Наука считала, что в дальнейшем ее задачей является только
применение ньютоновской механики ко все более широким областям опыта. И
фактически физика почти в течение двух столетий развивалась только в этом
направлении.
От теории движения материальной точки можно перейти к механике твердого
тела, к вращательному движению, можно перейти также к рассмотрению
непрерывного движения жидкостей или колебательных движений упругих тел. Все
эти разделы механики были разработаны постепенно, по мере развития
математики, особенно дифференциального исчисления, и результаты проверены в
экспериментах. Акустика и гидродинамика стали разделами механики.
Другой наукой, к которой с успехом можно было применить ньютоновскую
механику, была астрономия. Усовершенствование математических методов вело ко
все более точному определению движений планет и их взаимных возмущений.
После открытия новых явлений в области электричества и магнетизма
электрические и магнитные силы были уподоблены силам тяготения, и их влияние
на движение тела снова можно было учесть с помощью аксиом ньютоновской
механики. Наконец, в XIX столетии даже теория теплоты была сведена к
механике -- благодаря предположению о том, что теплота в действительности
представляет собой сложное статистическое движение мельчайших частиц
вещества. Соединяя с понятиями ньютоновской механики понятия математической
теории вероятностей, Клаузиусу, Гиббсу и Больцману удалось показать, что
основные законы учения о теплоте могут быть истолкованы как статистические
законы, получающиеся из ньютоновской механики при ее применении к очень
сложным механическим системам.
Итак, до этого момента задачи, поставленные ньютоновской механикой,
последовательно выполнялись, и это сделало возможным понимание очень широкой
области опыта. Первая трудность возникла при рассмотрении в работах Фарадея
и Максвелла электромагнитного поля. В механике Ньютона сила тяготения
считалась чем-то заданным, а не предметом дальнейших теоретических
исследований. Однако в работах Фарадея и Максвелла силовое поле само стало
объектом исследования. Физики решили узнать, как это поле, "силовое поле",
изменяется как функция пространственных координат и времени. Поэтому они
предприняли попытку найти уравнение движения для поля, а не элементарные
законы движения для тел, на которые поле действует. Это возвращало к
представлениям, распространенным в эпоху, предшествующую созданию
ньютоновской механики. Действие, как казалось, может передаваться от одного
тела к другому только тогда, когда оба тела касаются друг друга, например
при ударе или посредством трения. Ньютон, напротив, предположив
существование силы, действующей на больших расстояниях, а именно силы
тяготения, ввел в физику новый и очень примечательный способ передачи
действия сил. Теперь в теории силовых полей можно было в определенном смысле
возвратиться к более старым представлениям о том, что действие всегда
передается только от точки к соседней точке, и в математическом плане это
требовало бы описания поведения полей дифференциальными уравнениями. Это
оказалось действительно возможным, и поэтому описание электромагнитного
поля, данное Максвеллом с помощью известных уравнений, считалось
удовлетворительным решением проблемы сил или силовых полей. Однако в этом
пункте программа, предписанная в свое время ньютоновской механикой, была
фактически видоизменена. Аксиомы и определения Ньютона относились к телам и
их движению. В теории же Максвелла силовые поля приобрели ту же самую
степень реальности, что и тела в ньютоновской теории.
Новое понимание было принято, естественно, не сразу и не без
возражений. Чтобы как-то избежать подобных изменений в наших представлениях
о реальности, электромагнитные поля пытались сопоставить с полями упругих
деформаций и натяжений и, следовательно, световые волны теории Максвелла --
со звуковыми волнами в упругих телах. Поэтому многие физики полагали, что на
самом деле уравнения Максвелла относятся к деформациям упругой среды,
которую они называли эфиром. Это название было дано, только чтобы
подчеркнуть, что среда является настолько легкой и разряженной, что она
проникает внутрь других веществ и не может быть ни видима, ни ощутима. Такое
объяснение было, конечно, не очень удовлетворительным, поскольку при данном
способе рассуждений нельзя было усмотреть, почему в свете нет продольных
колебаний.
Наконец, теория относительности, о которой речь будет идти в следующей
главе, показала совершенно убедительно, что от понятия эфира как субстанции,
к которой относятся уравнения Максвелла, следует отказаться. Аргументы,
доказывающие этот вывод, здесь не могут быть изложены подробно. Результатом
явилась, во всяком случае, необходимость рассматривать поля как независимую
реальность.
Дальнейшим и еще более тревожным выводом специальной теории
относительности явилось открытие новых свойств пространства и времени, или,
более правильно, связей пространства и времени между собой, связей, которые
до того не были известны и, следовательно, не имели места в механике
Ньютона.
Под впечатлением этой совершенно новой ситуации многие физики пришли к
преждевременному заключению, будто бы ньютоновская механика в настоящее
время окончательно опровергнута.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67