Глазами Монжа-Бертолле - Лев Викторович Бобров

Впрочем, что говорить о железе! Полный точный расчет выполнен пока лишь для атома водорода. Между тем химиков чрезвычайно интересуют электронные состояния не только простейшего представителя менделеевской таблицы. Им подавай и углерод, и азот, и кислород, да к тому же не поодиночке, а в компании с другими элементами. Да чтобы эта «компания» оказалась молекулой, соединения, важного в практическом и теоретическом отношении. Вроде полупроводника, полимера или — страшно подумать! — живого белка.

Правда, здесь нас подстерегает другой — каверзный, хотя и вполне естественный, — вопрос: а зачем? Зачем, собственно, понадобилось втискивать все разнообразие химических явлений в прокрустово ложе математических формул и уравнений?

Человеку свойственно ошибаться.

Незадолго до второй мировой войны Альберту Эйнштейну был задан вопрос: удастся ли в ближайшие столетия овладеть энергией расщепленного атома?

— О, это совершенно исключено! — убежденно ответил величайший физик XX века.

Эйнштейн не был одинок в своем скептицизме. Эрнест Резерфорд, Нильс Бор и другие маститые ученые-атомники разделяли его сомнения. Заметьте: то были умы, заложившие математический фундамент новой физики. Теория относительности. Модель атома. Кванты. Теоретические представления, неузнаваемо изменившие классическую картину мира. Но даже сами творцы считали их долгое время бесплодными — разумеется, с точки зрения практического использования в технике. Однако не прошло и десяти лет, как Энрико Ферми запустил первый в мире атомный реактор. Человек оказался властелином гигантских запасов энергии, спрятанных в недрах крупинки вещества.

Все это рассказано не только ради того, чтобы сделать тривиальный вывод: дескать, даже сугубо теоретические изыскания находят неожиданный выход в практику. Любопытно здесь скорее другое. В те годы, когда физики авторитетно разбивали надежды на покорение расщепленного атома, математический аппарат современной физики окончательно сформировался. Во всяком случае, уже родилась квантовая механика. Между тем, когда Бор приступал к расчетам своей модели водородного атома, волновое уравнение Шредингера, лежащее в основе всех квантово-механических расчетов, еще не было выведено. Оно увидело свет лишь через десять лет.

А ведь Бор мог бы засомневаться. Во-первых, ученый и догадываться не мог, что его атомная конструкция может когда-то принести практическую пользу. Во-вторых, он не был убежден и в теоретическом успехе. Тем не менее датский физик не терзался сомнениями: стоит или не стоит? Стоит!

И пусть его теоретический расчет не совпал с экспериментальными данными. В конце концов отрицательный результат — тоже результат! Он недвусмысленно свидетельствует: либо математические приемы несовершенны, либо рассчитываемая модель не без изъяна. В обоих случаях неугомонный физик ни за что не спросит: «А стоит ли?» Он не отступится до тех пор, пока не достигнет желанной цели. И опять бесконечная череда раздумий и экспериментов, успехов и разочарований, сомнений и надежд…

Да, Нильсу Бору стоило идти неторной тропой! Стоило, хотя и не на его долю выпала честь стать создателем квантовой механики в ее современной форме — математической основы всей современной физики. К этому открытию пришли другие ученые. Их было двое: Вернер Гейзенберг и несколько позже Эрвин Шредингер. Первый исходил из экспериментальных данных, второй — из чисто математических соображений. И что самое поразительное — именно математическая неудача привела к новому и важному физическому открытию!

«Шредингер рассказывал мне, — вспоминает известный физик Поль Дирак, — что, впервые выведя свое уравнение, он немедленно применил его для описания поведения электрона в атоме водорода, но результаты вычислений не совпали с опытными данными. Автор, естественно, был глубоко разочарован и несколько месяцев не возвращался к теме исследования. Затем он обнаружил, что если не учитывать некоторых требований теории относительности, то в приближенном виде его теоретические выводы хорошо будут согласованы с экспериментальными результатами. Именно в таком грубом приближении волновое уравнение Шредингера и увидело свет».

Какое открытие было вызвано расхождением расчета и опыта, читатель узнает на странице 144.

Сейчас нам важно одно: математический подход к явлениям природы — идет ли речь об атоме или молекуле, кристалле или клетке — не только правомерен, но и плодотворен.

«Но позвольте, — поспешит возразить читатель, — все приведенные до сих пор аргументы в пользу математизации относились к физике! А как же быть с химией и биологией?»

Физика есть механика молекул, химия есть физика атома, биология есть химия белка… Трудно поверить, что эти слова были произнесены почти столетие назад. Но факт остается фактом: они принадлежат Фридриху Энгельсу. Минула эпоха. Науку и общество не раз потрясали революции. Однако ни одно открытие не поколебало справедливости энгельсовского высказывания. И никому еще не удалось более точно, более лаконично и, если угодно, более афористично определить внутреннюю взаимосвязь между ведущими областями естествознания.

Когда мы говорим: «атом делим», мы имеем в виду два обстоятельства. Во-первых, он состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и так далее. Во-вторых, может распадаться в результате радиоактивного превращения.

Этот третий не лишний ли? Быть может, пора издать «закон исключенного третьего»?

Но, помимо всего прочего, атом оказался делимым еще и в третьем смысле! Он поделен на «сферы влияния». Атомное ядро сделали объектом изучения физики. Зато электроны облюбовали прежде всего химики. Оно и понятно: любое химическое превращение связано с перестройкой электронных «архитектур». На более высоких уровнях тоже отмечается тяготение к «местничеству». Физики узурпировали власть над кристаллами, химики — над молекулами. В фокусе внимания биологов по-прежнему находится клетка. Неспроста, видать, на той же Брюссельской выставке 1958 года, где высилась громада «Атомиума», каждой области знаний в одном из павильонов был отведен свой уголок. Разделы так и назывались: «Атомное ядро», «Атом», «Кристалл», «Клетка». Дескать, всяк сверчок знай свой шесток!

Но природа не признает никаких «демаркационных линий»: она едина.

Ядро и электрон — части атома. Атом — часть молекулы. Молекула — часть кристалла или клетки. Клетка — часть организма. Сколько разных архитектурных стилей! А кирпичики — одни и те же.

В одном из сочинений Вольтера мы встречаемся с мудрецом Задигом. Он умел видеть различия между вещами, которые простым смертным казались абсолютно одинаковыми. Гораздо труднее усмотреть то общее, что объединяет совершенно разнородные на первый взгляд предметы и явления.

Древо познания становится все ветвистее, а специализация ученых все уже и уже. Углубление в частные проблемы — вещь хорошая. Именно оно позволяет собрать богатейшую коллекцию экспериментальных наблюдений. А зачастую даже и разработать свой теоретический подход. При этом, случается, ученые, занятые близкими темами исследования, подобно строителям Вавилонской башни, вдруг теряют общий язык.