Розенбергер Ф. История физики в четырех книгах:
Кн.3, Вып.2: История физики за XIX столетие. Пер. с нем. Кн.3. Вып.2. Изд. стереотип.

Оглавление

Третий период физики в последнее столетие (отрывок)

УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ СИЛЫ

В жизни наук, в тесной связи с упадком и возникновением научных теорий, происходит постоянное чередование периодов критического сомнения и оптимистической веры в силу человеческого ума. Обветшание и отмирание воззрений, превратившихся в догмы, естественно порождает недоверие и отрицание, которые, однако, три каждой новой победе науки уступают место убеждению в реальном значении научного мышления. Однако ни одно из этих противоположных течений не удерживает за собой исключительного господства, – во всяком случае на долгое время. Большею частью они существуют рядом в зависимости от способностей, направления и рода занятий научных работников; чаша весов склоняется иногда то в одну, то в другую сторону лишь под влиянием текущего хода развития науки; в переходные же эпохи нередко наблюдается полное равновесие между обоими этими течениями.

Таким же переходным характером отличается и новейшая физика, преимущественно в смысле различной оценки методических факторов и различия взглядов на объективное, реальное значение гипотетических выводов.

До начала предыдущего периода существовало, повидимому, полное единодушие насчет того, что в основу каждой физической дисциплины должна быть положена особая элементарная материя и что каждая дисциплина может быть рассматриваема как учение о силах, свойственных соответствующей материи, и, следовательно, таким путем она может быть обособлена от других физических дисциплин. По этой удобопонятной и простой схеме механика, например, рассматривалась как учение о весомой материи, оптика – как учение о световом веществе; в основу учения о теплоте клали теплород; учение о магнетизме и электричестве сводили к свойствам магнитных и электрических жидкостей. Победа, одержанная в предшествующий период волновой теорией света, имела своим результатом не только крушение специальной оптической теории, но и представляла собой – в противовес указанной концепции – покушение на всю вообще действующую научную систему. С принятием волновой теории оптика как бы сразу выделилась из круга прочих физических дисциплин; с этих пор область ее стала определяться не особой материей с особыми ее свойствами, а лишь своеобразным движением эфира – вещества, которое не имело специального отношения к свету и которое могло быть положено в основу не одних только световых, но и других физических явлений. Правда, с подобной же точки зрения уже с давних пор рассматривали другую физическую дисциплину – акустику: никто не объяснял звуковых явлений каким-либо особым звуковым веществом, аналогичным световому или тепловому, но все рассматривали звук только как особый вид движения весомой материи. Сторонники волновой теории света при своих оптических исследованиях всегда ссылались на акустические аналогии, а Т.Юнг даже прямо брал их за исходную точку в своих работах. Но, с одной стороны, под влиянием долгой привычки не замечали противоречия этого факта господствующему воззрению, а с другой стороны, акустика была как бы исключена из числа самостоятельных физических дисциплин и рассматривалась только как некоторый придаток к механике. Подобное отношение к акустике представлялось тем более естественным, что до того времени физика почти не останавливалась на звуковых ощущениях, а занималась исключительно вопросами о происхождении и распространении звука. Более правильно было оценено принципиальное значение выдвинутых Румфордом, Дэви и другими в начале прошлого столетия возражений против теплорода, которых не удалось опровергнуть и с фактической стороны. Однако и здесь противники не сдались. Противопоставив новым фактам необходимость единства воззрений на явления природы, они стали подыскивать в прочно сложившейся системе господствующих теорий убедительные аргументы, которые как будто говорили в пользу реального существования оспариваемого вида материи.

По отношению к новой теории света подобные возражения были, конечно, уже немыслимы. Благодаря редкому сочетанию математического гения с экспериментальной изобретательностью науке удалось установить основы волновой теории с такой полнотой, что не осталось ни одной самой запутанной проблемы, каковы, например, дифракция и поляризация света, которая не была бы доступна математическому анализу; гипотезы, входившие в состав этой теории, находили при этом тысячекратное подтверждение и давали даже возможность наперед указать будущие оптические открытия, которые и подтверждались впоследствии с астрономическою точностью. Теория истечения отжила, таким образом, свое время, и световое вещество было без возражений вычеркнуто из числа реально существующих объектов. Вместе с тем, однако, перед каждым вдумчивым физиком настоятельно возникал вопрос, следует ли при истолковании явлений совершенно отбросить элементарные виды материи с их первичными силами и сводить все явления к особым видам движения или же пока сохранить оба метода объяснения оптических явлений как равноправные. Последнее становилось, впрочем, все труднее, так как вообще понятие о невесомых проявляло все больше и больше тенденцию к исчезновению. Уже в предшествующем периоде Ампер своей электромагнитной теорией опроверг реальное существование магнитных жидкостей, и хотя его гипотезы еще долгое время не достигали достоверности френелевского учения о свете, тем не менее они придали большую вероятность предположению, что еще одна физическая дисциплина должна иметь своим основанием не особую материю, а особый род движения. Вдобавок к этому в конце прошлого и начале настоящего периода и учение о теплоте, по крайней мере наполовину, освободилось от ига старой теории и вступило на новый путь. Обширные и тщательные исследования Меллони, Кноблауха и других с полной строгостью доказали, что тепловые лучи во всем, что не связано прямо с длиной волны, совершенно тождественны со световыми, а в отношении преломления, отражения, дифракции и поляризации соответствие между ними таково, что формулы, выведенные для одних лучей, могут быть прямо применены и к другим. Не оставалось, таким образом, ни малейшего сомнения, что тепловые лучи распространяются при помощи той же среды, как и световые, т.е. при посредстве эфира, и что лучистая теплота во всяком случае не имеет ничего общего с теплородом.

Конечно, несмотря на одержанные ею победы, новой теории света предстояло еще преодолеть значительные трудности, корни которых лежали, главным образом, в невыясненном отношении эфира к весомой материи. Правда, та же неясность имела место и при прежнем представлении о световом веществе, но теперь вследствие большей наглядности новой теории эти недочеты выступили резче прежнего. В предшествовавшем периоде мы уже указывали на не вполне успешные усилия выяснить сущность явления дисперсии; теперь предстояло преодолеть еще большие трудности по отношению к поляризации. Френель считал, что колебания поляризованного света происходят перпендикулярно к так называемой плоскости поляризации; позднее Нейман при объяснении этого явления исходил из прямо противоположного предположения. Этот вопрос много обсуждался, однако, не был окончательно разрешен, так что и теперь в случае голосования можно было бы ожидать, что голоса разделятся поровну. Точно так же для объяснения отражения света прозрачными телами Френель принимал, что отражение света происходит на плоскости, а Жамен и другие доказали, что вытекающие отсюда поляризационные состояния отраженных лучей не вполне соответствуют действительности. Вследствие этого френелевские формулы для интенсивности отраженных и преломленных лучей должны были утратить свое строгое значение, и Коши попытался вывести новые, более согласные с опытом формулы, допустив мгновенное возникновение продольных волн вблизи поверхности отражения. Но, с одной стороны, и эти формулы могли быть только приближенными, так как при их выводе не было принято в расчет поглощение света, а с другой стороны, предположение, сделанное Коши, сочли необходимым заменить другим, более вероятным, которое, однако, в свою очередь, не могло обеспечить выводам полной достоверности. В теории аберрации света встретились с новыми затруднениями вследствие того, что согласно волновой теории нельзя было непосредственно допустить полной независимости движения света в прозрачном теле от собственного движения последнего. Однако вскоре опыты Физо показали, что допустить такую независимость можно и при волновой теории; при этом произведенные для этой цели измерения скорости света в воздухе, жидкостях и твердых телах привели даже к прямым экспериментальным доказательствам в пользу волновой теории и против теории истечения. Наконец, все более частое применение в оптике акустических аналогий и их безусловная плодотворность ясно говорили в пользу кинетической разработки физических проблем. Фосфоресценция, которой вновь стали заниматься с большим интересом, представляла собою, правда, явление не неблагоприятное для теории истечения; но, с другой стороны, – путь к выяснению истинного значения флюоресценции, находящейся несомненно в тесной связи с фосфоресценцией, был указан лишь волновой теорией и законы ее были установлены впервые с пoмощью последней. Точно так же открытие Допплером изменения цвета вследствие движения источника света или тела, воспринимающего свет, могло быть сделано лишь на почве волновой теории, хотя для данного периода оно и явилось преждевременно созревшим плодом. Наконец, быстро расцветшая как раз в этот период физиологическая оптика показала, что даже для теории светового ощущения нет никакой необходимости в допущении особого светового вещества с особыми силами ощущения...

Об авторе