Приложение II к книге "Электричество и материя"

З. Цейтлин

Развитие воззрений на природу света

1. Древность и Средневековье

Несмотря на то, что древние сравнительно много занимались вопросами оптики, Аристотель был единственным мыслителем древности, который пытался построить общую теорию световых процессов.

Некоторые исследователи (Ziafa, Wilde) утверждают даже, что Аристотель основоположник волновой теории света. Хотя историк Герлянд справедливо отмечает общую неправильность таких утверждений, все, же они содержат в себе некоторую долю истины.

Аристотель, как всегда, исходил из непосредственно эмпирических соображений, которые он связывал с самыми абстрактно метафизическими. В случае звука непосредственно видно, что удар или вдувание воздуха в трубку вызывает звук, так что Аристотелю нетрудно было дать правильную теорию звука. Но свет получается вследствие какого-то таинственного процесса горения и, кроме того, имеются тела прозрачные и темные. Это привело Аристотеля к мысли, что слова свет, видимость, прозрачность, тьма и непрозрачность соответствуют каким-то особым началам, которые находятся в телах. Аристотель полемизирует (в Parva naturalia, отрывках о "чувствах", о "цветах") с воззрением Эмпедокла и Платона, утверждающих, что свет исходит из глаз. Ибо глаз — аргументирует Аристотель — это начало водянистое, и, следовательно, не может испускать свет.

Свет рассматривается Аристотелем, как активное начало (форма) тел, а тьма, как пассивное (материя). Всякая конкретность является сочетанием пассивного и активного начал. Тьма — это потенция света, которая благодаря движению превращается в конкретную прозрачность, видимость. Герлянд справедливо указывает, что Аристотель отличал свет от его передачи. Огонь виден во тьме, потому что свет передается через тьму, сообщая ее прозрачность. Абсолютно прозрачным Аристотель считал "эфир". Отсюда ясно, в чем зародыш волновой теории в учении Аристотеля. Считая, что свет (конкретный), это — энтелехия (целевое осуществление) с помощью движения, вызванного формой, Аристотель рассматривал светящееся тело, как источник такой формы. И если прав Лейбниц, что единственной физической материей Аристотель в действительности считал протяженную материю, а единственной формой — движение в пространстве и времени, то учение Аристотеля, в принципе, совпадает с учением волновой теории. Тогда потенциальная материя (тьма) Аристотеля, это — современный эфир, свет (форма) — активное пространственное движение, исходящее от тела. Это движение образует конкретный свет — движущиеся в пространстве волны в самом общем смысле слова. Заметим здесь, что Аристотель отрицал абсолютную пустоту, так что в связи с явлением звука мысль Аристотеля легко могла склониться в сторону теории волн.

В Средине века жили выдающиеся оптики (Альхазен, Рожер, Бэкон, Вителло, Пекгам, Теодорих), но и они, как и все почти ученые древности, занимались геометрической оптикой, связанной с нуждами астрономических наблюдений. Такое положение вещей легко объясняется тем, что с практической точки зрения основное как будто значение имеет геометрическая, а не теоретическая оптика. С другой стороны, явление света, видимо, столь просто, а в действительности столь сложно, что много времени прошло, пока, наконец, появились факты, толкнувшие научную мысль за пределы простой геометрии световых лучей. Эти факты накопились к началу Нового времени.

2. Новое время

Факты эти таковы. Древние и Средние века были хорошо знакомы с рефлексией, рефракцией и очень смутно с дисперсией (радуга, алмаз, цвета призматических стекол), но никакого понятия не имели об интерференции, дифракции, поляризации и двойном преломлении, т. е. о фундаментальных оптических явлениях, которые имеют основное значение для построения теории света. Явление дисперсии было впервые сознательно обнаружено в 1665 году Гримальди, который наблюдал преломление солнечных лучей, пропуская их через призму.

Тот же Гримальди открыл и описал дифракцию (1665 г.). Явление интерференции было фактически открыто, хотя научно не осознано, всё тем же Гримальди при наблюдении дифракции. Гримальди (и Дешале) изучали также цвета заштрихованных пластинок. Гук в 1665 году открыл интерференционное явление, известное под названием цветов тонких пластинок.

Двойное преломление было открыто (1669) и описано Эразмом Бартолинусом в исландском шпате.

Исследуя двойное преломление, Гюйгенс фактически открыл поляризацию света (1680) — явление, которое вполне отчетливо было познано лишь в 1810 году Малюсом.

Наконец, Рёмер и Кассини (около 1676 г.) открыли скорость распространения света. Вышеперечисленные оптические факты толкали научную мысль по пути исследования сущности световых процессов. Первым крупным теоретиком нового времени в этой области необходимо считать Христиана Гюйгенса, выпустившего в 1690 году знаменитый "Трактат о свете", в котором доказывалась волновая природа света. Некоторые историки физики (Поггендорф, Геллер, Вильде) считают, что впервые такого рода мысль о природе света была высказана Гримальди. Это утверждение основано на одном месте из книги Гримальди о свете, где Гримальди сравнивает распространение света с распространением водяных волн.

Историк Герлянд оспаривает приоритет Гримальди. Если это верно, то первым, отчетливо формулировавшим идею о волновой природе света, был Р. Гук. В своей "Микрографии" (1665) Гук говорит о том, что свет это — колебательное движение, исходящее из светящегося тела, как из центра, и распространяющееся через окружающую среду сферическими волнами. В 1672 году Гук выступает в Королевском обществе с докладом о своей гипотезе света. Гук утверждает, что световые колебания происходят поперек направления распространения, т. е. выдвигает гипотезу первостепенного для теории света значения.

Леонард Эйлер, Френель (см., например, мемуар Френеля о свете, изд. ГИЗ’а, 1928 г.) и многие другие исследователи утверждают, что одним из основателей волновой теории света был Декарт. Солидность этого утверждения видна из письма Ньютона к Ольденбургу (26 Дек. 1675 г.), представляющего ответ на инсинуацию Гука, будто бы Ньютон заимствовал волновую гипотезу из Микрографии Гука. Ньютон пишет (См. III том "Истории Королевского общества" – Birch), что "Гук только видоизменил гипотезу Декарта, превратив картезианское давление или поступательное движение медиума — в вибрирующее, а вращательное движение частиц — в необходимость пульсаций". Удивительно, однако, то, что Декарт считал световую передачу мгновенной. К такому заключению Декарта привело отсутствие аберраций света звезд, которая в то время не была установлена. Отметим еще Пардиза (1636 — 1673), прославившегося своей полемикой с Ньютоном. Пардиз, несомненно, был одним из первых ученых, защищавших теорию волн.

С наибольшей отчетливостью, однако, идея о волновой природе выступает у Гюйгенса. У него мы уже имеем дело не со счастливой догадкой, а с вполне определенной теорией. Эту теорию Гюйгенс построил на основании явления двойного преломления в исландском шпате. Исследуя лучи, получающиеся в кристалле исландского шпата, Гюйгенс путем тщательных измерений обнаружил, что лучи эти резко отличаются по своим свойствам.

Один из лучей, который Гюйгенс назвал обыкновенным, подчиняется обычным законам преломления: падающий и преломленный лучи находятся в одной плоскости, и показатель преломления луча, равный 5/3, не зависит от расположения плоскости падения-преломления в кристалле. Необыкновенный луч в общем случае не остается в плоскости падения и, кроме того, его показатель преломления зависит от направления луча в кристалле. Гюйгенс дал точный закон распространения необыкновенного луча.

Этот закон был им выведен при помощи волновой гипотезы света. Здесь перед нами важный пример значения гипотезы в науке. Поггендорф справедливо говорит, что "совершенно невозможно вывести закон Гюйгенса из ряда угловых измерений и простого их сравнения, т. е. путем простой индукции, с помощью которой часто получаются закономерности.

Действительно, для определения хода необыкновенного луча в кристалле шпата необходимо установить, что в то время, как волновые поверхности обыкновенного луча представляют сферы, волновые поверхности необыкновенного луча — эллипсоиды вращения; ось вращения параллельна главной оси кристалла; отношение осей равно 0,60 : 0,67. Если отбросить волновую гипотезу, невозможно, конечно, говорить о "волновых поверхностях".

Так называемые философы "чистого описания" утверждают, что физика должна быть построена "без гипотез", но мы видим, что Гюйгенс прибег к гипотезе не из какой-то врожденной любви к гипотезам, а из повелительной необходимости как-то разобраться в ряде эмпирических данных. Не сумев построить гипотезы, Гюйгенс не сумел бы объяснить явления поляризации, которое он фактически наблюдал при помощи двух ромбоэдров исландского шпата. Это важнейшее световое явление так и осталось научно не осознанным, пока, наконец, почти через полтора столетия Малюс не овладели им с помощью гипотезы поперечности световых колебаний (Араго, Френель).

Волновая теория света Пойгенса столкнулась с авторитетом такого мыслителя, как Ньютон. Ньютона обычно причисляют к сторонникам корпускулярной теории света, согласно которой свет состоит из мельчайших частиц (корпускул), испускаемых светящимся телом и несущихся с большой скоростью. Дж. Дж. Томсон правильно, однако, указывает, что Ньютон не был столь "корпускулярен, как это обычно изображают, что последователи Ньютона были более "корпускулярны", нежели сам учитель. Мы покажем, что это действительно так, что, собственно говоря, Ньютон не пришел ни к какой определенной точке зрения и, если уж говорить о теории света Ньютона, то эту теорию необходимо квалифицировать, как синтез волновой и корпускулярной гипотез строения света.

3. Ньютонова теория света

Анализ сочинений Ньютона показывает, что сущность метода Ньютона заключалась в предварительном формальном исследовании явлений. Конечно, такое исследование не может совершенно обойтись без тех или иных гипотез, но Ньютон старался избегать расширенных, всеобъемлющих гипотез, для оправдания которых, согласно его же словам, необходимо всестороннее формальное знание явлений. Вот почему Ньютон отказался от всеобъемлющей гипотезы Декарта о природе тяготения, а, пользуясь законом падения тел Галилея и вытекающей из него гипотезы однородности материи, нашел относительно формальный закон тяготения. Этим был проложен научный путь к построению расширенной гипотезы о природе тяготения.

Ньютону приписали, однако, неправильный взгляд, будто бы с установлением закона тяготения проблема тяготения решена, ибо тяготение будто бы, согласно Ньютону, существенное свойство тел. Ньютон в предисловии к изданию "Оптики" 1717 года отвергает приписываемый ему взгляд на природу тяготения. Ньютон говорит: "Дабы показать, что я не считаю тяготения существенным свойством тел, я добавил один вопрос, касающийся его причины, выбрав для изложения форму вопроса, ибо я не удовлетворен в этом отношении отсутствием опытов".

Вот почему "Оптика" Ньютона начинается словами: "Мое намерение в этой книге — не объяснить свойства света гипотезами, но изложить и доказать их рассуждениями и опытами. В конце же "Оптики" добавлены заключительные вопросы, в которых Ньютон ставит на обсуждение две противоположных гипотезы о строении света, волновую и корпускулярную. Из этого факта, очевидно, что Ньютона ни в коем случае нельзя причислить к безусловным представителям корпускулярной теории.

Еще в 1672 году Ньютон прочел в Королевском обществе доклад, в котором пытался примирить обе точки зрения. Когда Гук выступил 15 февраля 1672 года со своим сообщением о свете, Ньютон написал Гуку через Ольденбурга письмо, в котором выразил одобрение волновой гипотезе света и указал, что он "всегда был такого мнения". Ньютон обещал скоро прислать подробный доклад по этому вопросу. Доклад этот, "Теория света и цветов, отчасти содержащая гипотезу для объяснения свойств света и т. д." был, однако представлен лишь 9 декабря 1675 года.

В этом докладе мы находим оговорки, смысл которых заключается в том, что прежде, чем говорить о той или иной гипотезе света, необходимо всестороннее формальное знание явлений. В докладе имеется характерная фраза, с полной очевидностью доказывающая, что Ньютон склонялся к синтетической точке зрения: "Я полагаю, что свет является ни эфиром, ни его колебательным движением, но чем-то совершенно другого рода, исходящим и распространяющимся из светящихся тел. Те, которые хотят, могут считать свет агрегатом перипатетических качеств. Другие могут предположить, что он представляет собою множество мельчайших и быстро несущихся корпускул различных форм, выскакивающих на больших расстояниях, но через незаметные промежутки времени одна за другой из светящихся тел и непрерывно несущихся вперед благодаря принципу движения, который сначала ускоряет их, до тех пор, пока сопротивление эфирной среды не уравновесит действия этого принципа подобно тому, как уравновешивается сила тяжести при падении тела в воде.

Бог, который непостижимым для нас образом дал животным силу для произвольных движений, мог без сомнения снабдить тела другими принципами движения, которые мы столь же мало понимаем. Но если кто-либо полагает, что этот принцип может быть только духовной природы, ему легко доказать, что принцип этот механического характера, но я думаю, что лучше не останавливаться на этом. Те же, кто не согласен с этой точкой зрения, могут предположить, что свет это — какая-то другая телесная эманация, или импульс, или движение другой среды или тонкого эфира (aetherial spirit), разлитого по всем телам в эфире или, наконец, все то, что они только могут придумать по этому поводу".

Такой [путанный — О.А ] способ выражаться, характерен для Ньютона. Он и привел к тому, что различные исследователи приходят к различным заключениям по поводу действительной точки зрения Ньютона на природу света. В то время как Поггендорф, например, полагает, что Ньютон был приверженцем волновой теории, Герлянд поддерживает общераспространенное мнение о Ньютоне, как стороннике корпускул. Историк Розенберг считает даже, что Ньютон вообще отвергал построение гипотез и являлся, стало быть, сторонником метода чистого описания. Но сам Розенберг на основании приводимых им данных не особенно настаивает на этом пункте и ограничивается весьма неопределенными pro и contra.

Действительно, если утверждения Поггендорфа и Герлянда нуждаются еще в сильных доказательствах, то метод Ньютона, выявленный в основном его труде "Математические начала естественной философии" с несомненностью доказывает, что утверждение Розенберга неверно. Как мы уже указали выше, метод этот обнаруживает, что Ньютон — как в механике, так и в оптике — был диалектиком [т.е. схоластом и спекулянтом! Цейтлин махровый марксист и этим всё сказано — О.А.]. Из вопросов Ньютоновой "Оптики" видно, что Ньютон считал аргументы в пользу волновой и корпускулярной теории одинаково сильными и что, стало быть, верной теорией будет та, которая сумеет синтезировать обе точке зрения, — в этом именно смысл ссылки Ньютона на всемогущество Бога.

История развития физики блестяще оправдала гениальную проницательность Ньютона [?]. Но это оправдание получилось в результате диалектического процесса [?] [Обыкновенная марксистская демагогия! Ньютон — заурядный эклектик, надергавший свои противоречивые положения у разных исследователей — преимущественно, Декарта и Гука. О нём на сайте Sceptic-Ratio написано немало; рекомендуем почитать раздел Учения Декарта и Ньютона и посмотреть соответствующий ему видеофильм http://youtu.be/9oo4GpN32EQ — О.А.]. Антитезис воззрений Гюйгенса был заострен последователями Ньютона. Это отрицание господствовало свыше столетия, пока не было снято отрицанием отрицания — волновой теорией Юнга-Френеля. Но Юнг и Френель не дали еще подлинного синтеза, а только развили и углубили первоначальный тезис. Но это углубление, продолженное в трудах Максвелла – Герца, творцов электромагнитной теории света и привело, наконец, через теорию квантов к подлинному синтезу — к корпускулярно-волновой теории света Дж. Дж. Томсона. Мы проследим подробнее этапы этого диалектического процесса развития оптических воззрений.

4. Лаплас, Юнг, Френель

Из крупных ученых XVIII века волновую теорию света поддерживал только Эйлер, который значительно усовершенствовал теорию Гюйгенса, введя понятие частоты колебаний и зависимости цвета лучей от этой частоты.

Обычно говорят, что причиной поражения теории волн был громадный авторитет Ньютона. Это, конечно, верно, но с материалистической точки зрения [вернее сказать, марксистской — О.А] необходимо поставить вопрос об идеологической базе Ньютонова авторитета. История Ньютоновой физики показывает, что с этим авторитетом мало считались, когда он входил в конфликт с желательной для господствующих классов идеологией [ну, разумеется, как же не вспомнить о классовой борьбе — О.А.]. Дело доходило до прямой фальсификации воззрений Ньютона с целью придать этим воззрениям желательный характер [Никто намеренно Ньютона не фальсифицировал, он сам дал повод исследователям думать о его учении самым противоречивым и взаимоисключающим образом — О.А.]. Поэтому господство корпускулярного тезиса поддерживалось не только естественным ходом научного развития, но и силами, чуждыми этому развитию, источник которых в работе идеалистической философии над приспособлением к системе научных теорий. Это хорошо видно из отношений к волновой теории знаменитого Лапласа.

Дюгем говорит в "Физической теории", что Лаплас из эмиссионной теории, "соединенной с аттракционистской космологией, согласной с принципами Босковича, которые великий голландский атомист (Гюйгенс) объявил абсурдом", извлек оправдание построению Гюйгенса. Эта фраза Дюгема хорошо объясняет одну из причин господства теории корпускул. Дюгем противопоставляет в ней воззрение Лаяласа – Босковича атомизму Гюйгенса.

Из истории философии мы знаем, что в то время, как атомизм Ньютона – Гюйгенса был материалистическим [Назвать Ньютона материалистом можно только с очень большой натяжкой — О.А.], Боскович и, следовательно, Лаплас были атомистами-идеалистами [Навесить ярлык легко, сложнее сделать толковые разъяснения — О.А.]. Боскович именно один из первых выдвинул идею об атомах, как о непротяженных центрах сил — идею, которая послужила основанием кантовской теории познания [Кант был конструктивистом; что здесь имеется в виду, не совсем понятно, но явно что-то нехорошее, позитивистское, наверное, надо бы о нём разузнать побольше — О.А.].

Материал из Википедии

Руджер Иосип Бошкович (Roger Joseph Boscovich, 1711 — 1787) — хорвато-итальянский учёный (физик, математик, астроном), священник-иезуит. Создал оригинальную атомистическую теорию — атом как центр силы.

Бошкович одним из первых в континентальной Европе принял теорию всемирного тяготения Ньютона и предложил вариант динамического синтеза теории Ньютона со взглядами Лейбница. Согласно Бошковичу, материя состоит из не обладающих протяженностью атомов-точек, являющихся центрами сил, подчиненных универсальному закону. На малых расстояниях между атомами эти силы действуют как отталкивающие, не позволяя атомам совпасть (поэтому материальные тела обладают протяженностью). На больших расстояниях эти силы описываются законом всемирного тяготения Ньютона. В промежуточной области силы могут быть как отталкивающими, так и притягивающими, меняя свое направление несколько раз по мере изменения расстояния между атомами. В соответствии с различным характером изменения силы в зависимости от расстояния, Бошкович смог количественно и качественно объяснить такие свойства материи, как твёрдость, плотность, капиллярность, тяжесть, сцепление, химические взаимодействия, оптические явления. Теория Бошковича не была понята и принята его современниками. Спустя сто лет она оказала влияние на учение Фарадея о силовых полях.

В своём главном труде «Теория натуральной философии, ("A theory of natural philosophy", 1758) впервые развил теорию строения вещества, основанную на представлении о непротяжённых, неделимых идентичных материальных точках, между которыми действуют силы, подчиняющиеся универсальному закону. При малых расстояниях между точками сила взаимодействия отталкивательная, неограниченно возрастающая при их дальнейшем сближении; с увеличением расстояния между точками сила их взаимодействия обращается в нуль и меняет знак — возникает притягательная сила, которая сначала возрастает, а затем с увеличением расстояния несколько раз проходит через нуль и меняет знак. При больших расстояниях закон Б. переходит в ньютоновский закон тяготения. С помощью этой гипотезы Б. объяснял упругость, прочность, пластичность и некоторые другие свойства тел. Прилагая свой универсальный закон ко Вселенной, Б. допускал возможность её постепенного сжатия и расширения при соответственном изменении шкалы сил, которое поэтому не вызовет никаких нарушений в наблюдаемых явлениях. Б. развил также учение об относительности измерений пространства и времени. Идеи Б. оказали большое влияние на физиков 1-й половины 19 в.

П.П. Гайденко

В основе системы Бошковича лежит понятие силы; однако было бы не совсем верно на этом основании считать его сторонником ньютоновской программы; понятие силы является исходным также и в лейбницевой динамике. Бошкович как раз и попытался соединить некоторые положения ньютоновской программы, в частности принцип дальнодействия, с лейбницевым учением о простых и неделимых субстанциях, составляющих основу природного бытия. Принимая в качестве первичных силы притяжения и отталкивания и в этом смысле следуя Ньютону, Бошкович, однако, не признает абсолютных пространства и времени и объясняет тяготение в отличие от Ньютона, связывавшего тяготение с природой в первую очередь самого пространства, природой атомов как "центров силы", вступающих между собой во взаимодействие.

Атомы у Бошковича, хотя они, по его определению, и внепространственны (не имеют частей), а потому сходны с монадами Лейбница, рассматриваются, однако, не как формы или "души", а как физические точки. Иначе говоря, Бошкович исследует субстанции не как метафизик (в смысле Лейбница), а как физик - возможность, которую признавал и Лейбниц: та самая монада, которая у Лейбница в метафизике предстает как деятельность представления и влечения, будучи рассмотренной в рамках физики, мыслится по аналогии с математической точкой - как центр силы. Проблема субстанций как "математических точек" становится одной из главных в философии Хр. Вольфа, влияние которого испытал Бошкович; именно у Вольфа соотношение физики (динамики) и математики также было в центре внимания.

[Так-так, понятно, что это за фрукт, Бошкович, идем дальше — О.А.]

Что Лаплас сильно склонялся к идеалистической точке зрения, видно из его "Изложения системы мира", в которой он защищает весьма упорно корпускулярную теорию света. Материалистический атомизм Ныотона – Гюйгенса непосредственно вытекает из признания абсолютности пространства; первым признаком идеализма является отрицание этой абсолютности , релятивизация пространства. Лаплас же говорит: "Вселенная, сузившаяся до размеров, занимаемых атомом, представляла бы наблюдателю ту же самую картину. Простота законов природы позволяет нам наблюдать и познавать только отношения". Здесь, в сущности говоря, мы имеем прекрасную формулировку основ философии Канта [Сказано правильно, но Цейтлину здесь что-то не понравилось — что именно, интересно? — О.А.].

Лаплас восстает против "философов древности", которые, "становясь у источника всего, придумывали общие причины для того, чтобы все объяснить. Лаплас противопоставляет метод Декарта методу Бэкона, усиленно рекомендуя индукцию последнего и подчеркивая полную бесплодность гипотез. После опубликования "Диалектики природы" Энгельса не стоит доказывать, что борьба против гипотез и рекламирование пресловутой индукции не что иное, как идеалистическое торможение научного движения [у марксистов всегда так было: добавь к слову индукция эмоциональный эпитет пресловутой и критика готова, других аргументов уже не надо — О.А.]. Нечего также говорить о том, что сам Лаплас в своих научных трудах совершенно пренебрегал собственной гносеологией и наперекор ей сделался автором одной из величайших "неиндуктивных" гипотез — гипотезы Канта – Лапласа.

Корпускулярное упорство Лапласа удивляет даже Дюгема. "Трудно читать без улыбки, — пишет Дюгем, — те фразы, которые великий математик писал в тот самый момент, когда уже торжествовала оптика Френеля".

Легко представить себе господствовавшее в официальной науке отношение к теории волн, если такой ум, как Лаплас, говорил об этой теории с "презрительной жалостью".

Вот почему, как это часто бывает, силы прогрессивного научного [ух! — О.А.] движения возникли не в официальной научной среде. Медик Юнг (1773 —1824) и инженер путей сообщения Френель — вот кто были основоположниками волновой оптики в начале XIX столетия. Медик Томас Юнг был слишком учен, чтобы иметь хорошую практику. Английская публика, как известно, с большим недоверием относится к слишком ученым врачам, так что один из известнейших докторов Редклиф утверждал даже, что он своей громадной популярностью обязан тому, что прописывал совершенно бессмысленные рецепты. Вот почему, несмотря на то, что Юнг, имея в виду расширение своей практики, тщательно скрывал свое авторство и издавал свои сочинения анонимно, у него оставалось очень много времени для различных посторонних его специальности занятий. Эго свободное время Юнг использовал удивительнейшим образом. Он занимался с одинаковым успехом как философией, математикой, астрономией, физикой, так и египетскими иероглифами, теорией зрения, музыкой, живописью, изучением нравов пауков, железными дорогами, мостовыми арками, трением в осях машин вплоть до искусства плясания на канате и верховой езда, которые он демонстрировал в цирке Франкони при громадном стечении публики.

Дж. Дж. Томсон справедливо сравнивает Юнга с Леонардо да Винчи. В историю наук Юнг вошел главным образом, как один из основоположников волновой теории света, как автор учения о цветоощущении Юнга – Гельмгольца и как человек, расшифровавший иероглифы так называемого камня Розетты, открытого в 1799 году инженером Брусаром около Розетты в Египте.

В теории света Юнг должен быть поставлен рядом с Френелем. В сочинении "Лекции по натурфилософии" (1807) Юнг с полной отчетливостью выдвигает основной принцип волновой теории — принцип интерференции и обосновывает его своим известным интерференционным опытом. Гипотеза поперечности колебаний была сформулирована Юнгом (в письме к Араго в 1817 г.) лишь после исследований Малюса (1808) над поляризацией через отражение.

Любопытный пример диалектического закона перехода количества в качество [эти марксистские примочки действительно могут разозлить кого угодно, даже средневекового схоласта, не говоря уже обо мне — О.А.] представляет тот путь, которым Юнг пришёл к открытию интерференции. Юнг, как и Гук, обратил внимание на цвета мыльных пузырей. Ему пришло в голову, что цвета эти обусловлены тонкостью пленки, так что при уменьшении толщины жидкого слоя (количества) появляется удивительное качество окрашивания.

Юнг приложил принцип интерференции также к объяснению дифракционного спектра и изобрел прибор эриометр, в. котором дифракционный спектр служил для измерения величины мельчайших тел, как кровяных шариков, волокон шерсти и т.д.

Учению Юнга не удалось, однако, одержать победы над эмиссионной теорией. — Он не владел в достаточной мере математическим анализом, и изложение его было очень темным и малодоступным. Эту победу над господствующей оптической теорией одержал Августин Френель. В высшей степени замечательна история его оптических работ. Френель, как инженер путей сообщения, 9 лет провел в самой дикой французской провинции — в Вандее и Дроме. В 1815 году он, как антибонапартист, был лишен службы и жил в Нионе (Дром) под надзором полиции. Эта именно эпоха и является началом научных работ Френеля. Сначала он занимался аберрацией, гидравликой, технико-химическими вопросами. В середине 1814 года он заинтересовался оптикой, прочтя в Монитере сообщение о докладе Био в Институте на тему о поляризации света.

Обширность тогдашних оптических познаний Френеля видна из его Письма (28 декабря 1814 г.) к другу, в котором Френель говорит: "Я не знаю, что понимают под поляризацией света. Попросите моего дядю Мериме прислать мне сочинения, в которых я мог бы изучить этот новый вопрос". Спустя 8 месяцев Френель сделался основоположником современной оптики, представив в академию знаменитый "Мемуар о световой дифракции. Этот мемуар, премированный в 1819 году, давал полное объяснение известному явлению, впервые предсказанному Пуассоном (на основании работы Френеля) я опытно подтвержденному Араго, именно: если узкий пучок света падает на небольшой: диск, то вследствие дифракции в середине тени диска получается столь яркое пятно, как будто диска совершенно не было.

Достойны быть отмеченными те экспериментальные средства, при помощи которых Френель производил свои исследования — куски проволоки с картоном заменяли ему микрометр, простая линза гелиостат.

Этот случай, как и случай Фарадея, Лебедева (знаменитый "лебедевский подвал") и др. доказывает, что великие научные открытия можно делать без роскошно оборудованных лабораторий, которые очень часто скрывают напыщенную и чванливую академическую пустоту. Араго, ознакомившись с работами неизвестного провинциального инженера, к счастью, оказался на высоте понимания интересов науки (что не очень часто случается с ее официальными представителями) и немедленно выхлопотал Френелю отпуск. В 1816 году Френель поставил в Академии знаменитый интерференционный опыт, на который, по словам Араго, многие мужи науки смотрели, как на бред болезнённого мозга. К величайшему остолбенению адептов формальной логики свет, соединившись со светом, породил тьму.

В работах по дифракции и интерференции света Френель не входил еще в подробности касательно структуры света и той среды, в которой свет распространяется. Последним вопросам посвящены две другие группы работ Френеля. После того, как Малюс сделал свое замечательное открытие поляризации через отражение, а Араго дополнил это открытие открытием хроматической поляризации, изученной подробно Био н Брьюстером, у Френеля оказалось достаточно экспериментальных данных для решения основного вопроса о характере световых колебаний.

Сначала Френель подобно Юнгу полагал, что световые колебания продольны, Но поляризационные явления привели его к несомненному убеждению в поперечности этих колебаний. В самом деле, только гипотеза поперечности колебаний может объяснить тот факт, что прямоугольно поляризованные лучи не интерферируют, — для интерференции лучей необходима (но не всегда достаточна) параллельная поляризация.

Последняя группа работ Френеля представляет то, что называют волновой теорией Френеля. Исходным пунктом этой теории является исследование явлений двойного лучепреломления. Мы указали выше, что это именно явление послужило также отправным пунктом для теории Гюйгенса.

Гюйгенс дал построение хода лучей в кристалле шпата на основе гипотезы волн. Волластон (1802) и Малюс (1810) экспериментально проверили построение Гюйгенса. Френель разработал подробную математическую теорию этого построения на основе волновой гипотезы. Так как в эпоху Френеле еще не существовало теории упругих сред, то френелевское обоснование волновой гипотезы довольно уязвимо, но выведенные им формулы многократно проверявшиеся, блестяще подтверждались опытом. Это доказывает, что гений Френеля давал ему возможность ощупью во тьме все же находить верную дорогу.

Такое обстоятельство является довольно обычным в истории наук и имеет ту плохую сторону, что дает некоторые козыри в руки сторонников философски чистого описания. Эти сторонники обычно говорят, указывая на оптику Френеля: вот хороший пример того, как, исходя из совершенно ложных механических представлений (механические представления Френеля об эфире), можно получить хорошие математические инструменты чистого описания. Ответом на такого рода указание может служить только покорнейшая просьба основательно изучить сочинения Френеля и показать, почему именно и каким образом ложные его представления приводят к столь замечательным результатам. До тех пор, пока адепты чистого описания не выполнили этой работы, всякие споры с ними бесполезны.

[Спорить с идеалистами, разными там позитивистами, махистами, эмпириокритиками, врагами механико-конструктивных гипотез и "адептами чистого описания" действительно малопродуктивно. Марксистские завихрения Цейтлина тоже выдержать сложно, однако обличительные выпады Тамма, Френкеля и прочих формалистов, утилитаристов-прагматиков, специалистов в области экономии мышления, вообще невозможно перенести; почитайте — раз, два, три, четыре, ... В разделе Война в физике много этого добра. Ни в одной стране мира не было такой стычки между условно говоря, идеалистами и материалистами, как в Советском Союзе. Эту войну идеологий нужно изучать специально где-нибудь на курсе "Конфликтологии". Исходя из непредвзятого анализа подобных масштабных конфликтов, можно выстраивать работу больших и малых научных организаций. — О.А.]

5. Послефренелевская оптика и
электромагнитная теория света Максвелла

Что бы ни говорили представители формального метода, но факт остается фактом, что оптика инженера Френеля, одержавшая столь блестящие победы на научном фронте, построена на базе механических представлений. Для всякого здравомыслящего и беспристрастного человека, очевидно, что это обстоятельство не случайно, что успех оптики Френеля обусловлен именно тем, что свет действительно представляет собою некий механический процесс, сложность которого такова, что до сих пор еще не удалось раскрыть все его детали. Но сущность световой механики мало-помалу выясняется чрезвычайно своеобразным и, неожиданным путем. Сначала ученые пытались проникнуть в тайну световых процессов при помощи механической теории упругих сред. В этом направлении работал целый ряд выдающихся исследователей, как Навье (1824), Пуассон (1828), Коши (1830), Франц и Карл Нейманны (1832, 1863), Грин (1838), Мак-Куллох (1837), Ламэ, Буссинеск, Кирхгоф, Рэлей, В. Томсон, Фойгт и другие. Несмотря на то, что усилия этих выдающихся умов сказались во многих отношениях весьма плодотворными, основная проблема построения ясной и последовательной механической теории света не была решена. Можно было думать, что причина этого в несовершенстве теории упругих сред, из которой исходили исследователи. Но имеется одно фундаментальное данное, прямо указывающее, что дело здесь не в теории упругости, а в том, что выбранное направление ошибочно. Это данное — электромагнитная теория света Максвелла. Необыкновенные успехи этой теории показывают, что механика световых процессов не та механика, которую ученые пытались построить на основании теории упругости. Эта механика особого рода, та именно, которая предуказывается электромагнитными процессами.

Один из выдающихся современных ученых Густав Ми в своем курсе "Электричество и магнетизм" говорит, что электромагнетизм есть "механика пустоты", т. е. особой среды, совершенно не похожей на те упругие среды, которыми пытались объяснить световые процессы. Получился, таким образом, парадоксальный результат: ученые, исходя из ньютоновой механики материальной точки в связи с понятием "упругой связи", стремились построить механику упругого эфира, который должен был объяснить световые явления. Оказалось, что необходимо из явления электромагнетизма извлечь особую "механику пустоты", которая одна только в состоянии дать удовлетворительный ответ на поставленные вопросы. Но что это за электромагнитная механика, которая лежит в основе световых процессов? В корне ли она отлична от механики упругости, и нет ли между этими видами механики каких-либо точек соприкосновения? На этот вопрос очень хорошо отвечает теория света Мак-Куллоха.

Эта теория является обычной теорией упругой среды, и ни о каком электромагнетизме в ней нет даже намека. Несмотря на это полученные Мак-Куллохом уравнения по существу совпадают с уравнениями электромагнитной теории света Максвелла. Этот факт с полной очевидностью доказывает, что электромагнитная механика и механика упругости заключают в себе нечто общее, и что, следовательно, причина неудачи механики упругости в объяснении света заключается в неучете какого-то специфического фактора, лежащего в основе световых и, очевидно, электромагнитных процессов. Чем является этот фактор, можно узнать из сравнения теории Мак-Куллоха с другими родственными ей теориями. Это сравнение показывает, что существенная особенность теории Мак-Куллоха в наличии понятия вихревого движения — теория Мак-Кул оха это, по выражению Вангерина,— "вихревая теория эфира".

Вихревая механика является действительным ключом к явлениям электромагнетизма и света. Что это так, хорошо видно из истории уравнений Максвелла, самый внешний вид которых (символ curl-rot) прямо указывает на вихревое движение. Мы не будем здесь излагать истории этих уравнений, ограничившись ссылкой на Энгельса (Электричество, стр. 297) который пишет: "Теория Максвелла, Ганкеля, Реньяра, примыкая к новейшим исследованиям о вихревом движении, видит в нем (электричестве) каждая по- своему тоже вихревое движение. И таким образом вихри старого Декарта снова находят почетное место в новых областях знания".

Подчеркнем здесь, что подобного рода утверждение мы не найдем ни в одном современном изложении теории Максвелла. Идеалистические катехизаторы науки выбиваются из сил, чтобы затушевать и скрыть то основное, что обусловило успех учения Максвелла и что даёт возможность объединить классическую механику и электромагнетизм в единое учение о движении материи. Единство физической картины мира на материалистической основе — вот против чего ведется ожесточенная борьба.

[Хорошо придумано: "катехизаторы науки". Околонаучные чиновники, ученый официоз, академические бездельники, завсегдатаи международных крупных (мелкие они игнорируют) конференций в своем стремлении "застолбить" какие-то "святые" для них истины всегда пыталась составить свод незыблемых правил, что-то наподобие религиозного катехизиса. Чего стоит их так называемая стандартная модель элементарных частиц! Почему — "стандартная"? Скажите — "общепринятая", т.е. принятая большинством некритически думающих физиков. Стандарт — это железный императив, категорическое требование, которое моментально превращает самую распрекрасную теорию в презираемую всеми нормальными людьми догму. — О.А.]

6. Теория квантов Планка

Нe останавливаясь на таких важных для оптической теории достижениях, как экспериментальное доказательство Физо уменьшения скорости света при его переходе в водяную среду (согласно классической эмиссионной теории, скорость должна увеличиваться), как открытие Герцем длинных электромагнитных волн и др., мы перейдем к знаменитой теории квантов. После блестящего периода развития френелевского антитезиса наступил кризис. Кризис этот был обусловлен тем, что волновая теория, превосходно объясняя подавляющее большинство оптических явлений, становилась в тупик перед некоторыми твердо установленными экспериментальными фактами. Соответствующие примеры приведены в Томсоновой Структуре света. Не будем повторять их, а остановимся на рассмотрении того пути, который привел Планка к его гипотезе квантов.

После того как Меллони, желая показать различие световых и тепловых лучей, доказал их единство, физики занялись вопросами о зависимости теплового лучеиспускания от рода лучей (длины волны) и температуры. Кирхгоф нашел, что существует определенная зависимость между калорическим лучеиспусканием и калорическим поглощением. Эта зависимость указывается законом Кирхгофа: отношение калорического лучеиспускания к калорическому поглощению есть функция, зависящая только от длины волны и температуры, но не от вещества тел, а потому называемая мировой функцией.

Из закона Кирхгофа непосредственно вытекает, что существуют тела, испускательная способность которых максимальна. В самом деле, если отношение испускания к поглощению есть определенная при данных длине волны и температуре величина, то эта величина будет максимальной в тех случаях, когда поглощательная способность максимальна, ибо калорическое испускание равно произведению калорического поглощения на мировую функцию. Тела, поглощательная способность которых максимальна, т. е. такие, которые поглощают все падающие на них лучи, называются абсолютно черными. Такими телами являются, например, толстый слой сажи или платиновая чернь; но не следует, вообще говоря, представлять себе абсолютно черное тело непременно темным — в известных условиях оно может быть столь же светлым, как добела накаленный металл.

Планк занимался именно изучением калорического лучеиспускания абсолютно черного тела с целью определения вышеуказанной мировой функции, обозначаемой обычно через E(λT).

Теоретическим абсолютно черным телом было для Планка полое пространство, окруженное со всех сторон зеркальными стенками, внутри которого находилось известное число осцилляторов Герца, т. е. механизмов (так называемых диполей, состоящих из положительного и отрицательного электрических полюсов), которые, согласно Герцу, своими колебаниями вызывают световые волны в эфире — лучи, выходящие из маленького отверстия в сосуде с внутренними зеркальными стенками, изолированными от внешнего лучеиспускания и поддерживаемыми при определенной температуре, образуют поток, тождественный с испусканием абсолютно черного тела при той же температуре.

Функция E(λT), которую стремился найти Планк, представляет собою энергию черного лучеиспускания, отнесенную к единице поверхности и времени, зависящую от длины волны и температуры.

Но черное лучеиспускание не есть лучеиспускание однородное, т.е. абсолютно черные тела испускают сложные лучи, которые можно известными способами разложить в непрерывный спектр, так что задача, которую решал Планк, это — задача о распределении энергии в спектре черного лучеиспускания. Каково распределение энергии по определенным участкам этого спектра в зависимости от температуры — вот задача, решение которой и дает ответ на вопрос о форме функции E(λT).

С первого взгляда казалось, что решение этой задачи не представляет каких-либо особых принципиальных трудностей, так как статистическая механика, блестящим образом приложенная в области кинетической теории газов, давным-давно выработала метод решения подобного рода вопросов. Но тут именно и возникло затруднение.

Так называемый закон распределения энергии статистической механики, многократно проверенный на опыте, приводит к выводу, что энергия в спектре должна возрастать в сторону более коротких волн, т. е. к ультрафиолетовому концу, непосредственное же измерение показывает, что энергия сначала достигает максимума, а затем уменьшается.

Чтобы выйти из этого затруднения Планк и предложил гипотезу квантов, согласно которой энергия лучей пропорциональна частоте, математически

E = hν

где ν — частота, h — универсальная постоянная, так называемая постоянная Планка.

Чтобы понять, каким образом гипотеза Планка разрешает указанное противоречие, необходимо объяснить, почему энергия в спектре увеличивается в сторону коротких волн.

Прибегнем для этого к следующему сравнению: при измерении длины, скажем, человеческого роста, вероятность сделать ошибку в километр равна нулю, но ошибка в сантиметр встречается нередко; еще чаще будут ошибки в миллиметр и т. д. Это обстоятельство было сформулировано Гауссом в его первом постулате для исчисления ошибок измерений: чем меньше ошибка, тем она чаще встречается.

Точно так же, если тело испускает волны всевозможной длины, то чем меньше длина волны, тем больше вероятность ее образования, так что наибольшее число образовавшихся волн будут волнами малой длины. Но если, как это вытекает из закона Планка, для получения волны малой длины (большой частоты) необходимо больше энергии, то это обстоятельство может противодействовать вышеуказанному статистическому закону, в результате чего очень короткие волны будут встречаться заметно реже.

Опыт действительно подтверждает это заключение: в инфракрасной части спектра статистический закон распределения приложим без гипотезы Планка, но, по мере продвижения к ультрафиолетовому концу поправка Планка получает все большее значение и, наконец, пройдя через максимум, мы достигаем области, в которой энергия уменьшается вместо того, чтобы увеличиваться, т. е. области, в которой с полной отчетливостью выявляется значение гипотезы квантов и нарушается обычный закон распределения.

Гипотеза квантов, выдвинутая при изучении частного вопроса физики, получила в дальнейшем всеобъемлющее значение. Постепенно она начала захватывать все большие и большие области физики, проникла и распространилась в химии, достигнув в теории строения атома Бора максимального успеха. Но, продвигаясь вперед, гипотеза эта воздвигала на своем пути горы противоречий, неясного и непонятного, ибо ученые, превосходно занимаясь "квантованием", по выражению одного физика, сами не знали, что они собственно делают. Что представляет собой квант энергии и как примирить квантовый характер энергии с тем непрерывным распределением, на котором базировалась классическая физика и, в частности, учение о свете, — на этот вопрос до самого последнего времени не было ответа.

Его, по правде говоря, никто почти не пытался получить, так как теория квантов была очень удобным предлогом для возрождения формализма и идеализма в науке. Такое положение, однако, противоречит сущности научного познания, и, в конце концов, после временных формальных успехов приводит к научному застою, так что в последнее время наметилось в лице Дж, Дж. Томсона здоровое течение, которое пытается дать физическую интерпретацию теории квантов и этим путем разрешить противоречие между новой теорией и вековыми достижениями человеческой мысли.

Диалектический материализм учит, что истина одновременно абсолютна и относительна. В каждый данный исторический период человеческая мысль восходит на определенную абсолютную ступень истины для того, чтобы в дальнейшем подняться на следующую ступень. С этой точки зрения несомненным является то, что как старая оптика Френеля, так и новая теория Максвелла представляют собой определенные ступени истины. Развитие науки может видоизменить и дополнить ту истину, которую наша мысль обрела в этих теориях, но не может полностью отказаться от нее, объявив эту мысль ложью.

Мы указали выше, в чем заключалось то существенное дополнение, которое принесла с собою электромагнитная теория света. Вихревое движение эфира, которое совершенно не учитывалось в старых теориях, выступило на первый план, как специфическая особенность электромагнитных процессов. Но последователи Максвелла вместо того, чтобы обратить внимание на эту физическую основу максвелловой теории восприняли, как это и следовало ожидать, лишь формальную сторону его учения. И понятно, что математическая форма, скрывающая в своей оболочке определенное физическое содержание, должна, в конце концов, привести к кризису, если не учитывается это содержание. Таким кризисом было появление теории квантов, которая основана на понятии прерывности, в то время как формально трактуемое учение Максвелла базируется на непрерывности.

Но если взять учение Декарта о вихрях в непрерывной среде, развитое в новое время Гельмгольцем, из которого исходил Максвелл, то легко видеть, что это именно учение дает искомый синтез прерывности и непрерывности. В самом деле, вихри в непрерывной среде одновременно прерывны и непрерывны. Прерывны, как центры, интенсивного движения, непрерывны, как образования в непрерывной среде. И действительно, руководствуясь представлениями вихревой теории, Дж. Дж. Томсон дал опыт синтеза волновой и квантовой концепций света.

7. Электромагнитная тория света Максвелла
в истолковании Дж. Дж. Томсона

Чтобы понять, что такое световой квант, необходимо уяснить себе, какое физическое содержание скрывается за оболочкой математических уравнений электромагнитной теории света Максвелла-Герца. Это физическое содержание дается тем основным представлениям, которое послужило исходной точкой исследований. Максвелла, именно — представлением Фарадея о силовых линиях электромагнитного поля. Исходя из понятия фарадеевских силовых линий, Дж. Дж. Томсон уже много лет разрабатывает физическую картину электромагнитных колебаний. Несмотря на высокий ученый авторитет Томсона, его идеи по этому вопросу обычно замалчиваются, и во всех руководствах, ученых и популярных работах по физике неизменно повторяется о "таинственной" природе электромагнитных волн, а силовые линии Фарадея истолковываются не как физические образования (как их толкует Томсон и толковали Фарадей и Максвелл), а как символическое изображение таинственных сил электромагнитного поля. Между тем, физическое понимание силовых линий сразу же бросает яркий свет на основные вопросы электродинамики, теории квантов и даже теории относительности.

Вот почему мы за исходный пункт нашего исследования берем томсоновское изображение электромагнитных процессов, образующих световые волны. Напомним еще раз сущность томсоновской теории.

Пусть у нас имеется шар, заряженный электричеством. От этого шара во все стороны радиально исходят силовые линии [Цейтлин не приводит здесь рисунка, но он есть в работе Томсона Материя и эфир, воспроизведем его еще раз — О.А.].

Пояснения Томсона эффекта сжатия геометрических размеров электрона по направлению движения с одновременным ростом его эффективной массы. Силовые линии (фарадеевские трубки), отходящие от заряда, располагаются так, чтобы оказывать максимальное сопротивление его движению. Вспомним, плоскость листа располагается перпендикулярно направлению его падения с дерева. Если бы силовым линиям ничто не мешало, то все они расположились бы в экваториальной плоскости электрона. Однако силовые линии взаимно отталкиваются, так что давление на экваторе оказалось бы больше, чем у полюсов. Хевисайд (Heaviside) в 1889 году доказал, что смещение силовой линии происходит таким образом, чтобы проекция трубки на эту плоскость оставалась бы такой же, как и при равномерном распределении трубок, а расстояние каждой точки трубки от экваториальной плоскости уменьшалось бы в отношении к 1. Ровно в таком же отношении будет увеличиваться и масса движущегося заряда. Так впервые из модельных построений Томсона возник «релятивистский» коэффициент, который первоначально подтверждал лишь правильность рассуждений английского физика-классика.

Согласно основному постулату Фарадея – Максвелла, каждая силовая линия имеет начало и конец. Началом и концом является то, что мы называем положительным и отрицательным зарядом электричества. Если исходить из атомистического представления об электрическом заряде и представить себе, что на поверхности шара находится конечное число электронов, то такое же число силовых линий будет исходить из поверхности шара и оканчиваться на соответствующем количестве ионов (положительных электронов [? лучше сказать ионов — О.А.]) окружающих тел.

Согласно воззрению Фарадея–Максвелла – Томсона, фарадеевская силовая линия или трубка, это — реальное физическое образование, т. е. некоторое особое состояние эфира. Нет необходимости пока делать какие-либо предположения о природе этого состояния. Достаточно только указать на основные свойства силовой линии. Эти свойства напоминают свойства обычного материального упругого тела, т. е. силовая линия,

1) состоящая из особого рода материи — эфира — обладает свойством, присущим всякой вообще материи, — инерцией;
2) обладает упругим напряжением подобно растянутой пружине или резиновой нити.

Необходимо, однако, подчеркнуть одну существенную особенность. Если, скажем, два тела соединить резиновыми нитями, то при натяжении нити, в своем естественном, так сказать, состоянии, обязательно будут прямыми линиями. Силовые же линии Фарадея образуют обычно криволинейные пути [т.е. дуги! Аналогичные дуги хорошо видны для магнитного поля. Формалисты-релятивисты издеваются над здравым смыслом, когда начинают отрицать физическую природу этих образований. Как раз это и погубило физику, когда стали игнорировать физическую сущность эфирно-вихревых явлений — О.А.].

Без сомнения, искривленность фарадеевских линий объясняется тем, что силовые линии, представляя собою движение (вихревое) эфира, взаимно отталкиваются (закон взаимоотталкивания был установлен Фарадеем и Максвеллом, — так называемое поперечное давление). Как доказывает Томсон, инерция силовых линий (трубок) обусловлена не только массой самой линии (трубки), но и массой увлекаемого при движении эфира [В физике твердого тела для движущегося внутри кристалла электрона вводится понятие эффективной массы; оно здесь, как нельзя лучше, подходит — О.А.].

Представим себе теперь, что наш заряженный шар движется прямолинейно и равномерно. Так как силовые линии проходят в эфирной среде, то при движении они будут взаимодействовать с эфиром. Это взаимодействие двоякого рода:

1) силовые линии расположатся уж не радиально, а главным образом поперечно; последний эффект заметен только при очень больших скоростях, приближающихся к скорости света, и объясняет знаменитое "сокращение электрона" и увеличение массы с ростом скорости;
2) появятся силовые линии магнитного поля, которые располагаются кругами, центры которых находятся на линии движения; это явление хорошо обнаруживается при помощи общеизвестного опыта с железными опилками вокруг тока, текущего по проводу.

Пусть, однако, наш шар движется не равномерно, а ускоренно, будучи приведен в движение внезапно.

Так как силовые линии — материальные образования и подчинены, как сказано, закону инерции, то произойдет следующее явление: в то время как, ближайшая к шару часть силовых линий уже движется, более отдаленные будут по инерции продолжать оставаться в покое. И лишь постепенно движение передается вдоль всей силовой линии: так получается волна. Обратное произойдет в случае внезапной остановки шара: отдельные части силовых линий будут останавливаться постепенно. Если, теперь, колебать шар взад и вперед, то вдоль силовых линий побегут волны, подобно тому, как они бегут вдоль длинной веревки или резиновой трубки при колебательном движении конца.

Так как при всяком движении электрической силовой линии образуются определенным образом расположенные магнитные силовые линии, то получаемое волновое движение будет электромагнитным.

Таким образом, при ускоренном движении заряженных тел получаются электромагнитные волны вдоль силовых линий, исходящих из этих тел.

Согласно Томсону, обычная материя состоит из положительно (ионов) и отрицательно (электронов, корпускул) заряженных частиц. Эти частицы связаны между собою электрическими силовыми линиями, проходящими по эфиру, наполняющему все мировое пространство, так что природное "тело" имеет "волокнистое" строение. Волокна электрических силовых линий соединяют между собою все предметы природы.

Нетрудно уразуметь, что теория Томсона — это квантовая теория по существу.

Действительно, фарадеевская силовая линия (трубка), понимаемая не как математический символ, а физическое образование, занимает определенное место в пространстве и, следовательно, отделена от соседних. Теория электронов, как электрических атомов, вполне укрепляет это понимание силовой линии (трубки). Следовательно, когда, энергия электромагнитного колебания покидает испускающий их источник, то она, двигаясь вдоль силовой линии (трубки), всегда находится в определенном месте, а когда поглощается, то поглощается целиком.

Но теория Томсона не только теория квантовая, т. е. теория прерывности, но, месте с тем, она есть и теория эфира, т. е. непрерывности, ибо силовые линии существуют только как физические образования в эфире. Милликэн говорит поэтому поводу: "Хотя это представление, которое мы можем назвать теорией волокнистого эфира, сходно с корпускулярной теорией (теорией истечения. — 3. Ц.) В том, что энергия, покинувшая испускающее тело, остается в определенном месте пространства и, если поглощается, то поглощается как целое, по существу, оно есть эфирная теория".

8. Гипотеза Эйнштейна, дополняющая теорию излучения Томсона

Квантовый характер теории излучения Томсона в связи с работами Планка по излучению черного тела, привел Эйнштейна (в 1905 г.) к мысли дополнить учение Томсона следующей гипотезой: данный источник световых воли может испускать или поглощать энергию квантами, каждый из которых равен hν , где ν — собственная частота колебаний источника, a h — вышеупомянутая универсальная постоянная Планка.

[Цейтлин, конечно, не знал всей правды, которую сегодня знаем мы. Эйнштейн плохо, если, вообще, как-то разбирался в теоретических дебрях, которые возвели Планк и Больцман, а, главное, он ничего не слышал о фотоэффекте, открытом Филиппом Ленардом. А вот его первая жена, Милева Марич, прекрасно во всём этом разобралась. Это она непосредственно слушала лекции Ленарда в Гейдельбергском университет и это она написала ряд превосходнейших работ, пока её муж протирал штаны в патентной конторе, а потом получил за её труды Нобелевскую премию. Прочтите или, хотя бы просмотрите, статью Милева Марич — мать квантовой механики и крепко подумайте, мог ли ленивый, интеллектуально ограниченный, не знающий элементарной математики, и, что самое гнусное, абсолютно безнравственный человек, каким был Эйнштейн (о нём можно почитать здесь, и во многих других местах нашего сайта) написать первоклассную по тем временам работу по фотоэффекту. — О.А.].

На основании этой гипотезы Эйнштейн вывел известную формулу, рисующую процесс выделения электронов под действием света:

½ mv² = hν – p ,

здесь m — масса вылетающего электрона, v — скорость, с которой он вылетает из атома, следовательно, ½ mv² — энергия вылетающего электрона, hν — квант энергии, поглощенный при действии света, p — работа, необходимая для вырывания электрона из металла, на который падает свет.

Смысл формулы Эйнштейна таков: энергия вылетающего электрона представляет собою разность между квантом поглощенной энергии и работой, преодолевающей действие электрических сил, удерживающих электрон в его обычном положении, т. е. квант поглощенной энергии распадается на две части: первая часть идет на сообщение электрону определенной скорости, вторая — на преодоление сопротивления электрических сил.

Экспериментальная проверка формулы Эйнштейна дала блестящее ее подтверждение. Милликэн говорит: "Десять лет работы (в Райсмеровской лаборатории и в других местах) над выбрасыванием электронов при помощи света показали, что уравнение Эйнштейна, по-видимому, с точностью описывает наблюденные явлении". "Если это уравнение справедливо вообще, то его, несомненно, нужно рассматривать, как одно из самых основных уравнений физики и при том такое, которому суждено сыграть в будущем едва ли не менее значительную роль, чем та, какую уравнения Максвелла сыграли в прошлом, потому что оно должно управлять переходом всей электромагнитной энергии коротких волн в энергию тепловую".

9. Критика теории Томсона – Эйнштейна

Теория Томсона – Эйнштейна представляет собою первое доказательство того, что теория квантов непосредственно вытекает из электродинамики Максвелла. Действительно, теория эта, как и теория Максвелла является только развитием основного фарадеевского представления о силовых линиях электромагнитного ноля и физической интерпретацией уравнений Максвелла – Герца.

Кроме того, эта теория — истинно диалектическая, так как объединяет прерывность с непрерывностью в наглядной, простой и отчетливой материалистической форме.

Этих двух обстоятельств вполне достаточно, чтобы теорию игнорировали.

Милликэн пишет: "Несмотря на только что представленные доводы в пользу уравнения Эйнштейна, мы встречаемся здесь с необычайным положением. В самом деле оказалось, что полукорпускулярная теория, из которой Эйнштейн получил свое уравнение, по-видимому, совершенно неприемлема, и действительно, она оставлена почти всеми. Впрочем, сэр Дж. Дж. Томсон и немногие другие, кажется, до сих пор держатся той или иной формы теории волокнистого эфира". Всякий, немного знакомый с историей физики, будет удивлен указываемым Милликэном обстоятельством.

Когда Фарадей подтвердил свои гениальные физические идеи гениальнейшими открытиями в области электромагнетизма, он этим не завоевал своим идеям минимального, даже, признания. Формалисты школы Ампера – Вебера, подобно современным формалистам из школы Маха – Авенариуса, с тайным, а иногда и явным презрением смотрели на "грубые материальные" силовые линии и трубки, порожденные плебейской фантазией переплетчика и лабораторного сторожа Фарадея. И даже тогда, когда Максвелл облек "плебейски" обнаженное тело фарадеевских представлений в аристократические математические одежды, когда уравнения Максвелла победили на всех фронтах вплоть до предсказания за несколько десятков лет существования электромагнитных волн и давления света, даже тогда фарадеевское учение по мере возможности игнорируется. Силовые линии, это — математические линии, а уравнения Максвелла написаны при помощи удара большого пальца (Пуанкаре) чуть ли не самим господом богом (Больцман).

Перейдем, однако, к критическим возражениям против теории Томсона - Эйнштейна.

Первое возражение состоит в том, что "никто никогда не был в состоянии показать, что такая теория может предсказать какое- либо из явлений интерференции" (Милликэн).

Второе возражение заключается в некоем положительном доказательстве того, что эфир не имеет волокнистого строения. Это доказательство приводится у Милликэна: "Если статическое электрическое поле обладает волокнистым строением, как это постулируется любой формой теории волокнистого эфира, так как каждая единица положительного электричества есть начало, а каждая единица отрицательного электричества есть конец фарадеевской трубки" (Дж. Дж. Томсон), то, следовательно, сила, действующая на единичный электрон между пластинками воздушного конденсатора, не может изменяться непрерывно с разностью потенциалов между пластинками.

В опытах же с масляными каплями, мы на самом деле изучаем поведение в таком электрическом поле единичного, изолированного электрона, и мы находим в очень широких пределах точную пропорциональность между силой поля и силой, действующей на электрон; последняя сила изменяется скоростью передвижения в воздухе масляной капли, на которой он сидит. Если мы будем поддерживать поле постоянным и изменять заряд капли, то зернистое строение электричества доказывается прерывными изменениями скорости. Если же мы оставим заряд постоянным и будем изменять поле, то отсутствие прерывных изменений скорости опровергает представление о волокнистом строении поля, если только исключить предположение, что на электроне оканчивается громадное число таких волокон. Однако такая гипотеза лишает теорию волокнистого эфира всякого значения".

Третье, наконец, возражение состоит в том, что "довольно трудно представить себе вселенную в виде бесконечной паутины, нити которой никогда не спутываются и не рвутся, как бы быстро ни летали электрические заряды, к которым они привязаны" (Милликэн).

Чтобы покончить с первым из возражений, достаточно привести слова самого М Милликэна: "Никто еще не показал, что предположение Томсона можно примирить с явлениями интерференции, хотя, насколько я знаю, но также до сих пор не была вполне доказана и их несовместимость".

Природа, как известно, не боится трудностей математического анализа и то, что не удается сегодня, удастся завтра или после завтра. Дж. Томсон в своих последних работах уже дал набросок теории интерференции и других явлений на основании квантовых представлений. Уайттекер и Кастерин математически углубили основные идеи Томсона. Более того: Планк, автор формальной теории квантов, определенно говорит ("Природа света"), что "темное пятно" этой теории состоит в том, что она затрудняется объяснить явления интерференции без нарушения закона сохранения энергии. Так что в этом пункте теория квантов Планка не имеет никакого преимущества перед теорией Томсона – Эйнштейна.

Сущность второго возражения Милликэна в следующем: легко подсчитать, что заряд милликэновского конденсатора равен около 1200 кулонов ...

[Далее небольшой кусок с вычислениями опускаем — О.А.]

Последнее возражение Милликэна, не имеет большого значения. Нам не только "трудно себе представить" волокнистый эфир, но даже простой многоугольник с достаточным числом сторон. Строение любого развитого "организма" не менее "волокнисто" нежели волокнистое строение эфира. Мы увидим, однако, в дальнейшем, что мировой эфир не столь "запаутинен" волокнами, как это вытекает из учения Томсона, и, следовательно, последнее возражение отчасти отпадает само собой.

Опровергая возражения против теории Томсона, мы отнюдь не хотим утверждать, что теория эта нас вполне удовлетворяет. Некоторые особенности теории всегда заставляли нас сомневаться в ее абсолютной истинности.

Первый аргумент против теории Томсона заключается в следующем: мы знаем, что луч света это — синоним прямолинейности. Отсюда вытекает, что силовые линии, вдоль которых распространяются, согласно Томсону, световые колебания, должны быть прямолинейными, а это уже действительно очень трудно допустить, принимая во внимание бесконечное разнообразие форм тел природы. В нашем опыте прямолинейные силовые линии получаются только в глубине между пластинами плоского конденсатора, всякая другая форма заряженных тел дает искривление силовой линии. С другой стороны, опыт показывает, что форма окружающих тел совершенно не влияет на прямолинейность лучей света. Правда, в последнее время, установлено искривление луча при прохождении около солнца, но это искривление объясняется громадной массой светила, а не его формой.

Решающее, однако, значение имели для нас два обстоятельства, а именно:

1) несоответствие учения Томсона той картине электромагнитного излучения, которую дает Г. Герц;
2) теория Бора.

10. Картина электромагнитного излучения по Г. Герцу

Изучая теорию вибратора Герца, мы были поражены одним обстоятельством, именно той картиной излучения, которую дает вибратор Герца, рассматриваемый с точки зрения формул теории Максвелла. Вот четыре рисунка из статьи Герца: "Силы электрических колебаний с точки зрения теории Максвелла".

Рисунки показывают, что при колебании электричества в вибраторе от последнего отшнуровываются замкнутые электрические силовые линии, образующие в совокупности своеобразные кольцевые тела, окружающие вибратор и перпендикулярные к нему. Эти кольцевые тела связаны с вибратором при помощи колец магнитных силовых линий, проходящих внутри электрических тел.

Рис. 27 представляет начало нового колебания, момент, когда электрический ток, достигая наибольшей скорости, проходит через положение равновесия. Рис. 28, 29, 30 изображают положение силовых линий в момент времени Т/8, Т/4, 3Т/8. Мы видим, как силовые линии сближаются концами, раздуваются и отталкивают прежде образовавшиеся; в момент Т (рис, 27) они совершенно отрываются от вибратора.

Очень легко объяснить причину этого отшнуровывания замкнутых силовых линий. Мы знаем, действительно, что излучение происходит только при очень быстрых колебаниях, получаемых при помощи искрового, например, разряда. Какова, собственно говоря, роль искры? Это легко пояснить следующим сравнением: пусть у нас укрепленная за один конец растянутая рукой пружина. Колебания пружины произойдут лишь в том случае, если быстро отпустить свободный конец пружины. Точно так же искровой промежуток служит как бы клапаном, мешающим прохождению тока.

При достаточном напряжении образуется искровой разряд, равносильный внезапному отпусканию пружины. При такой разряде электроны очень быстро двигаются по проводу, переходят по инерции через положение равновесия, останавливаются, затем движутся в обратном направлении и т. д. Происходит ряд чрезвычайно быстрых колебаний. Но силовые линии, как сказано было выше, обладают инерцией. Поэтому при внезапном и быстром движении электрона он отрывается от силовой линии, подобно тому, как при быстром дерзании бечевки, привязанной к тяжелому телу, веревка обрывается, a тело остается неподвижным. Согласно известным законам вихревого движения, установленным Гельмгольцем, вихревая нить не может иметь начала н конца в жидкой среда, — она обязательно образует замкнутую линию. Отсюда ясно, что концы разорванной силовой линии соединяются и образуют замкнутое целое.

Мы думаем, что не найдется ни одного читателя, которому при виде этой картины не пришла бы в голову мысль о световых квантах. Вибратор Герца действительно излучает световые кванты большой длины волн. Истинными авторами квантовой теории излучения были Максвелл и Герц, и недавно физики Кастерин и Уайтеккер показали, что квантовые кольца даже неизменных размеров непосредственно вытекают из уравнений Максвелла-Герца.

Мы видим, таким образом, что теория излучения Максвелла-Герца дополняет теорию электромагнитных колебаний Томсона новым возможным видом световых (электромагнитных) квантов. Для получения световых (электромагнитных) лучей нет необходимости, чтобы через весь эфир были протянуты силовые волокна. Если у нас имеется, например, тонкий металлический стержень, в котором колеблется электричество, то от стержня отшнуровываются кванты электромагнитной энергии, которые несутся в пространстве со скоростью света. И без сомнения, в природе существуют как "волны" томсоновского тона, так и "волны" типа Герца.

11. Теория Бора

Теория эта появилась в 1913 году и носит на себе печать столь очевидной истины, что Милликэн прав, говоря: "Я не знаю ни одного соперника теории Бора, который бы показался хотя бы вдали". В основе теории Бора лежат следующие две гипотезы:

1.Движение электронов вокруг ядра может происходить по определенным устойчивым орбитам, при чем, если m — масса электрона, v — его скорость, r — радиус орбиты, то

где k — целое число, равное порядковому номеру орбиты, h — постоянная Планка;

2. Во время обращения электрона по таким орбитам электромагнитное излучение отсутствует, оно возникает только при перескоке электрона с одной обриты на другую, при чем выделяется один квант лучистой энергии hν, где ν — число колебаний испускаемых "волн".

Первая часть последней гипотезы — противоречие теории Томсона и, как говорят, классической электродинамике, согласно которой, электромагнитное излучение имеет место при всяком ускоренном, в том числе и круговом движении электрона. В самом ли деле, однако, мы находимся здесь перед нарушением основного положения электродинамики Максвелла? Ничего подобного! Чтобы понять это, рассмотрим следующую схему (рис. 31).

Здесь "я" — ядро, вокруг которого обращается электрон, линии "я — э" связывают электрон с ядром, линия "э — в" обозначают связь с "внешним" миром; множественность линий "я — э" указывает на то, что силовое поле сосредоточено, главным образом, внутри атома.

Пусть теперь ядро вращается по круговой орбите. При этом возникают двоякого рода "волны". "Волна" первого рода заключается в том, что ничтожные по длине силовые линии "я — э" просто перемещаются в пространстве вокруг ядра, подобно спице колеса вокруг втулки. "Волны" второго рода — это волны в обычном смысле слова, которые бегут вдоль силовых линий "э — в" и, отразившись от их концов, образуют "стоячие волны".

В конце концов, мы имеем две "группы" стоячих волн: левая состоит из вращающихся силовых линий, правая — из волн в обычном смысле слова, т. е. из колеблющихся частей силовых линий, не с одним "узлом" (ядро) и "пучностью" (электрон), а со многими. Если вместо силовых линий мы имеем дело с каучуковой трубкой, укрепленной в точках "я" и "э", то при вращении очень близкой к точке "я" точки "э" получается та же самая картина.

Суть дела, таким образом, в том, что, по теории Томсона, центр тяжести образования волн перенесен на те силовые линии, которые связывают электрон с внешним миром. Теория Бора доказывает, что это не так, что при вращении электрона вокруг ядра получается "внутренняя волна", что внешние волны чрезвычайно слабы и не поддаются учету в опыте, хотя без сомнения существуют. Такая точка зрения не только физически вполне допустима, но хорошо гармонирует с электрической нейтральностью тел.

Более того, она допустима и строго теоретически, ибо независимо от какой-либо модели механизма излучения, утверждение, что всякое ускоренное движение электрона связано с излучением, получено на основании частного (именно герцевского) решения уравнений Максвелла. Но эти уравнения имеют и другие решения, как это показали Кастерин и Уайтеккер. Вот почему вопрос о том, сопровождается ли ускоренное движение электрона излучением и каким именно, можно решить лишь на основании конкретного механизма излучения, а не на основании анализа формул.

Теория атома Бора показывает, что наружное излучение имеет место тогда, когда ускоренное движение электрона происходит вполне определенным образом (вибратор Герца, образование кольца), но излучение отсутствует (или почти отсутствует), в случае движения электрона вокруг ядра. Подробное объяснение этого обстоятельства мы даем в статье: "Вихревая теория электромагнитного движения" (стр. 235).

Квантовые кольца, излучаемые вибратором Герца, состоят из огромного числа чрезвычайно густо расположенных силовых линий; при своем движении эти кольца непрерывно расширяются, и, стало быть, энергия их рассеивается. Квантовые кольца такого рода Дж. Дж. Томсон называет волнами максвелловского типа. Но нетрудно представить себе, что особого строения вибраторы выбрасывают кольца, движущиеся перпендикулярно к своей плоскости и не имеющие скорости в самой плоскости. Такого рода кванты сохраняют свою энергию, сосредоточенную в определенном объеме. Несомненно, однако, что волны максвелловского типа и собственно световые кванты по существу однородны. Впервые на такого рода связь между световыми квантами и кольцами вибратора Герца обратил внимание Ленард.

О Ленарде мы узнали из речи Д. А. Гольдгаммера "Теория квантов и лучистая энергия", произнесенной в 1914 году на I Всероссийском съезде преподавателей физики, химии и космографии в С-Петербурге (см. 15-й том "Физического Обозрения"). В разделе: "Откуда берутся кванты энергии" Д. А: Гольдгаммер пишет: "Еще Г. Герц около четверти века назад показал, что излучение электромагнитных волн идет очень своеобразно, хотя на эту своеобразность очень долго не обращали внимания, да и сейчас, по-видимому, ею интересуются мало. Обратил внимание на эту своеобразность и поставил в связь с теорией квантов совсем недавно Ф. Ленард".

Приведя рисунки, аналогичные рисункам Герца, выполненные Хаком для очень вытянутого эллипсоида вращения, Гольдгаммер говорит: "Что же дают нам эти чертежи, выполненные согласно теории электрических колебаний F. Хаком? Да ведь они показывают, что излучение электромагнитной энергии со стержня идет не непрерывно, а скачками, что эта потеря энергии наступает лишь тогда, когда оторвется хотя бы одна силовая линия, которой при том соответствует конечное количество энергии. Может возникнуть, однако, вопрос, почему — конечное? Ведь в классическом учении об электричестве силовая линия есть линия, и соответствующая ей энергия бесконечно мала.

Да, это верно, но не верна классическая теория, ибо электричество само не делимо до бесконечности, а слагается из электрических квантов: отрицательное из электронов, а положительное из ионных же зарядов, той же величины, что и у электронов, но зарядов положительных. И потеря энергии при излучении сводится к тому, что, по крайней, мере один свободный электрон соединяется с положительным атомом и нейтрализуется — это и соответствует отрыванию одной или группы силовых линий, связывавших электрон с атомом. И электрон нейтрализует свой заряд, очевидно, целиком, а не частями, а заряд его, хотя и мал, но конечен.

Итак, процесс электромагнитного излучения идет не непрерывно, а ведь это и является одним из подтверждений теории квантов".

Гольдгаммер вычисляет значение квантов излучения для случая колебания в металлическом шаре и получает величину Hν, где H зависит от формы излучающего проводника и начального заряда. Гольдгаммер заключает: "Таким образом, форма и строение молекулярных (атомных) вибраторов, вероятно, обусловливает собою и величину H, а одинаковость этого строения у всех тел объяснит и универсальность H. Потеря энергии квантами при электромагнитном излучении оказывается, как мы видим, простым следствием электронной структуры электричества. При этом и вся электрическая энергия заряженного тела всегда &пропорциональна р², где р есть целое число (р — число электронов или — что то же самое — элементарных силовых трубок. — 3. Ц.), т. е. энергия может быть или a, или 4a, или 9a, или 16a и т. д. Она слагается из целого числа своего рода квантов.

12. Новая теория Дж. Дж. Томсона

В октябре 1924 г. в журнале "Philosophical Magazine" появилась работа Томсона: "А Suggestion as to the structure of Light", а в декабрьском номере за 1925 год дополнение к ней "Structure of Light" (Структура света), где автор согласует теорию "волокнистого эфира" с выводами теории Бора.

Томсон прежде всего отмечает, что, с одной стороны, оптические свойства света с большим совершенством подтверждают гипотезу волновой природы света; с другой стороны, электрические свойства как будто показывают, что энергия сконцентрирована повсюду в дискретных центрах и что фронт волны, вместо того, чтобы быть однообразно освещенным, представляет собой ряд широких пятен на темной основе. Иначе говоря, электрические свойства света указывают на корпускулярное, согласно Ньютону, строение света, в то время, как оптические — на непрерывно волновое.

Томсон указывает далее, что он давно уже предложил теорию, базирующуюся на понятии электрических силовых трубок, которая, по его мнению, пригодна для примирения (синтеза) оптики и электричества.

Мы видели выше, что это действительно так, что теория волокнистого эфира Томсона представляет собою синтез волновой и квантовой теорий излучения. Новая теория Томсона посвящена согласованию его старых воззрений с теорией Бора. Томсон рисует, прежде всего, картину образования электромагнитного кольца, не упоминая почему-то о том, что картина эта, по существу, соответствует картине, данной Г. Герцем в его теории вибратора. Картина Томсона такова.

Пусть у нас имеется силовая линия РЕ (рис, 25 статьи Томсона), соединяющая ядро Р с электроном Е; пусть вследствие полученного толчка электрон занял положение около Р; новое положение электрона вызывает следующие процессы:

а) конец силовой трубки с электроном притягивается противоположной точкой, вследствие чего образуется кольцевая петля;
б) кольцевая петля отталкивается от нее, образуя электромагнитное кольцо, движущееся со скоростью света.

Пусть теперь, наоборот, подобного рода кольца движутся по направлению к силовой трубке (рис. 26). Здесь возможны следующие два случая:

1) энергия кольца достаточна для разрыва трубки; в этом случае выделяется электрон, согласно вышеуказанному закону Эйнштейна; кванта энергии кольца идет на сообщение, во-первых, оторванному электрону некоторой кинетической энергии ½ mv², а во-вторых, на работу разрыва силовой трубки (р);

2) второй случай тот, когда энергия кольца недостаточна для разрыва сильной трубки, но для приведения электрона в другое, положение, т. е. на другую возможную орбиту.

В этом случае происходит следующее: пусть у нас имеется один электрон во втором, считая снаружи, слое электронов, окружающих атомное ядро. Первый слой электронов будет находиться в состоянии равновесия до тех пор, пока энергия разрушившегося кольца (см. схему процесса разрушения кольца на рис. 26) не перебросит электрон со второго слоя на первый. Разрушение кольца и переброска электрона на новую орбиту означает поглощение (абсорбцию) энергии. При таком поглощении нарушается равновесие второго слоя, и через некоторое время электрон падает на свою старую орбиту, при чем происходит характеристическое излучение согласно схеме, указанной на рис. 25.

Если энергия кольца недостаточна для переброски электрона на новую орбиту [это, похоже, уже третий вариант событий — О.А.], то — хотя поглощение кольца отбрасывает электрон от ядра (Р) — действующие силы скоро останавливают электрон, движение делается обратным, кольцо восстанавливается и вырывается из молекулы, по которой оно ударило. В этом случае нет поглощения. Таким образом, смерть кольца рождает либо электрон большой скорости [β-излучение? — О.А.], либо характеристическое излучение [γ-излучение? — О.А.].

Томсон подчеркивает, что теория кольца находится в согласии с результатами, полученными Баркла, а именно: если лучи Рентгена полностью поглощаются газон без эмиссии характеристических лучей, то число электронов большой скорости не зависит ни от рода газа, ни от его физического состояния.

Теория излучения Томсона, как видим, по существу построена на том же основании, что и теория Вибратора Герца. Томсон дает, однако, иное объяснение происхождению электромагнитных волн. Согласно Томсону, волны порождаются не колебаниями электронов, как в вибраторе Герца, а колебаниями кольца. В тот короткий промежуток времени, пока кольцо находится еще внутри атома и не выброшено еще наружу, внутриатомное электрическое поле быстро меняется. Это изменение поля вызывает колебания кольца. Передвигающееся кольцо, по Томсону, также окружено системой электромагнитных волн, тождественных с теми, которые излучаются внутри атома.

Энергия этих, волн мала по сравнению с энергией кольца, так как совокупная потеря энергии в атоме, приблизительно равна разнице между потенциальной энергией электрона в положении E и E₁.

На основании этого воззрения Томсон дает объяснение явлений интерференции, дифракции, поглощения и резонанса. Мы не будем на этом останавливаться. Обратим только внимание читателей на замечательное томсоновское вычисление постоянной Планка.

Вычисление это очень просто. Из теории электричества известно, что энергия силовой трубки равна:

где f —так называемое диэлектрическое смещение или, по Томсону, "поляризация". Смысл поляризации, введенной Томсоном, следующий: "Пусть А и В две соседних точки диэлектрика; пусть плоскость, площадь которой равна единице, расположена перпендикулярно к линии, соединяющей точки А и В; тогда поляризация по направлению АВ равна разности между числами фарадеевских силовых трубок, проходящих через единицу площади от А к В и от В к А". В нашем случае поляризация выражает просто число силовых трубок, проходящих через единицу площади поперечного сечения силовой трубки, соединяющей ядро с электроном.

Обозначим эту площадь через ω; тогда

,

где p — число равное или меньшее единицы в зависимости от того, все ли силовые линии сосредоточены в поперечном, сечении, e — заряд.

Действительно, согласно основному положению теории силовых трубок, каждая единица положительного электричества связана трубкой с каждой единицей отрицательного электричества. Следовательно, общее число таких единичных трубок будет равно e, т.е. числу единичных зарядов. Если ω означает поперечное сечение кольца, то, обозначив через r — радиус кольца, а через b радиус сечения, получил:

,

Если кольца подобны, то r/b = const; частота волн та же, что и частота колебаний кольца; в геометрически подобных кольцах длина волны пропорциональна длине кольца (2πr), следовательно, из указанного уравнения энергии вытекает, что энергия обратно пропорциональна длине волны. Это и есть закон Планка: E = hν ибо частота колебаний (ν), как известно, обратно пропорциональна длине волны.

Томсон предполагает далее, что период колебания кольца равен времени, которое употребляет свет для прохождения окружности кольца, т.е. T = 2πr/c, где c — скорость света.

Следовательно:

,

где e — заряд электрона равен 4,8 · 10 ^–10 .

.

Если наложить , где h будет с очень большой степенью приближения равняться постоянной Планка, т. е. 6,55 · 10 ^–27 .

Самое замечательное в этом выводе то, что . Если считать, что все силовые линии кольца проходят через поперечное сечение, обозначенное нами через ω, иначе говоря, если считать, что имеем дело с действительным кольцом строго геометрической фигуры, то p необходимо положить равным единице. Тогда (r/b)² = π и мы получим следующее замечательное предложение: Силовое кольцо, играющее основную роль в лучистых процессах, таково, что отношение площади кольца к площади его поперечного сечения в точности равно числу π.

Всякий человек, хоть немного склонный к философскому мышлению, не может не поразиться таким результатом. Число π играет основную роль в геометрии и постольку, поскольку геометрия связана с физикой, значит, и в физике. Случайно ли это число характеризует природу реальных силовых колец? Если не случайно, то вывод отсюда может быть один: вышеизложенная теории квантового излучения в основном правильная. Здесь перед нами поразительный образец диалектического развития науки [ну, вот опять... — О.А.].

Вообразим, что какой-нибудь мощный ум разработал бы теорию излучения на основе теории вихрей (из следующих статей мы увидим, что электромагнитные силовые кольца, по-видимому, не что иное, как вихревые образования в эфире). Положив (r/b)² = π и пользуясь опытной величиной e, он получил бы теоретически постоянную Планка h. Факт этот доказывает тесную связь геометрии с физикой, точнее, Евклидову природу нашего пространства, ибо теория вихрей есть физика Евклидова пространства.

В заключение своей статьи Томсон пишет: "С изложенной нами точки зрения появление кольца обусловлено деформацией электрических силовых трубок при быстром изменении потенциальной энергии. Возможно, однако, вообразить электрические волны без кольца. Так, если электрон движется с постоянной скоростью по окружности, в центре которой имеется положительный заряд, появляются электрические волны, частота которых равна частоте обращения электрона, но волны эти не сопровождаются кольцом".

Отрывок этот замечателен в том отношении, что Томсон силой фактов самой науки пришел к диалектической Точке зрения. Он отвергает абсолютные формулировки. Законы электродинамики не нарушаются, но приложение их необходимо рассматривать во всей конкретности. Мы видели выше, как объявляется факт незначительного внешнего излучения при движении реального электрона по орбите. Метафизики поспешили объявить о полном отсутствии всякого излучения, о нарушении законов электродинамики. Томсон, не соглашаясь с этим утверждением, остался на старой точке зрения, дополнив ее, однако, новыми соображениями применительно к конкретной обстановке.

Мы видим, таким образом, что теория Томсона является синтезом корпускулярной и волновой точек зрения. Свет корпускулярен постольку, поскольку в нем имеется квантовое ядро, но он представляет также систему волн постольку, поскольку ядро окружено системой электромагнитных колец обычного герцевского, типа, т. е. таких, которые при своем движении непрерывно расширяются, в то время как квантовой кольцо, двигаясь перпендикулярно своей плоскости, сохраняет свои размеры. Томсон утверждает, что квантовые ядра свойственны главным образом лучам очень большой частоты, например, рентгеновым.

Самое замечательное, однако, это связь квантовых колец с вихревой теорией материи. Нельзя не поразиться, действительно, сходством электромагнитного силового кольца с кольцами, фигурирующими в теории вихрей. Если принять во внимание то обстоятельство, что электромагнитная теория света Максвелла непосредственно связана с представлениями о вихрях, то указанное сходство приобретает силу прямого доказательства вихревой природа света и электромагнитных явлений вообще. О вихревой теории материи — в нижеследующих статьях Н. Б. Жуковского и В. Томсона.

---

Материал сверстал и разместил в Сети Олег Акимов 8 декабря 2014 года