Незападная история науки: Открытия, о которых мы не знали - Джеймс Поскетт
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Чжоу Пэйюань был первым представителем нового поколения китайских ученых, многие из которых внесли важный вклад в развитие современной физики. Наряду с исследованиями в области теории относительности, китайские ученые занимались и квантовой механикой. Как и Чжоу, большинство из них учились за границей, а затем, вернувшись в Китай, помогали организовать новые научные лаборатории. Среди них была и группа учеников знаменитого американского физика Роберта Милликена{512}.
Е Цисунь и Чжао Чжунъяо имели схожее происхождение. Их родители получили традиционное воспитание и образование (впрочем, это было верно и в случае многих других китайских ученых того времени): отец Е Цисуня был государственным служащим, а отец Чжао – школьным учителем. Предполагалось, что и сыновья продолжат семейную традицию: либо сделаются чиновниками, либо будут преподавать конфуцианскую философию. Но революция 1911 г. положила конец прежнему миру. Молодым людям пришлось искать новый путь в жизни, и оба они решили посвятить себя современной науке. В 1918 г. Е Цисунь прибыл в Чикагский университет, где его наставником стал Роберт Милликен. В то время Милликен занимался экспериментальной проверкой новых теорий в области квантовой механики. Под его руководством Е Цисунь начал работу по измерению постоянной Планка (названной в честь немецкого физика Макса Планка). По сути, это была фундаментальная константа, определяющая многие особенности строения Вселенной. Чтобы решить эту сложную задачу, Е Цисуню пришлось усовершенствовать экспериментальную установку, с помощью которой исследовалось тормозное рентгеновское излучение. Уточнение параметров генерации этого излучения и позволило увеличить точность измерения постоянной Планка. В 1921 г. Е Цисунь опубликовал статью в соавторстве с гарвардским физиком Уильямом Дуэйном, объявив о самом точном на тот момент измерении постоянной Планка. На протяжении нескольких десятилетий полученное авторами работы значение оставалось стандартной величиной, которую использовали физики по всему миру{513}.
В том же 1921 г. Милликен перешел из Чикагского университета в Калифорнийский технологический институт. Несколько лет спустя, получив Боксерскую стипендию, в США прибыл Чжао Чжунъяо. Он ехал именно в Калифорнию, к Милликену, у которого к тому времени уже была прочная репутацию наставника, готового поддерживать перспективных китайских ученых. Обсудив с Чжао возможную тему исследования, Милликен согласился стать его научным руководителем. Чжао приступил к реализации чрезвычайно смелого и перспективного проекта по проверке одного из последних теоретических открытий в квантовой механике. В 1929 г. два физика из Копенгагена опубликовали уравнение, которое, по их словам, описывало прохождение электромагнитной волны, такой как свет, через атомное ядро. Чжао решил проверить его истинность. Для этого он начал облучать различные химические элементы гамма-лучами – разновидностью ультравысокочастотного электромагнитного излучения – и измерять количество энергии, которое поглощалось или испускалось атомными ядрами. Результаты были неожиданными. Для некоторых атомных ядер уравнение работало, но другие ядра, в особенности тяжелых элементов (например, свинца), излучали значительный избыток энергии, что не соответствовало уравнению. Откуда взялась эта энергия? Поначалу Чжао не мог этого объяснить. Как бы то ни было, полученные результаты были признаны достаточно важными и опубликованы в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences{514}.
Как оказалось, Чжао стал первым ученым в мире, обнаружившим новую фундаментальную частицу – позитрон. Существование этой частицы было предсказано в 1928 г. британским физиком Полем Дираком. Дирак предположил, что при определенных условиях могут создаваться электроны с положительным, а не с отрицательным зарядом. Эти странные частицы представляли собой совершенно новый вид материи, который стал известен как «антивещество». Дирак также понял, что позитроны могут существовать лишь крошечные доли секунды, поскольку они быстро притягиваются к отрицательно заряженным электронам, в результате чего две частицы сталкиваются и «аннигилируют». Что особенно важно, реакция аннигиляции сопровождается выбросом энергии. Именно это Чжао и обнаружил в своих экспериментах: зарегистрированная им избыточная энергия была результатом аннигиляции электронов и позитронов.
В 1930 г. Чжао защитил диссертацию и вернулся в Пекин, где начал преподавать в Университете Цинхуа. Несмотря на то, что он первым провел такой важный эксперимент, вся слава открытия позитрона досталась американскому физику Карлу Андерсону, другому ученику Милликена в Калифорнийском технологическом институте. Чжао и Андерсон трудились в соседних лабораториях и почти каждый день обсуждали свои эксперименты. Как позже писал Андерсон, его «очень заинтересовали» находки Чжао. После возвращения коллеги в Китай Андерсон продолжил его экспериментальную работу и окончательно подтвердил правоту Дирака: позитрон действительно существовал. В 1936 г. за открытие позитрона Андерсону была присуждена Нобелевская премия по физике. Тогда он утверждал, что наткнулся на позитрон «случайно», но позже признал, что по этому пути его направили именно предшествующие эксперименты Чжао{515}.
Чжао был одним из многих китайских физиков, которые в первые десятилетия XX в. учились за рубежом. Некоторые – в США, другие – в Европе и Японии. Они внесли важный совокупный вклад в развитие современной физики в самых разных областях – от разработки математических основ общей теории относительности до открытия новых элементарных частиц. Многие из них были выходцами из семей, где исповедовали традиционные конфуцианские ценности, поэтому после свержения императорской династии Цин в 1911 г. им пришлось искать новый путь в жизни. Благодаря возможности получить образование в университетах США, Европы и Японии они вернулись домой состоявшимися учеными и проводниками современной науки, а не конфуцианскими схоластами. Как и в СССР, политические лидеры Китая рассматривали науку как средство модернизации страны. Они связывали новые научные открытия, такие как теория относительности и квантовая механика, со светлым будущим. Именно за развитие современной науки ратовали участники студенческих протестов, вспыхнувших в китайских городах весной 1919 г. «Чего не хватает Китаю и в чем он нуждается острее всего, так это естественные науки», – утверждал Цай Юаньпэй, один из лидеров «Движения 4 мая». В следующем разделе мы рассмотрим, как обстояли дела с развитием современной физики в тот же период в соседней Японии. И хотя эта страна в начале ХХ в. избежала политических пертурбаций, мировое идеологическое противостояние все же трансформировало японскую науку{516}.
Рис. 34. Фотография позитрона в камере Вильсона. Движение позитрона видно как черная изогнутая линия, идущая из нижнего левого угла в верхний левый угол
III. Квантовая механика в Японии
Сгрудившись вокруг стола со стопками научных журналов, японские студенты горячо обсуждали последние новости из мира квантовой механики. Они начали с новой статьи Поля Дирака об атоме водорода, затем перешли к статье Вернера Гейзенберга о квантовых «переходах» электронов. Для этих молодых людей, как и для их сверстников в Китае, квантовая механика представляла собой будущее. Японская наука должна выйти за рамки «классической теории», твердил один из них. «Наша закоснелая система преподавания устарела», – заявил другой. Это было первое заседание Группы физических чтений, созданной в марте 1926 г. студентами Токийского университета, разочарованными уровнем и содержанием университетской программы. В те годы основной курс физики включал только классическую механику Ньютона и некоторые работы Джеймса Максвелла по электромагнетизму. Никакой современной физики. Никакой квантовой механики. Поэтому студенты решили взять дело в свои руки{517}.
Хоть начало XX в. в Японии и не ознаменовалось политической революцией, все же это был период серьезных социальных перемен. После смерти императора Мэйдзи в 1912 г. многие представители молодого поколения требовали политической
