Ирина Радунская – Когда физики в цене (страница 68)

Еще студентом Ньютон прилежно изучал наследие древних и новейших ученых. Особое внимание в то время привлекали гипотезы об эфире и атомах, надолго забытые и вновь ставшие модными в начале XVII века. Декарт, материалист и мечтатель, отождествлял пространство с «тонкой материей». Эту материю он называл эфиром и наделял целым набором свойств, необходимых для объяснения движения небесных тел, но нереальных.

Ньютон хорошо знал учение Декарта, но очень быстро порвал с ним.

Ему, как убежденному естествоиспытателю, ставившему во главу науки эксперимент, была чужда идея дальнодействия. Все тела притягивают друг друга, и должен быть конкретный, материальный носитель сил притяжения.

Ньютон заставил людей задуматься над проблемой, которая не решена до сих пор… Придумать кариатиду для звезд — суровая необходимость, от нее невозможно отделаться, отмахнуться… И все же Ньютон попытался это сделать. Попытался не строить гипотез относительно природы сил притяжения.

Ньютон, конечно, понимал, что наука не может не оперировать законами, «причины которых еще не открыты». Но пусть, рассуждал он дерзко, причина и «механизм» тяготения неизвестны. Это ведь не мешает построению небесной механики, точнейшему предсказанию затмений и величины морских приливов. Закон всемирного тяготения позволяет рассчитать все, что нужно, — движение планет и Луны без каких-либо гипотез, так зачем же гипотезы, зачем эфир? И он стремился удержаться в этой гордой позиции: гипотезы излишни вообще, не нужны гипотезы и о природе тяготения.

В величайшем труде Ньютона — «Математические начала натуральной философии» — слово «эфир» не встречается. В первом издании. Но во втором издании эфир появляется в тексте, правда, лишь в самом конце книги — в последнем абзаце знаменитого «Общего поучения». Ньютон упоминает об эфире, но не допускает в межпланетное пространство, ограничивая его возможную роль взаимодействиями тел на близких расстояниях.

Как же так? — спросит читатель. Эфир все же появился у Ньютона? Да, сам Ньютон, убежденный противник гипотез, придумал гипотезу, в соответствии с которой эфир, проникая сквозь все тела, постоянно стремится к Земле, увлекая эти тела за собой. Так, решил Ньютон, может возникать сила притяжения к Земле. Но по логике вещей эфир должен устремляться и в остальные тела, ведь, по закону Ньютона, все тела тяготеют друг к другу… За уступки надо платить. И скоро Ньютон горько пожалел о своей уступчивости.

Ньютоний

Итак, Ньютон прибег к помощи эфира. И главное, не впервые. Без эфира он не смог обойтись еще в первых спорах о природе света со своими главными противниками — Гюйгенсом и Гуком.

Трудности, которые испытали и Ньютон, и Гюйгенс, и Гук, и Гримальди, создавая каждый свою теорию света, столкнули их с эфиром. Нравилось это им или не нравилось, но единственное, что объединяло столь различные теории, был эфир.

Гюйгенс, считавший свет волнами, не мог объяснить их распространение без помощи какой-то среды. Он понимал, что это должна быть та же среда, что передает силы тяготения, ибо нельзя же было допустить, что отдельно существует светоносный эфир и эфир тяготения.

Ньютон, отвергая волновую теорию света, видел свет частицами, корпускулами. Первоначально ему даже казалось, что для передачи частиц в мировом пространстве не нужна никакая среда. Он самонадеянно решил, что корпускулярная теория света избавит науку от эфира. Но его собственные опыты, когда он наблюдал странные периодические изменения цвета окрашенных колец (колец Ньютона) в тонком промежутке между выпуклой линзой и плоской пластинкой, показали, что свет связан с какой-то периодичностью. Ньютон был вынужден искать этому объяснение. Корпускулярная гипотеза заводила здесь в тупик. Приходилось громоздить одну гипотезу на другую. И все равно оставалось признать, что в природе света есть нечто волновое. А раз волновое, значит, без эфира не обойтись…

Впервые Ньютон прибегает к эфиру в 1672 году, сравнивая свою корпускулярную теорию света с волновой теорией. Он пишет: «Колебания эфира одинаково полезны и нужны и в той и в другой…». Все же, не желая отступать от своих принципов, Ньютон не считает гипотезу эфира верной. Вот его слова: «Однако, излагая гипотезу (эфира), во избежание многословия и для более удобного представления, я буду иногда говорить о ней так, как будто бы я ее принял и верю в нее». Он пользуется ею, но не верит в то, что эфир существует. Истинную природу света должен выявить опыт.

При этом Ньютон представляет эфир вполне конкретно: «Предполагается, что существует некая эфирная среда, во многом имеющая то же строение, что и воздух, но значительно более разреженная, тонкая, упругая». «Немаловажным аргументом существования такой среды служит то, что движение маятника в стеклянном сосуде с выкачанным воздухом почти столь же быстро, как и в открытом воздухе».

Ньютон прибегает к эфиру не только для объяснения оппонентам оптических явлений, но и для объяснения действия мускулов животных и некоторых химических явлений.

Когда сам Ньютон и другие физики попробовали набросать примерные характеристики этой универсальной среды, получился монстр — сгусток противоречий, соединение несоединимого, объединение необъединимого. Неуловимее привидения, более разрежен и прозрачен, чем воздух, маслянистее масла…

Кто видел такое вещество в природе? Никто никогда не видел, и тем не менее приходилось мириться с таким союзником. Другого выхода не было. Ученые были вынуждены думать, что эфир — это очень разреженный газ. Настолько разреженный, что он не тормозит извечных движений планет, но при этом увлекает их друг к другу и особенно к Солнцу, что, проникая в недра Земли, звезд и других тел, эфир конденсируется и превращается в обычные газы и жидкости. При этом эфир очень упруг, ибо он должен обеспечить периодические явления при взаимодействии света с телами. Кроме того, он текуч, как жидкость, но маслянист, так как должен «прилипать к порам тел», чтобы осуществить притяжение.

Трудно поверить, что эти фантазии разделял великий Ньютон.

Его борьба с эфиром шла с переменным успехом. В основном труде Ньютона о свете, в знаменитой «Оптике», вышедшей в 1704 году, эфир вовсе не упоминается. Более того, в издании 1706 года сказано: «Не ошибочны ли все гипотезы, в которых свет приписывается давлению или движению, распространяющемуся через некоторую жидкую среду?»

Казалось, вопрос исчерпан. Но еще через несколько лет Ньютон добавляет к следующему изданию «Оптики» (1717 год) восемь вопросов по теории света. Ответить на них без помощи гипотезы эфира невозможно! В следующем издании (1721 год) и в последнем (1730 год), которые Ньютон редактировал лично, он оставил эти вопросы без изменения. Тем самым он как бы отказался от окончательного решения вопроса об эфире. Эфир для него «гипотеза», а «гипотезы» не должны рассматриваться в экспериментальной философии. Казалось бы, все ясно…

«Уже в 70-х годах, — пишет великий русский химик Менделеев, — у меня настойчиво засел вопрос: да что же такое эфир в химическом смысле? Сперва я полагал, что эфир есть сумма разреженнейших газов в предельном состоянии. Опыты велись мною при малых давлениях — для получения намека на ответ».

Действуя почти так же, как Ньютон, Менделеев написал в статье «Попытка химического понимания мирового эфира»: «Мне кажется мыслимым, что мировой эфир не есть совершенно однородный газ, а смесь нескольких близких к предельному состоянию, т. е. составлен подобно нашей земной атмосфере из смеси нескольких газов». Удивительно, насколько близко это к мыслям молодого Ньютона!

Сейчас мало кто помнит о том, что Менделеев поместил свой эфир в нулевую группу периодической системы элементов и назвал его ньютонием.

Выродок в семье физических субстанций

Эфир шествовал по столетиям, переходя из одной теории в другую и видоизменяясь. Его то временно отменяли как нелепость, то снова молились на него как на избавителя, потому что ничего другого в качестве посредника между телами ученые найти не могли… Разные умы придавали эфиру различные оттенки. Он по желанию ученых менял свой облик, словно глина в руках скульптора.

Но всегда за ним сохранялся ореол неопределенности, зыбкости. Недаром эфир, один из немногих научных терминов, непринужденно перешел в поэзию. Помните, о таинственной ночи у Пушкина: «Ночной зефир струит эфир»?

Эфир не раз выручал физиков в безвыходных положениях. Так, Френелю уже в XIX веке он помог при создании новой волновой теории света, способной объяснить не только то, что знал Гюйгенс, но и не объясненное им явление поляризации света. Явление непонятное, если не ввести гипотезу о том, что световые волны не продольные, подобные звуку, как считал Гюйгенс, а поперечные, больше похожие на морские волны, чем на звуковые.

Но как мог выйти из положения французский путейский инженер Френель, знавший, что поперечные волны могут распространяться только в твердых телах? Он и объявил эфир твердым телом. А расчеты немедленно подтвердили, что этот твердый эфир к тому же несравненно более упруг, чем сталь. По упругости он не уступает прежнему газообразному эфиру…

В качестве носителя сил тяготения и продольных световых волн Гюйгенса эфир должен быть подобным газу, обладающему невероятными свойствами. Но чтобы справиться с задачей передачи новых, поперечных световых волн Френеля, он должен был превратиться в не менее фантастическое твердое тело. Позже он вновь предстанет перед Менделеевым в форме газа. Было от чего прийти в уныние!