Предисловие: как делаются открытия? |
Раздел I От Аристотеля до Галилея: 2000 лет в поисках научного знания |
Глава 1 Наблюдения и их упорядочение |
Глава 2 Древний мир |
| 1. Аристарх Самосский |
| 2. Эратосфен |
| 3. Архимед |
| 4. Пифагор |
| 5. Звуковой резонанс? |
| 6. Преломление света |
| 7. Птолемей |
| Отступление I Величайшие изобретения |
Глава 3 Эпоха Возрождения |
| 1.Великая ошибка |
| 2.Леонардо да Винчи |
| 3.Николай Коперник |
| 4.Тарталья и Кардано |
Глава 4 Начало научных исследований |
| 1.Галилео Галилей |
| 2.Иоганн Кеплер |
| 3.Уильям Гильберт |
| 4.Атмосферное давление |
| 5.Отто фон Герике |
| 6.Блез Паскаль |
| 7.Роберт Бойль |
| 8.Роберт Гук |
| 9.Гримальди |
| 10.Христиан Гюйгенс |
Глава 5 Теплота и температура |
Раздел II Не увядающая классика: от Ньютона до Максвелла |
Глава 1 Парадигма Ньютона |
| 1. Оптика Ньютона |
| 2. Исаак Ньютон:единство физического мира |
| 3. Даниил Бернулли: гидроаэродинамика |
| 4. Эффекты вращения |
Глава 2 Происхождение Солнечной системы |
| Отступление II Смена вех |
Глава 3 Электризация |
| 1. Первые исследователи |
| 2. Бенджамин Франклин |
| 3. Огюст Кулон |
| 4. Генри Кавендиш |
Глава 4 Электрический ток |
| 1. Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта |
| 2. Гемфри Дэви |
| 3. Георг Ом |
| 4. Эрстед и Ампер |
| 5. Майкл Фарадей |
| Отступление III Минимальный словарь Бертрана Рассела |
Глава 5 Теплота и термодинамика |
| 1. Паровые двигатели |
| 2. Теплота как поток |
| 3. Газовые законы |
| 4. Атомистика |
| 5. Импульс, энергия, момент |
| 6. Готфрид Вильгельм Лейбниц: функция действия |
| 7. Виды энергий |
| 8. Закон сохранения энергии: Майер, Джоуль, Гельмгольц |
Глава 6 Второй закон термодинамики |
| 1. Вероятность, информация, энтропия |
| 2. Рудольф Клаузиус |
| 3. Джеймс Кларк Максвелл: статистическая физика |
| 4. Вечные двигатели |
| 5. Людвиг Больцман |
| 6. Джозайя Уиллард Гиббс |
| 7. Броуновское движение: Эйнштейн и Смолуховский |
| 8. Неравновесные процессы: Онсагер |
Глава 7 Волновая оптика |
| 1. Корпускулы или волны? |
| 2. Томас Юнг |
| 3. Огюстен Френель |
| 4. Скорость света и проблема эфира |
Глава 8 Электродинамика Максвелла |
| 1. Дальнодействие и близкодействие |
| 2. Великие уравнения |
| 3. Генрих Герц |
| 4. Хендрик Антон Лорентц |
Раздел III Наблюдать, чтобы изобретать: от электронов к электротехнике |
Глава 1 Спектры, электроны, атомы |
| 1. Фраунгоферовы линии |
| 2. Спектральный анализ |
| 3. Катодные лучи |
| 4. Рентген и его лучи |
| 5. Дж.Дж.Томсон: открытие электрона |
Глава 2 Электротехника и радиотехника |
| 1. Источники электрического тока |
| 2. Электрогенераторы и электромоторы |
| 3. Химические источники тока |
| 4. Телеграф |
| 5. Телефон |
| 6. Томас Эдисон |
| 7. Никола Тесла |
| 8. Когерер |
| 9. Изобретение радио |
| 10. Ионосфера |
| 11. Диод и триод |
Глава 3 Запись изображения, звука и информации |
| 1. Фотография |
| 2. Запись звука |
| 3. Кинематограф |
| 4. Голография |
| 5. Магнитные свойства веществ |
| 6. Магнитная память, феррогидродинамика |
Приложение 1. Рейтинги замечательных экспериментов и великих физиков
2. Некоторые обозначения |
Заключение |
Предисловие: как делаются открытия?
Никто, увы, не может объяснить, как делаются открытия или, несколько
точнее, как из груды предположений, ясных и совсем неясных или
даже ошибочных данных выбираются те, которые помогают выявить (это слово более
точно, чем "открыть") закон природы. Наитие, озарение -- это ведь только
слова...
Не следует ли обратиться к авторам открытий? Они-то могут или должны что-то
и как-то объяснить?
И вот что говорят самые великие, авторы многих, не одного и не двух
эпохальных открытий.
Альберт Эйнштейн в автобиографии пишет: "Открытие не является делом
логического мышления", а в другом месте замечает, что какой-то процесс,
по-видимому, происходит в подсознании, без словесного оформления, и затем
как-то выскакивает в сознание.
Великий математик, физик и философ Анри Пуанкаре описывает, как он приходил
к своим открытиям: "Случаи внезапного озарения, мгновенного завершения
длительной подсознательной работы мозга, конечно, поразительны. Роль этой
подсознательной деятельности интеллекта в математическом открытии можно
считать, по-видимому, бесспорной". Но затем он продолжает: "Внезапное
вдохновение никогда не могло бы прийти без многих дней предшествующих
целенаправленных усилий, казавшихся в то время совершенно бесплодными
и направленными по неправильному пути".
В обыденном сознании мыслитель часто ассоциируется с одноименной
скульптурой Родена. Но говорят, что у глубоко задумавшегося гениального
Нильса Бора был в такие моменты вид клинического идиота: полностью
расслабленная мускулатура лица, опущенная нижняя челюсть... Так что
прототип Родена рассуждает -- возможно, он перебирает варианты ответа,
но отнюдь не открывает нечто новое.
Но если нечто истинно новое возникает в виде смутной идеи, некоей картинки
в подсознании, то скорее всего оно пробьется в сознание в моменты
расслабленности, в полудреме или даже во сне. И действительно, именно
об этом говорят многие из тех, кто совершал открытия, изобретал. Значит, логика
здесь ни при чем, и машины, построенные на основе логических программ, никогда
не смогут соперничать с людьми.
Что же делать, если нельзя научить делать открытия?
Нельзя забывать слова великого Т.А.Эдисона: в любом изобретении 99%
тяжкой работы и 1% вдохновения. Так что нужно работать, тогда может
прийти, а может и не прийти вдохновение.
Но можно попытаться восстановить условия, в которых совершено открытие,
и то, как и почему тот или иной ученый, изобретатель
заинтересовался какой-то проблемой и как он подошел к ее решению. Такие
примеры могут послужить, отчасти, путеводной звездой в будущем.
Вот такие примеры автор и попытался собрать в этой книге, отмечая при этом
и явления, которые до сих пор не объяснены (может, они заинтересуют читателя?).
Книга эта не является ни учебником, ни последовательной историей развития
физики. Скорее, это история открытий в физике, но в форме изложения для
чтения, для всех тех -- от школьников, студентов и их преподавателей
до психологов и просто людей любознательных, -- кто интересуется проблемой
открытий. (В этом и отличие ее от многих популярных книг, которые обычно
объясняют то, что открыто, не затрагивая психологические проблемы
работы исследователей.) Поэтому в книге нет формул, а отдельные очерки
по возможности сделаны независимыми -- читать ее можно почти с любого места.
Преподавательский опыт автора показывает, что рассказ о том, как, каким
человеком и почему было сделано то или иное открытие, какие трудности
пришлось преодолеть, какие проблемы оно разрешило, придает
некую эмоциональную окраску уроку или лекции -- экзамены показывают
несравнимо лучшее запоминание и понимание именно этого материала. В нашей
книге как раз и собраны подобные рассказы.
Кроме того, автор убежден, что рассказ об эмоционально насыщенных эпизодах
легче проникает в подсознание человека (нечто вроде резонанса?), а затем
схожая идея может всплыть, уже вне воли индивидуума, во время упорядоченного
изучения предмета или даже во время собственных исследований. Но ведь для
этого в подсознании уже должны находиться некие примеры! Поэтому
представляется, что знание некоторых деталей истории открытий не может
быть бесполезным, во всяком случае для будущих ученых. А может, такие рассказы
и обратят кое-кого из подростков к занятиям наукой?
В последние годы во многих школьных программах понизился
статус естественных наук, в том числе физики, в пользу математики и компьютеров: для чего, мол,
запоминать формулировки законов Архимеда или Ома, если их можно в любой
момент найти в Интернете. Хотелось бы напомнить организаторам просвещения,
что, во-первых, ни одна поисковая система не выдаст вам сведений, если вы
сами не знаете, что надо искать, а во-вторых, и это гораздо важнее, суть
преподавания, скажем, физики состоит в том, чтобы привить некоторые навыки
понимания явлений окружающего мира, показать возможности не формального (как в математике), а реального анализа всего нас окружающего.
Так что еще одна задача книги -- показать, насколько физика интересна
и увлекательна. Эта книга в некотором смысле продолжает предшествующую книгу
автора: "А почему это так?" (Кн.1: Физика вокруг нас в занимательных беседах,
вопросах и ответах. М.: URSS, 2012; Кн.2: Физика в гостях у других наук
(в занимательных беседах, вопросах и ответах). М.: URSS, 2012). Если
в ней рассматривались повседневные явления и окружающие нас предметы,
показывалась роль и возможности поиска внутреннего смысла разнородных,
казалось бы, проявлений законов физики, то здесь мы обращаемся к тому. как
наблюдения -- возможно разрозненные, а порой и случайные -- вели к открытию
самых общих законов природы.
[*Необходимые пояснения.] 1. Автор писал о тех разделах физики, которые ему
в той или иной степени близки и знакомы (поэтому в очень малой степени
затронуты физика твердого тела, физика плазмы и т.д.). 2. Опущены вопросы,
которые очень сложно изложить без привлечения математики. 3. Список
литературы к проводимому изложению мог бы по объёму сравняться с самой
книгой, но поскольку наше изложение отнюдь не претендует на строгую
научность, приведены лишь минимальные ссылки на литературу.
.
[*Об иллюстрациях.] Великий Рёзерфорд любил повторять: "Все науки
являются либо физикой, либо собиранием марок" ("All science is either
physics or stamp collecting"). А поскольку имеется множество почтовых марок
самых разных стран с портретами ученых и даже деталями аппаратуры и формулами,
мы поместили некоторые из них здесь, руководствуясь при выборе лишь критериями
правдоподобия и качества изображения. Заметим, что в мире найдется более
100 видов марок, посвященных Эйнштейну, причем некоторые из них напечатаны
в странах, где вряд ли найдутся
знатоки его творчества.
Марк Ефимович ПЕРЕЛЬМАН
(1932--2010)
Доктор физико-математических наук. До 1997 г. -- заведующий отделом теоретической физики
и биофизики Института кибернетики Академии наук Грузии, вел курсы физики в вузах.
С 1997 г. -- в Иерусалиме, сотрудничал с Институтом физики им.Дж.Рака. Автор около 200 статей
по теоретической физике, геофизике, биофизике, оптоэлектронике, а также по психологии,
истории и популяризации науки; ему принадлежит ряд изобретений. В Нью--Йорке вышла в свет
монография М.Е.Перельмана "Quantum Kinetics" (2010).