Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления - Пётр Капица

Другим направлением исследований явилось изучение магнитострикции. В обычных полях это явление известно лишь для ферромагнитных веществ, но в сильных полях мы обнаружили, что оно достаточно заметно в различных других веществах, таких как висмут, олово и графит, которые имеют кристаллическую структуру низкой симметрии. Кристаллы висмута в сильных магнитных полях растягиваются в направлении тригональной оси и сжимаются в направлениях, перпендикулярных к ней.

Видно, что при исследовании различных явлений в сильных магнитных полях, существующих очень короткое время, открываются возможности решения широкого круга научных проблем, но для этого требуются специальная техника и аппаратура.

ПРОБЛЕМЫ ЖИДКОГО ГЕЛИЯ

Доклад на Общем собрании Академии наук СССР 28 декабря 1940 г.

Опубликован в журнале «Советская наука» № 1, 33 (1941).

Я чувствую некоторое затруднение, приступая к изложению моих работ в области жидкого гелия. Большинство слушателей привыкло, конечно, к аналитическому мышлению, необходимому во всякой области научной работы, но я боюсь, что сами проблемы физики для многих из вас далеки.

Как всякую научную работу, и работу в области физики можно разделить на три части: первая — цель и задачи исследования, вторая — методы достижения этой цели и третье — полученные результаты и их значение.

Что касается второй части — методов, то в области физики они представляют большой интерес для исследователя и часто в них залог успеха. Но оценить методику работы, технику постановки опыта, методику и точность измерений для человека, не работавшего в лаборатории, и к тому же еще в данной области, мне кажется, очень трудно. Так же как трудно человеку, любящему и понимающему музыку, но не являющемуся музыкантом, оценить трудности техники исполнения музыкального произведения. Но, конечно, это ему не помешает наслаждаться музыкой, любить ее и интересоваться ею. Я думаю, что это замечание справедливо для всех родов творческой работы.

Поэтому Я предлагаю в своем изложении остановиться главным образом на тех целях, которые преследовала постановка каждого опыта, и на тех результатах, к которым он нас привел. А о технике экспериментирования буду говорить только вскользь.

Цель всякого научного исследования определяется состоянием науки в данной области, и ясное представление об этом состоянии и вытекающих из него проблемах необходимо иметь не только самому исследователю, но и тем, кому он рассказывает о своих работах. И вот тут я встречаюсь с большими трудностями.

Я боюсь, что физика является одним из наиболее слабых мест в научной подготовке широко образованного человека. В самом деле, мы хорошо знаем историю, мы все читаем таких больших историков, как Ключевский, Тарле и других; большие концепции естествознания, как, например, дарвинизм, мы легко воспринимаем и поэтому также хорошо с ними знакомы. Технические вопросы также близки нам, так как техника связана с развитием промышленности, находящейся в центре общественного внимания; кроме того, технические приборы в виде радио, телефона, автомобиля и проч. входят в наш каждодневный быт. Но с ведущими концепциями физики, и, может быть, в еще большей степени это относится к математике, дело обстоит значительно слабее.

Если мы спросим любого образованного человека о теории квантов и даже о более частных вопросах, как, например, о фотоэффекте, о спектрах и проч., или если математик спросит, что такое теория групп, учение о вероятности и т. п., то, я думаю, что только в одном случае из десяти можно получить ответ, указывающий на общее знакомство с этими вопросами.

Мое положение затрудняется еще тем, что на сегодняшний день область моего доклада еще далека от жизни и мало известна. Дело в том, что в науке обычно можно выявить два рода изысканий, разницу между которыми позвольте пояснить аналогией. Изучая наши природные богатства, мы можем либо более глубоко развивать эксплуатацию уже открытых геологических пород, либо отыскивать в природе новые залежи. Конечно, оба рода работ чрезвычайно важны для нас, но оцениваем мы их по-разному. Когда мы уже знаем практическую цену разрабатываемой руды, вопрос использования ее уже близко связан с жизнью, тогда оценивать значение нового-изыскания легко. Когда же работа ведет к открытию новых залежей руд, значение которых и ценность для жизни сразу определить трудно, то, очевидно, понимание и оценка значения таких работ значительно затруднены и производится полностью только спустя значительный срок после самого открытия.

Такая же разница в характере работ наблюдается в большинстве областей научных исканий. Возьмем, например, в физике такое крупное открытие, как открытие индукции Фарадеем. Теперь мы знаем, что без него невозможны были бы все электромоторы, динамомашины, которые покрывают густой сетью весь земной шар и необходимы для осуществления любого технического процесса. Но после открытия индукции до внедрения ее в жизнь прошло много десятилетий, и Фарадей и большинство его современников умерли без того, чтобы осознать колоссальное практическое значение этого научного достижения.

Подобных примеров можно указать очень много. Например, Герц, открывший радиоволны, отрицал даже возможность их применения для беспроволочной телеграфии, и он был вполне прав со своей точки зрения, потому что в его время не было известно о существовании в природе в верхних слоях атмосферы слоя, отражающего радиоволны и заставляющего их огибать земной шар, благодаря чему и возможна дальняя радиосвязь. Рентген, когда открыл лучи, названные его именем, из всех многочисленных применений этого замечательного излучения никогда не мог предположить, что они окажутся почти единственным пока терапевтическим средством для лечения рака. Поэтому, если научная работа ведет к отысканию в природе нового, неожиданного, мы не должны рассчитывать на исчерпывающую оценку этого явления сразу же. В данный момент мы можем базироваться в своей оценке только на неожиданности явления, т. е. на том, насколько основательно оно противоречит установившимся взглядам на природу вещей.

В физике, как и в других науках, существует ряд областей, которые более или менее полно охвачены теориями, гипотезами и предположениями. Развитие науки заключается в том, что в то время как правильно установленные факты остаются незыблемыми, теории постоянно изменяются, расширяются, совершенствуются и уточняются. В процессе этого развития мы неуклонно приближаемся к истинной картине окружающей нас природы, понимание которой необходимо для того, чтобы все более полно овладевать и управлять этой природой. Наиболее мощные толчки в развитии теории мы наблюдаем тогда, когда удается найти эти неожиданные экспериментальные факты, которые противоречат установившимся взглядам. Если такие противоречия удается довести до большой степени остроты, то теория должна измениться и, следовательно, развиться.

Таким образом, основным двигателем развития физики, как и всякой другой науки, является отыскание этих противоречий. Отсюда мы получаем основу для объективной оценки научного достижения, не имеющего непосредственного применения на практике. Нахождение всякого нового явления в природе надо оценивать тем значительнее, чем больше изменений оно может потребовать от существующих в данное время взглядов или теорий. Естественно, что правильное понимание значения работы наиболее важно установить самому исследователю, так как это направляет его искания. Мы думаем, что, именно руководствуясь этими соображениями, ученый-экспериментатор и должен составлять план своей работы, понимая этот план, конечно, в широком смысле, как общую целеустремленность.

Для того чтобы вы могли составить себе представление о цели и значении результатов наших работ по изучению свойств жидкого гелия, мне необходимо дать хотя бы самую общую картину тех теоретических взглядов, с которыми они связаны.

За последние 50 лет на развитие экспериментальной физики наибольшее влияние оказали два теоретических воззрения. Первое — это атомистический взгляд на вещество. Развитие этого взгляда, в особенности когда оно было объединено с термодинамическими законами, дало ряд блестящих обобщений, наиболее значительное из которых — это, конечно, кинетическая теория материи. Но такое успешное развитие в начале этого века пришло к одному из любопытнейших тупиков. Из развития теоретических обобщений выходило, что равновесие между веществом и излучением невозможно, так как получалось, что вся энергия теплового движения атома должна была непрерывно переходить в лучистую энергию. Это заключение хорошо известно физикам и носит обычно название парадокса Рэлея — Джинса. История развития этого противоречия поучительна, поэтому позвольте на ней остановиться.