Главная страница «Первого сентября» • Главная страница журнала «Физика» • Содержание №8/2005
Научные открытия и ход истории

М.Ю.Доронин,
с. Михайловское, Нижегородская обл.

Научные открытия и ход истории

К интегрированному уроку-семинару ФИЗИКА + ИСТОРИЯ.

11-й класс

Цели урока: познакомить с историей некоторых открытий, показать их взаимосвязь с историческими событиями в обществе; активизировать мысль учащихся.

Вопросы для обсуждения

Ход занятия

Открытия бывают разные: значимые и не очень, яркие или такие, про которые быстро забывают. Мы сегодня попытаемся «объять необъятное», вспомнить, связан ли ход истории с научными открытиями.

Пётр Леонидович Капица сделал интересную классификацию открытий, где выделяет одновременные открытия (закон Джоуля–Ленца, Бойля–Мариотта), запоздалые (телескоп), повторные (Америка и дифференциальное исчисление), гениальные преждевременные прозрения (Н.Кузанский, придумавший интегральное исчисление; Роджер Бэкон, в XIII в. предвидевший создание акваланга, автомобиля и самолёта), и, наконец, случайные открытия.

В особую группу П.Л.Капица выделяет открытия самого высокого класса. Открытия, которые нельзя ни предвидеть, ни объяснить. За 150 лет он выделил в физике всего семь. Прежде всего это:

Жёсткая классификация, но так или иначе новое знание, является нам в оболочке старых понятий.

Осенним вечером 1795 г. Алоизий Сенефельдер, житель Праги, возвращался из театра после первого представления своей пьесы. Счастливый автор держал в руках записку директора с распоряжением о выдаче гонорара. Возвратившись домой, он должен был засесть за свою обычную, «нетворческую» работу – переписывание чужих пьес. Положив драгоценный документ на стол, Сенефельдер принялся за дело. Вдруг порыв ветра распахнул окно. Записка едва не вылетела на улицу. Сенефельдер подхватил её уже на подоконнике, мокрую от дождя. Закрыв окно, он расправил бумажку, положил на неё оселок для бритвы и улёгся спать.

Наутро он прежде всего взглянул на документ, прикрытый камнем, дабы удостовериться, что то был не сон. Каково же было его удивление, когда он увидел на директорской записке свою личную печать. Откуда она взялась? Сенефельдер взглянул на нижнюю поверхность оселка и увидел на ней оттиск своей печати. Очевидно, камень впитал в себя краску с какого-то ранее проштемпелёванного документа. В Сенефельдере проснулся исследователь. Он стал изучать свойства оселка. Это оказался известняк, жадно впитывающий жиры, а после очистки кислотой – и воду. Сенефельдер наносил на него текст чернилами, приготовленными из воска, мыла и сажи, испытывал его так и сяк и в конце концов открыл способ печати, именуемый литографией.

Перенесёмся теперь из Праги в тропическую Сурабайю, где судовой врач Роберт Майер делает обычную в те времена операцию – пускает матросу кровь. Майер вскрывает вену, и его охватывает ужас: слишком светла кровь. Неужели он задел артерию? Нет, это вена. Потом он делает ещё несколько таких операций: снова из вен течёт алая кровь. Майер, потолковав с коллегами с других судов, узнаёт, что в тропиках это обычное явление. Но что оно означает? Только одно: ослабление окислительных процессов.

А это что значит? Тоже только одно: в жару организму для сохранения собственной теплоты нужно меньше «горения». Майер стал размышлять о том, что произойдёт, если тело будет, кроме тепла, производить ещё и работу. «Иногда я чувствовал прилив необычайного вдохновения... Некоторые мысли пронизывали меня, подобно молнии...» Итогом этих вспышек было открытие: «Энергия не появляется и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую».

Вот они, чистейшие случайности! Человек, не имеющий ни малейшего отношения к полиграфии, открывает благодаря неожиданному стечению обстоятельств новый способ печати. Судовой врач формулирует один из фундаментальных законов естествознания. Не пойди в тот день в Праге дождь, не окажись пьеса Сенефельдера удачной, положи он на бумажку не оселок, а ещё что-нибудь, – не было бы и литографии [в то время! – Ред.]. Не попади Майер в тропики, и не заболей на его судне матрос...

Химик Август Кекуле рассказывал о своём открытии так: «Однажды вечером, будучи в Лондоне, я сидел в омнибусе и раздумывал, как изобразить молекулу бензола С6Н6 в виде структурной формулы... В это время я увидел клетку с обезьянами, которые ловили друг друга, то схватываясь между собою, то опять расцепляясь, и один раз схватились так, что образовали кольцо. Каждая одною заднею лапой держалась за клетку, а следующая держалась за другую её заднюю лапу обеими передними, хвостами же они весело размахивали по воздуху... Пять обезьян составили круг, и у меня сразу же блеснула мысль: вот изображение бензола».

Да, такое не придумаешь! Но мы бы не стали вспоминать этих всем надоевших обезьян, если бы сам Кекуле не описал в другом месте своё открытие иначе. Дело было уже не в Лондоне, а в Генте. Кекуле писал учебник по химии. Повернувшись к камину, он задремал. Образы атомов заплясали перед его глазами. «Моё умственное око, искушённое в видениях подобного рода, различало теперь более крупные образования... Длинные цепочки, все в движении, часто сближаются друг с другом, извиваясь и вертясь, как змеи!.. Одна из змей ухватила свой собственный хвост, и фигура эта насмешливо закружилась перед моими глазами. Пробуждённый как бы вспышкой молнии, я провёл остаток ночи, детально разрабатывая следствия новой гипотезы.

Если мы научимся смотреть сны, господа, то обретём, быть может, истину... Однако мы не должны предавать свои сны огласке, прежде чем не подвергнем их проверке бодрствующего ума».

Так как же было на самом деле? Обезьяны или змеи? Вряд ли сам Кекуле мог ответить на этот вопрос; об открытии вспоминал он через двадцать пять лет после того, как совершил его. Может, было и то, и другое.

Это открытие мы можем считать и закономерным. Оно – награда за упорство, за проницательность, за умение различать новое, мыслить масштабно, сопоставлять далёкие факты.

А вот интересная группа случайных неоткрытий. Всем известно, что радиоактивность открыл Анри Беккерель. Но за 38 лет до Беккереля тот же эффект наблюдал его соотечественник Ньюенс де сен Виктор. Именно наблюдал и... всё. Пожал плечами, сказал вроде: «Ишь ты!» – и продолжал заниматься фотографией.

Сюда же попадает случай с французским бактериологом, который за полгода до Флеминга заметил действие некоторых видов плесени на колонии бактерий, но не догадался об их эффекте.

Ампер упустил возможность стать открывателем электромагнитной индукции, хотя стоял на пороге открытия этого явления.

Гениальный математик Анри Пуанкаре рано или поздно пришёл бы к теории относительности. Он скептически относился к физическим теориям, считая, что существует бесчисленное множество различных, но логически сходных точек зрения, которые учёный лишь для удобства выбирает для себя.

Почему некоторые проходят мимо открытий? Мы этого никогда не узнаем. И прекрасно. Скучно было бы жить на свете, если бы всё укладывалось в схемы, никто никогда бы не ошибался, и каждый открывал бы всё, что можно открыть. Каждому – своё.

Поражаешься безграничной фантазии человека и удивляешься: на что человек тратит свои усилия? Так, в Кембриджском университете ежегодно вручают шнобелевскую премию (Id-Nobel – недостойное Нобеля), достижения которые не нужны миру:

«За описание процессов, происходящих при размягчении печенья в различных напитках». Вывод: вкус сохраняется, если макать в какао, использовав 200 комбинаций и множество приборов.

«Влияние пива, чеснока и сметаны на аппетит пиявок»...

Чудом уцелевшие рукописи и другие документы повествуют нам о страшной участи городов, взятых штурмом и поверженных к ногам победителей. Тем, на чью милость отдавались побеждённые, разрешено было всё. Они не отказывались ни от золота, ни от вина, ни от женщин. Но помыслы их устремлялись куда дальше. Каждый правитель стремился заполучить опытных ремесленников – тех, кто создавал ценности.

Войны столь же древни, как и сам человеческий род. И человек совершенствовал оружие. Наиболее мощным оружием в Древнем мире была катапульта. Во время правления македонского царя Филиппа II были созданы большие катапульты с тетивой из жил животных. Они стреляли стрелами длиной примерно 3 м. С помощью катапульт Александр Македонский сокрушал хорошо укреплённые города. Катапультами оснащались и корабли, которые метали ядра массой около 80 кг. При попадании они могли проломить корпус вражеского корабля.

Римляне создали небольшие катапульты на железных станинах с колёсами, что позволяло доставлять их на поле брани. В катапультах применяли стрелы стандартного типа – около 10 см, – летевшие на 100–150 м. Пока римляне совершенствовали катапульту, китайцы изобрели самострелы, которые могли поражать противника на расстоянии более 200 м.

Чтобы совершенствовать оружие, необходимы были изобретатели, и правители вывозили из порабощённых стран самых талантливых и умелых. Эта политика продолжается и в наши дни.

В один из дней 1943 г., в самый разгар войны, над Северным морем летел одинокий бомбардировщик. В его бомбовом отсеке находился человек, не подозревавший об инструкции пилоту относительно своей персоны: в случае нападения германских самолётов лётчик должен был нажать педаль бомбосбрасывателя и выбросить живой груз с большой высоты в открытое море!

Союзные власти предпочитали, чтобы этот человек погиб, но не достался врагу. Необычным пассажиром был один из крупнейших физиков современности – Нильс Бор. Его путь лежал из занятой фашистами Европы в Америку. Там его ожидала работа над первой атомной бомбой. Это лауреат Нобелевской премии, замерзающий и задыхающийся от недостатка кислорода в бомбовом отсеке, явился той недоброй ласточкой, которая возвестила начало новой, небывалой ранее охоты на учёных.

Вторая мировой война. Многие учёные покидают фашистскую Германию. В их числе Альберт Эйнштейн, учёный, физик-теоретик, «человек низшей расы» – еврей по национальности. Он эмигрирует в Америку. Там на базе его теории разрабатывается проект атомной бомбы. Учёный первым понял заключающуюся в ней опасность, понял, что, если атомная бомба попадёт в руки Гитлеру, то гибель грозит всему миру. Он обратился с письмом к президенту США Франклину Рузвельту, и это привело к организации работ по созданию атомной бомбы. Однако, когда уже после фактического решения исхода войны, атомный гриб поднялся над Хиросимой и Нагасаки, Эйнштейн выступил за запрещение атомного оружия.

Другой немецкий учёный Отто Фриш бежит из Германии – сначала в Данию, потом в Англию, ничего не зная о проекте Эйнштейна. Но идея уже носилась в воздухе, и вскоре он передал военным свой вариант создания атомной бомбы. Работа над осуществлением этого плана началась незамедлительно. Идеи проверялись на окраине Ливерпуля. Почти все работавшие над первым вариантом английской атомной бомбы бежали в своё время из Германии или стран, занятых гитлеровцами. Напряжённая работа продолжалась до 1945 г., пока однажды за Фришем не пришла машина. После недолгого пути он оказался в сером здании, там его ждал человек. Он сразу спросил: «Согласны ли вы ехать в Америку? В случае согласия вы немедленно получаете американское гражданство...» Это была акция организации АССОС при вооружённых силах США, которая занималась вербовкой видных учёных. Так Фриш оказался в США. Там, в городе Лос-Аламосе, ждали коллеги, физики-атомщики, со многими из которых он был уже знаком. Подобное произошло и с другими членами исследовательской группы. Это означало завершение работ над атомной бомбой в Англии.

Волей случая немцы отстали от американцев на 4 года – потеря многих ведущих учёных и исследователей не могла не сказаться. А ведь в Германии в конце войны была создана ракета дальнего радиуса действия – ФАУ-2. Когда ФАУ-2 со своим смертоносным грузом пересекла Ла-Манш, в Англии не успели дать даже сигнал воздушной тревоги, как над городом раздался взрыв страшной силы. Но – не гигантский атомный гриб. (Правда, ещё раньше немцы попытались бы сбросить атомную бомбу на Москву.)

Вопросы для обсуждения. Как ядерная физика повлияла на исход Второй мировой войны? (После обсуждения делается вывод: останься в Германии физики-ядерщики, и исход Второй мировой войны мог бы быть другим!)

Вплоть до нашего времени происходит «утечка умов» (как говорят учёные), или «увеличение интеллектуального потенциала за счёт других народов» (как говорят журналисты). Название, правда, не меняет самой сути происходящего. В отличие от завоевателей прошлого, правителям приходилось прибегать к иным приёмам: подкупам, похищениям, обману. Если в Средние века был спрос на алхимиков, веривших в возможность получать золото в неограниченном количестве, то позже возник спрос на мастеровых, механиков и, наконец, на учёных. Известны многократные, хотя и безуспешные, попытки переманить П.Н.Яблочкова, А.С.Попова, И.В.Мичурина.

Самой благополучной страной сегодня, куда «стекаются» все умы, являются США. С 1965 г. там отменены ограничения на въезд по расовым и национальным признакам, но визы, конечно, выдаются в первую очередь высокообразованным специалистам, профессионалам своего дела. И многие специалисты, так нужные в своих странах, уезжают в США. Вот доля студентов и специалистов, не вернувшихся на родину после подготовки за рубежом: Иордания – 43,1%, ЮАР – 38,8%, Ирак – 36,6%, Иран – 36,7%, Греция – 35,8%, Индия – 34,4%. А ведь как нужны специалисты в этих странах! Во всём Иране, например, меньше врачей-иранцев, чем в одном только Нью-Йорке. Из вчерашних колоний и слаборазвитых стран ежегодно уезжают в США 41% учёных, 40% инженеров, 58% врачей.

Да и из развитых стран ежегодно прибывают в США сотни специалистов: 10,6% от числа всех отечественных учёных – из Австрии, 1,2% – из Франции, 1,8% – из Италии, 16,5% – из Швеции, 16,6% – из Англии, 22,5% – из Швейцарии, 24,1% – из Норвегии. В среднем, из родных стран уезжает каждый пятый–десятый.

Причины этого явления разные: психологические, экономические, связанные с возможностью заниматься научной деятельностью (отсутствие на родине необходимого оборудования, невозможность получить соответствующую работу, неблагоприятная психологическая атмосфера). Большую роль, конечно, играет денежный фактор. Если в Англии кандидат наук в области химии получает 2500–4200 долл. в год, то в США – 9900–10 500. И это убедительная разница.

Сегодня американские фирмы открывают филиалы в других странах, используя  умы на местах. Так, в Шотландии на США работает 80 приборостроительных предприятий, в Англии функционирует конструкторское бюро фирмы «Боинг» на 500 человек.

Вопрос для обсуждения. «Утечка умов» вызывает у вас чувство опасения за будущее своей страны? Ответ обоснуйте.

(После обсуждения делается вывод: «утечка умов» опасна для развития страны, которую покидают учёные. Важны и потеря приоритета открытий, и утрата гордости за свою страну.)

Вопрос для обсуждения. Отъезд учёных – это, по вашему мнению, предательство или подвиг во имя науки? Что делать? Принести себя в жертву, никуда не уезжать, прекратить занятия наукой, лишить себя радости делать открытия? Кто-то сказал: «В конце концов научное открытие станет достоянием всего мира». Значит ли это, что принципиально безразлично, чем занимается учёный, в какой стране он работает и кому служит? (Идёт обсуждение. Приходят к выводу, что многие уезжают не ради денег, а ради возможности заниматься наукой. Ответить на вопрос «Ехать или не ехать?» однозначно нельзя. Но, прежде чем решиться на что-то, надо хорошенько подумать. И это дело совести каждого.)

«Между гением и безумцем есть сходство – оба живут совершенно в другом мире, чем остальные люди». А.Шопенгауэр.

«Мой муж гений! Он умеет делать абсолютно всё, кроме денег». Эльза Эйнштейн.

«Трудно быть женой гения. Но это всё-таки лучше, чем быть женой дурака». Джульетта Мазина, жена Федерико Феллини.

(Обсуждается вопрос: трудно ли жить с гением? Приводятся примеры из жизни великих учёных и делается вывод: гениальные люди – это целостные натуры. Трудно с ними или тяжело – всё зависит от взаимопонимания людей.)

«Терпение, самоотверженность, упорство в достижении цели – отсюда и успех». Мария и Пьер Кюри.

Описания экспериментов при изобретении лампы накаливания заняли у Эдисона 40 000 страниц. Он говорил, что изобретение – это 1% врождённой гениальности и 99% упорного тяжёлого труда.

Сергей Павлович Королёв на вопрос о том, какими качествами должен обладать человек науки, сказал: «Целеустремлённость. Талант, ум – это всё само собой разумеется, но ведь их можно и зарыть в землю, если нет целеустремлённости».

Итог обсуждения. Чтобы что-то открыть, изобрести, нужны труд, упорство, целеустремлённость.

Освоение ядерной энергии повлекло за собой такое количество катастроф и человеческих жертв, что мы до сих пор не можем оценить перспективы развития атомной отрасли, положив на одну чашу весов её очевидную выгоду, а на другую – не менее очевидную опасность. Сегодня большинство стран не собираются сворачивать свои ядерные программы. Однако не стоит забывать и о том, что, кроме столь необходимой человечеству электроэнергии, АЭС производит ещё и радиоактивные отходы... Их переработка и утилизация – одна из основных проблем, касающихся и политиков, и экологов, а по большому счёту, каждого из нас. (Показываются наиболее экологически опасные районы России и мира – по материалу журнала «Вокруг света» № 7/2003.) Может быть, в некоторых областях ничего изобретать не следует?

Вопросы для обсуждения. Какие, на ваш взгляд, открытия следует ожидать в будущем? В каких областях науки нужны открытия в первую очередь?

Три философские проблемы постоянно волнуют человека: кто мы? откуда пришли? куда идём?

Итог. Ход мировой истории зависит от человека, от его устремлений, открытий, изобретений. В какие руки попадает открытие или изобретение – добрые или злые, – очень важно. Дальнейшее развитие науки и дальнейшее развитие общества покажет будущее.