Чтение онлайн

В электричестве и магнетизме после исследований Ш. Кулона (1788) тоже возникла полная количественная теория стационарных явлений. Согласно закону Кулона, элементарные частицы электрической жидкости с зарядами Q1 и Q2 взаимодействуют на расстоянии R с силой F = kQ1Q2/R2. Считалось, что между магнитными частицами действует такая же сила, только постоянная k — другая. Внешняя аналогия с ньютоновским законом бросается в глаза, поэтому действие на расстоянии находило еще одно подтверждение. Попытки детального описания электрических и магнитных явлений привели к необходимости вводить в картину всевозможные усложнения в зависимости от ситуации. Так, электрические жидкости двух сортов (+ и —) должны были свободно циркулировать внутри вещества и притягиваться частицами весомой материи, но магнитные жидкости были связаны в отдельных молекулах вещества, скажем, молекула железа представлялась состоящей из двух полусфер, одна из которых заполнена жидкостью северного, другая — южного типа.

К концу XVIII века ни у кого не было сомнений, что ограниченного числа типов жидкостей и частиц достаточно, чтобы объяснить все разнообразие наблюдаемых фактов. За внешней сложностью скрывается по существу простая картина: корпускулы в пустоте и центральные силы между ними.

Этот воображаемый мир обрушился в первые десятилетия XIX века. От него не осталось ничего, кроме феноменологических законов, выводимых непосредственно из эксперимента и формулируемых на языке математики. Ньютоновское кредо «гипотез не измышляю» казалось бы вновь подтвердило свою правильность. Но вскоре на обломках старого возник новый воображаемый мир, и эфир возродился, как Феникс, уже на идеях непрерывности. На другом, более глубоком уровне понимания природы, физические качели опять повторили цикл.

Интересно, что еще до того, как внутри самой физики появились серьезные сомнения в буквальной справедливости описанных выше представлений, в германской натурфилософии возникла система, в которой были глубоко проанализированы общие ограничения возможностей человеческого познания. Из нее, в частности, следовало, что мир атомов, взаимодействующих в пустоте, принципиально может рассматриваться как не более, чем удобная для определенных целей, но временная модель, как приближение к непознаваемой действительности. Речь идет о «Критике чистого разума» (1781) и «Метафизических основаниях естественных наук» (1783) Иммануила Канта. Мотив платоновской пещеры возродился и вновь зазвучал в блестящей аранжировке. Бели для Ньютона время и пространство были независимыми от человеческого разума объектами, реальными творениями Бога, то, согласно Канту, это инструменты, которыми оперирует человеческий мозг, постигая внешний мир. По Канту человек сам накладывает связи между событиями, представляя их в пространстве-времени. Плодотворность мысленных концепций определится тем, ведут ли они к новым открытиям и новым причинным цепочкам. Но на основании эмпирических данных, так или иначе обработанных разумом, узнать «действительные» свойства внешней реальности невозможно. То, что разум может знать о материи, имеет малое отношение к тому, чем она является «на самом деле».

Является ли представление об атомах в пустоте законным и отражающим способности разума познать реальность? Ответ Канта на этот вопрос — твердое «нет». По поводу концепции пустоты он, в частности, пишет: «Я не имею в виду отвергать пустое пространство: оно может существовать вне пределов достижимости ощущений, и поэтому никакого эмпирического знания о нем нельзя получить, такое пространство не является возможным объектом нашего опыта». Чтобы понять его отношение к приписыванию атомам реальных свойств типа размеров, формы, упругости и пр., по аналогии с макроскопическими телами повседневного опыта, можно обратиться к многочисленным примерам, которые дает современная атомная физика, где невозможность наглядных представлений связана с самой ее сущностью. Наука XX столетия прекрасно укладывается в ложе кантовской философии.

Итак, по Канту, мы не можем получить образ элементарной единицы материи, и само стремление к этой цели незаконно. Но существуют эмпирические признаки материи, которые объективны. В «Метафизических основаниях» к таким признакам Кант относит отталкивающие и притягивающие силы. В каком-то смысле материя определяется как заполнение пространства силой. Естественно, что с такой точки зрения она должна делиться до бесконечности. В результате, не написав ни одной формулы и не сделав ни одного опыта, И. Кант с помощью «чистого разума» пришел по существу к представлениям теории поля, которые практически реализовались только через 100 лет.

У Ф. Шеллинга (1775-1854), который в книге «Набросок истории Природы» развивал философию Канта, появилась новая концепция сил, представляющих состояние вечного противоборства, «конфликта», а не просто мертвых натяжений в пространстве. Несмотря на несколько мистический характер таких взглядов, они внесли важный элемент — априорную идею взаимной превращаемости одной силы в другую, идею, которая совершенно не укладывается в лоно ньютоновской физики. Общий практический вывод, который должен был бы сделать человек, изучающий природу по Канту и Шеллингу, состоит в следующем: не нужно изобретать телесные жидкости для описания тепловых, электрических, магнитных, оптических и прочих явлений, не нужно стремиться к наглядным представлениям, но следует искать проявления фундаментальных сил. При этом можно ожидать, что эти проявления будут существенно изменяться в зависимости от условий.

Физика к началу XIX века была уже точной наукой, развивающейся по своим внутренним законам. Она пришла к близким представлениям, но в свое время и почти независимо от философии. Оговорка «почти» в данном случае не случайна по двум причинам. Во-первых, какое-то влияние на развитие физики философские течения эпохи несомненно оказывают, хотя обратное влияние, конечно, гораздо сильнее. Во-вторых, и это исторический факт, одно из важнейших открытий начала XIX века было сделано под непосредственным влиянием идей Канта и Шеллинга.

Речь идет о наблюдении Гансом Христианом Эрстедом в 1820 году отклонения магнитной стрелки под действием электрического тока. Открытие лежало на поверхности, и опыт Эрстеда был элементарно прост, в то время ставились значительно более сложные эксперименты. Нет сомнений, что явление было бы вскоре обнаружено другими людьми, которые ничего не знали про немецкую натуральную философию, но все-таки первым был Эрстед, который с 1813 года целенаправленно искал свидетельства преобразования электрической силы в магнитную как реализацию конкретных философских идей.

Эрстед родился в 1777 году. Он получил образование и работал в Дании, далеко от основного научного потока. Шеллинговская идея единства всех сил захватила Эрстеда в самом начале научной карьеры. Он пытался продемонстрировать ее, предпринимая часто патологические попытки в разнообразных направлениях, но удача в конце концов пришла к нему неожиданно во время демонстрации электрических явлений студентам на лекции. В статье под названием «Электромагнетизм», написанной им для Эдинбургской Энциклопедии, говорится: «Электромагнетизм как таковой был открыт в 1820 году Г X. Эрстедом [Эрстед пишет о себе в третьем лице] из Университета в Копенгагене. В процессе своего образования он пришел к мнению, что магнитные эффекты производятся теми же силами, что и электрические. Он пришел к этому не столько по причинам, на которые обычно ссылаются в связи с такой точкой зрения, сколько на основании философского принципа, что все явления производятся одной и той же силой».

Почему же, кроме Эрстеда, никому раньше не пришла в голову мысль осуществить столь простой опыт? В письме к другу А. М. Ампер так объясняет этот факт: «Я думаю, причину этого можно установить. Она в кулоновской гипотезе о природе магнетизма. Каждый верил в эту гипотезу, как если бы она была фактом, она просто исключала вся-. кую возможность взаимодействия между электричеством и так называемыми магнитными телами ... Удивительно, какие усилия некоторые люди делают для того, чтобы привести новые факты в согласие с произвольной гипотезой о двух магнитных и двух электрических жидкостях просто из-за того, что они привыкли думать в таких терминах».

Опыт Эрстеда замечателен и в другом отношении. В нем впервые обнаружено действие нецентральных сил между телами: прямолинейный участок цепи с током, согласно результатам Эрстеда, создает вокруг себя круговое поле магнитной силы, вдоль которой ориентируется магнитная стрелка.

Почти в то же время догмы физики XVIII века претерпели еще одно потрясение — на этот раз в оптике. Здесь главными действующими лицами были англичанин Томас Юнг (1773-1829) и француз Огюст Френель (1788-1827). Трудно представить людей, которые отличались бы друг от друга сильнее по характеру и по условиям жизни и творчества.