Примечания автора [19]

Вступление

Момент перехода

1 Популярное описание этого эксперимента приводится в: Crease R. P., Mann C. C . The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. New Brunswick, N.J.: Rutgers University Press, 1996. P. 386–390.

2 Замечания Уотсона можно найти в книге: McElheny V . Watson and DNA: Making a Scientific Revolution. Cambridge, Mass.: Perseus, 2003. P. 52. Относительно замечаний Милликена см. главу 8.

3 Первая цитата из Вайскопфа взята из книги: Cole K. C . The Universe and the Teacup: The Mathematics of Truth and Beauty. New York: Harcourt Brace, 1988. P. 184 (дата приведена по сведениям, полученным из личной беседы). Вторая цитата из Вайскопфа взята из книги: Physics and Society: Essays in Honor of Victor Frederick Weisskopf by the International Community of Physicists / V. Stefan (ed.). New York: Springer, 1998. P. 41.

4 Харди Г. Г. Апология математика / Пер. Ю. А. Данилова. Ижевск: РХД, 2000. По поводу красивых уравнений см.: It Must Be Beautiful: Great Equations of Modern Science / G. Farmelo, (ed.). London: Granta Books, 2003.

5 См.: Faraday M . The Chemical History of the Candle. New York: Viking, 1963. Lecture 1.

6 Не имеет принципиального значения, изображаем ли мы этот процесс как ответ Вселенной на наши вопросы (в соответствии с классическими представлениями о научном исследовании) или как возвращение нам наших собственных слов (как представляют его социальные конструктивисты). Существенно то, что проведение эксперимента обеспечивает получение новых смыслов, а этого не замечают обе приведенные выше метафоры. См.: Crease R. P . Hermeneutics and the Natural Sciences: Introduction // Hermeneutics and the Natural Sciences / Robert P. Crease (ed.). Dordrecht: Kluwer, 1997. P. 259–270.

7 Марк Твен. «Простаки за границей, или Путь новых паломников», пер. И. Гуровой.

8 Шиллеровская концепция прекрасного обсуждается в его книге «Письма об эстетическом воспитании человека». См. также: Emerson R. W . Essays & Poems. New York: Literary Classics of the United States, 1996. P. 931.

9 Crease R. P . The Most Beautiful Experiment // Physics World. May 2002. P. 17 & Sept. 2002. P. 19–20.

10 Эксперимент Эратосфена входит в программу старших классов многих школ, обсуждается в популярном телесериале Карла Сагана «Космос» и является темой книги для детей. Эксперимент Галилея на Пизанской башне был воспроизведен на Луне командой космического корабля «Аполлон-15». Эксперимент Галилея с наклонной плоскостью, который проходят на уроках в средней школе, включен в оперу Филипа Гласса «Галилео Галилей». Значение экспериментов Исаака Ньютона с призмами горячо обсуждалось поэтами и писателями на протяжении восемнадцатого и девятнадцатого столетий. Маятник Фуко является важным культурным символом благодаря своему присутствию во многих общественных местах, включая здание штаб-квартиры ООН в Нью-Йорке, и появляется по крайней мере в двух романах, один из которых – бестселлер Умберто Эко «Маятник Фуко». Два описанных в книге эксперимента – эксперимент Милликена и эксперимент Резерфорда (в ходе которого было открыто атомное ядро) – стали предметом известных и довольно неоднозначных работ, написанных историками науки. Впечатляющие и весьма популярные фильмы были созданы двумя группами ученых, которые провели двухщелевой эксперимент, иллюстрирующий квантовую интерференцию с отдельными электронами. Обсуждение упомянутого эксперимента (наряду с обсуждением двухщелевого эксперимента со светом, проведенного Юнгом) присутствует в пьесе Тома Стоппарда «Хэпгуд». Ну, и так далее.

Глава 1. Измеряя мир

Эратосфен и земная окружность

11  Аристотель . О небе. [298a19-21]. Цитаты из Аристотеля здесь и далее даны в пер. Н. В. Брагинской, Т. А. Миллер, А. В. Лебедева, В. П. Карпова.

12 Там же. [298а16-18].

13 Названные источники включают сочинения Клеомеда, Марциана Капеллы, Страбона, Плиния, Элия Аристида, Гелиодора, Сервия и Макробия. С отрывками можно познакомиться в: Gratwick A. S . Alexandria, Syene, Meroe: Symmetry in Eratosthenes’s Measurement of the World // The Passionate Intellect: Essays in the Transformation of Classical Traditions / L. Ayres (ed.). New Brunswick: Transaction Publishes, 1995. См. также: Diller A. The Ancient Measurements of the Earth // Isis. 1949. Vol. 40. P. 6–9; The History of Cartography / Harley J. B. , Woodward D. (eds.). Vol. 1. Chicago: University of Chicago Press, 1987. P. 148–160.

14 Элий Аристид. Цит по: Gratwick . Op. cit. P. 183.

15 Yee C. K.K. Taking the World’s Measure: Chinese Maps Between Observation and Text // The History of Cartography / Harley J. B. , Woodward D. (eds.). Vol. 2, Book 2. Chicago: University of Chicago Press, 1994. P. 96–127 (см. p. 97).

16 Плиний . Естественная история. Книга II.

Интерлюдия

Почему наука прекрасна?

17  Ruskin J . Modern Painters, Ed. and abridged by D. Barrie. Great Britain: Ebenezer Baylis & Son, 1967. P. 17. [Рус. изд.: Джон Рескин. Современные художники. Общие принципы и правда об искусстве. М., Типография Товарищества А. И. Мамонтова, 1901.]

18 К примеру, в книге «Научные понятия» Ллойд Моц и Джефферсон Уивер пишут об отдельных примерах красоты в естественных науках, но предупреждают, что «возведение наших эмоций и ощущений на уровень научных истин способно исказить саму природу научной истины и открыть ворота мистицизму и метафизике, которым не должно быть места в науке» ( Motz L., Weaver J . The Concepts of Science. New York: Plenum, 1988. P. 12).

19 Cather W. Portraits and Landscapes. Цит. по: Writers on Artists // D. Halpern (ed.). San Francisco: North Point Press, 1988. P. 354.

20 Платон . Государство. Х, 605b. Пер. А. Н. Егунова.

21 Августин. Исповедь. Х, XXXIII (50). Пер. М. Е. Сергеенко.

22 Фреге Г . Смысл и денотат // Семиотика и информатика. Вып. 8. 1977. Пер. Е. Э. Разлоговой.

23 Относительно различия между красотой и элегантностью см.: Polanyi M. Beauty, Elegance, and Reality in Science // Observation and Interpretation in the Philosophy of Physics / S. Korner (ed.). New York: Dover, 1957. P. 102–106.

24 Как пишет философ Робин Коллингвуд: «Суть часто задаваемого вопроса об „объективности“ или „субъективности“ красоты заключается в том, принадлежит ли красота объекту и навязывается разуму насильственно или же она принадлежит разуму и навязывается объекту независимо от собственной его природы… Истинная красота не является ни чисто „объективной“, ни чисто „субъективной“. Она есть переживание, в ходе которого разум обнаруживает себя в объекте, разум поднимается на уровень объекта, а объект, в свою очередь, изменяется таким образом, чтобы вызвать полное выражение всех возможностей разума… Отсюда возникает то отсутствие напряжения и глубокое чувство удовлетворения и удовольствия, которое сопровождает переживание истинной красоты. Мы чувствуем, что „нам хорошо здесь“; мы здесь у себя дома, мы принадлежим нашему миру, и наш мир принадлежит нам» ( Collingwood R. G. Essays in the Philosophy of Art. Bloomington, Ind.: Indiana University Press, 1966. P. 87–88).

Глава 2. Бросая мяч

Легенда о «Падающей башне»

25 См. веб-страницу NASA Lunar Feather Drop (http://vesuvius.jsc.nasa.gov/er/seh/feather.html).

26 Drake S. Galileo Studies: Personality, Tradition, and Revolution. Ann Arbor, Mich.: University of Michigan Press, 1970. P. 66–69.

27 Vincenzio V . [Racconto istorico della] vita di Galileo. Milan: Rizzoli, 1954.

28 Цит. по: Cohen B. The Birth of a New Physics. New York: Norton, 1985. P. 7.

29 Там же. P. 708.

30 Цит. по: Settle Т. B. Galileo and Early Experimentation // Springs of Scientific Creativity: Essays on Founders of Modern Science / R. Aris, H. Davis, R. Stuewer (eds.). Minneapolis: University of Minnesota Press, 1983. P. 8.

31 Galilei G. On Motion & On Mechanics / Transl. by S. Drake. Madison, I. B. Drabkin: Madison University of Wisconsin Press, 1960.

32 [ Галилей Г. Избранные сочинения в 2 томах. Т. 2. М., 1964. С. 303.] Galilei G. Two New Sciences / Transl. by S. Drake. Madison: University of Wisconsin Press, 1974. P. 66, 75, 225–226. Здесь и далее цитаты из труда Галилео Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению» приводятся в переводе С. Долгова.

33 Segre M. In the Wake of Galileo. New Brunswick, N.J.: Rutgers University Press, 1991. P. 111.

34 Hibbert C. George III: A Personal History. New York: Basic Books, 2000. P. 194.

35 Feinberg G. Fall of Bodies Near the Earth // American Journal of Physics. 1965. Vol. 33. P. 501–503.

36 Settle T. B. Galileo and Early Experimentation. Op. cit. P. 3–21.

37 Drake S. Galileo at Work: His Scientific Biography. Chicago: University of Chicago Press, 1978. См. также: Segre M. Galileo, Viviani and the Tower of Pisa // Studies in the History and philosophy of Science. 1989. Vol. 20. P. 435–451. Я многим обязан помощи Томаса Сеттла в подготовке данной и следующей главы.

Интерлюдия

Эксперименты и демонстрации

38  Holmes F. Meselson, Stahl, and the Replication of DNA: A History of “The Most Beautiful Experiment in Biology”. New Haven: Yale University Press, 2001. P. IX–X. «Эксперимент [Мезельсона – Сталя] возник из сложности, был окружен сложностью и указывал путь к открытию новых сложностей».

Глава 3. Альфа-эксперимент

Галилей и наклонная плоскость

39 Галилей. Беседы. Соч. цит. С. 252–254.

40 Koyré A. An Experiment in Measurement // Proc. American Philosophical Society. 1953. Vol. 97. P. 222–236.

41 Settle T. B. An Experiment in the History of Science // Science. 1961. Vol. 133. P. 19–23.

42 Drake S. Galileo at Work. Op. cit. Ch. 5.

Интерлюдия

Сравнение Ньютона – Бетховена

43 The Nature of Scientific Discovery / O. Gingerich (ed.). Washington, D. C.: Smithsonian Institution, 1975. P. 496.

44 Cohen I. B. Franklin and Newton. Philadelphia: American Philosophical Society, 1956. P. 43.

45 Кант И. Критика способности суждения. § 47, пер. М. И. Левиной.

46 Gingerich O. Circumventing Newton: A Study in Scientific Creativity // American Journal of Physics. 1978. Vol. 46. P. 202–206.

47 Lévy-Leblond J.-M. What If Einstein Had Not Been There? A Gedankenexperiment i n Science History. 24th International Colloquium on Group-Theoretical Methods in Physics. Paris, July 2002.

Глава 4. Experimentum crucis

Призма Ньютона

48 Письмо Ньютона Г. Ольденбургу от 18 января 1672 г. в: The Correspondence of Isaac Newton / H. W. Turnbull (ed.). Vol. 1. Cambridge: University Press, 1959. P. 82–83.

49 White M. Isaac Newton: The Last Sorcerer. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1997. P. 165.

50 Westfall R. S . Newton // Encyclopaedia Britannica. 15th edition. Vol. 24. P. 932.

51 Цит. по: White M. Isaac Newton: Last Sorcerer. Op. cit. P. 179.

52 Там же. P. 164.

53 The Correspondence of Newton. Op. cit. Vol. 1. P. 92.

54 The Correspondence of Newton. Op. cit. Vol. 2. P. 79.

55 The Correspondence of Newton. Op. cit. Vol. 1. P. 107.

56 Там же. P. 416.

57 Birch T. The History of the Royal Society of London. Vol. 3. New York: Johnson Reprint Corp., 1968. P. 313.

58 The Correspondence of Newton. Op. cit. Vol. 1. P. 356.

Интерлюдия

Разрушает ли наука красоту?

59  Clark K. Landscape into Art. New York: Harper & Row, 1976. P. 65.

60 То, как поэты отвечали на этот вызов, обсуждается среди прочего в следующих работах: Nicolson M. Newton Demands the Muse: Newton’s Opticks and the Eighteenth Century Poets. Hamden, Ct.: Archon, 1963; Abrams M. H . The Mirror and the Lamp: Romantic Theory and the Critical Tradition. New York: Oxford University Press, 1971.

61 Об этой вечеринке существует целая книга: Hughes-Hallett P. The Immortal Dinner: A Famous Evening Of Genius and Laughter in Literary London. Chicago: New Amsterdam, 2002.

62 Nicolson M. Op. cit. P. 25.

63 Цит. по: The Best Mind Since Einstein // NOVA. November 21, 1993.

Глава 5. Взвешивание мира

Строгий эксперимент Кавендиша

64  Wilson G. Life of the Hon. Henry Cavendish. L.: Cavendish Society, 1851. P. 166. Современная биография Кавендиша: Jungnickel C., McCormmach R. Cavendish: The Experimental Life. Lewisburg, Penn.: Bucknell University Press, 1999.

65 Wilson G. Life of the Hon. Henry Cavendish. Op. cit. P. 170.

66 Там же. P. 188.

67 Там же. P. 185.

68 Там же. P. 178.

69 Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Книга III. Предложение Х. Теорема Х., пер. А. Н. Крылова.

70 Ньютон И. Система мира. Дополнение 22.

71 Цит. по: Howse D. Nevil Maskelyne: The Seaman’s Astronomer. Cambridge: Cambridge University Press 1989. P. 137–138.

72 Цит. по: McCormmach R. The Last Experiment of Henry Cavendish // No Truth Except in the Details A. Kox, D. Siegel (eds.). Dordrecht: Kluwer, 1995. P. 13–14.

73 Cavendish H. Experiments to Determine the Density of the Earth // Philosophical Transactions of the Royal Society. 1798. Vol. 88. P. 469–526.

74 Цит. по: Clotfelter B. E. The Cavendish Experiment as Cavendish Knew It // American Journal of Physics. 1987. Vol. 55. P. 210–213.

75 Wilson. Op. cit. P. 186.

Интерлюдия

Наука в популярной культуре

76  Boxer S. The Art of the Code, or, At Play with DNA // The New York Times. 2003. March 14. P. E35.

Глава 6. Свет и волна

Прозрачная аналогия Юнга

77 Словосочетание «онтологическая вспышка» взято из книги: Gerhart M., Russell A. M. Metaphoric Process: The Creation of Scientific and Religious Understanding. Fort Worth: Texas Christian University Press, 1984. P. 114.

78 Эти и другие подробности биографии Томаса Юнга взяты из книги: Peacock G. Life of Thomas Young. London: J. Murray, 1855, а также из статьи о Томасе Юнге Эдгара Морзе в: The Dictionary of Scientific Biography. Vol. 14. New York: Scribner’s, 1976. P. 562–572.

79 Ньютон И . Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. М., 1954. С. 274. Пер. С. И. Вавилова.

80 Young T. Outlines of Experiments and Inquiries Respecting Sound and Light // Philosophical Transactions. 1800. Vol. 90. P. 106–150.

81 Mollon J. D . The Origins of the Concept of Interference // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 2002. Vol. A360. P. 807–819. Анализ Ньютоном данного вопроса можно найти в «Математических началах натуральной философии», книга III, предложение 24.

82 Здесь мы имеем дело с одним из самых туманных и нерешительных представлений нового фундаментального понятия во всей истории науки. «Поразительно, что столь выдающийся ученый, как доктор Смит, мог даже на одно мгновение вообразить, что вибрации, составляющие различные звуки, способны пересекаться друг с другом во всех направлениях и при этом не оказывать воздействия на одни и те же отдельные частицы воздуха сочетанием своих сил – вне всякого сомнения, они пересекаются, не мешая прохождению друг друга; однако это может иметь место только в том случае, если каждая частица принимает участие в движении обеих волн» ( Young T. Outlines. Op. cit. Section 11).

83 Young T. A Reply to the Animadversions of the Edinburgh Reviewers. London: Longman et al. Cadell & Davis, 1804.

84 Young T. The Bakerian Lecture: Experiments and Calculations Relative to Physical Optics // Philosophical Transactions. 1804. Vol. 94. P. 1–16.

85 Young T. A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts. London: Taylor and Walton, 1845. Лекция 39.

86 Kipnis N. History of the Principle of Interference of Light. Boston: Birkh ä user, 1991. P. 124.

87 Brougham H. Bakerian Lecture on Light and Colors // The Edinburgh Review. 1803. Vol. 1. P. 450–456.

Интерлюдия

Наука и метафора

88 Данный раздел основан на колонке в «Physics World» (“Physics, Metaphorically Speaking”, November 2000, p. 17), для каковой, в свою очередь, был частично использован материал из третьей главы из моей книги «The Play of Nature: Experimentation as Performance».

89 Историк науки Стэнли Джексон, к примеру, показал, что Иоганн Кеплер, подобно многим ученым конца шестнадцатого и начала семнадцатого столетия, привнес светское представление о подобной душе анимистической силе в свою механику. «Если заменить слово „душа“ словом „сила“, то мы получим принцип, лежащий в основе моей физики неба», – писал Кеплер в 1621 году. И хотя ученый отрицал, что данная сила имеет духовную природу, он добавлял, что пришел к «выводу, что эта сила должна быть чем-то субстанциональным – „субстанциональным“ не в буквальном смысле слова, но… в том же смысле, в каком мы говорим, что свет нечто субстанциональное, имея в виду, что некая несубстанциональная сущность исходит от субстанционального тела».

90 Философ Брюс Уилшир называет такие метафоры «физиогномическими метафорами».

91 Здесь стоит заметить, что иногда научная терминология кажется метафорической, но таковой не является. В качестве примеров можно привести названия кварков: «очарование», «странность», «красота», «истина». Глупо было бы считать их метафорами. Подобные названия ни о чем нам не говорят, не являются попытками понять суть чего-то. Это просто одна из научных проказ.

Глава 7. Вращение Земли

Фуко и его маятник

92 The Foucault Pendulum (без автора) // The Institute News [of the Franklin Institute]. 1938. April.

94 Цит. по: Deligeorges S. Foucault et ses Pendules. Paris: Editions Carre, 1990. P. 48.

95 Foucault M. L . Physical Demonstration of the Rotation of the Earth by Means of the Pendulum // Journal of the Franklin Institute. 1851, May. P. 350–353.

96 Foucault M. L . D é monstration exp é rimentale du movement de rotation de la Terre // Journal des Debats. 1851. 31 March. Более подробную информацию о Фуко можно получить в кн.: Aczel A. Pendulum: Leon Foucault and the Triumph of Science. New York: Pocket Books, 2003; Tobin W. J. The Life and Science of Leon Foucault, the Man Who Proved the Earth Rotates. London: Cambridge University Press, 2003.

97 Однако значительно сложнее будет продемонстрировать подобным способом поступательное движение Земли – ее движение в пространстве, а не вращение вокруг своей оси.

98 Merleau-Ponty M. Phenomenology of Perception / Transl. by C. Smith. London: Routledge & Kegan Paul, 1962. P. 280. Я благодарен Патрику Хилану за некоторые из приведенных далее мыслей и Бобу Стриту, который задавался вопросом, что произойдет, если человека поместить в достаточно обширный диск маятника или если маятник будет установлен во вращающемся ресторане с периодом вращения, равным сидерическим стукам, и будет рассматриваться на фоне ясного ночного неба.

99 Deligeorges. Foucault. Op. cit. P. 60.

100 Crane H. R . The Foucault Pendulum as a Murder Weapon and a Physicist’s Delight // The Physics Teacher. 1990, May 1990. P. 264–269, 269.

101 Crane H. R . How the Housefly Uses Physics to Stabilize Flight // The Physics Teacher. 1983, November. P. 544–545.

102 К важнейшим его компонентам относятся проволока (струна), держатель для струны и специальное устройство в держателе, предназначенное для сообщения маятнику время от времени небольшого дополнительного толчка, чтобы избежать его замедления и остановки.

103 Маятники отличаются между собой тем, насколько направление их колебаний изменяется со временем, что связано с их местонахождением. На Северном и Южном полюсах маятник обойдет весь круг, 360°, за двадцать четыре часа, проходя по 15° в час, по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном. Во всех остальных местах часовое смещение зависит от широты местности следующим образом: часовое отклонение равно произведению 15° на синус данной широты. В Лондоне оно чуть меньше 12°; в Париже – 11° в час; в Нью-Йорке – 93/4° в час; в Нью-Орлеане – 7°; в Шри-Ланке менее 2° в час.

Интерлюдия

Наука и возвышенное

104  Burke E. A philosophical Inquiry into the Origin of Our Ideas of the Sublime and the Beautiful. 4th edition. Dublin: Cotter, 1707. Part 1, Section 6.

105 Кант . Критика способности суждения. § 28., пер. М. И. Левиной. Еще один вариант возвышенного добавляет Умберто Эко в романе «Маятник Фуко».

Глава 8. Вид на электрон

Милликен и капля масла

106 Лучшая статья, посвященная эксперименту Милликена, была написана Джеральдом Холтоном: Holton G. Subelectrons, Presuppositions, and the Millikan-Ehrenhaft Dispute // [Historical Studies in the Physical Sciences. 1978. Vol. 9. P. 161–224 (практически одновременно она вошла главой в его книгу)] The Scientific Imagination: Case Studies Cambridge, Mass.: Cambridge University Press, 1978. P. 25–83; дополнительную информацию по данному вопросу можно найти в статье: Segerstr å le U. Good to the last drop? Millikan Stories as ‘Canned’ Pedagogy // Science and Engineering Ethics. 1995. Vol. 1. No. 3. P. 197–214.

107 Millikan. Autobiography. New York: Houghton Mifflin, 1950. P. 69.

108 Там же. P. 73.

109 Там же.

110 Холтон писал, что «Милликен не разрабатывал тот эксперимент, которым он обязан своей ранней славе; скорее, он открыл этот эксперимент… Никто не сомневался в существовании отдельных капель. Любой на его месте мог бы составить такое же оборудование целым десятилетием раньше, если бы только решил наблюдать не за облаком, а за каплей… Привычка работать с облаками мертвой хваткой держала воображение исследователей, и только случайность позволила Милликену от нее освободиться» ( Holton . The Scientific Imagination. Op. cit. P. 46.)

111 Там же. P. 53.

112 Millikan . Autobiography. P. 75.

113 Там же. P. 83.

114 Millikan . The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of Its Charge, and Correction of Stokes’ law // Science. 1910. Vol. 32. P. 436.

115 Упомянутая страничка из блокнота воспроизводится в кн.: Holton . The Scientific Imagination. Op. cit. P. 64.

116 Millikan. On the Elementary Electrical Charge and the Avogadro Constant // Physical Review. 1911. Vol. 2. P. 109–143.

117 Почерпнуто из личной беседы с Гербертом Гольдштейном.

118 Holton . The Scientific Imagination. Op. cit. P. 71.

119 Segerstråle U. Good to the last drop? Op. cit.

120 Всякого рода разоблачения во все времена привлекали к себе огромное внимание публики, особенно в постуотергейтский период, когда появилась статья Холтона. Писатель Дэвид Фостер Уоллес задался вопросом, почему нам «так нравится сама идея о разоблачении и обнародовании тайных и скандальных проявлений чьей-то аморальности». Разоблачения, писал Уоллес, дают нам ощущение «эпистемологической привилегии», «проникновения под цивилизованную поверхность повседневной жизни» и обнаружения там дурной и неприглядной изнанки, где действуют отвратительные и даже злонамеренные силы (см.: Wallace D. F. David Lynch Keeps His Head // Id. A Supposedly Fun Thing I’ll Never Do Again. New York: Little, Brown. P. 208).

121 Броду и Уэйду удалось запятнать многих других выдающихся ученых, не исключая самого Галилея. Воспользовавшись галилеевским романизированным вариантом с изложением его научных взглядов и полагаясь на весьма специфическую интерпретацию трудов Галилея историком науки Койре, Брод и Уэйд включили великого ученого в свой список «хорошо известных или весьма подозрительных случаев подлога в науке» за то, что он якобы «преувеличил результаты эксперимента». Авторы похоронили в сносках убедительные свидетельства неверного истолкования Койре работ Галилея и ссылки на более поздних историков науки, таких как Сеттл и Дрейк, которые более внимательно изучили наследие великого ученого.

122 Franklin A. Forging, Cooking, Trimming, and Riding on the Bandwagon // American Journal of Physics. 1984. Vol. 52. P. 786–793.

123 Там же. P. 83.

Интерлюдия

Особенности научного восприятия

124 Цит. по кн.: Keller E. F. Reflections on Gender and Science. New Haven: Yale University Press, 1985. P. 165.

125 Io's Big Sodium Cloud Looms Even Bigger (anonimous) // Science News. 1990. Vol. 137. No. 23. P. 359.

126 См.: Crease R. P . The Play of Nature: Experimentation as Performance. Bloomington, Ind.: Indiana University Press, 1993; Heelan P. A . Space-Perception and the Philosophy of Science. Berkeley: University of California Press, 1983; Don Ihde . Technology and the Life-World. Bloomington, Ind.: Indiana University Press, 1990.

127 Здесь есть одна сложность: научный термин (например, «электрон») часто обладает «двойной семантикой» и может относиться как к абстрактному термину в теории, так и к физическому явлению в лаборатории (возьмите, к примеру, разницу между нотой «до» в музыкальной партитуре и той же нотой «до», услышанной в концертном зале). Относительно двойной семантики в науке см.: Heelan P. A . After Experiment: Realism and Research // American Philosophical Quarterly. 1989. Vol. 26. P. 297–308; Crease R. P . The Play of Nature. Op. cit. P. 88–89.

128 Цит. по: Living Philosophies / Clifton Fadiman (ed.). New York: Doubleday, 1990. P. 6.

Глава 9. У истоков красоты

Резерфорд и атомное ядро

129 Остается классической статья об этом эксперименте: Heilbron J . The Scattering of α and β Particles and Rutherford’s Atom // Archive for History of Exact Sciences. 1967. Vol. 4. P. 247–307.

130 Oliphant M. Rutherford: Recollections of the Cambridge Days. Amsterdam: Elsevier, 1972. P. 26.

131 Crowther J. G. British Scientists of the Twentieth Century. London: Routledge & Kegan Paul, 1952. P. 44.

132 Russell A. S. Lord Rutherford: Manchester, 1907–1919: A Partial Portrait // Proceedings of the Physical Society. 1951. Vol. 64 (1 March). P. 220.

133 Oliphant M. Rutherford. Op. cit. P. 123.

134 Цит. по: Там же. P. 65.

135 Heilbron J. L . An Era at the Cavendish // Science. 1964. Vol. 145 (24 August). P. 825.

136 Oliphant M. Rutherford. Op. cit. P. 11.

137 Цит. по: Wilson D . Rutherford: Simple Genius. Cambridge, Mass.: MIT Press, 1983. P. 290.

138 Andrade E. N. da C. Rutherford and the Nature of the Atom. New York: Doubleday, 1964. P. 111.

139 Цит. по: Wilson D . Rutherford. Op. cit. P. 296.

140 Цит. по: Eve A. S . Rutherford. New York: Macmillan, 1939. P. 199.

141 Цит. по: Там же. P. 194–195.

142 Crowther J. A . On the Scattering of Homogeneous Rays and the Number of Electrons in the Atom // Proceedings of the Royal Society of London. 1910–1911. Vol. 84. P. 247.

143 Rutherford E . The Scattering of α and β Rays and the Structure of the Atom // Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society. Ser. 4. 1911. Vol. 55. No. 1. P. 18.

144 Rutherford E . The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom // Philosophical Magazine. 1911, May. P. 669–688.

Интерлюдия

Искусство в науке

145 Цит. по: Crease R. P., Mann C. C. The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. New Brunswick, N. J.: Rutgers University Press. P. 337–338.

146 Все цитаты в этом абзаце взяты из: McCray P. Who Owns the Sky? Astronomers’ Postwar Debates over National Telescopes for Optical Astronomy (неопубликованная работа).

147 Crease R. P. The Play of Nature: Experimentation as Performance. Bloomington, Ind.: Indiana University Press, 1993. P. 109–111.

148 Этот диалог цитируется в кн.: Crease. The Play of Nature. Op. cit. P. 117–118.

Глава 10. Единственная тайна

Квантовая интерференция

149 [Фейнман Р., Лейтон С., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике / Пер. А. Ефремов, Г. Копылов, Ю. Симонов, Олег Хрусталев. Вып. 3. М.: Мир, 1965. Гл. 37.] Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M. The Feynman Lectures on Physics. Vol. 3. Menlo Park: Addison-Wesley, 1963. Chapter One. Некоторые из приводимых цитат также взяты из кн.: [ Фейнман Р. Характер физических законов / Пер. В. П. Голышев, Э. Л. Наппельбаум. М.: Мир, 1968. Гл. 6] Feynman R. P. The Character of Physical Law. Cambridge, Mass.: Mit Press, 2001. Chapter Six.

150 Аналогия Фейнмана приблизительна, как и любые другие аналогии; при более пристальном рассмотрении она оказывается вовсе не такой ясной, как представляется на первый взгляд. Пули могут сталкиваться друг с другом до попадания на детектор, что неизбежно изменит характер распределения. И если пули, по размеру сравнимые с электронами, будут рикошетировать от краев крошечного экрана, они (в отличие от настоящих пуль) будут испытывать на себе и передавать экрану изменения в кинетической энергии, что, в свою очередь, воздействует на характер распределения и на дальнейшее взаимодействие между летящим электроном и экраном. И, наконец, противопоставление, проводимое Фейнманом между пулями и водяными волнами, – это чистая риторика. Когда мы растворяем любой вид материи, мы в итоге получаем атомы или поля. Поскольку и то и другое квантуется, мы никогда не можем получить непрерывную волновую картину.

151 С 1888 по 1973 год Физический институт находился в самом центре города, и физикам, работавшим с электронными микроскопами высокого разрешения и электронными интерферометрами, во второй половине ХХ века приходилось находить пути преодоления механических и магнитных возмущений, возникавших вследствие особенностей городской жизни. В 1973 году институт переехал в новое помещение, располагавшееся на вершине холма за пределами города. Точно так же как астрономы стремятся устанавливать свои телескопы подальше от яркого света цивилизации, так и Молленштедт хотел, чтобы его институт находился как можно дальше от источников электромагнитных возмущений.

152 Его поиск проходил следующим образом: в качестве временного субстрата он использовал стеклянную пластину 4 × 4 см, покрытую тонким (20 нм) слоем серебра, нанесенного с помощью испарения. Она обладала достаточной толщиной для гальванопокрытия меди на слой фольги толщиной в 0,5 мкм. Но как проделать небольшие щели в фольге? Поначалу он хотел процарапать их с помощью предназначенного для этого инструмента, как это делалось при производстве светооптических интерференционных решеток. Однако такого инструмента у него под рукой не было, да и процарапывание с его помощью щелей длиной всего лишь в 0,5 мкм представлялось крайне сложным делом (названная длина была необходима, чтобы фольга оставалась механически стабильной). И вот именно тогда и пригодились старые эксперименты Йонссона с гальванопокрытием. Вспомнив, что микроскопическое количество загрязнений на субстрате мешает увеличению слоя гальванопокрытия, он до начала процесса гальванопокрытия сделал на серебряном субстрате изолирующие слои в форме щелей. А здесь пригодился еще один девиз Молленштедта: если вы обнаружили в ходе эксперимента некий эффект, связанный с загрязнениями, постарайтесь сделать так, чтобы он работал на вас. Йонссон обнаружил, что в его экспериментах действительно имеет место эффект, связанный с загрязнениями, в форме так называемых слоев Стюарда, возникающих из-за конденсации молекул масла из масляных паров внутри электронного микроскопа. Молекулы масла «разбивались» электронным лучом и, полимеризируясь, создавали слой Стюарда. Чем больше экспериментатор смотрел на некий объект, тем толще становился слой Стюарда, снижая контрастность образа. Йонссон экспериментировал со слоями Стюарда и обнаружил, что они обладают великолепными изолирующими характеристиками, предотвращая гальванопокрытие меди в тех местах на серебряном субстрате, где они конденсируются. Выражаю огромную благодарность Клаусу Йонссону за помощь в объяснении особенностей подготовки этих экспериментов.

153 Он создал электронно-оптическое устройство с электронным зондом, с помощью которого на серебряный субстрат наносился слой Стюарда в форме щели. С целью нанесения нескольких (до десяти) щелей рядом он снабдил названный инструмент конденсатором, чтобы располагать электронный зонд вертикально по отношению к направлению щелей. Определив необходимое время экспонирования для получения слоев Стюарда 10–50 нм толщиной, Йонссон смог проделать нужные ему щели в медном покрытии. Но как удалить их с субстрата и как удалить серебро и полимеризат из щелей? И тут Йонссон заметил, что можно воспользоваться пинцетом, чтобы переместить медно-серебряную фольгу со стеклянной пластины в направлении щелей, не повредив щелей. Когда он проделал щели над отверстием в 0,5 мкм и посмотрел на них в микроскоп, он заметил, что в щелях не было никаких загрязнений. В ходе процесса печатания электронный луч закрепил слои Стюарда на субстрате из стекла и серебра, на котором они оставались даже после удаления медной фольги. Таким образом, как оказалось, две самые значительные проблемы при проделывании щелей не были непреодолимым препятствием.

154 В 1972 году они получили первую интерференционную структуру с помощью электронной бипризмы, вставленной в специальный патрон электронного микроскопа Siemens Elmiskop 1A , снабженного изготовленной по заказу заостренной нитью. Работа получила премию Итальянского физического общества за лучший учебный эксперимент.

155 Merli P. G., Missiroli G. F., Pozzi G. American Journal of Physics. 1976. Vol. 44. P. 306–307.

156 Адрес веб-сайта: www.bo.imm.cnr.it.

157 Tonomura A., Endo J., Matsuda T., Kawasaki T., Ezawa H. Demonstration of Single-Electron Buildup of an Interference Pattern // American Journal of Physics. 1989. Vol. 57. P. 117–120.

158 Доклад Тономуры в Королевском институте можно просмотреть по адресу: http://www.vegaorg.uk/series/vri/vri4/index.php. См. также: Rodgers P. Who Performed the Most Beautiful Experiment in Physics? // Physics World. 2002, September.

Интерлюдия

Занявшие второе место

159 Источником этой истории является древнеримский архитектор и механик Витрувий. Цитируемый текст взят из Витрувий . Об архитектуре. IX, 0, 10, пер. Ф. А. Петровского. См. также: ст. «Архимед» в Dictionary of Scientific Biography / C. C. Gillispie, (ed.). New York: Scribner, 1970–1980.

160 Holmes F. L. Meselson, Stahl, and the Replication of DNA: A History of The Most Beautiful Experiment in Biology. New Haven: Yale University Press, 2001.

161 См.: Blum D . Love at Goon Park: Harry Harlow and the Science of Affection. Cambridge, Mass.: Perseus, 2002.

162 Garcia J., Koelling R . Relation of cue to consequence in avoidance learning // Psychonomic Science. 1966. Vol. 4. P. 123–124.

163 Доступно на веб-сайте http://www.aps.org/apsnews/0101/010106.html.

164 Информация заимствована из неспециального описания в кн.: Crease R. P., Mann C. C. The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. New York: Macmillan, 1986. P. 164–165.

165 Популярное описание эксперимента приводится там же на с. 206–208.

166 Популярное описание эксперимента см.: Crease R. P. Making Physics: A Biography of Brookhaven National Laboratory, 1946–1972. Chicago: University of Chicago Press, 1999. P. 248–250.

167 Цит. по: Там же. P. 400.

Заключение

Сможет ли наука и впредь оставаться красивой?

168 Точное значение аномального магнитного момента мюона, как можно понять по многочисленным попыткам измерить его, несмотря на все связанные с этим сложности, принадлежит к числу наиболее важных величин в современной физике. Причина заключается в том, что любое несоответствие между теоретически установленной величиной и результатами экспериментов предоставляет крайне важную информацию относительно того, что находится за пределами стандартной модели физики элементарных частиц – дисциплины, созданной во второй половине ХХ века и описывающей поведение фундаментальных строительных блоков, из которых сложена материя, включая все известные частицы и большинство сил, на них воздействующих. См.: Morse W. et al . Precision Measurement of the Anomalous Magnetic Moment of the Muon // Proc. Of the XVIII Inter. Conf. on Atomic Physics / H. Sadeghpour, E. Heller, D. Pritchard (eds.). World Scientific Publishing, 2002.

169 Все мюоны обладают постоянным собственным магнитным моментом, пропорциональным спину. При равномерном движении частицы по круговой траектории в однородном магнитном поле возникает прецессия магнитного момента, спин начинает себя вести словно собирающийся свалиться волчок. Частота прецессии определяется гиромагнитным отношением, или « g -фактором». В классической физике, где положение обладающей массой частицы в пространстве и времени точно определено, g -фактор равен единице. Когда Поль Дирак строил свою теорию электрона, в которой учитывались бы и квантовые, и релятивистские особенности, вычисленный им g -фактор оказался равным в точности двум. Но в соответствии со знаменитым принципом неопределенности Гейзенберга в квантовой механике невозможно приписать мюону (или любой другой элементарной частице) точное местоположение, к тому же он всегда окружен облаком призрачных и короткоживущих виртуальных частиц, которые он постоянно излучает и поглощает. Из-за этого его g -фактор слегка отличен от двух. Однако вычисления его с помощью теории возмущений давали бесконечность уже в первом порядке, и только с созданием квантовой электродинамики Фейнманом, Швингером и Томонагой его удалось посчитать. В их теории g -фактор равнялся 2,002. В ходе эксперимента, получившего название g-2 , отклонения g -фактора от 2 измеряются с точностью, превосходящей одну миллионную. Величина этого отклонения чрезвычайно важна для физиков, так как она может сообщить им о существовании новых, еще не открытых частиц, что, в свою очередь, даст понять, насколько правильна стандартная модель элементарных частиц. Если полученная экспериментальным путем величина полностью совпадет с полученной в теории, это будет означать, что стандартная модель подтверждается экспериментально (и ею можно пользоваться для насущных – по крайней мере, на данный момент времени – целей) и что потребности в создании новой теории пока нет. Отсутствие такого соответствия будет означать, что стандартная модель не работает и что в ней существует некая «прореха», которая может стать тропой к созданию новой физики. Измерение прецессии вектора магнитного момента мюона требует очень сложного оборудования. Его разработка и изготовление подразумевает многолетнюю выверку тысяч высокоточных его составных частей и затем настройку их на совместную работу. А это требует невероятного числа отдельных компромиссов, так как каждая отдельная часть оборудования неизбежно воздействует на все остальные. Мюоны создаются брукхейвенским ускорителем элементарных частиц, называемым AGS . Протоны из ускорителя ударяются о мишень, отчего рождаются струи других частиц, называемых пи-мезонами (пионами), а те, в свою очередь, распадаются на мюоны. Эти мюоны поляризованы, то есть все их спины направлены вдоль одной оси. Оказавшись внутри громадного сверхпроводящего электромагнита, мюоны начинают двигаться по круговым орбитам внутри вакуумной камеры. Электромагнит, изготовленный в Брукхейвенской лаборатории для описываемой цели, – самый большой в мире. Он настолько больше своих предшественников, что многие полагали невозможным само его создание. Его магнитное поле должно быть равномерным и однородным, и ученые постоянно проверяют его на наличие случайных флуктуаций. Один из методов проверки заключается в использовании особой сенсорной тележки, изготовленной исследователями, которая совершает периодические объезды всей вакуумной камеры. Как-то исследователи установили на ней крошечную видеокамеру и засняли видео ее часовой пробежки, подобной путешествию по длинному и однообразному туннелю подземки.

170 При распаде мюона образуется электрон (и два нейтрино), однако направление его движения не случайно. Из-за нарушения четности электроны летят преимущественно по направлению спина мюона. Эти электроны регистрируются детекторами, находящимися внутри кольца.

171 Тоитиро Киносита, физик-теоретик из Корнелльского университета, провел более десятилетия, продираясь сквозь бесчисленные уравнения и используя самые быстрые компьютеры, чтобы получить максимально точное значение этой величины.

172 В частности, этот эксперимент позволяет проверить одно из важных предсказаний теории относительности: мюоны движутся со скоростью, близкой к скорости света, в результате чего происходит существенное замедление часов в их собственной системе отсчета: 2,2 микросекунды их жизни соответствуют 64 микросекундам по лабораторным часам. Именно замедление часов, собственно, и делает данный эксперимент возможным.

173 Критику социально-конструктивистского подхода к науке и точки зрения, что исследовательская деятельность, по сути, является не более чем политическим или юридическим взаимодействием, в ходе которого различные стороны ведут «торговлю интересами», см.: Eger M. Achievements of the Hermeneutic-Phenomenological Approach to Natural Science: A Comparison with Constructivist Sociology // Crease R. P. (ed.). Hermeneutics and the Natural Sciences. Dordrecht: Kluwer, 1997. P. 85–109.

174 Иногда появляется искушение принять подобные сценарии «того, как мы работаем» (по меткому определению философа Максин Шиитс-Джонстон) за чистую монету. Но они – не более чем формализация, и, подобно любой другой попытке сделать наглядным сложный процесс, создаются с определенной целью и в контексте определенной идеологии. Скрытое намерение, заключенное в этих крайних подходах к науке, состоит в том, чтобы лишить науку души. Конечно, не в религиозном смысле этого слова, а в том значении, которое обычно связывают со словосочетанием «живая душа» той или иной деятельности. Логико-ориентированные ученые стремятся уничтожить эту «живую душу» и создать науку, полностью лишенную какой-либо чувственной стороны, так как, по их мнению, эмоции привносят элемент иррациональности и необязательности в тот процесс, который должен быть объективным и безличным. При подобном подходе отыскать место для красоты нелегко и смотреться она будет крайне надуманно. Тем временем ученые, рассматривающие науку исключительно под углом ее социального измерения, пытаются лишить ее «живой души» по противоположной причине – так как признание фундаментальной роли духовной составляющей в процессе познания таит в себе угрозу формирования таких структур представления интеллектуального человеческого опыта, которые не только нельзя будут редуцировать к социальным факторам, но они сами будет эти социальные факторы определять. Естественно, что при подобном подходе места для красоты в науке также не остается. Ведь красота, по своей сути, есть основная ценность и благо, а борьба интересов между различными силовыми группами сводит все ценности на инструментальный уровень. Таким образом, данный подход к науке в той же мере дегуманизирует науку, как и логико-ориентированный, в контексте которого наука описывается исключительно в рациональных терминах. О роли «души» в научных исследованиях см.: Sheets-Johnstone M. The Primacy of Movement. Philadelphia: John Benjamins, 1999. Подобно людям искусства, ученые в своей деятельности реализуют себя полностью, все свое существо, а значит, их работа неизбежно имеет и эмоциональное измерение. Если отнять у науки элементы чувства и красоты, то существенным образом исказится представление о ней, и в результате мы получим картину науки как некоего сухого академического артефакта. Целостное представление о науке требует обязательного включения в нее концепта красоты – раскрытия некой фундаментальной тайны, благодаря которой мы ощущаем присутствие того, что одновременно принадлежит и сфере чувств, и сфере идей. Полное описание науки потребовало бы и упоминания роли любви в ней – эмоции, которая всегда связана с идеей красоты. Любовь – это то естественное чувство, которое вызывает прекрасный объект.

175 Платон . Пир. 211с, пер. С. К. Апта.

Примечания

1

Решающий эксперимент ( лат .).

2

Мы не знаем точно, как был устроен каталог Александрийской библиотеки. Во всяком случае, известно, что в библиотеке использовались разные носители текста и разные языки. К тому же состоявшие при библиотеке писцы занимались копированием и переводом свитков, и оригиналы хранились отдельно от копий ( прим. науч. ред. ).

3

«Чистые доски» ( лат. )

4

Хорошо сказано, даже если и неправда.

5

Пер. М. Розанова.

6

Пер. К. Чуковского.

7

Пер. С. Сухарева.

8

Пер. В. Топорова.

9

Ничто человеческое мне не чуждо ( лат. ).

10

Позор! ( лат .)

11

Это несколько упрощенный взгляд на дело: подобное утверждение справедливо только для маятника, находящегося на одном из полюсов, и при условии, что движение Земли по орбите вокруг Солнца можно считать прямолинейным и равномерным ( прим. науч. ред. ).

12

Маленький театр ( фр. ).

13

Глубочайшее заблуждение ( фр. ).

14

Блеск величия ( фр. ).

15

Пер. О. Слободкиной.

16

Английская фраза watched an ion («наблюдал за ионом») звучит похоже на washed and ironed («стирал и гладил»).

17

Для физикаэкспериментатора не существует слов «не выходит» ( нем. ).

18

Речь идет о нарушении четности в слабых взаимодействиях.

19

Если произведения, на которые ссылается автор, существуют в русском переводе, авторские ссылки заменены ссылками на соответствующие русские издания.