Ж. Руссо вспоминал о пришедшей из Египта в Древнюю Грецию легенде о боге, создавшем науку. Этот бог, говорит легенда, был врагом человеческого спокойствия. Различие между наукой XX и XIX веков состоит в том, что старая наука не так явно и не так непрерывно «беспокоила» человечество, не так явно демонстрировала враждебную человеческому спокойствию тенденцию своего легендарного создателя. Динамизм науки в XX веке отчетливо виден, если сравнить то, что она получила от предыдущего века, и то, что она передаст следующему.
К концу XIX века сложилось довольно устойчивое представление о мире. В его основе лежала классическая механика, законы Ньютона, которые казались непоколебимыми. На них наслаивались законы физики. Они были несводимы к механике. В термодинамике не обращали внимания на поведение отдельной молекулы, а интересовались лишь средними скоростями молекул, т. е. температурами. Было известно, что тепло переходит от тел с более высокой температурой к телам с менее высокой температурой и, таким образом, температура выравнивается. Поэтому в теории тепла существовало понятие необратимого процесса: с течением времени в изолированной системе необратимо возрастает равномерность распределения тепла, то, что называется энтропией. Этим теория тепла явным образом отличается от механики, где все процессы могут идти и в обратном направлении. Отличаясь от механики, термодинамика, изучающая поведение больших множеств молекул, не могла в своей физической расшифровке полностью оторваться от кинетической теории, рассматривающей движение и соударение отдельных молекул, при котором, согласно общему убеждению, они целиком подчиняются законам механики, законам Ньютона.
В электродинамике центральным понятием было понятие электромагнитного поля. Магнитное поле вызывается изменением электрического поля, электрическое – изменением магнитного поля. Поэтому, когда где-нибудь возникает переменное электрическое поле, оно индуцирует магнитное, которое в свою очередь оказывается переменным, индуцируя электрическое поле, и тем самым начинают распространяться электромагнитные колебания. К концу XIX века уже было известно, что частям видимого спектра соответствуют электромагнитные волны различной частоты, причем электромагнитные волны с большей частотой, чем те, которые дают фиолетовый свет, – это невидимое ультрафиолетовое излучение, а за волнами меньшей частоты, дающими видимый красный свет, простирается область электромагнитных волн еще меньшей частоты – невидимое тепловое, инфракрасное излучение. В самом конце века стали известны волны с еще большими частотами, чем в ультрафиолетовой части спектра, – рентгеновские лучи и гамма-излучение радия. За инфракрасными лучами были открыты волны во много раз меньшей частоты и соответственно с большей длиной волны – радиоволны, нашедшие применение в последние годы прошлого столетия.
Электродинамические и оптические процессы ученые стремились объяснить по аналогии с механическими процессами. Основой этой тенденции была гипотеза эфира. Волны в эфире – это свет и все другие электромагнитные волны. Таким образом, понятие электромагнитного поля как будто не выходило за рамки механического представления о телах, которые передвигаются в пространстве, притягивая и отталкивая друг друга, не выходило за рамки простой, непротиворечивой, традиционной картины мира.
Гипотеза эфира была как бы выражением «викторианской» тенденции в науке. Имя долго царствовавшей английской королевы Виктории стало в XIX веке символом традиционности и устойчивости. В науке было немало «викторианских» понятий, исключавших «беспокойство». С их помощью приходили к выводу, что она развивается путем непротиворечивой логической и экспериментальной конкретизации некоторых абсолютно устойчивых исходных аксиом. По это не всегда удавалось. В частности, эфиру приходилось приписывать весьма противоречивые свойства. С ним было много хлопот. М. Планк говорил, что эфир – это «дитя классической физики, зачатое во скорби».
Очень тяжелым испытанием теории эфира была невозможность зарегистрировать движение тел относительно эфира. Если тела при своем движении увлекают эфир, то свет должен распространяться в движущейся системе с одинаковой скоростью туда и обратно (как пловец в бассейне на движущемся корабле будет пересекать этот бассейн в длину с одной и той же скоростью, проплывая это расстояние за одно и то же время и вперед – по движению корабля, и назад – от носа корабля к корме). Но в данном случае свет будет распространяться в этой системе с иной скоростью, чем его скорость в недвижущейся системе, т. е. в неподвижном эфире, и различие можно будет заметить. Если же движущиеся тела не увлекают эфир, то свет будет распространяться с различной скоростью вперед и назад в движущейся в эфире системе (как пловец будет с различной скоростью плыть вперед и назад в движущемся решетчатом бассейне, сквозь который свободно проходит не увлекаемая бассейном вода).
Однако многочисленные эксперименты не продемонстрировали разницы скорости света ни по отношению к данной системе, ни по отношению к внешнему пространству. Таким образом, оба предположения оказались экспериментально не подтвержденными. Нельзя говорить, что тела при своем движении увлекают эфир, и нельзя говорить, что тела движутся в эфире, не увлекая его. Мы вернемся к этой коллизии немного позже, при характеристике теории относительности. Пока же отметим, что в конце XIX века эта ситуация внушала смутные опасения, но не давала повода для решительного отказа от эфира, не укладывавшегося в норму поведения, свойственную обычным телам.
В целом наука XIX века склонялась к мысли о законченной картине мира, к представлению о том, что эта картина мира завершена в ее фундаментальных основах. Английский физик Дж. Дж. Томсон утверждал, что науке осталось лишь уточнять детали, поскольку в основном человек уже знает, как устроен мир. Конечно, такой крайний взгляд не был общим. Многие понимали, что перед наукой бесконечный путь преобразования фундаментальных идей. Но и сам Томсон, говоря о безоблачном небе науки, указывал на два облака: затруднения теории теплового излучения и отсутствие изменения скорости света в движущихся телах. Из этих облаков и грянул гром. А пока он не грянул, наука XIX века могла к окончанию столетия предъявить весьма внушительную схему мироздания.
В основе этой схемы лежит идея сохранения основных законов бытия при переходе от одного звена иерархии вещества к другим, от атома к молекуле, от молекулы к макроскопическим телам, в частности к живому организму, затем к планетам, к солнечной системе, к звездам, к галактике.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
К концу XIX века сложилось довольно устойчивое представление о мире. В его основе лежала классическая механика, законы Ньютона, которые казались непоколебимыми. На них наслаивались законы физики. Они были несводимы к механике. В термодинамике не обращали внимания на поведение отдельной молекулы, а интересовались лишь средними скоростями молекул, т. е. температурами. Было известно, что тепло переходит от тел с более высокой температурой к телам с менее высокой температурой и, таким образом, температура выравнивается. Поэтому в теории тепла существовало понятие необратимого процесса: с течением времени в изолированной системе необратимо возрастает равномерность распределения тепла, то, что называется энтропией. Этим теория тепла явным образом отличается от механики, где все процессы могут идти и в обратном направлении. Отличаясь от механики, термодинамика, изучающая поведение больших множеств молекул, не могла в своей физической расшифровке полностью оторваться от кинетической теории, рассматривающей движение и соударение отдельных молекул, при котором, согласно общему убеждению, они целиком подчиняются законам механики, законам Ньютона.
В электродинамике центральным понятием было понятие электромагнитного поля. Магнитное поле вызывается изменением электрического поля, электрическое – изменением магнитного поля. Поэтому, когда где-нибудь возникает переменное электрическое поле, оно индуцирует магнитное, которое в свою очередь оказывается переменным, индуцируя электрическое поле, и тем самым начинают распространяться электромагнитные колебания. К концу XIX века уже было известно, что частям видимого спектра соответствуют электромагнитные волны различной частоты, причем электромагнитные волны с большей частотой, чем те, которые дают фиолетовый свет, – это невидимое ультрафиолетовое излучение, а за волнами меньшей частоты, дающими видимый красный свет, простирается область электромагнитных волн еще меньшей частоты – невидимое тепловое, инфракрасное излучение. В самом конце века стали известны волны с еще большими частотами, чем в ультрафиолетовой части спектра, – рентгеновские лучи и гамма-излучение радия. За инфракрасными лучами были открыты волны во много раз меньшей частоты и соответственно с большей длиной волны – радиоволны, нашедшие применение в последние годы прошлого столетия.
Электродинамические и оптические процессы ученые стремились объяснить по аналогии с механическими процессами. Основой этой тенденции была гипотеза эфира. Волны в эфире – это свет и все другие электромагнитные волны. Таким образом, понятие электромагнитного поля как будто не выходило за рамки механического представления о телах, которые передвигаются в пространстве, притягивая и отталкивая друг друга, не выходило за рамки простой, непротиворечивой, традиционной картины мира.
Гипотеза эфира была как бы выражением «викторианской» тенденции в науке. Имя долго царствовавшей английской королевы Виктории стало в XIX веке символом традиционности и устойчивости. В науке было немало «викторианских» понятий, исключавших «беспокойство». С их помощью приходили к выводу, что она развивается путем непротиворечивой логической и экспериментальной конкретизации некоторых абсолютно устойчивых исходных аксиом. По это не всегда удавалось. В частности, эфиру приходилось приписывать весьма противоречивые свойства. С ним было много хлопот. М. Планк говорил, что эфир – это «дитя классической физики, зачатое во скорби».
Очень тяжелым испытанием теории эфира была невозможность зарегистрировать движение тел относительно эфира. Если тела при своем движении увлекают эфир, то свет должен распространяться в движущейся системе с одинаковой скоростью туда и обратно (как пловец в бассейне на движущемся корабле будет пересекать этот бассейн в длину с одной и той же скоростью, проплывая это расстояние за одно и то же время и вперед – по движению корабля, и назад – от носа корабля к корме). Но в данном случае свет будет распространяться в этой системе с иной скоростью, чем его скорость в недвижущейся системе, т. е. в неподвижном эфире, и различие можно будет заметить. Если же движущиеся тела не увлекают эфир, то свет будет распространяться с различной скоростью вперед и назад в движущейся в эфире системе (как пловец будет с различной скоростью плыть вперед и назад в движущемся решетчатом бассейне, сквозь который свободно проходит не увлекаемая бассейном вода).
Однако многочисленные эксперименты не продемонстрировали разницы скорости света ни по отношению к данной системе, ни по отношению к внешнему пространству. Таким образом, оба предположения оказались экспериментально не подтвержденными. Нельзя говорить, что тела при своем движении увлекают эфир, и нельзя говорить, что тела движутся в эфире, не увлекая его. Мы вернемся к этой коллизии немного позже, при характеристике теории относительности. Пока же отметим, что в конце XIX века эта ситуация внушала смутные опасения, но не давала повода для решительного отказа от эфира, не укладывавшегося в норму поведения, свойственную обычным телам.
В целом наука XIX века склонялась к мысли о законченной картине мира, к представлению о том, что эта картина мира завершена в ее фундаментальных основах. Английский физик Дж. Дж. Томсон утверждал, что науке осталось лишь уточнять детали, поскольку в основном человек уже знает, как устроен мир. Конечно, такой крайний взгляд не был общим. Многие понимали, что перед наукой бесконечный путь преобразования фундаментальных идей. Но и сам Томсон, говоря о безоблачном небе науки, указывал на два облака: затруднения теории теплового излучения и отсутствие изменения скорости света в движущихся телах. Из этих облаков и грянул гром. А пока он не грянул, наука XIX века могла к окончанию столетия предъявить весьма внушительную схему мироздания.
В основе этой схемы лежит идея сохранения основных законов бытия при переходе от одного звена иерархии вещества к другим, от атома к молекуле, от молекулы к макроскопическим телам, в частности к живому организму, затем к планетам, к солнечной системе, к звездам, к галактике.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37