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

---

У Декарта есть и другие серьезнейшие заблуждения в вопросах механики, все они связаны с пороками его методологии. Декарт сосредоточен на причинах явлений, его не интересует феноменологически точное описание сил и движений. Динамические концепции Декарта направлены не на изучение изменений в движении данного тела, а на окружающие тела, которые вызывают такие изменения. В результате любая частная проблема чрезвычайно запутывается, ее точное решение требует чуть ли не знания всей истории Вселенной. Когда Декарт спускается с высот метафизики, он с удивительной для столь сильного ума неосторожностью делает весьма странные утверждения. Так, материя у него безразлична к движению и покою, тела не имеют силы сопротивляться движению, иначе говоря, он не понимает как следует роли инерции. Переход от покоя к движению происходит у Декарта не непрерывно, а скачком. Тело, начиная двигаться, не проходит через все стадии движения, а мгновенно приобретает окончательную скорость. В то же время, в ряде мест Декарт говорит, что «размер препятствует скорости движения», вкладывая в термин «размер» очень неясный смысл чего-то, пропорционального количеству частиц третьего элемента в теле. Для него инерция возникает из-за того, что большое тело легче передает свое движение другим (мелким) телам эфира. Поэтому, как Декарт отмечает в письме к А. Байе в 1639 году, есть два сорта инерции, один «... зависит от количества материи и другой, ... зависит от протяженности его [тела] поверхности».

Вместо ньютоновского понимания силы как внешнего воздействия, вызывающего ускорение тела,— нечто очень размытое. Он говорит о силе тела производить действие, о «силе движения», о «силе продолжать движение». В отдельных местах он говорит о сохранении силы в столкновении, употребляя термин «сила» в качестве понятия, эквивалентного импульсу. Он пишет в письме к М. Мерсенну в 1640 году, что«... сила не определяет направление, в котором они [тела] вынуждены двигаться. ... Устремленность тел в определенном направлении зависит от положения как движимого, так и окружающих тел».

И тем не менее, на фоне этих «частных» заблуждений, голос Декарта звучит и сейчас чистым тоном в одном основном пункте — в проблеме эфира и связанным с эфиром механизмом передачи взаимодействия между телами. Резко критикуя своего современника Роберваля за идею всеобщего притяжения, он считает ее чистейшим анимизмом. Более того, по его мнению, такая идея предполагает в частицах даже две души: «Эти души разумны и, на самом деле, божественны, поскольку они способны знать без посредника, что происходит в местах, от них удаленных, и даже создавать там силы»,— так пишет он в 1646 году в письме к Мерсенну. А примерно десятилетием раньше, снова в письме к Мерсенну, Декарт упрекает Галилея: «Все, что он [Галилей] говорит о скорости тел, которые падают в вакууме и т.д., построено без оснований, так как он должен был бы определить, что такое вес, и если бы он осознал правду, он узнал бы, что в вакууме он [вес],— есть Ничто».

2.2. Исаак Ньютон (1643-1727)

В то время, как континентальная Европа была пленена величественной картиной природы, выдвинутой Декартом, в Англии делал первые шаги в своем образовании И. Ньютон, которому было суждено эту картину разрушить. Но не следует воспринимать последующие события как какое-то общественное потрясение. Слова «континентальная Европа» означают здесь всего несколько сотен человек, в большинстве своем французов, — такова была в то время общая численность научного сообщества и узкого слоя образованных людей, непрофессионально интересующихся наукой. (Тиражи научных изданий были порядка 100-400 экземпляров).

Роль Ньютона в развитии науки преувеличить невозможно. Бели пытаться представить ее развитие без Ньютона, как ни наивна такая попытка, то можно думать, что при спокойном развитии не менее ста лет потребовалось бы физике, чтобы выйти на тот рубеж, где она оказалась благодаря Ньютону в 80-е годы XVII века. Какие основания так считать?

Исаак Ньютон (1643-1727)

Только через 70-80 лет результаты, полученные Ньютоном в механике, были воспроизведены аналитическими методами. Начало развитию этих методов положено работами того же Ньютона. Геометрические приемы, которые использовал Ньютон для решения проблем, требующих применения анализа бесконечно малых, доведены им до абсолютного совершенства. (Впоследствии никому не удалось решить таким способом ни одной более трудной задачи.) Но дело не только в чрезвычайной изобретательности Ньютона при разрешении конкретных, частных проблем. Он совершенно изменил подход к изучению механики и физики. Несмотря на то, что известные нам со школьной скамьи законы Ньютона были подготовлены предшествующим развитием физики, использовать их в том контексте, как это сделал Ньютон, а также исследовать оптические явления как Ньютон, — ко всему этому никто из его современников даже близко не подошел. Нужно еще учесть такое обстоятельство. Картезианская физика и методология в то время, то есть в посленьютоновский период, уже препятствовали точному изучению природы. Полное преодоление картезианской натуральной философии потребовало почти сотню лет, причем в тех условиях, когда работы Ньютона уже были выполнены и обще-признаны. Наконец, заметим, что результаты деятельности Ньютона не имели прикладного значения по меньшей мере 100-150 лет, а в XVII веке они тоже не вызвались какой-либо практической необходимостью. Интерес к расчетам траекторий небесных тел всегда был связан с Великой Навигационной Проблемой определения долготы. Но с ней всегда справлялись эмпирически, причем с точностью гораздо лучшей, чем могли обеспечить теоретические вычисления в XVII веке. (В XVIII веке проблема была окончательно решена на технологическом пути после создания точных пружинных хронометров.) Оптические работы Ньютона в общем плане были инициированы потребностями, возникшими в процессе усовершенствования подзорных труб, но очень скоро Ньютон отошел от исходных целей весьма далеко. Таким образом, он занимался исключительно чистой, абстрактной наукой, не связанной прямо и не стимулированной непосредственно общественными потребностями. Все сказанное убеждает, что наша оценка того, насколько Ньютон «опередил свое время», является довольно консервативной.

Исаак Ньютон родился 4 января 1643 года в деревне Вульстроп в 10-ти км от городка Грэнтэм, вблизи восточного побережья Англии. Грэнтэм находится на 200 км севернее Лондона, примерно на половине пути до Лондона лежит Кембридж, и на этом небольшом участке прошла вся долгая жизнь Ньютона, который умер в Лондоне 21 марта 1727 года в возрасте 84-х лет. То, что его гений смог реализоваться в Англии того периода не является случайностью.

Несколько раз Англии, сравнительно небольшой островной стране (в XVII веке в ней проживало около 5 млн. человек, примерно втрое меньше, чем во Франции), было суждено сыграть критическую роль в истории европейской цивилизации. Один из таких моментов совпал с периодом зрелости Ньютона. К 1688 году, после гражданской войны, начавшейся в 1642 году между сторонниками короля и парламента, после казни короля, после протектората О. Кромвеля (1653—1658), реставрации королевской власти (на престол взошел Карл II), ожесточенной борьбы между «тори» (сторонниками королевской власти) и «виги» (сторонниками парламента), после переворота 1685 года, в результате которого очередной король Джеймс II (Яков II) был изгнан, к власти пришли виги, на престол вступил вызванный из Франции Вильгельм Оранский, — в Англии, наконец, утвердился и стабилизировался общественный строй — парламентская монархия, который стал образцом для других государств Европы. Ньютон был членом учредительного парламента 1688 года и участвовал в создании парламентской системы.

Интересно, что примерно через сто лет Англия снова выйдет в лидеры, начав промышленную революцию, и снова выдвинет в естествознании фигуры, близкие по масштабам к Ньютону. (Речь идет о Фарадее и Максвелле.)

Энергия и творческий потенциал английской нации периода XVI-XVII веков проявляет себя во многих сферах. Напомним, что 1564-1616 (1623?) — годы жизни Шекспира, 1620 — год высадки первых поселенцев Новой Англии и начало интенсивного участия англичан в колонизации Северной Америки, с 1561 по 1626 годы жил Фрэнсис Бэкон. Формально Англия выглядела периферией Европы, но она не была отсталой страной. Может быть она отличалась от Франции отсутствием внешнего блеска придворной жизни, большим аскетизмом, сильными пуританскими традициями, но напряжение культурной жизни в ней было чрезвычайно велико. Современниками Ньютона в Англии были Р. Бойль (1627-1691), Р. Гук (1635-1703), Д. Локк (1632-1704), Т. Гоббс (1588-1679), И. Барроу (1630-1697), Э. Галлей (1656-1742), Х. Рен (1632-1723). Причем, это далеко не полный перечень разнообразно талантливых людей, каждый из которых оставил заметный след в истории культуры. Пожалуй, лишь Франция в этот период могла бы предъявить не менее яркое созвездие имен.