Юрий Конобеев, Виталий Павлинчук, Николай Работнов, Владимир Турчин Физики продолжают шутить
«Физики продолжают шутить»: МИР; Москва; 1968
Аннотация
«Что это такое? — Сборник научного юмора, скажете вы. — Но разве слова „наука“ и „юмор“ не исключают друг друга? — конечно НЕТ. Эта книга — несомненное доказательство того, что наука, как и другие сферы человеческой деятельности, имеет свои смешные стороны. Здесь вы найдёте сплав сатирической науки и научной сатиры…»
(Из Предисловия)
Физики продолжают шутить
(сборник переводов)
Физику Владимиру Иванову в знак признательности за создание программы «Yo».
Предисловие
«Что это такое? — Сборник научного юмора, скажете вы. Но разве слова „наука“ и „юмор“ не исключают друг друга? Конечно, НЕТ. Эта книга — несомненное доказательство того, что наука, как и другие сферы человеческой деятельности, имеет свои смешные стороны. Здесь вы найдёте сплав сатирической науки и научной сатиры…»
Р. Бейкер. «A Stress, Analysis of a Strapless Evening Gown», Englewood Cliffs, N. J., 1963.
«Развитие физики в течение последних лет шло гигантскими шагами, и её влияние на повседневную жизнь оказалось весьма большим. В предлагаемой книге делается попытка объяснить, как всё это происходило, по возможности не применяя специальной терминологии».
Г. Месси. «Новая эра в физике», Атомиздат, 1968.
«Отзывы о настоящем учебном пособии были доброжелательны и не содержали указаний на необходимость изменения общего построения курса».
С. Г. Калашников. «Электричество», Наука, изд. 2е, 1964.
«Но предыдущее издание давно разошлось и, повидимому, среди читателей ощущается потребность в этой книге».
Л. Ландау и Е. Лифшиц. «Статистическая физика», изд. 2е.
«Для второго издания книга была существенно переработана и дополнена, но общий план книги и её характер остались прежними. Переработка коснулась всех глав».
Л. Ландау и Е. Лифшиц. «Квантовая механика», изд. 2е.
«Примеры и дополнительный теоретический материал выделены в мелкий шрифт. Изложение ведётся так, что основной материал, изложенный крупным шрифтом, может изучаться самостоятельно».
В. Смирнов. «Курс высшей математики», т. 2, изд. 6е.
«Предлагаемый сборник может быть полезным для физикоматематических школ, для лиц, готовящихся в вузы физического направления, а также при подготовке к олимпиадам».
«Сборник задач и вопросов по физике в помощь поступающим в МИФИ», М., 1964.
«В заключение…»
С. Г. Калашников. «Электричество», Наука, изд. 2е, 1964.
«… следует упомянуть…»
С. Глестон и М. Эдлунд. «Основы теории ядерных реакторов», ИЛ, 1954.
«…что…»
В. Смирнов. «Курс высшей математики», изд. 12е, 1953.
«Деловая критика и всякие указания на недостатки и упущения будут с благодарностью приняты коллективом авторов».
«Курс физики» под редакцией Н. Д. Папалекси, М., 1948.
Мы выражаем глубокую признательность Е. Л. Фейнбергу за ценные критические замечания по первому изданию книги, весьма признательны Г. А. Аскарьяну, Б. М. Болотовскому, В. И. Гольданскому, Р. Жукову, М. А. Леонтовичу за материалы, предоставленные в наше распоряжение при подготовке данного издания. Выражаем также нашу благодарность проф. Дж. Виньярду (Брукхэйвен, США), приславшему сборник научного юмора «А Stress Analysis of a Strapless Evening Gown».
Составителипереводчики
Обнинск, май 1968 г.
К читателям
Чёрная Королева покачала головой:
— Вы, конечно, можете называть это чушью, но ято встречала чушь такую, что в сравнении с ней эта кажется толковым словарём.
Л. Кэрролл, «Алиса в Зазеркалье»
Редакция литературы по физике.
Както непривычно: на юмористической книге — и вдруг марка научного издательства! Но это не случайно. Всё, что в этой книге есть смешного, полностью поймут и оценят те, кто читает серьёзную научную литературу и слушает (и делает) учёные доклады, — ведь авторы этих шуток тоже учёные, порой очень известные. С такой точки зрения эта книга тоже научная. Однако доступна она не только учёным. Все, кто любит шутку, получат удовольствие, читая собранные здесь небольшие юморески, и увидят за ними серьёзную науку — физику с новой, быть может неожиданной, стороны. Люди всех профессий любят шутить, но эти шутки обычно не попадают в печать и бесследно исчезают. А жаль! Физический фольклор не менее интересен, чем любой другой; в нём отражена история науки, жизнь и быт её создателей.
То, что собрано здесь, — собрало по каплям. Составители не нашли многого, о чём известно лишь по рассказам. Но ведь это первая попытка. Книг подобного рода до сих пор не было. Быть может, когданибудь выйдет антология физических острот (и не только переводных), может быть, на эту тему даже напишут диссертацию (о чём только не пишут!), а пока составители перерыли горы журналов, как напечатанных, так и рукописных, и собрали первый урожай. Как обычно говорится в предисловиях, будем надеяться, что сборник понравится нашим читателям.
Профессор Л. Смородинский.
От составителей
(Вместо предисловия)
— Алло?
— Здравствуйте! С вами говорит один из составителей сборника «Физики шутят». Нам рекомендовали…
— Простите, какого сборника?
— «Физики шутят».
— Что делают физики?!
— Шутят!
— Не понимаю.
— Ну, шутят, смеются.
— Ах, смеются… Ну, так что же?
— Это будет сборник переводов. Не встречались ли случайно вам или вашим сотрудникам в иностранной физической литературе…
— Нет, нет! Наши сотрудники занимаются серьёзными делами и им не до шуток.
…Прежде чем нас успеют обвинить в клевете на физиков, мы поспешим заверить читателей, что этот разговор был единственным. Обычно — а мы иногда обращались к очень занятым людям — наше начинание встречало полное одобрение и готовность помочь. Физики ценят шутку. Мы полагаем, что в популярной и увлекательной игре «Физики и лирики» этот факт зачтётся нашей стороне со знаком плюс. (Напоминаем правила игры: дети делятся на две партии; одна получает условное название «физики», другая — «лирики». Игру начинает ктолибо из лириков, который пытается осалить физика с лирической стороны. В ответ ктолибо из физиков пытается осалить лирика с физической стороны. Никто не выигрывает и не проигрывает. Игра прекращается, когда мама позовёт ужинать.) Мысль составить настоящий сборник зрела у нас давно. Читая зарубежные научные издания (вполне серьёзные!), мы довольно часто находили крупинки, а то и целые самородки юмора, которые, к сожалению, не попадают ни в реферативные журналы, ни в обзоры: шутливые стихи, заметки, сообщения и даже большие квазисерьезные статьи, написанные физиками и рассчитанные главным образом на физиков. Вопрос был решён, когда в наши руки попал изданный в Копенгагене к семидесятилетию Нильса Бора сборник «The Journal of Jocular Physics», целиком юмористический, нечто вроде печатного «капустника», написанного физиками — друзьями и сотрудниками Бора. Заключив договор с издательством «Мир», мы почувствовали себя обязанными не просто перевести имевшийся под рукой материал, а постараться собрать наиболее интересные образцы этого своеобразного жанра. Как выполнить эту задачу? Библиографические изыскания — исследование разделу «Занимательная физика» в каталогах крупнейших библиотек — оказались исключительно бесплодными. «Физика за чайным столом», «Физика без приборов», «Физика без математики» и даже «Занимательная физика на войне» — всё это было, но всё это было не то. Раздела «Физика и юмор» не было, и нам оставалось лишь утешаться надеждой, что его, может быть, введут в ближайшем будущем и на первой карточке напишут: «„Физики шутят“, изд. „Мир“, 1966, перев. с иностр., с иллюстр., тир. 0000000000 экз».
Пришлось просматривать подряд все «подозрительные» журналы и обращаться к коллегам — знакомым и незнакомым. Постепенно материал накапливался, очень разный по характеру и по качеству. Но всётаки его оказалось меньше, чем нам хотелось бы. А так как критерии, которыми мы пользовались при решении вопроса «включать — не включать», несомненно, были субъективными, то нас до сих пор не оставляет опасение, что реакция свежего читателя будет напоминать слова, сказанные одним посетителем столовой официанту: «Вопервых, это… несъедобно, а вовторых, почему так мало?»
Всё время, пока мы работали над сборником, нас мучили две проблемы, которые мы трусливо откладывали на самый конец, так как сознавали всю их трудность.
Первой проблемой было название. Оно должно было:
• быть достаточно оригинальным, чтобы никто не мог назвать его банальным;
• быть достаточно банальным, чтобы никто не мог назвать его претенциозным;
• нравиться всем составителямпереводчикам и редакторам.
К счастью для нас (а для сборника?), эта проблема разрешилась в конце концов сама собой. Оказалось, что в процессе работы над книгой можно увеличить или уменьшить её объём, изменить содержание, добавить новых авторов или убрать старых, можно вообще отказаться от издания книги, но одного сделать нельзя — изменить её предварительное название (данное нами, кстати, чисто условно, чтобы хоть както обозначить предмет труда), ибо, попав в рекламные проспекты, оно приобрело силу закона.
Второй проблемой было предисловие. Обычно основным его содержанием является обоснование необходимости издания книги. Но мыто знали, что научная необходимость издания нашего сборника спорна. И всётаки мы должны были както оправдаться:
а) перед читателями,
б) перед издателями,
в) перед собой.
Эта проблема решалась постепенно.
Пункт «в» отпал, когда мы решили составлять сборник.
Пункт «б» отпал, когда издательство подписало договор.
Оставался пункт «а», и он доставлял нам наибольшие неприятности. Грустно, если, рассказывая анекдот, приходится объяснять, в чём его соль, но совсем тоскливо объяснять соль до того, как анекдот рассказан. В конце концов мы решили не оправдываться перед читателями, ибо тот, кому такое оправдание необходимо, явно совершил ошибку, купив эту книжку, и мы уже ничем не можем ему помочь.
Но в одном нам необходимо оправдаться, вернее даже извиниться.
Мы приносим извинения авторам помещённых в сборнике юморесок за те неизбежные вольности, которые мы допускали при переводе. Прежде всего речь идёт о сокращениях текста. Особенно существенно сокращены те статьи, которые написаны были в общемто на серьёзную тему, а весёлые места, которые нам хотелось включить в наш сборник, были просто вставками. Исключались также места, сплошь построенные на непереводимой игре слов, которые невозможно понять без комментариев. Наконец, при переводе выступлений на банкетах, конференциях и т. п. мы опускали места, в полной мере понятные лишь участникам соответствующего события. (Иногда это, впрочем, относилось ко всей вещи в целом, и она в сборник вообще не попадала.) Значительные вольности допускались при переводе идиом и фраз с подтекстом. Особенно вольны стихотворные переводы (а их всего два).
Покончив с оправданиями и извинениями, мы переходим к выполнению гораздо более приятной задачи. Мы выражаем искреннюю благодарность Я. А. Смородинскому за активную поддержку и постоянную помощь при подготовке сборника. Нам приятно также поблагодарить Л. А. Арцимовича, В. И. Гольданского, А. С. Компанейца, А. Б. Курпина, А. И. Лейпунского, М. А. Листенгартена, А. Б. Мигдала, Л. А. Слива, В. М. Струтинского, Ив. Тодорова, Н. В. ТимофееваРесеовского, В. В. Филипова и Б. А. Шварцбурга за советы и предоставление материалов.
В заключение мы хотим ответить на вопрос, который почти наверняка возникнет у читателя, едва он прочтёт на титульном листе: «Физики шутят. Сборник переводов».
— А что, разве советские физики не шутят?
Отвечаем: шутят. И не менее остроумно, чем их зарубежные коллеги. Но чтобы издать настоящий сборник, нам пришлось лишь подобрать и перевести уже опубликованные статьи и заметки, а юмор советских физиков существует пока лишь как фольклор, ибо наши научные журналы (увы!) такого сорта статей не печатают.
Обнинск, май 1965 г.
Ю. Конобеев
В. Павлинчук
П. Работнов
В. Турчин
Почти всерьёз
В РАЗДЕЛЕ:
Физика как наука и искусство*[1]
• Прошлое и будущее теории поля • Как мы измеряли реактивность • Частицы и физики • К квантовой теории абсолютного нуля температуры* • Движение нижней челюсти крупного рогатого скота в процессе пережёвывания пищи • Физическая нумерология • Земля как управляемый космический корабль* • Раскрась сам • Послеобеденные замечания о природе нейтрона • Анализ современной музыки с использованием волновых функций гармонического осциллятора
Физика как наука и искусство
Из выступления на собрании посвящённом 20летию со дня основания Американского института физики
Карл Дарроу [2]
Своё выступление мне, очевидно, следует начать с определения, что такое физика. Американский институт физики сформулировал уже это определение, и, выступая в таком месте, просто неприлично использовать какуюнибудь другую дефиницию. Это, собственно говоря, определение того, что такое «физик», но понять из него, что такое «физика», тоже очень легко. Выслушайте это определение.
«Физиком является тот, кто использует своё образование и опыт для изучения и практического применения взаимодействий между материей и энергией в области механики, акустики, оптики, тепла, электричества, магнетизма, излучения, атомной структуры и ядерных явлений».
Прежде всего я хочу обратить ваше внимание на то, что это определение рассчитано на людей, которым знакомо понятие «энергия». Но даже для столь просвещённой аудитории это определение явно недостаточно продумано. Действительно, человек, знакомый с понятием энергии, вспомнит, повидимому, уравнение
Е=mc,
с помощью которого он овладел тайной атомной бомбы, и это уравнение само будет поистине атомной бомбой для цитированного определения. Ибо в определении подразумевается, что материя чётко отличается от энергии, а приведённое уравнение это начисто опровергает. Оно пробуждает в нас желание переиначить определение и сказать, что физик — это тот, кто занимается взаимодействием энергии с энергией, а это звучит уже совсем нелепо.
Далее в определении говорится об «изучении и практическом применении», что явно носит отзвук ставшего классическим противопоставления чистой физики физике прикладной. Давайте поглубже рассмотрим это противопоставление. Прежде всего попробуем чётко определить различие между чистой и прикладной физикой.
Обычно считается, что «чистый физик» интересуется приборами и механизмами лишь постольку, поскольку они иллюстрируют физические законы, а «прикладной физик» интересуется физическими законами лишь постольку, поскольку они объясняют работу приборов и механизмов. Преподаватель физики объясняет ученикам устройство динамомашины чтобы они поняли, что такое законы Фарадея, а преподаватель электротехники излагает ученикам законы Фарадея, чтобы они поняли, что такое динамомашина. «Чистый физик» совершенствует свои приборы только для того, чтобы расширить наши знания о природе. «Прикладной физик» создаёт свои приборы для любой цели, кроме расширения наших знаний о природе.
С этой точки зрения Резерфорд был «прикладным физиком» на заре своей карьеры, когда он пытался изобрести радио, и стал «чистым физиком», когда бросил эти попытки, а Лоуренс был «чистым физиком», пока изобретённые им циклотроны не начали использоваться для производства изотопов, а изотопы — применяться в медицине. После этого Лоуренс «лишился касты». Уже из этих примеров ясно, что наше определение следует считать в высшей степени экстремистским, и надо быть фанатиком, чтобы отстаивать такую крайнюю позицию. Это станет совсем очевидным, если мы рассмотрим аналогичную ситуацию в искусстве.
Возьмём, например, музыку. Композитора, создающего симфонии, мы, очевидно, должны считать «чистым музыкантом», а композитора, сочиняющего танцевальную музыку, — «музыкантом прикладным». Но любой дирижёр симфонического оркестра знает, что слушатели не станут возражать, а даже будут очень довольны, если он исполнит чтонибудь из произведений Иоганна Штрауса и Мануэля де Фалья. Сам Рихард Вагнер сказал, что единственная цель его музыки — усилить либретто; следовательно, он «прикладной» музыкант. Ещё сложнее дело обстоит с Чайковским, который всю жизнь был «чистым» музыкантом и оставался им ещё пятьдесят лет после смерти, пока звучная тема одного из его фортепьянных концертов не была переделана в танец под названием «Этой ночью мы любим».
Обратимся к живописи и скульптуре. Назовём «чистым» художником того, чьи картины висят в музеях, а «прикладным» того, чьи произведения украшают жилище. Тогда Моне и Ренуар — прикладные художники для тех, кто может себе позволить заплатить двадцать тысяч долларов за картину. Для остальных грешных, в том числе и для нас с вами, они чистые художники. Я не уверен только, к какой категории отнести портретиста, за исключением, пожалуй, того случая, когда его картина называется, «Портрет мужчины» и висит в музее, — тогда он, несомненно, чистый художник. Я уверен, что многие современные живописцы ждут, что я отнесу к чистым художникам тех, чьи произведения ни на что не похожи и никому не понятны, а всех остальных — к прикладным. Среди физиков такое тоже встречается.
Законченный пример прикладного искусства, казалось бы, должна являть собой архитектура. Однако отметим, что существует такое течение, которое называется «функционализм»; сторонники его стоят на том, что все части здания должны соответствовать своему назначению и служить необходимыми деталями общей конструкции. Само существование такой доктрины говорит о том, что есть строения, имеющие детали, в которых конструкция здания вообще не нуждается и без которых вполне могла бы обойтись. Это очевидно для всякого, кто видел лепной карниз. Теневая сторона этой доктрины заключается в том, что она запрещает наслаждаться зрелищем величественного готического собора до тех пор, пока инженер с логарифмической линейкой в руках не докажет вам, что здание рухнет, если вы удалите хоть какую нибудь из этих изящных арок и воздушных подпорок. А как быть с витражами? Они:
а) функциональны (способствуют созданию мистического настроения и какникак это окна),
б) декоративны (нравятся туристам),
в) антифункциональны (задерживают свет).
Первая точка зрения принадлежит художникам, создавшим окна собора в Шартре, вторую разделяют гиды, а третьей придерживались в восемнадцатом столетии прихожане, которые выбили эти окна, чтоб улучшить освещение, и забросили драгоценные осколки в мусорные ямы.
Итак, в соборе нелегко отделить функциональное от декоративного. Но так и в науке. И если некоторые тончайшие черты в облике готических соборов обязаны своим происхождением тому простому факту, что тогда в распоряжении зодчих не было стальных балок, а современные строители, в распоряжении которых эти балки есть возводят здания, которым таинственным образом не хватает чегото, что нам нравится в древних соборах, то аналогии этому мы можем найти, сравнивая классическую физику с теориями наших дней…
Попробуем заменить названия «чистая» и «прикладная» физика словами «декоративная» и «функциональная». Но это тоже плохо. Прикладная физика — либо физика, либо не физика. В первом случае в словосочетании «прикладная физика» следует отбросить прилагательное, во втором — существительное. Архитектура остаётся архитектурой независимо от того, создаёт она здание Организации Объединённых Наций или СентШапель. Музыка есть музыка — в венском вальсе и в органном хорале, а живопись и в портретном жанре, и в пейзажном — всё живопись. И физика есть физика — объясняет ли она устройство телевизора или спектр гелия.
Однако различие в действительности должно быть всётаки больше, чем я склонен был признать до сих пор, поскольку люди постоянно твердят о «фундаментальных исследованиях», предполагая, таким образом, существование чегото противоположного, «нефундаментального». Хорошее определение «фундаментального исследования» все будут приветствовать. Попробуем изобрести его.
Начать следует, разумеется, с определения, что такое исследование. К несчастью, понятие это содержит в себе негативный элемент. Исследование — это поиски, когда вы не знаете, что найдёте; а если вы знаете, значит уже нашли, и вашу деятельность нельзя назвать исследовательской. Но если результат ваших исследовании неизвестен, откуда вы знаете, что он будет фундаментальным?
Чтобы выйти из этого тупика, попытаемся отнести понятие фундаментальности не к конечному результату исследований, а к самому процессу исследования. Мы можем, например, назвать фундаментальными такие исследования, которые ведутся независимо от того, будут ли результаты иметь практическое значение или не будут. Между прочим, здесь не следует перегибать палку. Было бы неблагоразумно определять фундаментальные исследования, как такие исследования, которые прекращаются, как только появляются признаки того, что результаты могут быть применены на практике. Такая концепция рискует навлечь на себя гнев финансирующих организаций. Но даже самого трудного и скаредного финансиста можно ублажить, сказав, что фундаментальные исследования — это те, которые не дают немедленного практического выхода, но наверняка дадут таковой рано или поздно.
Увы, и это определение не вполне удовлетворительно. Оно оставляет впечатление, что вы перед кемто оправдываетесь, а это уже признак вины. Неужели нельзя определить фундаментальное исследование так, чтобы оно представляло ценность само по себе, без всякой связи с будущими практическими приложениями?
Назовём фундаментальными такие исследования, которые расширяют и продвигают теорию физических явлений. Следовательно, нам придётся немного по теоретизировать насчёт теории.
Существует несколько точек зрения на теорию. Одна из них состоит в том, что теория раскрывает нам глубинную простоту и стройность мироздания. Не теоретик видит лишь бессмысленное нагромождение явлений. Когда он становится теоретиком, явления укладываются в стройную и исполненную величия систему. Но, к сожалению, в последнее время благодаря квантовой механике и теории поля всё большее число людей, выбирая из двух зол меньшее, нагромождение явлений предпочитают нагромождению теорий.
Другую точку зрения высказал недавно Кондон. Он полагает, что теория должна дать нам возможность рассчитать результат эксперимента за более короткое время, чем понадобится для проведения самого эксперимента. Не соглашаться с Кондоном опасно, так как обычно он оказывается прав; но я не думаю, что это определение приятно теоретикам; они обрекаются, таким образом, на бесконечную игру в салочки, которую заведомо проиграют в таких, например, случаях, как при установлении сопротивления серебряного провода или длины волны некоторой линии в спектре германия.
Согласно другой точке зрения, теория должна служить для придумывания новых экспериментов. Здесь есть разумное начало, но это низводит теоретика до положения служанки экспериментатора, а эта роль ему вряд ли понравится.
Есть ещё одна точка зрения, что теория должна охлаждать горячие головы и не допускать потери времени на бесполезные эксперименты. Я предполагаю, что только изучение законов термодинамики пресекло некоторые попытки создать поистине невозможные тепловые двигатели.
Давайте польстим теории и дадим ей определение, которое не будет сводить её ни к хитроумному приспособлению для экономии времени, ни к прислуге эксперимента. Предлагаю считать, что теория — это интеллектуальный собор, воздвигнутый, если хотите, во славу божию и приносящий глубокое удовлетворение как архитектору, так и зрителю. Я не стану называть теорию отражением действительности. Слово «действительность» пугает меня, поскольку я подозреваю, что философы знают точно, что оно значит, а я не знаю и могу сказать чтонибудь такое, что их обидит. Но сказать, что теория — вещь красивая, я не постесняюсь, поскольку красота — дело вкуса, и тут я философов не боюсь. Разовьём нашу аналогии с собором.
Средневековые соборы никогда не бывали законченным строительством. Это же можно сказать и про физические теории. То деньги кончались, то архитектурная мода менялась. В последнем случае старая часть собора иногда разрушалась, а иногда к ней просто пристраивалась новая. Можно найти строгие и массивные римские хоры в мирном соседстве с парящей готической аркой, которая близка к границе опасной неустойчивости. Римские хоры — это классическая физика, а готическая арка — квантовая механика. Я напомню вам, что арка собора в Бовэ обрушивалась дважды (или даже трижды), прежде чем архитекторы пересмотрели свои планы и построили нечто, способное не упасть. Собор состоит обычно из нескольких часовен. Часовня физики твёрдого тела имеет лишь самое отдалённое отношение к часовне теории относительности, а часовня акустики вообще никак не связана с часовней физики элементарных частиц. Люди, молящиеся в одной из часовен вполне могут обходиться без остальной части собора; их часовня может устоять, даже если всё остальное здание рухнет. Сам собор может казаться величественным даже тем, кто не верит в бога, да и тем, кто построил бы совсем другое здание, будь он в состоянии начать всё сначала.
Остаток своей речи я хочу посвятить совсем другому вопросу. Мы восхищаемся нашим величественным собором. Как заразить молодёжь этим восхищением? Как заманить в физику будущих ферми, кондонов, слэтеров?
Обычный в этих случаях метод — удивить, потрясти. Беда в том, что человека нельзя удивить, если он не знаком с той ситуацией, в которую ваш сюрприз вносит решающие изменения. Не так давно я прочёл, что некто проплыл 100 ярдов за 49 секунд. Это совершенно меня не удивило, потому что я не знал, чему равнялся старый рекорд — 39, 59 или 99 секундам. Но я читал дальше и обнаружил, что старый рекорд составлял 51 секунду и держался в течение нескольких лет. Первое сообщение теперь пробудило во мне слабый интерес — едва отличный от нуля, но попрежнему никакого удивления! Теперь представьте себе физика, меня, например, который пытается удивить аудиторию, состоящую из дилетантов, сообщением о том, что сейчас вместо двух элементарных частиц мы знаем целую дюжину или что олово совсем не оказывает сопротивления электрическому току при температурах ниже некоторой, а новейший циклотрон разгоняет протоны до энергии 500 Мэв. Ну и что? Это просто не даёт эффекта!
И если я оснащу своё сообщение экстравагантными утверждениями, это произведёт не больше впечатления, чем размахивание руками и крики лектора перед глухонемой аудиторией.
Ошибочно также мнение, что аудиторию можно потрясти, продемонстрировав решение какойнибудь загадки. Беда здесь в том, что никто не заинтересуется ответом на вопрос, которого он не задавал. Автор детективных рассказов всегда создаёт тайну, прежде чем её решать. Можно было бы последовать его примеру, но труп неизвестного человека, с которого обычно начинается детектив, — зрелище существенно более захватывающее, чем труп известной теории, с которого должен начать физик.
Другой способ: можно пообещать любому вступающему в наш собор, что там он найдёт удовлетворение своему стремлению к чемуто неизменному, постоянному, вечному и бессмертному. Это фундаментальное стремление, поскольку оно постоянно фигурирует в произведениях мистиков, поэтов, философов и учёных. Лукреций считал, что он удовлетворил это желание, сказав, что атомы вечны. Это была прекрасная идея, но, к несчастью, Лукреций понятия не имел о том, что такое атомы. Представлениям древних об атомах ближе всего соответствуют, повидимому, наши элементарные частицы, но — какая неудача! — ни один из членов этого беспокойного и таинственного семейства не является бессмертным, пожалуй, за исключением протона, но и его бессмертие висит на волоске: как только гденибудь поблизости появится антипротон, он в самоубийственном столкновении сразу же прикончит соседа. Наши предшественники столетиями пытались найти этот «вечный атом», и теперь, докопавшись до того, что они считали гранитной скалой, мы обнаружили, что попрежнему стоим на зыбучем песке. Так будем ли мы продолжать говорить о величии и простоте нашей картины мира? Величие, пожалуй, но простота, которая была очевидна Ньютону и Лапласу, — простота ушла вдогонку за «вечным атомом» Лукреция. Её нет, она утонула в волнах квантовой механики. Я подозреваю, что в каждой отрасли физики можно показать новичку хорошую, поучительную и соблазнительную картину — только если не пытаться копать слишком глубоко.[3]
— • • • —
Без слов
Прошлое и будущее теории поля
в теоретической модели, основанной на экспериментальных наблюдениях, достоверных с точностью до одного стандартного отклонения.
Наблюдатель [4]
(обычно хорошо информированный)
Чтобы понять всё значение теории поля, необходимо рассмотреть этот предмет на соответствующем историческом фоне. К 1930 году физика объяснила все наблюдаемые величины. И с тех пор занималась величинами только ненаблюдаемыми, которые и являются предметом рассмотрения в теории поля[5]
.
К тому же времени относится открытие Клейна. Ему мы обязаны уравнением, которое пишется одинаково как в неподвижной, так и в движущейся системах координат, например уравнение получается одинаковым независимо от того, пишете ли вы его сидя или на бегу (давняя мечта теоретиков).
В конце 40х годов теория получила мощный толчок благодаря открытию знаменитого Лэмбовского сдвига. Вместо формул теоретикиполевики начали рисовать картинки, причём часто делали это на обратной стороне старых конвертов, тем самым существенно снижая затраты на теоретические исследования. Стоимость же экспериментальных исследований в этот период существенно возросла, чему способствовали неутомимые экспериментаторы, которые, докапываясь до неслыханных глубин, извлекали оттуда на объяснение своим друзьямтеоретикам один лакомый кусочек за другим по средней цене 10^6 долларов за кусочек. Все, однако, были согласны, что результаты стоили этих затрат, тем более, что затраты были направлены на общее благо и покрывались, естественно, за счёт налогоплательщиков.
Таким образом, Физика неотвратимо вступила в сильное взаимодействие с Правительством. Возможно, этим объясняется тот факт, что в 50е годы в деятельности правительства всё сильнее стали замечаться проявления принципа наименьшего действия.
И вот, наконец, прикрываясь Римановыми листами, теоретики пробили себе дорогу в нефизические области и обнаружили, что всё имеет свою мнимую часть. В последнее время крепнет подозрение, что и сам объект исследования — амплитуда рассеяния — величина чисто мнимая…
Все уверены в том, что теория поля откроет в физике новую героическую эпоху, но когда это случится — сейчас ещё не время предсказывать.
Будущее теории поля лежит в аналитическом продолжении всего, что только можно, в комплексную плоскость. В одной из ранних работ было предложено продолжить в комплексную область квантовое число «странность» с тем, чтобы научиться классифицировать те чисто мнимые частицы, об открытии которых постоянно сообщает «НьюЙорк таймс».
Там же предлагалось продолжить аналитически «двухкомпонентную теорию», чтобы получить «двухкомпонентный эксперимент», имеющий две составляющие — «Правильную» и «Неправильную». Хорошая двухкомпонентная теория должна точно описывать обе компоненты эксперимента.
Дисперсионные соотношения и коэффициенты Рака тоже нужно исследовать с этой точки зрения. Вычисление значений этих (и других) коэффициентов для комплексных значений аргументов обещает вдумчивому исследователю много незабываемых часов у электронновычислительной машины.
Аналитическое продолжение эффекта Мёссбауэра приводит к заключению, что ключ к будущему развитию теории поля вероятнее всего погребён в какойнибудь непонятной статье, опубликованной и забытой в 30е годы. Попытки использовать такой вывод, однако, практически будут скорее всего безуспешными благодаря парадоксу ПайерлсаЙенсена (если ктонибудь и найдёт ту самую статью, он всё равно не поймёт её смысла, пока его не обнаружат экспериментальнонезависимо и совершенно случайно).
Имеется много способов аналитически продолжать задачу многих тел в область теории поля:
1. Приближение случайных статей. Много проще самому написать статью, чем прочитать все уже опубликованные статьи, в которых было сделано то же самое. Изменив формулировки и обозначения, вы не только уничтожите всякие следы связи вашей работы с предшествующими, но и дадите будущим исследователям возможность писать свои собственные статьи вместо того, чтобы читать вашу. Результат — экспоненциальный рост числа статей, которые все утверждают одно и то же и тем самым дают вклад в теорию поля.
2. Упрощение задач и проверка путём изобретения приближённого гамильтониана. Этим вы открываете широкие возможности работы для тех людей, которые иначе не знали бы, чем заняться. Теперь они будут обсуждать недостатки вашего приближённого гамильтониана.
3. Аналитическое продолжение проблемы многих тел в область комплексного числа частиц. Особенно интересно изучение эффектов спаривания для того случая, когда частиц в паре не две, а произвольное комплексное число.
4. Аналитическое продолжение формализма Брауна и метода функций Грина [6]
на все другие цвета спектра.[7]
— • • • —
Известный физик П. Эренфест обучил своего цейлонского попугая произносить фразу: «Aber, meine Herren, das ist keine Physik» — «Но, господа, ведь это не физика» (нем.). Этого попугая он предлагал в качестве председателя в дискуссиях о новой квантовой механике в Гёттингене.
• • •
— И ты утверждаешь, что понадобилась такая штука, чтобы заменить тебя ?
• • •
— …А это Уилкинс ударил по сейсмографу.
Как мы измеряли реактивность
Отрывок из последнего выступления Ферми, на заседании Американского физического общества. Выступление было неофициальным, и Ферми говорил без конспекта. Текст восстановлен по магнитофонной записи и опубликован в неприглаженной», не отредактированной форме. Возможно, Ферми был бы этим недоволен, так как сам он всегда очень тщательно готовил к публикации все свои работы.
Энрико Ферми
…Итак, мы подходим к 1939 году, когда Эйнштейн написал своё знаменитое письмо президенту Рузвельту, в котором советовал обратить внимание на ситуацию в физике и говорил, что, по его мнению, долг правительства обратить на это серьёзное внимание и оказать физикам помощь. И действительно, через несколько месяцев помощь была оказана. Это были 6000 долларов, и эти 6000 долларов были использованы для закупки огромного количества, или, скажем так, того, что по тем временам казалось огромным количеством, графита — по тем временам, когда зрение у физиков ещё не было так испорчено.
И вот физики на седьмом этаже лаборатории Пьюпина стали выглядеть как углекопы, и жены, к которым усталые физики возвращались по вечерам, не могли понять, в чём дело. Конечно, «смог» и так далее, но всётаки…
А дело было в том, что как раз в то время мы пытались узнать чтонибудь о поглощении в графите и ничего хорошего мы от графита не ждали. Так вот, для этого мы построили из графита колонну со стороной в четыре фута или около того и высотой футов десять. Это был, повидимому, первый случай, когда физическая аппаратура — а эта куча графита была физической аппаратурой — оказалась такой большой, что на неё можно было — и нужно было — взбираться. С циклотронами было то же самое, но для меня это был первый случай, когда мне пришлось карабкаться на собственную установку, которая оказалась немножко выше, чем следует, — я ведь человек невысокий.
Ну, время шло, и мы начали понимать, что именно мы должны мерить, и с какой точностью эти величины — я назову их, и f — у меня нет времени объяснять вам, что это такое, — с какой точностью, и f должны быть измерены, чтобы стало ясно, что можно, а что нельзя. Ну, в общем произведение этих трех величин должно было быть больше единицы. Теперьто мы знаем, что даже если очень постараться, получится произведение 1,1.
Если бы, например, мы могли измерить каждую из этих величин с точностью до 1%, то получилось бы, например, что произведение равно 1,08±0,03, и если так, то мы сказали бы: «Всё в порядке, давайте работать», а если бы произведение получилось 0,95±0,03, то следовало бы поискать чегото другого. Ну, а если у вас получается 0,9±0,3, то что вы знаете? Повидимому, вообще ничего. Даже если получилось 1,1±0,3, вы тоже знаете не больше. В этом была вся беда, и если вы посмотрите в наши первые работы, где приведены значения, полученные разными экспериментаторами, то увидите, что они отличаются друг от друга на 20% и больше. Эти величины я думаю, свидетельствовали главным образом о темпераменте физиков. Оптимисты неизбежно их преувеличивали, а пессимисты вроде меня старались сделать поменьше.
В общем никто ничего понастоящему не знал, и мы решили, что нужно чтото предпринять. Надо было придумать такой эксперимент, в котором измерялось бы сразу произведение, и f, а не эти величины в отдельности.
Так вот, мы пошли к декану Пеграму, который тогда в университете был магом и волшебником, и объяснили ему, что нам нужно большое помещение. Когда мы говорили «большое», то имели в виду понастоящему большое, и он, помнится, в разговоре сказал чтото о том, что церковь не очень подходящее место для создания физической лаборатории, но я думаю, что как раз церковь была бы именно тем, чего мы хотели. Покрутившись немного по двору, он повёл нас по тёмным коридорам, и мы пролезали под какимито отопительными трубами и заглядывали в разные закоулки в поисках места для своего эксперимента, пока наконец не нашли большую комнату, правда, — не церковь, но нечто аналогичное по размерам.
Тут мы и начали воздвигать свою конструкцию, которая и на этот раз выглядела на порядок крупнее всего, что мы видели до сих пор. Правда, современный физик, чтобы разглядеть эту конструкцию, возможно, вынет увеличительное стекло и подойдёт поближе. Но по тому времени она выглядела понастоящему большой. Конструкция была сложена из графитовых кирпичей, а среди этих графитовых кирпичей в некотором порядке располагались большие жестянки, кубические жестянки с окисью урана.
Ну, как вы, может быть, знаете, уголь — вещество чёрного цвета. Окись урана тоже. И люди, имеющие дело с тоннами этих субстанций, — тоже. Кроме того, для такого дела нужны сильные люди. Ну, мы, конечно, были в разумной степени сильными, но надо иметь в виду, что в концето концов мы были мыслителями. Тогда декан Пеграм покрутил головой и сказал, что такая работа, конечно, не по нашим слабым силам, а в Колумбийском университете есть футбольная команда и в ней дюжина или около того очень крепких ребят, которые берут работу с почасовой оплатой, чтобы заработать себе на учёбу. Почему бы их не нанять?
Это была блестящая идея. Руководить работой этих крепких ребят, которые таскали уран и укладывали (засовывали) его на место, обращаясь с 50— и 100фунтовыми пачками с такой лёгкостью, как будто они весили 3…4 фунта, было истинным наслаждением. Они так швыряли эти пачки, что в воздухе только пыль столбом стояла — всех цветов, главным образом чёрного.
Вот так и воздвигалось то, что тогда называлось экспоненциальным котлом.
— • • • —
Гансу Ландольту принадлежит шутка: «Физики работают хорошими методами с плохими веществами, химики — плохими методами с хорошими веществами, а физхимики — плохими методами и с плохими веществами».
• • •
Энрико Ферми был членом Итальянской академии наук. Заседания её проходили во дворце и обставлялись всегда чрезвычайно пышно.
Опаздывая на одно из заседаний, Ферми подъехал ко дворцу на своём маленьком «фиате». Выглядел он совсем не попрофессорски, имел довольно затрапезный вид, был без положенной мантии и треуголки. Ферми решил всё же попытаться проникнуть во дворец. Преградившим ему путь карабинерам он отрекомендовался как «шофёр Его Превосходительства профессора Ферми». Всё обошлось благополучно.
• • •
Американский физик Роберт Милликен (1868—1953) был известен своей словоохотливостью. Подшучивая над ним, его сотрудники предложили ввести новую единицу — «кен» для измерения разговорчивости. Её тысячная часть, то есть милликен, должна была превышать разговорчивость среднего человека.
• • •
— Он должен быть гдето там, он помогал мне монтировать всю эту штуку.
Частицы и физики
Айра М. Фримэн
В небольшой превосходной книге «Элементарные частицы» профессор Янг приводит таблицу эволюции числа известных экспериментаторам элементарных частиц на протяжении относительно короткого исторического периода развития этой области физики. Эти цифры, а также недавнее известие об открытии второй разновидности нейтрино, которое довело полное число частиц до тридцати двух, побудили меня исследовать этот вопрос с целью попытаться обнаружить какую— нибудь закономерность. Результаты получились поразительные.
Вот таблица использованных данных:
Эти данные были нанесены на график в полулогарифмическом масштабе. Чтобы учесть почти полное прекращение фундаментальных исследований в годы двух мировых войн, точка, соответствующая 1933 году, была сдвинута по временной шкале влево на 5 лет, а 1947 и 1962 годам — ещё на 5 лет в том же направлении. Оказалось, что в этом случае точки хорошо ложатся на прямую линию с периодом удвоения около 11 лет, что, очевидно, совпадает с периодом солнечной активности.
Но не только число известных элементарных частиц росло экспоненциально, увеличивалось и число физиков. Тут точных цифр нет, но если считать, например, что число американских физиков равно числу членов Американского физического физизического общества, то закон роста и в этом случае можно приблизительно определить. Вот цифры:
Эти данные также были нанесены на полулогарифмический график. В этом случае была введена поправка для учёта скачкообразного увеличения числа физиков, вызванного второй мировой войной. В пределах ошибок наблюдения скорректированная кривая роста числа американских физиков даёт то же самое время удвоения — 11 лет!
Это позволяет сделать некоторые интересные предсказания, если предположить, что отмеченные закономерности будут продолжаться и дальше в течении известного времени. Например, число частиц превзойдёт число известных химических элементов не позже 1980 года, а полное число изотопов (их известно примерно 1300 штук) — в первой декаде следующего столетия.
Автору не удалось найти надёжной цифры для оценки полного числа физиков во всём мире, но, исходя из американских данных, можно предположить, что их примерно 80 000. Таким образом, на каждую элементарную частицу приходится около 2500 физиков.
Предположим, однако, что две рассмотренные экспоненциальные кривые имеют не в точности одинаковый наклон, а слегка сходятся. Тогда в некотором отдалённом будущем они должны пересечься. Легко подсчитать, что если, например, кривая роста числа частиц, скажем, на 1% круче, то упомянутое пересечение наступит через 13 000 лет с небольшим — это лишь вдвое превышает время, в течение которого существует человеческая цивилизация. Таким образом, в 15 600 году каждому физику гарантировано бессмертие — в его честь можно будет называть элементарную частицу.[8]
— • • • —
Дирак женился на сестре Вигнера. Вскоре к нему в гости заехал знакомый, который ещё ничего не знал о происшедшем событии. В разгар их разговора в комнату вошла молодая женщина, которая называла Дирака по имени, разливала чай и вообще вела себя как хозяйка дома. Через некоторое время Дирак заметил смущение гостя и, хлопнув себя по лбу, воскликнул: «Извини, пожалуйста, я забыл тебя познакомить — это… сестра Вигнера!»
• • •
— Ну, хорошо — эффект вы обнаружили. А теперь найдите его причину.
• • •
— Нет, не идёт. Стукника пониже!
К квантовой теории абсолютного нуля температуры
Д. Бак, Г. Бете, В. Рицлер [9]
(Кембридж)
В данной работе нами был рассмотрен кристалл с гексагональной решёткой. Как известно, при абсолютном нуле температуры в, системе происходит вымораживание всех степеней свободы, то есть прекращаются полностью все внутренние колебания. Однако для электрона, движущегося по боровской орбите, это, обстоятельство не имеет места. Каждый такой электрон, согласно Эддингтону, обладает 1/ степенями свободы, где — введённая Зоммерфельдом постоянная тонкой структуры. Поскольку рассматриваемый нами кристалл состоит также из протонов, которые по теории Дирака можно рассматривать как дырки в электронном газе, то к 1/ степеням свободы электрона следует добавить столько же степеней свободы протона. Таким образом, чтобы достичь абсолютного нуля температуры, мы должны отнять у нашей нейтральной системы (наш кристалл должен быть электрически нейтральным), состоящей из одного электрона и протона (в расчёте на один нейтрон), — (2/ — 1) степеней свободы (Freiheitsgrade). Единицу мы вычли, чтобы не учитывать вращательного движения.
Следовательно, для температуры абсолютного нуля находим Tо = — (2/ — 1) градусов (Grade). Подставив сюда Tо = 273, находим, что = 1/137. Это значение в пределах ошибок находится в замечательном согласии с ранее известным значением. Легко показать, что этот результат не зависит от выбора структуры кристаллической решётки.[10]
— • • • —
— Уилкинс! Уилкинс!!!
Движение нижней челюсти у крупного рогатого скота в процессе пережёвывания пищи
П. Иордан и Р. де Крониг [11]
Среди биологических явлений, в которых проявляется выделенность одного из двух возможных направлений вращения (к ним относятся, например, спиральный рост ползучих растений и строение раковин улиток), существует ещё одно, которое до сих пор, повидимому, не изучалось и на которое мы хотим обратить здесь внимание. Речь идёт о жевательных движениях крупного рогатого скота. Детальное исследование показывает, что движение нижней челюсти относительно верхней не является ни чисто горизонтальным, ни чисто вертикальным, а представляет собой суперпозицию этих периодических движений с таким сдвигом фаз, что в результате получается чистое вращение. Теоретически, конечно, вращение в двух направлениях вполне допустимо, и наблюдение показывает, что в природе осуществляются обе возможности. Принимая направление движения пищи за положительное, мы будем называть право и левовращающими коровами тех особей, у которых жевательное движение происходит (если смотреть спереди) по и против часовой стрелки соответственно.
Подобная классификация, разумеется, молчаливо предполагает, что у заданной коровы направление вращения сохраняется. Однако количество экспериментальных наблюдений, которые мы можем привести в подтверждение этого заключения, ограничено, и мы отдаём себе отчёт в том, что для окончательного доказательства этого положения необходимы более полные данные, полученные за большой промежуток времени. Выборочное обследование коров провинции Шеланд в Дании привело нас к заключению, что 55% их полного числа являются правовращающими, а остальные — левовращающими. Таким образом, отношение близко к единице. Числа проведённых наблюдений, однако, вряд ли достаточно для того, чтобы решить окончательно, является ли замеченное отклонение от единицы реально существующим фактом. Тем более невозможно пока обобщить эту закономерность на коров других стран.
То обстоятельство, что реализуются оба направления вращения, влечёт за собой необходимость выяснить вопрос о том, существует ли простой механизм передачи по наследству того отличительного признака, который мы сейчас обсуждаем. Известно, например, что для упомянутых выше улиток законы генетики применимы в их наиболее простой форме. В большинстве же других случаев существование только одного направления делает подобные исследования невозможными. Представляет интерес выяснить, какая из модификаций для коров является доминирующей. Мы, к сожалению, не можем решить этот важный вопрос, но надеемся, что ответ на него легко смогут найти люди, имеющие непосредственное отношение к разведению крупного рогатого скота.[12]
— • • • —
История открытия эффекта Мёссбауэра[13]
• • •
Дирак любил потеоретизировать на самые различные темы. Однажды он высказал предположение, что существует оптимальное расстояние, на котором женское лицо выглядит привлекательнее всего; поскольку в двух предельных случаях — на нулевом и бесконечном расстоянии — «привлекательность обращается в нуль» (ничего не видно), то между этими пределами, естественно, должен существовать максимум.
• • •
В одном из номеров «Журнала Невоспроизводимых Результатов» («The Journal of Irreproducible Results», 9, 1960) предложена следующая схема расположения фамилий авторов статьи, исключающая возможность выделения когонибудь одного из авторов и нанесения обиды остальным:
• • •
Томсон (лорд Кельвин) однажды вынужден был отменить свою лекцию и написал на доске: «Professor Tomson will not meet his>14
Студенты решили подшутить над профессором и стёрли букву «с» в слове «classes». На следующий день, увидев надпись, Томсон не растерялся, а, стерев ещё одну букву в том же слове, молча ушёл.[15]
Физическая нумерология
И. Дж. Гуд
Нумерология описывает деятельность по отысканию простых численных выражений для фундаментальных физических констант. В истории науки известно несколько примеров, когда нумерология опережала теорию.
1. В 1857 году Кирхгоф заметил совпадение между значением скорости света и величиной отношения электрических единиц измерения. В 1858 году Риман представил статью в Гёттингенскую академию, в которой высказывал предположение о конечности скорости распространения взаимодействия и пришёл к заключению, что она должна равняться отношению единиц, т. е. скорости света.
2. В 1885 году Бальмер дал формулу для частот спектральных линий водорода. В 1913 году она была объяснена Бором и в 1926 году с большей точностью — Дираком и Паули на основе квантовой теории. Осталось лишь объяснить саму квантовую теорию.
3. В 1747 году Дж. Боде предложил простую формулу, которая хорошо описывала расстояние от Солнца до всех шести известных к тому времени планет. Открытый позднее Уран и астероиды также описывались этим выражением, за исключением Нептуна и Плутона. Общепринятого объяснения этому факту до сих пор нет.
Большое число примеров из области физической нумерологии относится к попыткам связать между собой массы «элементарных» частиц. Вот один из многочисленных примеров рассуждений такого рода. Массы элементарных частиц должны быть собственными значениями простых операторов или корнями простых функций. Если n — куб n —го положительного корня функции Бесселя In, то
n = In + n,
что с пятью знаками совпадает с массами нейтрона и гиперона по отношению к электронной массе.[16]
— • • • —
— Нам удалось сделать грандиозное открытие, которое имеет жизненное значение для всего проекта, — эта штука не работает!
Земля как управляемый космический корабль
Речь на банкете, состоявшемся после конференции по физике плазмы, организованной Американским физическим обществом в ноябре 1961 года в КолорадоСпрингс
Д. Фроман [17]
Поскольку я не очень хорошо разбираюсь в физике плазмы и термоядерном синтезе, я буду говорить не о самих этих явлениях, а об одном их практическом применении в ближайшем будущем.
Представим себе, что нам удалось изобрести космический корабль, который движется за счёт того, что выбрасывает продукты реакций DD и DТ. На таком корабле можно стартовать в космос, поймать там несколько астероидов и отбуксировать их на Землю. (Идея, правда, не нова.) Если не очень перегружать ракету, то можно было бы доставить на Землю 1000 тонн астероидов, затратив всего около тонны дейтерия. Я, честно говоря, не знаю, из какого вещества состоят астероиды. Однако вполне может оказаться, что наполовину они состоят из никеля. Известно, что 1 фунт никеля стоит 50 центов, а 1 фунт дейтерия — около 100 долларов. Таким образом, за 1 миллион долларов мы могли бы купить 5 тонн дейтерия и, израсходовав их, доставить на Землю 2500 тонн никеля стоимостью в 2,5 миллиона долларов. Неплохо, правда?
Я уже было подумывал, а не организовать ли мне Американскую Компанию по Добыче и Доставке Астероидов (АКДДА)? Оборудование этой компании будет исключительно простым. При достаточной субсидии со стороны дяди Сэма можно было бы основать весьма доходное дело. Если ктолибо из присутствующих с крупным счётом в банке пожелает войти в число учредителей, пусть подойдёт ко мне после банкета.
А теперь давайте заглянем в более отдалённое будущее. Лично я вообще не могу понять, почему астронавты мечтают попасть в межзвёздное пространство. В ракете ведь будет страшная теснота. Да и в питании им придётся себя сильно урезать. Но это ещё полбеды. Главная неприятность — что астронавт в ракете будет находиться в том же положении, что и человек, помещённый против пучка быстрых протонов, выходящего из мощного ускорителя (посмотрите рисунок). Очень мне жаль бедного астронавта; о его печальной участи я даже сочинил балладу[18]
:
Баллада об астронавте
От бетаинвертора
И гаммаконвертора
Осталась обшивка одна.
А ионная пушка,
Как пустая хлопушка,
Торчит, ни на что не годна.
Все распались мезоны,
Все распались нейтроны,
Излучился весь видимый свет.
По закону Кулона
Разбежались протоны,
На лептоны ж надежды нет.
Повреждённый реактор
Тарахтит, словно трактор,
В биокамере — гниль и прель.
Вот сопло уж забилось,
Да и дно прохудилось,
И вакуум хлещет в щель…
Он летел к Ориону,
Но поток гравитонов
Пересёк неожиданно путь.
Отклонившись от курса
И спустив все ресурсы,
Он сумел и от них ускользнуть.
Сделав крюк здоровенный,
Облетел полВселенной
И теперь на пустом корабле
По последней прямой
Возвращался домой,
Приближаясь к планете Земле.
Но борясь с тяготеньем
Сверхсверхсверхускореньем,
Он замедлил стрелки часов.
И стрелки застыли,
На Земле ж проходили
Тысячи тысяч веков.
Вот родные планеты…
Боже! Солнце ли это? —
Тёмнокрасный, чуть тёплый шар…
Над Землёю дымится,
Над Землёю клубится
Водородный, холодный пар.
Что же это такое?
Где же племя людское? —
В неизвестных, далёких мирах.
Вырастают их дети
Уж на новой планете,
А Земля вся в космических льдах.
Чертыхаясь и плача
От такой неудачи,
Астронавт повернул рычаг.
И раздалось Б,
И раздалось А,
И раздалось Х —
Б А Х!
Но мне жаль и тех, кто останется на Земле. Ведь наше Солнце не вечно. Оно когданибудь пожухнет, погрузив всё окружающее в космический мрак и холод. Как мне рассказывал Фред (Фред Хойл то есть)[19]
, через пару миллиардов лет на Земле будет так холодно, что не то что о комфорте, о самой жизни на этой планете не может быть и речи. А следовательно, имеет явный смысл куданибудь податься. Мне кажется, что для большинства из нас самым удобным космическим кораблём всё же была бы сама Земля. Поэтому если нам не нравится, что наше светило постепенно гаснет, и вообще если всё в Солнечной системе нам надоело, зачем здесь оставаться? Давайте полетим куданибудь прямо на нашей Земле. При этом все трудности, связанные с космическим полётом, отпадут сами собой. Ведь проблемы защиты от радиации не существует, на Земле есть атмосфера, да и скорость движения будет невелика. Безопасность и приятность такого путешествия очевидны (посмотрите этот рисунок). Однако хватит ли нам энергии?
Прежде всего понадобятся тепло и свет: ведь в течение долгого времени мы будем удалены от Солнца или какойлибо другой звезды. Дейтерий, содержащийся в океанской воде, может дать нам 10^38 эрг, следовательно, если использовать его только для отопления и освещения, то этого хватит на три миллиона лет — срок вполне достаточный. Правда, здесь имеется небольшая загвоздка. При нашей скорости мы будем потреблять 3·10^10 фунтов дейтерия в год, а стоимость его 100 долларов за фунт, следовательно, потребляемый дейтерий в 100 раз превысит годовой бюджет современных воздушных сил. Но, быть может, удастся получать дейтерий по оптовым ценам?
Однако нам понадобится ещё энергия для того, чтобы оторваться от Солнца. Расчёт показывает, что на это пойдёт 2,4·10^40 эрг, то есть гораздо больше, чем может дать весь океанский дейтерий. Поэтому необходимо будет изыскать другие источники энергии. Я полагаю, что для решения этой проблемы нам придётся обратиться к синтезу альфачастицы из четырех протонов. При использовании этой реакции все протоны мирового океана дадут нам энергию 10^42 эрг, то есть в сорок раз больше того, что нужно, чтобы оторваться от Солнца.
В качестве рабочего тела можно использовать песок. Выбрасывая 1000 молекул SiO2 на каждую синтезированную альфачастицу, мы для отрыва от Солнца должны будем истратить всего 4% массы Земли. Мне кажется, что мы можем себе это позволить. Тем более что для такой цели не жалко будет израсходовать Луну: ведь вдали от Солнца от неё всё равно нет никакого проку. Покинув Солнечную систему и скитаясь в космическом пространстве, мы, вероятно, сможем время от времени ещё пополнять наши запасы массы и энергии, заправляясь на лету за счёт встречающихся по дороге планет. На пути осуществления этих планов пока стоит одно принципиальное препятствие: мы не умеем осуществлять цепную реакцию 4р —› Не4. Теперь вы видите, какая это важная проблема. Нам нужно удвоить свои усилия для её решения. Время не терпит: Земля провела у Солнца уже две трети отпущенного ей срока.
Уверяю вас: в космосе нам будет отлично. Возможно, нам так понравится, что мы даже не захотим прилепиться к новой звезде.[20]
— • • • —
— Брось сейчас же! Неизвестно, где эта штука валялась раньше.
• • •
Интересный пример того, как можно использовать слова для количественного описания результатов измерений, был приведён профессором Чикагского университета Гейлом.
Профессор работал в лаборатории с одним своим студентом, и они не знали, под каким напряжением — 110 или 220 вольт — находились клеммы, к которым они должны были подключить аппаратуру. Студент собрался сбегать за вольтметром, но профессор посоветовал ему определить напряжение на ощупь. — Но ведь меня просто дёрнет, и всё, — возразил студент. — Да, но если тут 110 вольт, то вы отскочите и воскликнете просто: «О, чёрт!», а если 220, то выражение будет покрепче.
Когда об этой истории я рассказал студентам, один из них заметил: «Сегодня утром я встретил одного малого, так он, наверное, как раз перед этим подключился к напряжению 440!»
Раскрась сам
Пособие по физике высоких энергий
Г. Дж. Липкин [21]
Рис. 1. Экспериментальная кривая. Теория предсказывает пик в точке В. Раскрасьте пик красным.
Рис. 2. Экспериментальная кривая. Теория не предсказывает пика в точке B. Закрасьте пик серым.
Рис. 3. Экспериментальная кривая. Она абсолютно не согласуется с теорией. Ошибки нарисуйте чёрным. Сделайте их больше, больше, БОЛЬШЕ!!
Рис. 4. График Далица. Нанесите на него карту мира. Точки покажут места, в которых вы можете найти Далица.
Рис. 5. Фотография, полученная с помощью искровой камеры. Взаимодействие в точке A даёт три следа: ABF, ACG, ADEH. Проведите треки. Раскрасьте их, как вам нравится, и проинтерпритируйте.
Рис. 6. Экспериментальные точки. нанесённые на идиотграмму. Если вы идиот, раскрасьте их во все цвета радуги. Если вы не идиот, не раскрашивайте. Просто примите антигистограммную таблетку и ложитесь спать.
Рис. 7. Экспериментальные точки на диаграмме Фейнмана. Соедините их между собой всевозможными сплошными, пунктирными и волнистыми линиями. Раскрасьте их калибровочноинвариантным образом.
Рис. 8. Точки являются экспериментальным доказательством существования нового унитарносимметричного октета. Некогда раскрашивать эту картинку. Отсылайте её в «Phys. Rev. Letters» или «New York Times» немедленно!
Рис. 9. Загадочный. Найдите на нём промежуточный бозон.
Рис. 10. Экспериментальные точки в нефизической области комплексной плоскости углового момента. Только Чью знает, что это такое. Если вы сторонник теории, раскрасьте картинку в золотой цвет, если противник — проведите разрез от точки A до бесконечности. То же самое сделайте с точками B, C, D, E, F, G, H. После того как вся бумага изрезана в клочья, выбросите их.
Рис. 11. Экспериментальные точки. Все значения конечны. Теория даёт бесконечные значения. Значит, эксперимент никуда не годится. Не раскрашивайте эту картинку. Выкиньте её. Лучше придумайте эксперимент, который давал бы правильные бесконечные значения.[22]
Послеобеденные замечания о природе нейтрона
Речь при закрытии Антверпенской конференции 1965 г.
Ж. Вервье [23]
В ходе настоящей конференции мы слышали много интересных суждений об объекте, называемом «Нейтрон», от различных учёных из самых разных стран. Мы должны, однако, признать, что эта категория странных личностей не единственная из числа тех, кто может чтото существенное сказать об этой «не странной» частице. Давайте постараемся представить, что бы сказали представители различных типов людей о предмете нашей конференции — о нейтроне. Я ограничу себя, как это должен делать каждый хороший докладчик, лишь теми категориями людей, которых я знаю лично. У меня нет времени, чтобы рассматривать другие группы лиц. Между прочим, вы могли заметить во время настоящей конференции что наиболее интересные задачи, по крайней мере с точки зрения докладчиков, это те, на обсуждение которых не остаётся времени. Итак, начнём.
Человек на улице : «Нейтрон, ээ… это чтото, должно быть, очень сложное!»
Физикспециалист в области элементарных частиц : «Нейтрон? О, это очень просто. Он является частью фундаментального октета SU6 х SU6 х SU6 х SU12 со спином 1/2, изотопическим спином 1/2 барионным числом 1, лептонным числом 0, гиперзарядом 0 и странностью 0. В общем, возьмите несколько разных кварков, и вот он перед вами!»
Социолог : «Нейтрон даёт нам прекрасный пример истинно общественного явления. Ему нравится жить в обществе, он просто не может существовать вне коллектива. Доказательство: как только нейтрон покидает ядерную толкучку, он тут же распадается».
Член общества защиты, животных : «Бедный нейтрон. Как только он оставляет свою ядерную нору, он захватывается, диффундирует, рассеивается (неупруго), а если ему и удаётся избежать всего этого, то он, бедняжка, распадается!.. Мы предлагаем почтить минутным молчанием его несчастную долю».
Когда эта минута заканчивается, выступает член Женского комитета : «Нейтрон являет собой прекрасный пример стойкого борца за права женщин. В своём браке с протоном он имеет точно такие же права, что и его партнёр, ввиду зарядовой независимости ядерных сил».
Можно было бы развить много интересных соображений о психологии невестынейтрона и женихапротона в их весьма странном браке. Католик сделал бы ряд оговорок по поводу морали нейтрона, поскольку хорошо известно, что дейтрон представляет собой не очень крепко связанную пару. С другой стороны, борец за установление контроля над рождаемостью очень обрадовался бы тому, что дейтрон не имеет продуктов распада. Нам хотелось бы прямо распространить на человеческие отношения выводы из того факта, что трехнуклонные системы [ядро изотопа гелия 3(Не3) и тритон (Н3)] очень похожи и почти столь же стабильны, как и дейтрон.
И, наконец, имеется ещё одна категория людей, которым вы можете задать очень ясный вопрос: Что такое нейтрон? На что они недоуменно отвечают: «Простите, не могли бы вы повторить свой вопрос? Я тут, кажется, вздремнул…»[24]
— • • • —
Давида Гильберта (1862—1943) спросили об одном из его бывших учеников.
— Ах, этотто? — вспомнил Гильберт. — Он стал поэтом. Для математики у него было слишком мало воображения.
• • •
Кавендиш, один из величайших физиковэкспериментаторов своего времени, вёл очень уединённый и замкнутый образ жизни. У него совершенно не было друзей, женщин же он панически боялся и со своей прислугой женского пола не вступал ни в какие разговоры, а оставлял на столе записки с поручениями.
После его смерти остался миллион фунтов в банке и двадцать пачек рукописей с описанием проведённых им уникальных исследований, которые он при жизни считал ненужным публиковать.
Анализ современной музыки с использованием волновых функций гармонического осциллятора
Г. Дж. Липкин
Значение гармонических колебаний в музыке было прекрасно известно даже до открытия Стальминским гармонического осциллятора[25]
. Данные об оболочечной структуре были впервые приведены Гайдном, который открыл магическое число «четыре» и доказал, что система из четырех музыкантов обладает необычной стабильностью[26]
. Понятие магического числа было расширено Моцартом в его работе «Волшебная флейта». Система из четырех волшебных (магических) флейт является, таким образом, дважды магической. Такая система, повидимому, столь устойчива, что ни с чем не взаимодействует и, следовательно, является ненаблюдаемой.
Существенный шаг вперёд в применении спектроскопической техники в музыке был сделан Рачахманиновым[27]
и Шарпом[28]
, а также Вигнером, Вагнером и Вигнером[29]
. Релятивистские эффекты были учтены в работе Баха, Фешбаха и Оффенбаха[30]
, которые использовали метод Эйнштейна, Инфельда и Гоффмана.
До сих пор все попытки применить гармонический осциллятор к анализу современной музыки терпели неудачу. Причина этого, т. е. именно тот факт, что современная музыка в большинстве своём негармонична, была отмечена Вигнером и Вагнером[31]
.
Более ангармоничным является подход Бракнера, который использовал вместо осцилляторных функций плоские волны. Этот многообещающий метод, строго говоря, применим только к бесконечным системам. Поэтому все произведения школы Бракнера предназначаются только для очень больших ансамблей. Следует отметить некоторые более поздние работы, в первую очередь статью Примакофьева[32]
и, конечно, прекрасные вальсы, представленные Штраусом на последнюю Женевскую конференцию «Музыка для мира»[33]
.
Полезные советы
В РАЗДЕЛЕ:
Как писать научные статьи* • Как заниматься научной работой • Как пользоваться диапозитивами* • Приготовление кофе в научноисследовательских учреждениях • Как выступать на заседании Американского физического общества* • Советы университетским профессорам • Советы экзаменатору • Математизация • Инструкция для авторов • Как не слушать оратора*
Как писать научные статьи
Л. Солимар [34]
Введение
Вопрос о подготовке научных статей к публикации неоднократно рассматривался с разных точек зрения, но всё же многие его стороны до сих пор оставались без внимания. Вызывает удивление также тот факт, что большие успехи, достигнутые за последнее десятилетие в проведении научных исследований, почти не приблизили нас к окончательному решению этого вопроса. На тему о том, как писать статьи, написано множество книг и брошюр, но все они посвящены либо расплывчатым рекомендациям общего характера («пишите понятно», «поясняйте свои мысли», «не отклоняйтесь от темы» и т. д.), либо советам по техническому оформлению («с одного края страницы должны быть оставлены поля», «подписи под рисунками должны быть отпечатаны на машинке», «размер иллюстраций не должен превышать 10см X 15 см» и т. д.). Не отрицая серьёзности и важности этих советов, я всё же полагаю, что они затрагивают лишь ограниченный круг второстепенных вопросов. В этой заметке я не собираюсь излагать новые идеи, а просто хочу поделиться своим опытом в составлении технических статей и ценными замечаниями, которые я в своё время получал от друзей и знакомых.
Некоторые соображения о мотивах, побуждающих к написанию статьи
Целый ряд причин (от обычной графомании до стремления улучшить своё общественное положение) побуждает человека писать и публиковать свои научные работы. Я не буду вдаваться в подробности и ограничусь рассмотрением лишь четырех главных мотивов: 1) бескорыстное стремление к распространению знаний; 2) забота о собственном приоритете; 3) беспокойство за свою профессиональную репутацию; 4) стремление продвинуться по службе.
Под влиянием первой причины пишут главным образом молодые люди, и то, повидимому, лишь при подготовке своего первого научного труда. Число таких авторов невелико, и для большинства из них первая статья бывает, последней. Следовательно, первую причину нельзя ставить в один ряд с другими более сильными мотивами, хотя забывать о ней всё же не следует.
Вторая причина — приоритет — движет лишь не большой группой авторов, хотя по важности она намного превосходит любую другую причину. Желание связать своё имя с какимнибудь открытием уже давно является отличительной чертой научных работников. С тех пор, как публикация стала служить доказательством открытия, существует стремление ковать свои статьи и как можно быстрее. Однако автор не должен забывать о возможности дальнейшего использования своего открытия. Если он опубликует полученные им данные, то ктото сможет довести эти замыслы до конца и лишить автора возможности пожинать плоды своих трудов. Идеальное решение вопроса — это гарантировать приоритет, заявив об открытии, а подробную публикацию задержать до полной оценки его потенциальных возможностей. Как известно, первым учёным, применившим этот способ, был Галилео Галилей, который послал описание своих астрономических открытий Кеплеру в виде анаграммы, а расшифровал её содержание только через год. Так как современные научные журналы, к сожалению, обычно не публикуют анаграмм, то теперешние первооткрыватели (или изобретатели) должны действовать другим путём. Я рекомендовал бы начинать статьи интригующим заголовком, ибо чем большее впечатление производит заглавие, тем меньше сведений можно будет сообщить в самой статье. Например, заголовок «Усилитель с нагруженной отрицательной индуктивностью» сразу убедит каждого, что открыт новый важный принцип. Автора простят, если он не привёл определённых данных по существу вопроса, а только в общих чертах сообщил об открытии.
Ещё одним доводом в пользу туманных заглавий является наш моральный долг перед потомками. Через несколько поколений у нации может появиться желание утвердить славу своих предков. Может быть, она пожелает доказать, что гражданам именно этой страны принадлежит приоритет всех, даже самых незначительных, открытий и изобретений. Если мы не напустим достаточно тумана сейчас, то тем самым затрудним эту будущую работу наших потомков.
Третья причина — забота о профессиональной репутации. Высокой профессиональной репутации можно достичь различными способами. Достаточно, например, сделать выдающееся изобретение или, ещё лучше, получить Нобелевскую премию, и ваша компетентность в данном вопросе будет вне всякого сомнения. Однако для подавляющего большинства научных работников единственным доступным способом является написание большого количества статей, каждая из которых вносит в науку хотя бы небольшой вклад. Целесообразно при этом несколько первых статей ограничить узкой темой (например, «Соединения в волноводах»), чтобы завоевать признание. Однако позднее автор должен засвидетельствовать свою многосторонность, написав несколько работ, охватывающих более широкую тему (например, «Сверхвысокочастотные колебания»). После опубликования трех десятков статей известность автора выйдет на насыщение и уже не будет возрастать при дальнейшем увеличении числа печатных работ. Тут наступает самый подходящий момент, чтобы внезапно прекратить печататься (несколько обзорных статей не в счёт) и попытаться занять приличную руководящую должность.
Четвёртая причина — стремление продвинуться по службе — тесно связана с необходимостью снискать известность в качестве специалиста, а это можно приобрести путём публикации научных статей. Если бы эта простая зависимость действовала всегда, то о стремлении занять высокую должность как об особой причине не стоило бы и упоминать. Однако существует мнение, которого придерживаются многие, что приобретение высокой профессиональной репутации в качестве промежуточной ступени не является необходимым. Предполагается, что общественное положение можно повысить путём публикации большого числа статей, научная ценность каждой из которых равна нулю или даже отрицательной величине, и подчёркивается, что при этом существенно только общее количество статей. Хотя у меня нет достоверных статистических доказательств, способных опровергнуть эти утверждения, я считаю, что длительное получение выгод таким способом всё же сомнительно. Поэтому я склонен рекомендовать этот способ только в качестве аварийной меры на тот случай, когда вас временно покинет творческое вдохновение.
Советы по оформлению рукописей
До сих пор я рассматривал лишь те причины, по которым пишутся научные работы. Теперь мне хотелось бы коснуться положения молодого автора (не имеющего могущественных соавторов), статье которого предстоит пройти сквозь строй рецензентов.
Как обеспечить приём статьи к опубликованию? Обычно рецензенты подбираются из числа ведущих учёных, чтобы отфильтровать из общего потока рукописей те, которые стоит напечатать (после редактирования). К несчастью, у ведущих учёных, как правило, времени мало, а обязанностей много, и вдобавок они несут бремя административных забот. Они не могут уделить основную часть своего послеобеденного времени чтению какойто одной статьи, и тем не менее именно они должны сделать критические замечания.
