Введение

ВВЕДЕНИЕ

Нa рождественский конкурс, ежегодно устраиваемый Кембриджским студенческим математическим обществом, пришёл юноша Поль. Ему досталась простенькая задачка. Она была не о бассейнах, в которые вода наливается, а потом почему-то выливается; не о поездах, выходящих из пункта А и никогда не попадающих в пункт Б. Фантазия кембриджских педагогов изобрела для английских студентов задачку о трёх рыбаках, которые удили на острове в тёмную-тёмную ночь и улеглись спать, не поделив улова.
Под утро один из них проснулся и уехал домой, взяв с собой треть добычи. При дележе у него осталась одна рыбина, и он, не имея весов и боясь обидеть товарищей, выбросил эту рыбину в воду.
Потом проснулся второй рыбак и, не зная, что один из компаньонов уже на пути домой, снова поделил улов на три части. Он тоже делил честно, и у него осталась лишняя рыбина, и он выбросил её в воду. Захватив свою долю, он уехал. А потом проснулся третий рыбак и проделал ту же операцию – ему также пришла в голову мысль выбросить лишнюю рыбу. В задачке спрашивалось: сколько рыб выловили рыбаки?
Юноша Поль склонился над бумагой, взъерошил чуб. Уголки губ кривились каверзной усмешкой. И вот, глубоко вздохнув и поёрзав на стуле, он встал и положил перед жюри свою работу. Она пошла по рукам, и каждый из членов жюри мог подивиться ответу: рыбаки выловили минус три рыбины.
Мальчик начитался сказок, решили члены жюри, уж не вообразил ли он себя Алисой в Зазеркалье? – и лишили юного Поля приза.
Но это не возымело на него никакого воспитательного действия.
В 1928 году Поль Дирак, уже известный физик-теоретик, вновь склонился над листком бумаги (может быть, опять взъерошил чуб – было ему всего 26 лет)
и вывел математическое уравнение, в котором предлагал современникам не какие-то мелочи вроде отрицательных рыб, но... отрицательные миры! Миры наоборот. Миры, сотканные, в отличие от нашего, не из вещества, а из антивещества!
Если соблюдать точность, следует оговориться: в уравнении Дирака не поместился целый антимир. Там обнаружилась лишь его малюсенькая частичка – так сказать, первый лазутчик. Это был всего лишь электрон. Но не тот всем уже известный электрон – сгусток отрицательного электричества. Это был положительный электрон! О таком ещё никто не слыхивал. По представлениям того времени положительный электрон всё равно что отрицательная рыба – нонсенс! Это было неслыханно и даже... даже невежественно. Тогда ещё никто не предполагал, что открытие прославит Дирака, что он станет нобелевским лауреатом и ему достанется кафедра физики в Кембридже, которую некогда возглавлял сам Ньютон.
Пока все просто пожимали плечами, а незаконный электрон назвали позитроном, и он спокойно дожидался признания. Времени, когда его найдут. И его действительно обнаружили! Это случилось в 1932 году. Позитрон оказался не миражом, не бредом, он существовал наяву.
Теперь уже не казалась столь невероятной мысль, что все частицы в природе существуют парами. Но если позитрон – пара электрона, значит, должны быть в мире и пары для других частиц. Если существуют атомы водорода, должны существовать и атомы антиводорода! Уравнения утверждали, что в природе наравне с веществом должно равноправно существовать и антивещество.
Начался невиданный ажиотаж. Многие физики побросали текущие дела и пустились на ловлю позитрона и других античастиц.
Ловля продолжается по сей день. Но десяток-другой античастиц – это ещё не антимир. Да есть ли вообще мир-оборотень, мир, вывернутый наизнанку, своеобразный потусторонний мир? Существует ли он на самом деле?
Озарения и заблуждения, как они уживаются между собой? Что за мосты связывают отрицательных рыб с античастицами? Где граница между вымыслом и реальностью? Как безмолвные размахи люстры или падение яблока дают толчок мысли, способной потрясти мир?
«Невозможно избавиться от ощущения, что математические формулы умнее нас и умнее даже их создателей, ибо мы извлекаем из этих формул много больше того, что было в них заложено сначала» – эти наивные, восхитительно беспомощные слова принадлежат Генриху Герцу, одному из величайших физиков позапрошлого века, виртуозному экспериментатору и превосходному теоретику. И сказаны они по поводу четырёх уравнений, рождённых под пером английского учёного прошлого века Максвелла.
Сходно значение открытий Дирака и Максвелла: первый познакомил людей с миром антивещества, второй – с миром электромагнитных волн.
Сходна и судьба уравнений, разделённых полувеком. Непонимание, почти бойкот со стороны современников. Недоумение самих виновников рождения «джиннов».
Это подобие отражает логику развития человеческих знаний. К какой области науки мы ни обратимся, окажется, что её развитие идёт похожими путями. От всё более возрастающего количества несвязанных фактов к первой попытке осознать их и далее к всё углубляющемуся единству теоретических построений.
Такой путь проделало и учение об электромагнитных явлениях. Уже в древности были известны свойства магнита указывать на север и способность натёртого суконкой янтаря притягивать пушинки.
Максвелл получил от своих предшественников весьма совершенные формулы, описывающие свойства электрических токов, электрических зарядов и магнитных стрелок. Но это были не связанные между собой формулы, отражающие закономерности явлений, зависимость между которыми никто не мог уловить.
Строй мыслей Максвелла не позволил ему
в явлениях природы.
Уравнения Максвелла и есть результат объединения известных ранее независимых законов. Для такого объединения ему пришлось сделать, по существу, лишь один скачок. Но это был огромный скачок в неизвестность. Результат величайшего интеллектуального напряжения.
Максвелл предположил, что электрический ток распространяется не только по проводникам, но и сквозь изолятор. Конечно, это не обычный ток, не простой поток электронов в металле, а особый ток. Максвелл назвал его током смещения, связав сначала с небольшими смещениями зарядов в диэлектрике. Но логика потребовала, чтобы непрерывный ток существовал и в пустоте. Так родилась догадка о существовании в природе электромагнитных волн...
Любая новая теория должна чётко объяснять известные факты. Теория Максвелла удовлетворяла этому требованию. Но это ещё не оправдывает возникновения новой теории. Ведь известные факты обычно объясняются и старыми теориями. Хорошая новая теория должна предсказывать явления, неизвестные ранее.
Теория Максвелла сделала это. Она предсказала существование электромагнитных волн.
Но на этой стадии возникает вопрос, с которым мы уже встречались. Правильна ли теория?
То, что она не противоречит прежнему опыту, теперь не в счёт. Верны ли её предсказания – вот единственный существенный вопрос.
Теории Максвелла пришлось ждать двенадцать лет, пока Герц своими опытами не узаконил её существование.
Если примеры Дирака и Максвелла не убеждают в закономерности ситуации, о которой хорошо сказал современный американский физик профессор Дайсон: «Великое открытие, когда оно только появляется, почти наверняка возникает в запутанной, неполной и бессвязной форме. Самому открывателю оно понятно только наполовину. Для всех остальных оно – полная тайна», – отойдём подальше ещё на два столетия.
Кто не знает истории двадцатичетырёхлетнего бакалавра, укрывшегося в деревенской глуши от чумы, свирепствовавшей в английских городах. Кто не знает истории о яблоке, упавшем в саду его матери. Каждый вправе сомневаться, ибо вымысел зачастую неотделим от правды. А правда состоит в том, что Ньютон в 1666 году в письме к астроному Галлею сообщил о найденном им законе, управляющем падением тел и движением планет.
Однако, применив свою формулу к движению Луны, Ньютон вынужден был признать поражение: астрономы фиксировали местонахождение Луны вовсе не там, где следовало ей быть по формуле Ньютона. Он не захотел публиковать свой результат.
Прошло шестнадцать лет. Ньютон узнал, что значение радиуса Земли, которым он пользовался при расчётах, было неверным. Повторив вычисления с более точным значением этого радиуса, Ньютон получил прекрасное совпадение своей формулы и измерений астрономов. Дальше история больше похожа на вымысел. Здесь и пари, и соперничество, и сложные переговоры. Прошло ещё четыре года, и лишь тогда, многократно убедившись, что ошибки нет, Ньютон публикует своё великое открытие – постижение тайны всемирного тяготения.
Так, в зависимости от склада характера, от темперамента каждый учёный по-своему решает вопрос о том, сколь достоверен его результат.
Но если всё же допущена ошибка, если учёный заблуждается? Всегда ли заблуждение трагично?
И существуют ли заблуждения, приводящие к полезным результатам, положительно влияющие на научный прогресс?
И стоят ли ошибки внимания?