Чтение онлайн

Обратимся, однако, к более систематическому обзору работ Гюйгенса. Совместно с Гуком ему удалось установить удобные постоянные точки для термометра — точку таяния льда и точку кипения воды, что было важным шагом в изготовлении простейших термометров.

Работа, проделанная Гюйгенсом но совершенствованию объективов астрономических труб, главным образом в части увеличения их светосилы [188] , позволила ему сделать важные астрономические наблюдения. Гюйгенс открыл один из крупнейших спутников среди планет Солнечной системы — спутник планеты Сатурн, носящий название Титан и имеющий, как теперь известно, атмосферу, состоящую из метана. Он определил также, пользуясь телескопом, имеющим в три раза большую степень увеличения, чем телескоп Галилея, что Сатурн имеет тонкое кольцо вокруг своей поверхности. Гюйгенс, кроме того, установил и дал описание туманности в созвездии Ориона и полос на поверхностях Юпитера и Марса.

Работы Гюйгенса по математике и астрономии сделали его имя широко известным. Гюйгенс посетил Лондон, познакомился со многими английскими учеными и в 1663 г. был избран первым иностранным членом Лондонского королевского общества. По приглашению французских ученых Гюйгенс в 1665 г. приехал в Париж и оставался там около 16 лет, будучи избран членом Французской академии наук, занимаясь главным образом маятниковыми часами и в целом вопросами физики и математики движения маятника. Опубликованная Гюйгенсом в Париже книга «Маятниковые часы» (второе издание, гораздо более полное и во многом отличавшееся от первого, вышедшего в Голландии на 15 лет ранее) включала много интересных вопросов: свойства циклоиды?(рис. 9), представляющей собой плоскую кривую, образующуюся точкой окружности (например, точкой Р), катящейся без скольжения по прямой; определение центра качания физического маятника [189] (рис. 10).

Рис 9. Плоская кривая циклоида.

Книга «Маятниковые часы», как и все творчество Гюйгенса (о чем унте говорилось), отличалась необычайной слитностью теории и практики (техники). Примерно такой же характер носила последняя перед отъездом из Парижа работа Гюйгенса: он начал разработку проекта некоторого подобия планетария — машины, которая должна была с помощью зубчатых колес и других механических устройств имитировать Солнечную систему в движении.

Рис. 10. Математический (а) и физический (б) маятники.

В 1681 г. Гюйгенс возвратился в Голландию. Главной причиной этого были трудности, переживаемые протестантами во Франции, которые могли коснуться и Гюйгенса. Вероятно, наиболее крупным делом среди тех дел, которые он совершил после возвращения в Голландию, было создание волновой теории света, изложенной в книге «Трактат о свете», напечатанной в 1690 г.

Говоря о работах Ньютона, в которых рассматривается физическая природа света, мы уже упоминали о том, что в настоящее время признается, что свет обладает свойствами как потока частиц (корпускулярными свойствами), так и волн (волновыми свойствами). Мы должны будем еще раз вернуться к этому вопросу, когда доведем наше повествование до физики сегодняшних дней.

Во времена Ньютона и Гюйгенса, а также на протяжении XVIII и XIX вв. существовали два наиболее распространенных представления о природе света, казалось явно противоречащие друг другу, — корпускулярное и волновое. Приводились основанные на опыте доводы как в пользу первого, так и в пользу второго представления. Ньютон рассматривал свет как поток корпускул. Об этом уже говорилось, и мы не будем повторять его соображений и доводов.

Гюйгенс, современник Ньютона, был сторонником другого представления о природе света — волнового. Следовательно, свет, по Гюйгенсу, представляет собой, об этом говорилось выше, как и всякая волна, перенос энергии, но не перенос массы. Но волна может образоваться только в какой-то среде. Значит, если волновая теория света верна, какая-то среда должна заполнять и межпланетное пространство. Чтобы выйти из этого затруднения, Гюйгенсу пришлось воспользоваться представлением об эфире — гипотетической субстанции, заполняющей всю Вселенную; в эфир как бы погружена Вселенная. Причем о структуре эфира ничего не было известно. Можно было только предполагать, что, поскольку скорость распространения света очень велика — в вакууме 300 тыс. км/с, упругость эфира должна быть колоссальной.

Какие же имеются преимущества и какие отрицательные стороны у волновой теории света по сравнению с корпускулярной?

Отрицательной стороной волновой теории света, до тех пор пока не была выяснена его электромагнитная природа (что было сделано намного позднее и о чем речь идет ниже), была необходимость ввести новую субстанцию — эфир, в которую должна быть как бы погружена вся Вселенная, а структура и свойства которой неизвестны. Более того, до тех пор пока мы рассматриваем все процессы и явления с точки зрения механики, т. е. пытаемся свести все процессы и явления в конечном итоге к механическим (а во времена Ньютона и Гюйгенса и значительно позже поступали именно так), очень трудно ответить на такой вопрос: почему взаимодействие между эфиром и веществом в оптических явлениях существует (свет проходит через вакуум, т. е. через эфир, с одной скоростью, а, например, через воду или стекло с другой), а в механических, когда через эфир проходят, например, планеты, такого взаимодействия нет?

Вместе с тем введение гипотетического мирового эфира, на чем настаивал Гюйгенс, снимало необходимость введения огромного числа разновидностей световых корпускул (каждый цвет, по Ньютону, отвечает одному виду корпускул). Многообразие цветов волновая теория света объясняет тем, что световые волны различной длины соответствуют различным цветам. Так как в эфире скорости волн всех длин одинаковы, то мы видим только «суммарный» белый цвет. При прохождении света через иную среду, например через стекло, показатель преломления зависит от длины световой волны, поэтому происходит разложение света в спектр.

Имя Гюйгенса известно также в связи с открытым им принципом (принцип Гюйгенса), имеющим большое значение в понимании волновых процессов.

Соперничество между корпускулярной и волновой теорией света продолжалось еще долго и закончилось в пользу волновой теории в начале XIX в. — после того как английский врач Томас Юнг (1773–1829) и французский физик Огюстен Жан Френель (1788–1827) показали, что свет способен огибать препятствия, пе делая четких теней, что противоречит корпускулярной теории, а достаточно малые препятствия вообще не отбрасывают никакой тени, что согласуется с волновой теорией. Однако вопрос о природе света и после этого еще нельзя было считать окончательно решенным — оставалась еще необходимость в признании «светоносного эфира», обладавшего несовместимыми качествами высокой разреженности и высокой упругости.

В последнем произведении Гюйгенса — «Космотеорос», опубликованном после его смерти и переведенном примерно через 20 лет после выхода в свет по указанию Петра I на русский язык, высказывается предположение о том, что во Вселенной имеется множество обитаемых миров.

Описание развития исследований в области естественных наук в XVIII в. мы начинаем с великого математика и физика, члена Петербургской Академии наук Леонарда Эйлера (1707–1783).

Заслуги Эйлера в создании современной науки могут быть сравнимы только с заслугами Ньютона. Весь аппарат классической механики, включая формулировки основных ньютоновских законов движения, мы изучаем, пользуясь эйлеровской трактовкой. Всего им было написано более 800 работ по различным разделам математики, механики, физики, астрономии и техники.

Леонард Эйлер родился в Базеле (Швейцария), в семье пастора, который и был его первым учителем математики. Образование получил в Базельском университете.

В 1727 г. по приглашению Екатерины I он приехал в Петербург и занял должность адъюнкта по высшей математике в только что учрежденной Петербургской Академии наук. В 1733 г. Эйлер становится академиком. Занимается преимущественно механикой. В 1729–1732 гг. им было написано около 30 статей по механике. В 1736 г. вышли в свет два тома его труда «Механика, или Наука о движении в аналитическом изложении». Эта работа явилась первым большим сочинением, где математический анализ был применен к науке о движении.

В 1741 г. Эйлер был вынужден покинуть Петербург и отправился по приглашению Фридриха II в Германию, где был назначен президентом Берлинской академии. В Берлине в 1765 г. им была закончена вторая часть задуманного труда, которая вышла под названием «Теория движения тел твердых или жидких». В берлинский период Эйлером написаны трактаты по механике корабля («Морская наука», 1949), небесной механике и баллистике, капитальные труды по математике — «Введение в анализ» (два тома, 1748), «Дифференциальное исчисление» (два тома, 1755).