Alberto Izquierdo - Революция в микромире. Планк. Квантовая теория

• Название: Революция в микромире. Планк. Квантовая теория
• Автор: Alberto Izquierdo
• Издательство: ООО «Де Агостини»
• Жанр: Научпоп
• Год: 2012

Макса Планка часто называли революционером, хотя он был против этого. В 1900 году ученый выдвинул идею о том, что энергия излучается не непрерывно, а в виде порций, или квантов. Отголоском этой гипотезы, перевернувшей сложившиеся представления, стало развитие квантовой механики — дисциплины, которая вместе с теорией относительности лежит в основе современного взгляда на Вселенную. Квантовая механика рассматривает микроскопический мир, а некоторые ее постулаты настолько удивительны, что сам Планк не единожды признавал: он не успевает за последствиями своих открытий. Учитель учителей, в течение десятилетий он стоял у штурвала немецкой науки, сумев сохранить искру разума в сумрачный период нацизма.

---

Макс Планк в 1878 году. Годом ранее он оставил Мюнхенский университет и перевелся в Университет Фридриха Вильгельма в Берлин.

Основное здание университета изображено на литографии 1880 года.

Планк, его первая жена Мария Мерк и четверо их детей: Карл, Эрвин,близнецы Грета и Эмма.

Последняя четверть XIX века стала периодом радикальных экономических и социальных преобразований. Индустриализация, начавшаяся в середине столетия, превратила Германию в мощную промышленную державу, равную по развитию Британии. Вместе с индустриализацией развивались наука и технологии, являясь одновременно ее причиной и следствием. По всей стране и особенно в Берлине появилось множество исследовательских центров, привязанных к промышленности. Один из них — Имперский институт физики и технологии, основанный в 1887 году и сыгравший ключевую роль в открытии кванта энергии.

Если в Англии считали, что правительство не должно вмешиваться в рыночные отношения, то немецкий капитализм с самого начала находился под сильным влиянием государства. Крупные предприятия и банки, армия и правительство были связаны между собой — так сформировался монополистический капитализм с растущей концентрацией экономики. В сложившейся ситуации рабочее движение набирало силы (не будем забывать, что Маркс и Энгельс были немцами). Ученый и преподаватель Макс Планк отнюдь не симпатизировал рабочему движению, хотя, например, Эйнштейн был его сторонником: он с самой молодости сочувствовал немецкой социал-демократии и неоднократно называл себя социалистом. К счастью, разница в политических взглядах не помешала общению и дружбе двух великих ученых, и это лучше всяких доказательств свидетельствует о том, что Планк был хоть и консерватором, но открытым и толерантным человеком.

Помимо индустриализации, еще одной характеристикой Второй империи стало развитие национализма. Объединение страны в 1871 году сопровождалось скрытым внутренним напряжением. В отдельных частях нового федерального государства сохранялись местные законы и даже монархии, и насаждаемый сверху национализм в этих условиях был необходим для политического и социального объединения страны. Ключевым звеном воспитания национального чувства у «новых немцев» стала система образования.

Ситуацию в экономике, промышленности и науке Германии в начале XX века лучше всего описывает участие государства во Всемирной выставке в 1900 году в Париже.

Павильон страны был выше всех других павильонов. В тематических выставках немцы демонстрировали свои продукты и открытия, подчеркивая их немецкое происхождение. Посетители были впечатлены успехами Германии в области сжижения газов, электрохимии и освещения. Именно к той эпохе восходит представление о высоком качестве немецкого оборудования.

Непохоже, чтобы это доставляло огромное удовольствие англичанину, а если бы он внимательно осмотрел товары, представленные его собственной страной, то почувствовал бы еще большую грусть.

Из статьи, появившейся в английском журнале Nature о немецких измерительных инструментах, представленных на всемирной выставке в 1900 году

Индустриализация требовала рабочей силы с хотя бы минимальным образованием, поэтому с 1870 по 1914 год по всей Европе распространились начальные школы. В эпоху Бисмарка возникла и утвердилась государственная образовательная система от начальной школы до университета с переходным звеном — гимназиями. Университетские преподаватели были государственными служащими и должны были приносить клятву верности императору. Все эти условия создали ту особую среду, в которой вырос Планк, именно они объясняют его пылкий национализм, свойственный большинству немецких ученых его поколения в начале Первой мировой войны.

Интересно, что промышленные методы, разработанные в конце XIX века немецкими учеными и изобретателями, предприятия-гиганты, основанные в тот период, связаны с именами, дошедшими до наших дней: Сименсом, Цейсом, Байером... Мы легко вспомним десяток таких имен, и это лучше всего подтверждает промышленную мощь Германии в конце XIX века, которая была тесно связана с научно-техническим прогрессом.

На рубеже веков, когда Макс Планк сделал одно из величайших открытий в истории физики, Германия была державой, доминирующей во всех сферах науки и техники. Милитаристский и авторитарный режим в стране способствовал усилению националистических чувств германских подданных. И эти два аспекта — научно-техническое развитие и политический авторитаризм — стали определяющими, а под конец сыграли драматическую роль в судьбе Германии и вместе с ней — в судьбе Планка.

Исследования термодинамики

В то время в Германии было принято получать образование не в одном университете, поэтому Макс Планк в 1877 году оставил Мюнхен и отправился в Берлин. Там его наставниками стали Герман фон Гельмгольц (1821-1894) и Густаф Кирхгоф (1824-1887). Обоих относят к плеяде великих физиков XIX века, но, по мнению самого Планка, ученые были не очень хорошими педагогами. В своей краткой научной биографии Планк описывает Гельмгольца как плохого преподавателя, который не готовился к занятиям и постоянно ошибался в расчетах у доски. Казалось, что занятия со студентами нагоняли на него скуку, которая передавалась и студентам, так что, по словам Планка, к концу курса на занятия приходили всего трое человек, включая его самого.

Плохую подготовку к занятиям Германа фон Гельмгольца можно оправдать его погруженностью именно в этот период в изучение электромагнетизма и теории Максвелла. В Германии идеи Максвелла не были распространены, и только благодаря Гельмгольцу в его стране пробудился интерес к теории электромагнетизма. В июле 1879 года Прусская академия наук по инициативе ученого объявила о премии за подтверждение или опровержение теории Максвелла для высокочастотных цепей. Премию получил ученик Гельмгольца — Генрих Герц (1857-1894). Его исследования приведут к открытию в 1888 году электромагнитных волн и окончательному подтверждению теории Масквелла.

ТРИ ПРИМЕРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОЩИ ГЕРМАНИИ

Предприятие Siemens, названное по фамилии основателя, Эрнста Вернера фон Сименса (1816-1892), было лидером электрификации Германии и большой части Европы. Созданная им телеграфно-строительная фирма выпускала альтернаторы и динамо-машины для получения электричества, а также двигатели и лампы для его потребления. Занималось предприятие и электропоездами. Уже упомянутый Имперский институт физики и технологии получил от Siemens дотацию и занимался вопросами электроосвещения. Пережив две мировые войны, Siemens остается мощной транснациональной компанией.

Предприятие Zeiss, основанное немецким оптиком Карлом Цейсом (1816-1888) в 1846 году, с самого начала было одним из главных поставщиков точных оптических инструментов. Именно на Zeiss был произведен микроскоп, с помощью которого Рамон-и-Кахаль открыл синапс нейрона и изучал структуру сетчатки млекопитающих. Компания существует по сей день и считается лидером в своей отрасли.

Третье из упомянутых предприятий-гигантов — Bayer, возможно, самое известное, было основано в 1863 году Фридрихом Байером (1825-1880). Продажи знаменитого аспирина Bayer стартовали в конце XIX века и продолжаются до сих пор. Во время Второй мировой войны Bayer стала частью конгломерата немецких компаний химической промышленности Farben IG, который построил завод по производству синтетического каучука рядом с Освенцимом, используя рабский труд заключенных. После войны конгломерат был разделен на три предприятия: Bayer, Basf и Hoechst — все три до сих пор считаются транснациональными гигантами.

Эльберфельд, Германия, 1878 год. Рабочие в лаборатории компании Bayer AG (создана Фридрихом Байером в 1863 году).

Несмотря на то что лекции Гельмгольца зимой 1877 года не вызывали у студентов большого восторга, Планк на них из первых уст получил информацию о перспективах электромагнетизма — научной области, занявшей важное место в его собственных исследованиях. По всей видимости, Планк, вернувшись в Берлин в качестве профессора, поддерживал дружеские отношения с Гельмгольцем до его смерти в 1894 году.

В отличие от небрежного Гельмгольца, второй преподаватель Планка, Густав Кирхгоф, напротив, так тщательно готовился к лекциям, что заучивал их наизусть и читал без малейших отступлений, так что слушатели с трудом подавляли зевоту. Но опять-таки (и, возможно, для Планка это было намного важнее лекций) преподаватель познакомил талантливого студента с авангардом научной мысли того времени. Кирхгоф стал его проводником в мир новейших исследований в области термодинамики. Годы спустя на Планка будет возложена публикация посмертных «Лекций по теории теплового излучения» Кирхгофа.