Был ли спор об атомах просто борьбой с невежеством?

Не все сомнения были антинаучным суеверием

Позднейший успех атомной физики создаёт удобную картинку: с одной стороны стоит Больцман, уже знающий правильный ответ, с другой — люди, которым просто не хватило дальнозоркости. Картинка экономит силы, но портит сам спор. В конце XIX века атомы ещё не были объектами привычного прямого наблюдения, а их сторонники предлагали объяснять тепло, давление и необратимость через движение и статистику огромного числа невидимых частиц.

Главный вопрос звучал не как «существуют ли маленькие шарики, да или нет?». Он был шире: что вообще вправе делать физическая теория? Достаточно ли описывать измеряемые величины и их энергетические связи, или физика должна строить механические модели внутреннего устройства материи? Для позитивистски и энергетически настроенных участников спора осторожность к невидимым сущностям выглядела не отказом от разума, а требованием не выдавать удобную модель за установленную реальность.

В 1895 году Вильгельм Оствальд публично противопоставлял необратимость механическому описанию явлений. Это был серьёзный укол: ньютоновская механика обратима во времени, а термодинамические процессы демонстрируют направленность. Если атомы движутся по обычным механическим законам, как из этого получить тепло, которое самопроизвольно переходит к равновесию, но не делает видимых обратных рейсов?

Статистическое понимание второго начала поэтому вызывало резкие возражения не только у философов, но и у физиков с математиками. Вероятностный аргумент казался некоторым критикам отступлением от строгого закона: если возможны исключения, почему термодинамика работает настолько надёжно? Вопрос не исчезает оттого, что последующие поколения привыкли к слову «вероятность» в физике.

Чем отвечал Больцман

Больцман не ограничивался жестом в сторону атомов и фразой «когда-нибудь увидите». Его ответ строился на статистическом различии между редкими и типичными микроскопическими состояниями. Макросостоянию равновесия соответствует несравненно больше способов расположить и разогнать частицы, чем явно неравновесному состоянию. Поэтому переход к равновесию оказывается не магической потерей обратимости, а overwhelmingly вероятным направлением для системы с огромным числом степеней свободы.

Такой ход отвечал и на парадокс обратимости, и на возражение о возвратах. Механические траектории можно обратить, но специально подготовленная обратная траектория крайне нетипична. Возвращения, допускаемые теоремой Пуанкаре, в принципе не исключаются, однако требуемые времена для макроскопической системы практически недоступны. Ответ не делает проблему пустой; он показывает, почему наблюдаемая необратимость совместима с обратимыми уравнениями движения.

Разногласие также касалось статуса моделей. Больцман считал, что физика вправе строить образы невидимого, если они связывают факты, допускают расчёт и выдерживают опытную проверку. Оппоненты опасались, что за образом начнут видеть вещь саму по себе без достаточных оснований. Это не одинаковые позиции, но обе относятся к методам получения знания, а не к соревнованию между просвещённостью и темнотой.

Позднейшее признание атомов подтвердило плодотворность атомистической программы и укрепило аргументы Больцмана. Но оно не превращает прежние вопросы о наблюдаемости, вероятности и происхождении необратимости в бессодержательные. Хорошая историческая оценка не отбирает у победившей теории её заслуг, но и не подменяет трудный научный спор школьной сценой, где одна сторона заранее получила табличку «невежество».