[вернуться к содержанию сайта]
Третья из древнегреческих философских школ — элейская, начинающаяся с КСЕНОФАНА (569—477) и достигшая высшего развития при Пармениде (V век до н. э.), направлена против ионийского учения о развитии; она принимает в природе единое неизменно сущее и считает всякое возникновение и множественность призраком. Для нас элейцы заслуживают внимания по своему влиянию на последующих, так называемых младших натурфилософов, принимавших, в отличие от ионийской школы, неизменяемость первоначального вещества, а в отличие от элейской — множественность элементов его.
Первым из этих младших натурфилософов считается АНАКСАГОР (500—428 до н. э.) из Клазомен в Лидии. Любовь к науке рано заставила его покинуть родину для Афин, где он весь отдался изучению философии, причём до такой степени пренебрёг имущественными своими интересами, что имел полное право сказать: “Я обязан философии своим материальным разорением, но зато душевным благополучием”. К числу его учеников принадлежали знаменитейшие люди Греции — Перикл, Еврипид, Сократ. Это, быть может, и вооружило против него завистников, которые обвинили его в безбожии и приговорили к смерти. Периклу стоило большого труда добиться, чтобы смертная казнь была заменена Анаксагору ссылкой. Философ прожил до самой кончины в Лампсаке, утешая себя мыслью: “Не я лишился афинян, а афиняне лишились меня”. Лампсакийцы поставили в честь его памятник с громкой надписью: “Здесь покоится Анаксагор, который достиг крайнего предела истины, познав устройство вселенной”.
От главного сочинения Анаксагора: “О природе” 1 до нас дошло лишь несколько отрывков. Он не признаёт превращения вещества при видоизменении предметов и объясняет эти видоизменения соединением и разъединением мельчайших, невидимых глазу, частиц материи. “Греки ошибочно предполагают, будто что-либо начинается или прекращается; ничто не возникает вновь и не уничтожается; все сводится к сочетанию или разъединению вещей, существовавших от века. Вернее было бы признать возникновение сочетанием, а прекращение разъединением”. Мельчайших, невидимых глазу частиц (σπρματα, семенами называет их Анаксагор, ομοιομερειαι называет их позднее Аристотель) существует бесконечное множество, и все они — непреходящие и неизменные первоначальные вещества, отличающиеся друг от друга по форме, цвету, и вкусу. Всякое вещество состоит из особых однородных между собой начал — огня, золота, крови и т. д. Вначале элементы эти были беспорядочно перемешаны; вселенная возникла после того, как Νους, т. е. дух, разум, распределил и соединил между собой незримо малые частицы. Место Νους в природе тёмно: это — движущее начало, сила, в противоположность материи. При этом Анаксагор, однако, принимает, что простые движения могут быть выполнены материей самостоятельно; поэтому Платон и Аристотель обвиняют Анаксагора в том, что он призывает Νους на выручку, когда другие объяснения не приводят его к цели.
Одно замечание в платоновом “Федоне”, которое он влагает в уста Сократу, настолько характерно, что мы приведём его здесь: “Я слушал человека, читающего книгу, которая, по его словам, была написана Анаксагором. Когда он читал, что разум всем управляет и всё созидает, я был весьма утешен этим объяснением и был рад признать разум причиною всего. Так думал я и готовился приветствовать в Анаксагоре учителя, который объяснит мне смысл явлений; научит, во-первых, плоска ли или шаровидна земля, и докажет, почему это так, указав цель, с точки зрения которой всего лучше, чтобы земля имела данную форму. Если же он скажет, что она лежит в центре, то он и докажет, что действительно это положение всего целесообразнее. В таком случае мне не придётся дальше искать никакой другой причины. Однако, друг мой, мне пришлось расстаться с этою отрадною надеждой после того, как дальнейшее чтение открыло мне, что Анаксагор не делает никакого употребления из разума, не указывает истинных причин для распределения отдельных явлений в строгом порядке, а напротив того, признаёт воздух, эфир, воду и много других неподходящих вещей причиной всех вещей”.
Весьма интересны и до сих пор не разъяснены с точки зрения их происхождения воззрения Анаксагора на строение мира. В центре вселенной, по его мнению, покоится земля; солнце и звезды — раскалённые каменные массы, которые удерживаются от падения только вращением небосвода. Солнце гораздо больше всего Пелопоннеса, да и луна настолько велика, что на ней умещаются горы и долины; свет свой она получает от солнца.
Обманчивость наших чувств была уже известна элейцам. Анаксагор приписывает цвета тел только нашему ощущению, и, чтобы выразить это как можно резче, он провозглашает парадокс: “снег чёрен”.
ЭМПЕДОКЛ ИЗ АГРИГЕНТА (492—432 до н. э.), молодой современник Анаксагора, разделяет отчасти взгляды последнего. В книге “О природе” он говорит: “Безумцы полагают, что может возникнуть что-либо никогда не бывшее или погибнуть, исчезнуть без следа что-либо существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего, кроме смешения и разъединения сочетанного. Только невежды называют это рождением и смертью”. В основу этих изменений Эмпедокл не кладёт, однако, подобно Анаксагору, бесконечного множества первичных веществ, а лишь четыре стихии или “корня”: землю, воду, воздух, огонь. Стихии эти неизменны и не способны ни возникать одна из другой, ни переходить друг в друга. Из их-то смешения и разъединения происходит всё. Движение стихий обусловливается двумя противоположными силами: любовью и враждой. “То всё стремится к слиянию воедино силой любви, то единое расторгается непримиримой враждой”. В этих соединяющих и разъединяющих влияниях любви и вражды некоторые были склонны видеть прообраз понятия о центростремительной и центробежной силе или, по крайней мере, соединить эту теорию с аристотелевским представлением о лёгкости и тяжести тел. Однако и то и другое неосновательно. На самом деле, Эмпедокл только потому разделил надвое единую вседвижущую силу Анаксагора, что ему казалось невозможным объяснить действием одной и той же силы два совершенно противоположных движения.
Чувственные восприятия Эмпедокл объяснял существованием тончайших истечений из тел и существованием в органах чувств скважин, воспринимающих те или другие эманации, смотря по своей форме. От светящихся тел направляются истечения к глазу, а из глаза исходят истечения по направлению к телам. От встречи обоих истечений возникает изображение предметов. Звуки возникают вследствие проникновения истечений в трубообразный слуховой проход, запахи и вкусы— вследствие проникновения мельчайших частиц в соответственные органы.
О жизни Эмпедокла известно мало определённого. На основании позднейших источников рассказывают, будто он увлекался ролью чудотворца и пророка, любил расхаживать в одежде жреца: он появлялся в золотом поясе и дельфийской короне, окружённый многочисленной толпой слушателей. Гораций говорит: “Эмпедокл хладнокровно бросился в пылающее жерло Этны, чтобы прослыть божеством, существом бессмертным”. Но легенда прибавляет, что гора извергла назад железные сандалии, показав этим, что исчезло мнимое божество.
ДЕМОКРИТ АБДЕРСКИЙ (460—370 или 360 до н. э.) и его старый друг и учитель Лейкипп обыкновенно упоминаются вместе. Лейкипп, как уверяют, ещё в 500 г. создал атомистическую теорию мира, которую окончательно разработал Демокрит. Согласно этому учению, вселенная состоит из пустого пространства и бесконечного множества неделимых мельчайших частиц — атомов, отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему очертанию, положению и распределению. Тела возникают и исчезают лишь путём сочетания и разъединения атомов, так как из ничего не может произойти ничего, и ничто существующее не может исчезнуть. Движение атомов обусловливается не влиянием какой-либо внешней, независимой от них, силы, а действием силы, присущей им самим от века. А именно все атомы находятся в состоянии постоянного падения в бесконечном пространстве; при этом движении крупные атомы падают быстрее мелких, наталкиваются на них и производят боковые движения, или вихри, при посредстве которых атомы сплачиваются в тела. Эти вихри лежат в основе образования вселенной. Что касается спорного вопроса о пустоте пространства, то Демокрит (по словам Аристотеля) приводит в его пользу следующие доказательства: возможность движения в пространстве; возможность разрежения и сгущения тел; рост тел, происходящий благодаря проникновению пищи в скважины тела, и, наконец, странным образом, неправильное наблюдение, будто стакан, наполненный золой, вмещает в себе воды меньше объёма, незанятого золою.
В вопросе о чувственных восприятиях Демокрит разделяет взгляд Эмпедокла. Только по поводу зрения он ещё резче восстаёт против господствовавшего тогда учения о лучах, исходящих из глаза и как бы ощупывающих предмет. Демокрит говорит определённо, что зрение обусловливается падением на поверхность глаза мелких атомов, исходящих от светящегося предмета; он полагает, что предметы дают постоянно изображения (ειδολα), применяющиеся к окружающему воздуху и проникающие в душу через поры органов чувств. Теория истечения света пользовалась этой мыслью до новейшего времени для объяснения обращения изображений при зеркальном отражении.
Демокрит употребил своё значительное состояние на продолжительные путешествия по Египту и Азии, так что он имел право говорить о себе: “Среди своих современников я объездил наибольшее число стран, исследовал отдалённейшие явления, видел обширнейшие пространства неба и земли, слышал наибольшее число учёных, а в сочетании линий и в относящихся к тому доказательствах меня не превзошёл никто, даже египетские землемеры, с которыми я в течение пяти лет имел постоянное общение на чужбине”. После этих путешествий Демокрит, удалившись от всяких дел, жил до самой смерти в своём родном городе. От многочисленных сочинений его до нас дошли лишь незначительные отрывки.
От Анаксагора через Эмпедокла к Демокриту замечается постепенное развитие механистического мировоззрения. Анаксагор принимает ещё качественное различие элементов и допускает, что некий божественный дух, хотя и почти механически, влияет на движение, Эмпедокл сводит указанные качества только к четырём и делит единую сверхъестественную силу на две, уже чисто механические, а Демокрит прямо отвергает всякое качественное различие атомов и всякую силу, лежащую вне их. Механистическая теория мира достигает, таким образом, в Демокрите высшей точки своего развития, но вскоре находит могущественное противодействие в телеологических взглядах Аристотеля, энергичного противника теории атомов и пустого пространства. Однако вопреки его авторитету, эпикурейцы, а также — хотя и в меньшей степени — стоики продолжали разрабатывать атомистическую теорию, получившую, наконец, в современной физике почти бесспорное господство. Это учение представлено у нас, правда, не совсем в прежней форме, но всё же оно явственно сохраняет древние демокритовские черты.
ЛУКРЕЦИЙ (прибл. 96–55 до н. э.) в своём дидактическом стихотворении “De rerum natura” излагает миросозерцание эпикурейских философов. Телеологическое учение Аристотеля, пытавшееся всё объяснить конечной целью, нашло противников в философских школах стоиков и эпикурейцев, которые придерживались учения Демокрита и на основании атомистической теории пытались объяснить мир механическим образом. В древности вообще и у римлян в особенности эти школы первенствовали. Только в средние века Аристотель достиг исключительного господства и сохранил его до тех пор, пока новейшая физика, низвергнув аристотелевское учение, не примкнула до известной степени к атомистикам и, в особенности, к Лукрецию, изложение которого сохранилось полнее других. Так как мы уже изложили выше основания атомистической теории, говоря о Демокрите, то считаем лишним здесь возвращаться к ней.
Упомянем только, в виде примера, об очень интересном объяснении действия магнита истечениями из магнитной руды. Из всех тел непрерывно отделяются потоки атомов, через посредство которых тела приходят во взаимодействие. Потоки, исходящие из магнита, так сильны, что вокруг него образуется безвоздушное пространство, куда и устремляется железо. Одно только железо обладает свойством притягиваться подобным образом к магниту. Из прочих тел более тяжёлые противостоят этим потокам; более лёгкие содержат большие скважины, через которые потоки проходят беспрепятственно. Этот пример показывает, что и философы механического направления любили подкреплять свои гипотезы новыми гипотезами и были мало склонны проверять их на опыте. Через полторы тысячи лет у Декарта мы снова встретили не только ту же ошибку, но и ту же гипотезу движения материи. Декарт объясняет магнитное, как и всякое другое притяжение потоками материальных частиц и в своей теории вихрей возвращается частью к учению эпикурейцев, согласно которому бесконечное число миров, на невероятно больших расстояниях и в течение невероятно огромных периодов времени, движется друг возле друга, возникает и уничтожается, частью к учению стоика Клеанта (250 г. до н. э.), который принимает существование вихреобразных токов для того, чтобы двигать солнце и планеты вокруг земли.
Наиболее значительный противник Декарта ПЬЕРР ГАССЕНДИ родился в 1592 г. близ г. Динь в Провансе, от бедных поселян. Один из родственников отправил его в Э учиться философии, и он обнаружил вскоре такие дарования, что 16 лет сделался учителем риторики в Дине, а три года спустя — преемником своего учителя в Э. В это время он уже написал свои “Exercitationes paradoxicae adversus Aristoteleos”, напечатанные гораздо позже, после того как он по совету своих доброжелателей уничтожил часть наиболее резких возражений. В числе его доброжелателей был приор Гольтериус и в особенности учёный парламентский советник Пейресциус; по их настоянию молодой Гассенди поступил в духовное звание, а благодаря покровительству Пейресциуса он вскоре сделался каноником и пробстом в Дине. Призванный в Париж в качестве профессора механики в 1646 г., он должен был вскоре вследствие слабого здоровья вернуться в родной город; в 1653 г. он попытался вновь отправиться в Париж; но здесь он снова заболел и умер 24 октября 1655 г., после того как уже изнурённый горячкой, должен был выдержать тринадцать кровопусканий. Его сочинения вышли в 1658 г. в шести объёмистых томах.
Гассенди принадлежит к натурфилософскому направлению физиков. Его не интересовал опыт сам по себе, не привлекало открытие новых явлений путём наблюдения; но он был далёк и от умозрительной односторонности, самостоятельно проверяя то, что казалось ему достойным внимания. Одного только недостаёт ему местами — математического интереса или даже, быть может, математических способностей. Сферой его была по преимуществу критическая проверка научных данных, опровержение старых заблуждений, популяризация новых трудно усваиваемых понятий. Вследствие такого направления Гассенди занимает видное место между основателями нового мировоззрения и стоит в передовом отряде бойцов против старой физики, опиравшейся на авторитет Аристотеля. Системе последнего он противопоставил другую философскую систему, обратившись к учению, наиболее враждебному аристотелизму, т. е. к атомистике. Он превозносил философию Эпикура и положил её в основу собственных воззрений на природу1.
Дробление тела до бесконечности немыслимо, полагал Гассенди, иначе тело должно было бы превращаться в ничто. Напротив, все тела состоят из неделимых частиц или атомов, между которыми находится абсолютно пустое пространство. Атомы непроницаемы, неделимы, обладают известной величиной и известной тяжестью, т. е. известным естественным движением, или по крайней мере стремлением к движению. Атомы обладают самой разнообразной формой, бывают шаровидны, овальны, продолговаты, заострены, угловаты и т. д., представляя соответственно этому большую или меньшую инерцию: угловатые инертнее гладких. Свойства тела определяются различным расположение его атомов: если последние сцеплены между собой лишь в немногих точках, тело бывает жидким; если они соприкасаются многими точками, тело бывает твёрдым. Последнее происходит преимущественно при неправильной форме атомов (и у Гассенди первенствующую роль в твёрдости тел играют крючковатые атомы). Большая и меньшая плотность тел зависит, разумеется, от большего или меньшего расстояния между атомами. Всякое возникновение и уничтожение есть лишь соединение и распадение атомов; соединение и распадение это совершается силами, присущими самим атомам, а не вследствие вмешательства творца вселенной. При всём том бог остаётся первой причиной всех явлений в мире, потому что он создал все атомы со скрытыми в них силами как семенами всего сущего. Земные атомы находятся в состоянии непрерывного движения или падения к центру земли вследствие взаимного притяжения между атомами. Притяжение это не следует, однако, понимать в смысле непосредственного действия на расстоянии (actio in distans); оно скорее походит на магнитное притяжение. Притяжение же магнитное, как и электрическое, Гассенди объясняет, — следуя в этом старым образцам, — прямым действием истечений, исходящих из тел. Прямым истечением материи из тел признает он и свет. Он вообще сторонник чистой теории истечений и тем самым становится в прямое противоречие с Декартом, против философской системы которого он выступил в 1643 г.2, направив свои полемические удары на самый корень её, на основное положение cogito, ergo sum. Гассенди нашёл многих приверженцев и в своей теории света, хотя следует заметить, что именно в оптике он сделал больше ошибочных, чем верных выводов.
Скорость звука Гассенди определил по тому же способу, как и Мерсенн; но, употребляя для опытов и пистолеты и пушки, он опроверг одно из заблуждений перипатетиков. Именно, он нашёл, вопреки мнению последних, что звук распространяется в воздухе независимо от своего источника и от высоты тона постоянно с одной и той же скоростью, именно со скоростью 1473 футов в секунду. Против теории, будто холод есть не что иное, как отрицательная теплота, он решительно восстаёт, преимущественно на том основании, что вода и селитра при своём смешении порождают холод, а другие тела — тепло. По его мнению, для тепла и холода существуют отдельные материи. Атомы холода имеют форму тетраэдров; они проникают в жидкие вещества и так соединяют их атомы, что жидкость превращается в твёрдое тело. Острые выступы атомов холода производят на нашей коже всем известное колющее ощущение при морозе. Несмотря на коренное несогласие с Декартом, Гассенди, как мы видим, те уступает ему в смелости определения формы невидимых атомов. Таково уже свойство натурфилософии. Тем не менее Гассенди превосходит многих из тогдашних физиков правильностью суждений, притом на почве столь зыбкой, какой была в то время физика земли. Он восстаёт против теории центрального огня, постоянно горящего внутри земли, на том основании, что пламя немыслимо без света. Там, где из земли вырывается наружу огонь, последний выходит из пещер и расщелин, в которых накопились сера и смолы. Воспламенение же этих веществ не удивительно, так как известно, что смесь селитры, серы и негашёной извести воспламеняется сама собой. Землетрясения также происходят от таких огней, а вовсе не от сильных ветров, вырывающихся из земных расселин. Морская вода солона, потому что находится в постоянном соприкосновении с колоссальными соляными залежами и соляными горами на дне морей.
Механические работы Гассенди были результатом его участия в спорах о системах вселенной. В Италии с системой Коперника было надолго покончено после приговора над Галилеем; во Франции же, где в это время собралось много замечательных учёных, борьба продолжалась, поддерживаемая влиятельными покровителями науки, вроде, например, Пейресциуса, и приверженцы Коперника одержали, наконец, решительную победу на всех пунктах. Птолемеева система отжила свой век — таково было общее убеждение; оставалось выбирать между Коперником и Тихо. Много серьёзных учёных высказывалось в пользу Тихо, например, его ученик Лонгомонтанус, капуцинский монах де-Рейта, иезуиты Риччиоли, Дешаль и др. Всего же энергичнее нападал на Коперника Ж. Б. Морен (1583—1656) в своём трактате, напечатанном в 1631 г. Морен не привёл новых опровержений; но его влияние в Париже было значительно и потому опасно. В 1629 г. он сделался профессором математики в Париже (свою карьеру он начал в качестве врача, попутно занимавшегося астрологией) и сумел приобрести расположение Ришелье и его преемника Мазарини. При таких обстоятельствах Сорбонна легко могла присоединить свой приговор к папскому проклятию и попытаться изгнать Коперника из Франции подобно тому, как он был изгнан из Италии. Вот против этого-то Морена и его доводов в пользу тиховской системы и выступил Гассенди в двух письмах к Петру Патеанусу в 1640 г. Морен ответил в 1643 г. монографией со скромным заглавием: “Alae telluris fractae”; Гассенди возразил в третьем письме своему покровителю Гольтериусу, а в 1649 г. вышло в свет собрание его возражений против Морена в сочинении “De motu impresso a motore translate”. Морен и тут не признал себя побеждённым, но Сорбонна уже побоялась уронить своё достоинство, приняв участие в споре. Главный предмет сочинения “De motu impresso” составляет рассуждение о сохранении движения и в том случае, когда движущемуся уже телу сообщено новое движение. Противники коперниканской системы, наперекор галилеевским исследованиям о сложении движений, не хотели понять, что тело, брошенное от земли кверху, сохраняет, независимо от сообщённого ему движения, и то, которое оно имело первоначально от совместного движения с землёй. Морен вновь поднял вопрос о том, что если земля движется, то падающее тело должно отставать от неё. Для окончательного решения этого вопроса Гассенди произвёл ряд опытов в марсельской гавани. Именно с верхушки мачты галеры, проходившей в 1/4 часа четыре миллиария (1 миллиарий = 1000 шагам), бросали камни, но они неизменно падали параллельно мачте, т. е. не отставали от судна, несмотря на его поступательное движение. Таким образом был, наконец, уничтожен почти двухтысячелетний аргумент об отставании облаков и других предметов от движущейся земли. Гассенди ратовал также за галилеевский закон падения тел в письмах к ярому противнику этого закона патеру Казреусу 3, доказывая последнему ошибочность его выводов и неточность произведённых им опытов. При всём том Гассенди не объявлял себя прямым приверженцем системы Коперника; он только старался доказать, что все возражения против неё неосновательны. И в своём “Institutio astronomica”, вышедшем в 1647 г., он ещё не решается высказаться открыто. В первой части сочинения помещена сферическая астрономия; во второй — изложена система Птолемея, а в третьей — системы Коперника и Тихо. Птолемеева была им совершенно отвергнута, коперникову он признал простейшей и наиболее соответствующей действительности. Что касается тиховской, то её следует признавать на том основании, что библия явственно приписывает движение солнцу. Истинный смысл таких слов был достаточно прозрачен, доказательством чему служат непрекращавшиеся нападки Морена, но церковь удовольствовалась этой мнимой покорностью. Была ли она во Франции менее уверена в своей власти, чем в Италии; страшилась ли она затеять новый инквизиционный процесс против знаменитого учёного; или же Галилей сам дал главный повод к гонению против него своей смелой полемикой против полу-учёных монахов? Даже современники дивились, как могло духовенство отнестись так бесстрастно к восстановлению атомистического учения, восхвалению отверженного Эпикура и возобновлению дискуссии о коперниканской системе. Обходительному, кроткому, никого не задевавшему за живое учёному, смиренному служителю церкви, простодушному Гассенди, бессознательно проповедывавшему опаснейшие учения, прощалось столь многое, что сравнительно свободомыслящий теолог, Лонуa (Launoy), говоря о Гассенди, не удержался от восклицания: “Если бы то же говорил Рамус, Литаудус, Виллониус и Клавиус, чего бы только не сделали с этими людьми!”
Против второй части ньютоновских открытий, против теории сложного состава белого света, восстало лишь несколько голосов, притом гораздо позднее, к концу XVIII столетия. Они нашли мало сочувствия в среде физиков; физики и математики были, вообще расположены в пользу дисперсии света и высказывали сомнение лишь по отдельным частным вопросам. Иезуит Пардиз (профессор математики в Клермоне) попробовал было в 1672 г. объяснить спектр дифракцией света, но должен был тотчас же сдаться. В том же 1672 г. выступил какой-то аноним, не отрицавший сложного состава белого света, но допускавший существование только двух основных цветов. Анонимным автором был, несомненно, Гук. К его мнению примкнул в 1673 г. Гюйгенс, который тоже полагал, что все явления могут быть объяснены при допущении двух цветов (синего и желтого). Против обоих Ньютон выступил победоносно со своим experimentum crucis. Тогда оба противника напали на третью часть ньютоновской теории, на гипотезу различных приступов светового луча и на ньютоновское воззрение на сущность света вообще.
Гук, как мы уже знаем, наметил в несколько туманной форме новую теорию световых колебаний, истинным творцом которой, как мы скоро увидим, был, однако, Гюйгенс. Ньютон же больше склонялся в пользу теории истечения света и на ней в конечном счёте основывал свои объяснения явлений света. Тем не менее он положительно отрицал, будто он считает эту теорию единственно правильной, вполне сознавая, что для объяснения его важнейших открытий вовсе не требуется решения в пользу той или другой теории. Произведённое им определение различной преломляемости цветных лучей и его учение о составе белого света остаются непоколебимыми, независимо от каких-либо теорий и, следовательно, не могут быть оспариваемы с точки зрения какой бы то ни было теории. Точно так же сведение естественных цветов тел к цветам тонких пластинок не связано с какой-либо гипотезой о природе света. На этом основании Ньютон мог в 1672 г. с полным правом употребить в своём ответе безымянному противнику, напечатанном в “Philosophical Transactions”, следующие выражения: что касается упрёка в том, что он (Ньютон) рассматривает свет скорее как материальное вещество, чем как энергию, приводящую в колебание эфир, то он не отрицает своей склонности к первому воззрению; впрочем, последнее не имеет никакого отношения к открытым им свойствам света. И так как истинная сущность света представляется ему загадочной, он намеренно избегает высказывать какое-либо определённое суждение о том, каким образом свет распространяется. Если, однако, желать придерживаться гипотезы Гука и Гюйгенса, согласно которой ощущение света обусловливается сотрясением эфира, подобно тому как ощущение звуков – колебаниями воздуха, то весьма легко переложить различную преломляемость света на их язык. Тогда ощущение белого света было бы тем ощущением, которое получается, когда все колебания, исходящие от светящегося тела, достигают глаза без смешения; ощущение же цветного света пришлось бы объяснить разложением неравных колебаний, вызванных сопротивлением преломляющей среды. Так как наибольшие и наиболее продолжительные колебания дают ощущение красного цвета, наиболее малые и короткие – фиолетового, а промежуточные между ними – ощущение прочих цветов, то самые большие колебания естественно должны легче преодолевать препятствия среды и испытывать меньшее преломление сравнительно с другими. Следовательно, различная преломляемость света нисколько не противоречит гипотезе, по которой цвета обусловливаются различной скоростью колебаний эфира, подобно тому, как звуки происходят от неравных колебаний воздуха. Несмотря на это, Ньютон всё-таки чувствовал вполне естественную и правильную потребность дать теоретическую основу своему учению о приступах световых лучей, и потому со временем всё более и более склонялся в пользу теории истечений, хотя ещё в своей оптике, изданной в 1704 г., он не признавал теорию колебаний исключённой, а в приложенных к книге вопросах прямо ссылается на неё.
Итак, по мнению Ньютона всякое светящееся тело испускает мельчайшие частицы, которые, попадая на сетчатку, производят ощущение света; величина этих частиц для различных цветов различна, всего больше она для красного, всего меньше для фиолетового цвета. Все частицы при своём переходе в более плотную среду или даже при приближении к ней испытывают притяжение, вследствие чего при наклонном падении на поверхность раздела двух сред мельчайшие из частиц отклоняются всего сильнее, а наиболее крупные всего меньше. При этом у всех частиц без исключения благодаря притяжению скорость увеличивается, и потому последняя должна в более плотной среде быть большей, чем в менее плотной среде. Притяжение световых лучей материей оказалось, однако, недостаточным для объяснения всех явлений; в связи с отражением света материальным средам приходилось приписать и отталкивательную силу, а оба эти влияния уже было трудно совместить. Но при этом столь частое наступление световых приступов оставалось всё ещё не разъяснённым. Для последней цели Ньютон принял ещё, что световые частицы приводятся отталкивательными или притягательными силами или другими влияниями в колебание, которое происходит в направлении луча, но распространяется со скоростью, большей скорости света. Следовательно, луч получает приступ более лёгкого прохождения или более лёгкого отражения в зависимости от того, увеличивается ли скорость распространения луча под влиянием скорости колебания или получает противоположное направление. Для объяснения явлений дифракции световые лучи должны были опять претерпевать новые приступы. В “Вопросах”, приложенных к “Оптике”, Ньютон ставит вопрос, не зависит ли пригибание и отгибание лучей при прохождении их возле тела, бросающего тень, от изменчивых приступов к притяжению или отталкиванию их телами. Наконец, помимо разнообразных приступов, луч был ещё наделён различными другими свойствами. Так, для объяснения вновь открытого двойного преломления в известковом шпате Ньютон счёл необходимым предположить, что луч света имеет по различным направлениям различные свойства, а именно – две противолежащих стороны его дают обыкновенное преломление, а другие две стороны – необыкновенное. Как ни остроумна последняя мысль и как ни плодотворна она оказалась при объяснении поляризации на основе волновой теории, но в отношении гипотезы истечений она являлась ещё одним из тех произвольных и необоснованных предположений, накопление которых сделало эту теорию всё более и более неправдоподобной и, наконец, совершенно невозможной.
При всех произвольных предположениях у Ньютона было всегда наготове оправдание, что гипотезы не оказывают никакого влияния на его оптические открытия, что у него нет никакого интереса к вопросу о природе света и что он свою теорию даёт лишь в виде удобного вспомогательного средства для объяснения, а отнюдь не как нечто фактически существующее. Когда вышла в свет ньютоновская “Оптика” (1704), трактат Гюйгенса1, где все оптические явления объяснены с точки зрения световых колебаний, был уже давно известен, следовательно, для такого человека, как Ньютон, имелось достаточно оснований для окончательного выбора между двумя противоположными теориями. Односторонность, в результате которой он не считал физика обязанным заниматься исследованием сущности явлений, и упорство, с которым он сам уклонялся от проверки физических работ, могущих дополнить его односторонний взгляд, были весьма прискорбны и принесли много вреда его ученикам и преемникам. Последние уже прямо и решительно отказались от проверки противоположных мнений и, опираясь на гений и добросовестность своего учителя, провозгласили теорию истечений, принятую Ньютоном только как удобный способ объяснения, единственно верной и соответствующей действительности. Несмотря на то, что среди приложенных к “Оптике” 1704 г. вопросов можно встретить и такие, где Ньютон допускает возможность волновой теории, ученики не поняли приёма, при помощи которого учитель желал только сложить с себя ответственность и необходимость дальнейшего исследования. Они придерживались лишь того, что использовал учитель, не обращая внимания на то, что учитель одновременно считал не исключённым. Ньютон должен был ещё на склоне лет заметить такое направление в работах своих учеников, но он не принял против него никаких мер. При рассмотрении теории всеобщего тяготения мы ещё раз встретимся с подобным же странным образом действия со стороны великого физика.
В результате волновая теория света была голословно отвергнута последующими поколениями, а когда с течением времени она попыталась вновь возродиться, то она могла одержать верх над враждебной теорией, освящённой столетней традицией, лишь после упорной борьбы и при помощи новых научных открытий.
Когда вслед за Ньютоном почти все физики признали всеобщее притяжение материи, действующее непосредственно на расстоянии, то притягательными силами начали объяснять также и твёрдость тел, волосность, упругость и пр. Картезианские начала были отсюда устранены даже скорее, чем из области магнетизма и электричества. Впрочем, здесь приходилось признавать существование различных сил; так, тяготение, действующее между светилами, строго отличали от сил междуатомных, действующих на незаметно малых расстояниях. Развивавшаяся постепенно новейшая атомистика почти не встречала заметного сопротивления. Принятие атомных сил уже не вызывало затруднений после того, как всеобщее тяготение одержало победу в умах; даже спор о существовании пустого пространства замолк за недостатком новых точек зрения, и только вопрос о делимости материи возбуждал ещё сомнение, а неделимость атомов встречала решительных противников.
Лейбниц с его монадологией с философской точки зрения подошёл к атомистике очень близко, но его монады были слишком странными существами, чтобы физика могла их использовать. Эйлер в сочинении “Von den Elementen der Korper” 1746) выступает решительным противником Лейбница. В виде простых элементарных вещей монады существовать не могут, так как на основании опыта все тела делимы. Если же монады признать бесконечно малыми, то возникает противоречие: из конечного числа таких бесконечно малых величин тело состоять не может; с другой стороны, тело, состоящее из бесконечного числа частей, тоже немыслимо. Некоторые другие физики тоже высказывали свои метафизические сомнения по поводу трудности теории атомов. Так, Нолле в своих “Lecons de physique” (Париж, 1743–1750) говорит, что хотя мысленно материя и бесконечно делима, но, с другой стороны, действительная делимость ещё не является достоверной; в заключение он замечает, что в силу ограниченности нашего познания этот вопрос вообще является неразрешимым.
Боскович считает трудный вопрос о делимости атомов беспредметным и заодно пытается свести все виды притяжения материи и её частей на действие одной только силы. Его труд представляет единственное натурфилософское сочинение за период времени от ньютоновских “Начал” до кантовских “Metaphystische Anfangsgründe der Naturwissenschaft”, 1786 г.
РОЖЕР ИОЗЕФ БОСКОВИЧ родился 8 мая 1711 г. в Рагузе, был с 1740 г. профессором в римском Collegio romano, потом профессором в Павии, а в 1773 г. переселился в Париж. Отсюда из-за несогласия с д'Аламбером он переехал в Милан, где и умер 13 февраля 1787 г. Свою систему он изложил сначала в ряде небольших статей, а затем в полном виде в сочинении “Phylosophiae naturlis Theoria, redacta ad legen virium in natura existentium” (Вена, 1759). По его млению, материя состоит из точек, не имеющих протяжения, распределённых в беспредельном пустом пространстве таким образом, что взаимные расстояния их хотя и могут быть бесконечно малы, но не равны нулю. Точки не являются только местами в пространстве, это не математические, а физические точки, обладающие инерцией и опредёленной активной силой, благодаря которой они взаимно притягиваются или отталкиваются. Эта активная сила во всей вселенной одна и та же, она изменяется лишь в зависимости от положения точек. Именно, сила, действующая между каждыми двумя точками на самых малых расстояниях, отталкивательная и делается бесконечно большой, когда расстояние, уменьшаясь, приближается к нулю; оттого точки никогда не могут сблизиться до взаимного соприкосновения. С увеличением расстояний отталкивательная сила уменьшается до нуля, переходя затем в притягательную силу, которая вначале, с увеличением расстояния, возрастает, а потом постепенно уменьшается до нуля, чтобы затем снова перейти в отталкивательную силу. Таких переходов уже в пределах незаметных расстояний бывает несколько. Но когда расстояния становятся заметными, эта сила переходит в известную форму всеобщего тяготения, которая следует известному закону обратной пропорциональности квадратам расстояний и превращается в нуль только на бесконечно больших расстояниях.
С помощью этой гипотетической силы и своих атомных точек Боскович дальше очень просто объясняет такие свойства материи, как сцепление, упругость и тяжесть. Между телами, находящимися на конечных расстояниях, атомные силы действуют исключительно как тяжесть; между частицами же тела на бесконечно малых расстояниях сила претерпевает описанные выше превращения. Частицы твёрдых тел находятся на таких взаимных расстояниях, которые как раз соответствуют переходу силы из отталкивания в притяжение. Если тело растягивать, т. е. отделять его частицы, то атомная сила проявляется в виде притяжения, стремящегося вернуть частицы в прежнее положение. Если же тело сжимать, то та же сила становится отталкивательной и опять-таки стремится восстановить прежнее состояние равновесия.
Для объяснения перечисленных общих свойств тел было бы достаточно одного перехода отталкивания в притяжение с одной только точкой равновесия; прочие же переходы рассчитаны, по-видимому, преимущественно на объяснение ньютоновских приступов световых лучей, равно как и самое строение физических точек приспособлено к тому, чтобы сделать наглядным прохождение сквозь тела световых частиц. Когда тела состоят из физических точек, то световая материя легко может проходить через них, если только её момент движения достаточно велик для преодоления сил, в сферу действия которых попадают световые частицы. Так, при большой скорости движения света последний может проходить через тела, не приводя их частичек в движение; при меньшей скорости он уже будет сообщать им заметное движение, хотя сам может ещё и не быть остановлен; если же движение света ещё более медленно, то световая материя, войдя в тело, может задержаться в нём полностью.
Если отвлечься от многочисленных переходов атомных сил и сохранить только начальную отталкивательную и конечную притягательную силы, то система Босковича оказывается очень похожей на новейшую атомистику до того места, где она переходит в молекулярную теорию. Поэтому Босковича часто называют прямым творцом атомистики, принимающей существование атомов, обладающих активными силами. Во всяком случае он наиболее плодотворно привёл в связь ньютоновские открытия с прежней атомистикой и наметил пути, по которым наука движется и в настоящее время. Тем не менее, заслуги Босковича не были по достоинству оценены особенно в Германии, где её затемнила теория Канта, который в своих метафизических началах естествознания 30-ю годами позже Босковича присвоил материи две силы, отталкивательную и притягательную, действовавшие вместе как единая сила Босковича. В Англии и Франции система последнего встретила несколько большее сочувствие и признание, но тоже очень медленно и в ограниченном объёме. Делюк (“Idées sur la méteorologie”) восстаёт против гипотезы Босковича на том основании, что сила без вещества, на которое она действует, есть лишь пустое выражение. Так же критически относится к ней и англичанин Прайс. Пристлей (“Hystory of optics”), наоборот, признаёт себя открыто приверженцем теории Босковича и полагает, что при её посредстве всего легче устраняются трудности теории истечения света. Робайсон излагает в своей “System of mechanical philosophy” (Эдинбург, 1882) теорию Босковича и утверждает, что она должна, во всяком случае, быть очень близкой к истинной теории. В теории Фарадея атомы, как и у Босковича, являются просто центрами сил. Наконец, Фехнер в своей работе “Ueber die physikalische und philosophische Atomenlehre” (Лейпциг, 1855, 2 изд., 1864) останавливается на теории Босковича и цитирует его работу.
Самым видным противником какого бы то ни было непосредственного действия на расстоянии и приверженцем всеобъемлющей теории эфира является ЛЕОНАРД ЭЙЛЕР. Уже с половины 40-х годов XVIII столетия он выступает в своих оптических сочинениях против теории истечения, а в работах о строении материи против actio in distans. И те, и другие явления он пытается объяснить эфиром, наполняющим всю вселенную. Позднее он применил свою гипотезу эфира к выводу законов электричества и магнетизма и развил её в общую теорию эфира. Воззрения Эйлера изложены им в его “Lettres à une princesse d'Allemagne sur quelques sujets de physique et de philosophic” (Петербург, 1767–1772, 3 ч.), представляющих очень любопытное популярное сочинение по физике, которое и теперь читается с интересом. Письма эти были датированы 1760 и 1761 гг., они появились в нескольких изданиях и были переведены на немецкий язык Крисом (Лейпциг, 1792–1794) снабдившим их многочисленными примечаниями, направленными преимущественно против отступления Эйлера от Ньютона. Мы считаем полезным изложить более подробно теорию Эйлера, так как, независимо от её достоинств, нам представляется крайне интересным ознакомить читателя с воззрениями гениального человека, стоявшими в резком противоречии с общепринятыми взглядами тогдашних физиков.
Прежде всего Эйлер восстаёт против теории истечения света. “Уже на первый взгляд это воззрение (т. е. теория истечения) должно представляться и смелым и странным, потому что, если солнце испускает непрерывно и во все стороны потоки светового вещества, и притом с такой громадной скоростью, то следовало бы ожидать, что оно должно скоро истощиться, или по крайней мере претерпеть заметные изменения в течение стольких столетий; наблюдения же показывают как раз обратное”. “И напрасно стараются придать световому веществу наибольшую мыслимую тонкость; от этого ничего не выигрывается: система всё-таки остаётся непостижимой. Нельзя сказать и того, что лучи истекают не из всех мест и не во все стороны; потому что, где бы ни поместиться, отовсюду видно всё солнце. “К этому присоединяется ещё другое, худшее обстоятельство, не менее важное по существу дела, заключающееся в том, что не одно солнце, но и все прочие звёзды распространяют световые лучи, и последние по необходимости должны встречаться друг с другом. С какой силой должны были бы они сталкиваться? и насколько должно было бы изменяться их направление?”. “Далее, если рассмотреть прозрачные тела, через которые солнечные лучи проходят без помехи, последователи этой системы вынуждены принять, что поры таких тел идут по прямым линиям, и именно от любой точки поверхности во все стороны; ведь нельзя себе представить линии, по которой не шёл бы световой луч и не шёл бы с непостижимой скоростью, не наталкиваясь на препятствия. До какой же степени такие тела при их видимой плотности должны бы были быть пронизаны отверстиями!” “Думаю, что эти трудности, взятые вместе, убедят Ваше высочество, что теория истечения не имеет под собой действительной почвы в природе; вместе с тем, Ваше высочество удивится, как могла подобная система быть придумана столь великим человеком и быть признана столькими просвещенными философами. Впрочем, уже Цицерон заметил, что нет такой странности, которую не взялись бы утверждать философы. Лично я слишком мало философ, чтобы присоединиться к этому мнению”. Ньютон отвергал мысль, что вселенная заполнена эфиром, так как при этих условиях планеты, по его мнению, не могли бы двигаться столь беспрепятственно, как они двигаются на самом деле; но “Ваше высочество легко поймёт, что пространство, в котором движутся эти тела, вместо того чтобы оставаться пустым, будет наполнено световыми лучами, которые, исходя не только из солнца, но из других светил, распространяются в нём непрерывно, со всех сторон и во все стороны и с величайшей скоростью. Следовательно, небесные тела будут двигаться уже не в пустоте, и будут встречать повсеместно вещество световых лучей, которое, находясь в движении с ужасающей скоростью, необходимо должно затруднять течение светил в большей степени, чем если бы оно было в полном покое. Поэтому если Ньютон опасался, как бы движение планет не было нарушено присутствием столь тонкой материи, как та, которую принимал Декарт, то нужно признать, что сам он прибег к очень странному средству, противоречащему его собственным намерениям, так как при нём движение планет должно нарушаться ещё значительно сильнее”.
Эфир есть вещество, подобное воздуху, “но значительно более тонкое и упругое, чем обыкновенный воздух. Так как мы уже видели, что именно этим свойством воздух обязан своей способностью воспринимать сотрясения и колебания звучащих тел и передавать их во все стороны, как мы это видим на распространении звука, то естественно думать, что и эфир при подобных же условиях будет подобным же образом воспринимать колебания и распространять их на несравненно большие расстояния”. Действие этих колебаний есть свет. При этом “солнце ничего не теряет из своего вещества, хотя и освещает своими лучами весь мир. Его свет производится определённым движением или сильным сотрясением собственных частичек, которое, будучи передано соседнему эфиру, распространяется во все стороны на громадные расстояния, совершенно так же, как колокол при ударе передаёт собственные сотрясения воздуху”. Мы знаем, что “если бы плотность воздуха уменьшилась, скорость звука увеличилась бы, точно так же, если бы упругость воздуха стала больше, то скорость звука возросла бы”. “Представим себе теперь, что плотность воздуха уменьшилась бы настолько, что она стала равной плотности эфира, а упругость, наоборот, повышаясь, достигла бы упругости эфира, тогда, конечно, никто бы не удивился, если бы скорость звука возросла в несколько тысяч раз против действительности”. “Таким образом необычайная скорость света перестаёт быть парадоксом, а наоборот, согласуется с нашими основными положениями, а сходство света со звуком идёт так далеко, что мы можем с уверенностью утверждать, что если бы воздух был столь же тонок и упруг, как эфир, то скорость звука была бы совершенно та же, что и скорость световых лучей”: Тёмное тело освещается падающими на него лучами не оттого, что оно отбрасывает световое вещество, а вследствие того, что частицы на его поверхности приводятся волнами эфира в колебание, а последние в свою очередь сообщаются соседнему эфиру, всё равно, как натянутые струны приводятся в колебания набегающими звуковыми волнами и начинают звучать сами. Эти положения приводят Эйлера, прежде всего, к объяснению цветов при помощи теории колебания – к объяснению, которого до того ещё совершенно не существовало. “Наше незнание истинной природы цветов издавна вызывало много споров между философами. Каждый старался отличиться своим особым мнением по этому предмету”. “Всякий простой цвет (в отличие от смешанного) происходит от определённого числа колебаний, совершающихся в известное время; так, определённое число колебаний в секунду даёт красный цвет, другое – жёлтый, третье – зелёный, опять иное – голубой, иное – фиолетовый; все эти цвета простые, какими мы видим их в радуге. Следует представлять себе, что малейшие частицы на поверхности тела находятся, подобно струнам музыкального инструмента, в известном напряжении, зависящем от их массы и упругости; поэтому, когда их надлежащим образом касаются, они приходят в колебательное движение, более или менее частое, в зависимости от напряжения. Если, значит, частицы тела имеют такое напряжение, что при сотрясении они дают такое число колебаний в секунду, которое соответствует, например, красному цвету, то такое тело я называю красным”. С таким же основанием можно называть красными и самые лучи, имеющие то же число колебаний; другими словами, если такие лучи падают на нерв глаза, то человек получает ощущение красного цвета. Правда, мы ещё не умеем определять число колебаний каждого цвета в отдельности и не знаем даже, каким цветам соответствует большее или меньшее число колебаний, какие цвета соответствуют более низким или высоким тонам. Но достаточно знать и то, что всякий цвет имеет своё определённое число колебаний”. “Чтобы осветить тело определённым цветом, необходимы лучи именно этого цвета, так как всякие другие лучи неспособны привести в движение частицы тела”. “Лучи солнца, восковой или простой свечи освещают все тела одинаковым образом, из чего заключают, что солнечные лучи заключают в себе все цвета, хотя с виду они кажутся желтоватыми”. “Отсюда же заключают, что белый свет вовсе не простой, а состоит из смешения всех простых цветов”.
К вопросу о причине тяжести Эйлер подходит уже после того, как вывел и определённо подтвердил все законы притяжения Ньютона. “До сих пор я старался сообщить Вашему высочеству общее понятие о тех силах, от которых зависят самые крупные явления в мире, и о силах, которые управляют движениями небесных сил”. “Теперь же естественно возникает вопрос, какова же причина этого всеобщего притяжения, или отчего тела взаимно притягиваются?” “Я не стану утомлять внимания Вашего высочества перечислением всех придуманных на этот счёт гипотез и ограничусь общим замечанием, что вообще мнения физиков и философов по этому вопросу распадаются на две главных категории”. Одни утверждают, что притяжение составляет существенное внутреннее свойство материи, а другие, – что оно осуществляется через посредство невидимой тонкой материи. Первого мнения придерживаются преимущественно английские физики, опирающиеся при этом на авторитет Ньютона. “Но я уже много раз напоминал, что такое мнение приписывается ему (Ньютону) неправильно”. “Второе же мнение, согласно которому тяжесть есть действие тонкой материи, особенно отстаивали, как сказано, Декарт и Гюйгенс. И действительно, естественнее думать, что два значительно удалённых друг от друга тела сближаются при посредстве какого-нибудь вещества, чем предполагать, что они притягиваются внутренними силами без посредства промежуточной среды. По крайней мере только первое мнение согласуется с прочими нашими опытными данными”.
“Представим себе на минуту, что творец, прежде чем создать вселенную, сотворил два тела на большом расстоянии друг от друга и что, кроме этих тел, ничего другого не было. Возможно ли, чтобы они сблизились между собой? Каким образом могло бы существование одного тела стать заметным для другого при их огромном удалении? Каким образом могло бы одно тело получить склонность приблизиться к другому?”. “Поэтому мнение учёных, которые объясняют тяжесть действием тонкого вещества, окружающего все тела, представляется более правильным. Но это и всё, что можно утверждать. Выдавать эту гипотезу за истину нельзя; на её пути ещё много трудностей”. Здесь Эйлер держится ещё нейтрально; но в другом месте своих писем он высказывается уже более определённо: “Тем не менее мысль, что притягательная сила есть существенное свойство материи, представляется мне связанной с такими трудностями, что лично я, по крайней мере, не могу согласиться с ней. Много вероятнее кажется мне другое мнение, согласно которому притяжение есть действие тонкой материи, заполняющей всё небесное пространство. Правда, вид и способ движения этой материи, равно как способ её действия на тела, ещё скрыты от нас; но ведь есть ещё много других важных предметов, относительно которых мы вынуждены сознаться в неменьшем незнании”. В сочинении “De magnete” и ещё подробнее в трактате “Anleitung zur Naturlehre”, найденном в Петербурге лишь в 1844 г., он пытается вывести притяжение двух тел в небесном пространстве непосредственно из давления и движения эфира, наполняющего всю вселенную; но и здесь он не доходит до окончательной цели и останавливается на недоказанном положении, что всякое небесное тело должно в своей непосредственной близости изменять упругость эфира.
С большей уверенностью и определённостью прилагает Эйлер свою теорию к объяснению электрических и магнитных явлений. “Большинство физиков сознаются в неведении, как только им приходится объяснять эти явления. Крайнее разнообразие явлений электричества, увеличивающееся ежедневно новыми открытиями, по-видимому, настолько их смущает, что они теряют всякую надежду доискаться когда-либо до их истинной причины”. “Едва ли подлежит сомнению, что главный источник электрических явлений нужно искать в тонкой жидкой материи; но придумывать её специально для этой цели нам (подобно другим физикам) не приходится. Эфир – эта тонкая материя, действительное существование которой я уже ранее доказал Вашему высочеству, – совершенно достаточен для того, чтобы естественнейшим образом объяснить самые поразительные из электрических явлений”. “Так как эфир есть вещество, схожее с воздухом, но несравненно более тонкое и упругое, то он может находиться в покое лишь при условии, если его упругость повсюду одинакова. Едва он становится более упругим в одном месте, чем в другом, как тотчас же он начинает расширяться и сжимать соседние части, пока в обоих местах не восстановится одинаковая степень упругости”. “Поэтому, если эфир не находится в равновесии, то с ним происходит то же, что происходит с воздухом, когда его равновесие нарушается; от мест большой упругости он распространяется к местам меньшей упругости, но распространяется с значительно большей скоростью, чем воздух, так как его тонкость и упругость во много раз выше”. Эфир распространен повсюду, не исключая и самых малых пор в телах, а последние бывают двух родов, большие и малые. Большие поры, по которым эфир может свободно циркулировать, называются открытыми порами; те же, которые пропускают эфир лишь с трудом и задерживают его, называются замкнутыми порами”. “Большинство тел имеют поры средней величины, и мы будем их считать более или менее замкнутыми, более или менее открытыми”. Если бы поры во всех телах были совершенно замкнутые, то изменить упругость заключённого в них эфира было бы невозможно; “то же самое было бы и в том случае, если бы поры всех тел были совершенно открытые”. Но так как поры тел не являются ни вполне замкнутыми, ни вполне открытыми, то нарушить равновесие заключённого в них эфира возможно; и когда это случается, то за этим непременно следует восстановление равновесия, но последнее происходит не мгновенно, а в известной постепенности. “В воздухе, которым мы дышим, поры почти совсем закрытые, поэтому эфиру столь же трудно проникнуть в воздух, как и выйти наружу тому эфиру, который туда проник. Поэтому, когда эфир воздуха не находится в равновесии с эфиром других тел, то восстановление равновесия происходит не только не мгновенно, но с известным трудом. Это, однако, касается лишь сухого воздуха, потому что природа влажности совсем иная”. “Всё зависит (в электричестве) от неравной упругости эфира в порах тел”. “Когда эфир переходит из тела, где он более сжат, в другое, то находящийся между телами воздух сильно препятствует такому переходу, так как его поры почти замкнуты. Но в конце концов эфир, при его крайней тонкости, всё-таки проникает через воздух, если только напор его не очень слаб и расстояние между телами не очень велико. Так как, однако, переход связан с известным усилием или напряжением, то происходит то же, что мы наблюдаем с воздухом, когда он с силою продавливается через малое отверстие, – слышится шипение”. “Подобно тому, как сотрясение воздуха производит звук, соответствующее сотрясение эфира даёт свет; поэтому всякий раз, как эфир переходит из одного тела в другое, при его прохождении через воздух должен появляться свет то в виде искры, то в виде луча, смотря по тому, переходит ли эфира мало или много”. “Тело может наэлектризоваться двояко, в зависимости от того, обладает ли заключённый в его порах эфир большею или меньшею упругостью по сравнению с окружающим эфиром. Отсюда возникают два вида электричества: тот, при котором эфир более упруг или сильнее сжат, называется положительным электричеством; другое, где эфир менее упруг или более редок, – отрицательным электричеством”. “Самое и лёгкое и известное средство вызвать электричество в телах это – трение. В янтаре и сургуче поры довольно замкнутые, а в шерсти они довольно открытые. При трении поры обоих тел сжимаются, и заключённый в них эфир получает большую упругость. Смотря по тому, сжимаются ли поры шерсти легче или труднее, часть эфира переходит из неё в янтарь, или, наоборот, из янтаря в шерсть. В первом случае янтарь делается положительным, во втором отрицательным, и, так как его поры почти замкнутые, состояние это удерживается в нём некоторое время; наоборот, шерсть благодаря её открытым порам возвращается тотчас же в естественное состояние”. Если взять наэлектризованную отрицательно палочку сургуча, то ослабленная упругость её эфира не может выровняться с эфиром воздуха, так как поры в последнем замкнутые; но если к палочке приблизить лёгкое тело с открытыми порами, то часть эфира из последнего проникает через воздух к сургучу; благодаря этому давление воздуха между лёгким телом и сургучом понижается, и лёгкое тело давлением воздуха с противоположной стороны приближается к сургучу. Хотя поры в воздухе замкнутые, но вблизи наэлектризованных тел воздух всё-таки изменяется, теряя или воспринимая эфир; эта часть воздуха составляет электрическую атмосферу наэлектризованного тела. Таким образом электрические явления происходят оттого, что эфир в одном теле или сжимается или разряжается более, чем в другом. “Переходу сжатого эфира из одного тела в другое воздух с его замкнутыми порами оказывает сильное сопротивление; при этом он приходит в сотрясение или колебательное движение, производящее, как мы видели выше, свет. Чем сильнее такое движение, тем ярче свет; он может даже усиливаться до того, что может зажечь или сжечь горючие тела. В то время как эфир со столь большой силой проникает через воздух, мельчайшие частицы последнего тоже приходят в колебательное движение, которое, как известно, производит звук”. “Так как, далее, тело человека и животных, в его малейших порах, наполнено эфиром – особенно деятельность нервов зависит, по-видимому, от заключённого в них эфира, – то понятно, что ни человек, ни животное не могут быть нечувствительны к электричеству. Как только заключённый в них эфир приходит в сильное движение, действие его должно резко обнаружиться и может оказаться, смотря по обстоятельствам, целительным или вредным”. Всё, что изменяет величину пор тела и вместе с тем изменяет упругость его эфира, может стать источником электричества. Поэтому неудивительно, что некоторые тела, как турмалин, обнаруживают электричество при простом нагревании; или, что летом в сильную жару восходящие в холодные слои облака наэлектризовываются столь же сильно, что должны разражаться грозой.
Таким образом, подобно свету и тяготению, Эйлер объясняет эфиром и все электрические явления; для одних только магнитных явлений эта тонкая жидкость оказывается недостаточной. “Положение, в котором располагаются вокруг магнита железные опилки, указывает, несомненно, на присутствие какой-то тонкой невидимой материи, которая, протекая по железным частицам, ставит их в известное положение. Столь же ясно, что эта же самая материя не только проходит через магнит от полюса к полюсу, но, выходя через один полюс наружу, возвращается через другой снова в магнит; она, следовательно, находится в постоянном движении, без сомнения, очень быстром и образующем вокруг магнита род вихря. Сущность магнита заключается, таким образом, в непрерывном вихре, и этим он отличается от всех прочих тел”. “Его тонкая материя должна пронизывать все тела, за исключением железа, так же легко, как она пронизывает воздух и даже чистый эфир, потому что магнитные опыты одинаково легко удаются и в пустоте, под колоколом воздушного насоса. Она, следовательно, отлична от эфира и должна быть даже значительно тоньше его. Она окружает всю землю, образуя вокруг неё общий вихрь, и проникает в неё так же легко, как в прочие тела, за исключением железа и магнита; поэтому последние можно было бы назвать магнитными телами в отличие от прочих”. “Итак, я представляю себе магнит и железо имеющими столь малые поры, что в них не может проникнуть даже эфир и входит лишь одна магнитная жидкость; входя в поры, последняя отделяется от эфира, так сказать, отфильтровывается от него. По этой причине магнитная жидкость в чистом виде находится только в порах магнита, а во всех прочих местах она распространена по эфиру и смешана с ним”. “Следовательно, в магните, кроме пор, наполненных, как в прочих телах, эфиром, есть ещё несравненно более мелкие поры, в которые проникает только одна магнитная материя; последние, сообщаясь друг с другом, образуют тонкие трубки или каналы, по которым магнитная материя течёт, но всегда в одном направлении, не имея возможности двигаться в противоположном”.
Таким образом в объяснении магнитных явлений Эйлер почти полностью вернулся к картезианским воззрениям и с точки зрения последних объясняет все известные в его время явления магнетизма.
В эйлеровской теории эфира много заманчивого как раз для современного физика. Несмотря на явные пробелы и даже явно невероятные моменты в объяснении электрических явлений, несмотря на неудачное выделение из них магнетизма, несмотря на пробелы в объяснении эфиром тяготения и прочие недостатки, эта теория представляет высокий интерес в том отношении, что она сводит на эфир как на общую причину механическую силу, свет, теплоту и электричество. Закон превращения сил, экспериментально установленный новейшей физикой, но всё ещё не получивший общего истолкования, во всяком случае указывает на существование общего корня всех сил. Поэтому Эйлер заслуживает нашей благодарности и высочайшего нашего изумления за то, что он уже более столетия назад не только указал на такую общую причину, но отчасти и вывел из неё явления различных категорий. Если бы даже его выводы были ещё менее правдоподобны, чем они были в действительности, то за ними всё-таки осталась бы та заслуга, что при всей разрозненности физических исследований они указали на единство всех сил природы.
К сожалению, современники Эйлера не сумели оценить этой заслуги; созидающие факторы тогдашней физики, экспериментальное искусство и математика, были целиком заняты констатированием явлений и установлением численных соотношений; умозрения о сущности явлений, легко способные привести на ложные пути, считались скорее вредными, чем полезными, скорее затемняющими, чем уясняющими. В результате даже авторитет Эйлера не смог побудить современников глубже вникнуть в общие причины явлений и даже наилучше разработанная часть теории, именно, волновая теория света, нисколько не могла поколебать господствовавшей тогда теории истечения. Очень характерно воззрения своего времени выражает в своей “Истории оптики” Пристлей. “Несмотря на решительность доводов против мнения, будто свет заключается в колебаниях жидкой среды, особенно с тех пор, как Ньютон в своих “Началах”, по-видимому, доказал невозможность подобной гипотезы, её, однако, до сих пор придерживаются некоторые натуралисты, преимущественно некоторые из знаменитых иностранцев; да и между англичанами были такие, которых лишь с большим трудом удалось убедить отказаться от неё. Никто, однако, не оспаривал ньютоновскую теорию с таким усердием и энергией, как знаменитый математик г. Эйлер, вызвавший снова к жизни и защищавший гипотезу Гюйгенса, согласно которой свет заключается в колебаниях, распространяющихся от светящихся тел в тонкой эфирной среде. Не решаясь задерживать внимания читателя чистыми гипотезами, я ограничусь кратким изложением возражений г. Эйлера против учения Ньютона”.
Иоганн Андреас Зегнер (1704–1777, сначала врач на родине, в Венгрии, потом в 1733 г. профессор философии в Иене, с 1735 по 1755 г. профессор математики и физики в Гёттингене и, наконец, вплоть до своей смерти – профессор в Галле) уже ранее того открыл три главных оси вращения и изложил первые соображения по этому вопросу в 1755 г. в сочинении “Specimen Theoriae turbinum”.
Вообще Зегнер был физик, не бесплодно поработавший в различных отраслях нашей науки и давший ряд плодотворных идей. В сочинении “De raritate luminis”, (Гёттинген, 1740) он пытался очень остроумно защитить теорию истечения против одного возражения, которое позднее Эйлер тем не менее снова привёл против неё. Указывали, что трудно понять, каким образом могут, не мешая друг другу, потоки световых лучей непрерывно проникать через узкие отверстия в тёмную комнату. Зегнер указывает, что световому лучу нет надобности быть непрерывным, подобно струе воды. Стоит только принять, что глаз удерживает впечатление в течение шести терций времени, тогда световые атомы в луче могли бы следовать друг за другом с промежутками времени в 6 терций или с пространственными промежутками почти в пять земных радиусов; тогда масса лучей получила бы достаточно времени для прохождения через узкие отверстия. Но, конечно, при этих условиях возможность взаимной помехи стала бы только реже, но она не была бы устранена полностью. Более важное значение имеют две работы того же автора 1750 г.: “Machinae cujusdam hydraulicae theoria” и “Computatio formae atque virium machinae hydraulicae nuper descriptae”, в которых Зегнер впервые описывает названное его именем водяное колесо или турбину и излагает её теорию. Он предлагал применять своё колесо к мельнице и дал соответствующие чертежи и описание; но оно стало больше известно позднее по конструкции англичанина Баркера под названием “мельницы без колеса и шестерни”.
НАТУРФИЛОСОФИЯ (приблизительно от 1780 до 1820 г.). В основу своих воззрений на материю Ньютон положил древнюю атомистику, которую извлекли из забвения Гассенди и Бойль, причём, однако, он оставил в стороне вопрос о том, в какой мере она должна быть видоизменена для соответствия её новым научным воззрениям. Его последователи обращались поэтому с ней вполне произвольно и, по примеру учителя, не приложили никаких усилий для разработки-теории атомов, сомнительной в их глазах по своей гипотетичности и по своему философскому характеру. Впервые Боскович сделал попытку органически привить древним атомам новые притягательные и отталкивательные силы и таким путём систематически слить старое с новым.
Противоположную исходную точку зрения избрал Лесаж1, утверждая, что древняя атомистика может быть согласована с воззрениями Ньютона без введения в неё новых начал и без привлечения сил, принципиально чуждых древнему представлению об атомах. Мало того, в работе, вышедшей в 1784 г.2 под заглавием “Lucrece Newtoinen”, он прямо пытался доказать, что при правильной разработке древняя атомистика сама собой должна привести к ньютоновской физике. “Если бы первые эпикурейцы, — говорит Лесаж, — имели относительно космографии такие же здравые понятия, как некоторые из их современников, которых они не дали себе труда выслушать, и если бы, далее, они обладали хоть небольшой долей тех геометрических знаний, которые в то время составляли уже почти общее достояние, они, по всей вероятности, без особого труда пришли бы к открытию закона всеобщего тяготения и механической причины последнего. Они нашли бы, следовательно, тот закон, открытие и доказательство которого составляют величайшую славу сильнейшего из когда-либо живших гениев, и ту причину, которая долгое время составляла предмет честолюбия знаменитейших физиков, а в настоящее время приводит в отчаяние их преемников”.
“При всём предпочтении, которое заслуживают исследования a posteriori, не следует отвергать и исследований a priori, потому что они в значительной мере могут содействовать успеху первых”. “Я не предлагаю предаваться одним умозрениям только для того, чтобы не быть праздным за недостатком искусства или того рода терпения, которое необходимо для осуществления новых наблюдений и опытов. Напротив, необходимо тщательно ознакомиться со всеми существующими опытами и наблюдениями, относящимися к избранному предмету и всегда иметь их в виду при разработке гипотез. Наконец, следует пользоваться всеми средствами математики для постоянного и тщательного применения первых к последним и для проверки их полного и точного соответствия. Такое соответствие, как лучшая математическая дедукция, способна внушить большинству читателей глубокое доверие к физической теории”.
“Если бы последователи Эпикура были в такой же мере убеждены в шаровидности Земли, в какой они были склонны считать земную поверхность плоской, они (при своём объяснении вселенной) не приняли бы, что движения атомов параллельны между собой (для объяснения вертикального их падения на поверхность Земли). Напротив, они скорее приписали бы им отвесное направление к поверхности шара, и в таком случае все атомы двигались бы по направлению к центру, как если бы повсеместно на Земле падал град”.
Против такого толкования эпикурейцев можно было бы, пожалуй, сделать такое возражение. Согласно этой теории часть атомов, прежде чем достичь Земли, должна была бы упасть на Луну и толкать последнюю по направлению к нам. По этой же самой причине тела, лежащие непосредственно под Луной, подвергались бы соответственно меньшему числу толчков со стороны атомов. В результате этого следовало бы наблюдать приближение Луны к Земле и движение части вод океана по направлению к Луне. Но это именно обстоятельство заставило бы эпикурейцев исследовать, не происходит ли в действительности чего-нибудь похожего на указанные умозаключения их противников, и они ответили бы последним: “удары атомов, правда, не приближают Луны к Земле, но зато (что одно и то же) они препятствуют Луне удалиться от Земли по касательной к её орбите; периодическое же движение океана по направлению к Луне происходит в действительности именно так, как это требуется согласно теории”. Но тогда на основе теоремы о центробежной силе,. аналогичной теореме, доказанной Гюйгенсом, можно было бы заметить далее: если бы скорость Луны должна была уравновесить ту самую тяжесть, которая наблюдается на земной поверхности, так чтобы Луна не могла ни удаляться, ни приближаться к Земле, то эта скорость должна была бы быть в 60 раз больше скорости, наблюдаемой в действительности. Подобный довод эпикурейцы имели бы возможность победоносно опровергнуть: расстояние центра Луны от центра Земли в 60 раз больше расстояния последнего от земной поверхности; следовательно, сферическая поверхность, на которой лежит Луна, в 3600 раз больше земной поверхности; а так как на первую падает не большее число атомов, чем на последнюю, то тяжесть на Луне должна быть в 3600 раз меньше земной; а это именно и есть та тяжесть, которая способна уравновесить действительное движение Луны.
Для объяснения происхождения сложных тел Эпикур был вынужден сообщить демокритовым параллельным движениям атомов небольшой наклон. Эта поправка, как известно, навлекла на него много насмешек и нападок со стороны философов других школ. Однако если бы Эпикур принял направление атомов к одному общему для всех центру, то отсюда само собой получилось бы, что на каждый горизонт приходятся частицы всех возможных направлений. На замечание, что все падающие тела всё-таки направляются отвесно к горизонту, он бы легко возразил: “Именно потому, что атомы падают сверху во всех направлениях, удары их должны слагаться в одну равнодействующую, направленную по отвесу. Правда, атомы, проникающие снизу сквозь толщу Земли, противодействуют первым; но так как Земля удерживает громадное число их в своей толще, то, не взирая на противодействие проникающих снизу на её поверхность атомов, получается в общем итоге перевес влияния сверху вниз”.
Если бы, далее, эпикурейцы приняли учение о движении Земли, они могли бы подвинуться вперёд ещё на один шаг, которым и была бы устранена чуждая их системе единая направленность всех движений к одной неподвижной точке. Действительно, раз Земля находится в движении, она неизбежно каждое мгновение должна подвергаться новому граду атомов в новом месте своего пути. Постоянство действия тяжести приводит, следовательно, к заключению, что через каждую точку пространства атомные потоки проходят во всех возможных направлениях, вследствие чего Земля на всех точках своего пути подвергается совершенно одинаковым влияниям. Наконец, если бы эпикурейцы зашли так далеко, то наиболее вдумчивые из них пошли бы по этому направлению дальше и пришли бы, очевидно, к следующим положениям: 1) Так как всякий атом, проходящий близ центрального тела, нейтрализуется в своём действии другим атомом с противоположным направлением, то влияние на тяжесть оказывают лишь те атомы, которые обращены прямо к поверхности центрального тела; следовательно, тяжесть должна быть обратно пропорциональна квадрату расстояния тяжёлых тел от центрального тела. 2) Так как вызывающие тяжесть атомы направлены не исключительно к центру тела, а ко всем его частям вообще, то они должны толкать встречаемые ими на пути тела не по направлению к небесному телу, как единому целому, а по направлению отдельных частей его. Движение к центру тела представляет собою поэтому не что иное, как результат движения по направлению к отдельным частям его; отсюда тяжесть должна быть пропорциональна числу частей тела, другими словами, она должна быть пропорциональна массе центрального тела. Из этих двух положений можно было бы, наконец, вывести всю теорию всеобщего тяготения, не упоминая более о самих атомах, обусловливающих тяжесть. Положение же о равенстве действия и противодействия вытекает непосредственно из указанного процесса происхождения всеобщей тяжести. Именно, атомы, толкающие одно тело по направлению к другому, производят это действие лишь потому, что они освобождаются другим телом от действия своих антагонистов; антогонисты же эти, в свою очередь, толкают второе тело по направлению к первому. А так как антагонисты при противоположном направлении обладают равной силой, то рассматриваемое положение доказано.
Далее, Лесаж старается ещё точнее определить, до каких пределов эпикурейцы имели возможность дойти в теории всеобщего тяготения, на основании вышеприведённых положений и на основе геометрических познаний своего времени, и каким образом они могли проверить свои выводы наблюдением. После этого он продолжает развивать свою теорию с целью вывести с её помощью законы падения тел. Удары атомов, движущихся быстрее света, сохраняют для нашего ощущения одну и ту же силу, действуют ли они на тело, падающее в течение 3 или 4 сек., или же на тело, падающее в течение 1 или 2 сек., хотя вообще действие их на тело, уже находящееся в движении, всегда несколько ослаблено. Скорость атомов, равная скорости распространения звука, была бы уже достаточна для того, чтобы сделать незаметным различие ускорений. Именно, скорость звука в 34 раза более скорости падающего тела в конце первой секунды или в 17 раз более скорости его падения в конце второй секунды. Стало быть, при скорости же атомов, равной скорости, света, уменьшение ускорения в конце первой секунды уменьшилось бы на 1/34, в конце второй секунды на 2/34, т. е. на величины, не доступные для наших чувств. При скорости атомов, равной скорости света, уменьшение ускорения составляло бы не более 1/900000 части приведённых выше долей. Таким образом ускорения, испытываемые телом вследствие ударов атомов, повторяющиеся через равные промежутки времени, должны оставаться в равные времена одинаковыми, по крайней мере, на сколько мы в состоянии оценить их нашими чувствами. Отсюда следует пропорциональность приобретённых скоростей истёкшим временам, а из последней в конце концов вытекают все законы движения падающих тел3.
Лесаж вполне сознаёт услугу, оказываемую здесь его гипотезой механике. Он прямо указывает на то, что Галилей и все его последователи вывели закон равномерного возрастания скоростей только при помощи закона сложения скоростей и что они могли рассматривать этот закон суммирования только как особую гипотезу, требующую опытного доказательства; у него же, напротив, постоянство ускорения при падении вытекает непосредственно из основного положения, без участия каких-либо иных гипотез. С другой стороны, он делает самому себе возражение, с которым неизбежно встречается всякий физик, желающий объяснить тяжесть чисто механически: если удары атомов составляют причину тяжести, то вес тел должен быть пропорционален их поверхности или, вернее, их горизонтальной проекции; каким же образом вес этот может находиться в прямом отношении к их массе. Не должно ли тело, взвешиваемое внутри дома или под крышей, где множество обусловливающих тяжесть атомов задержано кровлей, оказаться более лёгким, чем при взвешивании его на открытом воздухе? Но на такие вопросы даже эпикуреец сумел бы уверенно ответить, что атомы проходят сквозь тела так же свободно, как, например, свет сквозь алмаз или магнитная материя сквозь золото. Количество атомов, задерживаемых первыми слоями тяжёлого тела, может быть признано совершенно незначащим в сравнении с числом атомов, проникающих через всю его толщу. И, тем не менее, легко понять, что задержанные атомы должны оказывать заметное действие на поверхностные слои тела, так как их чрезвычайная скорость является компенсацией ничтожности их массы.
Осторожные атомисты могли бы остановиться ещё перед другим затруднением, а именно, перед мыслью, что атомы, взаимно ударяясь друг о друга и ослабляя этим силу тяжести, сами должны были бы с течением времени успокоиться и остановиться. Было бы неуместно возразить на это, что сумма движения, если взять её в алгебраическом смысле, остаётся постоянной, так как несостоятельность подобного представления о сохранении движения слишком очевидна: две равные и противоположные силы способны производить известное действие до удара, но после него их дееспособность равна нулю. Из этого затруднения существует один только выход, а именно, пойти на возможно большее увеличение промежутков между атомами, сравнительно с их величиной, и так как здесь для произвола открывается полный простор, то можно представить себе эти расстояния бесконечно большими, сравнительно с размерами атомов, в результате чего вероятность столкновения между обусловливающими тяжесть атомами станет бесконечно малой. При всём том в заключение придётся ещё осветить следующий вопрос: каким образом, при повсеместном существовании атомных потоков, небесные тела могут не испытывать замедления в своих движениях. На это, однако, легко ответить: так как тяжесть обусловливается потоком атомов, свободных от антагонистов, то при прочих равных условиях она пропорциональна квадрату скорости атомов. Замедление же, испытываемое движением небесных тел, измеряется произведением простой скорости атомов на скорость весомого тела 4. Следовательно, тяжесть небесных тел относится к замедлению их движения, как скорость вызывающих тяжесть атомов относится к скорости самих небесных тел. А так как это отношение по предположению бесконечно мало, то и замедление движущихся небесных тел по отношению к их тяжести должно быть бесконечно малым и потому вообще незаметным.
Этим, по Лесажу, исчерпывается вся сумма возражений, которые с известным правом могли бы быть сделаны против его системы. Последняя кажется ему настолько естественной и понятной, что он даже пытается выяснить причины, которые могли помешать физикам придти к ней раньше него. Таких причин он находит четыре: 1) неумение некоторых физиков подвергнуть математическому анализу хаос разнообразных атомных движений; 2) предрассудки других физиков, будто невозможно открыть причину тяжести; 3) опасение повредить себе и лишиться материальных выгод предложением новой системы; 4) недостаточное понимание плодотворности новой теории.
Указанным путём Лесаж с большой смелостью и неоспоримой талантливостью выработал новую систему, которая не только объясняет причину тяжести, но и поразительно наглядно разрешает многие трудные проблемы динамики. Он показал, каким образом видимое притяжение материи — свойство в сущности никому непонятное — может быть объяснено ударами особой материи, порождающей тяжесть. Исходя из своей гипотезы, он вывел оба главные закона всеобщего тяготения и доказал, что тяготение должно быть присуще всем земным телам. Далее, и закон сложения скоростей, играющий у Галилея ещё сомнительную роль и выступающий у Ньютона просто в качестве аксиомы, выведен Лесажем вполне точно и наглядно из начал, положенных в основу его системы5. Сверх того, Лесаж всегда оставался вполне самостоятельным. Высказанное им мнение, будто эпикурейцы только по непростительной небрежности не предвосхитили его открытия, вероятно, он и сам не считал серьёзным; скорее всего он это сделал с целью отнять у своего труда ненавистный тому времени оттенок новшества.
С другой стороны, однако, нельзя упускать из виду, что попытка Лесажа объяснить строение материи представляет собою именно не более, как попытку. Главная задача его — объяснение тяжести веялкой материи — выполнена всего удачнее, хотя и здесь остаются некоторые сомнительные остатки гипотетического характера. Основная гипотеза атомных потоков, проходящих по всевозможным направлениям, через каждую точку пространства, это — смелое предположение, которого нельзя допустить без глубокого убеждения в плодотворности этой гипотезы. Но другое положение, будто живая сила может теряться при редких, правда, столкновениях атомов, для физика просто неприемлема. Эту дилемму можно бы обойти, предположив, что атомы, обусловливающие тяжесть, являются бесконечно упругими; но это значило бы предпослать теории атомов теорию упругости, между тем как первая должна служить основанием для объяснения второй. Другое возможное предположение состояло бы в том, что спорная потеря живой силы является только кажущейся, а в действительности указывает на превращение массового движения атомов во внутреннее движение отдельных частей. Но при таком толковании пришлось бы атомы рассматривать как комплексы атомов второго порядка, а материю вообще как нечто сложное, составленное из сложного же и т. д. до бесконечности 6.
Впрочем, с этими трудностями, присущими всякой атомной теории и, быть может, зависящими в конечном счёте от свойства нашей познавательной способности, можно было бы ещё примириться, если бы попытка Лесажа не осталась незавершённой и в других направлениях. Лесаж вывел явления тяготения из своей гипотезы атомов, вызывающих тяжесть, но дальше он в: своей дедукции не пошёл. Возбуждавшие как раз в то время всеобщее внимание открытия удельной теплоёмкости, теплоты плавления и т. д., действия электричества и магнетизма, возможность существования различных химических элементов, их соединения и разложения оставались ещё совершенно без всякого объяснения. Можно ли было бы эти явления вообще объяснить на основе его системы, и каким именно образом об этом Лесаж определённо не высказался; во всяком случае объяснение упомянутых явлений представлялось труднее построения основ самой системы. В последнем обстоятельстве и следует, вероятно, искать главную причину той холодности, с какой была принята система Лесажа.
Закон всеобщего тяготения был подтверждён тысячами наблюдений, и приложение его оказалось настолько надёжным и плодотворным, что теоретическое обоснование его не возбуждало заметною интереса; тем более, что всякого рода умозрения, переступавшие за пределы фактов и их закономерности, представлялись опасными в научном отношении или же морально-вредными. Учёные не сознавали ещё пользы применения лесажевых теорий к другим отделам физики и ничего от них не ждали. Вот почему, охотно признав в Лесаже талантливого философа, на него в дальнейшем перестали обращать внимание, время от времени его ещё цитировали, но системы его не касались. Фишер в своей “Истории физики”7 приводит несколько положений из системы Лесажа и затем ограничивается следующим замечанием: “Если согласиться с его посылками, то за механико-атомистической физикой следует признать бесспорное преимущество, так как она делает наглядным всё то, чего динамическая физика никогда не способна сделать доступным для наших чувств. Этим объясняется, почему механическая физика столько времени пользовалась почётом и до сих пор не перестаёт иметь почитателей”. Мунке в “Cehler's physik. Wörterbuch”8 замечает: “Наибольший интерес в новейшее время возбудила система Лесажа, согласно которой материя состоит из атомов, приводимых в движение своеобразно соединённой с ними силой, особым эфирным веществом. Если принять эту гипотезу (которая едва ли имела другого приверженца, кроме Прево) во всей строгости, то все силы, по крайней мере, все первичные или основные силы, должны быть изгнаны из природы. Мне, однако, представляется излишним вдаваться в дальнейший разбор воззрений Лесажа и их применений к явлениям природы, сделанных им самим и его последователем Прево”. Правда, в новейшее время, когда стали относиться с большим интересом к идее о такой причине тяготения, которая связывала бы последнее с другими силами природы, имя Лесажа опять стало часто упоминаться. Но и теперь большею частью ограничиваются только тем, что упоминают его имя или приводят цитату из его работы, не дочитывая последней до конца и не давая себе труда проверить её с должною основательностью.
В своей работе Лесаж по началу ставил себе узко ограниченную цель. Он хотел согласовать атомистику с ньютоновскими законами, вывести из древней атомистической теории все явления всеобщего тяготения; руководясь этой точкой зрения, он лишь бегло коснулся вопроса о строении материи.
Электростатические измерения
снова с полной достоверностью установили, частью непосредственно, частью путём проверки математических выводов, что электростатические и магнитные силы полностью и без изъятия подчиняются кулоновскому закону действия пропорционально массам и обратно пропорционально квадратам расстояний. Поэтому многие физики были склонны предполагать, что этот вид действия должен рассматриваться как основное свойство всех сил природы, и отсюда далее заключили, что по аналогии с явлениями тяготения и все прочие естественные явления следует объяснять непосредственным действием на расстоянии. Однако с таким строгим единством природы, при котором даже было трудно предусмотреть возможность разнородных действий сил природы, электродинамические явления были совершенно несовместимы. Ньютоновское воззрение не знало для сил никакой иной зависимости, как только от массы и расстояния тела; закон сложения скоростей, сообщаемых телу ускоряющей силой, и вообще закон сложения сил в том виде, как его точно сформулировал Ньютон, прямо отрицал зависимость действия сил от движения действующих тел, и ни один астроном никогда не вводил в свои исчисления зависимости тяготения от космических скоростей тяготеющих тел. Наоборот, электродинамические силы обязательно предполагали движение действующих масс и вполне явно зависели от этого движения, а именно, поскольку при покое электричества они вообще не возникали и по самому своему понятию требовали движения.Ампера вопрос об этом противоречии не интересовал. Он установил понятие силы, или интенсивности, тока в качестве основного понятия, а от вывода этой силы из сил электрических жидкостей он совершенно воздержался. Приняв для электродинамического взаимодействия двух элементов тока прямую пропорциональность произведению их интенсивностей и обратную пропорциональность некоторой степени их расстояния, он с внешней стороны как будто ещё сохранил общую форму ньютоновского закона притяжения; но его формула не могла быть выведена из основных свойств электричества, а только из данных опыта; её чисто эмпирический характер выражался и в том, что она допускала применение только в своей специальной области, а именно, к случаю взаимодействия двух электрических токов. Амперовская формула не соответствовала какому-либо общему воззрению на сущность нового случая действия сил, она была лишь выражением чисто эмпирического факта. Это особенно подчеркнул В. Вебер при выводе им нового основного электрического закона, отметивший для обоснования своей мысли, что формула Ампера отнюдь не выявила себя в качестве истинного закона природы, каким, например, является закон тяготения; что она не оказалась плодотворным орудием при открытии новых явлений, а также при изучении родственных явлений, и что все последующие успехи, например открытие индукции и её законов, были достигнуты независимо от теории Ампера 1. Вебер считает необходимым оба закона действия, приводившиеся до сих пор отдельно для электростатических и электродинамических действий, т. е. законы Кулона и Ампера, слить в единый закон, который охватил бы все электрические явления. Для этого прежде всего необходимо, чтобы понятие об интенсивности тока было сведено к основным представлениям о взаимодействии электрических масс2.
Динамическое действие тока может зависеть только от массы электричества, действующей в данной точке в течение известного времени; или интенсивность тока должна быть пропорциональна количеству электричества, протекающего в единицу времени через каждое поперечное сечение провода. Следовательно, если через е обозначить массу положительного электричества, заключённого в единице длины провода, а через
u — его скорость, то интенсивность i положительного тока должна быть пропорциональна произведению еu, или должно иметь место равенство i=аеи, если а обозначает постоянное отношение между массой и её дееспособностью. От такого определения интенсивности тока есть лишь два пути к основному электродинамическому закону: либо можно показать, каким образом из элементарных действий слагаются фактически наблюдаемые действия, либо можно формулу Ампера, выражающую общий результат действий, разложить на составные части, соответствующие элементарным действиям. Вебер использовал оба эти пути.Если в формулу Ампера3 для интенсивности тока вставить выражения Вебера, то получается:
или же
если, по Амперу, подставить
dr/ds, вместо cosθ, -dr/ds', вместо cosθ1,
и
, вместо cosε.
Если, далее, принять, — а согласно дуалистической теории электричества это представляется необходимым, — что через каждый элемент проводника одновременно протекают в противоположных направлениях два одинаковых количества положительного и отрицательного электричества, то взаимодействие двух элементов тока сложится из четырёх элементарных действий, двух притяжении и двух отталкивании; тогда приведённое выше выражение соответствует величине взаимного отталкивания двух положительных электричеств в обоих элементах тока. Для трёх остальных действий мы можем вывести совершенно аналогичные формулы. Во всех
этих формулах величины dr/ds, dr/ds' и т. д. могут быть исключены и заменены скоростями. В самом деле, если принять во внимание, что расстояния r зависят от положения элементов в цепи тока, т. е. от s, а следовательно, и от времени t, то путём двукратного дифференцирования можно получить:и
или, если подставить и вместо
ds/dt и и' вместо ds'/dt и возвести первую формулу в квадрат, тои
Подставив эти значения в приведённую выше формулу электродинамического действия двух положительных элементов, составив соответствующие выражения для остальных трёх действий и сложив эти
четыре выражения, мы получим для совокупного действия обоих элементовпричём следует лишь принять во внимание, что все
dr/ds и d2r/ds2, где ds суть элементы провода, должны быть равны между собою и что формула Ампера, выражающая совокупное действие, здесь применена и просуммирована четыре раза. С другой стороны, последняя формула может быть разложена на четыре части, которые все имеют следующий вид:и которые с переменой знаков е и е' переходят одна в другую. Каждая из них в отдельности обозначает элементарное действие четырёх электричеств, протекающих по элементам тока, а приведённая выше формула представляет собою общий закон взаимодействия движущихся количеств электричества. Так как в это выражение уже не входят интенсивности токов, а только количества электричества, и так как оно представляет отдельно действия различных электричеств, то к нему легко присоединить выражение для статического действия электричеств. Тогда взаимное действие двух электрических масс еds и
e'ds', независимо от того, находится ли электричество в покое или в движении, выразится самым общим образом в следующем виде:или, если через
v обозначить относительную скорость обеих электрических масс, отнесённую к соединяющей их линии:Таким образом формула Ампера привела Вебера к тому выводу, что взаимное действие электрических масс зависит не только от электрической материи как таковой, но также от состояния её движения, от её скорости и ускорения.
К такому же результату должны были привести, независимо от теории Ампера, и основные электродинамические опыты. Если представить себе два элемента положительного электричества е и е' протекающими по двум проводам, то их электростатическое отталкивание ее'/r2 должно под влиянием движения измениться, ибо в противном случае электродинамическое действие было бы вообще невозможно. Но тогда, во-первых, спрашивается, должно ли движение увеличивать или уменьшать силу. Рассмотрим два элемента, расположенных на одной прямой и движущиеся в одном и том же направлении. Здесь имеют место два отталкивания двух положительных или двух отрицательных электричеств и два притяжения разноимённых электричеств. Но так как в рассматриваемом случае результирующей силой является отталкивание, и, следовательно, отталкивания элементов с меньшею относительною скоростью имеют перевес над притяжениями элементов с большею относительною скоростью, то скорость должна производить ослабление электростатических сил, ибо увеличения сил под влиянием скорости мы допустить не можем. Но отталкивание остаётся совершенно тем же, когда направление токов заменяется противоположным; следовательно, ослабление силы может зависеть не от нечётной, а лишь от чётной степени скорости. Если сделать наиболее простое предположение, что ослабление силы пропорционально квадрату скорости, за что говорит и закон действия сил любых движущихся масс, то взаимное действие двух частиц тока можно будет выразить через ее'dsds'(1–av
2)/r2, где a обозначает неопределённую пока ещё постоянную, a v — относительную скорость обеих частиц. Однако это выражение ещё недостаточно для электрических действий. Представим себе два параллельных и одинаково направленных пути тока S и S' (см. черт. 1) и пусть интенсивность тока, а следовательно, и скорость в S будет больше, чем в S'.Представим себе, далее, два элемента тока
ds и ds', которые расположены прямо друг против друга; тогда здесь относительная скорость электричеств будет как раз равна нулю, до этого места она уменьшалась до нуля, а за ним она будет возрастать. Однако, так как и в этой точке, где относительная скорость равна нулю, электродинамическое действие всё-таки существует, а именно, здесь имеет место притяжение, то, значит, всё взаимодействие должно вообще зависеть не только от относительной скорости, но также от ускорения, причём влияние последнего должно быть противоположно влиянию скорости. Следовательно, к полученному нами выражению для электрической силы следует ещё прибавить новый член, пропорциональный ускорению. В силу этого, если через b обозначить ещё вторую неопределённую постоянную, взаимодействие двух движущихся масс электричества будет равноЕсли затем сложить соответствующие действия четырёх количеств электричества в обоих токах и сравнить эту сумму с формулой Ампера, то для действия двух движущихся количеств электричества снова получаем прежнее выражение
Постоянной а можно теперь придать более наглядный вид. Для этого представим себе, что токи имеют столь большую постоянную относительную скорость с, что электрическое взаимодействие их равно нулю; в таком случае должно быть:
1—а2с2/16=0, или а=4/с;
отсюда для взаимного действия масс электричества получается следующее выражение:
Электрический закон силы Вебера был революционным актом первостепенной важности,
чреватым великими последствиями. Со времени Ньютона все действия сил в последнем счёте сводили к основным свойствам материи, которые в своих действиях были совершенно независимы от состояния движения. По Веберу же эти основные действия видоизменяются под влиянием движения, и не только скорость, но даже ускорение вызывает новые силы, независимые от свойств покоящейся материи. Таким образом единое ньютоновское воззрение на силу, считавшееся прочно установленным для всей области физики, было снова поставлено под знак вопроса благодаря старому революционному элементу — электричеству, вследствие чего стал несомненным возврат к прежнему воззрению на движение как на действительное начало, порождающее силы. Однако у физиков того времени было ещё мало склонности заниматься столь принципиальными вопросами в этой области, поэтому против новых воззрений на действие электрических сил в то время не было высказано особых возражений 4. С другой стороны, Веберу необходимо было разобраться в исследованиях других физиков, которые разрабатывали гальваническую индукцию с совершенно иной точки зрения, но в то же время пришли к выводам, вполне согласным с наблюдением.Уже в 1845 г
., т. е., таким образом, раньше упомянутых работ Вебера, появились два аналогичных исследования Г. Грассмана и Фр. Неймана, которые дали теорию гальванической индукции, не прибегая при этом к каким-либо новым предположениям о характере действия электрических сил.Грассман
5 признал электродинамический закон Ампера безусловно правильным по отношению к замкнутым токам, но считал применение его к частям или элементам тока невозможным; ибо, во-первых, этот закон предполагает, что направление взаимодействия между двумя бесконечно малыми частицами тока совпадает с прямой, соединяющей последние, и, во-вторых, из формулы для параллельных элементов тока получается уничтожение электродинамического действия во всех тех случаях, когда косинус угла между элементами и прямой, соединяющей их центры, равен √¯(2/3). Поэтому при выводе нового электродинамического основного закона он исходил из действия углов тока на элемент, лежащий, хотя бы своим началом, в плоскости угла. Поскольку угловой ток можно считать замкнутым на бесконечно большом расстоянии (см. черт. 2,), к нему применим закон Ампера. Если, далее, вместе с последним принять, что действие углового тока на элемент тока пропорционально проекции последнего на плоскость тока, то из формулы Ампера получается для этого действия следующее выражение:где
i обозначает интенсивность углового тока, b1 — проекцию интенсивности элемента тока, r — расстояние вершины угла от начальной точки элемента тока, a и a' — углы, образуемые этой линией со сторонами угла. Но в этом выражении каждая часть в отдельности, очевидно, представляет действие каждой стороны угла на элемент тока; поэтому действие луча, идущего из какой-либо точки в бесконечность, на элемент тока должно быть равноНаконец, если притягивающий элемент тока рассматривать как соединение двух бесконечно простирающихся лучей, обладающих направлением и интенсивностью этого элемента, причём по одному из них (положительному) ток протекает в том же направлении, что и по элементу, а по другому в противоположном, причём, далее, начальная точка элемента служит для одного началом, а для другого
концом (см. черт. 3), то для выражения действия элемента тока а на другой элемент b, удаленный от него на расстояние r, легко получаетсяW=а
b1sin(α)/r,где
b1 обозначает нормальную проекцию b на плоскость, проведённую а через и r, а α представляет угол между а и лучом, проведённым к b. При этом движение происходит нормально к b (или b1) в плоскости, проходящей через а и r, в ту сторону, в которой видна сторона в угла α, если на неё смотреть с другой стороны этого угла 6. Таков основной электродинамический закон Грассмана, имеющий за собой, во всяком случае преимущество простоты7. Но против правильности его было выдвинуто возражение8, что этот закон не удовлетворяет началу равенства действия и противодействия, так как он представляет лишь действие на элемент тока того элемента, который соответствует концу тока, но не даёт обратного действия. К этому следует во всяком случае прибавить, что и Грассман сводит электродинамическое действие только к элементам тока, но не к силам электрических масс.Нейман9 при рассмотрении электродинамических действий исходил из явлений гальванической индукции, но при этом тоже пришёл к выводу взаимодействия электрических элементов. В основу своих выводов он положил следующие пять опытных положений: 1) индукционные токи возникают во всех тех случаях, когда возможное действие индуцирующего тока на проводник претерпевает изменение; 2) индуцированная электродвижущая сила не зависит от .природы проводника; 3) при прочих равных условиях электродвижущая сила пропорциональна скорости перемещения элементов; 4) составляющая по направлению движения электродинамического действия, которое индуцирующий ток производит на индуцированный, всегда отрицательна; 5) при прочих равных условиях интенсивность индуцированного тока пропорциональна интенсивности индуцирующего. Из этих положений он вывел математически, без дальнейших допущений, выражения для индуцированной силы тока и для индуцированной движущей силы. В самом деле, если представить себе проводник движущимся таким образом, что все его элементы имеют одинаковую скорость v, и если обозначить через Сds составляющую по направлению движения электродинамического действия гальванического тока на элемент ds, по которому протекает единица тока, то из вышеприведённых опытных положений для величины электродвижущей силы, индуцированной током в элементе проводника, получается формула Eds=-εvCds, где ε обозначает некоторый постоянный коэффициент. Это основная формула теории Неймана. Из неё для всей индуцированной в проводнике электродвижущей силы получается выражение E=-εΣCvds, где суммирование Σ должно быть распространено на все элементы ds проводника. Произведение силы тока на элемент времени Нейман называет дифференциальным током D, а принимая во внимание, что D =Еdt/w (где w обозначает сопротивление), он из предыдущего получает:
Отсюда для всего действия индуцированного тока за промежуток времени от
t0 до t1, или для интегрального тока, получается формула:Вставив затем в это выражение вместо С величину, исчисленную на основе закона Ампера, Нейман получает для
J выражение, которое имеет силу для всех случаев индукции и из которого могут быть выведены частные значения для отдельных случаев, конечно, после довольно длинных и сложных математических выкладок. Прежде всего он рассматривает случай, когда индукция вызывается только движением проводника, и, следовательно, индуцирующий ток остаётся в покое; противоположный случай, когда проводник остаётся в покое, а цепь тока движется, равно как случаи, когда оба они движутся, он сводит к первому случаю. Последний же случай, когда индукция происходит вследствие изменения интенсивности индуцирующего тока, оказывается труднее и требует уже допущения, что действие остаётся одинаковым, возбуждается ли индуцирующий ток внезапно в цепи, или же он внезапно переносится из далёкого расстояния в его последнее положение, или, выражаясь общее, — допущения, что изменение интенсивности индуцирующего тока производит совершенно такое же действие, как если бы изменялось его расстояние от проводника. Но тогда можно ещё общее доказать, что все изменения тока, вызывающие в проводнике индукцию, имеют равнозначную причину и определённую меру в изменение величины потенциала индуцирующего тока по отношению к проводнику в начале и конце индукции. Затем, во второй из приведённых выше работ Нейман формулирует свой общий закон потенциала в следующих ясных выражениях: “Если замкнутый и неразветвлённый проводник АI переходит путём какого-либо изменения своих элементов, но с сохранением проводящих связей, в другой проводник АII иной формы и положения, и если это изменение из АI в АII происходит под влиянием электрической системы тока BI, которая одновременно в силу произвольного смещения своих элементов изменяет своё положение, форму и интенсивность и переходит из BI в BII, то сумма электродвижущих сил, вызванных этими изменениями в проводнике, равна произведению постоянной индукции ε на разность потенциалов тока ВII по отношению к АII и тока BI по отношению к АI — в предположении, что через АI и АII протекает единица тока”.С этими-то выводами Неймана Вебер и должен был прежде всего согласовать свой общий закон элементарных электрических действий. Если последний был верен, то из него не только должны были вытекать все явления индукции, но следовало также доказать, что он находится в согласии с законами индукции других физиков, или же доказать, что последние неверны. Такой вывод законов индукции Вебер дал уже в первой своей работе и это обстоятельство во всяком случае являлось сильным доводом в пользу правильности самого закона. К сожалению, при сравнении этих результатов с неймановскими, выяснилось, что формулы обоих авторов, совпадая вполне для замкнутых токов, дают противоречивые результаты для действия индуцирующего тока на незамкнутый проводник. Вебер объяснил это противоречие тем обстоятельством, что Нейман обосновал свой закон на опытном положении Ленца (четвёртое из вышеприведенных положений), выведенном из наблюдений над замкнутыми токами и неприменимом к незамкнутым токам.
Тогда и Нейман во второй из указанных выше работ провёл это сравнение и подобно Веберу нашёл, что для замкнутых токов их формулы действительно дают согласные результаты, а для индуцирующего тока со скользящими местами 10
— противоположные, т. е. противоположно направленные индуцированные токи, и что в данном случае только его формула подтверждается на опыте. Однако Нейман не сделал отсюда вывода о совершенной неправильности закона Вебера, а счёл вероятным лишь неправильное применение его к данному случаю11. И действительно, вскоре после этого Вебер 12 показал, что и при существовании в проводнике скользящих мест из его закона можно получить величины, согласные с формулой Неймана, если принять в расчёт не только электродвижущие силы, (вызываемые подвижной частью тока и элементами, вновь возникающими в точке скольжения, но также электродвижущие силы, возникающие вследствие изменения скорости движения электричества в местах скольжения. После этого Нейман охотно признал, что “Веберу действительно удалось счастливо разрешить данное затруднение”, и вообще высказался очень благоприятно о законе Вебера. “Успех, — заявил он, — оказался блестящим. С одной стороны, из этого закона очень просто вытекает закон Ампера для действия двух элементов тока, с другой, — и установленный нами общий закон индукции” 13. После этого закон Вебера был большинством физиков признан, а в учебниках физики он стал применяться исключительно или преимущественно для математического вывода закона индукции. Лишь в последующий период, в течение 60-х и особенно 70-х годов, против основных предпосылок этого закона, а следовательно, и против его состоятельности вообще были высказаны многочисленные и сильные возражения; но о последних мы будем говорить позднее.Для количественного определения электродинамических действий и для проверки электродинамических законов до сих пор пользовались только проволочными прямоугольниками Ампера, представлявшими собою довольно неточные приборы. Вебер ввёл усовершенствование и в эту часть измерительной техники, превратив бифилярный магнетометр в электродинамометр, допускавший достаточно тонкие и в то же время надёжные измерения 14
. Существенную часть этого прибора составляли две цилиндрические катушки с навитыми на них проволоками, из которых одна, неподвижная, была настолько велика, что другая могла в ней помещаться и свободно вращаться. Последняя подвешивалась бифилярно на двух, серебряных нитях, придававших ей определённый момент вращения и одновременно служивших для подведения” тока. Наблюдение отклонений производилось очень точно при помощи зеркальца, прикреплённого к подвижной катушке. Начальное положение избиралось таким образом, чтобы плоскости обмоток обеих катушек были взаимно перпендикулярны. При помощи этого прибора Вебер получил возможность не только вновь подтвердить закон Ампера, который служил ещё основой и для его собственного закона, но мог также совершенно точно проверить все последующие законы индукции.Столь же важным и плодотворным как для науки, так и для техники оказалось введение в учение об электричестве системы абсолютных мер. Техник впервые приобрёл возможность сравнить полученные им электрические силы с примененными для этого механическими силами и правильно оценить первые. С другой стороны, в области науки возможность приведения всех явлений природы к трём механическим единицам — пространства, времени и массы — представляла собою новое доказательство в пользу внутреннего единства и механической природы всех естественных сил. Конечно, как раз для электрических сил такое приведение было нелёгкой задачей. Понятие электрической массы, без которого нельзя было обойтись в учении об электричестве, никоим образом не укладывалось в круг механических представлений; оно могло быть сведено к абсолютной мере лишь косвенно, через посредство выраженной уже в абсолютной мере единицы силы, и тем самым по существу дела оно было исключено из математических выкладок.
В качестве единицы массы для магнетизма, а следовательно, и для статического электричества, уже Гаусс предложил избрать такую массу, которая, действуя на равную ей массу на расстоянии, равном единице, даёт единицу силы. Но для интенсивности тока такое определение было недостаточно, так как здесь появляется новый действующий фактор — скорость. Однако, поскольку в системе абсолютных мер единица скорости определяется как производная величина, то и сила гальванического тока могла быть легко сведена к абсолютным единицам. Таким образом в качестве единицы силы тока следовало принять силу такого тока, “который возникает, когда через каждое поперечное сечение цепи в единицу времени проходит единица свободного положительного электричества в одном направлении и столько же отрицательного в противоположном” 15
. Эту единицу тока В. Вебер назвал механической, определённо напомнив, что абсолютные единицы мер сводят в идее все силы к механическим (т. е. к движущим) силам. К этому он, однако, тотчас же добавил, что измерение силы тока в этой мере не может быть произведено непосредственно, так как нам неизвестны ни количество нейтральной электрической жидкости, содержащейся в кубической единице проводника, ни скорость перемещения электричества в обоих токах. Сила тока не может быть измерена прямо при помощи количеств электричества, а только по действиям их сил, и из этих действий вытекают три относительные системы мер для силы тока. Соответственно химическому действию электролитической единицей силы тока называют такую, которая в единицу времени разлагает единицу массы воды на её составные части. Соответственно магнитному действию магнитной единицей силы тока называют силу такого тока, который, обтекая плоскость размером в единицу площади, действует на расстоянии совершенно так же, как магнит, обладающий единицей магнетизма, помещённый посредине той же плоскости, причём магнитная ось его направлена перпендикулярно к последней (т. е. сила тока, отклоняющего стрелку тангенс-буссоли с простым кольцом радиуса R на угол φ=arctg(2π/TR) где Т обозначает горизонтальную составляющую земного магнетизма). Наконец, соответственно электродинамическому действию электродинамической единицей силы тока называют силу такого тока, который протекает по двум параллельным элементам тока, перпендикулярным к соединяющей их линии, когда эти элементы, будучи расположены друг от друга на расстоянии, равном единице, производят друг на друга действие, относящееся к единице силы, как произведение dsds' относится к единице поверхности.Все эти единицы были указаны Вебером уже в его двух первых работах об электродинамических измерениях; там же были выведены и взаимные отношения этих единиц 16
. При этом оказалось, что магнитная единица в √2 раз больше электродинамической и в 106⅔ раза меньше электролитической. Затем в работе 1856 г.17 он переходит к установлению отношения этих единиц к механической единице силы тока с тем, чтобы, таким образом, окончательно свести силу тока к абсолютной мере. Для такого непосредственного сравнения с механической единицей Вебер избрал магнитную единицу тока. Задача сводилась, значит, к следующему. Если дан постоянный ток, отклоняющий стрелку тангенс-буссоли с простым мультипликационным кругом на угол φ=arctg(2π/TR), то следует определить отношение количества электричества, протекающего при таком токе в одну секунду через сечение проводника, к количеству электричества на каждом из двух одинаково заряженных (бесконечно) малых шаров, которые, находясь друг от друга на расстоянии 1 мм, отталкиваются с силой, равной единице. Но величина первого отталкивания стрелки мультипликатора, по которому в землю отводится некоторое количество свободного электричества из изолированного проводника, зависит только от количества электричества и не зависит от продолжительности разряда; то же самое можно допустить относительно отклонения под влиянием постоянного тока очень малой продолжительности. Далее, следует иметь в виду, что при равенстве отклонений от разряда и от постоянного тока количество электричества одного рода, протекающее через поперечное сечение проводника в последнем случае, представляет лишь половину того количества, которое протекает при разряде, так как в токе одно и то же действие производится двумя противоположными электричествами. Поэтому, если на одной и той же тангенс-буссоли получается одно и то же отклонение от разряда измеренного количества статического электричества E и от тока силы (магнитной), равной единице, действовавшего в течение короткого промежутка τ, то в последнем случае через сечение проводника в течение этого промежутка протекало количество электричества E/2, а в единицу времени E/2τ. Таким образом последнее число даёт то количество механических единиц силы тока, которое равно магнитной единице силы. Из целого ряда тщательных опытов, давших в силу самой природы вещей значительно расходящиеся результаты, Вебер и Кольрауш получили для этой величины следующие числа:
Номер ряда опытов |
Е /2τ |
Номер ряда опытов |
Е /2τ |
1 |
151 000·106 |
4 |
149800·106 |
2 |
161 300·106 |
5 |
156250·106 |
3 |
158 500·106 |
|
|
Итак, механическая единица относится к магнитной, в среднем, как 1: 155370·1
06, а в силу сказанного выше:к электродинамической, как 1: 109 860·10
6и к электролитической, как 1: 16 573·10
6.Этим выводом Вебер воспользовался прежде всего для того, чтобы определить постоянную с в своём основном электродинамическом законе
В своей второй работе об электродинамических измерениях Вебер доказал, что эта постоянная относится к 4, как электродинамическая единица меры к механической; поэтому из только что определённого отношения между последними он получил для с величину 439440·10
6 мм или 59320 миль. Из формулы легко усмотреть, что это число представляет постоянную относительную скорость, при которой электрические массы совершенно перестают действовать друг на друга. Поэтому Вебер особо отмечает, что при этой величине, постоянной с, электродинамическая частьвзаимодействия двух электрических частиц всегда должна исчезать по сравнению с электростатической частью
ее'/rr, если, как это имеет место в гальваническом токе, электростатические силы не уничтожаются в результате нейтрализации положительного и отрицательного электричества.Согласно его "Ausdehnungslehre" (Leipzig 1844, 2 изд., 1878) можно в качестве произведения двух точек, действующих с силами определённой интенсивности рассматривать расстояние этих точек, помноженное на произведение этих интенсивностей, точно так же в качестве произведения двух отрезков можно рассматривать параллелограмм, образованный этими отрезками (с сохранением их направления); тогда действие тяготения, равно как и электродинамическое действие, представляется формулой
ab/r3. Гельмгольц, "Pogg. Ann.", CLVIII, стр. 92; "Wissenschaftl. Abh.", I, стр. 779. "Abhandl. d. Berl. Akad. d. Wiss.", стр. 1, 1845 (доложено 27 октября 1845 г.) и стр. 1, 1847 (доложено 9 августа 1847 г.). Также: "Vorlesungen über elektr. Ströme" von Franz Neumann, herausgeg. von van der Mühll, стр. 267–295” Leipzig 1884. Скользящие места образуются при перемещении подвижной части проводника по неподвижной (см. черт. 4), вызывающем увеличение цепи тока, однако без перерыва последнего. Это увеличение может происходить за счёт увеличения одной только неподвижной части проводника или же за счёт обеих частей. "Vorlesungen fiber elektr. Strome", стр. 305, Leipzig 1884. "Abhandl. d. K. Sächs. Gesell. d. Wissensch.", I, Leipzig 1852. "Vorles. über elektr. Ströme", стр. 305 и 296. "Abhandl. bei Begrundung der K. Sächs. Gesellschaft", стр. 211, 1846. "Pogg. Ann.", XCIX, стр. 11, 1855. "Abhandl. Bei Begründung der K.S. Gesellschaft der Wissensch.", 1846; "Abhandl., der К. S. Gesellschaft d. Wiss.", 1852. "Elektrodynamische Maassbestinitnungen, insbesondere Zurückführung auf mechanisches Maass" von W. Weber und R. Kohlrausch, "Abhandl. der K. S. Gesellschaft", V, стр. 219, 1857; см. также в извлечении в "Pogg. Ann.", XCIX, стр. 10.Возникновение и развитие кинетической теории газов носят на себе своеобразный отпечаток. По существу выйдя совершенно из границ господствовавшей ещё ньютоновской физики, эта теория по внешности полностью сохранила облик последней; и хотя она объясняла все явления только на основе движения, однако наряду с этим она оставляла нетронутыми (в особенности вне своей области) и старые первичные силы напряжения. Таким образом, с одной стороны, весь этот переворот терял как будто свой революционный характер и этим облегчалось его всеобщее признание, но, с другой стороны, — ослаблялось то влияние, которое новое воззрение могло бы оказать на остальные отрасли физики, и совершенно оставлялось на произвол судьбы единство взгляда как на материю, так и на силу.
Такое преобразование в узком кругу, такое созревание новшества в пределах специальной области является типичным для всей новейшей физики. Этим, несомненно, достигается та большая выгода, что всякая возможная неудача распространяется только на небольшие части науки, не потрясая целого, и что принципиальное новшество, прежде чем оно получит право предъявить притязания на всеобщее признание, проводится сначала в легко обозримой области. Однако в этом кроется по меньшей мере и та невыгода, что различные отрасли физики разрабатываются на разные лады, в результате чего может получиться разрыв научной связи между отдельными областями науки: приступающий к изучению науки получает в одной её области указания на такие пути и создаёт себе такие представления, которые в другой области для него закрыты и совершенно воспрещены. Это новейшее направление, конечно, полезно в том отношении, что оно отнимает почву у споров и обеспечивает мир, но, с другой стороны, — оно вредно в том отношении, что не только отрывает друг от друга научные дисциплины, но и вносит такое отчуждение в среду научных работников, что зачастую устраняется возможность взаимного понимания между отдельными группами физиков.
Конечно, эта характеристика относится не ко всем новейшим физикам. После того как был установлен закон сохранения силы и механическая теория тепла стала развиваться на новых основаниях, некоторыми физиками были приложены очень серьёзные усилия к тому, чтобы переработать весь научный кругозор соответственно новым идеям. Это преобразование имело своей конечной целью устранение всех элементарных первичных сил материи, или, вернее, сведение последних к первоначальным внутренним движениям материи. Но так как провести подобное устранение или сведение в полной строгости для всей физики в настоящее время оказалось ещё невозможным, то этой цели пытались достичь окольным путём. Старались охватить все наглядные, доступные нашим чувствам движения и распределить их по управляющим ими законам, оставляя в стороне элементарные или конечные причины этих движений, всё равно, будь то первичные силы или первичные движения. Это был старый чисто ньютоновский приём, и к нему прибегли раньше всех англичане, эти истинные наследники своего великого соотечественника.
Закон сохранения силы относится не к воображаемым элементарным качествам материи, которые в старом духе рассматривают как силы, определяющие материю, а лишь к количественно определённой работоспособности, которую в состоянии проявить какое-либо тело в силу своего положения и окружающих его условий. Для этой вполне определенной работоспособности Т. Юнг
* уже в 1807 г. предложил название энергии, не обратившее, однако, на себя тогда внимания. Теперь представлялось как раз своевременным воспользоваться предложенным Юнгом названием, оставив двусмысленное понятие силы исключительно для обозначения элементарных свойств материи, и переименовать закон сохранения силы в закон сохранений энергии. Однако применение термина “энергия” потребовало некоторого обобщения самого понятия о ней; Юнг применил это слово только в механическом смысле и под энергиею подразумевал работоспособность движущихся масс, которая легко измеряется произведением массы на квадрат скорости. Теперь же необходимо было истолковать это понятие также с общефизической точки зрения и применить его также и к телам, находящимся в покое, работоспособность которых обычно обозначали только косвенно, как действие притяжения масс, электрических сил и т. д. Это было сделано Ранкином ещё в 1853 г. в совершенно общем виде и с ясным сознанием вытекающих отсюда важных последствий. В своей работе “On the general law of the transformation of energy” (“Об общем законе преобразования энергии”)** он дал следующие вполне исчерпывающие определения. Энергия — это всякое свойство вещества, которое представляет собой силу или сравнимо с силой, способной производить изменения, сопровождающиеся преодолением сопротивлений. Действующая энергия есть измеримое и передаваемое иди превратимое свойство, присутствие которого в веществе вызывает в нём стремление изменить своё состояние в одном или нескольких отношениях. При наступлении этих изменений действующая энергия исчезает, и затеняется потенциальной энергией 1, которая измеряется величиной изменения в состоянии вещества, в связи с величиной того стремления или силы, благодаря которой это изменение произошло. После этого Ранкин выразил закон сохранения энергии в следующей форме: сумма всей энергии (потенциальной и кинетической) во вселенной остаётся неизменной. Два года спустя Ранкин2 определённо указал, что цель этих новых определений заключалась в том, чтобы взамен лишь гипотетических атомов и их сил дать новые отвлечённые понятия, которые не содержали бы в себе ничего гипотетического и были бы выведены непосредственно из фактов.Эти новые понятия вскоре нашли всеобщее признание. Готовность, с которой они были приняты и применены на деле, ясно указывает, что тогда действительно уже не знали, что делать со старыми понятиями об элементарных силах, и сочли полезным их совершенно отбросить. В Англии У. Томсон, который, впрочем, и раньше применял понятие энергии, с этих пор в своих работах стал употреблять исключительно терминологию Ранкина; за ним вскоре в этом отношении последовал Клерк Максвелл. В Германии Гельмгольц3
в своих отзывах о статьях Ранкина рекомендовал его определения как “удачно выбранные”, хотя и не счёл возможным разделить его основных философских воззрений4. Клаузиус также прямо перешёл к применению новых идей, после чего последние пробили себе путь и в Германии, хотя, правда, медленнее, чем в Англии5. В 1870 г. известный английский физик Бальфур Стюарт в кратком учебнике6 (которому он предпослал главу о механической силе) представил все явления природы как действия одного и того же начала — энергии, — проявляющегося в различных формах. В 1873 г. выдающийся английский математик Клиффорд попытался даже совершенно покончить со старым призраком силы в пользу нового понятия об энергии7. Всё, что мы знаем о силе и движении, — говорит Клиффорд, — сводится к тому, что известная группировка окружающих тел вызывает известное изменение в движении тела. Обычно принято говорить, что такое-то расположение окружающих тел обусловливает появление известной силы. Но к чему вообще этот промежуточный член? Почету мы сразу не переходим от окружающих тел к вызываемым ими изменениям в состоянии движения? Если мы только привыкнем переходить прямо от одного к другому без посредства втиснутого сюда понятия о силе, то последнее должно будет исчезнуть и подобно другим бесполезным понятиям постепенно перейдёт в область забвения; вместе с тем исчезнет и тенденция присваивать этому призраку столь реальные и материальные свойства, как, например, неразрушимость.Стремления исключить понятие силы и заменить его понятием ограниченной работоспособности — энергии — представляли собой возврат от точки зрения, которой придерживались в течение 200 лет ученики Ньютона, к действительному неискажённому воззрению их учителя, как оно было им высказано в многократно цитировавшемся, но столь же часто забывавшемся его выражении: “гипотез я не строю”. Поколению физиков, настроенных критически под влиянием краха старой теории, это воззрение представлялось особенно надёжным и плодотворным, и вот большая часть физики стала поразительно быстро развиваться преимущественно в этом направлении на основе закона сохранения энергии.
Математическая физика нашла в понятии об ограниченной работоспособности или энергии чрезвычайно удобную основу для своих формальных выводов и с помощью понятия потенциала, столь тесно связанного с понятием энергии, она завоевала почти всю область физики, из которой в начале нашего столетия её рассмотрению подлежали только
механика, отдельные части оптики и небольшие части учения о теплоте и акустике. Даже экспериментальная физика, особенно в области электричества, скоро научилась предпочитать новые понятия старым, так что и для физиков-экспериментаторов прежние элементарные силы, по сравнению с понятиями о работе и потенциале, вскоре утратили почти всю свою привлекательность.После того как был устранён вопрос о причинах явлений, умозрение, или философское исследование, по-видимому, утратило в нашей науке всякую почву, — тем более, что успехи двух других методических факторов отнимали у него право на какое бы то ни было признание. Но это только так казалось.
Как настойчиво ни утверждали многие физики о полной достаточности для науки нового физического понятия энергии, однако это, с другой стороны, не могло помешать возникновению вопроса о причинах работоспособности. Но так как причину любой кинетической энергии можно было легко найти в другой кинетической же или потенциальной энергии, то прежде всего возник вопрос об источнике потенциальной энергии. А так как во многих уже случаях мнимые потенциальные энергии, например световую и тепловую, удавалось свести к кинетическим энергиям движения атомов, то возникла надежда, что таким же образом теперь удастся объяснить и все прочие виды энергии. Скорее всего этого можно было ожидать для электричества. Однако мы уже видели в предыдущем периоде, что постановка такой задачи была гораздо легче её разрешения, и, действительно, до настоящего времени ещё не удалось указать таких движений атомов эфира или весомой материи, из которых можно было бы вывести особенности электрических явлений и прежде всего их полярность. Поэтому не оставалось ничего другого, как обратиться с вопросом об источнике сил к той силе, действия которой наиболее широко охватывают всю природу и кинетическое объяснение которой обещало стать наиболее плодотворным, а именно к силе тяготения. Так как тяжесть присуща всякой видимой и ощутимой материи, представляя в то же время наиболее надёжную и даже единственную меру для количества всякой материи, то вопрос о тяготении находился, по-видимому, в тесной связи с вопросом о строении материи, и теория последнего представлялась связанной прежде всего с исследованием первого. Вследствие этого старый и с давних пор запретный для ньютоновской школы вопрос о причине тяготения был в настоящее время вновь поднят, но уже не философами-материалистами, как раньше, а философствующими физиками, что, конечно, послужило ему не во вред.
После того как в пользу кинетической теории тяготения высказались многие физики 8, и между ними такие крупные авторитеты, как Томсон и Тэт, остальные физики также почувствовали потребность занять определённую позицию в этом вопросе; однако в большинстве случаев они в конце концов приходили только к более или менее благожелательному нейтралитету. Так как никто не отрицал ньютоновских законов тяготения, то реальное существование силы тяжести никогда не вызывало сомнения; быть может, ей только было присвоено неправильное название. Астрономы и особенно физики-математики, исследовавшие действия этой силы, считали вопрос о причине тяготения выходящим за пределы их сферы и не могли проявить к нему какого-либо дальнейшего интереса. Были ещё и другие физики, которые по различным основаниям упорно продолжали считать тяготение первичной силой и отрицали возможность существования какой-либо дальнейшей причины тяготения. Наиболее ревностным из них был Целльнер9; однако даже и он не мог остаться просто при старых взглядах, не внося в них никаких изменений.
Цёлльнер был безусловным приверженцем основного веберовского электрического закона, согласно которому взаимодействие двух электрических частиц зависит не только от их массы и расстояния, но также от скорости и даже ускорения действующих частей. А так как Целльнер при этом придерживался и закона сохранения энергии и вследствие того стоял на точке зрения единства всех сил природы, то ему не оставалось ничего другого, как допустить и для тяготения, которое должно было сохранить свой старый характер элементарного действия на расстоянии, — зависимость его от состояния движения тяготеющего тела и, таким образом, отождествить закон тяготения с основным электрическим законом Вебера. Вебер уже сам в первой своей работе 1846 г. отметил, что распространение его закона на явления тяготения может дать для числовых значений движения весомых масс и даже для небесных тел только ничтожные отклонения, совершенно ускользающие от нашего наблюдения. В 1864 г. Зегер10 произвёл соответствующие исчисления для движений и возмущения планет, но не опубликовал никаких численных результатов. Эти последние, основанные на расчётах проф. Шейбнера, впервые сообщил Целльнер в своей книге “Uber die Natur der Cometen”, Leipzig 1872 (“О природе комет”). Из них следует, что если воспользоваться веберовским законом вместо ньютоновского и принять веберовское число для постоянной с, то, хотя и получаются некоторые небольшие отклонения для движения Меркурия, а именно, вековое изменение его перигелия в 6,75 дуговых секунд, но для Венеры соответствующее изменение достигает только 1,43 дуговых секунд, а для других планет оно совершенно исчезает11. Из этого Целльнер сделал тот вывод, что тяготение может быть отождествлено с электрическими силами не только по законам его действий, но и по самой его природе. Поэтому он сделал допущение, что кроме инерции и непроницаемости материальным частицам присущи только силы разнородных электричеств, а для того чтобы из них вывести тяготение, он ещё допустил12, что потенциал двух разнородных притягивающихся электрических частиц на очень малую величину (менее чем на 1/6·1040) превышает потенциал двух однородных отталкивающихся частиц. Таким образом силы природы сохранили полностью свой прежний характер элементарных причин, действующих непосредственно на расстоянии, но только независимость их от состояния движения действующих масс была признана Целльнером невозможной. Согласно ньютоновскому закону притяжения потенциал двух атомов, находящихся на расстоянии r друг от друга и имеющих массы m и m', равен mm'/r. Если допустить, как это обычно делается в математической физике, что массы атомов сосредоточены в одной точке, то атомы могут сблизиться на бесконечно малое расстояние и тогда их потенциал может достигнуть бесконечно большой величины, следовательно, в каждом конечном количестве весомой материи должно было бы содержаться неограниченное количество потенциальной энергии, бесконечно большая работоспособность. Так как последнее невозможно, то ньютоновский закон притяжения следует рассматривать лишь как первое приближение к истинному, т. е. веберовскому, закону. Согласно последнему потенциал двух масс выражается через mm'(1–v2/c2)/r, а эта формула показывает, что возрастание потенциала с уменьшением расстояния всё более уравновешивается увеличением скорости v, так что величина потенциала может достигнуть только некоторого конечного максимального значения, зависящего от веберовской постоянной с.
Целльнер оправдывает Ньютона в установлении его закона, указывая, что Ньютон применял его только к телам, находящимся на измеримом расстоянии друг от друга, и потому и не нуждался в веберовской поправке; но в настоящее время, — подчёркивает Целльнер, — когда этот закон желают применить к атомам, находящимся на неизмеримо малых расстояниях, следует применять только веберовскую форму этого закона 13
. При этом интересно, что Целльнер не заметил или не придал значения внутреннему неразрешимому противоречию между сохранённым им непосредственным действием на расстоянии и принятой им зависимостью действия от состояния движения.* "Lectures on natural philosophy", I, стр. 79, London 1808.
** "Philosophical Magazine" (4), V, стр. 106, 1853.
Ранкин сам указывает, что понятие потенциальной энергии применял уже Сади Карно, правда, — только в области механики, под термином force vive virtuelle (возможная живая сила) ("Phil. Mag." (4), XXV111, стр. 404). "The Edinburgh new philosophical Journal" (2). II, стр. 120, 1855: "Outlines of the science of energetics". "Fortschritte der Physik", IX, стр. 407. Гельмгольц при этом отмечает, что понятия энергия, действующая и потенциальная энергия тождественны с понятиями величины работы, живой силы и количества сил напряжения, применёнными им в его работе о сохранении силы. "Fortschritte der Physik", XI, стр. 365. В широко распространенном в своё время учебнике физики Эйзенлора, в издании 1863 г. слово энергия ещё не встречается. "Kurzes Lehrbuch der Physik" von Balfour Stewart, übers, von Rob. Schenk, Braunschweig 1872. "Nature", XXII, стр. 122, 1873. W. К. Clifford (1845–1879) — профессор прикладной математики в Лондонском университетском колледже. Мы могли упомянуть здесь только небольшую часть появившихся в то время, обычно небольших, статей о причине тяготения: оставшиеся неупомянутыми статьи не содержат в себе принципиально ничего такого, что выходило бы за пределы изложенного выше. Joh. Karl Friedr. Zöllner (1834–1882) — профессор астрономии в Лейпциге. С начала семидесятых годов ревностный приверженец спиритизма. "De motu perturbationibusque planetarum secundum legem electrodynamicam Weberianam solem ambientium", Göttingen 1864. Почти к тождественным выводам пришёл и Тиссеран в статье: "Sur le mouvement des planètes autour du soleil d'après la loi électrodynamique de Weber" ("Comptes rendus", LXXV, стр. 760, 1872). "Principien einer elektrodynamischen Theorie der Materie", стр. XII, Leipzig 1876. "Principien einer electrodyn. Theorie der Materie", стр. XX, Leipzig 1876.Дата установки: 05.05.2009
Последнее обновление: 03.05.2010
[вернуться к содержанию сайта