Невоспетые титаны науки: ослик Иа и Винни-Пух

Литературные персонажи весьма часто фигурируют в научных статьях, особенно физиков — известна их предрасположенность раздергивать на цитаты для эпиграфов «Алису в Стране чудес» и «Алису в Зазеркалье». Двое уважаемых мной ученых даже написали о роли Алисы в физике вполне аргументированную статью [1].

Как ни странно, но двое других не менее достойных личностей, а именно ослик Иа и Винни-Пух, как и другие персонажи фундаментального труда Алана Милна, не удостоились такого внимания, а жаль, потому как их вклад в физику весьма внушителен. Придется восстановить справедливость.

Первым, кто попытался это сделать, был великий Энрико Ферми. Как известно, в 1942 году он построил в Чикаго первый в мире атомный котел. Один дотошный американский исследователь нашел и проанализировал его записную книжку и список заказанного оборудования, где обнаружил удивительные вещи. В записях в книжке от 2–7 августа 1942 года отмечался прогресс в строительстве котла, а одна колонка с данными была озаглавлена «Roo». Значит, какой-то блок своего детища Ферми назвал именем Крошки Ру.

Перечень заказанного оборудования оказался еще красноречивее. В нем фигурируют установки под названиями «Piglet», «Heffalump» и «Roo» (в переводе Бориса Заходера это, соответственно, Пятачок, Слонопотам и Крошка Ру). Так, например, за позицией «Контейнер металла U» следуют «Усилитель Пятачка», «Свинцовая оболочка счетчика Пятачка и сам счетчик», «Усилитель Слонопотама», «Свинцовая оболочка счетчика Слонопотама и сам счетчик», «Блок питания Крошки Ру», «Усилитель Крошки Ру» и пр. Итак, у истоков овладения атомной энергией стояли соратники Винни-Пуха [2]. Заметим, что сам он при этом по скромности оставался в тени.

Достойна сдержанной похвалы и статья о термодинамике ослика Иа, опубликованная в солидном научном журнале [3]. Хотя цитируемый автор подошел к серьезной теме несколько беспечно и даже легкомысленно, скользя по поверхности и отмечая лишь наиболее очевидные вещи, некоторые из его рассуждений заслуживают упоминания.

В преамбуле он пишет: «В ходе углубленного изучения труда А. Милна „Винни-Пух и все остальные“ удалось выявить скрытые научные аллегории, в основном относящиеся к противоречиям между классической и квантовой физикой. Обсуждается роль Иа как олицетворения указанного противоречия».

Оставляя слова об «углубленном изучении» на совести автора, приведем некоторые из его соображений. Вот что он пишет далее: «Наши рассуждения строятся, в основном, на следующих двух соображениях, почерпнутых из труда А. Милна. Во-первых, ряд описанных в книге физических явлений получает объяснение лишь в рамках квантовой физики (в частности, в неявном виде используется принцип неопределенности, хотя книга Милна была опубликована за год до выхода революционной работы В. Гейзенберга). Во-вторых, в труде Милна описаны некоторые термодинамические аномалии, которые естественнее всего объяснить ошибочной убежденностью автора в том, что „квантовая революция“ ниспровергла законы равновесной термодинамики».

Неуклюжий автор такими заявлениями лишь запутывает читателя, но всё же следует двигаться дальше.

«В целом в книге о Винни-Пухе автор строго следит за выполнением законов термодинамики. Например, во второй главе, повествующей о визите в нору Кролика, читаем:

„…Тебе чего намазать — меду или сгущенного молока?“ Пух пришел в такой восторг, что выпалил: „И того и другого!“ Правда, спохватившись, он, чтобы не показаться очень жадным, поскорее добавил: „А хлеба можно совсем не давать!“

Ясно, что здесь имеется в виду сравнение внутренних энергий. Обозначим внутреннюю энергию меда, сгущенки и хлеба через x, y и z соответственно. Отсюда, предполагая, что Пух не застрял бы в норе, если бы принял первоначальное предложение Кролика, получаем

x + y > z + y
x + y > z + x
x > z и y > z».

Мне неловко приводить столь тривиальные рассуждения автора, тем более что последние соотношения вызывают большое сомнение, но ведь из песни слов не выкинешь, а из ученой статьи — и подавно.

Не менее спорны и дальнейшие сентенции автора. Например: «Очевидно, Милн прекрасно умел обращаться с энтропией и вторым законом термодинамики. Рост энтропии в ходе повествования можно проиллюстрировать на следующих примерах. Фраза „ПРОШУ НАЖАТЬ, ЕСЛИ НЕ ОТКРЫВАЮТ“ превращается в „ПРОШУ НАЖАТЬ ЭСЛИ НЕ АТКРЫВАЮТ“; Сова становится Савой (глава 4). В шестой главе читаем: „Про зря вля бля сдине мраш деня про зря бля бля вля“, а наиболее ярко звучит следующий энтропийный пассаж (глава 5):

— Караул! Караул! — закричал Пятачок. — Слонопотам, ужасный Слонопотам!!!… Караул! Караул! Слонасный ужопотам! Караул! Караул! Потасный Слоноужам! Слоноул! Карасный Потослонам!

Что это, как не прекрасная иллюстрация поэтапного роста энтропии?! Стремление энтропии к нулю при понижении температуры до –273 °С (третий закон термодинамики), несомненно, подразумевалось автором, когда он писал главу 10, в которой говорится, что только тирлимбомбомканье спасло Пятачка и Пуха от замерзания во время строительства домика Иа».

Похоже, автор, увы, очень вольно обращается с понятием энтропии и явно не в ладах с третьим законом (как, впрочем, и с двумя первыми).

Далее автор задает интересные и важные вопросы. «Итак, кто же он такой, ослик Иа? Является ли он олицетворением квантовой механики или это просто новый источник энергии, предсказанный Милном, но до сих пор не открытый? Если принять вторую гипотезу, все странности исчезают, и никакие законы не нарушаются. Если так, то не является ли тирлимбомбомканье отрицательной формой нового типа энергии? А может быть, само имя ИА есть аббревиатура наименования неизвестного типа взаимодействия — избыточного антиподковыривания?»

К сожалению, автор гораздо лучше ставит вопросы, чем отвечает на них. Весьма неуклюже он пытается проиллюстрировать принцип неопределенности Гейзенберга.

«Произведение о Винни-Пухе содержит массу иллюстраций применения принципа неопределенности Гейзенберга.

— Я тоже, — сказал Пух, недоумевая. „Интересно, кто же это такой Слонопотам?“ — подумал он (глава 5).
— Конечно, там птичка сидит, — сказал Кролик, — если только это не рыбка (глава 7).

Но наиболее яркий пример встречается в стихотворении, приводимом в главе 7. Первые его строки звучат так:

На днях, не знаю сам зачем,
Зашел я в незнакомый дом,
Мне захотелось Кое с Кем
Потолковать о том о сем.

Всё стихотворение, по сути, есть описание принципа неопределенности, данное за год до публикации статьи Гейзенберга».

С выводом автора, пожалуй, можно согласиться, но никак не с логикой его рассуждений.

Еще менее убедительны дальнейшие уверения автора.

«В следующем отрывке явно просматривается только-только открытый принцип запрета Паули:

Пух потер нос лапой и сказал, что, ну, наверно, Слонопотам будет гулять, мурлыкая себе под нос песенку и поглядывая на небо — не пойдет ли дождик, вот он и не заметит Очень Глубокой Ямы, пока не полетит в нее».

Или: «Радиоактивный распад иллюстрируется уменьшением численности горшков с медом (глава 5), а также прекрасным описанием цепной реакции, данным за несколько лет до Ферми (глава 12):

— Умный! — сказал Иа с презрением, изо всех сил наступив копытом на свои три палочки.
— Образование! — с горечью сказал Иа, прыгая на своих палочках (их стало уже шесть).
— Что такое наука? — спросил Иа, лягая палочки (их было уже двенадцать), так что они взлетели в воздух».

Рассуждения автора явно притянуты за уши, как и его выводы.

«Наиболее просто изложенные факты объясняются, если предположить, что Иа есть олицетворение квантовой физики, а его мрачность — это способ борьбы со старыми концепциями и выдвижения новых идей. Публикация цитированной работы Гейзенберга, видимо, придала А. Милну уверенности в своей правоте, поскольку Иа в основном встречается во второй части книги, написанной после обнародования принципа неопределенности.

Автор не претендует на исчерпывающую полноту анализа и понимает, что лишь дополнительные исследования позволят точнее обрисовать роль Иа в физике ХХ века».

Обильно цитированный автор правильно не претендует «на исчерпывающую полноту анализа», поскольку он умудрился упустить наиболее глубокие, методологические аспекты труда А. Милна. Постараемся восполнить и этот пробел.

Автор беспечно проглядел блестящее описание методологии проведения экспериментов. Эта методология фундаментальна для всех точных наук, и на ней стоит остановиться подробнее, что я и делаю ниже, помещая свои комментарии в квадратных скобках.

«Винни как раз подошел к мосту. И так как он не смотрел себе под ноги, он споткнулся, шишка выскользнула из его лап и упала в воду. [Именно так, благодаря случайности, особенно когда не смотрят себе под ноги, и совершаются великие открытия.]

— Обидно! — сказал Пух, глядя, как шишка медленно проплывает в сторону моста. [Досада на себя часто является главнейшим ощущением любого экспериментатора.] Он хотел сходить за новой шишкой, которую тоже можно было срифмовать, но потом подумал, что лучше он просто поглядит на Реку, потому что денек такой славный; Винни-Пух лег на пузо и стал смотреть на Реку, а она медленно, плавно скользила вдаль… [Здесь прослеживается несомненная связь с принципом наименьшего действия и явное нежелание плодить сущности без необходимости.]

И вдруг из-под моста появилась его шишка, тоже медленно, плавно скользившая вдаль. [Здесь ключевое слово — «вдруг». Открытие предсказать нельзя, оно совершается неожиданно.]

— Как интересно! — сказал Пух. — Я уронил ее с той стороны, а она выплыла с этой! Интересно, все шишки так делают? [Вот оно! Неожиданное явление недостаточно заметить, им нужно заинтересоваться. Тут и возникает замысел эксперимента.]

Он пошел и набрал еще шишек. [Любопытство побороло естественное стремление всякого экспериментатора не делать ничего лишнего.]

Да. Они все так делали. [Получен первый положительный результат. Случайно обнаруженное явление действительно имеет место. Нужно продолжать опыты.]

Тогда он бросил две шишки сразу и стал ждать, какая из них выплывет первой. И одна из них выплыла первой, но, так как они были одинакового размера, Пух не знал, была ли это та, которую он задумал, или другая. [Эксперимент усложнен, но входные данные еще не позволяют получить однозначный результат.] Тогда в следующий раз он бросил одну большую, а другую маленькую, и большая выплыла первой, как он и думал, а маленькая выплыла последней, как он тоже думал [экспериментатор изменяет входные данные, но не случайным образом, а так, чтобы проверить уже сложившуюся у него в уме гипотезу], так что он выиграл два раза!..» [Открытие свершилось! Экспериментатор упивается своей победой — он раскрыл еще одну тайну природы.]

Весьма символичен и следующий отрывок. «Та к появилась на свет игра, которую потом назвали игрой в „Пушишки“, в честь Винни-Пуха, который ее изобрел и научил играть в нее своих друзей. Только потом они стали играть палочками вместо шишек, потому что палочки легче различать, а игру назвали просто „Игрой в Пустяки“, и в этом названии от Пуха осталось только „Пу“, а от шишек вообще ничего не осталось». [Здесь очень четко показано, какая судьба часто ждет великие открытия и их авторов. Переменила название сама теория; от имени автора остался лишь один слог, а от инструментария эксперимента — шишек — и вовсе ничего не осталось. Всё по-правдашнему…]

Знаменитые на весь мир «британские ученые» давным-давно стали проводить чемпионат мира по «Игре в Пустяки» [4]. Пожалуй, надо бы съездить поиграть. Вдруг я стану чемпионом мира в возрастной категории свыше 65 лет?

Виталий Мацарский

1. Данилов Ю. А., Смородинский Я. А. Физик читает Кэрролла. В сб.: Данилов Ю. А. Прекрасный мир науки. М.: Прогресс-Традиция, 2008.

2. DeGarmo D. Fermi and Pooh: A strange mix. Physics Today 59 (9), 49 (2006).

3. Irwin R. F. Thermodynamics of Eeyore. The Journal of Irreproducible Results, 1984.

4. http://pooh-sticks.com