Мышление гениев

Если мы посмотрим, как развивалась наука, то увидим, что в этом и состоит её суть: учёные строят модели, эти модели работают, а затем выясняется, что не во всех случаях, а значит, принятую модель нужно менять. Но как?

И тут наступает время изменить направление движения в тоннеле – заметить то, чего мы прежде не замечали, найти способ думать о том же самом, но по-другому.

Все мы знаем о существовании атомов. Нам кажется это таким естественным! Ну конечно, а как может быть иначе? Материя состоит из частиц материи! Ещё древние греки так думали! Но факт в том, что вплоть до 1905 года существование атомов считалось лишь гипотезой.

В 1905 году случилась Великая физическая революция, которую совершил работник обычного патентного бюро – ещё совершенно юный Альберт Эйнштейн. В этом году он докажет существование квантов (за что в 1921 году ему дадут Нобелевскую премию). В этом же году он сформулирует свою теорию относительности. И в этом же году, по-новому взглянув на броуновское движение, он покажет, что атомы – это реальность[14].

Итак, до Эйнштейна многие серьёзные учёные не только сомневались в существовании атома, но и вовсе считали эту идею «метафизической чушью». Однако же Эйнштейну удалось создать интеллектуальную модель, которая смогла побороть это предубеждение.

Встал вопрос об устройстве атома. К этому моменту самой популярной гипотезой считалась так называемая «томпсоновская модель». Джозеф Томпсон, открывший существование электрона, предположил, что атом должен состоять из взвеси отрицательно и положительно заряженных «корпускул», что обуславливает электрическую нейтральность атома.

Великий Эрнст Резерфорд, открывший альфа-, бета- и гамма-излучение, решил экспериментально проверить состоятельность «томпсоновской модели». Он посадил своего ассистента Ганса Гейгера в подвал лаборатории, чтобы тот считал микроскопические вспышки света, возникающие на экране, когда альфа-частицы, испускаемые радиоактивным веществом, пролетают сквозь тонкую золотую фольгу.

Если «модель Томпсона» верна, – рассуждал Резерфорд, – то тяжёлые положительно заряженные альфа-частицы должны свободно пролетать в «дырках» между атомами золота, и лишь некоторые будут чуть-чуть отклоняться, попадая в атом и пролетая рядом с положительными «корпускулами».

И что же – «модель Томпсона» выстояла! Результаты эксперимента, задуманного Резерфордом и исполненного Гейгером, это подтвердили. Сейчас мы знаем, что эта модель неверна, но помните – мы не знаем того, чего мы не знаем. И Резерфорд – не исключение, и Гейгер тоже. Плюс тут даже есть экспериментальное доказательство…

Что дёрнуло Резерфорда раздвинуть размеры «тоннеля», который сам же он и укрепил, непонятно. Но в 1909 году он предложил своему студенту Эрнесту Марсдену тоже посидеть за экраном с лупой и посчитать вспышки. На сей раз, правда, не только в том месте, где их прежде ловил Гейгер, но и на экранах, расположенных сильно в стороне.

Поскольку работа была поручена студенту, можно догадаться, что Резерфорд на самом-то деле тыкал пальцем в небо, совершенно не рассчитывая на какой бы то ни было прорыв.

И действительно, когда Марсден обнаружил крайне редкие вспышки на экранах, которые находились под большим углом к основному потоку альфа-частиц, Резерфорд сказал: «Это почти так же невероятно, как стрелять пятнадцатидюймовыми снарядами по бумажной салфетке и получить их рикошетом назад».

Как объяснить столь мощное отклонение? Видимо, альфа-частицы время от времени наталкиваются на какой-то более мощный, чем предполагалось, положительно заряженный объект в атомах золота. Так возникла идея ядра атома, а вслед за ней Резерфорд создал и свою знаменитую «планетарную модель атома», которую мы изучали в школе.

Но ирония в том, что и эта модель была неверной. Да, она неплохо объясняла оба эксперимента – и Гейгера, и Марсдена. Кроме этого, она была очень красива – микромир казался устроенным так же, как Солнечная система. Буквально какая-то фантастическая матрёшка мирозданья!

Но если «планетарная модель атома» верна, то электроны, движущиеся по своим орбитам, должны испускать огромную электромагнитную энергию. В этом случае они растратили бы её за доли секунды и просто упали бы на ядро.

Иными словами, если мы соглашаемся с этой моделью (доказанной, между прочим, в опыте), то история нашей Вселенной закончилась бы, даже не успев начаться. Теория «Большого взрыва» превратилась бы в теорию «Большого схлопывания».

Поэтому дальше последовала модель атома, учитывающая квантово-волновой дуализм Нильса Бора. Потом придумались кварки. А теперь учёные и вовсе строят модели «струн», то есть двумерных материальных объектов (что само по себе выглядит как нелепость), образующих безбрежное мирозданье.

И вот ведь снова какая ирония! Эйнштейн, который, казалось бы, начал эту революцию, так и не смог принять открытий Нильса Бора, считая их чересчур экстравагантными. И нам остаётся только гадать, что бы он сказал (и как бы он выругался), узнай он о том, что материя создана двумерными объектами.

Эйнштейн не мог согласиться с тем, что одна и та же реальность в одних случаях описывается одними законами, а в других – на квантовом уровне – другими. Ему казалось это чистой воды абсурдом. Но так называемая копенгагенская интерпретация на этом настаивает, и её модели работают.

Может быть, кто-нибудь когда-нибудь сможет избавить нас от этого парадокса и пересоберёт «тоннель» физиков каким-то совершенно другим способом. А может быть, и нет. Кто знает?..

Но наивно думать, что эволюция, которая изготавливала нас для вполне определённых целей выживания в дикой природе, оснастила нас интеллектуальным аппаратом, способным решать любые задачи. Скорее всего, это не так. И мы должны быть предельно внимательны к своей ограниченности.

Да, наши тоннели очень прочны, а наши модели – это только модели. Впрочем, всё это не отменяет возможности для нас двигаться дальше и создавать что-то новое.