Алиса в Стране чудес и в Зазеркалье - Страница 76

В сценах Безумного чаепития и суда (так же, как и во многих других эпизодах из «Алисы в Стране чудес» и «Зазеркалья») физик без труда различает злую, но точную карикатуру на процесс развития физической теории. Сколь ни абсурдна схема судопроизводства «Сначала приговор, потом доказательства», именно она передает то, что не раз происходило в истории физики.

Вспомним хотя бы обстоятельства «рождения» квантовой механики. Многочисленные попытки описать спектр черного тела, предпринятые физиками в конце XIX в., оказались неудачными. При больших частотах в ультрафиолетовой части спектра хорошо «работала» формула Вина, при малых совсем другая формула Рэлея-Джинса. Сшить оба куска в единое целое так, чтобы «все было по правилам» (как хотел того на суде Белый Кролик), не удавалось никому: безупречные логические доказательства приводили к софизму. И тогда Планк во имя спасения физики решился на предположение, которое противоречило всему опыту предшествующего развития физики. Он высказал знаменитую гипотезу квантов: энергия атома изменяется не непрерывно, а может принимать лишь дискретный ряд значений, пропорциональных кванту действия hv.

О своем «приговоре» Планк сообщил 14 декабря 1900 г. на заседании Берлинского физического общества. И, хотя формула Планка была проверена экспериментально в ту же ночь, понадобилось не одно десятилетие, прежде чем были «собраны доказательства» и квантовая механика обрела статус физической теории.

О том, сколь тяжело дается разрыв с привычным, устоявшимся кругом идей и представлений, свидетельствует письмо Планка Роберту Вуду, написанное уже после создания квантовой механики в 1933 г.:

...

Дорогой коллега! Во время ужина, устроенного в мою честь в Тринити Холл, Вы высказали пожелание, чтобы я написал Вам более подробно о том психологическом состоянии, которое привело меня когда-то к постулированию гипотезы квантов энергии. Выполняю Ваше пожелание. Кратко я могу описать свои действия как акт отчаяния, ибо по своей природе я миролюбив и не люблю сомнительных приключений. Но я целых шесть лет, начиная с 1894 г., безуспешно воевал с проблемой равновесия между излучением и веществом. Я знал, что эта проблема имеет фундаментальное значение для физики; я знал формулу, которая дает распределение энергии в нормальном спектре, поэтому необходимо было найти теоретическое объяснение, чего бы это ни стоило. Классическая физика была здесь бессильна — это я понимал… (кроме двух начал термодинамики).

Я был готов принести в жертву мои установившиеся физические представления. Больцман объяснил, каким образом термодинамическое равновесие возникает через равновесие статическое. Если развить эти соображения о равновесии между веществом и излучением, то обнаружится, что можно избежать ухода энергии в излучение при помощи предположения, согласно которому энергия с самого начала должна оставаться в форме некоторых квантов. Это было чисто формальное предположение, и я в действительности не очень размышлял о нем, считая только, что, несмотря ни на какие обстоятельства сколько бы ни пришлось за это заплатить, я должен прийти к нужному результату.

Схеме «Сначала приговор, потом доказательство» следует не только физика (и другие естественные науки), но и гораздо более абстрактная наука математика. Достаточно вспомнить хотя бы труды Эйлера, с непревзойденным искусством оперировавшего с рядами задолго до того, как возникла их теория, Хэвисайда, создавшего операционное исчисление и дерзавшего пользоваться им в расчетах, несмотря на полное отсутствие обоснования, Г. Кантора, создавшего теорию множеств, ставшую, несмотря на обнаруженные впоследствии многочисленные парадоксы, подлинным «раем для математиков» (Д. Гильберт).

Различие между судебным процессом, проходящим по обычной, «добропорядочной» схеме (сначала доказательства, потом вынесение приговора), и изображенной Кэрроллом нелепой «обратной» схемой по существу представляет собой различие между двумя направлениями в развитии науки. Одно направление условно можно назвать «классическим», или «ньютоновским», в честь его наиболее выдающегося представителя. Яркий пример великого труда классического направления — «Математические начала натуральной философии» Ньютона (здесь слово «математические», открывающее название этой великой книги, исполнено глубокого смысла). Но плавное развитие классической теории порой тормозят факты, упрямо не желающие укладываться в строгую логическую схему. И тогда успех приходит к сторонникам другого, «кеплеровского» направления, не боящимся сделать решительный шаг и сойти с торной дороги.

Физику близка и понятна любовь Кэрролла к парадоксам, которую тот пронес через всю жизнь. Еще в юношеские годы Кэрролл (бывший тогда еще только Ч. Л. Доджсоном) «опубликовал» в издаваемом им рукописном журнале «Misch-Masch» две «трудности»: «Где происходит смена дат?» и «Какие часы лучше?». За два года до смерти (1896) Кэрролл опубликовал в философском журнале «Mind» два несравненно более тонких логических парадокса «Что черепаха сказала Ахиллу» и «Аллен, Браун и Kapp».

В физике парадоксы обычно возникают как противоречия между экспериментальными данными и заключениями, основанными на правдоподобных но нестрогих рассуждениях (в других обстоятельствах те же аргументы превосходно работают).

Окидывая ретроспективным взглядом историю физики, мы видим, что иногда любимый прием Кэрролла — использование абсурдных посылок для получения истинных заключений — также (хотя порой и неосознанно) находит применение и в физике. Так, из абсурдной теории флогистона родилась термодинамика, а Максвелл при выводе своих знаменитых уравнений опирался в рассуждениях на некую механическую систему. Эфир, нужный как среда, в которой распространяются волны света, оказался лишним после создания теории относительности. В развитии физики не раз появлялся Кот, единственной целью которого было лишь оставить нам свою улыбку.