Олег Спиридонов - Людвиг Больцман: Жизнь гения физики и трагедия творца

• Название: Людвиг Больцман: Жизнь гения физики и трагедия творца
• Автор: Олег Спиридонов
• Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»
• Жанр: Научпоп
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-397-04175-1

В настоящей книге рассказывается о жизни и творчестве выдающегося австрийского физика Людвига Больцмана (1844-1906), автора классических исследований по молекулярно-кинетической теории вещества, статистической физике и термодинамике. Книга состоит из трех частей. Первая часть «Диалог», по существу, представляет собой небольшой исторический очерк о физике «добольцмановского» времени — от появления первых научных идей в Древней Греции и последующего развития физики вплоть до середины XIX века. Вторая часть «Монолог» посвящена описанию жизненного пути и творческой деятельности великого физика. Биографические главы перемежаются с анализом научных трудов Больцмана — от самых первых работ до творений, указывающих новые пути развития физики и составляющих фундамент современной науки. Здесь же описывается бескомпромиссная борьба Больцмана за признание справедливости атомного учения. Наконец, третья часть книги — «Триумф» — представляет собой рассказ о победе идей Больцмана, принесших бессмертие имени ученого, об их жизни и развитии в современной физике.

Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся историей развития физики; может быть полезна студентам и аспирантам физико-математических вузов.

---

«Тогда, когда печаталась 1-я часть этой книги (1897), рукопись второй и последней части была уже почти полностью закончена. И как раз в это время нападки на кинетическую теорию газов стали еще сильнее.

Я убежден, что эти нападки основаны на недопонимании и что значение кинетической теории до сих пор просто не осознано. По моему мнению, науке будет нанесен сильнейший улар, если те, кто стоит в оппозиции к кинетической теории в настоящее время, сумеют предать ее забвению, подобно тому как это произошло с волновой теорией света благодаря авторитету Ньютона. Я вполне отлаю себе отчет в бессилии одного человека перед лицом мнения, разделяемого большинством. Для того чтобы была уверенность в том, что когда человечество вернется к изучению кинетической теории, ему не придется снова переоткрывать уже известные веши, я постараюсь изложить наиболее трудные и непонятные разделы теории как можно яснее».

Коллега Больцмана немецкий физик Де Кудр писал позже по поводу этого предисловия: «В этом чувстве — разочарование и боязнь, что какое-то летоисчисление энергетического варварства может на долгое время затормозить развитие дела всей его жизни и подавить все атомистическое мышление».

У Больцмана резко ухудшается здоровье. Он заболевает тяжелой формой астмы и сильно страдает от болей. Долгие годы полемики сказываются и на состоянии его нервной системы, в последние годы им все чаще овладевает душевная депрессия. Его уже почти не радует изданный к его шестидесятилетию юбилейный сборник (1904), в составлении которого принимают участие 117 крупнейших ученых. Идеи Больцмана постепенно завоевывают все большее признание. Развивая метод Больцмана, в 1900 г. Планк пришел к обоснованию квантовой теории. В 1905 г. выходит работа А. Эйнштейна, посвященная теоретическому анализу броуновского движения, в которой великий физик указал путь непосредственной проверки выводов, следующих из молекулярно-кинетической теории. Статистические идеи, впервые высказанные Больцманом, развивает в стройную теорию американский физик Д. Гиббс. Больцман избирается членом академий в Геттингене, Берлине, Стокгольме, Упсале, Турине, Риме, Амстердаме, Петербурге, Нью-Йорке, Лондоне, Париже, Вашингтоне, его избирают почетным доктором университета в Оксфорде. Однако силы его уже на исходе. Им овладевает странное чувство боязни друзей, временами он погружается в длительное тяжелое молчание, из которого долгое время его никому не удавалось вывести. Возможно, причиной этих депрессий было ощущение того, что учение об атоме, которому он посвятил всю свою жизнь, стало оттесняться на второй план. Возможно, это было вызвано тем, что при всем своем глубочайшем убеждении в справедливости атомистической теории он не дожил до проведения решающего опыта, доказывающего реальность существования атомов. До тех пор пока этих доказательств не было, все споры вокруг великих творений, созданных им, велись более в философском плане. Но, хотя и в этой неравной борьбе Л. Больцман ни на йоту не уступил своих позиций, борьба отняла у него слишком много сил. 5 сентября 1906 г., находясь с семьей в Дуино близ Триеста, Больцман покончил с собой.

«То, на что жалуется поэт, верно и для теоретика: творения его написаны кровью его сердца, и высшая мудрость граничит с высшим безумием».

На трагической, горькой ноте заканчивается наш рассказ о Л. Больцмане — «Монолог» творца науки и исполина духа. Отдав все силы борьбе, он ушел из жизни, убежденный в правоте своих идей. Но жизнь идей Больцмана в полном смысле была еще впереди, до их торжества он не дожил всего 2 года. Впереди был сокрушительный разгром махизма, блестящий материалистический анализ «кризиса физики» был дан В. И. Лениным в его труде «Материализм и эмпириокритицизм». В. И. Ленин высоко оценил философские позиции Больцмана. Это было первой победой Больцмана. В 1908 г. французский ученый Ж. Перрен прямыми экспериментами, используя барометрическую формулу Больцмана, доказывает существование атомов. Это был полный триумф атомно-молекулярного учения, развитию которого великий ученый посвятил всю жизнь и за правоту которого он так страстно боролся. После опытов Перрена все труды Больцмана были объявлены классическими. Развивает теорию флуктуации ученик Больцмана польский физик М. Смолуховский, четко указавший на экспериментальные факты нарушения второго закона термодинамики в молекулярном масштабе. Это было подтверждением справедливости предложенной Больцманом вероятностной трактовки закономерностей, присущих большим «коллективам» частиц, полной победой развиваемых им статистических идей. До сих пор не утихают споры вокруг космологической гипотезы великого теоретика, доказывая плодотворность предложенных им идей. И наконец, развитие статистических идей Больцмана, применение их к электромагнитному излучению привело немецкого физика М. Планка к квантовой гипотезе, из которой впоследствии выросла новая физика, физика микромира, потрясающая своими достижениями физика XX столетия. Наш «Монолог» хотелось бы закончить несколькими высказываниями о Больцмане его современников, дорисовывающими портрет ученого.

X.А. Лоренц (из речи на заседании немецкого физического общества, посвященном памяти Л. Больцмана, 17.05.1907 г.): «Больцман был вождем нашей науки, новатором во многих направлениях, исследователем, надолго оставившим следы своей деятельности в тех областях, куда он вторгался….Во многих своих сочинениях он говорит с нами так, как, пожалуй, редко говорил физик, и весь свой образ мышления и восприятия он открывает нам в словах, делающих его еще более близким нашему сердцу….В нарисованной им физической картине нет недостатка в противоречиях, которые он не боится выказывать открыто, иногда даже в резком виде; однако мы чувствуем, что они отнюдь не являются непреодолимыми, что все они коренятся в его внутренней сущности и таким образом дают возможность глубже проникнуть в ту область его духовного мира, куда он разрешает нам заглянуть».

В. Оствальд: «Больцман — человек, который в своей области превзошел всех нас проницательностью и ясностью ума».

Де Кудр: «Больцман ошибся не в свою пользу. Тот флаг, под которым наши молодые экспериментаторы совершают свои поразительные открытия — будь то ультрамикроскоп, эффект Доплера с каналовыми лучами, будь то чудеса радиоактивных веществ, — это атомистический флаг, флаг Людвига Больцмана».

Глава 3. ТРИУМФ

1. Классический анализ

В конце XIX — начале XX в. физика и естествознание в целом переживали трудный период в своем развитии. Новые открытия ученых-физиков не находили объяснения в рамках привычных представлений. Появились сомнения в объективной ценности научных знаний, вновь была поставлена под сомнение возможность объяснения пока непонятных явлений природы. Господствующей философией становится «физический идеализм» (махизм) с вытекающими из него представлениями о первичности сознания и вторичности материи.

Махизм имел и другой, социальный аспект. Подрыв веры в науку тормозил развитие общественного сознания людей. Отрицание объективной закономерности научных законов порождало пассивность, сковывало попытки разобраться в закономерностях развития общества и найти пути изменения существующего строя, основанного на эксплуатации трудящихся. Объективно махизм являлся идеологией господствующего класса, пытающегося новые научные открытия поставить себе на службу. Поэтому философское осмысление существа новых открытий в физике, защита от ревизии основных положений материалистической диалектики стали в эти годы необходимыми. В 1908 г. В. И. Ленин работает над книгой «Материализм и эмпириокритицизм», суть которой составляет защита научных открытий от нападок «новейших» псевдонаучных философских концепций. Книга вышла из печати в 1909 г. в период острейшей полемики вокруг новых открытий в физике.

В этой работе В. И.Ленин дает высокую оценку позиции, занимаемой Л. Больцманом в споре с махистами: «Из немецких физиков систематически боролся против махистского течения умерший в 1906 году Людвиг Больцман. Мы уже указывали, что “увлечению новыми гносеологическими[3] догмами” он противопоставлял простое и ясное сведение махизма к солипсизму[4]»{7}.

В подтверждение этого тезиса неоднократно В. И.Ленин приводит цитаты из научных работ Больцмана.

Например: «Теория есть “изображение” (или: снимок) с природы, с внешнего мира. Тем, кто говорит, что материя есть только комплекс чувственных ощущений, Больцман указывает, что тогда и другие люди суть только ощущения говорящего». В. И. Ленин отмечает, что ощущение есть субъективный образ объективного мира, что факт реальности сознания не дает права отождествлять сознание с материей, считать мысль материальной.