О.П. Спиридонов
ЛЮДВИГ БОЛЬЦМАН
Жизнь гения физики и трагедия творца
Предисловие
Книги об ученых, поэтах, композиторах всегда были и будут одними из любимых книг школьников. Существует, однако, огромная объективная разница в восприятии шедевров, созданных этими гениями. Если чарующая легкость пушкинского стиха, титаническая сила бетховенских творений обращены непосредственно к нашим чувствам и находят эмоциональный отклик в душе каждого, будь то ребенок или умудренный жизненным опытом человек, то для правильного понимания и оценки интеллектуальной мощи научных идей требуется определенный уровень знаний. Это предъявляет к книгам об ученых особые требования. Они обязаны, помимо чисто художественной стороны изложения, исподволь готовить учащегося к постижению научных идей, стать для него как бы небольшими пособиями в той области знаний, которой посвятил себя данный ученый. Трудности обучения при этом становятся практически незаметными, поскольку знакомство с биографией выдающегося человека естественно и органично переходит в интерес к его научной деятельности, ибо судьба ученого — это прежде всего служение науке. Борьба идей, без которой немыслимо развитие науки, становится наиболее существенной чертой его жизненного пути, нередко придавая ему поистине драматическое звучание.
Яркой иллюстрацией сказанному является полная высочайших творческих достижений и глубокого внутреннего напряжения жизнь гениального австрийского физика Людвига Больцмана (1844-1906). Ни один из современных учебников физики — от школьного до солидных университетских курсов — не обходится без систематического упоминания его трудов, явившихся бесценным вкладом в развитие прекрасной науки о природе — физики. Но при жизни Больцмана его новаторские, основополагающие работы и идеи не получали должного понимания и признания. Во времена, когда существование атомов было гипотезой, не доказанной прямыми опытами, вера Больцмана в их реальность, развитие им атомно-молекулярной теории были предметом резких выпадов в его адрес со стороны противников атомизма, представителей различных идеалистических школ. Величайшей заслугой Больцмана является то, что он принял этот вызов и вступил в борьбу за свои идеи. В этой борьбе от него потребовалось все: мощь разума и мудрость философа, задор полемиста и стойкость борца. Время показало, насколько глубоко был прав Больцман в своих предвидениях.
Портрет Больцмана был бы неполным, если бы в этой книге мы ограничились только анализом его научных работ. Да это и невозможно, ибо, читая Больцмана, трудно отделаться от впечатления, что с вами разговаривает реальный собеседник. Мы видим то живого и остроумного человека, пленяющего нас глубиной мысли и мягким юмором, то великолепного педагога, четко и ясно излагающего самые трудные вопросы физики. Мы попадаем под обаяние этого человека, непримиримо отстаивающего свои позиции, но при этом ведущего самые острые дискуссии в духе высокого благородства и уважения к противнику. Всесторонне образованный человек, знаток литературы, почитатель Гёте и, особенно, Шиллера, прекрасный пианист, тонко понимающий и чувствующий музыку, Больцман и к оценке физических теорий подходил с эстетических позиций, превыше всего ценил в них красоту и изящество. Наука и искусство сливались у него в единый комплекс общечеловеческой культуры, так же как неотделимы друг от друга истинность совершенных творений искусства и красота научных истин. «Для чего нужно, хотелось бы спросить, — восклицал он, — исключительное культивирование жизни, направленной на получение практических выгод за счет того, что единственно дает жизнь жизни, что делает ее ценной, — за счет стремления к идеалам?» Знакомство с жизнью Людвига Больцмана позволит учащимся понять чистый и светлый образ рыцаря науки и ее великого труженика, глубже понять и полюбить физику.
Глава 1.
ДИАЛОГ
Развитию атомно-молекулярной теории посвящены наиболее значительные работы Людвига Больцмана. Гипотеза о том, что мир состоит из атомов, впервые возникла более 2500 лет назад в Древней Греции. Вряд ли стоило начинать наш рассказ со столь отдаленных времен, если бы значение идеи об атомах исчерпывалось признанием ее только как физической теории. Споры вокруг этой идеи были, по существу, спорами о происхождении и познаваемости мира — был ли он создан божьей волей и непознаваем или мир состоит из вполне материальных частиц (атомов), которые могут служить объектом изучения. Предметом дискуссии был также принципиальный вопрос о различных путях развития науки. Если признать существование атомов, т. е. зернистость, прерывистость (дискретность) строения материи, задачей науки становится изучение свойств этих мельчайших частиц. Если же признать непрерывность материи, то задачи познания существенно сужаются (зачем делить воду, если при делении мы будем получать то же химическое соединение?). Еще в Древней Греции аргументы сторонников и противников атомизма содержали в себе практически все элементы длительного и острого спора, в завершающей и наиболее острой стадии которого на рубеже XIX и XX вв. принимал активное участие Больцман. Вскоре после его смерти и во многом благодаря его трудам спор завершился признанием справедливости атомной теории. Чтобы оценить величие вклада Больцмана в развитие атомной теории материи, необходимо коротко познакомиться с тем сложным и увлекательным путем, который прошла в своем развитии атомная гипотеза от момента ее зарождения до появления первых работ Больцмана.
1. Колыбель теории
В VII-VI вв. до н.э. в Европе на юге Балканского полуострова образовалось могучее государство — Древняя Греция, или Эллада. Успехи народов Эллады в архитектуре, литературе, изобразительном искусстве, различных областях науки и техники составляют значительную часть той основы, на которой успешно развивается мировая культура. Выражение «Древняя Греция — колыбель европейской культуры» стало классическим. Высоко оценивали эти достижения К. Маркс и Ф. Энгельс. Греческое искусство и эпос, писал К. Маркс, «…еще продолжают доставлять нам художественное наслаждение и в известном отношении служить нормой и недосягаемым образцом»{1}. Отмечая высокий уровень развития науки и культуру мышления древнегреческих философов, Ф. Энгельс подчеркивал, что «это одна из причин, заставляющих нас все снова и снова возвращаться… к достижениям того маленького народа, универсальная одаренность и деятельность которого обеспечили ему в истории развития человечества место, на какое не может претендовать ни один другой народ»{2}.
Наука и искусство развивались в Греции параллельно, как две взаимно дополняющие друг друга грани человеческой культуры. Казалось бы, зачем ломать голову над научными проблемами, когда можно вполне беззаботно жить (знатных людей обслуживали рабы), наслаждаться искусством, спортом. Но, как мудро заметил один из самых въедающихся философов Древней Греции Аристотель (384-322 гг. до н.э.), «когда оказалось налицо почти все необходимое, а также то, что служит для облегчения жизни и препровождения времени, тогда стало предметом поисков… разумное мышление». Неистребимая тяга к «разумному мышлению» — столь же присущая человечеству черта, как и искусство. Не случайно одним и тем же именем — творец — называют Моцарта и Эйнштейна, Рахманинова и Лобачевского, одним и тем же словом — творение — называют картины Брюллова и научные работы Больцмана!
Философы Эллады задумывались над решением таких проблем, полного объяснения ряда которых не получено и до сих пор. При этом они не ограничивались сбором и описанием наблюдений, а стремились найти первопричины явлений. Различные научные взгляды детально обсуждались ими в ходе многочисленных дискуссий, которые греки считали наилучшим способом познания истины. Широко распространенный термин «диалектика» взят из греческого языка и означал ранее искусство вести беседу, спор. (Позднее под диалектикой стали понимать метод познания действительности в ее развитии и самодвижении, науку о самых общих законах развития природы, общества и мышления.) Именно в Древней Греции было завершено объединение отдельных знаний в самостоятельные науки, получившие названия: «физика» — от греч. «природа», «ботаника» — от «растение», «политика» — от «государство».
Несмотря на явный недостаток опытных результатов и их неточность, некоторые гипотезы греков о причинах тех или иных явлений нашли экспериментальное подтверждение лишь в наши дни. С позиций современности многие из этих предположений могут показаться фантастикой, но в течение долгого времени они были для ученых поводом для размышлений и исследований. Возьмем в собеседники Людвига Больцмана{3} и послушаем его оценку идей древнегреческих философов:
