Свен Ортоли - Ванна Архимеда: Краткая мифология науки

• Название: Ванна Архимеда: Краткая мифология науки
• Автор: Свен Ортоли
• Издательство: Колибри
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2007
• ISBN: 978-5-98720-046-9

Никола Витковски — профессор физики, издатель и редактор, известный во Франции своей популяризаторской деятельностью в научной сфере, написал эту книгу вместе со Свеном Ортоли — физиком и журналистом, освещающим научные вопросы для самых юных читателей.

В «Ванне Архимеда» собраны привычные нашему слуху, знакомые со школьных лет эмблемы научного мира, парящего в заоблачных высотах: «Эврика!» Архимеда, яблоко Ньютона, таблица Менделеева, НЛО, Франкенштейн, черные дыры, змея Кекуле, кот Шрёдингера, — про что-то из этого мы читали тысячу раз, про другое приблизительно знаем, откуда взялось, про третье несомненно где-то слыхали, только никак не вспомнить, когда и что именно…

Что на самом деле кроется за этими обыденными выражениями? Ортоли и Витковски раскрывают множество интригующих секретов, наглядно демонстрируя, как зарождается научная легенда и насколько тесно связаны две, казалось бы, противоположные крайности — наука и мифология.

---

Их построил Джеймс Кокс — гениальный конструктор и производитель часов и автоматов, непризнанный современник создателя хронометра Джона Гаррисона, не уступавший ему (по меньшей мере) в изобретательности. Во всяком случае, он — куда больше чем просто техник, поскольку утверждал, что его часы ходят вечно «by an union of mechanic and philosophic principles»[14]. В действительности источником энергии для них служат не вода или ветер, не магнетизм или электричество, но перепады атмосферного давления: они представляют собой гигантский барометр, содержащий около 80 кг ртути и снабженный поплавком, чтобы посредством весьма хитрой системы шестеренок поднимать гири часов при повышении или понижении атмосферного давления. Любой физик возразит, что в данном случае о вечном движении и речи нет — эта машина не изолирована от среды; а любой метеоролог добавит, что такие часы остановятся в экваториальной зоне затишья, эдаком барометрическом болоте, где атмосферное давление почти не меняется. И все же, если бы часы Кокса не были разобраны и освобождены от содержащейся в них ртути, они шли бы по сей день и продолжали бы идти до тех пор, пока не сгнили бы окончательно их деревянные детали.

Часы Кокса не положили конец поискам вечного движения; конечно, они не были достаточно «философскими», поскольку обращались к внешнему источнику энергии — в данном случае к атмосфере. Закон сохранения энергии, утверждающий, что в любой замкнутой системе энергия может только переходить из одной формы в другую, но никоим образом не возрастать и не убывать, ничуть не обескураживает искателей. И тем более их не смущает доказательство неосуществимости «истинного» вечного движения, приведенное в 1824 году Никола Леонардом Сади Карно в его «Рассуждениях о движущей силе огня и машинах, использующих эту силу». Этот труд в 118 страниц утверждает существование в природе фундаментильной асимметрии: хотя возможно полное превращение механической энергии в тепловую, обратное превращение осуществимо лишь со смехотворной производительностью. Максимальный КПД современного автомобильного двигателя, например, едва превосходит 25 %, большая же часть высвобожденного от сгорания топлива тепла идет на износ мотора и нагревание атмосферы. Для того чтобы прийти к этому замечательному выводу, имевшему важные последствия далеко за пределами термодинамики (помимо прочего, в биологии), Карно обращался к аналогии с мельницей, приводимой в движение падением теплорода (так тогда называли «теплоту») от нагревателя к холодильнику. Так что история вечного движения, начавшись с мельниц, естественным образом к мельницам и вернулась.

Тут и сказке конец? Ну, не совсем. Коль скоро сохранение энергии есть не физический закон, а принцип, не все еще потеряно. Как пояснял физик Макс Планк: «В конце концов, принцип сохранения энергии — закон экспериментальный. А потому, хоть мы сегодня и держим его за универсальный и объемлющий все возможные случаи, его справедливость может в один прекрасный день оказаться как-то ограниченной; и тогда проблема вечного движения внезапно окажется вполне насущной». В ожидании этого события вечное движение, изгнанное из царства мельниц, часов и моторов, нашло себе прибежище в мире атомов (где электроны, хотя и пребывают в «стационарных» квантовых состояниях, не перестают вращаться вокруг ядер на протяжении миллиардов лет), и в особенности среди таких хрупких и удивительных чудес техники, как ядерные реакторы-размножители. Эти машины наверняка очаровали бы Джеймса Кокса, поскольку они производят больше делящейся материи (хотя и не больше энергии), чем потребляют. Но атом подчиняется совсем другим законам, возразят нам педанты; «Супер-Феникс» отнюдь не подразумевает немыслимого чуда, каковым была бы действительно автономная машина, функционирующая без всякого источника энергии, как эдакая абсолютная механическая нирвана или бессмертная душа машины, не ведающая ни о трении, ни о втором начале термодинамики.

По всей очевидности, то, о чем мечтали и продолжают мечтать адепты вечного движения, не имеет отношения к механике. Подобно Аристотелю, представлявшему себе «перводвигатель» — божественную причину движения планет — где-то за пределами сферы неподвижных звезд, они хотят выделить в чистом виде душу движения. Они ищут, говоря совсем просто и схематично, секрет жизни. В рукописи арабского алхимика Джабира ибн Хайяна, датируемой IX веком, предлагается собрать все органические вещества внутри одной сферы, находящейся в вечном движении, что показывает: одержимость идеей вечного движения совсем не так смешна, как кажется. Она мало связана с развитием механики, зато прочно связана с развитием биологии. Кто отважится заявить, что миф — бесполезное творение ума?

Уж конечно, не те исследователи, что специализируются на искусственном интеллекте, — они достойные продолжатели дела ибн Хайяна и Джеймса Кокса. Если эти двое отчаянно отыскивали душу в машине, то специалисты по ИИ и «искусственной жизни» хотят сконструировать машину, симулирующую душу. Хотя обильно смазанные шестеренки теперь заменены кремниевыми кристаллами интегральных схем и нейронными сетями, думающая машина как родная сестра похожа на вечный двигатель. И следует отметить то пикантное обстоятельство, что, если сам «вечный двигатель» так никогда и не удалось привести в движение, миф о нем «вертится» уже на протяжении многих веков. Принцип сохранения энергии, очевидно, неприменим к мифическим объектам. Великий Виктор Гюго превосходно выразил это в своем эссе «Искусство и наука»: «Наука ищет вечное движение. И она уже нашла его: это она сама».

Яблоко Ньютона

Это самый знаменитый объект научного фольклора. Ансамбль «Битлз» даже превратил его в логотип своей звукозаписывающей компании. Одна известная компьютерная фирма выбрала себе символом его немного надкусанную модификацию. Его же мы находим — как залог универсальности — в «Рубрике брака» Марселя Готлиба нарисованным непосредственно перед падением на череп Ньютона, одетого по моде эпохи, со всеми вытекающими последствиями. Уже упавшим, как и отсутствующим в современном словоупотреблении, мы встречаем его также в «Исторической справке» энциклопедии Ларусса. Незабвенное яблоко, увиденное однажды в свободном падении в одном из фруктовых садов Линкольншира, в точности столь же знаменито, как и сам Исаак Ньютон, и во всяком случае знаменито гораздо больше, чем всемирное тяготение, существование которого оно, как принято считать, столь удачно помогло обнаружить. Это правда, что яблоко можно подать под любым соусом — музыкальным, компьютерным, политическим, и всегда с гарантированным успехом. Потому что яблоко — это не фрукт, но некий совершенный плод, напоенный всеми сельскими добродетелями и едва отделимый от библейского фона, придающего ему возбуждающий привкус первородного греха.

История яблока настолько действенна, настолько совершенно символизирует концептуальный переворот, следующий из наблюдения самого обыденного объекта, что кажется почти невозможным в ней усомниться. Блез Сандрар на вопрос одного друга, спросившего, действительно ли он путешествовал на Транссибирском экспрессе, ответил: «А что тебе за разница, если благодаря мне ты сам на нем ездил?» Все биографы великого физика тем не менее соглашаются в одном: если Ньютон и видел падающее яблоко, то только в 1726 году, накануне смерти, легенда же помещает это событие в 1666 год, когда он — снова по свидетельствам гораздо более поздним — «простер силу притяжения до лунной орбиты». В самом деле, отделить яблоко от нашего спутника никак невозможно, поскольку исходный вопрос звучит так: если яблоко падает, почему же не падает Луна? И ответ на этот вопрос таков: Луна не просто падает (тело, движущееся по кругу, непрерывно падает по направлению к его центру), но падает по тому же закону, что и яблоко, только с поправкой на удаленность. И как только Луна возвращается на свое место (вслед за яблоком), можно спрашивать о правдоподобии легенды и ее обстоятельств.

Уильям Стакли, будущий автор «Воспоминаний о жизни сэра Исаака Ньютона», относит эту историю к 15 апреля 1726 года:

После ужина мы, соблазнившись ясной погодой, вышли выпить чаю в саду, в тени нескольких яблонь. Среди прочего он упомянул в нашей беседе, что пребывал как раз в аналогичном положении, когда ему в голову пришла мысль о гравитации. Она возникла из-за упавшего яблока, когда он однажды сидел в задумчивости в саду.

Самого Ньютона, человека холодного и заносчивого, намеренно делавшего свои тексты неудобопонятными, заполняя их уравнениями так, чтобы «его не беспокоили посредственные математики», трудно себе представить автором такой очевидно популяризаторской метафоры. Стакли, кичившийся знанием математики, был немало удивлен яркостью содержащегося в анекдоте образа, столь далекого от заумного тона бесед, которые с ним обычно вел сэр Исаак; он, несомненно, понял, что история сочинялась с расчетом вовсе не на него и что он, скорее всего, отнюдь не был ее первым слушателем. Только личность достаточно невежественная в делах науки и достаточно близкая к Ньютону, чтобы пользоваться его доверием, могла «вытянуть» из него нечто подобное. По всей вероятности, такой личностью могла быть только его любимая племянница Катерина Кондуит, единственный человек в семье, к кому он относился с чем-то вроде теплоты, и единственная женщина, к которой он когда-либо вообще приближался. Современные им карикатуристы не могли удержаться от того, чтобы не обыграть в своих рисунках странное сочетание абсолютного женоненавистничества старого дядюшки (биографы утверждают, что он никогда не знал физической близости с женщиной) и знаменитого на весь Лондон обаяния юной и прелестной Катерины. Джонатан Свифт тайно вздыхал по ней («Я люблю ее, как никого на свете», — признавался он в своем дневнике), а Ремон де Монмор, член регентского совета, говорил прямо: «Я получил самое прекрасное впечатление от ее ума и красоты». Даже сам Вольтер писал: «В юности я думал, что Ньютон обязан своими успехами собственным заслугам <…> Ничего подобного: у Исаака Ньютона была прелестная племянница — мадам Кондуит, завоевавшая министра Галифакса. Флюксии и всемирное тяготение были бы бесполезны без этой прелестной племянницы». Лорд Галифакс действительно покровительствовал Ньютону и, вполне возможно, был любовником Катерины, но нужно обладать двуличностью Вольтера и его неспособностью противостоять соблазну «красного словца», чтобы приписать успеху теории всемирного тяготения такую причину.