Первая “эврика”

Архимед (287–212 до н. э.) — естествоиспытатель, изобретатель и математик — добился успеха во многих областях. Он был уроженцем Сиракуз и предположительно родственником тирана Гиерона II. Среди многих практических изобретений ученого — архимедов винт, устройство для орошения полей, сложный блок для подъема тяжестей и несколько боевых машин (среди них — знаменитые щиты-зеркала, при помощи которых был предположительно сожжен римский флот, готовившийся атаковать Сиракузы).

Одним из его математических развлечений стал “песочный калькулятор” — он заметно упростил вычисления, необходимые для подсчета числа песчинок на всем сицилийском побережье, а заодно позволил узнать, сколькими песчинками получится заполнить Вселенную, какой ее описывали космологические модели тех времен (вышло 10 63).

Согласно Плутарху, он завещал поставить на своей могиле сферу, пересеченную цилиндром, и особо указать соотношение его частей внутри сферы и снаружи.

Плутарх, Ливий и Валерий Максим, хотя и расходятся в деталях, согласны в том, что Архимед встретил смерть от рук римского солдата после падения Сиракуз. Император распорядился обезоружить Архимеда и привести к себе, но ученый был настолько погружен в расчеты, что не отвлекся на похлопывание по плечу — и тогда разгневанный солдат взял, да и просто убил его.

Самая знаменитая история про Архимеда, принадлежащая неизвестному автору, дошла до нас благодаря римскому инженеру и архитектору Витрувию. По легенде, тиран Гиерон попросил Архимеда выяснить, из чистого ли золота сделана его корона, или же в металл подмешали серебро.

Весь в мыслях о задаче, Архимед пришел в купальню, и там, сидя в ванне, заметил: объем вылившейся воды равен объему, какой занимала погруженная в ванну часть тела. Это подтолкнуло его к решению, и он, не откладывая, обрадованный выскочил из ванны и побежал нагишом домой, по дороге громко выкрикивая, что нашел то, что искал, — или, как это звучало по-гречески, “эврика, эврика”.

Закон Архимеда, как его называют и теперь, гласит, что выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости. Поэтому, если погрузить корону в воду, количество вытесненной воды даст нам объем металла; зная вес короны, можно рассчитать ее плотность и, следовательно, состав.

Ученые последующих эпох время от времени пытались воспроизвести изобретения Архимеда (чаще всего — зажигательные зеркала). Спор о том, можно ли было в действительности потопить так римский флот, длился веками, и свои мнения на этот счет успели высказать многие знаменитые ученые (включая Декарта, который в эту историю не верил). Но однажды, в 1747 году, ее наконец решил проверить опытным путем великий французский эрудит, граф де Бюффон. Устройство было установлено в Париже, в нынешнем Ботаническом саду (который тогда назывался Королевским садом, а Бюффон был как раз его директором). Около 150 вогнутых зеркал были закреплены на четырех деревянных рамах со специальными винтами, чтобы сфокусировать систему на деревянной дощечке, располагавшейся на расстоянии 50 метров. Огромная толпа наблюдала за тем, как солнце вышло из-за облаков и как несколько минут спустя над дощечкой поднялся дымок — утверждение было доказано. В тот же год, при всеобщем одобрении, Бюффон поджег таким способом несколько домов на глазах у короля, чем заслужил похвалы не только от Людовика XV, но еще и от Фридриха Великого, прусского короля и видного интеллектуала.

Источник историй об открытиях и изобретениях Архимеда — Vitruvius, De Architectura, Book IX, Chapter3. Об экспериментах Бюффона можно прочесть в: Roger Jacques, Buffon: A Life in Natural History (Cornell University Press, Ithaca, New York, 199 7).

Презрение лорда

Лорд Резерфорд, профессор физики в Кембридже, был весьма незаурядной личностью. Вот как однажды он отверг теорию, показавшуюся ему полной чепухой. Итак, рассказчик — Р.В. Джонс, место действия — Кларендонская лаборатория, Оксфорд.

Резерфорд только что внезапно приехал из Кембриджа, и каждая его лекция в Оксфорде была событием. В конце обычно оставалось время для вопросов, и Е.А. Милн (известный космолог и физик-теоретик) как-то спросил, что Резерфорд думает по поводу так называемого атома Тьютина. Доктор Тьютин критиковал модель Резерфорда (то есть планетарную систему с ядром из протонов и нейтронов в качестве Солнца и электронами, каждый из которых движется по орбите со своим радиусом) — поскольку, как известно каждому, в смеси из тяжелых и легких частиц тяжелые быстро уходят на периферию, в то время как легкие остаются поблизости к центру. Поэтому электронам место в центре атома, а протоны должны летать снаружи. Теория Тьютина получила известность благодаря Ф.В. Содди, профессору неорганической химии и автору термина “изотоп”, который рекомендовал статью Тьютина Химическому обществу. Однако там ее отказались публиковать, и Содди немедленно вышел из состава Общества, а затем специальным объявлением в журнале Natureоповестил коллег, что распродает имеющиеся у него тома Journal of Chemical Society.

Милн поинтересовался у Резерфорда, откуда тот знает, что Тьютин неправ, а он сам прав. Легко представить себе грузного Резерфорда, который навис над тщедушным Милном и проревел: “Когда вы видите слона и блоху, вы сразу знаете, кто прыгает — слон или блоха”.

Почти безошибочную интуицию Резерфорда во всем, что касалось элементарных частиц, можно проиллюстрировать еще и таким признанием М.Л. Олифанта, сделанным им в интервью 70 лет спустя:

В наших экспериментах мы бомбардировали мишени всем, чем только возможно, чтобы получить новые элементы. Задействовать тяжелый водород было логичным ходом, и, само собой, результаты оказались крайне интересными. Опыты с тяжелой водой привели к открытию гелия-3 и трития (первый — изотоп гелия, второй — водорода).

…Резерфорд в то время невероятно сильно повлиял и на меня, и на множество других людей в Кембридже. Он был моим научным отцом — во всех смыслах слова. Резерфорду не нравилось, когда его сотрудники проводят слишком много времени в лаборатории. По его мнению, переутомляться было глупо. Правда, сам Резерфорд с трудом мог отвлечься от научных задач. Однажды мы отправились домой, так и не разобравшись с результатами эксперимента. В три ночи у меня зазвонил телефон. Жена сообщила, что профессор хотел бы со мной поговорить. Резерфорд произнес: “Я тут догадался: частицы из ближнего диапазона — это гелий-3”. Я попросил у него обоснований, и тогда он взорвался: “Обоснования? Обоснования? Я это чувствую!”