Чтение онлайн

При всех этих обстоятельствах представляется, что возможность производства оружия массового уничтожения, против которого нельзя защищаться, не должна более рассматриваться просто как новая дополнительная опасность, которая угрожает нашему и без того находящемуся под угрозой миру. Скорее эта возможность является впечатляющим напоминанием того, как тесно связаны друг с другом судьбы всех людей. В самом деле, кризис, перед лицом которого сейчас стоит цивилизация, должен был бы представить уникальную возможность устранить препятствия, имеющиеся на пути к мирному сосуществованию между нациями, и повлечь за собой такое взаимное доверие, которое позволило бы им совместными усилиями реализовать огромные возможности, относящиеся к человеческому благосостоянию и вытекающие из прогресса науки.

Достижение этой цели, которая накладывает на наше поколение серьёзнейшую ответственность перед будущим, конечно, зависит от позиции всех людей мира. Однако значительная помощь может быть оказана при этом учеными во всём мире. Она заключается в том, что учёные должны дать объективную картину того положения, в которое поставлен мир, и указать, каким образом огромное развитие энергетических ресурсов может способствовать прогрессу человечества. При таком широком подходе, охватывающем и международные проблемы, также были бы полезными более тесные контакты между учёными, которые можно было бы организовать в рамках международного сотрудничества. Подобное сотрудничество принесло в свое время плодотворные результаты в области научных исследований и привело к столь далеко идущим последствиям.

Для того чтобы должным образом встретить этот вызов цивилизации, самым лучшим было бы, если бы мы занимались чисто научными исследованиями, не имеющими никакой иной цели, кроме как расширение границ нашего понимания природы, частью которой являемся мы сами. Будем надеяться, что наука, которая веками оставалась символом прогресса, достигаемого объединёнными усилиями людей, сможет внести решающий вклад в гармоническое развитие отношений между всеми народами, демонстрируя своим развитием настоятельную необходимость взаимного понимания между ними.

1946

69 ИДЕИ НЬЮТОНА И СОВРЕМЕННАЯ АТОМНАЯ ФИЗИКА *

*Newton's Principles and Modern Atomic Mechanics. The Royal Society Newton Tercentenary Celebrations, Cambridge, 1946, p. 56—61.

Каждый из участников чувствует себя чрезвычайно польщённым, получив, благодаря приглашению Королевского общества, возможность участвовать в праздновании трехсотлетнего юбилея со дня рождения величайшего гения, которому все мы так обязаны за те основы, на которых базировалось всё дальнейшее развитие науки. С благоговением взирая на фундаментальные открытия Ньютона, мы даже не знаем, чем восхищаться в первую очередь: его ли провидением в вопросе об универсальном гравитационном притяжении тел или же умением раскрывать суть природных явлений, которое привело его к основополагающим открытиям в оптике, или, быть может, сверх всего этого удивительной способностью Ньютона подмечать и формулировать общие принципы и созданием эффектного для приложений математического аппарата. Возможно, было бы правильным сказать, что Ньютон не только привёл в порядок всю совокупность известных в то время данных, но и приписать его гению изумительную способность предвидеть последующие открытия и дальнейшее развитие науки.

Сформулированные Ньютоном принципы механики, которые являются образцом для любого причинного описания явлений природы, в действительности послужили основой всего последующего развития физики как науки и, как известно, использовались философами в качестве основного источника, питавшего их попытки установить окончательные категории человеческого мышления. Сейчас я попытаюсь обсудить, какую роль именно в этом отношении сыграл пересмотр основ непосредственных приложений даже самых элементарных наших концепций, таких, как пространственно-временные соотношения и причинность, на которые опирается современная физика. Прежде всего я попытаюсь показать, как с этих новых позиций мы можем, по-видимому, яснее, чем когда-либо, оценить ту мудрость и осмотрительность, которые проявлял Ньютон в своих неустанных попытках найти равновесие между анализом и синтезом. Для этой цели я вкратце напомню ряд основных фактов, характеризующих развитие физики в посленьютоновский период.

Одним из главных в ряду фундаментальных достижений было, несомненно, создание в прошлом веке теории электромагнетизма. Разумеется, представление об отсутствии связи между электрическими и магнитными явлениями относится к далёкому прошлому; однако более глубоко взаимосвязь между ними стала понятна только после открытия Эрстеда и прежде всего после удивительных работ Майкла Фарадея, результаты которых он впервые обсуждал в том самом зале, где мы сегодня собрались. Его фундаментальные открытия и оригинальные идеи послужили вскоре основой универсальной теории, созданной Клерком Максвеллом, в котором весь мир признает достойного продолжателя великого дела Ньютона. В начале своей работы Максвелл основывался непосредственно на положениях ньютоновской механики. Однако, когда его предсказания, относящиеся к распространению электромагнитного излучения, так убедительно подтвердились исследованиями и открытиями Герца и, по мере того как постепенно выяснялась внутренняя самосогласованность электромагнитной теории, естественно возник вопрос о возможности формулировки всех положений механики на основе принципов электромагнетизма.

Каким бы ни был окончательный ответ на вопросы такого рода, которые остаются нерешёнными и по сей день и которые неотделимы от самых фундаментальных проблем строения материи, открытие конечной скорости распространения любых взаимодействий, завершившееся созданием теории относительности, знаменовало собой значительное прояснение основ физики и усовершенствование методов описания физических явлений. Эйнштейну мы обязаны не только ясным пониманием относительного смысла понятия одновременности и взаимосвязи между временной и пространственными координатами. Благодаря его концепции о связи между пространственно-временным описанием с гравитацией вся наша картина мира приобрела большую степень единства и гармонии, нежели когда-либо ранее. Трудно переоценить значение теории относительности для выявления прежде неизвестных закономерностей и тот новый импульс, который она придала философии, подчеркнув, насколько сильно зависят результаты наблюдений от выбора позиции наблюдателей. В этой связи уместно также напомнить — и это постоянно подчёркивал сам Эйнштейн, — сколь многим современное развитие физики обязано проницательному ньютоновскому анализу тех парадоксов, которые возникают в рамках концепции абсолютного времени и пространства, послужившей Эйнштейну основой для таких всеобъемлющих обобщений.

Что же касается естествознания, то здесь в наши дни открылись совершенно новые перспективы благодаря более глубокому проникновению в сущность атомистической интерпретации физических явлений. Как и надеялся Ньютон, сформулированные им фундаментальные принципы нашли тут обширное поле приложений. Во-первых, механическая теория теплоты оказалась адекватной для объяснения общих законов термодинамики. Она опирается, с одной стороны, непосредственно на закон сохранения энергии, а с другой — на вероятностную интерпретацию понятия энергии. В связи с последним нужно подчеркнуть, что при статистическом рассмотрении тепловых явлений речь идёт не о принципиальном отказе от причинного описания движения каждого атома, а просто об использовании адекватных математических методов с целью применения положений механики к описанию поведения большого числа частиц. Даже когда речь идёт о выяснении структуры отдельных атомов, что стало возможным благодаря непостижимому прогрессу экспериментальной техники, то и здесь сформулированные Ньютоном принципы служат путеводной звездой при интерпретации новых результатов. Так, опираясь на эти принципы, Дж. Дж. Томсон пришёл к пониманию того, что электрон является универсальной компонентой материи, а Резерфорд — к открытию атомных ядер, которое в столь значительной степени способствовало развитию наших представлений об атомной структуре вещества. Немного найдётся примеров, когда бы открытие в большей степени, нежели это последнее, способствовало углублению и расширению наших познаний и привело к неожиданной и грандиозной революции, раздвинувшей границы человеческих возможностей.

Однако не менее существенным для этого прогресса было выяснение фундаментальных атомистических особенностей законов природы, которое вышло далеко за рамки древней доктрины о небеспредельной дробимости материи. Действительно, открытие Планком квантовых процессов, основанное па глубоком анализе общих законов теплового излучения, без сомнения, знаменовало собой начало новой эры в науке; оно показало, что все основные положения механики и электродинамики представляют собой идеализацию, применимость которой оправдана только тогда, когда мы имеем дело с процессами, в которых действии велико по сравнению с величиной универсального кванта.

В то время как во всех явлениях, доступных изучению во времена Ньютона и ещё очень долго впоследствии, это условие заведомо всегда выполнялось, теперь, при изучении атомных явлений, черты индивидуальности выступают вполне отчётливо, что исключает возможность какого-либо описания на языке классической механики и электромагнетизма. В частности, этих положений совершенно недостаточно для объяснения стабильности атомов, которой определяются специфические физические и химические свойства элементов и которая весьма существенна для самого существования твердых тел, являющихся нашими непременными орудиями во всех физических измерениях.

Если принять во внимание тот факт, что даже та информация о свойствах атомных частиц, которой мы располагаем (скажем, их масса и электрический заряд), получена на основе измерений, интерпретируемых в соответствии с классической механикой, то мы стоим перед лицом необходимости развить метод описания, в рамках которого учитывается существование квантов, но который в то же время представляет собой обобщение ньютоновской механики, где подобная интерпретация измерений однозначно вытекает из общих принципов. С самого начала было очевидно, что в новой теории придется внести изменения в формулировку принципа причинного описания явлений. Действительно, из самой постановки вопроса вытекало, что можно говорить только об относительных вероятностях реализации различных конкретных квантовых процессов, которые могут иметь место при заданных условиях.