действительного притяжения тел друг к другу; не определил он и того, почему они
притягивают друг друга и посредством чего.
Каким образом Солнце может влиять на движение Земли через пустое пространство?
Как вообще понимать возможность действия через пустое пространство? Закон
тяготения не даёт ответа на этот вопрос, и сам Ньютон вполне это понимал. И он
сам, и его современники Гюйгенс и Лейбниц предостерегали против попыток видеть в
законе Ньютона решение проблемы действия через пустое пространство; для них этот
закон был просто формулой для вычислений. Тем не менее, огромные достижения
физики и астрономии, возможные благодаря использованию закона Ньютона, стали
причиной того, что учёные забыли эти предостережения; и постепенно укрепилось
мнение, что Ньютон открыл силу притяжения.
Хвольсон пишет в своём 'Курсе физики':
'Термин 'действие на расстоянии' обозначает одну из самых вредных доктрин,
когда-либо возникавших в физике и тормозивших её прогресс; эта доктрина
допускает возможность мгновенного воздействия одного предмета на другой,
находящийся на таком расстоянии от него, что непосредственный их контакт
оказывается невозможным.
В первой половине XIX века идея действия на расстоянии господствовала в науке
безраздельно. Фарадей был первым, кто указал на недопустимость воздействия
какого-то тела на некоторую точку, в которой это тело не расположено, без
промежуточной среды. Оставив в стороне вопрос о всемирном тяготении, он обратил
особое внимание на явления электричества и магнетизма и указал на чрезвычайно
важную роль в этих явлениях 'промежуточной среды', которая заполняет
пространство между телами, как будто бы действующими друг на друга
непосредственно.
В настоящее время убеждение о недопустимости действия на расстоянии в любой
сфере физических явлений получило всеобщее признание'.
Однако старая физика смогла отбросить действие на расстоянии лишь после того,
как приняла гипотезу универсальной среды, или эфира. Эта гипотеза оказалась
необходимой и для теории световых и электрических явлений, как они понимались
старой физикой.
В XVIII веке световые явления объяснялись гипотезой излучения, выдвинутой в 1704
году Ньютоном. Эта гипотеза предполагала, что светящиеся тела излучают во всех
направлениях мельчайшие частицы особой световой субстанции, которые
распространяются в пространстве с огромной скоростью и, попадая в глаз, вызывают
в нём ощущение света. В этой гипотезе Ньютон развивал идеи древних; у Платона,
например, часто встречается выражение: 'свет наполнил мои глаза'.
Позднее, главным образом в XIX веке, когда внимание исследователей обратилось на
те последствия световых явлений, которые невозможно объяснить гипотезой
излучения, широкое распространение получила другая гипотеза, а именно, гипотеза
волновых колебаний эфира. Впервые она была выдвинута голландским физиком
Гюйгенсом в 1690 году, однако в течение долгого времени не принималась наукой.
Впоследствии исследование дифракции всё-таки качнуло чашу весов в пользу
гипотезы световых вон и против гипотезы излучения; а последующие труды физиков в
области поляризации света завоевали этой гипотезе всеобщее признание.
В волновой гипотезе световые явления объясняются по аналогии со звуковыми.
Подобно тому, как звук есть результат колебаний частиц звучащего тела и
распространяется благодаря колебаниям частиц воздуха или иной упругой среды,
так, согласно этой гипотезе, и свет есть результат колебаний молекул светящегося
тела, а его распространение происходит благодаря колебаниям чрезвычайно упругого
эфира, заполняющего как межзвёздные, так и межмолекулярные пространства.
В XIX веке теория колебаний постепенно стала основанием всей физики.
Электричество, магнетизм, тепло, свет, даже мышление и жизнь (правда, чисто
диалектически) объяснялась с точки зрения теории колебаний. Нельзя отрицать, что
для явлений света и электромагнетизма теория колебаний давала очень удобные и
простые формулы для вычислений. На основе теории колебаний был сделан целый ряд
блестящих открытий и изобретений.
Но для теории колебаний требовался эфир. Гипотеза об эфире возникла для
объяснения самых разнородных явлений, и потому эфир приобрёл довольно странные и
противоречивые свойства. Он вездесущ; он заполняет всю вселенную, пронизывает
все её точки, все атомы и межатомные пространства. Он непрерывен и обладает
абсолютной упругостью; однако он настолько разрежён, тонок и проницаем, что все
земные и небесные тела проходят сквозь него, не испытывая заметного
противодействия своему движению. Его разрежённость настолько велика, что если бы
эфир сгустился в жидкость, вся его масса в пределах Млечного Пути поместилась бы
в одном кубическом сантиметре.
Вместе с тем, сэр Оливер Лодж считает, что плотность эфира в миллиард раз выше
плотности воды. С этой точки зрения, мир оказывается состоящим из твёрдой
субстанции - 'эфира', - которая в миллионы раз плотнее алмаза; а известная нам
материя, даже самая плотная, всего лишь пустое пространство, пузырьки в массе
эфира.
Было предпринято немало попыток доказать существование эфира или обнаружить
факты, подтверждающие его существование.
Так, допускалось, что существование эфира можно было бы установить, если бы
удалось доказать, что какой-то луч света, движущийся быстрее, чем другой луч
света, определённым образом меняет свои характеристики.
Известен следующий факт: высота звука возрастает или понижается в зависимости от
того, приближается слушатель к его источнику или удаляется от него. Это так
называемый принцип Доплера; теоретически его считали применимым и к свету. Он
означает, что быстро приближающийся или удаляющийся предмет должен менять свой
цвет - подобно тому, как гудок приближающегося или удаляющегося паровоза меняет
свою высоту. Но из-за особого устройства глаза и скорости его восприятия
невозможно ожидать, что глаз заметит перемену цвета, даже если она действительно
имеет место.
Для установления факта изменения цвета необходимо было использовать спектроскоп,
т.е. разложить луч света и наблюдать каждый цвет в отдельности. Но эти
эксперименты не дали положительных результатов, так что доказать с их помощью
существование эфира не удалось.
И вот, чтобы раз и навсегда решить вопрос о том, существует эфир или нет,
американские учёные Майкельсон и Морли в середине 80-х годов прошлого столетия
предприняли серию экспериментов с прибором собственного изобретения.
Прибор помещался на каменной плитке, укреплённой на деревянном поплавке, который
вращался в сосуде со ртутью и совершал один оборот за шесть минут. Луч света из
особой лампы падал на зеркала, прикреплённые к вращающемуся поплавку; этот свет
частью проходил сквозь них, а частью ими отражался, причём одна половина лучей
шла по направлению движения Земли, а другая - под прямым углом к нему. Это
значит, что в соответствии с планом эксперимента половина луча двигалась с
нормальной скоростью света, а другая половина - со скоростью света плюс скорость
вращения Земли. Опять-таки согласно плана эксперимента, при соединении
расщеплённого луча должны были обнаружиться определённые световые феномены,
возникающие вследствие различия скоростей и показывающие относительное движение
между Землёй и эфиром. Таким образом, косвенно удалось бы доказать существование
эфира.
Наблюдения производились в течение длительного времени, как днём, так и ночью;
но обнаружить какие-либо явления, подтверждающие существование эфира, так и не
удалось.
С точки зрения первоначальной задачи пришлось признать, что эксперимент
окончился неудачей. Однако он раскрыл другое явление (гораздо более важное, чем
то, которое пытался установить), а именно: скорость света увеличить невозможно.
Луч света, двигавшийся вместе с Землёй, ничем не отличался от луча света,
двигавшегося под прямым углом к движению Земли по орбите.
Пришлось признать как закон, что скорость света представляет собой постоянную и
максимальную величину, увеличить которую невозможно. Это, в свою очередь,
объясняло, почему к явлениям света не применим принцип Доплера. Кроме того, было
установлено, что общий закон сложения скоростей, который является основой
механики, к скорости света не применим.
В своей книге об относительности проф. Эйнштейн объясняет, что если мы
представим себе поезд, несущийся со скоростью 30 км в секунду, т.е. со скоростью
движения Земли, и луч света будет догонять или встречать его, то сложения
скоростей в этом случае не произойдёт. Скорость света не возрастёт за счёт
прибавления к ней скорости поезда, и не уменьшится за счёт вычитания из неё
скорости поезда.
В то же время было установлено, что никакие существующие инструменты или
средства наблюдения не могут перехватить движущийся луч. Иными словами, нельзя
уловить конец луча, который ещё не достиг своего назначения. Теоретически мы
можем говорить о лучах, которые ещё не достигли некоторого пункта; но на
практике мы не способны их наблюдать. Следовательно, для нас с нашими средствами
наблюдения распространение света оказывается мгновенным.
Одновременно физики, которые анализировали результаты эксперимента
Майкельсона-Морли, объясняли его неудачу присутствием новых и неизвестных
явлений, порождённых высокими скоростями.
Первые попытки разрешить этот вопрос были сделаны Лоренцом и Фицджералдом. Опыт
не мог удаться, - так сформулировал свои положения Лоренц, - ибо каждое тело,
движущееся в эфире, само подвергается деформации, а именно: оно сокращается в
направлении движения (для наблюдателя, пребывающего в покое). Основывая свои
рассуждения на фундаментальных законах механики и физики, Лоренц с помощью ряда
математических построений показал, что установка Майкельсона и Морли
подвергалась сокращению и размеры этого сокращения как раз таковы, чтобы
уравновесить смещение световых волн, которое соответствовало их направлению в
пространстве, и что это аннулировало различия в скорости двух лучей.
Выводы Лоренца о предполагаемом смещении и сокращении движущегося тела, в свою
очередь, дали толчок многим объяснениям; одно из них было выдвинуто с точки
зрения специального принципа относительности Эйнштейна. Но это уже область новой
физики.
Старая физика была неразрывно связана с теорией колебаний.
Новой теорией, которая появилась, чтобы заменить старую теорию колебаний, стала
теория корпускульного строения света и электричества, рассматриваемых как
независимо существующая материя, состоящая из квантов.
Это новое учение, говорит Хвольсон, означает возвращение к теории излучений
Ньютона, хотя и в значительно изменённом варианте. Оно далеко ещё от завершения,
и важнейшая его часть, понятие кванта, до сих пор остаётся не определённым. Что
такое квант - этого новая физика определить не может.
Теория корпускульного строения света и электричества совершенно переменила
воззрения на электричество и световые явления. Наука перестала видеть главную
причину электрических явлений в особых состояниях эфира и вернулась к старой
теории, согласно которой электричество - это особая субстанция, обладающая
реальным существованием.
То же самое произошло и со светом. Согласно современным теориям, свет - это
поток мельчайших частиц, несущихся в пространстве со скоростью 300 000 км в
секунду. Это не корпускулы Ньютона, а особого рода материя-энергия, создаваемая
электромагнитными вихрями.
Материальность светого потока была установлена в опытах московского профессора
Лебедева. Лебедев доказал, что свет имеет вес, т.е. падая на тела, он оказывает
на них механическое давление. Характерно, что, начиная свои эксперименты по
определению светого давления, Лебедев исходил из теории колебаний эфира. Этот
случай показывает, как старая физика сама себя опровергла.
Открытие Лебедева оказалось очень важным для астрономии; оно объяснило,
например, некоторые явления, наблюдавшиеся при прохождении хвоста кометы около
Солнца. Но особую важность оно приобрело для физики, поскольку предоставило
новые доводы в пользу единства строения лучистой жнергии.
