Великие исторические личности. 100 историй о правителях-реформаторах, изобретателях и бунтарях - Анна Мудрова

К своему открытию Планк пришел не сразу. В середине 1890-х годов он занялся проблемой теплового излучения и в конце 1900 года достиг решающего успеха: он получил правильную формулу для распределения энергии и дал её теоретическое обоснование, введя знаменитый «квант действия». Квантовая гипотеза немецкого учёного, глубокий смысл которой вскрылся лишь много позже, ознаменовала рождение квантовой физики. В последующие годы Планк приложил много усилий, пытаясь согласовать свои результаты с классической физикой; он крайне настороженно относился к дальнейшим шагам, уводящим в сторону от старых представлений.

Квантовая теория возникла в связи с непреодолимыми трудностями, которые испытывала классическая теория физики при попытке объяснить полученные опытным путем закономерности теплового излучения твердого тела. Дело в том, что к моменту возникновения теории Планка ситуация в физике, касающаяся процессов передачи энергии, была довольно-таки сложной. Многие теоретические вопросы не находили ответа, а объяснения, которые пытались давать ученые, были противоречивы. Попытки самого Планка решить эту проблему, описать экспериментальные данные единой теоретической формулой, увенчались успехом только после того, как он (вопреки всем известным законам физики) фактически понял, что энергия излучается не постоянно и непрерывно, а дискретными порциями.

Сущность «парадоксальной гипотезы» Планка заключалась в том, что испускание и поглощение электромагнитной энергии атомами и молекулами происходит не непрерывно, а порциями (прерывно, дискретно), или «квантами», как несколько позже предложил называть их Планк. «Это было сделанное на уровне абстрактного мышления. Открытие дискретности там, — говорил позже Э. Шрёдингер, — где ее меньше всего ждали», то есть в процессах обмена энергией.

Планк открыл новую естественную постоянную величину — элементарный квант действия — и нашел ее численное значение. Теперь эта величина известна как «постоянная Планка».

Открытие элементарного кванта действия положило начало новой эпохе в физической науке. Оно показало, что тезис о бесконечной непрерывности всех природных процессов был заблуждением. Выяснилось, что в природе бывают изменения, которые происходят не плавно, а скачками, «взрывообразно», как сказал Планк. Представление о равномерном обмене энергией не могло больше считаться верным.

Значение открытой Планком новой постоянной величины (это называется константа) можно сравнить только со значением константы скорости света. В исследовании атома постоянная Планка играет основополагающую роль. Ее открытие — эпохальное научное деяние, революция, величие которой нисколько не умаляется тем, что Планк стал революционером против собственной воли. Для Планка, который, по словам хорошо знавшего его Макса Борна, «от природы был консерватором, ничего не имел от революционера и весьма скептически относился к спекулятивным рассуждениям», было весьма нелегко примириться с идеей прерывистости передачи энергии, противоречившей всем традициям классической теории. Ошеломленный неожиданными с точки зрения классической физики последствиями своего открытия, он долгое время сопротивлялся признанию вытекающих из него следствий. Другие исследователи, менее, чем он, приверженные традиции, вскоре значительно обогнали его: это были прежде всего Альберт Эйнштейн и Нильс Бор.

Последние десятилетия жизни Планка были омрачены трагическими событиями. Его первая жена, урожденная Мария Мерк, с которой он вступил в брак в 1885 году, умерла в 1909 году, оставив четверых детей, трое из которых не пережили Первой мировой войны. В 1916 году был убит воевавший во Франции старший сын Карл, в последующие два года умерли от родов две его дочери-близнецы. От первой жены оставался только один сын Эрвин, но и его пережил Планк. В 1944 году Эрвин был вовлечен в заговор против Гитлера и казнен.

Планк воспринял приход фашистов в 1933 году к власти в Германии как национальную трагедию. Человек сложившихся взглядов и религиозных убеждений, он открыто выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов и вынужденных эмигрировать за границу. Макс Планк не дожил несколько месяцев до своего девяностолетия. Он скончался в Пруссии — 4 октября 1947 года, в Геттингене.

Изменения, начало которым он положил, явились поистине революционными. Их масштабы прекрасно понимал и сам Планк, писавший о кванте действия, что это либо «фиктивная величина», лишенная смысла, либо же «вывод закона излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике и означает собой нечто совершенно новое и неслыханное, что должно произвести переворот в нашем физическом мышлении…»

Все дальнейшее развитие естествознания показало, что введенное Планком понятие о дискретности энергии электромагнитного излучения играет такую же фундаментальную роль в физике, как, например, представления об атомистическом строении вещества Демокрита.

В знак признания его заслуг в развитии физики благодаря «открытию кванта действия» Макс Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за 1918 год.

Эйнштейн Альберт

1879–1955

Основателей современной теоретической физики, создатель теории относительности.

Большинство людей полагает, что именно Эйнштейн основал теорию относительности в первом десятилетии XX века — словно он тихо сидел в своем кабинете и в одиночестве сумел создать абсолютно новую теорию пространства и времени. На самом деле примерно так дело и обстояло. Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну, взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Идея того, что время и длина зависят от нашей скорости, была впервые предложена как объяснения одного наблюдения, которое когда-то всех поразило. В XIX веке изобрели очень чувствительный аппарат, который должен измерять скорость света, находясь на Земле.

Автором общей теории относительности, о которой наслышаны даже школьники, признан великий ученый Альберт Эйнштейн. Все это так — именно перу Эйнштейна принадлежат работы по специальной теории относительности (СТО, теории, описывающей мир при скоростях, близких к скорости света) (1905 год), и по ОТО (теория тяготения, вытекающая из СТО) (1915–1916 годы). В одиночку Эйнштейн, будь он хоть трижды гениален, создать великую теорию не смог бы, если бы не предшествующие работы десятков других физиков, работавших с XVII по XX век.

Главная заслуга Эйнштейна — обобщение разрозненных фактов, легших в основу СТО и ОТО, и внесение предложений, поломавших все царившие в науке того времени стереотипы. Но не стоит думать, что это легко — простой человек не смог бы полностью отрешиться от господствовавших в науке идей и сделать предположения, даже сейчас кажущиеся фантастическими. Нестандартное мышление и прозорливость Эйнштейна позволили ему увидеть то, что было упущено учеными из-за споров о космическом эфире и скорости света.

Но автором СТО и ОТО считается Эйнштейн, так как ни Лоренц, ни Пуанкаре, ни многие другие видные ученые не смогли отказаться от идеи эфира как переносчика света. Эйнштейн в своей работе «К электродинамике движущихся сред» (1905 год) показал, что принятая в течение нескольких веков теория эфира (тонкой, заполняющей весь мир субстанции, которая служит только для распространения света) несостоятельна, а объяснить постоянство скорости света можно только введением нескольких постулатов (постулат — утверждение, принимаемое за истинное и не требующее доказательства), устанавливающих свойства времени, пространства и света.

Говоря научным языком, Эйнштейн осознал, что описание любого физического события или явления зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель. Вспомним трамвай, в котором, как считается, ехал ученый в день великого осознания. Если пассажирка трамвая, например, уронит очки, то для нее они упадут вертикально вниз, а для пешехода, стоящего на улице, очки будут падать по параболе, поскольку трамвай движется, в то время как очки падают. У каждого своя система отсчета.

Хотя описания событий при переходе из одной системы отсчета в другую меняются, есть и универсальные вещи, остающиеся неизменными. Если вместо описания падения очков задаться вопросом о законе природы, вызывающем их падение, то ответ на него будет один и тот же и для наблюдателя в неподвижной системе координат, и для наблюдателя в движущейся системе координат. Закон распределенного движения в равной мере действует и на улице, и в трамвае. Иными словами, в то время как описание событий зависит от наблюдателя, законы природы от него не зависят, то есть, как принято говорить на научном языке, являются инвариантными. В этом и заключается принцип относительности.