяцев, считает, что центр тяжести исследований надо переносить с оптических методов на радиоспектроскопические, что новые экспериментальные кривые толкают к пересмотру старой теории, что к изучаемым веществам надо добавить новую группу объектов. Что же касается директора института, то его мысли (когда он сидит в директорском кресле) заняты распределением средств и правительственных заданий между лабораториями.
Из схемы, которую мы набросали, следует, что согласованно действующей группой научных работников является лаборатория. Более крупное объединение носит административный характер, а более мелкие отряды не самостоятельны.
Конечно, дело не в названии, и нередки случаи, когда роль лабораторий выполняют небольшие группы исследователей, а то и одиночки.
В хорошей лаборатории (для определенности будем говорить о лаборатории, но иметь в виду любой самостоятельный научный отряд) есть свое направление работы, свой круг интересов и свой стиль исследования. Можно не называть фамилии авторов научной статьи, вышедшей из хорошей лаборатории, так как специалист всегда догадается, где было проделано исследование.
Научный отряд может находиться в периоде становления. Про такую лабораторию говорят, что она не нашла еще своего лица.
Подобное мнение законно в течение 5–7 лет. Но если «отсутствие лица» наблюдается и через десяток лет после организации лаборатории, то, значит, это серенькая лаборатория, не заслуживающая именования отряда научного фронта. Такая лаборатория может быть полезной лишь на вспомогательных ролях, если только кто-нибудь возьмет ее под крыло, включив ее труд в свои научные исследования.
