Текст книги "Вместо тысячи солнц. История ядерной бомбы, рассказанная ее создателями"

Торжество Бора

Важнейшая часть принстонского периода деятельности Бора относится к тому времени, когда я не был непосредственно связан с Бором. Однажды снежным утром Бор шел пешком от Нассау-клуба до своего кабинета в Файн-Холле. После разговора за завтраком с Плачеком, который относился весьма скептически к соображениям о делении ядер, Бор с удвоенной энергией начал искать объяснения необычной зависимости сечения деления от энергии нейтрона. Во время прогулки он пришел к заключению, что деление U²³⁵ вызвано медленными нейтронами, а U²³⁸ – быстрыми. К моменту прихода в Файн-Холл, где собрались Плачек, Розенфельд и я, он был готов изложить эту идею на доске. Согласно предложенной им концепции, ядро U²³⁸ не испытывает деления как под действием тепловых нейтронов, так и при облучении нейтронами промежуточных энергий; эффективными оказывались нейтроны с энергией в миллион электронвольт или больше. Кроме того, наблюдавшееся при более низких энергиях деление происходило по той причине, что имеется U²³⁵, а сечение захвата нейтрона в этой области энергий обратно пропорционально скорости (~1/v). Нам уже были известны экспериментальные данные о резонансном захвате нейтронов промежуточных энергий. С помощью простых соображений мы смогли показать, что к резонансным реакциям урана с нейтронами U²³⁵не имеет никакого отношения. Мы пришли к такому заключению, так как было известно, что резонансное сечение превышает теоретический предел, равный квадрату длины волны, если U²³⁸является ответственным за резонансный эффект. Таким образам, резонанс был обусловлен U²³⁸, а сам по себе факт, что резонансные нейтроны не вызывают деления, доказывал, что U²³⁸не мог делиться под действием нейтронов такой малой энергии. Таким образом, если деление не происходило при такой энергии, оно и подавно не произошло бы при более низких энергиях; следовательно, при низких энергиях происходило деление ядра U²³⁵.

Несколькими днями позже, 16 апреля, Плачек, Вигнер, Розенфельд, Бор, я и другие обсуждали вопрос о том, возможно ли создание ядерной взрывчатки. Мысли о возможности отделения U²³⁵в то время казались столь преждевременными, что я не могу забыть слов Бора, сказанных по этому поводу: «Нужно мобилизовать силы всей страны, чтобы сделать бомбу». Он не мог предвидеть, что на самом деле для достижения этой цели понадобятся усилия тысяч людей, приехавших из трех стран.

С помощью теории стало возможным предсказать в общих чертах зависимость сечения деления от энергии. Одновременно с нашей работой по созданию теории в пальмерской физической лаборатории Рудольф Лиденберг, Джеймс Кэннер, Гейнц Г. Баршалл и Ван-Вурис измерили сечение для урана и тория в области от 2 до 3 МэВ; оказалось, что поведение сечения следует предсказаниям теории. Безусловно, что те же самые соображения можно было использовать для предсказания о делении плутония-239. Этим особенно активно занимался Луис А. Тёрнер. Он положил начало направлению, неизбежно ведущему к гигантскому плутониевому проекту, хотя на первых порах он руководствовался только теоретическими оценками.

Спонтанное деление являлось наиболее привлекательным приложением этих идей в сочетании с гипотезой о проникновении через потенциальный барьер. Другое приложение касалось разницы между быстрыми нейтронами и вторичными нейтронами. В заключение надо отметить, что деление ядра является процессом, отличным от всех других процессов, с которыми мы имели дело раньше в ядерной физике. Это отличие состоит в том, что в процессе деления превращение ядра носит коллективный характер. В этом смысле деление открыло дверь для развития в послевоенные годы коллективной модели ядра.

Принстон, США

Роберт Оппенгеймер
Летающая трапеция

Создание атомного оружия – это, пожалуй, одно из трагических событий в истории науки, когда фантастические по своей смелости и значению открытия обернулись созданием оружия, способного уничтожить всю человеческую цивилизацию. Aтомная бомба была впервые испытана в Нью-Мексико в июле 1945 года; позже Оппенгеймер вспоминал, что в тот момент ему пришли в голову слова из Бхагавадгиты:

Если сияние тысячи солнц вспыхнуло бы в небе, это было бы подобно блеску Всемогущего – Я стал Смертью, уничтожителем Миров.

6 августа 1945 г. состоялось первое боевое применение ядерного оружия: бомбардировщик B-29 американской армейской авиации сбросил ядерную бомбу Little Boy (“Малыш”) на японский город Хиросима. Три дня спустя, 9 августа 1945, атомная бомба «Fat Man» («Толстяк») была сброшена на город Нагасаки. Это было последнее применение ядерного оружия в истории человечества.

В своей речи перед коллегами, произнесённой 3 ноября 1945 года в Лос-Аламосе, на «родине» атомной бомбы, Оппенгеймер, с одной стороны, говорил о том, что создание ядерного оружия было «органически необходимо», а с другой – предупреждал об опасностях, которое оно несёт человечеству:

Сегодня я хотел бы говорить с вами… как ваш коллега-ученый и человек, так же, как и вы, озабоченный той неприятной ситуацией, в которой мы оказались.

…Если посмотреть на нынешнее положение в науке, то следует задуматься о том, чем руководствовались люди, приходившие сюда работать…

Прежде всего была огромная тревога, что враг может разработать это оружие раньше нас, и сильное чувство, по крайней мере, поначалу, что без ядерного оружия победу одержать будет очень трудно или она отодвинется на невозможно, неимоверно долгое время.

Эта тревога немного уменьшилась, когда стало ясно, что война будет выиграна в любом случае. Кем-то, как мне кажется, руководило любопытство, и это вполне понятно; других привлекал дух приключений, и это тоже абсолютно правильно.

У третьих были политические аргументы: «Мы знаем, что ядерное оружие в принципе возможно, и несправедливо, если оно останется неоправданной возможностью. Мир должен знать, что можно сделать в этой сфере, и должен сделать это»…

И наконец (и это тоже вполне справедливо), было чувство, что кроме Соединённых Штатов в мире нет другого места, где задания по разработке ядерного оружия с большей вероятностью были бы решены и было бы меньше шансов на поражение.

Уверен, что все доводы, приводимые этими людьми, правда, и в тот или иной момент жизни я и сам все это говорил.

Но если говорить о непосредственной причине – мы сделали эту работу потому, что она была органически необходима…

Если вы учёный, вы верите, что открывать принципы мироустройства – благо, выяснять свойства реальности – благо, и благо обратить на пользу всего человечества величайшую силу из всех возможных, чтобы контролировать мир и руководить им в соответствии с человеческими идеалами и ценностями.

…Нельзя быть учёным, если не верить, что познавать новое – это хорошо. Нельзя и невозможно быть учёным, если не считать высшей ценностью возможность делиться своими знаниями с каждым, кого они заинтересуют.

Невозможно быть учёным, если не думать, что знания о мире и сила, которую они дают, – это неотъемлемое достояние цивилизации, и что вы используете их, чтобы помочь распространению знаний, и готовы принять все последствия.

…Думаю, будет справедливо сказать, что атомное оружие – угроза каждому человеку, и в этом смысле это общая проблема, такая же общая, как проблема разгрома нацистов, стоявшая перед союзническими войсками.

Думаю, для того, чтобы справиться с этой проблемой, необходимо полное ощущение общей ответственности. Не думаю, что люди начнут принимать участие в решении проблемы, если они не осознают способности сделать свой вклад.

Думаю, это область, в которой осуществление совместной ответственности имеет определённые и бесспорные преимущества. Это новая область, где сами по себе новизна и специфические характеристики технических операций дают возможность установить общность интересов, которую можно практически считать экспериментальным образцом международного сотрудничества.

Я говорю об этом как об экспериментальном образце, поскольку полностью очевидно: контроль за ядерным оружием не может быть единственной конечной целью подобной операции. Единственной конечной целью может быть объединённый мир, где нет места войне…

Подобной цели нелегко достичь, и хочу разъяснить, какую это обещает огромную смену настроений. Есть вещи, которые мы ценим очень высоко и вполне справедливо; я бы сказал, что слово «демократия» среди них не на последнем месте. Много есть мест в мире, где нет демократии.

Но есть и другие ценности. И когда я говорю о новом настроении в международных отношениях, я имею в виду, что даже при всей важности этих дорогих нам вещей, за которые американцы готовы отдать жизни, – при всей важности этих вещей мы осознаем, что есть что-то более глубокое. А именно: общая связь с другими людьми во всем мире.

…Мы не только учёные, мы ещё и люди. Мы не можем забыть о том, что зависим от таких же людей, как мы… Это самые сильные связи в мире, более сильные, чем те, которые связывают нас друг с другом. Самые глубокие связи – те, которые связывают нас с такими же людьми, как мы.

Из предисловия

Уидденские чтения учреждены в 1954 году в память о бывшем ректоре Макмастерского университета, ныне покойном Говарде П. Уиддене (1871–1952), члене Канадского Королевского общества. Уидденские чтения имеют целью помочь студентам преодолеть барьеры, разделяющие факультеты в современном университете. Чтения не ограничиваются какой-либо общей тематикой.

Седьмой цикл Уидденских чтений был проведен в январе 1962 года. Лекции были прочитаны выдающимся ученым доктором Юлиусом Робертом Оппенгеймером, директором Института высших научных исследований Принстонского университета (штат Нью-Джерси, США).

Доктор Оппенгеймер, окончивший Гарвардский университет учившийся и преподававший в Кембриджском, Геттингенском, Лейденском, Цюрихском и многих других университетах как в США, так и в других странах мира, известен широкой общественности как бывший директор Лос-Аламосской научно-исследовательской лаборатории во время Второй мировой войны, а позднее как председатель общего консультативного комитета Комиссии по атомной энергии США. Лос-Аламосская лаборатория в значительной мере обязана своим успехом в военное время доктору Оппенгеймеру, который как руководитель умел вдохновлять своих сотрудников. Он не просто выдающийся ученый-физик в области атомной энергии. Большой гуманист, он проявляет глубокое беспокойство о будущности человека и о судьбе человечества. Это многосторонний ученый, обладающий глубокой культурой: в юности он изучал классические языки Древней Греции и Древнего Рима. Все, кто присутствовал на Уидденских чтениях 1962 года, согласятся с тем, что трудно представить более достойного лектора, чем доктор Оппенгеймер.

Э. Т. Сэлмон, ректор университетского

колледжа Макмастерского университета

Май 1964 г.

Введение

Три лекции «Летающая трапеция: три кризиса в физике» читались профессором Оппенгеймером по конспективным наброскам и были застенографированы. Слушать их без волнения было невозможно. Поучительно было наблюдать, как время от времени профессор Оппенгеймер искал наиболее точное слово, приводил множество образных примеров, которыми он иллюстрировал каждую мысль. Когда я читал стенограмму, мне бросилось в глаза, что его яркая образная речь, столь ясная для слушателя, содержала множество сложных предложений, трудно воспринимаемых при чтении. Более того, анализ каждого из трех кризисов («Пространство и время», «Атом и поле», «Война и нации») никак не укладывался в рамки одной лекции. Поэтому профессор Оппенгеймер продолжал разговор по первой теме во время второй лекции, а по второй теме – во время третьей. Это вынуждало его повторять некоторые сведения и обобщать их. Представляется уместным в письменном изложении посвятить каждой теме определенную главу. По этой причине мне пришлось объединить некоторые вопросы, затронутые в конце лекции, с материалами следующей лекции. При этом я почти ничего не опустил, но кое-где изменил порядок некоторых абзацев.

М. А. Престон, магистр искусств, доктор

философии, член Канадского Королевского

общества, профессор теоретической физики

Макмастерского университета

Пространство и время

Нынешний век – великий век в области физики, век неожиданных, глубоких и волнующих открытий, которые, будучи применены на практике, в значительной мере изменили условия жизни человека. В течение нескольких последних лет достигнут огромный прогресс в понимании основных сторон жизни, и я убежден, что в предстоящие годы человечество гораздо больше, чем за весь период своего развития, узнает об удивительных функциях живых организмов, о самом человеке как о части природы. Мы, физики, в настоящее время все еще заняты чрезвычайно трудной борьбой за познание законов материи и ее природы.

Я хочу говорить не об этом, а скорее о задачах, которые в какой-то мере решены, хотя вопросы, вытекающие из достижений более раннего периода нашего века, все еще открыты и все еще остаются нерешенными. В данной и следующей лекциях я буду говорить о расширении нашего понимания природы и об изменениях в этом понимании. В третьей лекции я затрону прежде всего вопрос об изменениях в положении человечества, которые были вызваны достижениями физики и других наук.

В наше время наука играет первостепенную роль – и это его отличительная черта. Для него характерны чрезвычайно быстрые перемены и стремительный рост – рост науки, рост производительности, рост населения, рост масштабов передвижения и связи. Какие бы статистические показатели мы ни взяли, мы видим, что кривая резко идет вверх, проявляя тенденцию к удвоению за десять, двадцать или тридцать лет. В области точных и естественных наук это удвоение происходит примерно каждые десять лет, и можно привести ряд весьма показательных цифр, подтверждающих эту ситуацию. Вспомним, например, тех, кто посвящает свою жизнь изучению природы или практическому применению познанных явлений, т. е. тех, кого мы называем учеными, и мы увидим, что общее количество ученых, существовавших за всю историю человечества, довольно велико, но около 93 % из них живет и сегодня. Это говорит о чрезвычайно быстром росте числа людей, занимающихся наукой. У меня есть друг в Европе, который определил темпы роста одного американского журнала по фундаментальным физическим исследованиям. Он установил, что при существующем темпе роста вес томов этого журнала в будущем столетии превысит массу земного шара. Не так давно меня посетил ученый секретарь Академии наук СССР, который провел со мной целый день в Принстоне. По-моему, он занимает важный политический пост. Мы немного поговорили о расширении масштабов научной деятельности, к которой он имеет отношение как администратор. Я спросил, каковы, по его мнению, перспективы на дальнейший пятидесятилетний период после следующей пятилетки. Не задумываясь, он ответил: «К тому времени мы все станем учеными». Ужасный смысл сказанного дошел до него не сразу, но затем он добавил: «Ну, не совсем все».

И все же, говоря о нынешнем веке как о веке науки, мне кажется, следует учитывать два соображения.

Во-первых, на сегодняшний день у нас нет ясности относительно того диапазона проблем, который будет доступен науке. Мы не знаем, в какой мере человеческое поведение поддается объективному, часто неожиданному изучению, именуемому наукой. Таким образом, мы, возможно, живем сегодня в состоянии некоего несоответствия между уровнем наших знаний о физическом мире, зачатками познания живого мира и уровнем наших знаний о внутреннем мире человека. Я, однако, глубоко убежден в том, что те научные знания о человеке, которыми мы, возможно, будем обладать (а они столь незначительны сегодня), всегда останутся, так же как и наше знание физического мира, весьма и весьма неполными, а следовательно, научные достижения не всегда будут помогать осознанию нами необходимости жить и действовать в соответствии с традициями, здравым суждением и мудростью.

Во-вторых, нам следует помнить, что по большей части нынешнее положение вещей является результатом не того, что мы познали, а того, как наши знания применяются в области техники. А это, в свою очередь, зависит от организации экономики и – в более ограниченной, но все же ощутимой мере – от нашей политической системы. Ни один из этих факторов не вытекает из науки, ни один не связан тесно с ней, так как, хотя развитие познания в значительной мере отвечает потребностям человека, оно все же не полностью обусловлено этими факторами.

Например, наличие ужасных, не поддающихся лечению болезней, конечно, обусловливает широкое и интенсивное изучение проблем, могущих иметь к ним отношение. Проблемы подъема продуктивности сельскохозяйственного производства, проблемы технического развития и, пожалуй, в наибольшей степени проблемы военного значения способствуют оказанию энергичной и усиливающейся поддержки исследовательским работам. Но то, что выдающиеся научные открытия делаются не потому, что они полезны, а потому, что они оказались возможными, является глубокой и неоспоримой истиной.

Например, в течение многих столетий делались попытки превратить ртуть в золото только потому, что это казалось весьма полезным. Эти попытки оказались тщетными. А мы нашли пути превращения ртути в золото, преследуя при этом совершенно другие цели. Я считаю, что наличие средств, идей или концепций, которые не всегда, но по большей части являются математическими, скорее, чем человеческие потребности, определит те великие изменения, которые произойдут в нашем представлении о мире. Зрелость в науке, по сути дела, – все, а зрелость есть способность творить новое и выдвигать новые мысли. Эта свобода выбора охватывает все поле деятельности. Нельзя вечно сидеть над неразрешимой проблемой. Можно сидеть над проблемой в течение очень долгого времени, и это может оказаться правильным. Но в конечном счете ученый будет руководствоваться не тем, что полезно узнать, а тем, что возможно узнать.

Те, кто стоит далеко от науки, могут счесть подобный подход безответственным. Может показаться, что, создав столь потенциально вредную вещь, как ядерная бомба, нам следовало бы попытаться открыть нечто потенциально полезное, что помогло бы нам избавиться от нее. Действительно, нам следовало бы этим заняться. Но, скорее всего, наши мысли будут направлены на выполнение более легких дел, они будут нацелены на дела более близкие. И данный подход не есть безответственность. Он является характерной чертой того особого пути, который ведет к быстрому прогрессу в познании, так как часто необратимый процесс постижения происходит через установление ошибки. Доказав однажды ошибочность того или иного положения, мы к нему не возвращаемся, так как извлекли урок.

«Прогресс», когда речь идет о морали и человеческих отношениях, – весьма расплывчатое понятие, несомненно, применимое к некоторым сторонам нашей жизни, хотя отнюдь не ко всем, но в науке он неизбежен. Прогресс равнозначен самому существованию науки.

Две первые лекции посвящены именно тем случаям, когда твердо укоренившиеся ошибочные воззрения, несмотря на возмущение противников, были безжалостно исправлены, и исправлены таким образом, что повторение этих ошибок исключено. Более того, этот прогресс в познании природы коренным образом изменил не только наши представления о ней, но и некоторые наши представления о самих себе как об исследователях. Пользуясь старым любимым выражением Баттерфилда, можно сказать, что прогресс, так же как и революции позднего средневековья и семнадцатого века, изменил «мыслительный аппарат» людей. Я, возможно, ошибаюсь, но я разделяю вместе с моими коллегами или же с многими из них твердое убеждение в том, что этот опыт следует распространить за пределы ограниченных коллективов специалистов. Умение видеть, как наши мысли, слова и идеи могут быть ограничены недостатком знаний и опыта, – весьма ценное качество. Это в некотором смысле способствует улучшению морального состояния человека, а также доставляет ему удовольствие. Нам представляется, что это дает возможность воспрянуть человеческому духу, избавиться от провинциализма и узости. Например, достаточно вспомнить о том, что означало для нас, когда на протяжении последних столетий мы поняли, насколько культуры других народов могут отличаться от нашей собственной и все же действительно быть культурами!

Прогресс такого рода возможен лишь потому, что он сочетает в себе две противоречивые черты. Одна из них характеризуется огромной тягой к приключениям. Она побуждает ученого искать новые явления и новые обстоятельства, побуждает его исследовать глубины космоса, «вгрызаться» в недра материи и делать множество вещей, которые уводят его от привычного человеческого опыта. Такова одна черта.

Другая черта – приверженность к установившемуся порядку, нежелание отказаться от достигнутой как будто бы ясности, словом, своего рода консерватизм. Например, если даже ученый и готов переписать заново Ньютона, ему очень не хочется слишком далеко отходить от него. Хотя ученый вполне сознает, что все ранее сделанное в области физики – лишь частичная истина, он неистово отстаивает эту частичную истину. Ученый силен традицией, он придерживается традиции в описании нового опыта, придерживается до тех пор, пока, наконец, это станет невозможным, и лишь тогда он решительно порывает с ней.

Многие из тех, кто способствовал переворотам в науке, впоследствии тяжело переживали то, что они вынуждены были совершить. Увлекавшийся небесными сферами Кеплер открыл эллиптические орбиты. Планк, который ввел ставшее знаменитым понятие о кванте действия, ввел тем самым в физику идею прерывности, что представлялось ему самому чрезвычайно странным и уродливым. Эйнштейн, который свыкся с теориями относительности[1]1
  Имеются в виду специальная и общая теории относительности. – Прим. ред.


[Закрыть] и высказывал сожаления лишь по поводу весьма немногих аспектов этих теорий, также внес вклад в развитие квантовой теории. Он выдвинул идею световых квантов, но так и не смог до конца примириться с квантовой теорией, логически построенной на этой основе. Де Бройль, который открыл волны, связанные с материальными частицами, так и не мог примириться с истолкованием этих волн только как волн информации, а не как возмущений в материальной среде.

Такие изменения навязываются физикам в какой-то степени вопреки их собственной воле потому, что они, как приверженцы определенных традиций, консервативны, и потому, что они в какой-то мере слишком авантюристичны. В течение нашей жизни мы не раз наблюдали ломку установившихся понятий и опыта. В таких случаях применяется ходячее выражение «пережить революцию во взглядах», но это не совсем верно, так как наши взгляды и опыт углублялись и изменялись, но полностью не отвергались. Я полагаю, что общее знакомство с такого рода явлениями и наличие такого опыта может оказаться полезным в разрешении человеческих проблем в условиях столь быстро меняющегося мира.

Моя задача на сегодня и завтра строго ограничена. С одной стороны, часто считают, что без математических формул невозможно рассказать о существе открытий, в особенности в области физики. До некоторой степени это верно. По всей вероятности, эти открытия невозможно было бы сделать, не применяя математического аппарата, который дает возможность быстро, кратко и четко выразить присущий природе порядок. Поэтому неудивительно, что математика – неотъемлемая часть науки о природе. Математика – это необходимое условие логичности, и если мы и уверены в чем-то, так это в том, что природа может быть трудна для постижения, но она не бывает непоследовательна. (Только мы можем отличаться непоследовательностью.)

Я, однако, полагаю, что можно дать некоторое представление о физических концепциях с помощью весьма несложного математического аппарата, которым я и намереваюсь ограничиться. Позвольте привести аналоги. Лучше увидеть «Гамлета» на сцене, конечно, в хорошем исполнении, нежели просто прочитать пьесу. Это произведение было написано для театра, а не для чтения в кабинете. И все же, если прочитать «Гамлета», можно, обладая некоторым воображением, при желании довольно хорошо почувствовать смысл пьесы. И я надеюсь, что вы, если не в ходе наших бесед, то по крайней мере при более благоприятных обстоятельствах в будущем, поймете, что хотя математика и помогает восприятию, она все же не абсолютно необходима для того, чтобы получить представление о некоторых фундаментальных открытиях современной физики.

Во второй лекции я буду говорить о глубоких изменениях в нашем представлении относительно причинности, относительно детерминизма в природе, а больше всего о том, что мы подразумеваем и можем подразумевать под объективностью. Эти изменения оказались необходимыми для того, чтобы составить довольно точное представление об обычных свойствах материи, т. е. о тех свойствах, которые выявляются даже тогда, когда материю не подвергают мощному воздействию, осуществимому благодаря применению огромных ускорителей и существованию космических лучей. В данной же лекции мне хотелось бы коснуться некоторых изменений в представлениях о пространстве и времени. Обе эти темы являются вариациями проблемы о последовательности наших представлений о движении в пространстве и о том, что находится в пространстве, – о его поле или содержании.

Квантовая теория – плод трудов многих ученых. Думаю, все согласятся с тем, что Нильс Бор был душой этой блестящей плеяды. С другой стороны, хотя понятия пространства и времени разрабатываются с давних времен, они были революционизированы одним ученым, жившим в нашем веке. Можно считать, хотя бы в отношении некоторых аспектов этой проблемы, что если бы не он, эта революция не произошла бы. Имя этого человека – Эйнштейн.

Первая теория относительности, по крайней мере на Западе, была создана не в двадцатом веке. Она восходит к тринадцатому – началу четырнадцатого века и разрабатывалась парижской школой натурфилософов. Наиболее известные представители этой школы – Буридан и Орезме. Эта теория, безусловно, явилась этапом в развитии человеческой мысли. Для нее характерно то, что, относясь к области физики, она опиралась не на какие-нибудь усовершенствованные экспериментальные методы, а на здравый смысл и умение анализировать поведение вещей. Это было началом, без которого дальнейшее развитие науки почти немыслимо. Открытие заключалось в следующем: при анализе проблемы движения был сделан вывод, что равномерное движение, т. е. движение, при котором тело движется с постоянной скоростью, не требует какого-либо объяснения или установления причин, поскольку равномерное движение является естественным состоянием материи. Конечно, этот взгляд не соответствовал воззрениям схоластов; он не соответствовал точке зрения Аристотеля, который считал, что для того чтобы какой-то предмет двигался, на него надо оказывать постоянное воздействие. По мнению Аристотеля, единственным естественным состоянием является состояние покоя. Новое утверждение получило название теоремы толчка, которую мы сегодня называем теоремой количества движения. Смысл ее заключается в том, что равномерное движение тела не требует объяснения, а требует объяснения лишь изменение в импульсе тела, в его количестве движения. Этот взгляд, как вы знаете, представлял также точку зрения Галилея, и мы называем преобразование координат, которое подчеркивает беспричинный характер равномерного движения, преобразованием Галилея, хотя название было дано этому явлению без разрешения Галилея и без достаточных на то исторических оснований.

Сущность преобразования в следующем: поскольку равномерное движение беспричинно, между равномерно движущимися телами существует взаимное сходство и при описании их можно использовать аналогию.

Преобразование Галилея позволяет по координате x тела, находящегося в состоянии покоя в момент времени t, определить координату, время и скорость, наблюдаемые в системе, в которой указанное тело движется равномерно со скоростью v:

х’ = х + vt,

t’ = t.

Представьте, что какое-то тело находится в состоянии покоя в точке x и вы смотрите на него в момент времени t. Теперь предположим, что вы движетесь по отношению к данному телу со скоростью v. Тогда координата тела будет x’, время же при этом не изменится, а любая скорость V, которая может появиться в первоначальной системе, появится как новая скорость V’ в новой системе, таким образом, что

V’ = V + v.

Это и есть инвариантность Галилея – и это есть просто здравый смысл. Отсюда следует, что если частица просто движется в некотором направлении, то координата ее увеличивается в силу того, что частица находится в движении, время же не меняется под влиянием скорости, а скорости суммируются. Эта теорема толчка, разумеется, и есть первый закон Ньютона. Ньютоновские законы движения гласят, что силы, создающие ускорения, инвариантны при таком простом преобразовании.

Применяя законы Ньютона, невозможно отличить одно равномерное движение от другого. Они релятивистские в том смысле, что относительное движение можно наблюдать, – однако абсолютное движение, пока оно равномерно, т. е. пока оно происходит без ускорения, наблюдать невозможно.

Начиная с Ньютона и до самого конца XIX века физики на основании этих законов построили чрезвычайно точную и красивую науку, охватывающую механику небесных тел Солнечной системы, теорию газов, поведение жидкостей, упругие колебания, звук, – они построили столь стройную и разнообразную, всеохватывающую и, видимо, всесильную систему, что дальнейшее развитие даже трудно было предвосхитить.

Мне кажется, что единственное ясно выраженное сомнение относительно преобразования Галилея и механики Ньютона встретилось мне в труде Эйлера, написанном примерно за сто лет до появления теории относительности. Поскольку между фиксированной звездой и Землей имеет место относительное поперечное смещение, то звезда видна под углом, отличающимся от истинного направления. Эйлер установил, что при расчете данного отклонения в системе, связанной со звездой, и в системе, связанной с Землей, результаты не совпадали. В эксперименте разница была столь незначительна, что он не стал дальше рассуждать по этому поводу. Он лишь отметил наличие этой разницы.

Но в начале XIX века и с нарастающим напряжением в течение этого столетия велись исследования в другой области физики. Эти исследования не касались вопросов движения тел под действием сил тяготения. Они касались свойств света и электромагнетизма. В отличие от сегодняшнего дня в то время не возникал вопрос, является ли гравитация силой, действующей на расстоянии, или же сила притяжения распространяется непосредственно от одного тела к другому. В то время не было (да и сегодня тоже нет) надежных экспериментальных данных для установления разницы между этими двумя положениями. В принципе имеются хорошие средства для решения этой проблемы, и мы полагаем, что ответ нам известен, но мы его еще не проверили на практике. Что же касается электромагнитных сил, то здесь положение совершенно иное.