С. Капица - Жизнь науки

• Название: Жизнь науки
• Автор: С. Капица
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1973

Собрание предисловий и введений к основополагающим трудам раскрывает путь развития науки от Коперника и Везалия до наших дней. Каждому из 95 вступлений предпослана краткая биография и портрет. Отобранные историей, больше чем волей составителя, вступления дают уникальную и вдохновляющую картину возникновения и развития научного метода, созданного его творцами. Предисловие обычно пишется после окончания работы, того труда, благодаря которому впоследствии имя автора приобрело бессмертие. Автор пишет для широкого круга читателей, будучи в то же время ограничен общими требованиями формы и объема. Это приводит к удивительной однородности всего материала как документов истории науки, раскрывающих мотивы и метод работы великих ученых. Многие из вступлений, ясно и кратко написанные, следует рассматривать как высшие образцы научной прозы, объединяющие области образно-художественного и точного мышления. Содержание сборника дает новый подход к сравнительному анализу истории знаний. Научный работник, студент, учитель найдут в этом сборнике интересный и поучительный материал, занимательный и в то же время доступный самому широкому кругу читателей.

---

Эйнштейн остро переживал трагические события XX века; наивный пацифист 20-х годов, оп уже в 1939 г. подписывает знаменитое письмо президенту Рузвельту, дав толчок созданию атомпой бомбы. В последние годы жизни его глубоко тревожили проблемы мира и безопасности народов.

Эйнштейн умер в Принстоне. Он не создал школы, немногие его ученики не оставили глубокого следа в науке; но его одинокий и независимый гений дал нам новое понимание основных понятий физики: времени и пространства, энергии и массы, инерции и тяготения. Велико было значение его работ по созданию основных представлений квантовой теории: Нобелевскую премию 1921 года Эйнштейн получил за теорию фотоэффекта.

Эйнштейн не написал монографий, суммирующих его теории, и поэтому мы приводим вводный параграф к статье «К электродинамике движущихся тел» (1905), а также введение к главной работе Эйнштейна 1916 года «Основы общей теории относительности».

К ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ

Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям. Вспомним, например, электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником с током. Наблюдаемое явление зависит здесь только от относительного движения проводника и магнита, в то время как, согласно обычному представлению, два случая, в которых движется либо одно, либо другое из этих тел, должны быть строго разграничены. В самом деле, если движется магнит, а проводник покоится, то вокруг магнита возникает электрическое поле, обладающее некоторым количеством энергии, которое в тех местах, где находятся части проводника, порождает ток. Если же магнит находится в покое, а движется проводник, то вокруг магнита не возникает никакого электрического поля; зато в проводнике возникает электродвижущая сила, которой самой по себе не соответствует никакая энергия, но которая — при предполагаемой тождественности относительного движения в обоих интересующих нас случаях — вызывает электрические токи той же величины и того же направления, что и электрическое поле в первом случае.

Примеры подобного рода, как и неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды», ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя и даже, более того,— к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка. Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий, электродинамику движущихся тел. Введение «светоносного эфира» окажется при этом излишним, поскольку в предлагаемой теории не вводится «абсолютно покоящееся пространство», наделенное особыми свойствами, а также ни одной точки пустого пространства, в котором протекают электромагнитные процессы, не приписывается какой-нибудь вектор скорости.

Развиваемая теория основывается, как и всякая другая электродинамика, на кинематике твердого тела, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого обстоятельства является корнем тех трудностей, преодолевать которые приходится теперь электродинамике движущихся тел.

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Излагаемая здесь теория является наиболее радикальным обобщением общеизвестной в настоящее время «теории относительности»; последнюю в отличие от первой я буду называть «специальной теорией относительности», предполагая, что с нею читатель знаком. Обобщение теории относительности существенно облегчалось благодаря работам математика Минковского, который впервые вскрыл формальное равноправие пространственных координат и временной координаты в специальной теории относительности и использовал это равноправие для построения теории. Необходимый для общей теории относительности вспомогательный математический аппарат уже существовал в форме «абсолютного дифференциального исчисления», основы которого были заложены в исследованиях Гаусса, Римана и Кристоффеля, посвященных неэвклидовым пространствам; это исчисление, приведенное в систему Риччи и Леви-Чивитойг уже применялось для решения задач теоретической физики. В разделе ч<Б» настоящей работы изложен весь необходимый нам, но, очевидно, не известный физикам, вспомогательный математический аппарат по возможности самым простым и прозрачным способом, так что для понимания этой работы не требуется изучать математическую литературу. Наконец,, хочу поблагодарить здесь своего друга, математика М. Гроссмана, который не только избавил меня от изучения специальной математической литературы, но и поддерживал в поисках уравнений гравитационного поля.

БРЭГГ

(1862-1942)

Уильям Генри Брэгг родился в Камберленде (Англия), Брэгг учился в Кембридже; после недолгой работы там по окончании университета он был приглашен профессором математики и физики в Аделаиду (Австралия). Сразу после открытия рентгеновых лучей Брэгг начал исследование этого вида излучений. Он также занимался изучением проникающей и ионизирующей способности быстрых заряженных частиц.

В 1909 г. Брэгг вернулся в Англию и стал профессором физики в Лидсе. После открытия дифракции рентгеновых лучей, вместе с сыном, Уильямом Лоренсом Брэггом, он обратился к изучению этого нового круга явлений. В работах Брэггов были заложены основы рентгеноструктуриого анализа; в 1915 г. эти исследования были отмечены Нобелевской премией по физике.

После первой мировой войны Брэгг переехал в Лондон, где возглавил Королевский институт. Прекрасный популяризатор науки и опытный лектор, Брэгг с блеском проводил рождественские чтения для школьников, придав этим традиционным лекциям большую известность.

Брэгг много сделал также для пропаганды и раскрытия возможностей рентген о-•структурного анализа, ставшего мощным средством изучения строения молекул и кристаллов, твердых тел и жидкостей, полимеров, а в дальнейшем и биополимеров. Высшим достижением этого метода следует считать раскрытие микроскопического строения белков, которое дало структурную оспову представлениям современной молекулярной биологии. Эти исследования в значительной мере были обязаны поддержке и инициативе Брэгга-младшего, когда после смерти Резерфорда он возглавил Кавендишскую лабораторию.

Ниже следует предисловие к первому изданию монографии Брэггов «Х-лучи и строение кристаллов» (1915).

Х-ЛУЧИ И СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Два года прошло с тех пор, как д-р Лауэ предложил идею использовать кристалл как «пространственную дифракционную решетку» для Х-лучей. Успешное осуществление этой идеи Фридрихом и Книшшнгом открыло обширную область исследований, где уже получены результаты исключительной важности и значения. С одной стороны, анализ Х-лучей позволил прийти к замечательным выводам о атомах, которые излучают эти лучи при соответствующем возбуждении. Эта выводы по-новому представили нам картину строения атома. С другой стороны, стала доступной рассмотрению архитектура кристаллов. Кристаллография больше уже не обязана опираться только на внешнюю форму кристаллов, а может основываться на точных сведениях о расположении атомов внутри кристаллов. Более того, по-видимому, и само тепловое движение атомов в кристалле будет доступно не только наблюдению, но и точному измерению.

Чтобы охватить возможности и понять современное развитие этой новой области науки, необходимо овладеть Х-лучами и кристаллографией. Поскольку эти отрасли науки никогда ранее не соприкасались, можно ожидать, что тем, кто проявит интерес к этим новым проблемам, будет мешать незнание одного или другого из этих взаимосвязанных вопросов. Поэтому в этой небольшой книге мой сын и я сделали первую попытку представить основные факты и принципы, относящиеся к Х-лучам и кристаллам. В остальной, большей части книги дано краткое изложение развития исследований и представлены важнейшие пз полученных до сих пор результатов.

По необходимости эта книга является больше введением, чем трактатом. Действительно, вопрос слишком нов и недостаточно сформировался, чтобы оправдать более полное изложение. Мы стремились очертить основные контуры для тех, кто интересуется постановкой вопроса, и надеемся, что наше изложение послужит и тем, кто захочет практически познакомиться с предметом и принять участие в увлекательных исследованиях, которые здось открываются. В последнем случае следует, несомненно, также обратиться и к оригинальным сообщениям.