– Атомы при нагревании движутся быстрее, в результате они как бы расталкиваются, среднее расстояние между ними растет, а значит, и размеры тела возрастут.
– Великолепно, – здесь я делал небольшую паузу, – а скажите, почему атомы движутся быстрее при нагревании?
Замешательство. Молчание. Ученик бросает беспомощные взгляды на учителя, во взоре безмолвный упрек: «Ты же нам про это не говорил». Учитель тоже выбит из седла и духмает: «Принесла тебя нелегкая с каверзным вопросом – почему атомы движутся быстрее! А кто же его знает, почему».
И только один ученик из десяти, недоуменно пожав плечами, отвечал:
– Да ведь убыстрение движения частиц с температурой – это основной закон природы.
Правильно, дорогой! Только этого я от тебя и хотел. Ты правильно понял, что физическая схема объяснения явления заключается в сведении частного к общему, в логическом показе, что данное явление есть частный случай общего закона природы. А общий закон природы – это сегодняшний потолок объяснения. Общий закон природы потому так и называется, что его неоткуда вывести. А раз неоткуда вывести, значит нельзя объяснить. Разумеется, такое положение дел может быть временным, потолок объяснения по мере развития науки имеет тенденцию к возвышению. То, что сегодня выглядит общим законом природы, через несколько лет может оказаться следствием открытого еще более общего закона природы, для которого старый закон – лишь частный случай. Так было с законами движения Ньютона. После открытия Эйнштейна мы смотрим на уравнения Ньютона как на частный случай законов движения при малых скоростях.
Беспримерное свершение Эйнштейна привело и к более глубокому пониманию роли теории в естествознании. Если бы мы ранее спросили физика о том, какова цель теории, то скорее всего он ответил бы, что цель теории – это «выяснить природу явления, получить картину явления, выяснить его механизм, получить наглядное представление о явлении». Я думаю, что сегодня мы услышим этот туманный ответ от меньшинства. На подобный вопрос последует теперь более четкий и, если хотите, более гордый ответ: «Цель теории – предсказывать явления».
Наглядность, модельность представлений о природе, столь высоко ценившаяся в XIX веке, когда физики старались изобразить на бумаге вихревые движения невидимого эфира, «объясняющие» природу света и электричества, оказалась несостоятельной. Теория относительности не предложила вместо похороненного ею эфира новой механической модели, и тем не менее сила и мощь теории были бесспорны – она позволила предугадать ряд важнейших явлений, о возможности наблюдения которых тогда не имели еще ни малейшего представления.
Вдумайтесь в это. Разве это не великолепно, что человеческий разум исключает элемент неожиданности, позволяет предвидеть исход несвершившихся событий! Разве это не та мощь, которая приписывается религией лишь божественной силе! Нет другой цели у естествознания в его стремлении к познанию мира, кроме как предвидение будущего.
Но не одна теория относительности создавала современное физическое мышление. Огромную роль сыграли также потрясающие открытия в мире атомов.
Капитуляция
Глава 8
…где рассказывается о том, как был окончательно посрамлен «здравый смысл» в результате открытия закона движения электронов.
Вопрос: «Что там внутри?» – ребенок пытается решить, разламывая пополам любимую игрушку. Очевидно, этот интерес сохраняется у человека на всю жизнь. Так по крайней мере пытаюсь я объяснить сравнительно высокую любознательность, которую проявляет широкая публика к структуре вещества.
– Скажите, из чего состоит молекула? Да, да, из атомов, вспоминаю. Ну, а вот молекула воды, как она построена, можно узнать?
– Пожалуйста, посмотрите на рисунок. Атом кислорода в центре, а два атома водорода – по бокам.
– Замечательно, а главное, как просто, и наука сумела установить, что три атома не лежат на одной прямой. Я теперь совершенно ясно представляю, как построена молекула воды. А атом из чего состоит?..
К началу XX века физики остановились на модели строения атома, предложенной Резерфордом. Атом состоит из положительно заряженного электричеством крошечного ядра, которое находится в центре атома, а вокруг него вращаются электроны в количестве, как раз соответствующем порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
– Скажите, как просто, – умилялись читатели журналов того времени. – Напоминает планетную систему.
Разламывание частичек вещества продолжалось. Добрались физики и до атомного ядра. Оно оказалось построенным из нейтронов и протонов.
– Потрясающе, – изумлялись читатели. – А разрешите узнать, ядро тоже что-то вроде планетной системы?
– Нет, нет, – отвечали физики. – Ядро вы можете себе представить… ну, скажем, как горошинки в блюдце. Понятно?
– Ну, конечно. Это же так просто, – восхищался читатель, – все совершенно ясно.
Беспрерывно увеличивая мощности своих приборов, физики продолжали сталкивать частицы между собой, изучая их превращения. К середине нашего столетия накопилось уже достаточно опытных данных, чтобы можно было ответить на настойчивые вопросы любителей науки.
– А протон и нейтрон из чего построены?
– Установлено, – отвечали физики, – что протон превращается в нейтрон и позитрон.
– Очень интересно, значит протон состоит из нейтрона и позитрона?
– Одну минутку, – говорил физик, – так сказать нельзя. Видите ли, опыты показывают, что нейтрон превращается в протон и электрон.
– Как, как? Я что-то перестаю понимать. Так как же: протон – это часть нейтрона или нейтрон – это часть протона?
– Да и то и другое неверно, – сообщал физик. – Протон и нейтрон – это элементарные частицы, и особенности их характеризуются законами превращения.
– Гмм… Понимаю, – неуверенно бормочет читатель теперь уже XX века, – так-то оно, конечно, так, но не вполне ясно. Говорилось, что частица эта элементарная. А какая же она элементарная, если может превращаться? И потом протон в нейтроне, нейтрон в протоне… В общем раньше картина была ясней, а сейчас что-то не то. Дальше надо исследовать…
Пока структурные картинки могут быть нарисованы на бумаге, так называемое понимание физики достигается без малейшего труда. Иногда можно на бумаге и не рисовать, достаточно сослаться на знакомый образ (как горошинки на блюдце) или на привычный факт и сказать, что и здесь дело обстоит таким же образом. И на лице слушателя появляется выражение полного удовлетворения – он все понял. Покойный наш физик Яков Ильич Френкель часто говорил: «Нет непонятного, есть непривычное». И это золотая правда.
В конце сороковых годов на меня свалилась известность публичного лектора.
– Прочитайте популярную лекцию про атомную энергию. Что это за явление? – просили меня раз за разом.
После нескольких лекций, в которых я пытался связать атомный взрыв с законом эквивалентности Эйнштейна, я понял, как трудно слушателям усваивать материал из моих объяснений. Манеру изложения пришлось изменить. Лекция начиналась с вопроса: «Все знают, что дрова при горении дают тепло?» Зал благодушно кивал головой.
– Выделение тепла – это результат химической реакции горения, – продолжал я. – Молекулы кислорода сталкиваются с молекулами топлива, старые молекулы разламываются, образуются новые.
