Филипп Ленард

О принципе относительности, эфире и тяготении
(Критика теории относительности)
Общая часть

Тяготение

Отправным пунктом для электромагнитной модели, объясняющей тяготение, к которой я пришел, исходя из допущения распространения действия тяготения со скоростью света, послужил ранее опубликованный мной "Очерк кинетики проницаемого эфира" (“Ueber Aether und Materie”, 1 Aufl. 1910, 2 Aufl. 1911, S. 30 и 50.).

Воззрения, высказанные в этой работе, и сейчас представляются мне заслуживающими дальнейшего развития. Они, мне кажется, вполне допускают математическую обработку, без которой нельзя, вообще, обойтись. Я хотел бы их здесь коснуться, хотя модель для объяснения тяготения сохраняет силу и независимо от них. Тяготение при этом представляется непосредственно, как магнитная сила, действующая между динамидами, из которых состоят атомы материи.

(Движущиеся вокруг положительных квантов электроны (P. L e n a r d. Ann. der Physik, 12, 735 и ff., 1905), позже получившие также название магнетонов (ср. также “Quafltitatives uber Katodenstrahlen”, 1918, Spez. Teil III F, и дальше выноску 24-а). О том, что тяготение в нашей картине мира может и не быть электрической силой, — допущение, обыкновенно приписываемое Г. А. Лоренцу, но, как мне кажется, имеющееся уже у В. Вебера (Ges. Werke, IV, S. 479) — я уже упоминал (“Ueber Aether u. Materie" 1911, S. 39 в сноске). Препятствием к признанию тяготения магнитной силой до опубликования работы Гербера казалась мне предполагавшаяся тогда скорость распространения тяготения, значительно превышавшая скорость света.)

В названной кинетике я отказался от представления о непрерывном или непрерывно движущемся эфире, представления, от которого отказались в виду достаточно выясненной его неудовлетворительности, и пришел к картине "пространственно-прерывного подвижного проницаемого эфира".

В. Нернст также пользуется представлением об эфире с "атомистической структурой” (впервые, насколько я мог видеть, в 4-м издании своей "Теоретической химии", 1903, стр. 391); позднее, он пытается при помощи этого представления разрешить такие вопросы, как вопрос о сохранении внутренней атомной энергии (энергии динамид) или о регенерировании радиоактивных элементов (см. W. Kerns t, Verh. d. Phys. Ges., 18, особенно S. 85—88, 1916). Попытки разрешения этих вопросов г. Нернстом построены, конечно, совершенно иначе, чем это было сделано мною в моих, насколько можно судить, более ранних попытках (см. "Ueber Aether u. Materie”, 1911, S. 44, или Heidelberg. Akad. 1910, A 17, S. &); все же, думаю, я могу с удовольствием констатировать общность исходной точки зрения.

Весьма ясное, как мне кажется, указание на структуру эфира я вывел недавно на основании наблюдений над катодными лучами (см. "Quantitative s über Katodenstrahlen, Heid., 1918, S. 183, прим. 517).

Части этого "проницаемого эфира" движутся со скоростью света и свободно проникают друг через друга (или же они столь чрезмерно малы, что их столкновения заметного влияния не оказывают). Кроме того, эти частицы характеризуются стремлением к равномерному пространственному распределению и движутся прямолинейно. В пространстве, свободном от действия сил, движение всех частей эфира совершается прямолинейно и во всех направлениях.

В этом эфире имеются раздельные (не гидродинамические гельмгольцевские) вихревые нити, по одной нити, идущей от каждого имеющегося электрона к соответствующему положительному заряду. Кроме того, имеются еще и замкнутые вихревые кольца, оторвавшиеся, от указанных нитей. Эти вихревые нити эфира представляют собой электрические силы. Оторванные от них замкнутые части составляют электрические волны. Всякое поступательное движение вихревой нити вызывает поперечное течение эфира. Таким образом, возникающие потоки эфира вдоль известных направлений магнитных силовых линий образуют магнитные силы.

При этом, из уже упомянутого основного допущения "проницаемости эфира" следует, что эти потоки не увлекают всего эфира в силовом поле, но захватывают только некоторые из разбросанных его частей в числе, соответствующем силе магнитного поля; остальная же часть эфира не участвует в движении (или же она может принадлежать и другим магнитным полям). Части эфира, входящие в состав потока, движущегося в направлении, перпендикулярном к вызвавшему этот поток движению электричества, и создают магнитные силовые действия, как, напр., действие друг на друга двух замкнутых круговых электрических токов, действие, выражающееся сначала в ориентировке двух круговых токов: установке их параллельно друг к другу, а затем в непосредственном взаимном притяжении.

Вся материя состоит из динамид, представляющих собой замкнутые круговые токи и девствующих друг на друга, как таковые. С одной стороны, они вызывают соответствующие поперечные течения эфира (магнитное поле замкнутого тока), с другой — сами, в свою очередь, захватываются поперечными течениями других динамид в только что указанном смысле. Отсюда следует, что мы должны принять силу притяжения за общее свойство всей материи, как только будет выяснено (чем мы непосредственно дальше и займемся), в силу чего противоположные действия противоположно расположенных динамид не оказывают влияния на окончательный результат.

При таком построении пропорциональность тяготения массе должна явиться результатом пропорционального массе числа динамид.

Первоначальное мое допущение о пропорциональности между числом динамид и массой (не порядковым числом) атома недавно снова нашло свое применение в моделях атома г. Э. Герке (см. Verhandl. d. D. Phys. Ges., 21 Jahrg., S. 779,1919 Heidelb. Akad. 1919, A 14).

Закон квадрата расстояния вытекает из чисто геометрических соображений, в виду малой величины доступных измерению скоплений динамид и их беспорядочной ориентировки в пределах данного скопления. Скорость же распространения тяготения, равная скорости света, обусловлена такой же скоростью частиц эфира в указанных выше потоках.

Такие действия, как перемещение перигелия Меркурия, найдут себе объяснение, если, кроме допущения распространения тяготения со скоростью света, принять еще, что динамиды движущегося тела (Меркурия) претерпевают изменения, зависящие от относительной скорости его по отношению к эфиру (скорость вращения). Такое допущение соответствует принципу относительности (простому и общему с указанными ограничениями) и, следовательно, уже в силу этого должно содержаться в динамике эфира, поскольку последняя представлена полно и правильно.

Что касается нашего допущения об отсутствии влияния взаимных действий противоположно расположенных динамид, при каковом условии только и может получиться отличное от нуля результирующее действие беспорядочных скоплений динамид, то оно вытекает из принятого вами положения о том, что течения эфира не являются непрерывными ни пространственно, ни во времени, и что части эфира взаимно проницаемы, вследствие чего каждая отдельная динамида может действовать, как будто она была одна. В самом деле, тогда течения, обусловленные двумя смежными, противоположно направленными динамидами, будут действовать на третью удаленную динамиду не в одно и то же время, и, следовательно, отдельные их действия, не влияя друг на друга, будут складываться и давать некоторую среднюю силу, вычисляемую за известный промежуток времени. При этом будет иметь место сложение абсолютных величин отдельных действий, а не геометрическое сложение. В этом рассуждении предполагается, что динамиды обладают способностью с достаточной скоростью следовать за отдельными частицами эфира, меняя положение плоскости своей орбиты, и тогда эти частицы при изменившемся положении (вследствие поворота плоскости орбиты) действуют друг на друга в смысле взаимного притяжения.

Примечание. Механизм, изложенный здесь сжато, надо представлять себе следующим образом. Два произвольно расположенных электрических круговых тока, прежде всего, поворачиваются так, чтобы стать параллельно друг другу, и затем притягиваются. Так как действия не непрерывны во времени, то указанный здесь процесс для одной пары динамид, I и III, успеет закончиться прежде, чем начнется взаимодействие II и III, а так как в результате каждого взаимодействия получается притяжение, то, в конце концов, и суммарное действие подучается в виде притяжения. — Прим. Ред.

Такую быстроту смены последовательных ориентаций необходимо допустить для динамид всех атомов вообще, так как иначе не может быть объяснена констатируемая на опыте пропорциональность тяготения массе; вместе с тем, нет оснований для каких-либо возражений против этого допущения. Эта последовательная смена ориентировки динамид может происходить лишь с очень малыми амплитудами; большие амплитуды противоречили бы как чрезвычайно малой силе тяготения всех масс, не обладающих огромной величиной, так и тому факту, что обыкновенные упорядоченные сильные магнитные поля не обнаруживают никакой заметной силы тяготения, но лишь силу, соответствующую магнитной проницаемости и называемую "магнитной" силой. Последняя же создается такими замкнутыми круговыми токами в данном веществе, которые при достаточном промежутке времени могут с большой амплитудой следовать за ориентирующим действием поля. Магнитные силы отдельных динамид, результатом которых мы считаем силу тяготения, не могут быть, согласно сказанному, обнаружены при помощи магнитных стрелок, кусков железа или замкнутых цепей, присоединенных к гальванометру. Все эти приборы не обладают способностью с достаточной скоростью или с достаточной чувствительностью реагировать на действие отдельных частей эфира, приводимых в движение отдельными динамидами; они реагируют только. на более длительные действия очень большого числа в одинаковом направлении кружащихся электронов.

Отсюда также видно, что максвеллевские уравнения могут вовсе и не быть приложимы к тяготению, хотя мы и рассматриваем его, как магнитную силу, ибо эти уравнения исчерпывающе изображают только такие явления, при которых действуют бесчисленные количества одинаково направленных электронов (см. “Ueber Aether und Materie”, 1911 S. 34).

Существенным в только что набросанной картине электромагнитной природы тяготения является только следующее: 1) материя состоит из кружащихся электронов (динамид); 2) каждые две динамиды действуют друг на друга, как замкнутые круговые токи; 3) плоскости этих замкнутых круговых токов могут слегка поворачиваться; 4) магнитное поле этих элементарных замкнутых токов не заполняет пространства непрерывно, но перемежается во времени и пространстве.

Для наглядного изображения этих существенных черт нашей картины может служить следующая модель. Притягивающее тело представлено круговым замкнутым током на раме около 60 см. диаметром, имеющей обмотку в 400, примерно, витков толстой проволоки, установленной вертикально. Притягиваемое тело — такая же рама с замкнутым током, но более легкая, с обмоткой из более тонкой проволоки, и притом подвешенная так, что она может легко двигаться. Подвешена она таким образом, чтобы возможны были два рода движения: 1) вращение вокруг какого-либо диаметра кругового тока, как оси, и 2) изменение расстояния, отделяющего подвижной проводник от неподвижного. Начальное положение обоих круговых токов в отношении друг друга может быть избрано произвольно, расстояние между ними равно нескольким метрам. Если мы устраним особым приспособлением возможность вращения вокруг диаметра подвешенного проводника, то, смотря по направлению токов в обоих проводниках, мы будем иметь только или отталкивание или притяжение их. Если мы станем менять направление тока в неподвижно стоящем проводнике через равные (не очень большие) промежутки времени, например, через каждые 5 секунд, то в конечном результате (при постоянном прохождении тока в подвижном проводнике) не получится ни приближения, ни удаления обоих проводников друг от друга. Но когда подвешенному проводнику будет дана возможность движений обоего рода, то при каждой перемене тока в неподвижном круге подвижной проводник будет делать небольшой поворот вокруг диаметра так, чтобы стать параллельно неподвижному. Вследствие этого действие притяжения получит перевес, и подвешенный проводник все более будет приближаться к неподвижному, пока они не столкнутся. Перемена направления тока в неподвижном проводнике изображает прерывность динамидных полей и возможность любого расположения по отношению друг к другу обеих динамид, изображенных замкнутыми токами.

Если этот только что набросанный с точки зрения явлений тяготения эскиз механизма эфира (более подробно развитый в указанной выше работе), и не достаточен” т. е. если он пока еще не может быть облечен в форму уравнений, которые дали бы количественные соотношения для тех качественных признаков, которые мы уже приписали механизму, и притом так, чтобы максвелловские уравнения были заключены и них, как частный случаи, то все же, думается мне, нельзя отказаться от дальнейшей разработки этого или сходного механизма эфира. Ибо, отказываясь от механизма эфира, надо было бы в принципе отказаться от всякой картины мира второго рода, а, следовательно, и вообще от механического истолкования природы. “Я не думаю, что это случится, даже в том случае, если для уяснения механики эфира придется ввести наряду с эфиром или за ним и его частями еще другой эфир”.

Я полагаю, что это уже и сейчас должно быть доступна искусным и находящимся во всеоружии своей науки математикам. Если выведенные таким способом уравнения и не были бы еще уравнениями механики, то это все же не уменьшило бы их ценности. Следует напомнить, что и максвелловские уравнения, ценность которых известна, также развились из представлений о механизме эфира, и что они не являются уравнениями механики.

Такой, как я хотел бы его назвать, "мета-эфир", или первоначальный эфир был бы той заполняющей все пространство средой, которая заставляет частицы эфира удовлетворять условиям, установленным нами для их движения.

Думалось бы, что такого рода положительные идеи в смысле плодотворности предпочтительнее постоянных отрицательных утверждений о ненужности и невыполнимости теории эфира. Природа неустанно преподносит естествоиспытателям всяческие сюрпризы, и поэтому правильнее было бы продолжать считать путь исследования еще открытым, чем отказываться от него без принудительных к тому оснований. Ведь еще не так давно считалось необходимым по возможности избегать оперирования с атомами материи, как слишком "гипотетическими".

Примечание. Бунзен совершенно избегая говорить об атомах, Гельмгольц и особенно Кирхгоф довольно близко стояли к нему в этом отношении. Бунзен избегал также говорить об атомных весах и для характеристики химических соединений пользовался исключительно эквивалентными формулами. , см. также сходные воззрения S. Wiechert'a, Astron. Nachr. Bd. 211, Nr. 3054, S. 275,1920. Там же указано на предстоящее опубликование в Annalert d. Physik дальнейшего исследования того же автора о тяготении (во время издания настоящей работы напечатано в 63 томе, стр. 301).

И разве, несмотря на это, не исследуют теперь с величайшим успехом не только движения атомов во всех агрегатных состояниях, но и движения внутренних составных частей атомов? Между тем, самое существование последних незадолго до этого было далеко не общепризнанным. В самом деде, ранние воззрения В. Вебера о "положительных и отрицательных электрических частицах", как составных частях атома, явным образом до такой степени показались его современникам чуждыми и безнадежными, что впоследствии эти воззрения пришлось заново раскапывать, когда частицы вновь дали знать о своем существовании в явлениях, которые не были предсказаны.