Ирина Радунская - Четыре жизни академика Берга
Геометрическая теория с неожиданной полнотой выразила физическую сущность пространства! Как сказал один ученый, «общая теория относительности представляет собой наиболее выдающийся пример теории, построенной при помощи математической игры в жмурки».
Как видно, человеческое воображение, мышление все время опираются и оглядываются на уже знакомые образы. И вся классическая физика тому чрезвычайно наглядный пример. В течение 20 веков она развивалась на основе уже усвоенных и изученных моделей, образов, аналогий. Если открывалось новое явление, для его объяснения создавали модель, схему, чертеж. Реальным и конкретным еще со времен Декарта считалось лишь то, что можно изобразить «посредством фигур и движений».
Так что, действительно, в «образную» теорию познания верится легко. И все-таки, хотя ученые давно поняли, что ассоциации — основа нашего обучения, сам процесс их образования до сих пор тайна. Много создавалось теорий, гипотез, предположений… Казалось, вот-вот истина дастся в руки. Наткнулись физики на голографию — совсем новый принцип своеобразного фотографирования предметов не в виде зримого образа, а в виде неразличаемого глазом узора световых волн, и сразу же возникла гипотеза — не так ли запоминается виденное в клетках нашего мозга?
Родились электронные вычислительные машины, и вот ученые уже представляют себе, что весь окружающий мир кодируется в неизвестном еще коде нашими органами чувств и так, в закодированном виде, вводится в клетки мозга, как в ячейки машины. И в них, сплетаясь по принципу ассоциативных форм, рождается наш внутренний мир, интеллект, знания. Но все это догадки, предположения, дежурные гипотезы-однодневки. Что происходит в сфере человеческого мышления и как? Вероятно, нет ученого, который бы не воскликнул: «Полцарства за отгадку!»
Но Берг быстро нащупал ахиллесову пяту ассоциативной теории: она не объясняет проникновение человеческого разума за пределы мира ассоциаций! Ну хорошо, когда речь идет о планетах, звездах, легко сказать, что они похожи на холодный или огненный шар. А на что похож электрон, позитрон, нейтрино? Ведь этого не знает ни один человек на свете! Однако, не представляя себе эти «предметы» зрительно, не имея возможности подобрать им ни аналогии, ни образа, физики тем не менее узнали о них очень многое: и величину заряда, и вес, и законы движения. Родилась физика микромира, которая в отличие от физики макромира, физики больших тел, не опирается на повседневный опыт. Как же родилась в мозгу человека физика без образов?
ФОРМУЛЫ УМНЕЕ НАС
Натолкнувшись на этот вопрос, Берг понял, что ответ на него прояснил бы и многое другое. Так как же это произошло? Как объясняют это психологи? Понимание законов жизни микромира вспыхнуло в сознании нескольких физиков как молния, как пожар — внезапно, неотвратимо. Новые законы были странными, почти безумными, но удивительно точно описывали известные факты и предсказывали новые. Это загипнотизировало даже таких закаленных мудрецов, как Эйнштейн и Лоренц, и никто не мог объяснить обаяние и притягательную красоту открывшегося ученым мира, потому что никто не мог понять, как он возник. Можно изложить факты, но объяснить их невозможно.
Вот факты.
В конце XIX века случилось непредвиденное. Максвелл вырвал физику из мира наглядных представлений и вверг ее в мир чистой абстракции. Он понял, что Вселенная пронизана электромагнитными волнами, что свет — одна из разновидностей этих волн, и записал их свойства с помощью четырех удивительно простых на вид уравнений. Но парадокс заключался в том, что и через 30 лет после создания новой теории в ее смысл проникли лишь несколько физиков. Остальным она оставалась чуждой. Даже в наши дни, когда ученые давно освоили максвелловский математический аппарат, никто из них не может ответить на вопрос, что же такое электромагнитные волны, что такое радиоволны? Мы их получаем, применяем, но что это такое — сказать не можем.
Луи де Бройль, который еще в период Первой мировой войны, служа во французской армии радиотелеграфистом, много думал о природе радиоволн, прекрасно сформулировал это положение: «Современные представления не могут служить основой для понимания этих электромагнитных колебаний, которые не сводятся к классическому и наглядному представлению о колебаниях материального тела. Висящие в пустоте, если можно так сказать, они выглядят для непосвященных (а может быть, даже и для физиков) чем-то довольно таинственным».
Что же было требовать от современников Максвелла? Они не могли понять гениального открытия именно потому, что оно вопреки многовековым традициям и идеалам не покоилось на механических движениях и силах.
Величины, изображавшие в математическом аппарате Максвелла электромагнитные волны, не могли быть выражены никакими моделями. Это были лишь математические символы электрического и магнитного полей. В арсенале своего мозга ученые не находили опоры для понимания этих абстрактных величин, не могли почувствовать их физического смысла! И наиболее курьезное в этой истории то, что сам гениальный Максвелл не осознал полностью того, что совершил, и тоже ломал голову над созданием подходящей к его случаю модели.
Как видно, человеческому сознанию, даже открывая новое, очень трудно оторваться от привычных вещей, от уже понятых положений. Мысль не только стремится опереться на старые образы, но и отчаянно цепляется за них. Недаром, придя интуитивно к новым концепциям, ученые часто пытаются трактовать их на уровне тех идей, которые существовали раньше и прочно вошли в учебники или по крайней мере в научные журналы. Лишь когда новые идеи становятся привычными и занимают прочное место в сознании ученых, те удивляются: что же сложного в том, чего они так долго не понимали?
Об открытии Максвелла американский ученый Дайсон говорит: «Физикам потребовалось около тридцати лет, чтобы произвести такие изменения в своем образе мышления. Как только произошли эти изменения, тотчас же обнаружились вся простота и красота уравнений Максвелла и оказалось даже трудно понять, из-за чего поднялась вся суета».
Такую шутку формулы и уравнения играли с учеными не раз. Они уводили их в глубокий тыл противника, в мир загадок и шарад, и бросали там на произвол судьбы. Так было с Дираком в 1928 году, когда созданное им волновое уравнение вдруг подкинуло ему античастицу, и та открыла Дираку, первому на земле человеку, антимир. Дирак не был к этому подготовлен, у него никогда не было такого дерзкого намерения, и он долго не мог объяснить своим коллегам столь неожиданного поведения его уравнения. В течение нескольких лет существовал заговор молчания вокруг находки Дирака, пока он сам не понял поразительного факта: наряду с веществом в мире существует и антивещество.
Так было с Максом Планком, который в 1900 году написал формулу, трактующую процесс передачи энергии от нагретого тела в пространство не сплошным потоком, каким реки несут свои воды, а отдельными порциями — квантами. Квант энергии стал каким-то пугалом, не понятным ни Планку, ни другим ученым. Некоторые из них грозились отречься от физики, если возмутительная теория Планка не будет опровергнута.
И тем не менее этой «возмутительной» теорией, считающейся теперь важной частью фундамента современной науки, ученые пользуются по сей день, и во всех уравнениях квантовой физики присутствует «h» — «постоянная Планка», эта таинственная величина, подлинный смысл которой до сих пор скрыт от ученых.
Как говорил академик Лев Давидович Ландау: «Человек в процессе познания природы может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить».
«Невозможно избавиться от ощущения, что математические формулы существуют независимо от нас и живут собственной разумной жизнью, что они умнее нас и умнее даже их создателей, ибо мы извлекаем из этих формул даже больше того, что было в них заложено сначала», — так выразил свое изумление Генрих Герц, первым обнаруживший реальное существование радиоволн и тем самым подтвердивший действительную, а не мифическую жизнь четырех уравнений Максвелла.
Итак, разум человека вторгся в мир абстракций, где не всякому понятию можно придать наглядный смысл, где из-под ног ученых уплыла опора в виде известных образов, аналогий, моделей. Физика без образов увела ученых из мира доступных вещей, мира, где изучаемые предметы можно было увидеть, потрогать или представить.
Что же удивительного в том, что даже великие физики с трудом принимали новые идеи.
На что же оперлась мысль ученых в этом зыбком мире абстракций? И не только оперлась, но и повела далеко вперед, обгоняя интеллектуальную незрелость человечества на целые поколения.
Ответ психологов звучит почти мистически: мысль в таких случаях опирается на интуицию. Как художник, пытающийся передать картину природы, берет с палитры то одну, то другую краску, так и физик для построения картины мира пробует ту или иную математическую теорию. При этом он скорее смутно и интуитивно, нежели сознательно, прикидывает, подходящий ли материал избран для этой цели, признается один из физиков.
