Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга) - Фридрих Гернек

Свое открытие, последствия и значение которого во всем объеме выявились лишь позднее, Планк сделал, когда ему было более 40 лет. По сравнению с другими знаменитыми первооткрывателями он заявил о себе относительно поздно. Ньютон, Майер, Гельмгольц, Максвелл, Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, Паули совершили свои эпохальные открытия в среднем между 25 и 30 годами жизни. Вильгельм Оствальд объявлял своего рода закономерностью то, что великие открытия совершаются молодыми исследователями. Однако это верно лишь относительно.

Возможность глубокого проникновения в природные явления зависит от стечения субъективных и объективных обстоятельств. Момент совершения естественнонаучного открытия существенно определяется общим развитием науки и социальных отношений. Для проявления даже богатейшей одаренности необходимы определенные объективные предпосылки. Слова Нернста, говорившего о создателе квантового учения, что он был человеком, которому в 40 лет пришла первая самостоятельная мысль, отражали лишь часть истины. Идея квантования лучистой энергии не могла быть выдвинута раньше конца столетия, когда физическая наука достигла определенного уровня своего развития.

Макс Планк к тому времени уже два десятилетия успешно вел исследования и преподавал. Он не сделал крупных открытий, но был автором ряда серьезных и интересных работ. В некоторых областях, прежде всего в теории теплоты, его заслуги были довольно значительны. Все его научное развитие до 1900 года предстает как своего рода всесторонняя и серьезная подготовка к открытию, которое ему удалось впоследствии совершить за несколько недель и которое сделало бессмертным его имя.

Сам Планк считал свои заслуги весьма скромными. В ответ на речи, произнесенные на торжественном заседании Немецкого физического общества в апреле 1918 года по случаю его 60-летия, он сказал: "Представьте себе горняка, который с напряжением всех своих сил ведет разведку благородной руды и которому однажды попадается жила самородного золота, причем при ближайшем исследовании она оказывается бесконечно богаче, чем можно было предполагать заранее. Если бы он сам не натолкнулся на этот клад, то, безусловно, вскоре посчастливилось бы его товарищу". Далее Планк назвал целый ряд физиков, прежде всего Альберта Эйнштейна, Нильса Бора и Арнольда Зоммерфельда, благодаря работам которых кванты действия обрели свое значение.

Но если в разработке квантовой теории принимали участие многие исследователи, то ее происхождение связано только с именем Макса Планка.

Макс Планк родился 23 апреля 1858 года в Киле. В этом же году в Гейдельберге Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф начали разрабатывать метод спектрального анализа, имевший громадное значение для дальнейшего развития физики и всего естествознания. Без этой подготовительной работы атомная теория, основывающаяся на знаменитом открытии Планка, была бы невозможна.

Как и Генрих Герц, родившийся годом раньше, Планк был сыном юриста. Его отец, профессор права, преподавал в университете Киля. Мать была родом из Грейфсвальда. Дед и прадед были знаменитыми теологами Гёттингенского университета; их предки - священниками, учителями и городскими писцами в Швабии.

Планк покинул родной город в девятилетнем возрасте, когда его отец был приглашен в Мюнхенский университет. Но он всегда считал Киль своей истинной родиной и признавал себя северогерманцем.

В" Мюнхене прошла счастливая юность Планка. В школе для него не существовало трудностей. Он, как и Герц, был первым учеником, высокоодаренным, трудолюбивым, обладавшим чрезвычайно развитым чувством долга. Его склонность к математике обнаружилась довольно рано, так же как и природные музыкальные способности. Любовь к музыке была так сильна, что он колебался между нею и естествознанием, когда после окончания школы перед ним встал вопрос о выборе профессии. Однако победу одержала в конце концов физика. Но и в первые годы после переезда в Берлин он не сразу расстался с мыслью сменить профессию и стать пианистом.

Решение посвятить себя изучению физической науки Планк принял самостоятельно, вопреки попыткам преподавателя физики Мюнхенского университета отговорить 17-летнего юношу от вступления на академическое поприще. В публичной лекции, прочитанной в 1924 году в Мюнхене, Планк вспоминал: "Когда я начинал изучение физики и мой почтенный учитель Филипп фон Жолли рассказывал мне об условиях и перспективах моей учебы, он изобразил мне физику как высокоразвитую, едва ли не полностью исчерпанную науку, которая теперь, после того как ее увенчало открытие принципа сохранения энергии, близка, по-видимому, к тому, чтобы принять окончательную стабильную форму. Вероятно, в том или ином углу есть еще пылинка или пузырек, которые можно исследовать и классифицировать, но система как целое построена довольно прочно, и теоретическая физика заметно приближается к той степени законченности, какой, например, обладает геометрия уже в течение столетий".

Высказанный Жолли взгляд был выражением распространенного заблуждения. Он происходил из механистического представления о природе, господствовавшего в умах физиков того времени. Механика была, безусловно, высокоразвитой, зрелой наукой. Лишь немногие подозревали тогда - в 1875 году, - что другие области учения о природе, такие, например, как электродинамика, не могли разрабатываться дальше средствами, бывшими в ходу у механики. В те годы было еще очень далеко до взглядов на строение атома, которые стали привычными с конца 90-х годов после открытий Рентгена, Ленарда, Резерфорда и других и которые отбросили многие "бесспорные" положения физики.

Шесть семестров Макс Планк добросовестно занимался изучением математики и физики в Мюнхенском университете. Он ставил также эксперименты, единственные в своей жизни. Наряду с этим Планк усиленно занимался музыкой был хормейстером в академическом певческом обществе, руководил оркестром и по праздникам играл в университетской церкви на органе. Среди великих музыкантов он особенно ценил Шуберта, Шумана и Брамса.

Как и Герц, год спустя Планк отправился для завершения образования в столицу империи: к Гельмгольцу и Кирхгофу, которые в конце 70-х годов вместе с Клаузиусом и Больцманом составили, как он позднее писал, плеяду германских физиков-теоретиков.

Лекции знаменитых исследователей не принесли ему, однако, "заметной пользы" судя по его воспоминаниям о них в "Научной автобиографии": "Гельмгольц, очевидно, никогда как следует не готовился к лекциям, говорил все время запинаясь, причем необходимые данные извлекал из небольшой записной книжки, к тому же постоянно ошибался у доски, а нас не покидало такое чувство, как будто ему самому эта лекция по меньшей мере так же надоела, как и нам. Вследствие этого число слушателей мало-помалу уменьшалось, в конце концов остались только три человека... В противоположность этому Кирхгоф читал тщательно отработанный курс лекций, в котором была взвешена и стояла на своем месте каждая фраза. Ни словом меньше, ни словом больше. Но в целом это действовало как нечто заученное наизусть, сухое и однообразное. Мы восхищались самим лектором, а не тем, о чем он говорил".

В отличие от Герца Планк в Берлине не работал в физической лаборатории. Он ограничился тем, что подробно записывал лекции, которые слушал у Гельмгольца, Кирхгофа и математика Вейерштрасса, и тщательно прорабатывал их дома. Об этом свидетельствуют сохранившиеся конспекты лекций.

Начинающий физик-теоретик в 70-е годы был еще в значительной мере предоставлен самому себе. Основы он должен был выучить по книгам. Наибольшую пользу наряду с трудами Гельмгольца и Кирхгофа принесли Планку работы по термодинамике Клаузиуса, пионера в области теории теплоты. Сочинения этого крупного исследователя привлекали Планка также ясностью и убедительностью изложения.

В Берлине Планк провел только два семестра. Летом 1878 года он возвратился в Мюнхен. В том же году он сдал государственный экзамен на право преподавания математики и физики в высшей школе, хотя " не имел намерения заниматься деятельностью подобного рода. В возрасте 21 года он стал доктором философии, представив к защите диссертацию "О втором законе механической теории теплоты".

Позднее Планк вспоминал о своем докторском экзамене со смешанным чувством. Он, собственно, выдержал экзамен с высшей оценкой ("summa cum laude"), но один из экзаменаторов, Адольф фон Байер, последователь Либиха, отнесся к нему крайне пренебрежительно, дав понять, что считает теоретическую физику совершенно пустой наукой.

Известный химик, позднее получивший Нобелевскую премию за свои открытия в химии красителей, он принадлежал к сугубо эмпирически настроенным естествоиспытателям, которые отбрасывали как "спекуляцию" все, что выходило за пределы непосредственно доказуемых опытных данных. К подобного же рода эмпирикам принадлежал Роберт Бунзен, отклонявший атомную гипотезу и даже к периодической системе элементов долгое время относившийся с сомнением.