Михаил Терентьев - История эфира

• Название: История эфира
• Автор: Михаил Терентьев
• Издательство: Фазис
• Жанр: Физика
• Год: 1999
• ISBN: 5-7036-0054-5

… В этой книге рассказывается об истории эфира и о том, как он выглядит в представлении современного физика-теоретика… Дело в том, что нет никаких шансов как следует понять фундаментальные свойства материи…, не разобравшись в свойствах физического вакуума или эфира.

… Необходимость понимания, откуда происходят и в чем состоят основные принципы физики, как трудно они "достались", как трудно в них что-либо изменить, — это столь же неотъемлемый элемент культуры, как и знакомство с наиболее важными фактами в живописи, литературе, истории.

… Я надеюсь, что даже при отсутствии специальной подготовки читатель сможет разделить с автором глубокое чувство благоговения перед красотой фундаментальных законов природы и отдаст должное творческому гению конкретных, замечательных людей, благодаря которым мы многое сейчас понимаем.

Из Предисловия

---

Является ли представление об атомах в пустоте законным и отражающим способности разума познать реальность? Ответ Канта на этот вопрос — твердое «нет». По поводу концепции пустоты он, в частности, пишет: «Я не имею в виду отвергать пустое пространство: оно может существовать вне пределов достижимости ощущений, и поэтому никакого эмпирического знания о нем нельзя получить, такое пространство не является возможным объектом нашего опыта». Чтобы понять его отношение к приписыванию атомам реальных свойств типа размеров, формы, упругости и пр., по аналогии с макроскопическими телами повседневного опыта, можно обратиться к многочисленным примерам, которые дает современная атомная физика, где невозможность наглядных представлений связана с самой ее сущностью. Наука XX столетия прекрасно укладывается в ложе кантовской философии.

Итак, по Канту, мы не можем получить образ элементарной единицы материи, и само стремление к этой цели незаконно. Но существуют эмпирические признаки материи, которые объективны. В «Метафизических основаниях» к таким признакам Кант относит отталкивающие и притягивающие силы. В каком-то смысле материя определяется как заполнение пространства силой. Естественно, что с такой точки зрения она должна делиться до бесконечности. В результате, не написав ни одной формулы и не сделав ни одного опыта, И. Кант с помощью «чистого разума» пришел по существу к представлениям теории поля, которые практически реализовались только через 100 лет.

У Ф. Шеллинга (1775-1854), который в книге «Набросок истории Природы» развивал философию Канта, появилась новая концепция сил, представляющих состояние вечного противоборства, «конфликта», а не просто мертвых натяжений в пространстве. Несмотря на несколько мистический характер таких взглядов, они внесли важный элемент — априорную идею взаимной превращаемости одной силы в другую, идею, которая совершенно не укладывается в лоно ньютоновской физики. Общий практический вывод, который должен был бы сделать человек, изучающий природу по Канту и Шеллингу, состоит в следующем: не нужно изобретать телесные жидкости для описания тепловых, электрических, магнитных, оптических и прочих явлений, не нужно стремиться к наглядным представлениям, но следует искать проявления фундаментальных сил. При этом можно ожидать, что эти проявления будут существенно изменяться в зависимости от условий.

3.1. Ганс Христиан Эрстед (1777-1851)

Физика к началу XIX века была уже точной наукой, развивающейся по своим внутренним законам. Она пришла к близким представлениям, но в свое время и почти независимо от философии. Оговорка «почти» в данном случае не случайна по двум причинам. Во-первых, какое-то влияние на развитие физики философские течения эпохи несомненно оказывают, хотя обратное влияние, конечно, гораздо сильнее. Во-вторых, и это исторический факт, одно из важнейших открытий начала XIX века было сделано под непосредственным влиянием идей Канта и Шеллинга.

Ганс Христиан Эрстед (1777-1851)

Речь идет о наблюдении Гансом Христианом Эрстедом в 1820 году отклонения магнитной стрелки под действием электрического тока. Открытие лежало на поверхности, и опыт Эрстеда был элементарно прост, в то время ставились значительно более сложные эксперименты. Нет сомнений, что явление было бы вскоре обнаружено другими людьми, которые ничего не знали про немецкую натуральную философию, но все-таки первым был Эрстед, который с 1813 года целенаправленно искал свидетельства преобразования электрической силы в магнитную как реализацию конкретных философских идей.

Эрстед родился в 1777 году. Он получил образование и работал в Дании, далеко от основного научного потока. Шеллинговская идея единства всех сил захватила Эрстеда в самом начале научной карьеры. Он пытался продемонстрировать ее, предпринимая часто патологические попытки в разнообразных направлениях, но удача в конце концов пришла к нему неожиданно во время демонстрации электрических явлений студентам на лекции. В статье под названием «Электромагнетизм», написанной им для Эдинбургской Энциклопедии, говорится: «Электромагнетизм как таковой был открыт в 1820 году Г X. Эрстедом [Эрстед пишет о себе в третьем лице] из Университета в Копенгагене. В процессе своего образования он пришел к мнению, что магнитные эффекты производятся теми же силами, что и электрические. Он пришел к этому не столько по причинам, на которые обычно ссылаются в связи с такой точкой зрения, сколько на основании философского принципа, что все явления производятся одной и той же силой».

Почему же, кроме Эрстеда, никому раньше не пришла в голову мысль осуществить столь простой опыт? В письме к другу А. М. Ампер так объясняет этот факт: «Я думаю, причину этого можно установить. Она в кулоновской гипотезе о природе магнетизма. Каждый верил в эту гипотезу, как если бы она была фактом, она просто исключала вся-. кую возможность взаимодействия между электричеством и так называемыми магнитными телами ... Удивительно, какие усилия некоторые люди делают для того, чтобы привести новые факты в согласие с произвольной гипотезой о двух магнитных и двух электрических жидкостях просто из-за того, что они привыкли думать в таких терминах».

Опыт Эрстеда замечателен и в другом отношении. В нем впервые обнаружено действие нецентральных сил между телами: прямолинейный участок цепи с током, согласно результатам Эрстеда, создает вокруг себя круговое поле магнитной силы, вдоль которой ориентируется магнитная стрелка.

Почти в то же время догмы физики XVIII века претерпели еще одно потрясение — на этот раз в оптике. Здесь главными действующими лицами были англичанин Томас Юнг (1773-1829) и француз Огюст Френель (1788-1827). Трудно представить людей, которые отличались бы друг от друга сильнее по характеру и по условиям жизни и творчества.

3.2. Томас Юнг (1773-1829)

Юнг родился в г. Милвертоне, расположенном в Соммерсетском графстве Англии. Его семья принадлежала к протестантской секте квакеров и занималась торговлей. Будущее Юнга было предопределено его уникальными способностями, проявившимися с раннего детства. В два года он уже бегло читает, в восемь мастерит простейшие физические приборы, к четырнадцати годам, обучаясь в частном пансионе, овладевает методом флюксий, то есть высшей математикой, и одновременно изучает греческий и латинский языки, а чуть позже — последовательно французский, итальянский, древнееврейский, персидский и арабский. Высшее образование Юнг получает в Эдинбурге, Лондоне, а затем Геттингене. Степень доктора медицины он получает в Лейпциге. Юнг был практикующим врачом. Кроме того, как можно понять из сказанного, он обладал редкими лингвистическими способностями. Он знал десять языков и известен выдающейся работой по расшифровке египетских иероглифов. Он также профессионально занимался ботаникой. Юнг играл на многих музыкальных инструментах и был отличным музыкантом-исполнителем. Помимо всего, он интересовался живописью и славился как знаток в этой области. Одно время он даже выступал в цирке как наездник и канатоходец. И кроме этих разнообразных интересных занятий, он сделал замечательные открытия в оптике и выдвинул несколько глубоких физических идей. Он остался в истории именно благодаря своим работам по физике.

Томас Юнг (1773-1829)

Поразительная разносторонность Юнга иллюстрируется любопытным перечнем его научных работ, взятым нами из книги Ф. Араго «Биографии». В нем далеко не все работы Юнга и, в частности, нет лучших — по физике и лингвистике. Вот этот список:

Записка о железных дорогах.

Опыт о музыке и живописи.

Исследования нравов пауков и системы Фабриция.

Об устойчивости мостовых арок.

О лунной атмосфере.

Математическая теория эпициклоид.

Восстановление и перевод различных греческих надписей.

Об укреплении остова линейных кораблей.

О действиях сердца и артерий в обращении крови.

Теория морских приливов и отливов.

О грудных болезнях.

О трении в осях машин.

О желтой горячке.

О вычислении затмений.

Опыт о грамматике.

3.3. Огюст Френель (1788-1827)

С 1801 по 1804 год Юнг — профессор Королевского Института в Лондоне по специальности математическая физика. К этому периоду относятся его основные физические работы. В 1807 году он публикует двухтомный «Курс лекций по натуральной философии и механическим искусствам», где изложены его идеи и конкретные результаты. В течение нескольких лет Юнг был секретарем Лондонского Королевского Общества. Внешняя канва его жизни складывалась ровно и благополучно, но в последние годы жизни Юнг много болел, физикой не занимался, а работал в основном над египетским словарем.