Александр Китайгородский
Физика – моя профессия
Предисловие
Имя профессора А. Китайгородского хорошо известно не только его коллегам по профессии, но и самому широкому кругу читателей в связи с неоднократными выступлениями в печати как популяризатора научных проблем.
В книге «Физика – моя профессия» автор попытался решить трудную, но благодарную задачу – ввести молодого читателя в мир науки, заставить его взглянуть на окружающее глазами физика. И это ему удалось. Влюбленный в свою профессию, ученый образно передает сложность проблем современной физики, всю напряженность научного поиска, романтику этого необычного труда.
Нередко, когда ученые рассказывают широкой аудитории о своей профессии, стремление изложить науку в доступной форме приводит к слишком общим, не всегда предельно четким формулировкам, которые выглядят даже спорными.
Не избежал этого и А. Китайгородский. Желание привлечь внимание молодого читателя к интересным, а иногда спорным и сложным вопросам и изложить это по возможности просто приводит его к расширительному толкованию достижений физических наук. Заслуги же физиков, как равно и успехи физических наук, не нуждаются в такого рода толкованиях в ущерб другим наукам или отраслям знания.
И все же оригинальность проблем, затронутых в этой книге, заслуживает того, чтобы довести их до читателя в том виде, как они поданы автором. Главное здесь – постановка и обсуждение различных научных вопросов и стремление автора глубоко заинтересовать ими молодежь.
В книге «Физика – моя профессия» автор попытался решить трудную, но благодарную задачу – ввести молодого читателя в мир науки, заставить его взглянуть на окружающее глазами физика. И это ему удалось. Влюбленный в свою профессию, ученый образно передает сложность проблем современной физики, всю напряженность научного поиска, романтику этого необычного труда.
Нередко, когда ученые рассказывают широкой аудитории о своей профессии, стремление изложить науку в доступной форме приводит к слишком общим, не всегда предельно четким формулировкам, которые выглядят даже спорными.
Не избежал этого и А. Китайгородский. Желание привлечь внимание молодого читателя к интересным, а иногда спорным и сложным вопросам и изложить это по возможности просто приводит его к расширительному толкованию достижений физических наук. Заслуги же физиков, как равно и успехи физических наук, не нуждаются в такого рода толкованиях в ущерб другим наукам или отраслям знания.
И все же оригинальность проблем, затронутых в этой книге, заслуживает того, чтобы довести их до читателя в том виде, как они поданы автором. Главное здесь – постановка и обсуждение различных научных вопросов и стремление автора глубоко заинтересовать ими молодежь.
Пути и цели
Глава 1
…утверждает, что объяснить и подчинить человеку природу – в этом задача науки. Первую из них решает естествознание. О его путях и целях пойдет речь в этой главе.
За миллионы лет эволюции природа воспитала в человеке стремление создавать самые разные вещи – строить дома, делать топоры и мотыги, прокладывать дороги. В ком силен этот инстинкт, унаследованный от далекого лохматого прародителя, насаживавшего камень с дыркой на подходящую палку и выдалбливавшего уютную пещеру из трех комнат со всеми удобствами в скале, расположенной в живописном районе на берегу, тот становится изобретателем, инженером, агрономом. Если же вдобавок у такого человека нет желания ограничиваться повторением дел своих предшественников, если он хочет строить дома нового типа, создавать такие орудия, каких еще ни у кого не было, и получать такие урожаи, которые еще никому не снились, то он вступает в передовой отряд строителей цивилизации.
Много качеств должен объединять в себе человек, играющий заметную роль в движении мира к духовно богатой и комфортабельной жизни. Нужно знать достигнутые на этом пути успехи и разочаровывающие тупики. Необходима превосходная память, способная вобрать все факты, имеющие прямое и косвенное отношение к делу. А упорство и настойчивость? Многие сотни материалов перепробовал Эдисон, пока нашел подходящую нить накала электрической лампочки.
Непременное и страстное желание увидеть плоды своей работы свойственно людям этого стиля. Нет им покоя до тех пор, пока миллионы и миллионы не ощутят пользу от их дел. При этом они должны уметь не только работать, но и доказывать свою правоту.
А доказать необходимость реорганизации промышленности, или замену материала, к которому все привыкли, или переход от устарелых путей сообщения к новым – это нелегкая задача.
Консерватизм и осторожность общества в таких вещах вполне естественны, а недоверие к новшествам – в крови у людей. Поэтому мало быть знающим и способным, надо стать и умелым пропагандистом своего дела и хитроумным дипломатом, чтобы обходить противников нового.
В конечном счете лучшее берет всегда (скажем для осторожности, почти всегда) верх. Таков закон жизни. Но сколько сил и нервов это стоит тем, у кого единственная цель – бескорыстно помочь людям жить легче и лучше! Бескорыстно? Да, конечно. Хотите убедиться в этом? Предложите деньги за то, чтобы человек отказался от доведения своего дела до конца. Ничего не выйдет – отступников не бывает. Я знал и знаю много таких людей. И всегда восхищаюсь их темпераментным служением своему делу. На пути к цели много разочарований, но зато сколько радости при успехе. Общественное признание – это щедрая расплата за все волнения и тревоги, за труд без счета часов и дней, за беззаветную преданность делу. Для очень многих слово «наука» связано только с подобной деятельностью.
Так долгое время думал и я. В доме моего отца, посвятившего свою жизнь созданию новых материалов, знания оценивались с позиции практической полезности. Надо учиться, надо быть образованным, чтобы делать новые машины, чтобы создавать самую прочную сталь, чтобы придумывать самые быстрые самолеты.
Мальчишек часто спрашивают, кем они хотят быть. Спрашивали и меня, и я всегда отвечал не задумываясь:
– Буду заниматься наукой.
– Какой же?
– Еще не знаю, но буду искать способы строить дома из стекла или займусь усовершенствованием электрических машин.
Лишь позднее я узнал, что в слово «наука» многие вкладывают совсем другой смысл.
Лет четырнадцати я начал регулярно ходить в Румянцевскую библиотеку (старое здание теперешней Ленинской), где проводил время за чтением. Сначала читал то, что связано со школой.
На уроке по географии учительница рассказывала про Индию. Хорошо. Значит, надо почитать что-нибудь про индусских факиров и про нравы раджей.
На уроке литературы шел разговор о декабристах. Тоже интересно: выпишем мемуары Якушкина.
Но скоро выбор книг стал диктоваться не школой, а курилкой библиотеки. Приходится признаться, что я уже покуривал в этом возрасте. Курилка была клубом библиотеки, откуда, я подозреваю, многие посетители и не выходили в читальный зал. Там было всегда шумно, мальчишки кричали и спорили. Спорили жарко, неистово, перепрыгивая с одной темы на другую. Спорили обо всем: о Дарвине и о религии, о гипнозе и самовнушении, об отношении Блока к Белинскому и театральных постановках Мейерхольда.
Я не жалею теперь, что рано начал курить. Посещение курилки – одно из лучших моих воспоминаний, и если преувеличение сказать, что там я получил свое образование, то уж, во всяком случае, верно, что эти нескончаемые споры вели к чтению книг, которые иначе остались бы мне неизвестными.
Одним из непременных посетителей курилки был молодой человек, которого, кажется, звали Валерий. Гладкие длинные волосы, истощенное лицо, глубоко запавшие темные глаза. Он курил самые дешевые папиросы и никогда не ходил в буфет. Денег у него, видимо, не было. За внешностью своей он следил внимательно, ботинки, хотя и в заплатах, были всегда ярко начищены, а свой старомодный пиджак он пытался осовременить, соединяя полы английской булавкой, – тогда были модными пиджаки, обтягивающие бедра. Запомнил я его не из-за колоритной внешности, а за горячие речи, в особенности на темы о призвании человека. Классификация человеческих стремлений по степени их важности казалась Валерию самоочевидной, и впервые от него я услышал понимание науки, совсем отличное от моих домашних представлений.
– Утилитаризм есть выдумка буржуазного общества, – говорил он, попыхивая папиросой. – Это Фрэнсис Бэкон изволил заявить, что стремление к познанию никому не нужно, если оно не связано с практической пользой. Я так и вижу, – продолжал он со злостью, дирижируя рукой с папироской, зажатой между большим и указательным пальцами, – пузатого лавочника, наставляющего своего сына: «Кому нужна поэзия, картины или пустые знания о числе звезд во вселенной? Только нескольким сотням чудаков таких, как ты. Зато все люди хотят есть, нуждаются в одежде и мечтают о теплом и уютном доме. Помогай им в этом, и ты добьешься уважения, почета и достатка…»
Валерий делал затяжку.
– Казалось бы, каждому интеллигентному человеку должна быть противна эта откровенная мещанская проповедь. А вот подите… Все боятся возразить, подводят эту, с позволенья сказать, философию под все творения человеческого духа. Противно слушать Бэкона, что поэзия если и нужна, то лишь как отдых после трудов, а абстрактные знания полезны лишь потому, что их вскоре удастся превратить в дешевую колбасу. Как можно так говорить, как можно сводить все стремления человечества к желанию потуже набить брюхо? Только наука и искусство, лишенные практической направленности, обожествляют человека, возносят его над животными.
– Не говори глупостей! – кричали ему. – Голодному человеку не до чистого искусства, и размерами атома он не станет интересоваться. Сначала надо накормить людей, а потом уже думать об их душе.
Но в защиту Бэкона редко кто выступал. С Валерием соглашались… в принципе. Просто считали его заботы и волнения несвоевременными.
– Конечно, – говорили ему, – общество не мешает тебе заниматься искусством или чистой наукой. Но не жди за это горячей признательности от сегодняшнего мира, в котором для миллионов людей еще недостает хлеба и башмаков. Вот наступит золотой век…
Как-то, когда мы были с Валерием вдвоем, я робко спросил у него:
– Какие же тогда цели у науки, если это не создание полезных вещей?
– Цель науки – это открытие новых фактов и связей между явлениями, – последовал незамедлительно ответ. – Привести примеры?
Я кивнул головой.
– Хорошо. Вот тебе примеры из разных областей. Физик нашел, что электропроводность меди падает с увеличением температуры. Нашел впервые. Найден новый факт – наука стала богаче. Исследователь австралийской фауны нашел новый вид муравьев. Это другой пример бесспорного завоевания науки. Историк после просмотра большого числа оригинальных документов установил, что в кругах немецкого мещанства Великая французская революция была встречена неприязненно – вот тебе третий пример.
– И в этом цели науки? – удивился я.
– Нет. Установление новых, доселе неизвестных фактов – лишь фундамент науки. На долю же более способных, я бы сказал более зрячих, исследователей приходится работа по постройке верхних этажей здания науки. На основе фактов они ищут обобщения и устанавливают связи между явлениями, то есть открывают закономерности. Cкажем, после накопления большого материала об электропроводности веществ исследователь подмечает, что их Можно разбить на две группы: у одних электропроводность растет с температурой, а у других – падает. Дальше устанавливается, что вещества этих двух классов различаются характером электронного строения своих атомов. В свою очередь, и эти частные закономерности, постепенно накопившись, становятся основой более общих представлений о том, как связаны электрические свойства вещестра с их структурой.
– Ну, а в биологии, в истории?
– Совершенно то же самое. Без кропотливого труда армии исследователей не найти общих законов эволюции животного мира, не открыть закономерностей развития человеческого общества.
– Я понимаю. Но скажите, Валерий, если человек ищет пути для улучшения качества стали, разве он не занимается наукой?
– Я бы для такой работы подыскал другое слово, – отвечал он в раздумье. – Конечно, и здесь зачастую открывается много нового и интересного, но оно не является самоцелью.
– Вы что же, к такой деятельности относитесь с меньшим уважением? – Все во мне протестовало, я становился на защиту своего отца. Но обороняться не пришлось.
– Да бог с тобой, – отвечал он спокойно. – Превосходная, благороднейшая деятельность. Но доказывать ее необходимость – это ломиться в открытую дверь. А вот то, что бескорыстное стремление к познанию заслуживает не меньшего уважения, – вот этого очень многие не понимают.
И уже тогда мне стало ясно, что в слово «наука» многие вкладывают совсем разное содержание.
Поэтому нам надо договориться, какое содержание мы будем вкладывать в это понятие.
Я внимательно просмотрел газеты и журналы, прислушался к радио, поинтересовался мнением на этот счет людей, не имеющих ничего общего с наукой в любом понимании слова. Мне кажется, что слово «наука» очень расширилось. Когда говорят, что этот человек ученый или этот человек занимается наукой, – имеют в виду лишь одно: он обладает определенными знаниями и использует их в работе. Лишь меньшинство придает этому слову более узкий смысл: заниматься наукой – значит искать новое, неизвестное. Но и такое определение излишне широко. Чтобы не было недоразумений, разделим научную деятельность людей на три области: прикладные науки, гуманитарные науки и естествознание.
Любое исследование в области прикладных наук направлено к практической цели. Создание новой технологии производства, усовершенствование существующей, создание новых материалов, введение в обиход более быстрых и более удобных путей сообщения, увеличение урожайности почвы, создание новых медикаментов – эти задачи повседневно решаются технической физикой, технической механикой, химической технологией, агрономией, медициной и т. д.
Направление развития прикладных наук довольно очевидно. Оно диктуется практическими нуждами человечества, нуждами страны. Не хватает запасов энергии – значит, надо искать новые источники энергии: создается атомная промышленность. Мало шерсти и она дорога – следовательно, нужна мобилизация ученых на поиски дешевых и эффективных заменителей: создается промышленность синтетического волокна.
И так всегда!
Мир вещей окружает человека. Как подчинить их себе и заставить работать наилучшим образом? На эти вопросы отвечают прикладные науки.
Почему же вещи ведут себя так, а не иначе? Как взаимосвязаны события в мире вещей? Как устроен окружающий нас мир? На эти вопросы отвечают естественные науки. Понимание природы является их конечной целью.
Деление на естественные и прикладные науки – это не деление по областям знания. Физики, занимающиеся изучением законов рассеяния элементарных частиц; химики, исследующие закономерности разрыва химических связей; биологи, рассматривающие в электронный микроскоп строение хвостика бактериофага, – всех этих деятелей мы зачисляем в один отряд. Физик, конструирующий ядерный реактор; химик, улучшающий свойства полиэтилена; биолог-селекционер, выводящий новую породу животных, попадают при нашем делении в другую армию.
Не искусственное ли это деление? Разве не проще считать всех физиков физиками, а всех химиков химиками? Нет, нет и нет! Не только не проще, но ведет к заблуждениям.
Деление по областям знания сохраняется в значительной мере среди исследователей, занимающихся прикладной наукой. Но наша тема – естествознание. И мы не разберемся в основных тенденциях его развития, если по старинке будем строить заборы, отделяющие физиков от химиков и биологов.
Характерная особенность последних десятилетии как раз и состоит в стирании границ между отдельными главами естествознания. Изучение химических реакций, биологических процессов и явлений неживого мира осуществляется одними методами и исходит из общих теоретических позиций.
Показать, что все естествоиспытатели собрались под одно знамя, – одна из задач этой книжки.
Эти пояснения я собираюсь сделать на примере своей узкой профессии. А предварительно хотелось сказать несколько слов о том, как я ее выбрал.
Твердо я знал лишь одно: хочу заниматься наукой. Но какой?
Постепенно приходили негативные решения…
Пожалуй, первой была отброшена мысль заниматься техникой. Не потому, что мне казались ее задачи малопривлекательными. Совсем нет! А просто потому, что я почувствовал склонность к спокойному аналитическому размышлению. Логические скачки в исследованиях, неизбежные в прикладных науках с их лихорадочным стремлением к конечной цели, были мне не по вкусу. Не нашел я в себе и желания сразу видеть зримый результат своих трудов. Найденная новая идея казалась более ценной, чем построенный прибор.
Довольно быстро отказался я и от мысли посвятить себя гуманитарным наукам. Раздражала зыбкость и шаткость суждений, выносимых на основании мизерного числа фактов.
Биология дней моей юности представлялась беспорядочным скопищем фактов. Казалось, что нет здесь возможности для строгого анализа; безнадежны поиски общих законов, которым подчиняется жизнь живых существ. (Сейчас я жалею, что мне так казалось: на наших глазах биология превращается в точную науку.)
Чистая математика также не прельщала.
Схема действий, которая мне нравилась больше всего, – это анализ фактов, поиски общих закономерностей и проверка их на опыте. А все это могла дать только физика! Физика должна стать моей профессией!
Выбор характера деятельности, конечно, не был случайным, он отвечал моим склонностям. А вот выбор узкой профессии был делом случая. Вышло так, что еще за два года до окончания университета я начал работать в лаборатории. Занимался я в той области физики, которая называется «рентгеноструктурный анализ кристаллов».
Тогда научная работа была не в чести, да и зарплату научные работники получали много меньшую, чем инженеры. Мои приятели, а среди них было больше всего посвятивших себя технике, смотрели на меня несколько свысока. Каждый из них мог отчетливо сформулировать цели своей работу. Один занимался усовершенствованием электровозов, другой работал над улучшением гирокомпасов, третий конструировал самолеты.
Они с увлечением рассказывали о своей работе, окружающие легко понимали их замыслы и охотно слушали. Разумеется, и мне хотелось поделиться своими успехами. Как-то в кругу друзей я сообщил о первом законченном мною экспериментальном исследовании.
– Понимаете, я нашел расстояние между атомами в молекуле аминоуксусной кислоты.
– А зачем это нужно? – сразу же последовал вопрос.
– То есть как это зачем? Эти расстояния были до сих пор неизвестны.
– Ну и что же? Кому нужны такие данные?
Я не сумел тогда толком ответить. Приятели меня засмеяли, и я обиженно умолк.
Казалось бы, простой вопрос – зачем это нужно? – в отношении прикладных наук совсем не прост в отношении естествознания, и ответ на него требует некоторого разъяснения.
Определив расстояния между атомами в молекуле аминоуксусной кислоты, я решил задачу своей узкой научной специальности. Как я уже говорил, она называется «рентгеноструктурный анализ кристаллов». Это совсем небольшой участок научного фронта. Тем не менее исследованием структуры кристаллов рентгеновыми лучами занимается во всем мире не один десяток тысяч исследователей. Их цель – усовершенствовать методы эксперимента и расчета, с тем чтобы такие исследования проводить наиболее точно и быстро, а также изучить структуру как можно большего числа веществ во всех тех случаях, когда заранее неясно, какова она. Решению этих задач подчинено развитие рентгеноструктурного анализа кристаллов. Так же точно и любая другая научная специальность является деятельностью, развивающейся согласно своим целям.
Никто из членов научного содружества физиков и химиков, изучающих структуру кристаллов, не сомневается в том, что нужно совершенствовать методы расчета и эксперимента в области рентгеноструктурного анализа, что нужно определять неизвестные структуры кристаллов. Не сомневаются в этом и исследователи, работающие в других областях науки.
Для чего же нужно это делать? Правильный ответ здесь только тот, который давал мой библиотечный собеседник, – это нужно делать для того, чтобы выяснить неизвестные науке факты. Почти во всех без исключения случаях вновь выясненные факты (как бы ничтожны они ни были), новые точки зрения (на сколь угодно скромные явления) не останутся под спудом. Через год или через десятилетия они понадобятся другому исследователю. Научная эстафета, переданная, может быть, через десятки научных работ разных авторов, доберется до цели, уже ощутимой каждым, и окажется составной частью крупного открытия или свершения.
Можно напомнить, что без знания структуры графита не удалось бы рассчитать атомный реактор. А не совершенствуя расчетных методов рентгено-структурного анализа, не удалось бы выяснить структуру гена, а значит, и подойти к уяснению природы наследственности.
Таким образом, деятельность отряда научных работников, занимающихся рентгеноструктурным анализом кристаллов, становится необходимым элементом существенных успехов всей науки.
Наш пример был совершенно произвольным. Можно было бы проследить такое же участие в больших достижениях науки и техники любых других разделов естествознания: инфракрасной спектроскопии или калориметрии; учения о люминесценции или об адсорбции; математической теории «Фурье-преобразований» или теории относительности. И эти разделы науки, как и вся наука в целом, решают свои собственные задачи. Однако каждое научное исследование, принесшее с собой что-то новое, пусть даже вначале незаметное, может быть, через множество посредников окажется включенным в большое и важное открытие.
Если вы возьмете наугад какую-нибудь научную статью, то в конце ее найдете список литературы. Автор ссылается на других ученых, в работах которых он заимствовал нужные ему мысли или впервые обнаруженные факты. Таких ссылок даже небольшая работа имеет в среднем около 20. Большей частью ни один из авторов этих 20 работ не мог догадаться, кому в дальнейшем понадобится его исследование. 20 работ – это те, на которые исследователь сослался. А сколько еще неупомянутых разрозненных мыслей и фактов, взятых из других трудов, легло в основу его исследования.
Каждая хорошая научная работа (а хорошей является та, которая разрешила много неясного) растворяется в работах своих последователей. Элемент научной мысли одного автора содержится в сотнях и тысячах трудов исследователей, прочитавших его научную статью. Как из букв складываются слова, а из слов фразы, так из отдельных научных работ создается новая научная идея, падает или возникает новая научная гипотеза, подготовляется научное открытие.
Как непохожи в этом отношении произведения науки и искусства! Каждое художественное произведение завершено в самом себе, и оно может быть оценено всеми общими критериями, применимыми к искусству в целом. Если искусство грандиозное здание, то произведение художника тоже здание, лишь микроскопического размера – в нем должны быть те же окна, те же двери…
Ни одно научное исследование не завершено само в себе. Оно получает смысл лишь благодаря работе предшественников и последователей. Если наука грандиозное здание, то отдельное исследование – это кирпич в его стене.
Проходят века – искусство накапливает ценности, отсеивает слабое, но хранит великое. Не как музейную ценность. Многие сотни и тысячи лет волнует слушателей и зрителей произведение великого художника.
Путь науки прямой. Мысли каждого исследователя, добытые им факты – это кусочек пройденного пути. Нет дороги без этого метра асфальта, но он пройден, дорога идет дальше. Посмотрите назад – все незаметнее становится отмеченный участок, а в глубине лет он совсем теряется из виду.
До обидного мало времени живет «произведение автора-ученого». Вероятно, что-нибудь около 30–50 лет. За эти годы оно исчерпывающим образом растворяется в работах последователей; лучшее, что в нем есть, усваивается, ненужное отсеивается, и само произведение становится выжатым лимоном.
Это ожидает не только рядовых исследователей. Такова же судьба книг и работ гениальных физиков Ньютона, Максвелла и даже совсем близкого к нам Эйнштейна. Их трудами интересуются только историки науки. Знакомиться же с работами гениев надо по изложениям наших современников. Ведь время обтесывает гениальное открытие, придает ему новую форму, даже меняет черты. Сегодняшняя механика – творение Ньютона – по форме уже слабо напоминает механику, написанную Ньютоном.
Может быть, это отступление поможет вам понять, почему так трудно оценить значимость отдельного научного исследования.
Надо признаться, когда исследователь в области естествознания рассказывает широкой публике о своих достижениях, то он вынужден… мне не хочется говорить – привирать, а скажем лучше – обобщать и описывать, собственно говоря, не значимость своего вклада в науку, что на общедоступном языке сделать практически невозможно, а значимость всей области, в которой он трудится.
Конечно, бывают исключения, когда на фоне будней кропотливой научно-исследовательской работы мы достаточно отчетливо видим рождение новой идеи, открытие новых явлений, создание нового метода исследования.
Иногда значение этого нового сразу же очевидно.
Так было, например, с работой американских ученых Ли и Янга, открывших новое свойство элементарных частиц, или с работой немецкого физика Мессбауэра, обнаружившего новый эффект во взаимодействии гамма-лучей с веществом. Эти ученые почти немедленно были удостоены высшей награды за научные исследования – Нобелевской премии. Но это скорее исключения. Примеры позднего признания ценности открытия можно найти в большем числе.
В 1934 году аспирант Черенков обнаружил новое явление в рассеянии электронов жидкими и твердыми телами. Никто не мог предвидеть в то время, что это приведет через десятилетия к созданию замечательных счетчиков ядерного излучения. Работы были оценены Нобелевской премией четверть века спустя.
За миллионы лет эволюции природа воспитала в человеке стремление создавать самые разные вещи – строить дома, делать топоры и мотыги, прокладывать дороги. В ком силен этот инстинкт, унаследованный от далекого лохматого прародителя, насаживавшего камень с дыркой на подходящую палку и выдалбливавшего уютную пещеру из трех комнат со всеми удобствами в скале, расположенной в живописном районе на берегу, тот становится изобретателем, инженером, агрономом. Если же вдобавок у такого человека нет желания ограничиваться повторением дел своих предшественников, если он хочет строить дома нового типа, создавать такие орудия, каких еще ни у кого не было, и получать такие урожаи, которые еще никому не снились, то он вступает в передовой отряд строителей цивилизации.
Много качеств должен объединять в себе человек, играющий заметную роль в движении мира к духовно богатой и комфортабельной жизни. Нужно знать достигнутые на этом пути успехи и разочаровывающие тупики. Необходима превосходная память, способная вобрать все факты, имеющие прямое и косвенное отношение к делу. А упорство и настойчивость? Многие сотни материалов перепробовал Эдисон, пока нашел подходящую нить накала электрической лампочки.
Непременное и страстное желание увидеть плоды своей работы свойственно людям этого стиля. Нет им покоя до тех пор, пока миллионы и миллионы не ощутят пользу от их дел. При этом они должны уметь не только работать, но и доказывать свою правоту.
А доказать необходимость реорганизации промышленности, или замену материала, к которому все привыкли, или переход от устарелых путей сообщения к новым – это нелегкая задача.
Консерватизм и осторожность общества в таких вещах вполне естественны, а недоверие к новшествам – в крови у людей. Поэтому мало быть знающим и способным, надо стать и умелым пропагандистом своего дела и хитроумным дипломатом, чтобы обходить противников нового.
В конечном счете лучшее берет всегда (скажем для осторожности, почти всегда) верх. Таков закон жизни. Но сколько сил и нервов это стоит тем, у кого единственная цель – бескорыстно помочь людям жить легче и лучше! Бескорыстно? Да, конечно. Хотите убедиться в этом? Предложите деньги за то, чтобы человек отказался от доведения своего дела до конца. Ничего не выйдет – отступников не бывает. Я знал и знаю много таких людей. И всегда восхищаюсь их темпераментным служением своему делу. На пути к цели много разочарований, но зато сколько радости при успехе. Общественное признание – это щедрая расплата за все волнения и тревоги, за труд без счета часов и дней, за беззаветную преданность делу. Для очень многих слово «наука» связано только с подобной деятельностью.
Так долгое время думал и я. В доме моего отца, посвятившего свою жизнь созданию новых материалов, знания оценивались с позиции практической полезности. Надо учиться, надо быть образованным, чтобы делать новые машины, чтобы создавать самую прочную сталь, чтобы придумывать самые быстрые самолеты.
Мальчишек часто спрашивают, кем они хотят быть. Спрашивали и меня, и я всегда отвечал не задумываясь:
– Буду заниматься наукой.
– Какой же?
– Еще не знаю, но буду искать способы строить дома из стекла или займусь усовершенствованием электрических машин.
Лишь позднее я узнал, что в слово «наука» многие вкладывают совсем другой смысл.
Лет четырнадцати я начал регулярно ходить в Румянцевскую библиотеку (старое здание теперешней Ленинской), где проводил время за чтением. Сначала читал то, что связано со школой.
На уроке по географии учительница рассказывала про Индию. Хорошо. Значит, надо почитать что-нибудь про индусских факиров и про нравы раджей.
На уроке литературы шел разговор о декабристах. Тоже интересно: выпишем мемуары Якушкина.
Но скоро выбор книг стал диктоваться не школой, а курилкой библиотеки. Приходится признаться, что я уже покуривал в этом возрасте. Курилка была клубом библиотеки, откуда, я подозреваю, многие посетители и не выходили в читальный зал. Там было всегда шумно, мальчишки кричали и спорили. Спорили жарко, неистово, перепрыгивая с одной темы на другую. Спорили обо всем: о Дарвине и о религии, о гипнозе и самовнушении, об отношении Блока к Белинскому и театральных постановках Мейерхольда.
Я не жалею теперь, что рано начал курить. Посещение курилки – одно из лучших моих воспоминаний, и если преувеличение сказать, что там я получил свое образование, то уж, во всяком случае, верно, что эти нескончаемые споры вели к чтению книг, которые иначе остались бы мне неизвестными.
Одним из непременных посетителей курилки был молодой человек, которого, кажется, звали Валерий. Гладкие длинные волосы, истощенное лицо, глубоко запавшие темные глаза. Он курил самые дешевые папиросы и никогда не ходил в буфет. Денег у него, видимо, не было. За внешностью своей он следил внимательно, ботинки, хотя и в заплатах, были всегда ярко начищены, а свой старомодный пиджак он пытался осовременить, соединяя полы английской булавкой, – тогда были модными пиджаки, обтягивающие бедра. Запомнил я его не из-за колоритной внешности, а за горячие речи, в особенности на темы о призвании человека. Классификация человеческих стремлений по степени их важности казалась Валерию самоочевидной, и впервые от него я услышал понимание науки, совсем отличное от моих домашних представлений.
– Утилитаризм есть выдумка буржуазного общества, – говорил он, попыхивая папиросой. – Это Фрэнсис Бэкон изволил заявить, что стремление к познанию никому не нужно, если оно не связано с практической пользой. Я так и вижу, – продолжал он со злостью, дирижируя рукой с папироской, зажатой между большим и указательным пальцами, – пузатого лавочника, наставляющего своего сына: «Кому нужна поэзия, картины или пустые знания о числе звезд во вселенной? Только нескольким сотням чудаков таких, как ты. Зато все люди хотят есть, нуждаются в одежде и мечтают о теплом и уютном доме. Помогай им в этом, и ты добьешься уважения, почета и достатка…»
Валерий делал затяжку.
– Казалось бы, каждому интеллигентному человеку должна быть противна эта откровенная мещанская проповедь. А вот подите… Все боятся возразить, подводят эту, с позволенья сказать, философию под все творения человеческого духа. Противно слушать Бэкона, что поэзия если и нужна, то лишь как отдых после трудов, а абстрактные знания полезны лишь потому, что их вскоре удастся превратить в дешевую колбасу. Как можно так говорить, как можно сводить все стремления человечества к желанию потуже набить брюхо? Только наука и искусство, лишенные практической направленности, обожествляют человека, возносят его над животными.
– Не говори глупостей! – кричали ему. – Голодному человеку не до чистого искусства, и размерами атома он не станет интересоваться. Сначала надо накормить людей, а потом уже думать об их душе.
Но в защиту Бэкона редко кто выступал. С Валерием соглашались… в принципе. Просто считали его заботы и волнения несвоевременными.
– Конечно, – говорили ему, – общество не мешает тебе заниматься искусством или чистой наукой. Но не жди за это горячей признательности от сегодняшнего мира, в котором для миллионов людей еще недостает хлеба и башмаков. Вот наступит золотой век…
Как-то, когда мы были с Валерием вдвоем, я робко спросил у него:
– Какие же тогда цели у науки, если это не создание полезных вещей?
– Цель науки – это открытие новых фактов и связей между явлениями, – последовал незамедлительно ответ. – Привести примеры?
Я кивнул головой.
– Хорошо. Вот тебе примеры из разных областей. Физик нашел, что электропроводность меди падает с увеличением температуры. Нашел впервые. Найден новый факт – наука стала богаче. Исследователь австралийской фауны нашел новый вид муравьев. Это другой пример бесспорного завоевания науки. Историк после просмотра большого числа оригинальных документов установил, что в кругах немецкого мещанства Великая французская революция была встречена неприязненно – вот тебе третий пример.
– И в этом цели науки? – удивился я.
– Нет. Установление новых, доселе неизвестных фактов – лишь фундамент науки. На долю же более способных, я бы сказал более зрячих, исследователей приходится работа по постройке верхних этажей здания науки. На основе фактов они ищут обобщения и устанавливают связи между явлениями, то есть открывают закономерности. Cкажем, после накопления большого материала об электропроводности веществ исследователь подмечает, что их Можно разбить на две группы: у одних электропроводность растет с температурой, а у других – падает. Дальше устанавливается, что вещества этих двух классов различаются характером электронного строения своих атомов. В свою очередь, и эти частные закономерности, постепенно накопившись, становятся основой более общих представлений о том, как связаны электрические свойства вещестра с их структурой.
– Ну, а в биологии, в истории?
– Совершенно то же самое. Без кропотливого труда армии исследователей не найти общих законов эволюции животного мира, не открыть закономерностей развития человеческого общества.
– Я понимаю. Но скажите, Валерий, если человек ищет пути для улучшения качества стали, разве он не занимается наукой?
– Я бы для такой работы подыскал другое слово, – отвечал он в раздумье. – Конечно, и здесь зачастую открывается много нового и интересного, но оно не является самоцелью.
– Вы что же, к такой деятельности относитесь с меньшим уважением? – Все во мне протестовало, я становился на защиту своего отца. Но обороняться не пришлось.
– Да бог с тобой, – отвечал он спокойно. – Превосходная, благороднейшая деятельность. Но доказывать ее необходимость – это ломиться в открытую дверь. А вот то, что бескорыстное стремление к познанию заслуживает не меньшего уважения, – вот этого очень многие не понимают.
И уже тогда мне стало ясно, что в слово «наука» многие вкладывают совсем разное содержание.
Поэтому нам надо договориться, какое содержание мы будем вкладывать в это понятие.
Я внимательно просмотрел газеты и журналы, прислушался к радио, поинтересовался мнением на этот счет людей, не имеющих ничего общего с наукой в любом понимании слова. Мне кажется, что слово «наука» очень расширилось. Когда говорят, что этот человек ученый или этот человек занимается наукой, – имеют в виду лишь одно: он обладает определенными знаниями и использует их в работе. Лишь меньшинство придает этому слову более узкий смысл: заниматься наукой – значит искать новое, неизвестное. Но и такое определение излишне широко. Чтобы не было недоразумений, разделим научную деятельность людей на три области: прикладные науки, гуманитарные науки и естествознание.
Любое исследование в области прикладных наук направлено к практической цели. Создание новой технологии производства, усовершенствование существующей, создание новых материалов, введение в обиход более быстрых и более удобных путей сообщения, увеличение урожайности почвы, создание новых медикаментов – эти задачи повседневно решаются технической физикой, технической механикой, химической технологией, агрономией, медициной и т. д.
Направление развития прикладных наук довольно очевидно. Оно диктуется практическими нуждами человечества, нуждами страны. Не хватает запасов энергии – значит, надо искать новые источники энергии: создается атомная промышленность. Мало шерсти и она дорога – следовательно, нужна мобилизация ученых на поиски дешевых и эффективных заменителей: создается промышленность синтетического волокна.
И так всегда!
Мир вещей окружает человека. Как подчинить их себе и заставить работать наилучшим образом? На эти вопросы отвечают прикладные науки.
Почему же вещи ведут себя так, а не иначе? Как взаимосвязаны события в мире вещей? Как устроен окружающий нас мир? На эти вопросы отвечают естественные науки. Понимание природы является их конечной целью.
Деление на естественные и прикладные науки – это не деление по областям знания. Физики, занимающиеся изучением законов рассеяния элементарных частиц; химики, исследующие закономерности разрыва химических связей; биологи, рассматривающие в электронный микроскоп строение хвостика бактериофага, – всех этих деятелей мы зачисляем в один отряд. Физик, конструирующий ядерный реактор; химик, улучшающий свойства полиэтилена; биолог-селекционер, выводящий новую породу животных, попадают при нашем делении в другую армию.
Не искусственное ли это деление? Разве не проще считать всех физиков физиками, а всех химиков химиками? Нет, нет и нет! Не только не проще, но ведет к заблуждениям.
Деление по областям знания сохраняется в значительной мере среди исследователей, занимающихся прикладной наукой. Но наша тема – естествознание. И мы не разберемся в основных тенденциях его развития, если по старинке будем строить заборы, отделяющие физиков от химиков и биологов.
Характерная особенность последних десятилетии как раз и состоит в стирании границ между отдельными главами естествознания. Изучение химических реакций, биологических процессов и явлений неживого мира осуществляется одними методами и исходит из общих теоретических позиций.
Показать, что все естествоиспытатели собрались под одно знамя, – одна из задач этой книжки.
* * *
Пояснив, что такое естествознание, попытаемся рассказать читателю о том, что собой представляет отдельное исследование в области естествознания.Эти пояснения я собираюсь сделать на примере своей узкой профессии. А предварительно хотелось сказать несколько слов о том, как я ее выбрал.
Твердо я знал лишь одно: хочу заниматься наукой. Но какой?
Постепенно приходили негативные решения…
Пожалуй, первой была отброшена мысль заниматься техникой. Не потому, что мне казались ее задачи малопривлекательными. Совсем нет! А просто потому, что я почувствовал склонность к спокойному аналитическому размышлению. Логические скачки в исследованиях, неизбежные в прикладных науках с их лихорадочным стремлением к конечной цели, были мне не по вкусу. Не нашел я в себе и желания сразу видеть зримый результат своих трудов. Найденная новая идея казалась более ценной, чем построенный прибор.
Довольно быстро отказался я и от мысли посвятить себя гуманитарным наукам. Раздражала зыбкость и шаткость суждений, выносимых на основании мизерного числа фактов.
Биология дней моей юности представлялась беспорядочным скопищем фактов. Казалось, что нет здесь возможности для строгого анализа; безнадежны поиски общих законов, которым подчиняется жизнь живых существ. (Сейчас я жалею, что мне так казалось: на наших глазах биология превращается в точную науку.)
Чистая математика также не прельщала.
Схема действий, которая мне нравилась больше всего, – это анализ фактов, поиски общих закономерностей и проверка их на опыте. А все это могла дать только физика! Физика должна стать моей профессией!
Выбор характера деятельности, конечно, не был случайным, он отвечал моим склонностям. А вот выбор узкой профессии был делом случая. Вышло так, что еще за два года до окончания университета я начал работать в лаборатории. Занимался я в той области физики, которая называется «рентгеноструктурный анализ кристаллов».
Тогда научная работа была не в чести, да и зарплату научные работники получали много меньшую, чем инженеры. Мои приятели, а среди них было больше всего посвятивших себя технике, смотрели на меня несколько свысока. Каждый из них мог отчетливо сформулировать цели своей работу. Один занимался усовершенствованием электровозов, другой работал над улучшением гирокомпасов, третий конструировал самолеты.
Они с увлечением рассказывали о своей работе, окружающие легко понимали их замыслы и охотно слушали. Разумеется, и мне хотелось поделиться своими успехами. Как-то в кругу друзей я сообщил о первом законченном мною экспериментальном исследовании.
– Понимаете, я нашел расстояние между атомами в молекуле аминоуксусной кислоты.
– А зачем это нужно? – сразу же последовал вопрос.
– То есть как это зачем? Эти расстояния были до сих пор неизвестны.
– Ну и что же? Кому нужны такие данные?
Я не сумел тогда толком ответить. Приятели меня засмеяли, и я обиженно умолк.
Казалось бы, простой вопрос – зачем это нужно? – в отношении прикладных наук совсем не прост в отношении естествознания, и ответ на него требует некоторого разъяснения.
Определив расстояния между атомами в молекуле аминоуксусной кислоты, я решил задачу своей узкой научной специальности. Как я уже говорил, она называется «рентгеноструктурный анализ кристаллов». Это совсем небольшой участок научного фронта. Тем не менее исследованием структуры кристаллов рентгеновыми лучами занимается во всем мире не один десяток тысяч исследователей. Их цель – усовершенствовать методы эксперимента и расчета, с тем чтобы такие исследования проводить наиболее точно и быстро, а также изучить структуру как можно большего числа веществ во всех тех случаях, когда заранее неясно, какова она. Решению этих задач подчинено развитие рентгеноструктурного анализа кристаллов. Так же точно и любая другая научная специальность является деятельностью, развивающейся согласно своим целям.
Никто из членов научного содружества физиков и химиков, изучающих структуру кристаллов, не сомневается в том, что нужно совершенствовать методы расчета и эксперимента в области рентгеноструктурного анализа, что нужно определять неизвестные структуры кристаллов. Не сомневаются в этом и исследователи, работающие в других областях науки.
Для чего же нужно это делать? Правильный ответ здесь только тот, который давал мой библиотечный собеседник, – это нужно делать для того, чтобы выяснить неизвестные науке факты. Почти во всех без исключения случаях вновь выясненные факты (как бы ничтожны они ни были), новые точки зрения (на сколь угодно скромные явления) не останутся под спудом. Через год или через десятилетия они понадобятся другому исследователю. Научная эстафета, переданная, может быть, через десятки научных работ разных авторов, доберется до цели, уже ощутимой каждым, и окажется составной частью крупного открытия или свершения.
Можно напомнить, что без знания структуры графита не удалось бы рассчитать атомный реактор. А не совершенствуя расчетных методов рентгено-структурного анализа, не удалось бы выяснить структуру гена, а значит, и подойти к уяснению природы наследственности.
Таким образом, деятельность отряда научных работников, занимающихся рентгеноструктурным анализом кристаллов, становится необходимым элементом существенных успехов всей науки.
Наш пример был совершенно произвольным. Можно было бы проследить такое же участие в больших достижениях науки и техники любых других разделов естествознания: инфракрасной спектроскопии или калориметрии; учения о люминесценции или об адсорбции; математической теории «Фурье-преобразований» или теории относительности. И эти разделы науки, как и вся наука в целом, решают свои собственные задачи. Однако каждое научное исследование, принесшее с собой что-то новое, пусть даже вначале незаметное, может быть, через множество посредников окажется включенным в большое и важное открытие.
Если вы возьмете наугад какую-нибудь научную статью, то в конце ее найдете список литературы. Автор ссылается на других ученых, в работах которых он заимствовал нужные ему мысли или впервые обнаруженные факты. Таких ссылок даже небольшая работа имеет в среднем около 20. Большей частью ни один из авторов этих 20 работ не мог догадаться, кому в дальнейшем понадобится его исследование. 20 работ – это те, на которые исследователь сослался. А сколько еще неупомянутых разрозненных мыслей и фактов, взятых из других трудов, легло в основу его исследования.
Каждая хорошая научная работа (а хорошей является та, которая разрешила много неясного) растворяется в работах своих последователей. Элемент научной мысли одного автора содержится в сотнях и тысячах трудов исследователей, прочитавших его научную статью. Как из букв складываются слова, а из слов фразы, так из отдельных научных работ создается новая научная идея, падает или возникает новая научная гипотеза, подготовляется научное открытие.
Как непохожи в этом отношении произведения науки и искусства! Каждое художественное произведение завершено в самом себе, и оно может быть оценено всеми общими критериями, применимыми к искусству в целом. Если искусство грандиозное здание, то произведение художника тоже здание, лишь микроскопического размера – в нем должны быть те же окна, те же двери…
Ни одно научное исследование не завершено само в себе. Оно получает смысл лишь благодаря работе предшественников и последователей. Если наука грандиозное здание, то отдельное исследование – это кирпич в его стене.
Проходят века – искусство накапливает ценности, отсеивает слабое, но хранит великое. Не как музейную ценность. Многие сотни и тысячи лет волнует слушателей и зрителей произведение великого художника.
Путь науки прямой. Мысли каждого исследователя, добытые им факты – это кусочек пройденного пути. Нет дороги без этого метра асфальта, но он пройден, дорога идет дальше. Посмотрите назад – все незаметнее становится отмеченный участок, а в глубине лет он совсем теряется из виду.
До обидного мало времени живет «произведение автора-ученого». Вероятно, что-нибудь около 30–50 лет. За эти годы оно исчерпывающим образом растворяется в работах последователей; лучшее, что в нем есть, усваивается, ненужное отсеивается, и само произведение становится выжатым лимоном.
Это ожидает не только рядовых исследователей. Такова же судьба книг и работ гениальных физиков Ньютона, Максвелла и даже совсем близкого к нам Эйнштейна. Их трудами интересуются только историки науки. Знакомиться же с работами гениев надо по изложениям наших современников. Ведь время обтесывает гениальное открытие, придает ему новую форму, даже меняет черты. Сегодняшняя механика – творение Ньютона – по форме уже слабо напоминает механику, написанную Ньютоном.
Может быть, это отступление поможет вам понять, почему так трудно оценить значимость отдельного научного исследования.
Надо признаться, когда исследователь в области естествознания рассказывает широкой публике о своих достижениях, то он вынужден… мне не хочется говорить – привирать, а скажем лучше – обобщать и описывать, собственно говоря, не значимость своего вклада в науку, что на общедоступном языке сделать практически невозможно, а значимость всей области, в которой он трудится.
Конечно, бывают исключения, когда на фоне будней кропотливой научно-исследовательской работы мы достаточно отчетливо видим рождение новой идеи, открытие новых явлений, создание нового метода исследования.
Иногда значение этого нового сразу же очевидно.
Так было, например, с работой американских ученых Ли и Янга, открывших новое свойство элементарных частиц, или с работой немецкого физика Мессбауэра, обнаружившего новый эффект во взаимодействии гамма-лучей с веществом. Эти ученые почти немедленно были удостоены высшей награды за научные исследования – Нобелевской премии. Но это скорее исключения. Примеры позднего признания ценности открытия можно найти в большем числе.
В 1934 году аспирант Черенков обнаружил новое явление в рассеянии электронов жидкими и твердыми телами. Никто не мог предвидеть в то время, что это приведет через десятилетия к созданию замечательных счетчиков ядерного излучения. Работы были оценены Нобелевской премией четверть века спустя.