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

---

Для Галилея, как и для Аристотеля, природа упорядочена, в ней тела занимают или стремятся занять «естественные» места, а силы — это то, что препятствует «естественному» порядку. У Галилея появляется новый очень важный элемент: равномерное движение для него уже не процесс, требующий причины (так было у Аристотеля), а состояние, которое длится, пока внешний объект его. не нарушит. В этом знаменитый принцип инерции Галилея. Однако, есть маленькая деталь, о которой обычно не упоминается в стандартных учебниках физики: для Галилея состояние свободного равномерного движения, в котором пребывает тело, если на него не действуют силы, — это движение по кругу. Именно такое движение является «естественным». Действуя как естествоиспытатель, Галилей установил в механике ряд правильных закономерностей, что, кстати, Декарту сделать не удалось, но как философ, если иметь ввиду общие представления о движении, Галилей в значительно большей степени, чем Декарт, находится в Средневековье.

Ошибкой было бы воспринимать сказанное как попытку принизить роль Галилея в истории физики. К слову сказать, результаты, полученные Галилеем, его личность и методы его работы автору настоящей книжки импонируют гораздо больше, чем все то же, связанное с Декартом. И если уж обсуждать сравнительное место Галилея в науке, то нельзя не упомянуть об его удивительных астрономических наблюдениях, которые открыли новые измерения в представлениях людей об окружающем мире. Пусть читатель примет к сведению это «лирическое отступление», когда в дальнейшем на страницах книги столкнется с другими примерами «предпочтения» одних героических фигур в науке другим.

Рассказывая об истории вакуума в этот период, нельзя не вспомнить знаменитый опыт Торичелли, предмет современной школьной программы. Этот опыт был важен психологически для подрыва средневекового тезиса о «боязни пустоты» в природе, но не был, конечно, доказательством существования пустоты. (Речь идет об известном опыте с трубкой, заполненной ртутью и опущенной открытым концом вниз. Вся ртуть не вытекает из такой трубки — остается столб, высотой примерно 760 мм, а сверху, у запаянного конца, образуется область «пустоты».) Идея эксперимента возникла после того, как флорентийские водопроводчики обнаружили, что вакуумные насосы не способны поднимать воду на высоту более 10 м (такая высота воды эквивалентна 760 мм ртутного столба). Интересна прагматическая реакция Галилея на первую информацию о явлении, впоследствии исследованном в опыте Торичелли: природа боится пустоты только до 18 локтей (в единицах, используемых Галилеем), а сверх того — «боязни пустоты» уже недостаточно, чтобы удержать воду.

Позже Декарт подсказал Паскалю идею повторить опыт на большой высоте. Паскаль установил, что длина ртутного столба зависит от положения трубки над уровнем моря, а также от метеорологических условий. Сам факт, что ртуть в трубке не опускается, почти сразу был связан с существованием и давлением атмосферы. «Пустота» над поверхностью ртути была правильно интерпретирована как область со значительно большим разрежением, чем воздух у поверхности Земли.

Теперь мы вернемся к основной теме этой главы.

2.1. Рене Декарт (1596-1650)

Декарт родился во Франции, в семье юриста, потомка древнего дворянского рода. В 10-летнем возрасте он был отдан в иезуитский колледж (среднее учебное заведение) в городке Ла Флеш. Позже Декарт будет писать об этом колледже как об одной из лучших школ Европы. Исключительные способности юного Декарта в сочетании со слабостью здоровья были причиной того, что ректор освободил его от многих занятий, и обучение оставляло ему много свободного времени. Приобретенная в колледже привычка часами размышлять по утрам в постели сохранилась у него на всю жизнь. На склоне лет обстоятельства лишили его такой возможности (а точнее, Декарт сам себе организовал новые житейские трудности), одновременно ослабела его творческая сила. Причем, очень правдоподобно, что именно данный факт как раз и был первоисточником всех последующих проблем. Потом он заболел и вскоре умер. Таким образом, судьба Декарта предстает как бы материализацией его же философского тезиса, утверждающего тождественность мысли и физического существования.

Рене Декарт (1596-1650)

Декарт окончил колледж в 1614 году, затем изучал право и медицину в университете города Пуатье, а потом четыре года служил в армии. В 1619 году в одну из ночей, по его собственному свидетельству, он испытал глубокое душевное потрясение, когда внезапно, озарением, ему открылись основные элементы новой философской системы. Дальше последовал уход из армии, девятилетнее путешествие по Европе с целью изучения фактов, иллюстрирующих найденные им принципы. В 1628 году в Париже он участвовал в собрании, происходившем в доме папского нунция, где случай заставил его впервые публично изложить свои взгляды. Выступление Декарта вызвало удивление присутствующих и восхищение силой его мысли. Многие друзья теперь требовали от него обнародовать метод, который он представлял как новую философию, более достоверную, чем общепринятая. Сам Декарт в своей книге «Рассуждение о методе» описывает возникшую ситуацию следующими словами: «Пример многих умов, которые брались за это (за основания философии. — М.В.Т.) прежде меня, но как мне казалось безуспешно, заставлял меня представлять себе дело окруженным такими трудностями, что я, может быть, долго еще не решился бы приступить к нему, если бы до меня не дошли слухи о мнении, будто я его успешно завершил. Не зная, что дало повод к такому утверждению... но имея достаточно совести, чтобы не быть принятым за большее, чем я есть на самом деле, я считал, что должен приложить все усилия, чтобы сделаться достойным сложившейся репутации». В те времена люди трудно писали и печатали свои книги, и часто требовался какой-то стимул для внешнего самовыражения. У Декарта, как мы видим, такой стимул возник с весьма неожиданной стороны.

В 1628 году Декарт переезжает в Голландию, страну наиболее подходящую, с его точки зрения, для уединенной спокойной работы, и пишет книги, лишь трижды с тех пор, всего на несколько месяцев, возвращаясь во Францию. Примерно через 20 лет он почему-то принимает странное решение круто изменить свою жизнь и отправляется в Швецию обучать 24-летнюю шведскую королеву основам картезианской (декартовой) философии. Можно представить себе мучения в зимнее время изнеженного французского аристократа; который должен был несколько раз в неделю по утрам, в кромешной темноте (а королева вставала в пять), отправляться на бессмысленный урок. Меньше, чем через год, это мероприятие заканчивается болезнью и смертью Декарта.

Роль Декарта в науке необычна. Ему принадлежат важные результаты в математике, но он не решил ни одной новой, конкретной трудной задачи. Он был увлечен идеей универсальной математики, полагая, что все проблемы могут быть сведены к решению алгебраических уравнений той или иной степени. Ему математика обязана введением алгебраических методов взамен эквивалентных геометрических построений и введением обозначений, близких к тем, которые используются сейчас (x, y, ... — неизвестные или «неопределенные количества», a, b, ... —коэффициенты в уравнениях, как буквенный способ исчисления произвольных отрезков). У него имеется ряд других математических достижений. Слова «декартовы переменные», «декартова система координат» — это рабочая терминология современных физиков и математиков. Но основная надежда Декарта на то что он нашел единственный, общий, универсальный прием математического исследования, конечно, не оправдалась. Возможность долго жить с такой идеей может появиться у человека, который не занимается решением конкретных задач.

В физике Декарт тоже был воодушевлен фантастической мыслью, что для него открылись основные принципы устройства Вселенной. Причем эти принципы представлялись для него столь же верными, как аксиомы геометрии. Во всяком случае реальные факты окружающего мира не могли их поколебать. Понимание всего многообразия явлений должно быть и будет достигнуто, по мнению Декарта, с помощью рутинной работы на основе найденной им априорной картины мира.

Не случайно, что многие представления Декарта впоследствии оказались ошибочными, но достойно удивления, что такой подход к физике в XVII веке — уже после Коперника, Кеплера, Галилея — совсем не был свидетельством больного ума. Декарт проявил исключительную трезвость, здравомыслие и интуицию как при изложении основ своей натуральной философии, так и при решении отдельных физических задач. К счастью, он не всегда был тверд в соблюдении собственных общих предписаний. Попытка начать в науке все с самого начала и стремление любую прикладную задачу рассматривать, исходя из самых первых принципов, может погубить любого исследователя, но Декарт «выжил» благодаря своим исключительным способностям и своей непоследовательности.