Текст книги "Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки"

Притяжение между каждой парой шаров (одним большим и другим меньшим) приведет брус в движение. А так как проволока, на которой подвешен брус, подвижна, то названное движение приобретет характер едва заметного покачивания бруса. Измерение характеристик этого покачивания позволило бы Мичеллу высчитать силу притяжения между шарами. А эта информация (вкупе с известной уже силой притяжения между шарами и Землей) позволила бы определить среднюю плотность Земли.

Однако на второй странице статьи Кавендиша мы находим описание основной сложности этого подхода. Сила притяжения между шарами будет чрезвычайно мала – всего одна пятидесятимиллионная от их веса. «Совершенно очевидно, – писал Кавендиш, – что вмешательство самой незначительной внешней силы способно полностью исказить результаты эксперимента». Едва уловимое движение воздуха, магнитное возмущение и любое другое внешнее воздействие могут сделать этот эксперимент практически бессмысленным. Поэтому, когда оборудование Мичелла попало в руки Кавендиша, он «решил большую его часть сделать заново», обнаружив, что оно «не так удобно, как хотелось бы».

Слово «удобно» в данном контексте, конечно же, эвфемизм. Кавендиш усердно и непрерывно работал над усовершенствованием условий эксперимента. Первое, с чего он начал, было увеличение размера шаров – они стали двенадцатидюймовыми сферами весом в 350 фунтов каждая. Но даже и в этом случае главной целью оставалась защита от вмешательства внешних воздействий, и именно достижению этой цели Кавендиш посвятил свои основные усилия. Необходимость уменьшить угрозу воздействия подобных сил и взять их под контроль стала, пожалуй, самым серьезным вызовом натуре Кавендиша, к подобным вызовам привычной.

Самой первой и наиболее сложной проблемой была температурная разница в помещении. Если одна часть оборудования оказывалась чуть теплее своего окружения, в помещении возникали воздушные потоки, которые воздействовали на положение бруса. Телесное тепло от человека, находящегося в комнате, так же, как и тепло, исходящее от лампы, рассматривалось как существенный источник возмущения:

«Убедившись в необходимости обеспечить возможно более надежную защиту от названного источника ошибок, я принял решение поместить аппарат в комнату, которая будет постоянно заперта, а за движением бруса наблюдать извне с помощью телескопа. [Кроме того, необходимо было] подвесить свинцовые гири так, чтобы я мог перемещать их, не входя в комнату…»

Кавендиш разместил модифицированное устройство Мичелла в небольшом садовом домике у себя в Клэпхеме и изолировал помещение от всяких внешних воздействий. Чтобы можно было проводить эксперимент, не входя в комнату, потребовались дополнительные усовершенствования. Кавендиш водрузил большую пару гирь на систему блоков, чтобы ими можно было медленно и постепенно манипулировать, не входя внутрь (рис. 12). К каждому концу «гантели» он прикрепил стрелки из слоновой кости – с их помощью Кавендиш смог определять положение шаров с точностью, превосходящей тысячную долю дюйма. В стены были встроены телескопы, позволявшие наблюдать за стрелками снаружи. Чтобы можно было проводить эксперименты также и в темноте, Кавендиш установил над каждым телескопом лампу с линзами, фокусировавшими свет на стрелках через крошечные стеклянные оконца.

Рис. 12. Рисунок Кавендиша, изображающий пару небольших шаров, подвешенных к обоим концам кронштейна, заключенного в футляр. Рядом размещена пара более массивных грузов

В ходе эксперимента Кавендиш медленно поворачивал большие гири рядом с футляром, содержавшим шары, привешенные к брусу. Притяжение между гирями и шарами должно было воздействовать на брус и привести его в движение. Измерение возникавших таким образом микроскопических колебаний могло занять до двух с половиной часов непрерывного и внимательного наблюдения.

В ходе переделки оборудования и попыток достичь высшего уровня точности Кавендиш столкнулся с явлением, которое теперь известно под названием «компромисс экспериментатора». Каждую часть оборудования нужно настроить максимально надежно и точно, однако не переступив предел, за которым дальнейшее усовершенствование одних элементов может привести к худшей работе других компонентов оборудования. Если, к примеру, сделать шары на брусе большего размера, то это увеличит наглядность эксперимента, но одновременно снизит его точность из-за усиления давления на брус и на поддерживающую его проволоку. Если усилить брус, чтобы скомпенсировать названные последствия, возрастет нагрузка на проволоку. Усиление проволоки повлекло бы за собой необходимость увеличения силы, требуемой для воздействия на металлический стержень, а это снизит достоверность эксперимента и таким образом сведет на нет эффект, достигнутый было с помощью шаров большего веса. Гений Кавендиша как раз в том и заключался, что ученый нашел оптимальный компромисс и добился максимального эффекта и максимальной точности от всех составляющих эксперимента.

Хотя Кавендиша больше всего беспокоили потоки воздуха, которые могли помешать проведению эксперимента, его также заботила проблема воздействия гравитационного притяжения металлических стержней, использовавшихся для подвешивания больших шаров и сближения их с малыми. Это заставило его на время отказаться от шаров и измерять притяжение только между стержнями, а впоследствии заменить и их на медные, чтобы проверить эффект магнетизма. Далее Кавендиш задался вопросом, достаточно ли эластична проволока, на которой подвешен брус. Он провел ряд проверочных экспериментов с ней, и хотя результаты подтвердили достаточную эластичность проволоки, все же заменил ее другой, более подходящей. Обеспокоенный тем, что двухдюймовые шары могли намагнититься из-за постоянной ориентации в магнитном поле Земли в течение довольно длительного времени, Кавендиш стал время от времени вращать шары, чтобы предотвратить названный эффект, а впоследствии заменил шары на магниты, чтобы измерить, какова будет сила притяжения при воздействии земного магнетизма. Перед нами пример того, что называют «бдительностью экспериментатора»: если ты заподозрил присутствие некоего возмущающего воздействия в своем эксперименте, увеличь это воздействие до такой степени, чтобы его можно было измерить и в дальнейшем скомпенсировать. Затем Кавендиш задался вопросами относительно гравитационного притяжения между футляром из красного дерева, в котором находился брус, меньшими шарами и бо́льшими шарами. Измерения подтвердили, что такое притяжение ничтожно мало, однако Кавендиш посвятил данному вопросу специальное приложение к своей статье.

Подобные измерения требовали не просто тщательности и скрупулезности. Чтобы оценить, что происходит в каждом данном случае, и суметь отследить, измерить и скомпенсировать любое внешнее воздействие, Кавендишу приходилось использовать громадные познания в самых разных научных областях своего времени, от электричества и магнетизма до теплопередачи, математики и теории гравитации.

Кавендишу была известна плотность шаров в обеих парах и сила притяжения между шарами и Землей. В том случае, если бы ему удалось определить силу притяжения между двумя парами шаров, он мог бы воспользоваться отношением величины притяжения между данными объектами к величине их плотности для установления средней плотности Земли. «С помощью экспериментов, – заключает Кавендиш, – выясняется, что плотность Земли в 5,48 раза больше плотности воды», а затем добавляет с нескрываемым удовлетворением, что «результат определен с очень большой точностью». Не без некоторого торжества он отмечает несоответствие между полученным им результатом и тем, который с таким шумом и помпой был объявлен двадцатью пятью годами ранее у Шихаллиона. Результат Кавендиша «…значительно больше отличается от прежде полученных данных, нежели я предполагал». Тем не менее, с присущими ему скромностью и осторожностью, Кавендиш добавляет, что склонен воздержаться от окончательных выводов относительно результатов эксперимента у Шихаллиона:

«…до того, как у меня появится возможность более внимательно изучить, насколько на ранее полученные данные оказывали влияние внешние воздействия, которые я в настоящий момент не могу измерить».

* * *

Несколько ранее в той же статье Кавендиш пишет, что один потенциальный источник воздушных потоков стал причиной «дефекта, который я намерен исправить в следующих экспериментах». Совершенно очевидно, что он рассматривал данный эксперимент как часть длительной непрерывной работы, некий итог определенного ее этапа на пути ко все большей точности. Он был полон идей по дальнейшему усовершенствованию своей методики.

Тем не менее случилось так, что Кавендиш больше ни разу не повторил своего эксперимента. Это сделали за него другие ученые. В течение всего следующего столетия самые разные исследователи воспроизводили его эксперимент с использованием разнообразных новых методов, пытаясь достичь большей точности, но результат их усилий был весьма ничтожен. Парадоксальным образом самой большой ошибкой в эксперименте, проведенном Кавендишем, оказалась крайне нехарактерная для него чисто математическая ошибка, на которую уже несколько лет спустя обратил внимание один из его коллег.

Однако в течение XIX столетия с этим экспериментом произошла странная вещь. Эволюционировала его цель. Вопрос средней плотности Земли утратил свою былую научную ценность в сравнении с константой в уравнении, которое в настоящее время описывает ньютоновский закон всемирного тяготения. В современных терминах ньютоновский закон формулируется следующим образом: гравитационная сила притяжения F между двумя сферическими телами, имеющими массу М₁ и М₂ и находящимися на расстоянии r друг от друга, находится в прямо пропорциональной зависимости от произведения этих масс, деленного на квадрат расстояния между ними и умноженного на константу, представляющую величину гравитационной силы, известную как G. Переводя сказанное на язык формул, получаем: F = GM₁M₂/r². И хотя Кавендиш не знал ньютоновского закона в такой форме и важнейшая константа G не упоминается в его статье, физики спустя некоторое время поняли, что она относительно легко выводится из удивительно точного эксперимента Кавендиша. И в дальнейшем этот эксперимент проводился именно с этой целью, а не с целью определения плотности Земли. В 1892 году один из ученых, повторивших эксперимент Кавендиша, писал:

«Принимая во внимание универсальное значение постоянной G, мне представляется явным упрощением цели эксперимента считать его основным смыслом определение массы Земли, ее средней плотности или даже ее веса»⁷⁴.

В 1870-е годы, через полвека после смерти Генри Кавендиша, при Кембриджском университете была на средства ректора Уильяма Кавендиша, дальнего родственника ученого, организована ныне знаменитая в научном мире Кавендишская лаборатория.

В настоящее время студенты продолжают проводить эксперимент Кавендиша, естественно, с применением значительно более современных технологий: например, для измерения отклонения шаров используется луч лазера, отражающийся от зеркал, прикрепленных к шарам. Проведенный правильно, данный эксперимент дает представление о величине той силы, которая удерживает всю материю, всю Вселенную. Исходя из числового выражения этой величины, можно с достаточной точностью описывать и прогнозировать поведение объектов, вращающихся вокруг Земли, движение планет в Солнечной системе, движение галактик с момента Большого взрыва и так далее.

Биограф Кавендиша Джордж Вильсон, весьма неоднозначно воспринимавший своего героя, писал:

«Он был одним из тех благодетелей своего народа, которые терпеливо наставляют человечество и служат ему и в ответ получают лишь неблагодарность: те, кого он облагодетельствовал, отворачивались от него из-за его холодности и насмехались над его странностями. Он не мог петь им сладких песен или создавать прекрасные вещи, которые могли бы приносить „вечное наслаждение“, он не мог трогать их души, разжигать в них страсти или же развивать в них чувство благоговения или сердечный пыл. Он не был ни Поэтом, ни Священником, ни Пророком, он был лишь холодным чистым Разумом, излучавшим свет ясности, озарявший собой все, куда бы он ни проникал, ничего не согревая при этом, – он был Звездой, по крайней мере, второй, если не первой величины на Интеллектуальной Тверди»⁷⁵.

Красота, которую создавал Генри Кавендиш, была совершенно иного порядка. Инструмент, которым он пользовался, был не слишком привлекателен внешне, процесс творчества – однообразен и утомителен, а математический аппарат – чрезвычайно сложен. Однако благодаря своей бескомпромиссной методологической четкости (вспомните, как тщательно Кавендиш выявлял источники возможных ошибок и заменял незначительные, казалось, части оборудования, пока не добился нужной ему цели) эксперимент Кавендиша представляет собой, пожалуй, исключительный пример особой, строгой красоты.

Интерлюдия
Наука в популярной культуре

Если честно, то упоминавшаяся выше гэльская баллада о Маскелайне не имеет никакого отношения ни к науке вообще, ни к эксперименту в Шихаллионе в частности, ни даже к последовавшей за экспериментом вечеринке. Баллада была написана скрипачом, присутствовавшим на упомянутой вечеринке, и повествует о его скрипке («мое богатство и моя любовь»), которая сгорела в пожаре, устроенном пирующими. Маскелайн появляется в балладе лишь потому, что обещал подарить музыканту новую скрипку и выполнил свое обещание.

Короче говоря, баллада служит еще одним примером пропасти, отделяющей естественные науки от массовой культуры. В кино, к примеру, наука предстает по большей части лишь как предлог для чего-то еще – погони, детективной истории или конфликта добра со злом, сама же наука отодвигается на задний план. Персонажи-ученые, как правило, представлены довольно ограниченным набором довольно поверхностных стереотипных ролей: умный, но злобный негодяй или рассеянный чудак, очень хорошо разбирающийся в своей науке, но совершенно не приспособленный к жизни и неспособный к нормальному человеческому общению. В таких фильмах, как «Инопланетянин» и «Всплеск», холодные и бесчувственные ученые едва не становятся виновниками гибели беззащитных героев.

Подход искусства и массовой культуры к науке и научной проблематике чрезвычайно важен, ведь популярное искусство – это важнейший форум, на котором общество формулирует и обсуждает свои главнейшие устремления и опасения. Неспособность искусства и массовой культуры адекватно изобразить научные проблемы вызывает определенную тревогу, учитывая, насколько глубоко и прочно наука проникла в современную жизнь. Постоянно воспроизводимые стереотипы науки как холодной и чуждой простому человеку заставляют воспринимать ее как враждебную и потенциально опасную. Конечно же, подобный подход исключает любой поиск красоты в науке, так как мешает пониманию того, насколько тесно наука связана со всем красивым и чудесным в нашем мире.

Даже у тех людей искусства, которые берутся за научную тематику с самыми благими намерениями, изображение науки в художественном произведении вызывает значительные трудности. Если вы считаете, что восприятие красоты в научном эксперименте требует особой подготовки, обратите внимание на некоторые произведения искусства, вдохновленные наукой. Много примеров подобных произведений можно было найти в 2003 году на выставках, посвященных пятидесятой годовщине открытия структуры ДНК. Они спровоцировали обозревателя The New York Times Сару Боксер на колкость: «Подобно самой ДНК, искусство, ей посвященное, также требует расшифровки». Воспринимать произведения, представленные в некоторых галереях, писала Боксер, это то же самое, что прослушивать музыкальные произведения в сопровождении голоса, постоянно шепчущего вам на ухо, что означает только что исполненная часть. «Если вы хотите понять связи ДНК, – продолжает Боксер, – вам следует очень многое прочесть»⁷⁶.

Театр – великолепное место для интеграции науки в искусство, если принять во внимание, насколько сложные человеческие коллизии он способен изображать. Но даже на сцене историческая и научная истины часто искажаются, чтобы сделать ситуацию более «правдоподобной» или привлекательной для зрителя. В качестве примера можно привести пьесу немецкого драматурга Хайнара Киппхардта «Дело Роберта Оппенгеймера» (1964). Пьеса основана на стенограммах знаменитых «оппенгеймеровских слушаний» 1954 года, в ходе которых руководитель Манхэттенского проекта пытался вернуть себе право работы с секретными материалами. Оппенгеймер был лишен этого права, поскольку нажил себе много врагов активным сопротивлением планам создания водородной бомбы, а также из-за того, что когда-то исповедовал левые взгляды. Кипхардт зачем-то выдумал заключительную речь Оппенгеймера и внес другие коррективы, против которых решительно возражал сам Оппенгеймер (в дальнейшем ученый совместно с одним французским режиссером работал над «исправлением» пьесы Кипхардта, однако исторически точный вариант оказался совершенно безжизненным).

Среди тех драматургов, которые успешно эксплуатируют в своих произведениях научную терминологию, образы и идеи и при этом достигают нужного драматического эффекта, можно назвать Тома Стоппарда с его пьесами «Хэпгуд» и «Аркадия». Некоторые ученые тоже эффективно используют театр для популяризации своих научных концепций в драматической форме: к примеру, один из изобретателей противозачаточной пилюли Карл Джерасси написал пьесы «Непорочное заблуждение» и (в соавторстве с химиком Роальдом Хофманом) «Кислород».

Одна из немногих театральных пьес, посвященных научной тематике, – «Копенгаген» Майкла Фрейна, главные герои которой – ученые Вернер Гейзенберг и Нильс Бор, а также жена последнего Маргарет. В действие вовлекается и часть зрителей: они сидят на специальных местах, стилизованных под скамьи трибунала, лицом к зрительному залу. Это новшество задумано, чтобы подчеркнуть, что за каждым наблюдателем также ведется наблюдение и что ни один наблюдатель не может наблюдать самого себя – театральный эквивалент принципа неопределенности. Мне лично кажется, что это не самый лучший способ подчеркнуть оригинальность пьесы, так как отделенность театрального действия от публики – принцип столь же старый, как и сам театр.

Однако самой важной особенностью пьесы, которая и делает сочетание науки и искусства весьма органичным, является роль Маргарет. Она, словно хор в античной трагедии, как бы выражает наш взгляд на происходящие события. Но она не просто наблюдатель, заинтересованный и симпатизирующий неспециалист, требующий, чтобы для него сложную научную терминологию перевели на простой человеческий язык. Маргарет непосредственно вовлечена во все происходящее в пьесе и порой становится виновницей некоторых событий. Известно, что Нильс Бор писал с огромным трудом, многие были уверены, что он страдает дислексией, и бо́льшая часть его рукописей и писем подготовлена с помощью Маргарет. Она в каком-то смысле становится соучастником происходящего, хотя у нее нет иллюзий относительно того, что вещи, по поводу которых она задает вопросы, чрезвычайно далеки от нее.

Роль Маргарет служит нам напоминанием о том, насколько прочно наука вошла в нашу жизнь. Некоторые считают науку некоей гигантской замкнутой корпорацией, однако на самом деле наука настолько тесно связана со всем нашим миром, с нашим самовосприятием и нашим взглядом на Вселенную, что от нее практически невозможно дистанцироваться. Науку лучше сравнить не с корпорацией, а с некоей коммерческой системой, любые изменения в которой вызывают непредсказуемые последствия в человеческом обществе. Тесная и неразделимая взаимосвязь науки, человеческого общества и нашего мировосприятия предполагает, что «Копенгаген» не должен остаться исключением и что множество пьес на подобную тему могут и должны быть написаны. Это послужило бы еще одним подтверждением того, что наука может быть органично интегрирована в искусство и стать еще одним из источников прекрасного.

Рис. 13. Интерференционная картина (внизу), возникающая при прохождении луча света (вверху) через две расположенные рядом щели (рисунок Юнга)

Глава 6.
Свет и волна

Прозрачная аналогия Юнга

Англичанин Томас Юнг (1773–1829) родился и вырос в строгой атмосфере квакерской семьи. И хотя к своему совершеннолетию он уже не был излишне религиозным человеком и предпочитал религии музыку, искусство, верховую езду и танцы, многое в характере Юнга определялось его квакерским воспитанием, от которого происходили и слабые, и сильные стороны его характера. Как истинный квакер, он был искренним, вежливым, благородным и прямым, приобрел независимость и глубину суждений. Эти черты, вне всякого сомнения, помогли ему открыть волновую («волнообразную», как говорили в его время) природу света и бросить вызов преобладавшей на тот момент корпускулярной теории, которой, как тогда считалось, придерживается Ньютон. Однако Юнг унаследовал также и квакерскую склонность к предельному лаконизму, из-за чего многие считали ученого человеком чрезвычайно холодным и высокомерным. Порой Юнг ставил собеседника в тупик и даже обижал собеседника, безапелляционно высказывая какое-нибудь краткое суждение и не заботясь о каких-либо объяснениях. Подобное поведение часто вредило карьере Юнга и восприятию окружающими его идей.

В то же время стремление Юнга к прямоте и краткости проявилось и в его способности придумывать демонстрации, которые отличались особой ясностью и убедительностью. Самой знаменитой из них стал эксперимент с двумя прорезями, в настоящее время часто называемый просто «экспериментом Юнга» – потрясающе простое доказательство того, что, вопреки мнению Ньютона, свет ведет себя как волна, а не как поток крошечных частиц. Эксперимент Юнга – классический пример успешного использования аналогии в науке. Самым убедительным образом продемонстрировав волновое поведение света, ученый произвел то, что можно назвать «онтологической вспышкой», – давно знакомое явление предстало в некоем новом свете, фундаментальным образом отличным от того, в котором оно воспринималось ранее⁷⁷.

* * *

То, что Юнг – вундеркинд, стало понятно уже вскоре после его рождения. К двум годам он уже умел читать. К шести дважды прочел Библию от корки до корки и начал самостоятельно изучать латынь. Вскоре он овладел более чем десятком языков. Юнг был одним из первых, кто принял участие в разгадке египетских иероглифов, и он сыграл ключевую роль в расшифровке Розеттского камня⁷⁸.

С 1792 по 1799 год Юнг изучал медицину, однако успеха на этой стезе так и не добился, отчасти потому, что не умел общаться с пациентами. В годы учения Юнг заинтересовался феноменом человеческого зрения и особенно строением хрусталика глаза, удивительно адаптивной и сложной линзы. В дальнейшем в ходе изучения медицины он начал проявлять интерес к звуку и человеческому голосу, задавшись вопросом, не являются ли звук и свет по сути своей схожими феноменами. К тому времени уже было известно, что звук создается волновыми колебаниями воздуха, и Юнг предположил, что свет тоже состоит из волн. Такая точка зрения противоречила преобладавшей тогда теории, что свет состоит из крошечных частиц – «корпускул» в терминологии Ньютона, которые движутся по прямым линиям от источника света.

Признаки волноподобного поведения света отмечались различными учеными еще в 1660-е годы. Главными среди них были явления дифракции света, обнаруженные итальянским ученым-иезуитом Франческо Гримальди. Он заметил, что когда свет, проходя через узкую щель, падает на стену, в обе стороны от краев центральной узкой яркой полоски идут, чередуясь и постепенно ослабевая, разноцветные полосы, что указывает на поперечное отклонение света от краев щели в область тени. Еще одной характеристикой была рефракция, или преломление светового луча на границе двух сред с разными оптическими свойствами, что, по утверждению главного ньютоновского оппонента Роберта Гука, проще было объяснить, если исходить из волновой, а не корпускулярной теории света. Датский ученый Расмус Бартолин описал странное явление двойного лучепреломления, обнаруженное им в некоторых кристаллах, найденных во время экспедиции в Исландию в 1668 году. Если на исландский шпат, как стали называть эти кристаллы, падал луч света, он разделялся на два луча, которые вели себя совершенно по-разному. Это явление поставило в тупик ученых той поры: его было крайне сложно объяснить, считая свет потоком корпускул.

Однако все эти явления настолько незначительны, что многие ученые просто не обращали на них внимания; более того, непонятно было, каким образом эти явления связаны друг с другом. Особенно убедительные аргументы против волновой теории выдвинул Ньютон. Он указал на множество фактов, которые противоречат ей, и полагал, что вскоре найдутся объяснения для незначительных аномалий дифракции и рефракции. Как писал он в своей «Оптике» в 1704 году, волны не движутся по прямой линии, но огибают объекты, встречающиеся им на пути, чего со светом не происходит:

«Волны на поверхности стоячей воды, проходя вокруг широкого препятствия, задерживающего часть волн, после этого загибаются и постоянно расширяются в покоящуюся воду за препятствием. Волны, пульсации или колебания воздуха, из каковых состоит звук, ясно загибаются, хоть и не так сильно, как водяные волны. Ибо колокол или пушку можно слышать за холмом, загораживающим вид звучащего тела, и звук распространяется так же легко по извилистым трубкам, как по прямым. Относительно света неизвестно ни одного случая, чтобы он распространялся по извилистым проходам или загибался внутри тени. Ибо при прохождении одной из планет между Землей и неподвижными звездами последние перестают быть видимыми…»⁷⁹

* * *

Несмотря на авторитет Ньютона, Юнга захватила идея о том, что звук и свет все-таки являются сходными феноменами. А так как медицинская практика отнимала у него не так уж много времени и энергии и особого пристрастия не вызывала, он смог полностью отдаться научным изысканиям в этой области. Юнг регулярно посещал заседания незадолго до того образованного Королевского института, основной целью которого было распространение «полезных новшеств в механике» и «обучение применению науки с пользой для жизни». В 1801 году он был избран профессором этого престижного учреждения, и одной из главных его обязанностей была подготовка и чтение серии лекций по «естественной философии и механическим искусствам».

Упомянутые лекции демонстрируют определенные способности Юнга не только к экспериментальной науке, но и к преподавательской деятельности. Кроме того, это настоящая золотая жила для современных историков науки, так как в них кратко, но с удивительной тщательностью и точностью обобщается практически весь спектр научных знаний того времени. Трудно даже представить область знания, о которой Юнг не имел бы вполне профессионального представления. Кроме этого, он использовал свои лекции для обсуждения некоторых фундаментальных концепций. На одной из них присутствующие услышали термин «энергия», который был тогда впервые употреблен в его современном научном смысле. В то же время лекции подчас превращались в настоящее испытание для слушателей, так как лаконичный и несколько монотонный стиль изложения Юнга в сочетании с широчайшим диапазоном затрагиваемых тем превращал их в сложное и изматывающее интеллектуальное упражнение. Через два года Юнг отказался от почетного титула профессора Королевского института, и более подходящее применение для его талантов нашло в 1802 году Лондонское королевское общество, назначившее Юнга секретарем по внешним связям. Огромную пользу на этом посту Юнгу приносило владение множеством иностранных языков, и ученый занимал его до конца жизни.

За год до вступления в члены Королевского института, в 1800 году, Юнг опубликовал свою первую крупную работу, где рассматривалась аналогия между звуком и светом: «Опыты и проблемы по звуку и свету»⁸⁰. Еще несколько лет ушло на разработку эксперимента, который войдет в историю под именем ученого и подтвердит упомянутую аналогию. Однако трактат 1800 года стал значительной вехой в истории науки, поскольку содержал первое объяснение явления интерференции, на котором будет основан знаменитый эксперимент Юнга. Объяснение состояло в том, что при встрече двух волн результирующее движение соединяет в себе характеристики движения каждой волны в отдельности. «Интерференция» – не вполне удачный термин для этого явления, так как он предполагает нечто незаконное, агрессивное, в общем, негативное, на самом же деле происходит просто соединение двух сущностей, которые в результате порождают новую сущность. Возможно, чувствуя это несоответствие, Юнг часто употреблял более элегантный термин – «коалесценция».

Ньютон отчасти предугадал феномен интерференции, объясняя причины приливов в заливе Бакбо (Вьетнам), на берегу которого стоит крупный портовый город Хайфон. Британские купцы XVII столетия, пытавшиеся наладить торговлю с Вьетнамом, знали, что прибрежные воды залива отличаются необычным поведением. В 1684 году один английский путешественник опубликовал в Philosophical Transactions письмо об особенностях прилива в этих местах. Раз в две недели наступал день, когда ни прилива, ни отлива не было и вода стабилизировалась на одном уровне. Затем в течение семи дней наблюдался только прилив, который медленно достигал своего пика к концу недели. В течение следующей недели имел место столь же медленный непрерывный отлив.

Это странное явление вызывало интерес у многих ученых, и Ньютон предложил объяснение происходящему в своем научном шедевре «Математические начала натуральной философии» (1688). Океанские приливные волны, по его мнению, входили в залив с двух различных направлений – из Южно-Китайского моря и с юга, со стороны Индийского океана, – двумя путями различной длины, из-за чего одной приливной волне требовалось шесть часов, чтобы достичь берега, а другой – двенадцать. В результате одна приливная волна часто компенсировала отлив на другом направлении, и это приводило к исчезновению одного прилива, а дважды в течение лунного месяца – к исчезновению как прилива, так и отлива (уровень воды тогда оставался неизменным)⁸¹. И хотя данное явление в настоящее время рассматривается как частный пример волновой интерференции, Ньютон не стал распространять обобщение на все волновые явления в принципе, считая приливы Бакбо исключительным явлением, характерным для одного конкретного места.