Наука и удивительное (Как человек понимает природу) - Вайскопф Виктор. Страница 1

Виктор Вайскопф

НАУКА И УДИВИТЕЛЬНОЕ

Как человек понимает природу

Предисловие переводчика

За последние десятилетия знания человека о природе возросли во много раз. В науке простое описание природы все больше вытесняется открытием первопричины вещей. Успехи физики общеизвестны: на заре XX века учебники даже об атоме сообщали как о чем-то гипотетическом. В настоящее время нет ни одного не объясненного явления атомной физики.

Передний фронт науки проходит глубоко внутри области атомного ядра: современная физика изучает строение и взаимодействие элементарных частиц.

Столь же поразительные успехи сделала и биология, нашедшая, наконец, ответ на исконный вопрос: что такое жизнь? Чем живая материя отличается от неживой?

Казалось бы, невозможно в одной небольшой популярной книге так осветить все основные разделы современного естествознания, чтобы их понял читатель, лишенный всякой специальной подготовки. И однако Вайскопфу удалось сделать это. Ему помогло как раз то, что отличает нынешнюю науку от науки прошлого — знание конкретной взаимосвязи всех явлений природы. То, что давно высказывалось в общей форме, ныне приняло форму конкретного знания.

Поэтому автор сумел атаковать в лоб любую проблему, будь то волновые свойства электрона или программа жизни клетки в ДНК. Чем лучше известна сущность явления, тем легче объяснить его другому, даже тогда, когда объяснение связано с вещами, далекими от повседневного опыта.

Русское заглавие книги предложено самим автором.

С самых первых страницу где говорится о нашем месте во Вселенной, поражает стройный, логически убеждающий метод изложения. Автор не пытается подавить воображение читателя громадностью астрономических чисел. Каждый новый шаг, раздвигающий горизонты Вселенной от планет к звездам, от звезд к галактикам, от отдельных галактик к их совокупности, обоснован очень простыми оценками порядков величин. Читатель легко понимает, откуда берутся все эти миллиарды галактик и световых лет. Оценки так очевидны, что иногда возникает недоумение: почему они не были известны еще в древности? Очевидно, кроме количественных оценок, нужна прежде всего правильная картина мира.

У Л. Н. Толстого есть интересная мысль:

«Помню я раз, говоря с знаменитым астрономом, читавшим публичные лекции о спектральном анализе звезд Млечного Пути, сказал ему, как хорошо бы было, если бы он, со своим знанием и мастерством читать, прочел бы публичную лекцию по космографии только о самых знакомых движениях Земли, так как наверное среди слушателей его лекций о спектральном анализе звезд Млечного Пути очень много людей, особенно женщин, таких, которые не знают хорошенько того, от чего бывают день и ночь, зима и лето.

Умный астроном, улыбаясь, ответил мне: „Да, это хорошо бы было, но это очень трудно. Читать о спектральном анализе Млечного Пути гораздо легче“» (Полн. собр. соч., т. 30, стр. 184, М., 1951.)

Со времен Толстого объем знаний, насущно необходимых каждому культурному человеку, очень расширился. «Умный астроном» прекрасно понимал, как трудно рассказать людям в доступной и интересной форме именно то, что проще и нужнее всего. Но Вайскопфу это прекрасно удалось.

А. С. Компанеец

Предисловие автора

Эта книга возникла из цикла лекций, прочитанных автором в Бэкингемской школе (Кембридж, Массачусетс) для слушателей, не имеющих специальной подготовки в науке. Цель лекций состояла в том, чтобы дать общий беглый очерк современных научных представлений о явлениях природы, показать универсальность этих представлений и их значение для человека.

Слишком хорошо известно, с какими трудностями связано подобное начинание. Научное знание трудно сообщить не ученому: слишком многое надо объяснить прежде, чем дойдешь до существа дела. Обычно профан не видит леса из-за деревьев. Но эти трудности не должны пугать ученых и удерживать их от попыток такого рода. В этой книге непосвященным рассказывается о величайших культурных достижениях нашего времени.

В наш век естественные науки уже не являются независимыми. Химия, физика, геология, астрономия и биология связаны друг с другом, и все рассматриваются в этой книге, хотя и не одинаково подробно. Наибольшее место отведено физике, основе естественных наук, и, в частности, атомной физике, так как все на свете состоит из атомов. В книге особенно подчеркнута тенденция к универсальности науки, к единому рассмотрению любых объектов — от элементарной атомной частицы до живого мира. Реализация этой общей точки зрения кажется более близкой благодаря огромным успехам, достигнутым в последние десятилетия в понимании атомов, звезд и живых клеток.

При написании такой небольшой книги, как эта, автор вынужден делать отбор и опускать многие существенные факты. При этом отборе он руководствовался своими представлениями о существенности тех или иных областей науки; большую роль играла также ограниченность его собственных знаний. Один пробел требует специальных пояснений. Теория относительности Эйнштейна не включена в книгу и лишь бегло упоминается в ней. Конечно, автор прекрасно понимает, что теория относительности — это одно из крупнейших достижений физики и всей науки вообще. Она настолько революционизировала наши представления о Пространстве и времени, что без Эйнштейна невозможно было бы количественное, строгое рассмотрение пространства и времени. Однако идеи Эйнштейна играют решающую роль в количественной формулировке многих научных проблем, тогда как в нашей книге особое место уделено качественной картине мира в том виде, в котором ее рисует наука. Для этого теория относительности не абсолютно необходима, и поэтому мы оставили ее в стороне.

Автору помогли очень многие коллеги, читавшие ранние варианты рукописи и предложившие изменения и добавления. Особенно автор обязан своим коллегам: ученым Давиду Хаукинсу, Мервину Хайну, Филипу Моррисону, Алексу Ричу и Кириллу Смиту. Очень помогла ему книга «Физика», изданная Комитетом содействия изучению физики (D. С. Heath & Со., 1960). Особую благодарность автор приносит двум лицам, не принадлежащим к миру ученых, — Кингмэну Брюстеру и Энн Моррисон, которые сыграли роль подопытных морских свинок в ранних стадиях работы над книгой и оказывали постоянную моральную поддержку.

Особую благодарность надо принести Джону X. Дэрстону за внимательный просмотр рукописи и внесенные в нее усовершенствования и Полю Ларкину за иллюстрации, а также Бэкингемской школе, которая своим приглашением прочесть лекции вызвала к жизни эту книгу.

Женева, Швейцария

Виктор Ф. Вайскопф

1 марта 1962 г.

ГЛАВА I

НАШЕ МЕСТО В ПРОСТРАНСТВЕ

Расстояния до Луны, Солнца и планет

Как велик мир? Каковы размеры предметов в этом мире? Мы имеем непосредственное представление только о размере тех предметов, с которыми встречаемся в повседневной жизни. Наименьшая длина, которую воспринимают наши глаза, — это толщина, или диаметр, волоса, примерно равный одной десятой миллиметра [1]. Рост человека, грубо говоря, равен двум метрам, это несколько превышает десять тысяч диаметров волоса. Другие предметы вокруг нас: мебель, инструменты, автомобили, дома — имеют размеры того же порядка, как и наше тело, в противном случае было бы трудно иметь с ними дело.