Eduardo Perez - Вселенная погибнет от холода. Больцман. Термодинамика и энтропия.

• Название: Вселенная погибнет от холода. Больцман. Термодинамика и энтропия.
• Автор: Eduardo Perez
• Жанр: Физика

Людвиг Больцман - одна из главных фигур в современной физике. Развив активную деятельность в Вене конца XIX века, он произвел революцию в изучении материи, включив в него вероятность, и всеми силами отстаивал существование атомов в то время, когда многие философы и даже влиятельные ученые отрицали его. Несмотря на то что обновленное ученым понятие энтропии и основывающееся на нем начало термодинамики заложили основы квантовой и релятивистской революции в последующем веке, категоричные взгляды Больцмана не всегда встречали поддержку коллег, и это непонимание, возможно, было причиной его трагического самоубийства.

---

Его низкая оценка философии происходила из его первого опыта в этой дисциплине, который оказался неудовлетворительным. В одной из речей на эту тему он пояснял: "Чтобы исследовать самые глубокие бездны, сначала я прочитал Гегеля; но с каким запутанным и бездумным потоком слов я столкнулся! Моя несчастливая звезда привела меня от Гегеля к Шопенгауэру". О последнем Больцман отзывался как о "дутом философе с пустой головой, невежде, распространяющем глупости", будто бы он "приводит в упадок умы, продавая пустословие". О Канте он заявлял следующее: "Да, даже с Кантом у меня возникла масса сложностей, ввиду такого количества понятий я начал подумывать, не насмехается ли он над читателем". Часть его проблем с Оствальдом происходила именно от того, что Больцман полагал, будто бы последний оставил естественную науку ради философии.

Позиция Больцмана относительно метафизики ясно видна в этом фрагменте его "Популярных заметок":

"Такие важные вопросы, как "откуда мы пришли?" и "куда мы идем?", уже рассматривались величайшими гениями в течение веков; они возвращались к ним снова и снова все более изящно, не знаю, успешно ли, в любом случае без какого-либо значительного или бесспорного прогресса. Прогресс такого рода был достигнут в нашем веке в результате тщательного изучения и сравнительных экспериментов в сфере выращивания голубей и других домашних животных [...]. Конечно, кажется, что все эти области исследования имеют второстепенное значение, но на их основе удалось добиться настоящих успехов, и они определенно создали почву для вторжения на территорию метафизики, обеспечив своей области уникальный прогресс в истории науки".

Несмотря на отвращение Больцмана к философии, особенно к метафизике, его вклад в этой области достоин внимания. Он смотрел на науку как на дарвиновский процесс. Больцман считал, что законы, которые он называл "мыслительными" (то, что сегодня считается "математической логикой"), возникли в результате естественного отбора и не были неизменными характеристиками Вселенной. В этом он солидарен с огромным количеством альтернативных логик, которые начали возникать через семьдесят лет и продолжали появляться в течение XX века. То есть для Больцмана вера в то, что если "А предполагает В", а "В предполагает С", то "А предполагает С", — это требование эволюции, в том смысле что такой ход рассуждений оказывается предпочтительным для вида, который им владеет, но это не значит, что он должен соответствовать действительности.

По моему мнению, спасение философии, возможно, заключается в теории Дарвина.

Людвиг Больцман

Представление искривленного пространства: углы деформируются, а параллельные линии прогибаются.

Дарвиновскую логику можно обнаружить также в другой его одержимости конца жизни, которая открыла дверь теории относительности Эйнштейна в ее двух версиях. Речь идет о поддержке Больцманом неевклидовых геометрий, разработанных в середине XVIII века и доказывающих, что могут существовать геометрические системы, в которых, например, углы треугольника не дают в сумме 180° и параллельные прямые пересекаются. Он говорил: "Предрассудок против неевклидовой геометрии и четырехмерного пространства также исчезает. Большинство людей до сих пор думают, что сумма углов треугольника должна составить 180°, но кто-то уже признал, что это привычные образы, от которых мы должны освободиться".

Это дарвиновское видение можно также найти в отношении Больцмана к прогрессу науки, в чем он опередил философов Карла Поппера (1902-1994) и Томаса Сэмюэла Куна (1922— 1996) на несколько десятилетий. Первый относился к науке как к прогрессу, в котором различные конкурирующие теории отметаются по результатам экспериментов, при этом ключевое понятие — "фальсифицируемость", то есть опровергаемость, возможность доказательства, что теория является ложной. Это видение научного прогресса сочеталось со взглядами Больцмана, для которого окончательная ценность теории состояла в ее практическом успехе, что он применял даже в разговорах об этике, утверждая: 4Если этика грозит упадком общества, которое к ней примкнет, она должна быть отвергнута".

НАУЧНЫЕ РЕВОЛЮЦИИ

Американский мыслитель Томас Кун опубликовал две работы, которые изменили традиционное видение истории науки: "Коперниковская революция" (1957) и -Структура научных революций" (1962). Вторая работа изначально появилась как статья для "Энциклопедии единой науки", имевшей отношение к Венскому кружку, движению, которое возникло после Больцмана, но испытало большое влияние его взглядов. Центральная идея Куна заключалась в том, что наука прогрессирует не только в том, что накапливает открытия, ею также движут прорывы, или, пользуясь его собственным выражением, "смены парадигм". "Парадигмой" называется доминирующая научная теория, в рамках которой любой ученый должен получать образование и проводить изыскания. Главное поле исследований формируют факты, которые теория пока не объяснила. Когда число необъясненных фактов очень велико, ученые начинают разрабатывать альтернативную теорию, которая в итоге побеждает, если имеет большую разъяснительную силу, чем предыдущая, то есть если она оставляет меньше необъяснимых фактов, чем предыдущая парадигма. Пример: отказ от аристотелевской геоцентрической парадигмы ради гелиоцентрических представлений, отстаиваемых Коперником. Однако к концу жизни Кун отдалился от собственных тезисов.

Томас Кун известен своим объяснением научного прогресса как ряда революций, вызванных несостоятельностью действующих теорий в объяснении новой серии фактов. Эту же самую идею можно встретить у Больцмана, который в некрологе по Стефану говорил следующее:

"Со стороны кажется, что к открытым понятиям и основополагающим объяснениям постепенно добавляются другие, и так непрерывно эволюционирует наше знание о природе. Но это представление ошибочно, поскольку теоретическая физика развивается скорее скачками. Нередко десятилетиями и даже веками теория разрабатывается, до тех пор пока не предложит полную картину некоторого класса явлений. Затем появляются новые экспериментальные противоречащие ей факты. Адепты старой теории тщетно пытаются провести параллели с доминирующей теорией, и возникает борьба между сторонниками старой теории и теми, кто предложил новую, пока последняя не станет главенствующей".

ОТЪЕЗД ИЗ ВЕНЫ

Постоянные дебаты, как физические, так и философские (особенно с Махом), в итоге сломили Больцмана, и без того ослабленного болезнями и страдающего от частых приступов депрессии. В 1900 году Оствальд предложил ему кафедру теоретической физики в Лейпциге, и Людвиг, не сомневаясь, ее принял, поскольку на него плохо действовала обстановка в Вене. Побег не дал ожидаемых результатов, и вскоре Больцман совершил первую попытку самоубийства.

До этого он некоторое время провел в психиатрической больнице, пытаясь восстановиться от напряжения, которое у него вызвал переезд. Причины падения духом могут быть разнообразными. Также их усугубило маниакально-депрессивное расстройство ученого. Непрерывная полемика, без сомнения, подкосила его, поскольку продолжилась в Лейпциге и стала настолько жаркой, что Маху пришлось вмешаться, чтобы унять его спор с Оствальдом. С другой стороны, с каждым днем ухудшалось зрение, и он страдал от частых головных болей и приступов астмы. Его состояние духа ни для кого не было секретом. Математик Клейн писал в ту пору: "Больцман болен, то есть он в глубокой депрессии". Генриетта жаловалась в письме своей дочери Иде: "Папе с каждым днем все хуже".

Переезд в Лейпциг оказался предпоследним в его жизни. Он также сказался на его публичном образе, особенно в глазах императора Франца Иосифа, которому не понравилось, что один из лучших ученых дезертировал в Германию. Вернувшись в Вену, Больцман столкнулся с такими трудностями и давлением, которые он уже не был способен вынести.

ГЛАВА 5 Наследие Больцмана

Самоубийство Больцмана стало финальной нотой в симфонии неудач и боли, которые составляли последний этап его жизни. Идеи, которыми пренебрегали в течение его жизни, в итоге были пересмотрены в первые десятилетия XX века. Его наследие сегодня включает в себя большой спектр областей знания (от статистической физики до космологии), в которых некоторые вопросы, оставшиеся открытыми, все еще с рвением обсуждаются в XXI веке.

Пятого сентября 1906 года Больцман повесился в своем летнем доме. Тело обнаружила его младшая дочь Эльза, которой тогда было пятнадцать лет. Она купалась вместе с матерью, в то время когда все это случилось. Больцманы решили провести каникулы в Дуино, в деревеньке под Триестом, известной своими замками на скалистых берегах и вдохновившей немецкого поэта Райнера Марию Рильке (1875-1926) на создание "Дуинских элегий".