> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Фарадей не мог дать своим идеям математического выражения

Фарадей не мог дать своим идеям математического выражения

Фарадей не мог дать своим идеям математического выражения, но эти идеи руководили им во всех его электромагнитных исследованиях, и черезвычайно вероятно, что без этих идей очень многие из открытийФарадея не имели бы места. Так. обр.. около средины XIX в Ф. назрел новый вопрос о механическом объяснении электрических и магнитных явлений, причем добывание ну ясных для этого опытных данных было значительно облегчено изобретением целого ряда точных измерительных приборов и методов исследования.

Решение названного вопроса взял на себя Д. К. Максуэл с 1855 г., пытаясь подойти к нему с разных сторон. Но при этом встретились необычайные трудности, и Максуэлу удалось лишь при помощи вихрей в некоторой жидкости и особых частичек между ними мысленно построить лишь модель, или механическую аналогию, электромагнитных явлений, которая действительно объясняла эти явления, при помощи, однако, механизма совершенно искусственного и чересчур похожего на машины, построенные руками человека, чтобы соответствовать действительности. Это был возврат опять в Ф. XIX в к картезианским вихрям; но механическая схема Максуэла могла быть записана рядом математических формул, выражающих действительные соотношения между доступными опыту величинами и соотношения, согласные с опытом, дающио опытные законы. А этого как раз и не могли давать декартовские вихри.

Коренным недостатком максуэлов-скойсхсмы была ее неправдоподобность, так как все было подобрано arl hoc. Тем не менее такой путь исследования природы при помощи хорошо подобранных моделей или аналогий оказался сейчас же плодотворным. Именно этим путем Максуэл открыл, что должны быть возможны электромагнитные волны., и что они должны иметь скорость в воздухе (или пустоте), равную той величине, которая уже в то время фигурировала в учении об электричестве и магнетизме как т. н. „отнот.е единиц и которая была доступна измерению и оказалась как раз равной скорости света. Выходило, что изменения электромагнитплхсостоянпй тел распространяются в воздухе и пустоте волнами, и эти волны имеют скорость волн света. Отсюда было естественно заключить, что такие волны и суть как раз волны света, т. е. что свет есть электромагнитное явление. Так была создана т. н. электромагнитная теория света, так были сведены в одно явления электричества, магнетизма и света, и фигурировавший в теории света „световой вектор“ стал одним из количеств, фигурирующих в электромагнитных явлениях.

Максуэловская модель электромагнитного поля но была, как сказано, объяснением электромагнитных явлений. Позже в разных работах (1864— —1873) Максуэл снова и снова возвращался к идее о механическом объяснении электростатических и магнитных взаимодействий, и представление об упругих силах в эфире в этих случаях, которое было уже у Фарадея, Максуэл формулировал математически и опять не получил механического объяснения интересовавших его явлений. Максуэл тем не менее этим путем сделал два открытия. Изолятор (диэлектрик), разделяющий наэлектризованные тела (эфир, стекло, воздух), находится в особом электрическом состоянии (поляризация диэлектриков), так что в двух бесконечно близких точках по линии сил есть разные и противоположные электрические заряды (+ и —), и вследствие этого изменение этой поляризации со временем есть процесс движения электричества в изоляторе, т. е. то, что наз. электрическим током, и что до Максуэла знали лишь в проводниках (электрический ток, текущий по закону Ома). Затем одно и то же тело может иметь свойства и проводников и изоляторов, и потому электрический ток в таком теле слагается из двух токов: ток по закону Ома и изменения поляризации со временем. Однако, объяснить подобным лее образом явления электромагнитной индукции Максуэлу но удалось; и это заставило его ввести в Ф. опять новый метод исследования, данный для механики Лагранжем.

16. Механические объяснения электромагнитных явлений. Модели и аналогии. Данная механическая система будет нам вполне известна, если мы знаем для всякой ее точки (пли бесконечно малого объёма) массы и действующие силы. Тогда механика позволяет написать дифференциальные уравнения движения; и если, кроме того, мы имеем и еще некоторые данные относительно положения и движения точек, то мы получим возможность предсказать положение и движепио всякой точки системы для любого момента времени, как прошедшего, так и будущего. Но во многих случаях движение механических систем, перемещения, скорости, силы для отдельных точек наблюдению недоступны. Между тем, доступными наблюдению являются некоторые величины (обусловленные сами положением точек, их движением, силами), имеющие характер перемещений, скоростей или сил. Лагранж и показал, каким образом молено написать уравнение движения системы, пользуясь только этими доступными наблюдению величинами и не зная вовсе истинного движения отдельных точек и действующих на них сил. II очевидно, что этот метод механического объяснения физических явлений по преимуществу приложим там, где как раз мы имеем дело со скрытыми от нас массами, имеющими скрытое от нас движение. А таковы именно и суть явления электричества и магнетизма.

Вот этот-то метод Лагранжа Максуэл и применил к электромагнитным явлениям, рассматривая доступную наблюдению силу электрического тока как некоторую величину, имеющую характер механической скорости, хотя при этом остается и неизвестным, чте именно движется и с какою именно скоростью. Несомненно лишь, что электрический ток есть процесс некоторого движения. Таким путем Максуэлу и удалось установить ряд соотношений между электрическими и магнитными силами в пустоте и других средах, соотношений, известных и поныне под именем уравнений Максуэла для электромагнитного ноля. И в этих уравнениях записаны все явления: электрические и магнитные, электрический

829

Оизика

330

ток, индукция. Из этих лее уравнений получаются и дифференциальные уравнения оптики, записывающие распространение электромагнитных волн. При этом всякая среда характеризуется некоторыми доступными опыту постоянными (зависящими в случае волн от периода колебаний), т. и. диэлектрической постоянной, электропроводностью, происхождение которых требует особого объяснения с точки зрения молекулярнокинетических представлений: и это объяснение в свое время и было дано (теория, дисперсии и поглощения волн). В то лее время из этих уравнений Максуэл предсказал, что плоская электромагнитная волна (т. е. волна света) должна давить, наир., на зеркало, от которого она отралсается. Это—т. и. световое давление, опытное измерение которого Лебедевым и Никольсом и Гуллем (1900) и было вторым блестящим подтверждением электромагнитной природы света. Первым таким подтверждением было получение Герцем (1888) электромагнитных волн в воздухе, измерение их скорости и обнаружение, что они обладают всеми свойствами волн невидимого для глаз света (т. н. ультракрасныо лучи). А экспериментальная техника конца XIX и начала XX в достигла такой высоты, что оказалось возмоленым, с одной стороны, получить электромагнитным путем волны с длиной около миллиметра, и с другой—оптическим путем—волны с длиной в доли миллиметра. Опытное подтверлсдепне электромагнитного происхолсденпя света привлекло в конце XIX в внимание физиков снова к идее дать уравнениям Максуэла определенное механическое толкование: были сделаны попытки отолсдествлять электрические и магнитные силы с самыми разнообразными механическими величинами (скорость, перемещение, вращение и так далее), но эти попытки успехом не увенчались, так как всо в конце концов встречались с темп или иными затруднениями, в виде некоторых не-возмоленых или - малоправдоподобных следствий. Тем не менее, обнарулсен-ная Гсльмголыпцем (1892) возмолшость применения к электромагнитным явлениям чисто механического „принципа наименьшего действия“ (что позволило выводить пз т. н. „кинетического потенциала“ значения и тепловых, и механических, и электромагнитных количеств, характеризующих данную систему), а таклсе установление Больцманом (1891) особого характера тех механических двилсений (т. н. циклических), которые лежат в основе электромагнитных явлений—дали возможность получить, так сказать, пз принципов механики дифференциальные уравнения электромагнитного поля, содерлса-щие, однако, лишь доступные опыту электромагнитные величины, механический смысл которых всо лее остается неизвестен, но для которых молено построить много механических моделей или аналогий. Этот неуспех механики электромагнитных явлений, или механики эфира иными словами, создал далее особое научное течение, враждебное подобным попыткам искания механического объяснения электромагнетизма, в духе Маха и позитивной философии. И основание такому научному течению дало доказательство, что при помощи эфира, как сплошного тела классической механики, вообще нельзя объяснить механизм электромагнитного поля. Однако, очевидно, что подобное доказательство но исключает возмолсности искомого объяснения иным путем: например, при помощи эфира с атом--ной структурой, которую почти всю жизнь проиоведывал лорд Кельвин. Возмолшо таклсе, что и самые уравнения Максуэла не вполне точны и требуют поправок, еще пока не обнаруженных опытом. И возмолшость такой поправки как раз была обнарулсена успехами Ф., и на этот раз Ф. опытной, в конце XIX и начале XX в Именно, была открыта атомная структура самого электричества, были открыты т. п.. электроны, которых потоки в очень разрелсенных газах представляют собою давно известные т. н. катодные лучи. -

17. Атомное строение электричества; электромагнитное происхождение массы. Идея атомного строения электричества было высказана еще Mяк-суэлом, а позлее и Гсльмгольтцем (1881), как следствие открытых Фарадеем за-’ конов электролиза. Согласно этимзако-/ цам, всякий атом вещества,щтлагаемьГЙ

при электролизе,не может пметь+илп— электричества менее определенного количества и всегда имеет или это количество или целое число подобных количеств. Такому-то количеству и было дано (Д. Стони) имя „электрон“, а катодные лучи оказались потоками таких электронов, несущих электрический отрицательный заряд, величина которого как раз совпала с величиной, фигурирующей в явлениях электролиза. Атом материи в ненаэлектризованном (т. и. нейтральном) теле имеет некоторый + заряд и окружен роем электронов, вместо имеющих такой же— заряд. Электризация атома есть результат изменения в нормальном числе электронов, а стало быть нет ненаэлектризованной материи. Это великое открытие сделало сейчас же понятным механизм излучения телами волн света. Эти волны—электромагнитные волны в эфире, и получаются они тогда, когда атомы и электроны (те и другие наэлектризованные) находятся в движении (например колебательном), ибо всякое движение наэлектризованного тела с ускорением всегда сопровождается появлением в окружающем тело эфире электромагнитных волн. С этой точки зрения сейчас ке получили себе объяснение и явления поглощения света телами, и зависимость скорости распространения волн от периода волны (явление дисперсии света), как результат резонанса при колебаниях заряженных электричеством атомов и электронов. Электрический ток в металлах оказался простым движением электронов от атома (или молекулы) к атому (или молекуле) и тем лее самым дви-Жбнием, которым объясняется и теплопроводность металлов. Последняя ость перенос электронами их лсивой силы, а электропроводность—перенос теми лее электронами их электрических зарядов. Электропроводность металлов оказалась обратно пропорциональней абсолютной температуре и прямо пропорциональной теплопроводности, что было давно известно, но представлялось совсем непонятным. Сопротивление металлов электрическому току— это проявление того препятствия, которое атомы и молекулы представляют даижендр электронов при входе последних внутрь или выходе нару:ку. При температурах, близких к т. и. абсолютному нулю (— 273° С), атомы и молекулы как бы сливаются между собой в сплошную среду, сквозь которую электроны летят без всякого сопротивления. Поэтому электрический ток, созданный в металле при температуре близкой к — 273° С, по устранении своего источника продолжает течь по замкнутому проводнику в течение часов (опыты Комерлинга-Оннеса, 1914) по инерции.

В то ясе время в электронах Ф. впервые встретилась с возможностью измерить массу движущегося наэлектризованного тела и должна была принять во внимание различие в массах одного и того же тела не наэлектризованного и наэлектризованного. Дело в том, что движущееся наэлектризованное тело представляет собою электрический ток с его магнитными силами. Последние образуют т. н. магнитное поле тока, обладающее определенным запасом энергии. Эта энергия всегда доля;на быть доставлена току извне, и она проявляется, м. проч., как раз в явлениях т. н. самоиндукции токов. Если поэтому нейтральное тело массы М для движения со скоростью v должно получить энергию Е0 =r I Mv-, то то лее тело, наэлектризованное, при той же затрате энергии Еа получит уясе не скорость v, а меньшую, ибо часть Е0 пойдет на создание магнитной энергии электрического тока. Нам представляется дело так, как если бы наэлектризованное тело имело массу не обычную М, а М+т, и потому для получения прежней скорости v нам понадобится затратить энергии не Еа а Е — (М + т) V- Здесь т есть кажущаяся т. н. элеющюмагкишная масса, и ее можно вычислить, зная электрический заряд тела.

Такие вычисления и опытные измерения массы электронов показали, что у последних, по всей вероятности, массы М вовсе нет, что у нихся масса кажущаяся, вся—электромагнитного происхождения. Это привело сейчас ясо к очень большому обобщению, пока, впрочем, не окончательно еще установленному. Но всей вероятие сти, иной массы, как электромагнит-

833

Физика

334

пая, и вообще кет, всякая масса—масса электромагнитная, и тогда мы получаем объяснение, что такое масса, введенная Ньютоном как мера инерции, и что такое инерция. Инерция—это проявление связи материальных тел с эфиром, проявляющейся в электрических силовых линиях, исходящих от атомов и электронов, составляющих всякое тело. Масса в сущности принадлежит не телу, которому мы ее приписываем, а окружающему тело эфиру, она—кажущееся явление. Здесь мы имеем некоторую аналогию с явлением движения твердого тела в жидкости: такое тело тоже обладает кажущейся массой (разумеется, кроме обычной), обусловленной движением жидкости.

Существование электронов, этих атомов электричества, должно быть в тесной связи и с атомным строением лучистой энергии; но ни электронам, ни квантам энергии нет места в уравнениях электромагнитного ноля, данных Максуэлом, и эти уравнения верны лишь тогда, когда у нас электрический заряд слагается из столь большого числа электронов, а лучистая электромагнитная энергия столь „плотна“, что на атомность электричества и энергии молено но обращать внимания. Но когда у нас немного, или даже, наир., один всего электрон, то ничем но доказана применимость к этому случаю уравнений Максуэла, и в этом, вероятно, и есть та поправка к названным уравнениям, о которой была речь выше, и незнание которой ставило до этих пор препятствия всяким механическим объяснениям электромагнитных явлений.

18. Электромагнитные основания механики. Изменчивость массы при движении. Особая роль скорости света. Электромагнитное происхождение массы и инерции и неуспех механики эфира создали в конце XIX в идею, что не в механике надо искать объяснения физических явлений, а наоборот, дать механике электромагнита, основания (W. Wien): для этого надо только, чтобы мы привыкли мыслить электромагнитными образами, вместо механических. Однако, очевидно, что такое „электромагнитное“ объяснение явлений не может идти далее объяснениямассы и признания электромагнитного происхождения за механическими силами (тяжесть, химическое сродство и так далее), что не может вызвать возражения. Но ведь ни перемещение, ни скорость, ни ускорение нельзя заменить электромагнитными образами, как нельзя и отрицать того, что, получив электромагнитное„объяснение“ для понятий нашей механики, мы должны в конце концов иметь возможность решить и обратную задачу, т. е. прийти к механическому толкованию электромагнитных количеств, если только вообще мы ио отрицаем хотя бы качественных оснований классической механики (наир., того, что всякая энергия чему-то принадлежит и т. и.).

Опытному исследованию электроны представляются всегда в движении, и скорость этого движения, как и самая масса электронов доступны измерению. Оказалось, что масса электронов очень мала, в 2.000 раз меньше массы атома водорода, а скорость вообще очень велика, и в некоторых случаях (например, потоки электронов, выбрасываемых радиоактивными веществами) эта скорость доходит почти до величины скорости света (до 285.000 км.). Опыт обнаружил, что разным скоростям электронов соответствует и разная их масса, причем масса получается тем больше, чем больше скорость движения. Причина этого явления в том, что электромагнитная масса заряженного электричеством тела является определенной только его зарядом лишь в том случае, когда тело в покое или движется со скоростью очень малой сравнительно со скоростью света; вообще из теорий электромагнитных явлений давно известно (Д. Д. Томсон, 1881), что эта электромагнитная, кажущаяся масса сама зависит от скорости движения v (точнее от отношения v/c, где е скорость света) и стремится к безконочно большой величине, когда скорость движения приближается к скорости светаи величина 1 — к нулю. На электронах явилось возможным обнаружить это влияние движения на массу, и, если теория верна, приходится заключить, что скорость света занимает совсем особое положение среди всех возмоя;-

ных скоростей. Никакому телу нельзя сообщить скорости движения большей, чем скорость света. Если всякая масса имеет электромагнитное происхождение, значит и она но постоянна, как это принимается в механике Ньютона, а сама зависит от скорости v и может быть рассматриваема постоянной лишь в случаях, когда v ничтожно в сравнении со скоростью света. За исключением случая движения электронов, это условие всегда является соблюденным; поэтому и изменчивость массы практически вообще значения не имеот; но она важна для нашего познания мира, ибо обнаруживает, что механика Ньютона в нашем мире имеет лишь приближенное решение и это потому, что в этом миро скорость электромагнитных волн не безконечно велика. В мире, где эта скорость была бы безконечно велика, механика Ньютона была бы абсолютно верна в том смысле, что масса тел всегда была бы постоянна и от скорости у не зависела бы.

В начало XX в Ф., так. обр., пришла к необходимости эволюции механики Ньютона, к изменению в ней количественных соотношений, хотя качественные пока оставались незатронуты. Однако, вскоре оказались затронуты и эти последние, и толчок этому дали исследования влияния движения земли окол1. солнца на оптические и электромагнитные явления.

19. Неподвижность эфира, извращение физических явлени и актом движения. Эквивалентность массы и энергии. Дело в том, что согласно механике Ньютона (далее и в случае массы, зависящей от скорости) во всякой механической системе, двюкущейся прямолинейно и равномерно, все механические процессы протекают для наблюдателя, движущегося с системою, абсолютно так лее, как если бы движения не было. Это—механический принцип относительности, и поэтому наблюдатель, пользуясь механическими явлениями только своей системы (наир., явлениями звука в вагоне железнодорожного идеального поезда), открыть свое движение не молсет.

Земля в своем двшкенин около солнца в течение некоторого промелсутка времени (времени опыта) может быть рассматриваема движущейся прямолинейно и равномерно, вместе со своей газовой оболочкой. Поэтому ни одно механическое, чисто земное явление (наир., явление звука) но может обнаружить этого двилсения, ибо оно для нас совершается так лее, как и в том случае, если бы земля была в покое. Вращение же земли около оси можно обнаружить разными земными опытами (наир., маятник Фуко). Свет и электромагнитные явления, совершающиеся исключительно на земле, будучи подчинены законам механики, должны нам обнаружить движение земли около солнца, если эфир но имеет нашей скорости движения земли, ибо эти явления протекают, главным образом, тогда в эфире, но имеющем полной скорости земли, и система земля—эфир, стало быть, не есть система в прямолинейном и равномерном движении. Очень точные опыты (особенно оптические Майкельсона, 1881 —1887) движения земли не обнаружили. Следовательно, приходилось бы заключить, что эфир имеет полностью движение земли, т. е. со воздуха. Но опыты Фи-зо показали, что в текущей воде скорость спета изменяется по закону

c=c±v (l-—), гдо с скоростьсвета в текущей со скоростью v воде, с — тоже скорость в неподвижной воде, а «—показатель преломления света в воде. Знак ± показывает, что скорость увеличивается, если движение воды совпадает с движением света, и уменьшается, если оба движения идут навстречу друг другу. Но у воздуха и черезвычайно близко к 1; поэтому из закона Френеля следует с — с т. е., что при движении воздуха эфир вовсе не увлекается, а при движении воды увлекается только по с полной скоростью v. Это последнее обстоятельство легко объясняется том, что при движении воды движутся только молекулы ее, а эфир остается неподвижен; в случае же воздуха роль молекул ничтожна, и эфир опять остается неподвижен. Однако, такая неподвижность эфира прямо противоречит опытам Майкельсона и др.

Это противоречие по Лоренцу (1895) устраняется, если допустить, что размеры материальных тел в случае движения сокращаются по направлению двиэюения, не изменяясь но направлениям движению параллельным, и сокращаются в зависимости от величины

~ так, что, когда v достигает величины скорости света, материальные тела сплющиваются в плоскость. Есть и физические основания для такого допущения в предположении, что все упругие силы имеют электрическое происхождение, а электрические силы при движении меняются. M, наир., шар из одних электрических зарядов, получив скорость v, должен сплющиться как раз так, как это предполагает Лоренц для материальных тол. В таком случае приходится принять для случая движения и иные изменения аналогичного происхождения, и тогда для неподвижного эфира на движущейся земле ни одно оптическое или электромагнитное движение земли не обнаружится, ибо хотя изменения в явлениях и будут, но они нс будут выходить из пределов ошибок наблюдений. Изменения же размеров и тому подобное., разумеется, опыту недоступны, ибо такие же изменения протерпят и самые меры. Гипотеза Лоренца опять идет далее классической механики Ньютона, так как в последней размеры материальных тел при движении предполагаются неизменяющимися. Но как и изменчивость массы, и изменчивость размеров и иных свойств материальных тел есть следствие известных процессов в эфире, есть, так сказать, действие эфира — потому и особая роль скорости света, выражающей свойство эфира. И в Ф. мы имеем явления, где актом движения вносятся изменения в размеры и формы тел: это происходит, например, при вращении тел (действие т. н. центробежной силы); точно так,же, например, растянутая грузом пружина сокращается, если се вместо с грузом заставить падать, т. е. двигаться ускоренным движением, и тому подобное. С этой точки зрения эволюция классической механики являлась подтверждением основной идеи классической Ф: XIX в., стремившейся все объяснить при помощи эфира и ставившей такоо объяснение конечной целью науки (Г. Герц, 1£S!)). II намек на возможностьтакого объяснения был дан еще Б. Томсоном (1867) в его вихревой теории вещества.

Идеальная жидкость (без трения), как сплошное тело, содержит в ссбо замкнутые вихри. Эти вихри—наши атомы, их комбинации—молекулы. Эти вихри обладают свойствами упругих тел, но эти свойства кажущиеся—следствие движения; мследу вихрями есть силы, но и они кажущиеся. Вся энергия такой системы кинетическая, а потенциальная энергия есть энергия кажущаяся, обусловленная движением вне того тела, которому мы потенциальную энергию приписываем. Допускал, далее, кроме вихрей - атомов в жидкости наличность еще гораздо более мелких вихрей, мы бы получили в их совокупности среду, которая могла бы быть эфиром.

Но вместо дальнейшего развития этих идей физические теории XX в., исходя из условия о неподвижности эфира. стали развиваться совсем в другом направленп, приведшем в конце концов к отрицанию уже самого эфира и к полному перевороту в области мировоззрения классической Ф.

Согласно электромагнитной теории Максуэла, световые волны оказывают давление но только на те тела, на которые волны падают, но и на те, которыми волны излучаются: именно, испуская волны только по определенному направлению, тело испытывает давление по противоположному направлению, волнами отталкивается. Г1о третьему закону Ньютона (действие равно противодействию) соответственное давление по направлению распространения волны есть и на фронте идущей из источника волны, и это давление должно привести эфир в движение. Предположение неподвижности эфира встречается здесь, таким образом, с нарушением третьего закона движения, и это обстоятельство привело (А. Пуанкаре, Г. Лоренц, М. Абрагам) к такой мысЛи: лучистой энергии, которая переносится в волне со скоростью света с соответствует в волне т. н. количество двиэюения (импульс, толчок) по направлению движения. Но количество движения дается произведением массы на скорость. В волн“

единственная скорость, имеющая направление распространения волны, есть скорость волны с. Следовательно, в волне есть количество движения тс, т. е. электромагнитная волна обладает, таким образом, массой т, она как бы материальна.

С другой стороны, масса т, движущаяся со скоростью с имеет кинетическую энергию /атс3; стало быть, такова лее и кинетическая энергия волны, а эта энергия составляет половину всей энергии волны (другая половина состоит из энергии потенциальной). Следовательно, энергия волны Л есть Е=тс2 (например, для единицы объёма). Так. обр., оказывается, что лучистая энергия и масса эквивалентны между собою, подобно тому как эквивалентны между собой теплота и энергия, и механическим эквивалентом массы является крайне большая величина с2, т. е. квадрат скорости света. Поэтому масса всякого тела состоит не только из электромагнитной массы заряженных электричеством атомов и электронов, ной из массы той лучистой энергии, которая всегда есть мелсду атомами и электронами, раз происходит излучение. А оно идет всегда, если только температура тела отлична от абсолютного нуля. Но лучистая энергия зависит от температуры: значит и масса всякого тела зависит от температуры, и, нагреваясь, тело увеличивается в массе, охлаждаясь— уменьшается. И можно осуществить полость с лучистой энергией, внутри которой эта новая масса будет очень и очень велика, сравнительно с обычной массой стенок. Мы будем иметь как бы одну лишь материализованную энергию, своеобразное материальное тело, имеющее и массу, и температуру, и давление, и энтропию и так далее (М. Планк, 1908). Но лучистая энергия атомпа, состоит из квант; стало быть, излучающее энергию тело в виде этих квант выбрасывает из себя и массу, т. е. кванты являются как бы материальными частичками, подобными летящим частицам света в теории истечений Ньютона. Две взаимно исключающие на первый взгляд одна другую теории света—теория истечения и теория волнения—сливаются теперь как бы в одну:

выходит, что обе теории рассматривают одно и то лее явление с разных точек зрения и обе дополняют одна другую.

В то лее время, как видим, в новой Ф. теряет значение основной для химии закон сохранения массы, и это вносит с теоретической точки зрения глубокие изменения в наши взгляды на химические процессы. В атомах обнарулси-ваются громадные, до этого неизвестные нам запасы энергии в виде массы атомов, и это дает наделсду понять и те явления химического разложения простых тел, которые наблюдаются в явлениях т. п.]шдиоактивности. Улсе Г. Лоренц в 1901 г. обратил внимание, что все электромагнитные и оптические явления в системе, двшкущсйся прямолинейно и равномерно вместе с наблюдателем, представляются совершенно строго последнему так лее, как они представляются неподвижному наблюдателю в неподвижной системе, если допустить, что актом движения: 1) сокращаются размеры материальных тел— по направлению движения в отношении

1: l/i — — (v и с имеют прелаше зна-

С3

чения); 2) удлинняются все промежутки времени в отношении 1. и 3)

уменьшаются слагающие электрических сил, нормальные двиясению, в отношении 1: V1 — Тогда разница в явлениях в случае покоя и движения в том, что движущийся наблюдатель в дви-лсущейся системе иные величины принимает за электрическую и магнитную силу, чем то, которые принимает по-коющийся наблюдатель в покоющейся системе, и для неподвижного наблюдателя явления в движущейся системе протекают так, как если бы в последней во всякой точке было свое местное время, зависящее от положения точки и от скорости движения. Все эти извращения явлений обусловлены, так Сказать, неподвижностью эфира и исключением возможности влияния движения источника света на скорость его в безвоздушном пространстве. Если лее допустить последнее влияние, что представляется не невозможным, то в этих извращениях не будет надобности.

И раз, наир., лучистая энергия внутри некоторой движущейся полости имеет и массу, и скорость, то далсо представляется непонятным, почему эта лее энергия (а значит и масса), будучи выброшена из полости, этой скорости движения не сохраняет. Точно так лее не невозможно, что эфир не приводится в двилсонио толами малой массы (как текущая вода в опытах Френеля), но увлекается полностью, наир, таким телом, как земной шар. Вопросы этого рода пока еще находятся в стадии разработки и изучения, и роль эфира в разбираемой области явлений еще далеко но установлена.

20. Новые идеи о пространстве и времени. Принцип относительности. За то формальный успех теории лоре нцсвск их извращений привлек к ним особое внимание и послулсил поводом к созданию Ф. и механики на совсем новых началах (Эйнштейн, 1905), получивших имя „принципа относительности“. Как сказано, извращения явлений в теории Лоретта реальны; в теории Эйнштейна они не реальны,а лишь кажущиеся и при том неподвшкный наблюдатель их видит в систоме, движущейся со скоростью v прямолинейно и равномерно, а подвижный наблюдатель их же видит в неподвижной системе. Ни тот, пи другой наблюдатель не в состоянии решить вопроса, кто из них в покое и кто в движении, ибо наблюдению доступно лишь относительное движение, относительная скорость. С этой точки зрения Эйнштейн принимает, что распространение света в пустоте в калсдой системе соответственному наблюдателю представляется совершенно одинаково, в виде сферических волн, идущих со скоростью с. Извращенные меры длины и времени, равно как и местное время, о котором была выше речь—суть иетшшыо меры и истинные времена, ибо нет абсолютного времени. Всякой скорости прямолинейного и равномерного двнлеенпя системы соответствует в системе свое истинное время, и все такие времена вполне равноправны. Поэтому и понятия „рано“ и „поздно“ столь лее относительны, как понятия „верх“ и „низ“ в пространстве. Соответственно этому два события, одновременные в одной

системе, представятся в другой разновременными. Теории дал Минковский (смотрите) своеобразное геометрическое толкование; время и пространство принимаются неразрывно связанными мелсду собою в одно целое —мир, в котором время фигурирует, как четвертое измерение прострсРнства, но измерение мнимое и связанное с другими измерениями при помощи скорости света и законом распространения света сферическими волнами, независимо от поступательного равномерного движения системы. Благодаря такому представлению извращения мер и явлений оказываются произведенными свойствами иростван-ства и Бремени и потому лишь кажущимися. Геометрия в этой теории является главой Ф., а загадка эфира устраняется тем, что на место него ставится загадка самого „мира“, как комбинации пространства, времени и энергии. Эта энергия с ее массой вместо эфира наполняет собою весь мир и энергия—электромагнитная, ибо все явления природы—электромагнитные явления. В такой теории нет вовсе места эфиру, и поэтому в области оптических явлений мы должны вернуться к теории истечений Ньютона (смотрите теория относительноет и).

Если данные Лоренцем формулы верны, то теория Лоренца и теория Эйнштейна представляют собой два их различных толкования, две рабочих гипотезы, выбор между которыми до поры, до времони и не нужен. Но так как оба взгляда характеризуют собою два существенно разных миросозерцания, то и современная Ф. в настоящее время напоминает Ф. начала XIX в., когда еще не была окончательно прекращена борьба между ныотониан-ством и картезианством. С одной стороны, мы имеем мировоззрение классической механики, расширенное и обобщенное при помощи вновь открытой связи мелсду материей, электричеством, энергией и особой роли скорости света в эфиро, с другой — мировоззрение антимеханистическое, строющее образ физического мира при помощи свойств пространства и времени и электромагнитной энергии.

Но в науке всякая, далее и ложная, /идея бывает часто, если не всегда,

плодотворна. Соответственно этому и принцип относительности оказался весьма плодотворен. Он привел к очень простому и изящному методу решения физических вопросов, связанных с прямолинейным и равномерным движением, к таких вопросов, к которым ранее трудно было подойти. Он привел к созданию новой механики движущихся тел, он, наконец, дал идей нового, своеобразного объяснения явлений тяготения. Эти явления ставятся в связь с величиной скорости света (If. Абра-гам, А. Эйнштейн), энергия имеет не только инертную массу, но эта масса— тяжелая и так далее Явления тяготения, до этих пор стоявшие как бы особняком от других явлений, рассматриваемых в физике, теперь оказываются связанными со всеми процессами, и потому, например, луч света, проходя около тяжелого тела, искривляет свой путь и тому подобное.

Вообще XX век должен быть отмочен в истории Ф., с одной стороны, черезвычайными усовершенствованиями, внесенными в искусство экспериментировать, стоящими в связи с громадными успехами в построении физических приборов и инструментов, с другой— черезвычайно смелым полетом теоретизирующей мысли и той необычной легкостью, с которой эти смелые предположения делаются среди физиков всеобщим достоянием. Для сравнения стоит только вспомнить, что понадобилось более двух тысячелетий для опровержения учений Аристотеля, два века для того, чтобы теория света, как волн, вошла в Ф„ и что около четверти века нужно было даже электромагнитной теории света, чтобы вытеснить из Ф. представление о свете, как упругих колебаниях эфира. Между тем, учение Эйнштейна завоевало себе положение в Ф. сразу, на протяжении немногих лот, И новый темп научной работы в Ф. является залогом ео дальнейшего и скорого прогресса: в направлении ли дальнейшего упрочения новых идей об относительности пространства и времени, или же в направлении обобщенной механики эфира — покажет будущее.

Литература. По истории и развитью физических знаний: Draper, „History of the Intellectual Developement of Europe- (есть рус. псресод); Whewell, History of the Inductive Sciences-; Lange, „Geschichto

dcs M uteri alismus-; Humboldt, „Kosmos“. По историй Ф. и родственных наук: Libri, „Histoiro dcs sciences mathematiques cn Italie“; Poggendor/f, „Geschiehte dor Physik“; Gshler, „Physikal. Wdrterbuch-; Hoefer, „Histoire de la Cliimie-; Montuela, „Histoire des Mathematiques-; Розенбергер, „История Ф.“; Данне-манн, „История естествознания-; Лакур и Аппель, „Историческая Ф.“ Для изучения Фл Курсы Ф. О. Хвольсона, И. Зилова, Б. Всйнберга, С. Терешина, Д. Гольдгаммера и др. Популярное изложение современного состояния Ф. и отдельных в ней вопросов: „Итоги науки в теории и практике-, изд. т-па „Мир-, т. I. (вся Ф. по 1910 г.); „Новые идеи r Ф., математике, химии- и так далее Изд. „Образование-(по 1914 г.). Д. Гольдгаммер.