Владимир Келлер - Возвращение чародея

• Название: Возвращение чародея
• Автор: Владимир Келлер
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Физика
• Год: 1970

Эта книга — увлекательный рассказ о научном познании окружающего мира. Она знакомит школьников 8–10-х классов с широким кругом вопросов классической и современной физики. Много интересного узнают ребята о законах механического движения, об энергии и ее источниках, о различных состояниях вещества, о законах движения в микромире и не решенных еще научных проблемах.

---

Так как же все-таки искать истину? Что в наши дни надо признать самым надежным, самым верным методом науки?

Ответ не односложен. В общем-то, он сводится к тому, что всего надежнее пользоваться сочетанием всех методов: это позволит избежать или сократить недостатки каждого из них в отдельности. Начинать надо с создания достойного теоретического предположения (гипотезы), а закончить обязательно многократной и убедительной практической проверкой.

Подытоживая, скажем. Если ты пожелал найти какую-то неизвестную пока тебе научную истину, ищи ее в такой последовательности:

начни с того, что четко сформулируй свою задачу; сам для себя ответь, что именно тебя интересует, что ты решил узнать;

затем приготовь свою гипотезу; не обязательно тебе придумывать ее целиком: ты можешь обратиться и к авторитету;

затем подумай и получи ответ на вопрос (вот тут-то уж потребуется твоя максимальная самостоятельность): что будет, если ты поставишь опыт и действительно окажешься прав? Как это выразится в опыте? Составь, короче говоря, прогноз;

практически проверь гипотезу. Для физической или химической задачи это будет эксперимент; в математике — написание верного уравнения и решение его; в истории — соответствие полученных выводов всем другим перекрещивающимся свидетельствам истории, и т. д.;

получив практический ответ, сравни его со своим прогнозом;

сделай окончательный, четкий и совершенно честный вывод: прав ли был ты в своих теоретических предположениях или не прав? Если нет, начни сначала, ко сперва построй уже другую гипотезу (может быть, и не очень сильно отличающуюся от первой).

Главное, ты должен помнить: чтобы все поверили в твое «открытие» (особенно если оно — открытие и для других), ты должен доказать на множестве примеров, что все практические результаты, когда бы и кто бы их ни получал, не противоречат твоим выводам. Тут невозможны никакие компромиссы. Нельзя сказать: «Сто результатов подтверждают мои выводы, не подтверждает лишь один, но это ведь пустяк!»

Одного-единственного «пустяка», не согласующегося с выводами «теории», вполне достаточно, чтобы пустить ее под откос. Дело в том, что природа не знает пустяков. Все в ней происходящее всегда полно глубокого, большого смысла, всегда отражает более или менее непосредственно какую-то фундаментальную закономерность.

Великая сила «пустяков»

У Леночки Казаковой может оторваться пуговица от платья, но она от этого не перестанет быть Леночкой Казаковой. Законы науки, особенно законы физики, не допускают ни малейшего неряшества. Воспользовавшись аналогией, можно сказать, что законы физики всегда должны быть застегнуты на все пуговицы, всегда быть предельно аккуратны. Отличительная особенность каждого из них заключается в том, что если он имеет хотя бы одно-единственное, на первый взгляд пустячное, нарушение, то это является абсолютным доказательством, что он не может называться, в рамках принятой схемы изучаемых явлений, законом физики.

«Наш взгляд на мир потребует пересмотра даже тогда, когда масса изменится хоть на капельку, — говорит американский физик Ричард П. Фейнман. — Это — характерное свойство общей картины мира, которая стоит за законами. Даже незначительный эффект иногда требует глубокого изменения наших воззрений».

Было время, когда атомы считали неделимыми частицами материи. Великий английский физик Исаак Ньютон говорил, что они так тверды, что никогда не износятся и не сломаются на куски. Соотечественник Ньютона — химик Джон Дальтон уверял в 1807 году, что атомы неделимы, вечны и неуничтожаемы. Но достаточно было супругам Марии и Пьеру Кюри открыть редчайший на Земле элемент — радий, атомы которого, самопроизвольно взрываясь, выбрасывают из себя два сорта частиц (альфа и бета) и лучи гамма, как все прошлые представления о неделимости атомов пошли насмарку. Теперь мы твердо знаем, что все существующие в природе 88 элементов, и все полученные искусственно 16 элементов, и все другие элементы, которые еще будут созданы, состоят из более мелких частиц и могут превращаться один в другой. Одно-единственное свидетельство делимости атома на примере редчайшего элемента доказало сложность строения всех атомов вообще.

Вряд ли будет преувеличением сказать, что за любым явлением природы таится нечто очень важное и большое. Если этого явления никто раньше не наблюдал, если его воспроизвели, обнаружили искусственно, значит, какой-то проницательный ум раскопал в недрах Неведомого новую, обязательно очень ценную книгу о природе — книгу, которую потом будут читать и разбирать поколения ученых. Честь и хвала находчику наиредчайшего явления! Нет подвига более значительного в науке, чем открытие такого рода.

Замечательный английский экспериментатор и великий труженик науки Майкл Фарадей (1791–1867) читал однажды лекцию в Королевском институте в Лондоне. При этом он подносил к катушке проволоки магнит и показывал, что в катушке возбуждается чуть заметный электрический ток.

«Профессор, — спросила его после лекции одна из слушательниц, — но если даже такой слабый ток и возникает, какое это может иметь значение?»

«Мадам, — галантно ответил ей ученый, — можете ли вы предсказать судьбу новорожденного ребенка?»

В 1900 году, выступая на банкете с речью, посвященной началу нового столетия, английский физик Уильям Томсон (он же лорд Кельвин) говорил о ясном физическом небосводе, который омрачают только два ничтожных облачка: так называемые «отрицательные результаты оптических опытов американских исследователей А. Майкельсона и Е. Морли» и другое явление в науке, известное как «ультрафиолетовая катастрофа».

Не будем останавливаться подробно на сути омрачающих событий. Заметим лишь, что опыты Майкельсона и Морли, начатые в 1881 году, имели целью установить, влияет или не влияет на скорость света (относительно Земли), посылаемого фонарем во все стороны, движение самого фонаря, закрепленного на поверхности Земли и потому летящего в мировом пространстве со скоростью планеты (оказалось, что не влияет; отсюда: «отрицательные результаты оптических опытов»).

Что касается «ультрафиолетовой катастрофы», то здесь речь шла об одном долго не разрешавшемся противоречии: физика тех лет считала, что энергия делима на любые части, может быть сколь угодно малой, а результаты опытов по тепловому излучению так называемого абсолютного черного тела могли быть объяснены лишь, если допустить, что энергия «зерниста», состоит из очень маленьких и дальше неделимых «атомов энергии» — квантов.

Для нас сейчас интересно, что эти два «ничтожных облачка» породили целый шквал. Теории, возникшие сперва для устранения «пустячных» противоречий старой физики («теория относительности» и «квантовая механика»), потом, развившись, революционизировали и совершенно преобразили физику. «Карлики» оказались могучими титанами, перевернувшими все научное мышление людей.

Последний пример возьмем из области физических законов, известных под названием «законы сохранения».

Среди этих законов есть малоизвестный широкой публике закон сохранения четности. Его суть можно изложить примерно в следующих выражениях. Представьте, что вас привели в закрытую маленькую комнату, на одной стене которой укреплено превосходно сделанное зеркало, а прямо против него в другой стене прорублено таких же размеров, как зеркало, окно. За окном молчаливый лаборант ставит какой-то — любой! — физический опыт. Так как окно окаймлено такой же рамкой, что и зеркало, то вы не можете догадаться, с какой стороны реальный опыт за окном, с какой — его зеркальное отражение. С утверждением о том, что вы принципиально не сумеете отличить реальности от отражения, и связан закон сохранения четности.

Но вот в 1956 году два американских физика, Ли Чжэнь-дао и Янг Цзун-нин, показали теоретически (а несколькими месяцами позднее их теорию подтвердила и практически американка профессор By), что есть, по крайней мере, один «пустяковый» случай, когда закон сохранения четности не соблюдается. Это происходит при распаде некоторых радиоактивных ядер, сопровождающемся испусканием электронов. Оказалось, что электроны вылетают преимущественно в одну сторону по отношению к так называемому собственному вращению ядра. Значит, посмотрев на это явление и на его отражение в зеркале, можно сказать точно: «Вот это — настоящий, реальный опыт, а это — всего лишь отражение его в зеркале».

Редчайшее нарушение фундаментального закона! А его, этого нарушения, оказалось достаточно, чтобы «убить» целиком закон, во всяком случае показать его ограниченность.

Открытие Ли и Янга потрясло весь ученый мир и было признано столь значительным, что в следующем же году обоим физикам присудили высшую научную награду Западного мира — Нобелевскую премию.