ГЛАВА ПЕРВАЯ
МАКСВЕЛЛОВСКАЯ МЕТОДОЛОГИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ГЛОБАЛЬНОЙ ТЕОРИИ
Непосредственными предшественниками Максвелла в деле создания теории электромагнетизма были Ганс Христиан Эрстед (1777—1851), Андре-Мари Ампер (1775—1836), Майкл Фарадей (1791—1867) и Уильям Томсон (1824—1907). Значительное влияние на разработку максвелловской методологии синтеза оказал также и кембриджский естествоиспытатель и философ науки, ректор Тринити Колледжа Уильям Уэвелл (1794—1866). Сравнение их взглядов с максвелловскими позволяет более детально выявить особенности максвелловской методологии создания развитой научной теории.
Как известно, зимой 1819—1820 гг., во время лекционной демонстрации в копенгагенском госуниверситете, Эрстед совершил выдающееся открытие, состоявшее в выявлении влияния электрического тока на направление находившейся рядом магнитной стрелки. Он показал, что повороты магнитной стрелки образуют круг вокруг «замыкающего провода». Из эксперимента следовало, что сила, действующая между магнитным полюсом и током, направлена не по соединяющей их прямой, а по нормали к ней, т.е. перпендикулярно. В конечном счете этот простой факт ставил под сомнение всю ньютонианскую систему мира.
Несмотря на уничижительные отзывы некоторых современников, открытие Эрстеда не было случайным; правда, именно это обстоятельство Эрстед и был вынужден доказывать всю жизнь. Так, в дальнейших своих комментариях он справедливо указывал на то, что еще в изданной им в Париже в 1813 г. книге «Recherches sur l’identite des forces chimique et electrique» утверждалось, что «еще необходимо проверить оказывает ли электричество в его наиболее латентном виде какое-либо действие на магнит как таковой». Даже в самых ранних своих трудах Эрстед предполагал, что магнетизм и электричество производятся одними и теми же силами. И эта точка зрения ни в коей мере не была новой. Она высказывалась и обсуждалась на протяжении более чем двух столетий, просто до Эрстеда никто не сумел ее наглядно продемонстрировать. При этом «всякий, ознакомившийся с работами этого физика как относительно его собственных, так и предшествующих открытий, сразу увидит, что опыты его скорее являлись следствиями его теорий, чем наоборот. В его открытии случай, по-видимому, играл весьма незначительную роль; он скорее затруднял его, ибо все было уже осмыслено и опыты продуманы задолго до их осуществления» (Фарадей, 1939, С. 41).
Поэтому неслучайно, что, несмотря на то, что с начала XVIII в. кафедра физики в копенгагенском университете была ликвидирована « с той целью, чтобы усилить курс богословия», золотую медаль студент этого университета Г.Х. Эрстед получил за эссе «Границы поэзии и прозы», а степени доктора философии будущий классик естествознания все-таки удостоился за опубликованный труд «Метафизические основы естествознания Канта». Судя по всему, отход от ньютонианского механистического мировоззрения начался именно с Канта (подробнее см. Pearce Williams, 1965, 1966).
В своей работе 1786 г. Иммануил Кант выдвинул такую динамическую теорию материи, в которой последняя рассматривалась как детерминируемая фундаментальными силами притяжения и отталкивания – в отличие от примитивной, твердой и непроницаемой материи Ньютона, – что сулило перспективу единого рассмотрения всех сил природы. Неслучайно именно кантовская динамическая теория материи послужила своеобразными пролегоменами и к натурфилософии Фридриха Шеллинга, и его ученика немецкого естествоиспытателя Риттера и самого Эрстеда.
Первоначальной мотивацией этого более широкого взгляда на вещи были новейшие открытия в электрохимии, интерпретируемые одним из философских наследников Канта – Шеллингом – как выражение единства магнитных, электрических и гальванических сил. Судя по всему, открытие Эрстеда было бы невозможно без шеллинговской натурфилософии. Это Шеллинг научил Эрстеда «задавать Природе правильные вопросы». С точки зрения Шеллинга, динамическая конституция материи образуется «из позитивной реальности силы расширения» (отталкивание) через «отрицательную реальность силы сжатия» (притяжение) вплоть до «ограничительного баланса двух этих сил в состоянии равновесия». Вызывающе анти-ньютоновскому подходу Шеллинга было чуждо разделение единого процесса взаимодействия между физическими телами на «материю» и «силы».
В полном соответствии с шеллинговской натурфилософией, Эрстед утверждал, что в природе нет ничего мертвого и закостенелого, и что каждая вещь существует лишь как развивающийся процесс, являющийся частью более общего и развивающегося целого. Будучи сторонами развития единого первоначала, законы природы и законы разума в конечном счете совпадают. С одной стороны, чувствительная материя есть реализация инобытия абсолютного (рационального) духа; с другой стороны, рациональное начало – это кульминация бесконечного диалектического процесса, при помощи которого чувствительная материя осознает сама себя.
Бытие и сознание тождественны. Все явления природы являются проявлениями единой бесконечной силы – силы раскрытия Божества. Впоследствии, как это будет показано ниже, следы этой причудливой онтологии можно отыскать и в творчестве Майкла Фарадея.
Как типичный математик, Андре-Мари Ампер не слишком утруждал себя поисками новой физической онтологии, но зато он немало потрудился, совершенствуя и сравнивая между собой онтологии старые. 25 сентября 1820 г., продолжая опыты Эрстеда, Ампер сообщил от открытии взаимного притяжения и отталкивания двух замыкающих проводов. Это открытие лишало явления магнетизма их обособленности, коренившейся якобы в существовании некоей магнитной субстанции, сосредоточенной в магните. Опыты Ампера были продолжены в исследованиях Араго, который в 1824 г. продемонстрировал, что «замыкающий провод батареи» притягивает железные опилки подобно тому, как это наблюдается в случае магнита. Ампера можно считать родоначальником редукционистской исследовательской программы в электродинамике: он все-таки нашел путь сведения эрстедовских круговых сил к обычным механическим центральным силам, изменяющимся по закону квадрата расстояния между силовыми центрами. Одним из элементов его позитивной эвристики было утверждение, согласно которому существуют молекулярные токи, представляющие собой токи электрические, циркулирующие внутри магнитных веществ. Этот аспект его позитивной эвристики сыграл немалую роль в перестройке «физической идеологии» (И. С. Шапиро) того времени. Магнитная субстанция в глазах общественного мнения перестала быть обязательной (Whittaker, 1910).
Незря Максвелл называл его «Ньютоном электричества». И Исаак Ньютон, и Андре-Мари Ампер полагали, что все фундаментальные взаимодействия в природе (гравитационные силы у Ньютона и электромагнитные – у Ампера) опосредованы такой промежуточной субстанцией как «эфир». Ампер рассматривал эфирную субстанцию как состоящую из комбинации позитивного и негативного электрического флюидов; при этом он весьма проницательно полагал, что такого рода эфир участвует в распространении как оптических, так и электрических (а, следовательно – и магнитных), а также тепловых явлений.
Майкл Фарадей, не получив ни высшего, ни даже полноценного среднего образования (ушел из школы в девятилетнем возрасте из-за конфликта с учительницей), оставался до конца своих дней самоучкой, пытавшимся разобраться во всем (включая и сложнейшие метафизические вопросы) самостоятельно. Для его философских воззрений характерно гармоничное соединение истовой («сандаманианской») религиозности, являвшейся во многом наследием семейных традиций, с упорным скепсисом «человека из народа», сына кузнеца по отношению к «господской культуре». В этом плане показательны его запутаннейшие отношения с покровителем – притеснителем, защитником-обидчиком сэром Гемфри Дэви и его амбициозной супругой, неоднократно пытавшейся превратить компаньона по путешествиям по западноевропейским странам в лакея. Или – скандальный спор с Волластоном по проблемам приоритета открытия явления электромагнитной индукции.
Будучи сотворенной Одним Создателем, Природа является единым целым. В ней все взаимосвязано. Относительно действующих в природе сил мы можем сказать, что все они переходят друг в друга, но ни одна не является конечной причиной других. В конце концов, «наши разногласия – лишь споры о словах, поскольку природа всегда одна и та же» (цит. по: Dr. Bence Jones, 1870, p. 310). Лекции для юношества, прочитанные в 1835 г., Фарадей закончил констатацией того, что «мы ничего не знаем о природе электричества – является ли оно материей, силой, вибрацией или еще чем-то другим» (цит. по: Dr. Bence Jones, 1870, vol. 2, p. 69).
Поэтому Фарадей с нескрываемым скепсисом относился к атомной гипотезе, утверждая, что мы ничего не знаем о материи за пределами ее сил; наши непосредственные ощущения ничего о ней не говорят. Открытие Фарадеем связи света с магнетизмом (1845) привело к написанию им небольшой, но исключительно плодотворной для дальнейшего развития физики работы под названием «Размышления о вибрациях световых лучей» (Фарадей, 1846), на которую неоднократно ссылался Максвелл. Понятно почему: в этой работе содержится набросок электромагнитной теории света.
Рассматривая природу весомых тел, Фарадей приходит к выводу о том, что каждый атом является не чем иным как полем сил – электрических, магнитных и гравитационных – которые окружают точечный центр. Все пространство вокруг такого атома оказывается пронизанным силовыми линиями. А свет и тепловое излучение представляют собой поперечные колебания распространяющиеся вдоль световых линий. И если даже мы допустим существование светоносного эфира, то должны признать, что он является проводником магнитных сил. Как Фарадей писал в 1851 г., «весьма вероятно, что уж если эфир и существует, то он должен иметь и другие применения чем простая передача излучения». Также важно для нашего изложения утверждение одного из биографов Фарадея – доктора Бенса Джонса – о том, что (в одной из своих записных книжек) Фарадей высказал предположение о том, что скорость распространения магнитных взаимодействий – по порядку величины – совпадает со скоростью света.
Точка зрения Фарадея – это воззрения хорватского иезуита о. Роджера Бошковича (1711—1787): атомы – это материальные точки, т.н. «центры сил». С этой точки зрения, Лейбниц был прав, утверждая, что силы более фундаментальны, чем материя. Поэтому в конце традиционной пятничной лекции в Королевском Институте Фарадей «высказал спекулятивное утверждение, которое он долго вынашивал в себе, но которое все крепло в его сознании, что возможно все те вибрации, при помощи которых такие излучения как свет и тепло передают свои силы в окружающем пространстве, – это колебания не эфира, а силовых линий, которые соединяют друг с другом наиболее отдаленные части материи… таким образом, я намереваюсь низложить эфир» (цит. по: Dr. Bence Jones, 1870, p. 227).
Итак, согласно Фарадею, эфир не существует; существуют только гравитационные, электрические и магнитные силовые линии, пронизывающие пустое пространство. Свет – поперечные колебания световых линий.
Поэтому часто встречающиеся утверждения о том, что с самого начала исследования Фарадея противопоставлялись им немецким и французским теориям «действия на расстоянии» во многом основаны на недоразумении. На самом деле Фарадей рассматривал взаимодействие посредством силовых линий как прямое действие на расстоянии, поскольку в передаче сил от одной точки к другой никакая материя не участвовала. Действительно, в этом случае эта передача сил занимала некоторое время, но отнюдь не из-за какого-то промежуточного вещества или эфира. Причиной запаздывания была физическая природа силовых линий. В итоге, фарадеевское понятие силовых линий изменило традиционную дихотомию между прямым действием и действием, опосредованным веществом (Darrigol, 2001).
Недаром во введении к своему шедевру – «Динамической теории электромагнитного поля» (1864), в котором он получил, наконец, свои уравнения математически безукоризненным способом, во многом свободным от сомнительных «модельных» допущений, Максвелл подчеркивает: «Концепция распространения поперечных магнитных возмущений с исключением продольных определенно проводится проф. Фарадеем в его «Мыслях о лучевых вибрациях» (Phil.Mag., май 1846) .Электромагнитная теория света в том виде, в каком она предложена им, является такой же по существу, как и та, которую я развиваю в настоящем докладе, за исключением того, что в 1846 г. не имелось данных для расчета скорости распространения» (Максвелл, [1846], 1953, С. 263).
Тяжеловесный фарадеевский аппарат «силовых линий» и /или соответствующих «напряжений и натяжений в эфире» представлялся большинству его современников зыбким и неуклюжим, особенно в сравнении с точными и математически элегантными теориями действия на расстоянии. Поэтому теория поля развивалась весьма слабо и медленно до тех пор, пока в середине 1840-х гг. в игру не вступил Уильям Томсон. Именно Томсону принадлежала ключевая идея об аналогии между электромагнитными процессами и гидродинамическими явлениями. В частности, т.н. «эффект Фарадея» (1845) – вращение плоскости поляризации света в сильном магнитном поле – Томсон объяснил исходя из предположения, что магнитное поле заполнено крошечными «молекулярными вихрями», вращающимися вдоль силовых линий. Эти крошечные вихри могли отдавать часть своей вращательной энергии световым волнам.
Конец ознакомительного фрагмента.