Проф.  Уиър работи във физическия факултет на колежа “Св. Троица” в Дъблин, Ирландия. Президент на Европейския Физически Съюз (ЕФС) през 1997-1999. Лекцията е изнесена пред Общото събрание на ЕФС, Будапеща, 2002

Тази лекция отдава почит на двама учени от най-западната част на Европа, всъщност двама ирландци – Лорд Келвин и Джордж Франсис Фицджералд. Заглавието взех от едно писмо на Фицджералд до Nature от 1892. То е заседнало трайно в съзнанието ми и предизвиква множество въпроси относно смисъла на “ценност” и “безполезен”, а следователно и относно взаимодействието между чиста и приложна физика, както това е ставало в живота на тези двама мъже. Тези хора привличат вниманието ми, защото, макар да са живели в отминали времена, аз не изпитвам никакви трудности да ги разбера. Техният съзнателен живот включва периода, през който физиката се оформя като професия и те също имат принос за това. Днес ценността на тази професия е поставена под въпрос. Дебатът по този въпрос не е нов: той отива далеч назад до самото зараждане

на нашата Западна култура, в Гърция, и със сигурност не е затихвал по времето на Келвин и Фицджералд. Ценността на безполезните изследвания винаги е била поставяна под въпрос, но в днешно време това е особено подчертано.

Келвин е роден като Уилям Томсън през 1824 в старинен шотландски род, който се преселва през ХVІІ век в Северна Ирландия. Баща му Джеймс, който е преподавал математика в Белфаст, е бил талантлив и енергичен човек. Уилям и неговият брат Джеймс наследяват от баща си научните способности, които той системно и упорито развива у тях както преди, така и след като семейството се преселва в университета на Глазгоу, където бащата оглавява катедрата по математика.
Още от ранна възраст Джеймс и Уилям се обучават от техния баща, посещават университетски лекции в много млада възраст и превъзхождат всички останали студенти. Така че, когато е едва на 16 години, Уилям вече е напълно запознат с университетското образование в Глазгоу, а предишното лято той е посветил на изучаването на трудовете на Фурие Théorie Analytique de la Chaleur и на Лаплас Mécanique Céleste. Малцина от първокурсниците в Кеймбридж биха могли да започнат с такъв внушителен интелектуален багаж.

Келвин харесвал живота в колежа включително и спортните занимания. Неговата привързаност към Кеймбридж обаче не стига до пълна съблазън. Това контрастира с добрия му приятел и ирландски сънародник Джордж Гейбриъл Стоукс. В по-късните години той съветва Стоукс да напусне Лондон и Кеймбридж “тези мелачки на способности за оригинални изследвания”. Но Стоукс, известен със своята стеснителност, остава до края на живота си в своя колеж. До края на живота си те запазват приятелството си, което е основано на привличането на противоположности. Стоукс е бил класически пример за отдаден на науката, разсеян, погълнат от мислите си и обичан от всички професор. Дж. Дж. Томсън се отзовава с възторг за неговите ясни и увлекателни лекции, които и след 50-годишна лекционна дейност, през 1898, така го увличат, че понякога го карат да забрави за времето и да продължи без прекъсване цели три часа. Рейли си спомня нещо подобно от своите аспирантски години: когато е имало слънце и Стоукс е можел да използва лъчите му за демонстрции, той забравял за учебната програма и за часовника. Но аудиторията му прощавала:

“С невероятна лекота и прецизност и с подръчни средства за не повече от няколко пенса той осъществява извънредно красноречиви демонстрации на своите теории. Поразителната му способност да се справя без скъпа апаратура трябва да е пратен от небето дар на осиромашалия университет.”

Стоукс стигал дотам, че пишел писма на годеницата си, в които посвещавал много страници на подробни обяснения на математическите си изследвания. За малко не я загубил.

Аз редовно съветвам студентите си да не правят подобно нещо.

Година след като завършва математика и някак си се изхитря да остане втори по успех1, Келвин се завръща в Глазгоу като професор по физика и отхвърля всички предложения (включително и поканата да оглави Кавендишката катедра в Кеймбридж) да се премести на юг. Той вече е публикувал двадесет изследователски статии.

Тук човек се замисля какво да каже относно извънредно широкия диапазон на неговите постижения през дългата му научна кариера. Те обхващат буквално цялата физика – при това от фундаменталната до приложната. Неговите над 600 статии, множеството книги и патенти са равномерно разпределени през целия му дълъг живот, гладко се извисяват като параболичната траектория на ракета – от няколко статии на година до двадесетгодишната му възраст, до повече от десет на година в средата на кариерата му и отново намаляващи до няколко на година към осемдесетгодишната му възраст. Тук ще спомена термодинамиката, оптиката, еластичността, електричеството и магнетизма, хидродинамиката, навигацията, геофизиката и свойствата на материалите. Може с увереност да се каже, че това е последният от великите представители на класическата физика. Понякога го изобразяват като консервативен в края на живота си. Кой от нас не би бил такъв, ако доживее до активна възраст от 83 години? Вярно е, че той е смятал самолетите за нещо напълно невъзможно, но това до голяма степен е съответствало на тогавашната теория.

В действителност той обичал да спекулира не по-малко от всеки друг и неговите многобройни дръзки предположения относно атомите и етера говорят за сила на въображението, която с нищо не отстъпва на повечето от днешните автори във Phys. Rev. Letters.

Неговият дълъг списък от награди и почетни звания включва чуждестранно членство в Унгарската академия на науките, присъдено му през същата година, 1873 г., когато е приет и Йотвьош Лоран. Но след като става отначало Сър Уилям Томсън и по-късно Лорд Келвин2, той не се оставя да бъде въвлечен в прекалено много други дейности – това е предимството, както сам той го вижда, на неговата отдалечена крепост в Глазгоу. Той можел даже да се оттегли в разкошното си имение, построено от него на морския бряг, или на яхтата си, където да обмисля на спокойствие новите си идеи. Всяка по-интересна мисъл той записвал в многобройните си тетрадки, които днес се намират в Кеймбридж.

Келвин е бил изкусен математик, но както е казвал Фицджералд, “неговата математика е заради резултата, а не заради математиката”. Самият Келвин, в предговора към учебника, написан съвместно с П. Г. Тейт, заявява:

“Нищо не може да бъде по-фатално от предоверяването на математическите символи: защото студентът е най-често склонен да поеме по-лесния път и да разглежда формулата, а не фактите, като физическа реалност”.

Когато самият той прибягвал до математиката, неговият стремеж бил да представи нейните резултати в осезаема форма. Когато създава идеална клетка за пяна като модел на етера, той заедно с това веднага изготвя модел от жици както и стереокартина и дори накарва жена си да направи игленик със същата форма. Келвин винаги е носел работата си в къщи; казват, че къщата му е била първата в света с изцяло електрическо осветление.

Схващането, че физиката трябва да е нещо, което ние усещаме с ръцете си, е ценна и трайна традиция, която може да се асоциира с цялото британско естествознание и да се противопостави на по-формалния и абстрактен подход на много от френските представители на математическата физика, какъвто е Поанкаре. Разлика има даже в днешно време, et vive la différence. Келвин казва, че построяването на модели трябва да се разглежда повече като “груба механична илюстрация” на даден физически обект – той е нещо като проверка на съгласуваността на една теория, основаваща се отчасти върху идеята, че физиката е една и съща за всички мащаби на дължините.

Понякога Келвин отива твърде далеч в своя реалистичен подход – той не е бил особено доволен от теорията на Максуел и до края на живота си е смятал, че етерът е “нещо реално” (откровено казано, същото е смятал и Максуел!). Този материален етер би могъл да е своеобразно желе, както е предполагал Стоукс (Келвин пише на Стоукс от Париж и му съобщава, че поднесеният в едно кафене шоколад с мляко се е сгъстил до нещо, подобно на желето, за което той е говорил). Самият той си представял етера като пяна. (Трябва да спомена, че Осборн Ренълдс, още един ирландец, е смятал, че етерът е зърнест материал, подобен на пясъка; както зърнестият модел, така и моделът на пяната често се споменават в съвременните представи за пространство-времето в Планкови мащаби – доста ироничен завой на историята, който много ме забавлява и би ме забавлявал още повече, ако можех да разбера квантовата гравитация...)

На противоположния край на предположенията относно етера е Лармор – да, още един ирландец, - който довежда теорията на полето до такава крайност, че опитва да опише електрона като сингуларност в една твърде математизирана форма на етера – от вида, който Келвин намира за отблъскващ.

Така че Келвин е бил математик, който става физик, а после и инженер. Как другояче да наречем човека, чиито седемдесет приложни патента са оказали огромно въздействие върху напредъка на техниката. Ще цитирам Фицджералд:

“Ако помолят някого да посочи типичен пример за такъв ум, който е променил облика на обществото до такава степен, че цялата индустриална система радикално да се измени, а заедно с нея и условията на живот за повечето цивилизовани народи, първото име, което ще бъде произнесено, ще бъде това на Лорд Келвин”.

Така че, когато преподаваме за втория принцип на термодинамиката и се борим с ентропията (дума, която самият Келвин не обичал да използва – предполагам, защото не е можел да я пипне с ръцете си) и с абсолютната температурна скала, ние би трябвало да кажем на студентите, че същият човек, който е помогнал за създаването и изясняването на тези понятия, заедно с това е изобретил топлинната помпа, машина за охлаждане и множество други полезни фокуси, които са основани върху законите на термодинамиката. Но неговата област на най-плодотворно изобретателство е електричеството. В прашните коридори на стария физически факултет в стъклени контейнери все още се пазят много от електрическите уреди, които той е изобретил. Но заедно с това в Глазгоу е уреден прекрасен музей, посветен на Келвин.

Така се ражда неговото върховно постижение в областта на телеграфията – то не е поразително оригинално, защото важните изобретения не трябва да са такива и те обикновено не са.

По онова време телерафията е била така вълнуваща, както днес е Мрежата. Хората си казали, че буквално за едно денонощие светът се е смалил до глобално село. Специалистите по тайнствените умения в телеграфията получавали високо заплащане, имало е напрежение между частните инвеститори и правителствените регулации, имало е загриженост относно сигурността, масово са били изобретявани периферни устройства (Едисън забогатява от своята телеграфна машина), а много от инвеститорите се опарват.

В действителност първият трансатлантически кабел устоява само колкото Кралица Виктория и президентът да си разменят приветствия. Разменените послания не са били така лаконични, както понякога се твърди. Кралицата е изпратила съобщение от 99 думи. За предаването му били нужни 16½ часа. Не е чудно, че веднага се заражда интерес към техниката на кодирането. В един от тези кодове думата GNAPHALIO е означавала “Моля изпратете още запаси от леко облекло”.

Бързото разпадане на първия трансатлантически кабел е било икономическо бедствие и затова спешно трябвало да се подобри неговата технология. Повредата на кабела се дължала на електрически пробив. Келвин бързо поставя диагнозата и прави препоръки за втори опит: да се използват по-ниски напрежения, кабелите да са по-дебели и детектирането да е по-чувствително. За целта той разработва чувствителен огледален галванометър, много подобен на уреда, използван до неотдавна в лабораториите за университетско обучение. Надявам се, че не сте ги изхвърлили всичките!

Завладяващата сила на неговата личност преодолява съпротивата на невежите и дилетантите и през 1866 нова система, основана на неговите идеи, започва чудесно да работи. Още през първия ден на работата си тя дава печалба с впечатляващата сума от хиляда лири стерлинги. Така Келвин става не само известен, но и богат...

Към края на живота си той описва кариерата си като неуспешна, което звучи доста абсурдно. Вярно е, че онази негова работа по физика, с която той най-много се е гордеел – оценката на възрастта на Земята, – се оказва твърде погрешна, тъй като тогава не са били известни ефектите на радиоактивното разпадане. Според мен той се е досещал, че любимата му класическа физика трябва да е непълна.

Научната кариера на Джордж Франсис Фицджералд отначало е твърде сходна, но впоследствие симетрията е нарушена. Той също е роден в академично семейство, също така много млад става професор по физика в столичен град – този път това е Дъблин. И двамата са били добри спортисти; и двамата са се славели като превъзходни лектори и умели демонстратори; и двамата са сред първите в света, които създават лаборатории за упражнения на студентите (Келвин още през 1848). Резултатите от техните занятия по лабораторен практикум са забележителни: например един от студентите на Келвин е Джерард Филипс – основателят на компанията Philips, а студентът на Фицджералд Лайл основава първата физическа лаборатория на юг от екватора – в Мелбърн.

Симетрията продължава: и двамата са много изтъкнати в Британската асоциация, и двамата са редактори на Philosophical Magazine. Подобно на Келвин, Фицджералд е с математически способности, но и той също така предпочита реалистичната физика пред формалната теория, като постепенно развива силен интерес към промишлените приложения на физиката. И двамата са били силни личности, като Фицджералд вероятно тук е бил водещият.

Съществува обаче ярък контраст в непосредствено измеримата научна продуктивност на двамата мъже. Фицджералд е публикувал само няколко дузини значителни статии и нито една книга. Култивирал у своите студенти дух на изобретателство, но сам той е постигнал малко в приложната физика. Би могъл да бъде сметнат за дилетант, когато решава да полети (само веднъж) с безмоторния самолет на Лилиентал над територията на университета; на британските острови той е пръв в това. Но после загубва интерес (или се уплашва).

Даже теоретичните му работи често са оставени в суров и незавършен вид, както е например с неговото предположение, че опитът на Микълсън – Морли може да се обясни с намаляване на дължините; праща кратко писмо до неизвестно американско списание и забравя за него, докато няколко години по-късно Лоренц не публикува нещо подобно. Историците на науката е трябвало доста да се потрудят, преди да изяснят, че идеята на Фицджералд, която му идва наум, докато е на гости в дома на Оливър Лодж в Ливърпул, не е просто щастливо хрумване, а се корени в математическата формулировка на електромагнитната теория, за която той е водил обширна кореспонденция.

Именно тази кореспонденция обяснява значителното косвено влияние на Фицджералд и неговата репутация расте непрекъснато при всяко повторение на историята от този период, както особено ясно проличава от книгата на Брус Хънт Максуелианците. Често в своите писма и публикации в случайни на пръв поглед бележки той прави необикновено проницателни догадки, които щедро споделя без претенции за приоритет. Например, когато пише обзор в чест на Болцман, той разсъждава върху природата на гравитацията и допуска, че това вероятно е изменение в структурата на етера (днес ние бихме го нарекли пространство), което се дължи на присъствието на материя. Друг пример: когато го запитали какво ще се случи, ако скоростта превиши скоростта на светлината и вече познатият израз в теорията на Максуел – квадратен корен от 1 – (v/c)2 – престане да бъде реално число, отговорът му бил, че много е вероятно светлинната скорост да е гранична за скоростта на телата. И така нататък.

Той е бил всепризнат лидер на международен алианс – нещо, което днес бихме нарекли невидимият колеж, - наричащ се Максуелианците (темата на превъзходната книга на Хънт). Така че, за разлика от Келвин, той е бил убеден и изтъкнат последовател на Максуел. Сред Максуелианците са: Оливър Лодж3, Джоузеф Лармор, Оливър Хевисайд и Хайнрих Херц, а други като Дж. Дж. Томсън са в периферията. Херц е бил особено недоволен от това, че Максуел не е радушно приет от консервативните немски физици, така че Фицджералд с радост го включва в списъка на своите кореспонденти. Фицджералд повече от всички е разбирал всички драматични следствия от теорията на Максуел, развита от необикновено ексцентричния и неизтъкващ се Оливър Хевисайд, като и от други. (Всъщност именно Хевисайд пръв написва уравненията на Максуел, не самият Максуел, но неговите приноси в голяма степен остават непризнати поради отшелническия му характер. Фицджералд, макар да го е срещал само веднъж, прави постъпки, като отправя молба до премиер-министъра, да му бъде отпусната държавна пенсия и така го спасява от бедно съществуване.)

Той е смятал, че природата на етера все още се нуждае от интерпретация, макар да се надявал, че материалният етер може да се окаже излишен. Построява механичен модел на етера, с цел да покаже как работи теорията на Максуел. За съжаление моят факултет, изглежда, е загубил през 1950-те години тази ценна реликва, макар аз все още да храня слаба надежда, че ще се намери.

В едно от своите най-значителни прозрения Фицджералд предвижда възможността за генерация от електрични кръгове на електромагнитни вълни с дължини на вълните по-големи от тези на светлината и публикува типичната за него кратка бележка. Когато след няколко години Херц съобщава за своите експериментални резултати, Фицджералд ликува (макар, може би, да се е чувствал малко глупаво, че сам не е осъществил този експеримент).

През 1888 той описва пред Британската асоциация постижението на младия германец със следните думи:

"Човешкият прогрес направи голяма крачка, когато човекът се научи да прави машини, когато използва еластичността на своя лък и твърдостта на своята стрела, за да добива храна и да сразява враговете си.

Голям е бил напредъкът, когато той започва да използва химическото действие на огъня; когато се научава да плува по водата с кораби, когато използва изкуствената селекция, за да си осигури храна и домашни животни.

От близо двеста години той е превърнал топлината в свой роб, който движи неговите машини."

Огънят, водата, земята и въздуха отдавна са станали негови роби, но едва през последните години човекът спечели битката, загубена от гигантите на миналото, като изтръгна мълнията от самия Юпитер и подчини на себе си всепроникващия етер.

Фицджералд, за разлика от Келвин, практически никога не се залавя системно да приложи своите идеи, както е и в този случай. Той неведнъж упреква правителството за неговото невежество и за недостатъчното финансиране на науката: “Една компания с какъвто и да е предмет на дейност може да заработи с начален капитал от сто хиляди лири стерлинги, но много трудно е да се получат десет или двайсет, за да започнеш експерименти. Очаквам с нетърпение времето, когато заинтересувани капиталисти и енергични правителствени инстанции ще съдействат на изобретателите да развиват своите открития”. Не можем да се освободим от впечатлението, че бедата поне отчасти е била у самия него, а и той самият си признава, че е склонен да прескача от тема на тема: “Възхищавам се отдалеч на онези, които умеят да се концентрират, за да стигнат до дъното на своите резултати, докато аз самият ни най-малко не се интересувам от направените грешки, а се втурвам към всякакви недозрели идеи с надеждата, че те ще накарат други да се замислят и ще доведат до някакъв напредък”.

Той наистина би трябвало да има по-значително място в развитието и практическото използване на радиото, особено след като Маркони свършва толкова важни неща в Ирландия. Възможно е яростната вражда на Максуелианеца Оливър Лодж към Маркони да е била причина за сдържаността на Фицджералд. Първоначално аз възнамерявах тук да призная открито пред вас, че Маркони със сигурност не е бил ирландец, но за мое удивление установявам, че той е бил ирландец или почти такъв, защото е син на ирландска аристократка, а и сам е бил женен за ирландка!
Но няма и следа от завист към успехите на Келвин, когато Фицджералд говори по повод 50-та годишнина на неговата професура:

“Той разви цивилизацията с това, че направи достъпен за нас всепроникващия етер, даде ни възможност да измерваме неговите свойства, научи ни как да прокарваме нервите на цивилизацията по океанското дъно. Той ни помогна да обединим човечеството, да превърнем конкуренцията в сътрудничество, да тласнем напред федерализацията на света”.

Тук се съдържа намек за неговото силно убеждение, че науката има положително морално съдържание. И отново в свое изказване той отстоява идеята за създаване на промишлени лаборатории, което не трябва да се определя от решенията на “просто администратори”, а от научни експерти, които са близо до научния напредък и горещо вярват в него.

“Надеждата е голям стимул за осъществяването. Без нея един народ е мъртъв. Без нея губим всяка надежда във възможността за подобрение и то изведнъж става невъзможно. Историята на електроинженерството, използването на всепроникващия етер в служба на човека трябва да укрепи нашата надежда и вяра във възможността за подобрение. Защото това коренно преобрази обществото, даде възможност на напреднали и изостанали, на богати и бедни да водят по-добър живот, направи живота по-лек и не така мръсен, а това подобри живота на човека в материален и, което е значително по-важно, в морален смисъл!”

Тази убеденост в обществената значимост на тяхната дейност, основаваща се на науката и традиционната религия, е още една симетричност между двамата мъже. Разлики в характерите, както и в условията довеждат единия до твърде успешни приложения на науката, нещо, което не се удава на другия. Но и двамата заслужават по-голямо признание, защото животът им илюстрира ценността на “безполезните” изследвания.

Превод: М. Бушев

(D. Weaire, The value of useless studies, Europhysics News, 33/5, 2002)

_________________________
1 Срв. “Четиво с продължение” в СФ 1/03. - (бел. прев.)

2 През 1896 г. кралица Виктория присъжда на У. Томсън титлата Лорд. В такъв случай титулуваният сам избира името си. Томсън избрал името на река Келвин, на чиито брегове е разположен университетът на Глазгоу, в който той е бил професор повече от петдесет години. - (бел. прев.)

3 Сър Оливър Джоузеф Лодж (1851-1940) - изобретател на кохерера, пръв измерва йонната подвижност, експериментално доказва (1893 г.), че няма увличане на етера. (бел. прев.)