А.Пуанкаре. Эволюция современной физики

Мы имеем, таким образом, драгоценные сведения о свойствах эфира. Позволяют ли они нам построить материальное изображение той среды, которая наполняет Вселенную, и решить таким образом проблему, перед которой оказывались безуспешными долгие усилия наших предшественников?

Некоторые ученые, по-видимому, питали эту надежду… В настоящее время мы наблюдаем среди физиков как раз противоположную тенденцию; они полагают, что материя есть предмет крайне сложный и что напрасно мы считаем себя хорошо осведомленными относительно нее. Происходит это потому, что мы очень привыкли иметь с ней дело и ее странные свойства в конце концов начинают нам казаться естественными. Но в объективной действительности эфир, по всей вероятности, значительно проще и именно его то и следовало бы рассматривать как основу.

Нельзя, следовательно, определить эфир материальными свойствами. Пытаться определить его иными качествами, чем те, непосредственное и точное познание которых дает нам опыт, значило бы делать дело, заранее обреченное на неудачу.

Эфир определен, раз в каждой точке его нам известны по величине и по направлению два поля – электрическое и магнитное, которые могут в этой точке существовать. Эти два поля могут изменяться; мы по привычке говорим о движении, которое распространяется в эфире, но явление, доступное опыту, - это распространение этих изменений.

Так как электроны, рассматриваемые как изменение эфира, распределенного симметрически вокруг данной точки, вполне симулируют инерцию, это основное свойство материи, то становится очень соблазнительным предположить, что и сама материя есть более или менее сложное сочетание движущихся наэлектризованных центров.

Склонность эта обыкновенно очень значительна, как доказывает исследование световых спектров, образуемых атомами. И именно вследствие компенсаций, происходящих между различными движениями, существенные свойства материи, например, закон сохранения инерции, не противоречат гипотезе.

Силы сцепления, как предполагается, обязаны своим происхождением взаимным притяжениям, которые действуют на электрических и магнитных полях, образуемых внутри тела. Можно даже допустить, что под влиянием этих действий может образоваться тенденция к определенным ориентировкам, иначе говоря, здесь выступает причина, по которой материя может кристаллизоваться.

Все опыты над проводимостью газов или металлов и над радиациями активных тел давали нам основание рассматривать атом, как состоящий из центра, заряженного положительно, по величине равного приблизительно самому же атому, при чем вокруг этого центра вращаются, тяготея к нему, электроны. Можно, очевидно, предположить, что этот положительный центр сохраняет основные свойства материи и что только сами электроны обладают одной лишь электромагнитной массой.

Об этих положительных частицах мы плохо осведомлены, хотя они и встречаются в изолированном виде, как мы это видели, например, в канальных лучах. Их нельзя было изучать столь же уверенно, как самые электроны; благодаря своей величине, они производят в телах, на которые падают, значительные потрясения, которые выражаются вторичными испусканиями, усложняющими и маскирующими первоначальное явление. Есть, тем не менее, серьезные основания думать, что эти положительные центры не отличаются простотой. Так, Штарк[1], опираясь на очень остроумные доказательства, добытие им опытным путем, приписывает им образование спектров полос в Гейсслеровых трубках; сложность спектра раскрыла бы и сложность центра. Впрочем, известные особенности, которые представляет проводимость металлов, не могли бы быть объяснены, раз не было бы сделано подобного предложения. Таким образом, атом, лишенный катодной частицы, также может быть разложен на элементы, аналогичные электронам и заряженные положительно.

Раз уже это так, то ничто не мешает предполагать, что и этот центр также симулирует инерцию своими электромагнитными свойствами и что он представляет собою лишь известное состояние, локализованное в эфире.

Как бы то ни было, но здание, построенное подобным образом, состоящее из электронов, находящихся в периодическом движении, необходимо должно ветшать. Электроны подвержены ускорениям, которые образуют излучения, направленные наружу. Некоторые из них могут отдаляться от тела, гарантии сохранения первоначальной прочности в конце концов ослабевают, начинает образовываться новое соединение и материя является нам претерпевающей преобразования, замечательные примеры которых дают нам радиоактивные тела.

Все эти замечания о строении материи мы уже встречали по частям. Более глубокое изучение электрона позволяет нам занять такую позицию, стоя на которой мы можем видеть вещи ясно в их целом и угадывать бесконечные горизонты.

Но для того, чтобы укрепить эту позицию, следовало бы еще устранить некоторые возражения: устойчивость электрона недостаточно доказана; почему, каким образом не рассеивается его заряд, какие связки обеспечивают постоянство его строения?

С другой стороны, остаются таинственными явления тяготения. Лоренц, правда, пытался выработать теорию, в которой он объясняет притяжение, допуская, что два заряда одинакового знака отталкиваются меньше, чем притягиваются два заряда равных, но с обратными знаками, при чем разница, судя по вычислениям, так ничтожна здесь, что не поддается непосредственному наблюдению. Он пытался также объяснить тяготение теми давлениями, которые должны оказывать на тела колебательные движения, образующие лучи, способные проникать очень глубоко. Недавно Сутерлянд выдвинул было то объяснение, что притяжение создается разницей действия конвекционных токов, образуемых теми положительными и отрицательными тельцами, которые составляют атомы небесных светил и вовлекаются в астрономические движения. Но все эти гипотезы крайне туманны и многие авторы полагают, вместе с Лянжевеном, что притяжение создается известным родом действия эфира, совершенно отличным от рода электромагнитного.

.Пуанкаре А.. Эволюция современной физики.- СПб., 1910.- С. 177-179.

М.Планк. Единство физической картины мира

С давних времен, с тех пор, как существует изучение природы, оно имело перед собой в качестве идеала конечную, высшую задачу: объединить пестрое многообразие физических явлений в единую систему, а если возможно, то в одну-единственную формулу. При решении этой задачи издавна противостояли друг другу два метода, которые нередко соревновались между собой, а еще чаще взаимно исправляли и дополняли друг друга, в особенности в тех случаях, когда они соединялись для совместной работы в руках одного исследователя. Один из этих методов, более решительный, смело обобщает в одно целое результаты отдельных исследований и сразу ставит в центр внимания одно какое-нибудь понятие или один закон, которому и стремится подчинить с большим или меньшим успехом всю природу со всеми ее проявлениями. Так, у Фалеса Милетского – «вода», у Вильгельма Оствальда – «энергия», у Генриха Герца – «принцип прямейшего пути» играли всякий раз роль главного и центрального пункта физического мировоззрения, который должен объяснить и связать между собой все физические явления.

Второй метод осторожнее, скромнее и достовернее, но зато ведет не так быстро к цели, как первый, и потому получил признание значительно позднее. Он отказывается с самого начала от окончательных результатов и вносит в общую картину только те штрихи, которые представляются достоверно установленными на основании непосредственных опытов, а обобщение их предоставляет дальнейшему исследованию. Наиболее выразительную формулировку получил этот метод в известном определении, которое Густав Кирхгоф дал механике, как «описанию» происходящих в природе движений. Оба метода взаимно дополняют друг друга, и физическое исследование не может отказаться ни от одного из них.

Но теперь я намерен вести речь не об этой двойной методике нашей науки. Я хотел бы обратить ваше внимание на более важный принципиальный вопрос о том, к каким результатам привела эта своеобразная методика и к каким результатам она должна привести в будущем. Никто не станет сомневаться в том, что физика сделала подлинные успехи в своем развитии, что мы с каждым десятилетием значительно лучше познаем природу. В этом может нас убедить один только взгляд на все растущие по числу и значению средства, при помощи которых человечество подчиняет природу своим целям. Но каково в общем направление, в котором развиваются эти успехи? Насколько мы действительно приблизились к конечной цели, к единой системе? Исследование этих вопросов должно иметь величайшее значение для всякого физика, который хочет сознательно следить за развитием своей науки. Если мы сумеем добиться ответа на этот вопрос, то мы будем также в состоянии отдать себе отчет и в другом вопросе, о котором ведется столько горячих споров: чем является по существу то, что мы называем физической картиной мира? Есть ли эта картина только целесообразное, но в сущности произвольное создание нашего ума, или же мы вынуждены, напротив, признать, что она отражает реальные, совершенно не зависящие от нас явления природы?

Для того чтобы определить, в каком направлении происходит развитие физической науки, есть только один способ: сравнить современное состояние ее с тем, в котором она находилась в прежнее время. Если же спросить, какой внешний признак может дать лучшую характеристику данной стадии развития какой-нибудь науки, то я не могу указать более общего признака, чем тот способ, по которому наука определяет свои основные понятия и подразделяет свои различные области. Дело в том, что ясность и целесообразность определений и способ распределения материала нередко содержат в себе в неявной форме последние и самые зрелые результаты исследования.

Посмотрим теперь, как обстоит дело в этом отношении в физике. Прежде всего мы убеждаемся в том, что научное физическое исследование во всех его областях связано или с непосредственными практическими потребностями, или с особо выдающимися явлениями природы. Этим точкам зрения естественно соответствует первоначальное разделение физики и наименование отдельных ее областей. Так, например, геометрия возникла из искусства землемерия, механика – из учения о машинах, акустика, оптика, учение о теплоте – из соответствующих восприятий чувств, учение об электричестве – из любопытных наблюдений над натертым янтарем, теория магнетизма – из замечательных особенностей руды, найденной у города Магнезии. Соответственно тому, что весь наш опыт связан с ощущениями органов чувств, физиологический элемент оказывается преобладающим во всех физических определениях. Короче: вся физика, ее определения и вся ее структура, первоначально имела, в известном смысле, антропоморфный характер.

Насколько отличается от этого картина современной теоретической физики! Прежде всего она в целом имеет более объединенный характер. Число отдельных областей физики значительно уменьшилось, так как родственные области слились между собой: так, например, акустика целиком вошла в механику, магнетизм и оптика слились с электродинамикой. Это упрощение сопровождается заметным ослаблением роли исторически-человеческого элемента во всех физических определениях. Какой физик вспоминает еще в настоящее время по поводу электричества о натертом янтаре или по поводу магнетизма – о малоазиатском месте нахождения первого естественного магнита? В физической акустике, оптике, учении о теплоте оказались исключительными именно ощущения отдельных органов чувств. Физические определения тона, цвета, температуры вовсе не заимствованы теперь от непосредственных восприятий соответствующих органов чувств. Тон и цвет определяются на основании числа колебаний или длины волны…

Это вытеснение специфически-чувственного элемента из определения физических понятий зашло так далеко, что даже те области физики, которые первоначально считались едиными, как соответствующие одному чувственному ощущению, теперь оказались распавшимися на части, вследствие разрушения объединявшей их связи – в противоречии даже с общим стремлением к объединению и слиянию. Наилучшим примером может служить учение о теплоте. Первоначально теплота представляла собой определенную ограниченную область физики, которая характеризовалась ощущениями теплового чувства. В настоящее время мы видим, что во всех учебниках физики целый отдел о тепловом лучеиспускании выделен из теплоты и отнесен к оптике. Роль теплового ощущения оказывается уже недостаточной для того, чтобы связать разнородные части: одна из этих частей вошла в оптику и вместе с последней в электродинамику, а другая – в механику, в частности – в кинетическую теорию материи.

Если мы оглянемся на сказанное, то мы можем формулировать его вкратце следующим образом. Развитие всей теоретической физики до настоящего времени совершается под знаком объединения ее системы, которое достигается благодаря освобождению от антропоморфных элементов, в частности – от специфических чувственных ощущений. Если, с другой стороны, вспомнить, что, по общепризнанному мнению, ощущения являются исходным пунктом всякого физического исследования, то это отклонение от основных предпосылок может показаться странным, даже парадоксальным. А между тем ни один факт в истории физики не представляется таким несомненным, как этот. Действительно, должны были существовать неоценимые преимущества, ради которых стоило совершить такое принципиальное самоотречение!

Прежде чем перейти ближе к этому важному пункту, обратим наш взор от прошлого и настоящего к будущему. Как будет разделена система физики в будущем? В настоящее время противостоят друг другу две значительные области – механика и электродинамика, или, как еще иначе говорят, физика материи и физика эфира. Первая - объединяет акустику, теплоту, химические явления; вторая – включает магнетизм, оптику и лучистую теплоту. Будет ли это подразделение окончательным? Я этого не думаю, прежде всего потому, что обе эти области вовсе не резко отграничены друг от друга. Относятся ли, например, явления лучеиспускания к механике или электродинамике? Или же – в какую область включить законы движения электронов? С первого взгляда можно было бы сказать, что к электродинамике, так как у электронов весомая материя не играет никакой роли. Но обратим внимание хотя бы на движения свободных электронов в металлах. При изучении, например, исследований Лоренца мы найдем, что законы такого движения гораздо больше подходят к кинетической теории газов, чем в электродинамике. Вообще мне кажется, что первоначальная противоположность между эфиром и материей несколько сгладилась. Электродинамика и механика вовсе не противостоят друг другу, взаимно исключая одна другую, как это принято думать в широких кругах, где даже говорят о борьбе между механическим и электродинамическим миросозерцанием. Механика нуждается для своего обоснования только в понятиях пространства, времени и того, что движется, назовем ли мы это веществом или состоянием. Без этих понятий не может обойтись и электродинамика. Соответственным образом обобщенное понимание механики могло бы включить в себя также и электродинамику. Действительно, есть немало указаний, говорящих за то, что эти области, которые уже теперь частью переходят друг в друга, со временем сольются в одну область – общую динамику.

Если противоположность между материей и эфиром будет ликвидирована, то какая точка зрения будет окончательно положена в основу разделения системы физики? На основании того, что мы сказали выше, этот вопрос вместе с тем характеризует весь дальнейший ход развития нашей науки. Но для ближайшего изучения его нам необходимо проникнуть несколько глубже в особенности физических принципов.

Планк М. Единство физической картины мира. – М., 1966.- С.23-28.

М.Планк