Олег Спиридонов - Людвиг Больцман: Жизнь гения физики и трагедия творца
С разных точек зрения подвергали критике творения Больцмана глава Венского кружка физиков Э. Мах и немецкий физико-химик В. Оствальд. Убежденный идеалист, Э. Мах отрицал объективное существование материи, считая, что материя — это комплекс ощущений, а задачей науки является только их описание. Гипотезу о существовании атомов Мах считал излишней и ненужной, противоречащей выдвинутому им принципу «экономии мышления». На все доводы в пользу существования атомов он обычно отвечал: «А вы видели хотя бы один атом?» Больцман не мог согласиться с этим:
«Образовались группы ученых, отбрасывающих все выводы, выходящие за пределы непосредственно осязаемого, и потому не признающих теорию газов. Так как наши понятия и представления находятся только внутри нас, то говорили, что и наши представления об атомах не существуют вне нас, поэтому атомов якобы нет, и учение об атомах ложно».
Далее с несокрушимой логикой Больцман показывает, до какого абсурда может довести подобная точка зрения. Если последовательно стоять на позициях махизма, говорил он, то необходимо признать, что и другие люди есть не что иное, как ощущения говорящего:
«Что такие чрезвычайно маленькие тельца (атомы. — О. С.) существуют и что их совокупное действие образует тела, воспринимаемые органами чувств, является, конечно, только гипотезой. Совершенно точно такой же гипотезой приставляется допущение, что, кроме меня, существуют другие люди, чувствующие радость и боль, что существуют также животные, растения и минералы».
Больцман не согласен с Махом в том, что в нашем познании должно преобладать лишь непосредственное ощущение и не должно быть места гипотезам. Его доводы просты и убедительны:
«Я не предоставлял бы слова нашему чувству в научных вопросах: ведь современники Коперника были непосредственно убеждены, чувствовали, что Земля не вращается»; «Особенно хорошим примером является астрономия. Ни один образованный человек не сомневается в рассчитанном ею расстоянии до Сириуса, хотя ни один смертный не протянул до этой звезды рулетки».
Больцман вступает в спор с Махом по поводу теории познания:
«Нашей задачей является не данные опыта сулить с помощью наших законов мышления, а, наоборот, приспособить наш образ мыслей, представления и понятия к данным опыта. Если мы поставим вопрос именно таким образом, то, хотя его решение и может быть сопряжено еще с величайшими затратами, цель будет намечена и нам уже не придется спотыкаться о затруднения, уготованные самим себе. Мы не должны выводить явления природы из наших понятий, а, наоборот, должны приспосабливать последние к явлениям природы».
Больцман настойчиво добивается признания атомной теории. Одна за другой выходят его работы по этому вопросу. Сами названия работ весьма красноречивы: «О неизбежности атомистики в естественных науках» (1897), «Еще раз об атомистике» (1897). О плодотворности атомистической теории говорит он и в докладе на международном конгрессе в Сент-Луи в 1904 г. И все же, несмотря на убедительную логику доводов Больцмана, отсутствие в то время прямых экспериментальных доказательств реальности атомов было причиной того, что большинство физиков разделяло точку зрения Маха, против нее трудно было бороться.
Особенно острым нападкам учение Больцмана подвергалось со стороны последователей так называемой «энергетической» школы, виднейшим представителем которой был В. Оствальд. Он утверждал, что основным понятием физики должно быть понятие энергии, а основным законом природы — закон сохранения энергии. Второе начало термодинамики имеет значение как закон, указывающий направление течения процессов. Из этих законов, утверждал другой видный представитель энергетизма — немецкий ученый Г. Гельм, — следует вывести все остальные. Оствальд решительно отрицал существование материи, считал гипотезу об атомах слишком грубой, высмеивал ее. Это явно идеалистическое направление в физике долгое время мешало развитию атомно-молекулярной теории, но в то же время было с радостью подхвачено Махом. Со своей стороны представители энергетизма поддерживали учение Маха.
Больцман резко выступал против энергетики и на многочисленных примерах показывал ее несостоятельность. Он бросал ее сторонникам резонный упрек в том, что невозможно представить себе энергию (движение) без материального носителя того, что движется.
«Простейшее размышление и опыт учат нас, — пишет он, — что безнадежно трудно наткнуться на верную картину мира посредством одних только высосанных из пальца предположений. Такая картина образуется очень медленно посредством приспособления отдельных удачных идей. Теория познания с полным правом выступает как против многих легкомысленных фабрикантов гипотез, надеющихся с малыми затратами труда найти одну-единственную гипотезу, объясняющую всю природу, так и против метафизического и догматического обоснования атомистики».
Сторонники описательной (феноменологической) физики утверждали, что, отказываясь от самого понятия об атомах, они освобождают науку от одной недоказанной гипотезы. Больцман же утверждал, что это освобождение только кажущееся, поскольку утверждение о том, что единственной реальностью в мире является только энергия, также является гипотезой. Весь вопрос в том, какая из гипотез лучше объясняет разнообразный комплекс физических явлений, только это является критерием справедливости той или иной гипотезы. «Не логика, не философия, не метафизика решают в последней инстанции, верно что-либо или ложно, а дело. То, что ведет нас к верному делу, то и истина», — пишет он. Страстная полемика произошла на состоявшемся в Любеке в 1895 г. I съезде естествоиспытателей. Вот что пишет об этом принимавший участие в работе съезда немецкий физик А. Зоммерфельд: «Реферат об энергетике делал Гельм из Дрездена; на его стороне стоял Вильгельм Оствальд, их обоих поддерживала натурфилософия отсутствовавшего Эрнста Маха. Оппонентом был Больцман, поддерживаемый Феликсом Клейном. Бой между Больцманом и Оствальдом, внешне и внутренне, был похож на бой быка с ловким фехтовальщиком. Но на сей раз бык победил торреро, несмотря на все его фехтовальное искусство. Победили аргументы Больцмана. Мы, молодые в то время математики, все находились на стороне Больцмана».
Защищая атомистическую теорию, Больцман, конечно, понимает, что понятие об атомах является только гипотезой. «Может быть, со временем атомистическая гипотеза будет вытеснена какой-либо другой гипотезой. Может быть, но маловероятно», — подчеркивает он. Уверенность в этом великий физик черпает в том, что именно на основе предположения о существовании атомов удается найти удовлетворительное объяснение многим явлениям. Он подчеркивает и способность атомистики предсказывать новые факты, что является непременным условием ее плодотворности и свидетельством ее справедливости в том случае, когда предсказанные явления подтверждаются в эксперименте. В качестве примера он приводит сделанный Максвеллом теоретический расчет коэффициента внутреннего трения в газах, что привело к предсказанию независимости трения (в известных пределах) от плотности газов, затем нашедшей подтверждение в эксперименте. Он смело ставит это теоретическое предсказание в один ряд с открытием планеты Нептун на основании вычислений Леверье.
«Не от энергетики, не от феноменологии пришел луч надежды немеханического объяснения природы, но от атомистической гипотезы», — с гордостью пишет Больцман. «Теория, добивающаяся самостоятельных, другим путем не могущих быть достигнутыми результатов, в пользу которой сверх того говорит столько физических, химических и кристаллографических факторов, не только не должна подвергаться нападкам, а, наоборот, надо заботиться о ее развитии».
К сожалению, несмотря на все усилия Больцмана, у него было мало последователей, эта борьба не приносила ему удовлетворения и радости.
16. Последние годы
Наш рассказ о жизни Больцмана был прерван на 1877 г., когда необходимо было подробней обсудить значение его выдающейся работы «Об отношении второго начала механической теории теплоты и исчисления вероятностей в соответствии с теоремами о тепловом равновесии». Несмотря на то что описанные дискуссии затрагивали физическую, математическую и философскую стороны работы Больцмана, ясно, что они были и неотъемлемой частью жизни великого физика. В этот же период не уменьшается число публикаций Больцмана, охватывающих широчайший диапазон физических и математических проблем, происходят важные события в его личной жизни.
Больцман прожил в Граце еще 13 лет. Он продолжает свои исследования по кинетической теории газов, посвящает несколько работ анализу уравнения состояния газов и явления диссоциации в газах. Часть работ связана с анализом общих вопросов теории Максвелла, теории эффекта Холла, выходят в свет и статьи по проблемам механики, математики. Это перечисление вопросов, которыми занимался Больцман, в научном плане наглядно характеризует многогранность его таланта, энциклопедичность его знаний. Он занимается и проблемами теплового излучения. Глубокое знание теории Максвелла позволило ему в 1884 г. теоретическим путем вывести закон излучения абсолютно черного тела, полученный в 1879 г. экспериментально Й. Стефаном. Позже этот вывод X. Лоренц назовет «жемчужиной физики». Научные исследования Больцмана приносят ему все большую известность как в Австрии, так и за рубежом. В знак признания его научных заслуг в 1885 г. он избирается действительным членом Венской академии наук
