Физики занимаются наукой

Глава 13

…показывает, что известная истина о невозможности объять необъятное приводит физиков к необходимости разделиться на отряды теоретиков, экспериментаторов и аппаратурщиков.

Все закончившие физические факультеты университетов убежденно называют себя физиками. Так записано у них и в дипломах. Действительно, в момент окончания вуза у них много общего – молодые люди прослушали одни и те же курсы, проделали одну и ту же лабораторную практику, словом, образованны одинаково.

Через несколько месяцев после окончания они уже на работе. Где? В канцелярии вуза вам назовут завод химического машиностроения, гидрометеорологическую станцию, институт металлургии, институт химических реактивов, самолетный завод, институт криминалистики, археологическую станцию, атомный теплоход.

Зайдите к ним в лаборатории, и общность аппаратуры бросится вам в глаза: учреждения разных ведомств приобрели для своих физиков одни и те же спектрографы, рентгеновские аппараты, криогенные установки, счетные машины… Создается ясное представление, будто мы действительно имеем дело с четко выраженной профессией.

Но теперь сведите выпускников лет через десять вместе. Конечно, они встретятся с удовольствием, будут с восторгом вспоминать студенческие забавы, хвалить хороших и ругать плохих педагогов, но посоветоваться о своих делах друг с другом никому из них не придет в голову. Уж больно далеко они разошлись. Области работ у многих из них не имеют ничего общего, труд их отличается по целям, а сами они – по характеру специальных знаний.

И другая вещь обратит на себя ваше внимание, если пройдетесь по лабораториям всех этих учреждений, где трудятся физики по образованию: за прошедшие годы они приобрели соратников, которые хранят дома совсем другие дипломы – дипломы химиков, биологов, врачей и инженеров. По сумме знаний наши специалисты сравнялись с этими товарищами по работе – нефизиками, да и решают они теперь одни и те же задачи.

Общность физических идей и методов исследования для всех без исключения областей естествознания и техники позволяет молодому человеку с образованием физика довольно быстро найти свое место где угодно. Часть физики, не нужной ему в работе, он быстро забывает и добавляет к своим знаниям сведения из выбранной узкой профессии. Напротив, молодой человек со специальным образованием, занимающийся физикой в узкой области, добавляет к своему образованию необходимые познания по физике. Так они и сравниваются.

По двум основным каналам распределяется молодежь, окончившая физические факультеты. Часть из них посвящает себя естествознанию, значительно большее число их идет заниматься приложениями физики, то есть поступает в распоряжение прикладной науки.

В первом случае образование физика непосредственно служит профессиональным целям. Хорошее понимание общих законов природы, свободное владение математическим аппаратом теоретической физики необходимо сейчас всем естествоиспытателям: собираются ли они исследовать превращения атомных ядер, изучать химические, биологические или геологические процессы. А восполнить недостаток специальных сведений им не представляет особого труда.

Во втором случае физическое образование вооружает работника знанием метода исследования. И так как роль специальных дисциплин здесь выше, то не исключено, что для прикладных наук физиков лучше готовить в специальных вузах.

Но и те, кто подводит фундамент под все современное естествознание, то есть «чистые физики», не все одинаковы.

Сейчас мы увидим, что и среди этих лиц, объединенных общностью профессии, неизбежно расслоение.

Два подхода к выяснению законов природы вырисовываются достаточно отчетливо. Это прежде всего подход экспериментальный, суть его – лабораторный опыт, который является вопросом, предлагаемым природе человеком. Тайны свои природа хранит довольно упорно. Чтобы разгадать их и получить ответ на многие вопросы, большей частью приходится создавать особые искусственные условия. Высокие давления, сверхвысокие температуры, мощный поток света или радиоволн – лишь при такой атаке природа сдается и удовлетворяет любопытство исследователя.

Но в естественных науках необходим и второй подход – теоретический. Внимательное взвешивание опытных фактов позволяет исследователю разработать схему протекания явления и придумать модель явления. Если принятые гипотезы верны, то логические рассуждения, конденсированные математическими вычислениями, позволяют вывести следствия, которые могут быть сопоставлены с опытом. Если выведенные следствия совпадают с опытом, то гипотезы по крайней мере правдоподобны. Если нет, то они должны быть отброшены.

Оба подхода развиваются друг другу навстречу. Так, новые экспериментальные факты, не укладывающиеся в существующие теоретические схемы, требуют изменения принятых схем и моделей. В свою очередь, новые теории приводят к следствиям, которые еще не были установлены на опыте и ставят перед наукой экспериментальные задачи.

Несомненно, идеалом ученого является исследователь, объединяющий в себе оба этих подхода. Тем не менее по ряду причин, о которых сейчас пойдет речь, физики XX века довольно отчетливо разделились на экспериментаторов и теоретиков.

Исследователь нашего времени, изучающий природу экспериментальным методом, уже мало похож на экспериментатора прошлых веков. Лет пятьдесят назад считалось совершенно естественным, если исследователь любого ранга проводил опыт от начала до конца своими руками. Когда я учился в университете, на кафедре физики работал превосходный физик-экспериментатор Константин Павлович Яковлев. Точно в 11 часов он появлялся в коридоре здания физического факультета в безукоризненно выглаженном костюме и в белоснежной рубашке с твердым стоячим воротничком, подпиравшим подбородок. В своей комнате Константин Павлович снимал пиджак, надевал халат и направлялся к станку. Он выполнял все необходимые ему токарные, столярные, стеклодувные работы. Все сам! От начала до конца!

Разумеется, в этом есть известная прелесть. Но нынешний темп развития науки свел число таких исследователей к нулю – разделение труда в науке стало не менее необходимым, чем на производстве.

И все же исследователи, увлеченные созданием измерительной и другой экспериментальной аппаратуры, сохранились до наших дней и составляют очень полезную группу ученых. Конечно, и среди них бывают весьма увлекающиеся натуры, доходящие в этом увлечении иногда до крайности. Во Всесоюзном и институте экспериментальной медицины в соседней со мной комнате трудился Евгений Владимирович Комаров. Одним из первых в стране он налаживал сложную установку для измерения спектров комбинационного рассеяния. Раз в полгода он приглашал меня к себе в комнату и делился со мной своими успехами.

– Закончил, – с удовлетворением говорил он.

Я приходил в восторг и восхищался установкой – детали были тщательно пригнаны, резиновые трубки, подводящие воду, аккуратно уложены и закреплены красивыми обручами, стекло поблескивало на фоне черного отлакированного дерева. Все было сделано целесообразно и красиво. Я получал эстетическое удовольствие, разглядывая это творение.

– А вот спектрограмма, – показывал Евгений Владимирович. – На уровне; не уступает лучшим мировым примерам.

Прибор был собран руками Евгения Владимировича, внешнее оформление было его рук делом, но изготовление все же поручалось мастерским. И это по сравнению с описанным мною «тотальным» экспериментатором уже было существенным шагом вперед: ведь Евгений Владимирович рассчитывал, конструировал, чертил свой прибор.

– Приступайте скорее к исследованиям, – говорил я Евгению Владимировичу. – Только сейчас начинается использование этого нового метода, и вы можете вырваться вперед, а неясным вопросам нет числа.

Евгений Владимирович соглашался, рассеянно прощался со мной, поглядывая на свое детище.

Через пару недель около комнаты моего соседа громоздились ящики. Я заходил к нему, в комнате был разгром.

– В чем дело, Евгений Владимирович, что случилось?

– Да вот демонтирую. Отправляю обратно в мастерскую!

– Как в мастерскую? Разве что-нибудь не в порядке?

– Да нет, все было в порядке, но мне пришло в голову… – он брал меня за пуговицу и начинал возбужденно рассказывать о новом придуманном им усовершенствовании. – Совсем другое дело будет, – заключал он.

Пуск аппаратуры откладывался на полгода. Евгений Владимирович садился за новые расчеты. Так повторялось несколько раз. Ему так и не удалось пустить в ход свой прибор: летом 1941 года Евгений Владимирович ушел на фронт и не вернулся.

Пожалуй, если бы кто-нибудь потребовал бы от меня подробной классификации физиков, то исследователей такого типа, преданных самой идее измерения (а что мерять, им все равно), я назвал бы не экспериментаторами, а аппаратурщиками. Нечего и говорить, что это очень необходимый отряд научной армии; без их упорного труда не удалось бы достигнуть многих поразительных успехов в экспериментальном естествознании.

Но типичный экспериментатор XX века не таков. Он лишь покупает, заказывает и в крайнем случае собирает готовую аппаратуру. Вполне возможно, что он не очень свободно разбирается в устройстве установки, с помощью которой работает. Если что не ладится, он прибегает к чужим советам и помощи.

Талант исследователя этого типа заключается прежде всего в умении остро и точно поставить проблему. Новизна такого исследования должна заключаться в создании для явления новых необычных условий, раскрывающих его с неожиданной стороны. Или, скажем, в одновременном сопоставлении разных свойств и качеств исследуемого вещества.

Иногда результат эксперимента виден сразу, как это бывает большей частью при получении электронно-микроскопического снимка или при измерении конкретного свойства вещества. Но во многих случаях исследование требует увлекательной и сложной расшифровки. Зачастую нужно провести колоссальные по объему расчеты и привлечь на помощь быстродействующие электронные машины. Тогда экспериментатор проводит большую часть своего времени за письменным столом, хотя теоретиком его называют лишь аппаратурщики.

Большая часть экспериментаторов вполне удовлетворяется сознанием, что найдены новые интересные факты, и на этом работу свою заканчивает. Иногда, если предоставляется возможность, они сопоставляют результаты своих находок с существующими теориями, даже следят за чужими теоретическими работами, но при этом все время ищут идеи для постановки новых экспериментов.

Разумеется, интереснее работать руководителю экспериментальной лаборатории, которая обрабатывает результаты опытов «для себя». В этом случае эксперимент служит для проверки своих идей, служит толчком для развития и усовершенствования своей теории. Однако редко бывает так, чтобы экспериментальный материал, добытый в одной лаборатории, был достаточен для создания и проверки теории. Различие между «своим» и «чужим» экспериментом начинает стираться.

Вероятно, поэтому исследователи, имеющие вкус к теоретическому мышлению, часто не испытывают желания самим ставить эксперименты. Они хозяева экспериментальных работ всего мира. А если для проверки той или иной научной идеи нужно поставить специальный опыт, то не так уж трудно договориться с «чистым» экспериментатором, действующим в той же области физики, чтобы он оказал помощь теории.

На девять десятых работа физика-теоретика заключается в том, чтобы думать; остающаяся десятая падает на вычисления, обсуждение проблемы и написание работы. Такое состояние интенсивной работы мышления хорошо известно членам семьи теоретика и даже его малым детям.

– Маша, пойдем к папе?

– Нельзя, он работает.

– Он ничего не делает. Видишь, просто сидит в кресле.

– Да нет же, работает. Посмотри на его глазки.

Впрочем, не только детям. Кинорежиссеры уже не раз использовали отсутствующий, напряженный взор в качестве признака включенного мозга.

Для табельщика теоретик – неприятное явление. Когда и сколько он работает? Могу заверить читателя: продолжительность рабочего дня мозга теоретика превосходит самые жесткие нормы. Конечно, наибольший результат дает работа за письменным столом. Но мыслительный процесс идет все время – за обедом, на заседаниях, в поезде метро; даже когда исследователь будто бы занят другим делом, все равно переборка заключений, мотивировок, возражений и т. д. не прекращается.

Как рождается новая научная идея? В чем механизм творчества? Не сомневаюсь, что ответ на эти интересные и пока таинственные вопросы рано или поздно будет получен.

Известно, что последовательность логических шагов приводит к цели. Но дорога пролегает через сложный лабиринт, и мозг должен найти в нем правильный путь. Шаг сделан, куда идти дальше? Предоставлены десятки и сотни возможностей – каждая из них должна быть взвешена. Как альпинист долго ощупывает упор, прежде чем поставить ногу, так и мысль: примеривает к каждому следующему шагу факты, которые надо объяснить, идеи, которые надо отвергнуть или вписать в новую теорию.

Чтобы путь был успешно пройден, мысль должна быть предельно напряжена. Маленькое ослабление внимания – и вот уже сделан логический просчет; подвела память – и важный факт остался в стороне.

Кто же успешно пройдет дорогу? Безусловно, лишь тот, у кого хорошая память, кто умеет строго мыслить, кто обладает способностью не терять нить сложной логической схемы. К этим качествам ума надо еще добавить одно свойство характера.

Я не раз слышал такие слова: «Попал я однажды в общество молодых физиков – хорошие ребята… Но знаете, что мне не нравится? Говорят обо всем определенно, даже с апломбом. Пожалуй, чересчур они самоуверенны».

Я думаю, что это не случайно. Чтобы стать хорошим исследователем, самоуверенность необходима. Конечно, речь идет об уверенности в силе научного мышления, а не о самоуверенном поведении нахала, не считающегося ни с чем, кроме своих желаний.

Для размышляющего физика не должно быть ничего сильнее его логики. Предположим, проведено рассуждение, несколько раз мысленно он проверил путь, который привел его к некоему результату. Но то, что получилось, противоречит принятому мнению, не согласуется с точкой зрения корифеев науки. «Ну, где-то я ошибся, – заключает исследователь, – попробуем подойти к вопросу с другой стороны».

Не получится видного ученого из такого исследователя. Судьба уготовила ему лишь вторые роли. Настоящий ученый не отступит, встретив голословное суждение авторитета.

Десять, сто раз проверит он свои рассуждения, исходя всякий раз из принципа: либо моя логика безупречна, либо я сделал ошибку. Он отмахнется от возражений, основанных лишь на ссылке на авторитет. Желающий доказать его неправоту должен указать фальшивое звено в цепи его рассуждения. А до тех пор, пока это не сделано, он верит в свое мышление, и… тем хуже для фактов, если они не укладываются в его схему.

Хорошо известно, что в большинстве случаев физики-теоретики (и математики) делают свои лучшие работы в раннем возрасте. Вот убедительные примеры.

Ньютон сделал свое величайшее открытие в 27 лет; Максвелл – в 29 лет; Гейзенберг – в 24 года; Эйнштейн – в 25 лет; Лобачевский – в 33 года; Галуа – в 19 лет.

Исключения редки, но есть. Шредингер предложил свое уравнение, когда ему было 38 лет.

Объяснение этого интересного обстоятельства основывается, мне кажется, на аналогии со спортом. С возрастом теряется способность полностью выкладываться в краткие мгновения. А в юности мобилизация всех физических сил на мгновения или секунды приводит к феноменальным рекордам.

Может быть, с возрастом теряется такая же способность мобилизации духовных сил. То, что называется гениальным прозрением – это как молния, – достигается на высочайшем накале, на который способна лишь молодость.

У зрелого исследователя и знаний больше, и опыта больше, может быть, даже больше и таланта, но он уже потерял способность собирать все эти свои свойства и на краткие мгновения включать их на полную мощность. Говоря языком физика, у зрелого может быть больше мыслительной энергии, но мозг молодости способен работать на более высоких мощностях. Вот почему в математике и в теоретической физике – преимущество у молодости. Но там, где успех зависит в первую очередь от глубокого и многостороннего анализа фактов, а так обстоит дело в экспериментальном естествознании, и где напряженное синтетическое мышление играет второстепенную роль, в этом случае, как и следовало ожидать, преимущество переходит к зрелости. Дарвин, Менделеев, Павлов, Рентген – вот корифеи, обогатившие науку своими открытиями в зрелом возрасте.

Из того, что сказано, следует один вывод общественной важности: богатство государства измеряется не только промышленным потенциалом, протяженностью дорог и природными ресурсами, большое число талантливых людей стоит дороже материальных ценностей. Не случайно американцы предприняли все возможные меры и чуть ли не из-под огня сражений вывезли в США лучших ученых завоеванной Германии.

Юные годы потенциального теоретика могут сложиться так, что талант его останется нераскрытым. Потеря 3–5 лет может здесь оказаться роковой. Поэтому поиск талантливой молодежи и предоставление ей необходимых возмржностей для развития – важная задача.

Ряд ведущих теоретиков нашей страны это прекрасно понимает. О мерах, принятых для выявления в каждом селе и маленьком городе молодого человека с задатками теоретика естествознания, много писалось в наших газетах. Ничего похожего не делается, насколько мне известно, в капиталистических странах.

Забота об общественном деле вошла в плоть и кровь советского человека. С большой увлеченностью множество наших крупных ученых занято организацией конкурсов, с помощью которых разыскиваются юные таланты, создаются специальные школы, где способные ребята обучаются по особым программам.

Зрелые математики и физики, любящие свою науку и сознающие свой общественный долг, находят удовлетворение не только в содействии этим общественным мероприятиям. Все, что можно сделать самому для того, чтобы помочь молодому таланту стать на рельсы, делается с величайшей охотой. Вот как поступал наш крупнейший физик-теоретик, академик Ландау. Любой молодой человек мог явиться к нему на квартиру и поведать о своем желании быть его учеником. На этом юридическая часть отношений кончалась, и начиналась работа по существу. Энтузиаст должен прежде всего сдать экзамен. Затем Ландау рассказывает ему, что надо прочитать, какого типа задачи научиться решать, заносит фамилию будущего ученого на лист разграфленной бумаги и отпускает. Если в следующий визит юноша удовлетворительно отчитывается в своей работе, то около его фамилии появляется первый крестик.

Далее следуют новые инструкции и все более сложные задания. Кажется, 5 или 6 крестиков надо получить, чтобы выдержать искус. После этого молодой человек начинает получать, исследовательские задания, ему разрешается посещение научных семинаров, он поставлен на рельсы. Дальнейшее зависит от его таланта и трудолюбия…

Если вспомогательным отрядом экспериментатора являются аппаратурщики, то теоретикам помощь оказывают исследователи, занимающиеся математической физикой. Так же, как существуют исследователи, которым все равно, что мерять, лишь бы была великолепная аппаратура, существуют лица, которым все равно, что считать, лишь бы расчет был оригинален и точен. Так же, как у экспериментатора доля внимания к аппаратуре колеблется от нуля до ста процентов, у теоретика доля труда, затрачиваемая на вычисления, может колебаться очень сильно.

Многие теоретики любят проводить все свои выкладки от начала до конца, стремясь довести их, как говорят, «до числа», то есть до возможности непосредственного сравнения с опытом. Другим эта работа не по душе, и они удовлетворяются поисками лишь общих математических формулировок физической проблемы.

В общем, как говорится, «мамы всякие нужны». Фронт работников естествознания простирается с аппаратурного фланга до математического.

Проблема взаимодействия этих исследователей, существенно различающихся по вкусам и очень часто совершенно неинтересных один для другого, принадлежит к числу труднейших. Экспериментаторы зачастую не находят в себе энергии, чтобы даже разобраться в сущности теории, скрытой от них лесом многоэтажных формул. Они в работах теоретика обращают внимание лишь на заключения, которые можно сопоставлять с опытом. С другой стороны, усложнившаяся методика эксперимента не позволяет теоретику судить о его достоверности, и он берет на веру цифры своего экспериментального собрата и иногда строит теоретические рассуждения на песке.

Члены этих групп исследователей должны быть как-то друг с другом связаны хотя бы несколькими линиями. Первая линия – это общность методики. Скажем, я занимаюсь рентгеноструктурным анализом, и этот же анализ применяют в институте металлургии. Мы пользуемся одинаковыми рентгеновскими трубками, аппаратами, камерами. В методике расшифровки рентгенограмм также есть много общего. Но на этом «родство душ» кончается. Мне совершенно не интересны структуры и свойства металлов. Для них ребусом выглядит формула любого органического соединения, которая интересует меня. Значит, методику можно считать связующим фактором. Но так как она используется в совершенно различных целях, то связь эта слабеет.

Вторая линия связи – это общность предмета при разных методах изучения явления. Например, естествоиспытатели занимаются изучением структуры органических молекул, но один оптическим, а другой – рентгенографическим методами. И эта связь слабеет теперь уже из-за специфических различий в инструментах исследования.

На этом проблема связей не кончается. Интересы в области теории могут привести исследователя в чужой стан. Часто встречаются теории, имеющие совсем различные применения, но чрезвычайно близкие по математическим методам представления и вычисления явления. Такие теории также могут стать линиями связи, если ими заинтересуются представители различных групп исследователей.

Словом, соприкосновения современного естествоиспытателя с другими учеными можно представить себе сложным многогранником, к сторонам которого подходят разные фигуры, не имеющие уже между собой совершенно ничего общего. Действительно, исследователь, профессия которого рентгенография органических веществ, водит знакомство как с рентгенографами-металловедами, так и с оптиками, изучающими органические соединения. А эти две группы людей и не слыхали никогда друг о друге.

Как видите, опять и опять приходится возвращаться к проблеме непрерывности и сложного взаимодействия всех участков научного фронта. Успех металловедения может сказаться на достижениях молекулярной биологии. Отставание в области спектроскопии может затормозить развитие рентгенографии.

Для расцвета любой области науки важен общий фон научного подъема.