В.Ю.Ирхин, М.И.Кацнельсон

Уставы небес. 16 глав о науке и вере (Часть 2)

формулы для расчета определенных численных величин, сложив которые, мы получаем... одно и то же число. Это нечто отвлеченное, ничего не говорящее нам ни о механизме, ни о причинах появления в формуле различных членов (Фейнмановские лекции по физике, вып.1, М., Мир, 1977, с.74).

Такая ситуация характерна для наиболее фундаментальных законов природы - законов сохранения.

Отыскивание законов физики - это вроде детской игры в кубики, из которых нужно собрать целую картинку. У нас огромное множество кубиков, и с каждым днем их становится все больше. Многие валяются в стороне и как будто бы не подходят к остальным. Откуда мы знаем, что все они из одного набора? Откуда мы знаем, что вместе они должны составить цельную картинку? Полной уверенности нет, и это нас несколько беспокоит. Но то, что у многих кубиков есть нечто общее, вселяет надежду. На всех нарисовано голубое небо, все сделаны из дерева одного сорта. Все физические законы подчинены одним и тем же законам сохранения (Р. Фейнман, Характер физических законов).

Исторически осознание закона сохранения энергии в столь общей форме происходило очень трудно. Безусловно, не случайным является то обстоятельство, что никто из авторов закона сохранения энергии не был профессиональным физиком: Юлиус Роберт Майер (1814-1878) был врачом, Джемс Прескотт Джоуль (1818-1889) - владельцем пивоваренного завода и ученым-любителем, Герман Гельмгольц (1821-1894), внесший большой вклад в ряд разделов физики, механики и математики, все-таки прежде всего был физиологом. Майер пришел к этому закону (1841) исходя из чисто медицинских наблюдений (над изменением цвета крови у людей в тропиках):

Производя многочисленные кровопускания на рейде в Батавии, Майер заметил, что кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать, что попал на артерию . Он сделал отсюда вывод, что температурная разница между собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в количественном отношении с разницей в цвете обоих видов крови, т.е. артериальной и венозной... Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме (П.С. Кудрявцев, Курс истории физики, М., Просвещение, 1982, с. 201).

В истории западной науки после Ньютона случай открытия закона физики исходя из наблюдения над человеческим организмом является беспрецедентным. Несмотря на то, что Майер сформулировал свои результаты во вполне конструктивной для физиков того времени форме (в частности, он первым определил из измерений теплоемкости газов механический эквивалент теплоты), ему так и не удалось опубликовать свои результаты в физических журналах. Они были обнародованы в немецком фармакологическом журнале и в брошюре, изданной Майером за свой счет. Последующая жизнь Майера была очень тяжелой (постоянная травля со стороны научного сообщества , заключение в сумасшедший дом, попытка самоубийства, после которой он остался на всю жизнь хромым). Джоуль выполнил впоследствии (независимо от работ Майера) систематические экспериментальные исследования, основываясь на открытом им явлении нагревания проводников при пропускании электрического тока. Наконец, Гельмгольц дал наиболее детальный и систематический вывод закона сохранения энергии, рассмотрев, в частности, статические гравитационные, электрические и магнитные поля. Однако даже его работа, написанная вполне традиционно для физики и математики середины XIX в., была отвергнута физическими журналами и вышла в 1847 г. отдельной брошюрой. Мы останавливаемся на этих подробностях, чтобы подчеркнуть, что не только неуместное философствование (в духе, скажем, средневековой инквизиции или марксистских идеологов советского периода), но и принципиальное отрицание любых широких обобщений в науке может быть тормозом в ее развитии и даже приводить к личным трагедиям (жизнь Майера). Впрочем, к концу XIX века закон сохранения энергии был уже общепризнанным, получив статус первого начала термодинамики. Открытие энергии электромагнитного поля и эквивалентности масса-энергия в теории относительности Эйнштейна окончательно укрепили физиков в мысли о фундаментальном характере этого закона.