Время вспять, или Физик, физик, где ты был

В 1984 году академия организовала серию эпистемологических дискуссий (я сам хорошенько не знаю, что это означает). Доклады и прения были опубликованы академией отдельным изданием. Меня пригласили быть оппонентом знаменитого математика Рене Тома (Renй Thorn), обязанного своей известностью широкой публике громким названием его «теории катастроф». Доклад Тома назывался (перевожу буквально): «Экспериментальный метод — миф эпистемологов (и ученых?)» Заключением его доклада было: «В наше время наше мышление — это то, что требует защиты от высокомерного авторитета эксперимента». Я решил привести здесь часть моего опровержения его тезисов (тщательно очистив его от шипов, порожденных вызывающим характером лекций Тома). Я решил это сделать, во-первых, потому, что мой доклад может осветить некоторые стороны истории современной физики, с которыми не все знакомы, а также взгляды того, кто в конце концов является героем этой повести.

*Теория или Эксперимент

(давнишний спор)

Вещей есть больше в небе и на земле,

Горацио, чем снилось в вашей философии.

Я всегда с трудом воспринимал философию, ее методы и ее язык. Никогда не ощущал надобности для себя или обращаясь к другим в формальном определении понятий «теория» и «эксперимент», которые являются частью моей ежедневной деятельности. Я считаю, что те, кому надо знать эти вещи, их знают. (Это мне напоминает анекдот про даму, которая в лондонском зоопарке, тыча зонтиком в гиппопотама, спрашивает у сторожа: «Это самка или самец?» — «Мадам», — отвечает сторож, — «я не вижу, кого этот вопрос может интересовать, кроме другого гиппопотама; а он знает».)

Если будут очень настаивать, я скажу, что для меня эксперимент — это деятельность, которая протекает в лаборатории, главная цель которой подтвердить или опровергнуть предвзятые идеи, породить новые идеи, улучшить свои собственные методы и технику, и «last but not least», доставлять большое удовольствие. Как говорит любимый герой Анатоля Франса добродушный аббат Жером Куаньяр: «Если я перевожу писания Зосимы, это потому, что я извлекаю наслаждение из этого занятия». За несколько недель до смерти Альберт Майкельсон говорил Эйнштейну: «Если я провел большую часть своей жизни над улучшением моего интерферометра, то потому, что это доставляло мне удовольствие».

Моим определением теории было бы «привести в порядок идеи, которые были или будут подвергнуты проверке экспериментом». Это тоже доставляет удовольствие. В свои определения я ввел исподтишка слово «идея», но не требуйте от меня его определения, это относится уже к философии. Мне говорили, что отказываться от философии — это тоже философствовать, только плохо. Возможно, но я предпочитаю приписывать мои научные неуспехи ограниченности моих способностей, а не отказу философствовать. Скажу, как Полоний, что рассуждать, «… зачем день — день, ночь — ночь, и время — время, то было б расточать ночь, день и время».

*Раз я физик, то буду говорить только о физике, по крайней мере о той, с которой я более или менее знаком. Я не коснусь ни Галилея, ни Ньютона, мне хватит нашего века. Если рассмотреть внимательно прогресс физики с 1900 года до наших дней, можно увидеть, что теория и эксперимент связаны неразрывно.

Бывает, что целое множество экспериментальных результатов, необъяснимых в рамках существующих теорий, буквально силой заставляет теоретика разрубить гордиев узел и сформулировать новую теорию. В 1900 году, чтобы объяснить форму спектра излучения черного тела, Макс Планк неохотно сформулировал странную, нелепую гипотезу, специально придуманную для этой цели (ad hoc — по латыни), а именно, что энергия, излучаемая осциллятором, принимает только дискретные или, как теперь говорят, квантованные значения, пропорциональные его частоте. Это «дикое» предположение, вымученное из теоретика неумолимым экспериментом, стало исходным пунктом величайшей революции в современном научном мышлении — квантовой теории.

В 1913 году эксперимент заставляет снова, на этот раз Нильса Бора, сформулировать ряд постулатов, не менее странных и «неестественных», чем гипотеза Планка: в атоме могут существовать только некоторые квантованные электронные орбиты, круговые или эллиптические; вопреки законам электродинамики электрон движется по этим орбитам, не излучая энергии; энергию он излучает во время прыжка с одной квантованной орбиты на другую. «Нет, господин Том, ни вашим философам, ни вашим математикам этого не снилось!»

Между 1923 и 1928 годами де Бройль, Шредингер, Гейзенберг, Дирак, Паули, Борн и другие, исходя из того, что до тех пор было только собранием магических рецептов, строят грандиозное творение человеческого разума — современную квантовую теорию.