Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская
Максвелл вложил огромные усилия и собственные средства в создание лаборатории, название которой должно было напоминать о щедрости герцога Девонширского, лорда-канцлера университета.
Но, через некоторое время, лаборатория была переименована в «Кавендишскую лабораторию» — в честь Г. Кавендиша, замечательные исследования которого долгое время оставались неизвестными и были буквально открыты Максвеллом.
Кавендиш опубликовал лишь две из своих работ в области физики. Остальные лежали более ста лет в архивах университета. В 1874 году герцог Девонширский передал Максвеллу двадцать пакетов запыленных манускриптов. Максвелл был поражен замечательными открытиями в области физики и химии, сделанными этим экспериментатором — оригиналом, отшельником и подвижником.
Максвелл не только изучил, но и переписал, готовя к печати, манускрипты Кавендиша. Он повторил, а в некоторых случаях и уточнил все опыты Кавендиша. На это ушло пять лет.
Когда в 1879 году труды Кавендиша вышли из печати, мир узнал, что работая в домашней лаборатории, Кавендиш в 1771 году (за двенадцать лет до Кулона) установил закон взаимодействия электрических зарядов, за шестьдесят лет до Фарадея открыл влияние диэлектрика на емкость конденсатора и измерил диэлектрическую проницаемость ряда веществ. Он предвосхитил закон Ома, а в 1798 году при помощи крутильных весов измерил силу взаимного притяжения двух сферических тел, подтвердив справедливость закона всемирного тяготения.
В ходе этих экспериментов Кавендиш определил величину гравитационной постоянной, входящей в закон тяготения и величину средней плотности Земли. Он получил в 1766 году чистый водород и изучил его свойства, а также получил воду, сжигая водород, и определил состав воды. Вернувшись к этим исследованиям, он в 1771 году определил содержание кислорода в воздухе.
Кавендиш обязан Максвеллу своим вторым рождением.
Последние пять лет жизни Максвелл, не прерывая научной работы, ухаживал за тяжело больной женой, выполняя функции квалифицированной сиделки. Весной 1877 года у него, никогда не жаловавшегося на здоровье, внезапно начались боли в груди. Он никогда не говорил об этом, ежедневно бывал в лаборатории, работал над рукописями Кавендиша, ухаживал за женой.
В июне 1879 года Максвелл сдал рукопись трудов Кавендиша в типографию и впервые признал, что его здоровье пошатнулось. Жена уговорила его уехать в Гленлэр, надеясь на целебное действие родных мест. Но ему становилось хуже, боли стали ужасными, он сильно похудел. В октябре эдинбургский врач сообщил, что ему осталось жить не больше месяца. Он поспешил в Кембридж к прикованной к постели жене.
Максвелл умер 5 ноября 1879 года от рака. Кембридж и ученые всего мира были в глубоком трауре.
Максвелл не дожил до признания его электродинамики. Но он относился спокойно к недоверию одних и к равнодушию других. Он работал. Работал всю жизнь.
В Англии его идеи разрабатывали О. Хевисайд, Д. Пойтинг и Дж. ДЖ. Томсон. В Германии Л. Больцман, Г. Гельмгольц, и Г. Герц. В Голландии молодой Г. Лоренц.
О Хевисайде и Герце можно сказать, что они, в определенном смысле, продолжили «переводческую» работу Максвелла. Они облегчили физикам усвоение электродинамики, а, главное, упростили ее применение к решению новых научных задач. Они, независимо один от другого, заменили математический язык Максвелла — двадцать уравнений, которыми Максвелл выразил идеи Фарадея и свои открытия — новыми, более удобным математическим языком, языком векторов. Этим они придали идеям Фарадея и открытиям Максвелла новую наглядность, способствующую обострению интуиции и облегчающую развитие науки.
Герц и Лоренц независимо обратили внимание на ограниченность теории Максвелла и стремились расширить ее. Сохранив в качестве основы электромагнитный эфир Фарадея и Максвелла, они направили свои поиски в противоположных направлениях. Их сближает стремление к неведомому. В следующей главе будет рассказано, как, двигаясь различными, противоположными путями, Герц и Лоренц пришли в один и тот же тупик.
Глава 6. ДВА ПУТИ, ВЕДУЩИЕ В ТУПИК
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЭФИР — ТЯЖКИЕ РАЗДУМЬЯ
В этой книге мы неоднократно встречались с эфиром, с тем, как изменялись взгляды ученых на его свойства, на роль в явлениях природы.
При его рождении в трудах Аристотеля он представал незримой прозрачной твердью, к которой прикреплены звезды.
Затем появились другие незримые и невесомые субстанции, новые эфиры, возникшие для объяснения явлений света и тепла, электричества и магнетизма. Некоторые авторы называли их флюидами.
Светоносный эфир Гюйгенса обладал свойствами разреженного газа. Световые волны, писал он, представляют собой чередование сжатий и разрежений эфира, происходящих вдоль луча. Однако, скоро выяснилось, что эфир Гюйгенса непригоден для объяснения поляризации света.
Светоносный эфир Френеля объяснял явление поляризации света. Для этого пришлось считать свет поперечными волнами эфира, а поперечные волны распространяются только в твердых телах. Это заставило Френеля уподобить эфир твердому телу, много более упругому, чем сталь, но не мешающему движению светил. Сочетание столь противоречивых свойств тревожило ученых, но иного выхода не было.
Фарадей считал, что электрические и магнитные силы передаются через пространство посредством полей. Они проявляют себя натяжениями эфира, отображаемыми силовыми линиями. В 1846 году в мемуаре «Мысли о лучевых колебаниях» он высказал догадку об электромагнитной природе света, но ничего не говорил о природе эфира.
Наконец Максвелл в своем «Трактате об электричестве и магнетизме», отказавшись от механических моделей, убедительно доказал самостоятельное существование электромагнитных волн, распространяющихся в эфире, и показал, что свет является частным случаем электромагнитных волн.
Теперь эфир характеризовался лишь двумя свойствами: способностью передавать электромагнитные волны и тем, что он не препятствует движениям небесных тел.
Оставался неясным лишь вопрос: движутся ли материальные тела сквозь эфир (не испытывая его противодействия) или они при движении увлекают эфир за собой?
Этот, казалось бы, второстепенный вопрос оказался одной из двух причин, приведших к революционному преобразованию физики на рубеже XIX и XX веков.
Он вывел физиков на распутье, где им пришлось выбирать одну из двух дорог, каждая из которых, как выяснилось позже, ведет в общий тупик.
Прежде чем заняться возникшей дилеммой, познакомимся с тем, что думали по этому поводу ученые, вступая в последнюю четверть XIX века.
К счастью для нас Максвелл на склоне лет написал несколько статей для «Британской энциклопедии». Одна из них называлась «Эфир». Она вышла в год смерти автора. Воспроизведем краткое основное содержание этой статьи.
Прежде всего — определение: «Эфир
