Александр Китайгородский - Физика – моя профессия

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

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

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

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

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

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

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

– Закончил, – с удовлетворением говорил он.

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

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

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

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

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

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

– В чем дело, Евгений Владимирович, что случилось?

– Да вот демонтирую. Отправляю обратно в мастерскую!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

– Маша, пойдем к папе?

– Нельзя, он работает.

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

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

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

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