Книга Мировая история - Одд Уэстад

Такие громадные суммы, а им предстояло существенно увеличиться во времена холодной войны, знаменуют собой еще одно судьбоносное изменение – важность науки стали признавать правительства. Остававшаяся на протяжении многих веков объектом исключительно случайных эпизодов покровительства со стороны государства наука теперь превратилась в предмет главной политической заботы. Одни только власти достаточно богатых государств располагают ресурсами в масштабе необходимом для воплощения в жизнь некоторых открытий, сделанных после 1945 года. Главную пользу от науки эти власти видели в усовершенствовании вооружений, что объясняет огромные капиталовложения в науку Соединенными Штатами и Советским Союзом. Возрастающий интерес и участие властей, однако, не означали, что наука превратилась в ограниченную национальными рамками сферу деятельности. Скорее все было совсем иначе. Традиция международного общения ученых разных стран представляется одним из самых благородных наследий великого века науки, начавшегося в XVII столетии, но даже без этой традиции наука все равно преодолела бы национальные границы в силу чисто теоретических и технических причин.

В очередной раз нам приходится иметь дело со сложным и глубоким историческим контекстом. Уже к 1914 году стало ясно, что границы между отдельными науками, которые определялись понятными и полезными пределами конкретной области исследований с 1600-х годов, начинают размываться, а затем просто исчезать. Последствия этого процесса, однако, появились в полной мере только в самое последнее время. При всех достижениях великих химиков и биологов XVIII и XIX столетий именно физики внесли львиную долю изменений в научную картину XX века. Первый преподаватель экспериментальной физики в Кембриджском колледже Джеймс Клерк Максвелл в 1870-х годах издал труд, посвященный электромагнитным явлениям, с которым он впервые решительно вторгся в области, оставленные не тронутыми последователями Ньютоновой физики. Своей теоретической работой и экспериментальными исследованиями Дж. Максвелл поколебал незыблемые на тот момент представления о том, что Вселенная подчиняется естественным, постоянным и поддающимся наблюдению законам механического рода и что состоит она по существу из непроницаемой материи в различных ее комбинациях и вариантах расположения в телах. В эту картину теперь предстояло втиснуть вновь открытые электромагнитные поля, технические возможности которых сразу произвели на обывателей и ученых одинаково неизгладимое впечатление.

Решающий вклад в основание современной теории физической науки внесли между 1895 и 1914 годами Вильгельм Конрад Рентген, открывший рентгеновское излучение, Антуан-Генри Беккерель, обнаруживший радиоактивность, Джон Томсон, выделивший электрон, супруги Кюри, открывшие радиоактивные элементы полоний и радий, и Эрнест Резерфорд, исследовавший структуру атома. Они позволили по-новому взглянуть на материальный мир. Вселенную ученые начали представлять не в виде кусков материи, а как скопление атомов, которые представляют собой крошечные солнечные системы, состоящие из частиц, удерживаемых электрическими силами на орбитах в различных последовательностях. Эти частицы внешне ведут себя таким манером, что трудно определить различие между материей и электромагнитными полями. Кроме того, обнаруженное расположение частиц подвержено изменениям, поскольку по своей природе одно расположение способно уступать место другому и тем самым одни химические элементы превращаются в совсем другие элементы. Решающая роль принадлежит одному конкретному труду Э. Резерфорда, ведь в нем он поведал о том, что атомы обладают способностью к дроблению, так как их структура включает целую систему частиц. Такой вывод означал, что материя, даже на своем фундаментальном уровне, подвержена изменению. В скором времени ученые обнаружили две такие частицы – протон и электрон; остальные удалось выделить уже после 1932 года, когда Джеймс Чедвик открыл нейтрон. Ученый мир теперь обладал экспериментально подтвержденной картиной структуры атома в виде системы частиц. Но уже в 1935 году Э. Резерфорд заявил, что ядерная физика не будет иметь никакого практического применения, – и никто не поспешил его опровергнуть.

Ученые, занимавшиеся тогда радикально важной экспериментальной работой, не позаботились о том, чтобы сразу же внедрить новую теоретическую структуру взамен Ньютоновой системы. Она пришла только с затянувшейся революцией в теории, начавшейся в последних годах XIX века и достигшей кульминации в 1920-х годах. Дело касалось в основном двух различных комплексов проблем, которые дали начало работе, обозначенной терминами «теория относительности» и «квантовая теория». Пионерами в данной области считается Макс Планк и, несомненно, величайший ученый XX века Альберт Эйнштейн. К 1905 году они представили экспериментальное и математическое доказательство того, что ньютоновские законы движения бессильны объяснить факт, не подлежащий больше сомнению: то есть передача энергии в материальном мире происходит не равномерным потоком, а дискретными скачками – квантами, как их стали называть. М. Планк показал, что инфракрасное излучение (от, например, Солнца) испускается не по правилам физики Ньютона или непрерывно; он утверждал, что его вывод распространяется на передачу всех видов энергии. А. Эйнштейн утверждал, что свет распространяется не непрерывно, а импульсами. При всей огромной важности работы, проведенной за последующие 20 лет, вклад М. Планка считается наиболее заметным, но все равно оставалось множество открытых тем. Воззрения Ньютона объявили ущербными, но заменить их было нечем.

Между тем после проработки квантовой теории А. Эйнштейн в 1905 году издал труд, принесший ему самую широкую славу, в котором он изложил теорию относительности, предназначенную далеко не для средних умов. Речь фактически идет о доказательстве того, что пора отказаться от устаревших представлений, с которыми мы подходим к пространству и времени, а также массе и энергии. Таким образом, созрели условия для революции в науке, хотя потребовалось еще много времени для полного осознания ее последствий. Вместо трехмерной физики Ньютона А. Эйнштейн обратил внимание ученых на «пространственно-временную сплошную среду», в которой можно найти понимание взаимодействию пространства, времени и движения. Всему этому в скором времени удалось подыскать подтверждение астрономическим наблюдением явлений, для которых не нашлось достойного объяснения в ньютоновской космологии, зато обнаружилось место в теории А. Эйнштейна. Одно странное и неожиданное последствие труда, на котором держится теория относительности, представляло собой доказательство уравнения соотношений массы и энергии, которое он представил как E = mc2, где E – энергия, m – масса, c – постоянная скорость света. Важность и точность этой теоретической формулировки удалось в полной мере оценить после более подробного изучения ядерной физики. К тому времени стало ясно, что отношения, наблюдающиеся, когда энергия массы преобразуется в тепловую энергию при делении ядер, тоже подчинялись его уравнению.

Как только удалось усвоить данные достижения, ученые продолжили попытки переписать законы физики, но далеко продвинуться у них не получалось до тех пор, пока в результате крупного теоретического прорыва, совершенного в 1926 году, не нашлось математической основы для наблюдений М. Планка и, разумеется, для всей ядерной физики. Это решающее достижение принадлежит в основном двум математикам Э. Шрёдингеру и В. Гейзенбергу, и решение пришло в то время, когда казалось, будто в квантовой механике заключалась безграничная способность объяснения явлений всех наук. Поведение частиц атома, наблюдаемое Э. Резерфордом и Н. Бором, поддавалось этому самому объяснению. Дальнейшая разработка их открытия привела к предположению о существовании новых ядерных частиц, например позитрона, должным образом обнаруженного в 1930-х годах. Открытие новых элементарных частиц продолжалось. С помощью квантовой механики, как казалось, открывалась новая эпоха в освоении физики.