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

"В целом это было холодным душем на мое разгоряченное воображение, писал Планк в своих воспоминаниях. - Я шел домой несколько удрученный, однако скоро утешился мыслью, что хорошая теория добьется признания и без искусной пропаганды. Так, естественно, произошло и в этом случае".

О том, как упорно занимался Макс Планк в первые берлинские годы вопросами теории теплоты, свидетельствует его доклад "Общие вопросы новейшего развития теории теплоты" на конференции естествоиспытателей в Галле в 1891 году. Выступления Планка имеют непреходящее значение для истории науки, они и сегодня читаются с интересом Планк, работавший в то время в области электро- и термохимии, по достоинству оценивал крупные заслуги в обосновании и построении новейшей физической химии, принадлежащие Вант-Гоффу, Аррениусу, Оствальду и Нернсту.

Через три года после приглашения в Берлинский университет Планк был назначен ординарным профессором. Вскоре после этого, в 1894 году, его по предложению Гельмгольца и Кундта избрали действительным членом физико-математического отделения Прусской Академии наук, причем не обошлось без голосов, поданных против. При тайном голосовании в урну было опущено четырнадцать белых и шесть черных шаров. С 1912 года ученый четверть века был постоянным секретарем физико-математического отделения Академии, в числе членов которой он состоял в общей сложности 35 лет.

Планк поддерживал связи не только с узким кругом коллег: среди его друзей был, например, знаменитый историк и исследователь древности Теодор Моммзен, первый немецкий лауреат Нобелевской премии в области литературы.

После смерти Кундта и Гельмгольца в 1894 году Планк становится самым известным из берлинских физиков и, с начала столетия, ведущим теоретиком среди физиков Германии. Уже в конце 90-х годов в одном из документов отмечается, что Планк "обладает в настоящий момент среди представителей математической физики, вероятно, самым большим научным авторитетом и пользуется признанием как преподаватель". Однако Планк решительно отвергал любое сравнение с Гельмгольцем, который на протяжении десятилетий считался главой немецких физиков. Обычно, когда его пытались сравнивать с "рейхсканцлером науки", он возражал: "Я не Гельмгольц".

К первым годам его пребывания в Берлине относится первый научный спор: дискуссия по поводу "энергетики".

Планк выступил против точек зрения, которые представляли и пропагандировали в Германии дрезденский математик Георг Гельм и прежде всего физико-химик Вильгельм Оствальд. Непосредственным поводом для его выступления послужил доклад "Преодоление научного материализма", который Оствальд прочел в Любеке на конференции естествоиспытателей осенью 1895 года.

Оствальд дал в нем обобщенное изложение своего энергетического взгляда на природу, который в тот момент ограничивался основами физики и химии и не претендовал еще на то, чтобы стать философской системой, охватывающей все сферы жизни, как это произошло в "Лекциях по философии природы" (1901) и в более поздних произведениях, прежде всего в "Философии ценностей" (1913).

Принадлежа к числу естествоиспытателей, интересующихся основными гносеологическими вопросами естествознания, Оствальд еще до переворота, произведенного открытием рентгеновских лучей, осознал, что механистическая картина мира уже недостаточна для толкования открытых в природе связей. В поисках выхода из трудностей он решил, что понятие "субстанция", основное понятие механистического материализма, должно быть вытеснено понятием "энергия". Он считал, что все законы естествознания могут быть выведены из энергетических законов. Нечеткое использование понятия энергии позволило ему - чисто внешне - сгладить "дуализм" вещества и духа, материи и сознания. Таким образом, материализм и идеализм также, казалось, были преодолены.

Все изложенное Оствальдом его коллегам в 1895 году было в основном разновидностью старого, додиалектического материализма, сдобренного некоторыми идеалистическими приправами. Вместо материальной субстанции в центре картины природы стояла энергия, толкуемая Оствальдом в основном материалистически; мир был для него энергией в пространстве и времени. Позднее в "Натурфилософии" Оствальда под влиянием Канта и Маха идеалистические черты выявились сильнее, не став, однако, господствующими.

В бурных выступлениях, последовавших за докладом в Любеке, физики почти единодушно возражали против энергетических взглядов. Больцман и Планк наиболее резко выступили против взглядов Оствальда. Доводы, высказанные устно, Планк вскоре обобщил в статье "Против новейшей энергетики".

Планк не отрицал, что энергетика - будучи связанной с законом сохранения энергии - содержит "определенное здоровое зерно", но считал провозглашенное Оствальдом энергетическое понимание явлений природы роковым заблуждением и возражал против притязания энергетики быть единственно верным толкованием природных процессов. Прежде всего он упрекал энергетику в том, что она скрывает фундаментальное противоречие между обратимыми и необратимыми процессами, с разработкой и углублением которого, по его убеждению, был связан любой прогресс в термодинамике и теории химического сродства.

Планк был непреклонен в своем отпоре энергетическим спекуляциям, и в главном он был прав Восемнадцатью годами позднее Эйнштейн присоединился к этой отрицательной оценке энергетики. Ссылаясь на статьи Планка, он писал в 1913 году: "Для каждого сторонника подлинно научного мышления чтение этой острополемической заметки является вознаграждением за досаду, испытанную им при чтении тех работ, против которых в ней ведется борьба".

В вопросе об атомизме, который до 1908 года рассматривался Оствальдом как ненаучная теория, Планк не был тогда противником главы энергетической школы. Как и многие естествоиспытатели старшего поколения, например Роберт Бунзен или Эрнст Мах, Планк в то время относился к атомизму с глубоким недоверием. Его мнение изменилось лишь в начале века, когда он теоретически обосновал свою формулу излучения.

В своих классических исследованиях теплового излучения, которые он начал в 1896 году, Планк опирался на результаты работ многих немецких физиков. Теория теплового излучения, по словам Лауэ, от начала до конца "made in Germany". В числе первых исследователей этого явления следует назвать Густава Кирхгофа, который в 1860 году в учении о тепловом излучении выдвинул термодинамические идеи и особенно подробно занимался проблемой "черного излучения", излучения абсолютно черного тела.

Кирхгоф сумел доказать, что в закрытом со всех сторон пустом пространстве возникает состояние излучения, которое зависит не от особенных признаков содержащихся в нем тел, а только от их температуры. Исследование проблемы этого излучения в закрытом пространстве, к которому могут быть сведены все вопросы теплового излучения, вскоре, выступило на первый план во всех исследованиях излучаемой теплоты.

Физик Вилли Вин, в то время еще ассистент Имперского физико-технического института и приват-доцент Берлинского университета, попытался в 1896 году разрешить эту проблему посредством закона излучения. Он добился важного, хотя и неполного успеха, который стал последней ступенью на пути к квантовой теории. "И бессмертной заслугой Вилли Вина, - писал Макс фон Лауэ, - остается то, что он довел физику непосредственно до ворот квантовой физики, а уже следующий шаг, который предпринял Планк, провел ее через эти ворота".

Исследуя распределение энергии в нормальном спектре излучаемой теплоты, Планк основывался на законе Кирхгофа для излучения в пустом пространстве и на законе излучения Вина. Таким путем он хотел подойти к своей цели гармонично и прочно связать теорию теплоты и учение Максвелла - Герца об электричестве. Лишь позднее благодаря своему собственному открытию Планк понял, что на почве классической физики невозможно построить мост между этими двумя теориями.

Исходным пунктом для эпохального открытия Планка послужили опыты, поставленные в конце 90-х годов Отто Луммером и Эрнстом Прингсгеймом в Имперском физико-техническом институте с целью более точного определения излучения черного тела. Важное и в конечном счете решающее значение для теоретического обоснования квантовой формулы Планка имели результаты измерений, которые были получены там же Генрихом Рубенсом и Фердинандом Курлбаумом при экспериментах с излучением длинных волн, в особенности с инфракрасным остаточным излучением полевого шпата и каменной соли.

19 октября 1900 года Курлбаум сообщил об этих опытах Физическому обществу в Берлине. Результаты экспериментов не соответствовали установленной Вином формуле излучения, которая была пригодна для коротких волн и низких температур. Планк, узнав о результатах опыта Рубенса и Курлбаума за несколько дней до заседания, в заранее подготовленном дискуссионном замечании предложил новую формулу излучения, которая, как он считал, помогла устранить выявившиеся несоответствия.