Холодильник Эйнштейна

Среди критиков Больцмана был молодой Макс Планк, преподававший физику в Мюнхене. Он родился в городе Киль на балтийском побережье Германии в 1858 году и получил докторскую степень за анализ второго начала термодинамики. Как и Мах и Оствальд, он осуждал настойчивую веру Больцмана в существование молекул и атомов, поведением которых объясняется второе начало. В 1882 году он прямо заявил, что Больцман ошибается, написав: “Второе начало механической теории теплоты несовместимо с предположением о конечном числе атомов. <…> Ряд текущих наблюдений, как я полагаю, свидетельствует, что от атомной теории в конце концов придется отказаться, хотя она и делает большие успехи”.

Битва Больцмана со сторонниками энергетизма шла на страницах журналов и на научных конференциях. Свидетели вспоминали утомительные дебаты Больцмана и Оствальда, в которых каждый упорно стоял на своем. Однажды после лекции, прочитанной Больцманом в престижной Императорской академии наук в Вене, Мах поднялся и заявил: “Я не верю в существование атомов!”

Слова Маха, как впоследствии признался Больцман, “не выходили у [него] из головы”. К тому времени он посвятил более двадцати лет жизни размышлениям о научных следствиях атомно-молекулярного строения Вселенной. Он готов был поклясться своей карьерой, что молекулы и атомы существуют. Но его карьера приближалась к концу, а новое поколение ученых от него отдалялось. В письме редактору научного журнала, написанном в 1890-х годах, он отметил: “Не знаю, не случится ли так, что вскоре я один буду противостоять текущему направлению немецкой науки”.

Ситуация усугублялась тем, что отход от его идей был обоснован не математическими аргументами и не физическими фактами, а философскими суждениями, которые казались Больцману совершенно бессмысленными. “Не следует ли сравнить непреодолимое желание философствовать с вызываемой мигренями рвотой?” — спрашивал он в письме итальянскому философу Францу Брентано.

Здоровье Больцмана также пошатнулось. Страдая от сильнейшей близорукости, он с трудом продолжал лабораторную работу, и друзья заметили, что радость жизни у него прерывалась периодами молчаливого уединения, которые продолжались дольше обычного. Когда в 1889 году случилась трагедия и его старший сын скоропостижно скончался от аппендицита, Больцман стал винить себя за то, что не заметил симптомов раньше. Университетская жизнь тоже осложнилась. Национализм был на подъеме, и австрийские студенты, казалось, никак не могли определиться, поддерживать им Германию или нет, а Больцману эти дебаты казались не только утомительными, но и обескураживающими. Периодически споры перерастали в пьяные дебоши. В последующие годы, описывая это, Больцман говорил, что в те дни свиньи, у которых хвосты закручивались влево, дрались со свиньями, у которых хвосты закручивались вправо.

Хуже того, придираться к работе Больцмана стали даже ученые, которые не считали себя преданными сторонниками феноменологии и энергетизма. Так, когда в 1896 году с критикой выступил математик Эрнст Цермело, Больцман начал ответную статью следующим образом: “Работа Цермело показывает, что мои статьи были поняты неправильно; тем не менее мне доставляет удовлетворение ее появление, поскольку она, по-видимому, является первым свидетельством того, что эти статьи вообще обратили на себя какое-то внимание в Германии”[16].

Тем не менее Больцман не лишился способности к оригинальному мышлению. В его ответе на критику Цермело содержалось множество любопытных идей, и самой яркой из них стало первое сделанное на основе одних лишь научных выкладок утверждение, что Вселенная, вероятно, должна была быть создана в какой-то определенный момент — момент творения.

Глава 12

Больцмановский мозг

Я плохо сплю и места себе не нахожу от страданий… Прошу, прости меня за всё!

Людвиг Больцман

В 1854 году Уильям Томсон, наблюдая, как теплота рассеивается в железном стержне, пришел к выводу, что Вселенная должна умереть. Четыре десятилетия спустя, подстегнутый критикой, Людвиг Больцман предположил, что, согласно статистическому объяснению энтропии, наблюдаемая Вселенная должна была однажды родиться. Лишь через несколько десятков лет астрономы нашли доказательства Большого взрыва. Хотя больцмановская версия сотворения мира отличается от современной, некоторые ее элементы играют важную роль в сегодняшних космологических исследованиях.

Представление о том, что Вселенная имеет момент творения, появилось в ответ на критику Лошмидта и Цермело, которая заставила Больцмана признать, что в статистическом объяснении второго начала термодинамики кроется неучтенное допущение. Больцман утверждал, что энтропия Вселенной увеличивается в результате движения Вселенной от менее вероятных конфигураций к более вероятным. Такое объяснение состоятельно лишь в том случае, отметил Больцман, если допустить, что сначала Вселенная пребывала в статистически весьма маловероятном состоянии с низкой энтропией.