Физика – моя профессия

Некоторую роль в отсутствии такого интереса, вероятно, играло взаимоотношение науки с религией. И правда, вопрос этот, оставленный без ответа, всегда позволяет при желании включить в схему господа бога. Некоторые механики (Мопертюи) даже пытались доказывать существование бога, аргументируя математической выразительностью основных принципов механики. Другие заявляли, что гипотеза о существовании бога ничего не прибавляет к науке и нисколько не продвигает нас в понимании природы сил (Лаплас).

Но были и такие исследователи, которые желали навести порядок в царстве сил и свести их к одной причине.

Думать о природе сил – это значит размышлять о строении материи. Мир Демокрита, состоящий из частиц и пустоты, находил многих приверженцев. Ньютоновская механика позволила заменить наивные крючочки, связывающие атомы, силами тяготения, действующими на расстоянии. Атом стал фигурировать в сочинениях того времени как шаровидное тело. Представлялось, что взаимодействия этих невидимых шариков как-то объясняют свойства веществ.

Но в начале XVII века великий Декарт предложил другую теорию мироздания. В основе всего лежит невидимый, всепроникающий эфир. Пустоты в мире нет, все заполнено этим носителем или носителями, так как обсуждалась возможность, что каждое явление имеет свой эфир: электрическое – электрический, оптическое – световой и т. д.

Гипотеза эфира объясняла действие тел на расстоянии. И тяготение и электричество действуют самым превосходным образом в вакууме, без всякой среды. В это трудно поверить, и в особенности трудно, если, как это было доказано в XIX веке, электромагнитные действия распространяются не мгновенно: одно тело чувствовало приближение другого не сразу, а с запозданием. Ясно, что действие распространялось в чем-то, и этим «чем-то» должен быть материальный носитель.

В учении об электромагнитных полях, развитом Фарадеем, была спокойная уверенность в существовании эфира. Хотя эфир никак не участвовал в формулах, управляющих поведением электрических, магнитных и световых полей, обойтись без него казалось невозможным, и исследователи не сомневались в его реальности.

Что же такое эфир? Возможно, это своеобразная жидкость, находящаяся в вихревом движении; может быть, это спокойная жидкость, в которой пульсируют более плотные шары. Для объяснения световых явлений оказалось нужным предположить, что эфир обладает свойствами твердого тела – в нем могут распространяться сдвиговые волны (сдвиг – исключительное свойство твердого тела).

Хотя и не было создано красивой универсальной модели эфира, которая объясняла бы все физические явления, хотя не было никакой ясности во взаимоотношении эфира с атомами и молекулами, уверенность в существовании общего механизма была достаточно бесспорной.

В конце XIX века появились замечательные исследования Клаузиуса, Больцмана и Гиббса. Оказалось, что, применяя законы механики и теории вероятности к поведению больших скопищ молекул (в основном молекул газа), можно превосходно объяснять физические свойства тел. Эти работы опять укрепляли уверенность в том, что мир покоится на трех китах – трех законах ньютоновской механики, которые управляют движением невидимых частиц с тем же успехом и с той же точностью, что и движением небесных тел.

Отсутствие в то время каких-либо надежд на изучение мира в субмикроскопическом масштабе отодвигало проблемы строения материи в сторону. В некоторой степени эти проблемы рассматривались как философские, метафизические, стоящие в стороне от естествознания.

Это особенно отчетливо видно из высказываний недальновидных философов вроде Маха или Оствальда, которые требовали, чтобы вопросы строения были изгнаны из физики. Видимо, отсутствие знаний об эфире, о молекулах, о природе сил не рассматривалось как нечто, чего физике недостает.

Картина мира была построена: тела и частицы движутся так, как велят законы Ньютона. Формулы сил, представляющие их через свойства взаимодействующих тел и расстояния между ними, известны. Остается подставить их в дифференциальные уравнения, и все задачи физики будут решены. Физика в основном законченная наука.

Собираясь писать эту главу, я стал листать старую энциклопедию Брокгауза и Ефрона. Том, в котором помещена статья «Теплота», вышел в свет не так уж давно, в 1891 году. Автор статьи добросовестно изложил законы термодинамики, способы измерения тепла и только несколько фраз сказал о природе тепла: «Мы уверены в том, что тепло связано с какими-то движениями частиц вещества». Вполне ясно из контекста, что автор не считает существенным природу движения, он не относит это к физике.

С такой позиции не раз выступали в конце XIX века физики-теоретики. Они заявляли о законченности физики как науки. История запомнила немало курьезов этого толка. Так, например, учитель Макса Планка не советовал ему заниматься физикой.

– Все уже сделано в этой науке, – наставлял Макса воспитатель, – займитесь чем-нибудь другим.