Борис Кузнецов - Ньютон

Наиболее радикальные и общие выводы, составившие основу такого представления о науке XIX в., были сделаны из термодинамики. Первое и второе начала термодинамики заставили пересмотреть старое представление о структуре науки, ввести понятие несводимости. Термодинамика не отделима от кинетической теории газов, законы распространения тепла — от механики молекул, но вместе с тем макроскопическая термодинамика несводима к механике, что видно хотя бы из второго начала, из необратимости переходов тепла, из великого открытия Сади Карно.

Несводимость сложных форм движения к механике противоречила механицизму, сделавшему сведение к механике идеалом научного объяснения. Но несводимость сочетается с неотделимостью, и, следовательно, более глубокая подоснова механического объяснения мироздания — констатация движений и сил как элементов космической гармонии, составляющая философский субстрат идей Ньютона, — сохранилась. В ньютонову картину мира были внесены частные границы между формами движения, она стала более сложной, ее размерность возросла. Но вскоре появились открытия, которые установили общую границу классического естествознания.

Речь идет о классической электродинамике. Она заполнила пространство физической средой, иначе говоря, ответила на самый трудный вопрос ньютоновской концепции вещества, силы и пространства. Ньютон искал в пространстве нечто, передающее воздействие одного тела на удаленное от него другое тело. Отсутствие однозначной концепции, обладающей «внутренним совершенством» и «внешним оправданием», приводило к плюрализму, к не удовлетворявшим Ньютона картезианским моделям и к не удовлетворявшим никого ссылкам на пространство как «чувствилище» божества. В конце концов Ньютон остановился на феноменалистической концепции сил, действующих на расстоянии, а в физику XVIII—XIX вв. вошел эфир с теми или иными введенными ad hoc гипотетическими свойствами. Но от феноменалистической концепции сил отказались, когда наряду с силами тяготения были открыты электрические и магнитные поля. Открытие их взаимодействия привело к изменению концепции поля. В ньютоновой теории тяготения силы существуют при наличии взаимодействующих, притягивающих друг друга тел. У Фарадея напряженность поля — это не формальная математическая характеристика той силы, которая действует в данной точке на тело с зарядом, равным единице, если такой заряд помещен в поле. Это состояние среды в данной точке, не зависящее от появления в ней пробного заряда. Фарадей рассматривает поле как совокупность реальных силовых трубок. Теория поля получила дальнейшее развитие у Максвелла. Максвелл сформулировал дифференциальные уравнения, показывающие возникновение магнитного поля при изменении электрического и возникновение электрического поля при изменении магнитного. Если где-то появляется переменное электрическое поле, оно вызывает магнитное поле, которое, будучи переменным, в свою очередь вызывает электрическое поле; в результате будут распространяться колебания электрического и магнитного полей — электромагнитное поле.

Все это означает, что понятие силы получает физическую расшифровку: сила перестает быть модусом субстанции, обладающей лишь одним предикатом — протяженностью (как у Декарта), перестает быть непротяженной субстанцией (как у Лейбница), перестает быть проблемой: модус субстанции или непротяженная субстанция (как у Ньютона). Отныне сила становится физическим полем, обладающим протяженностью, движением, энергией и, как выяснилось на рубеже XIX и XX вв., — массой. Рядом с механикой, отвечающей на первый вопрос «Начал» (как движется тело под воздействием силы?), вырастает физика поля, которая ищет ответ на второй вопрос «Начал» и не только находит силы по расположению тел, но и изучает их как субстанцию, как нечто, обладающее самостоятельным бытием.

Теория поля вступает в конфликт с механикой. В момент, когда картина мира, созданная Ньютоном, кажется достигшей абсолютной достоверности и законченности, на ее чистом небе появляются небольшие облака, которые предвещают бурю. Именно так Дж. Томсон назвал два наметившихся в самом конце XIX в. проявления указанного конфликта. Он говорил, что в классической физике, как будто пришедшей в гавань и окончательно решившей основные вопросы, существуют две проблемы: 1) отсутствие экспериментальных доказательств движения тел относительно эфира и 2) парадоксальные результаты экспериментов с излучением электромагнитных колебаний. Из этих проблем возникла: из первой — теория относительности, из второй — квантовая физика. Таким образом были заложены основы неклассической физики, резко изменившей соотношение двух направлений физической мысли, вышедших из первой и второй задач «Начал» — механики и теории поля.

Теория относительности Эйнштейна радикально отличается от предшествующих попыток объяснить парадоксальные с точки зрения классического правила сложения скоростей результаты измерения скорости света в движущихся системах. Свет подобен путнику, с одной и той же скоростью движущемуся относительно поезда, который он догоняет, относительно поезда, который идет ему навстречу, и относительно поезда, стоящего на месте. Лоренц объяснил этот результат измерений, исходя из классического правила сложения скоростей: согласно его предположению, расстояние в движущейся системе изменяется таким образом, что изменение скорости света становится незаметным. Эта теория была лишена «внутреннего совершенства», она вводила для объяснения данного экспериментального результата специальную дополнительную гипотезу. Эйнштейн объяснил этот результат иначе: он показал, что правило сложения скоростей — приближенное правило, что движение тела по отношению к эфиру — физически бессодержательное понятие, что ньютоновский закон зависимости ускорения от силы неточен: приближаясь к скорости света и испытывая все новые импульсы, тело приобретает все меньшие ускорения, масса его растет, становится бесконечной при скорости тела, равной скорости света, и, таким образом, скорость тела не может превысить скорости света. Тем самым из картины мира была устранена бесконечная скорость, стало ясно, что «моментальная фотография» Вселенной не может описать реальный мир. Последний оказывается не трехмерным, а четырехмерным — роль четвертого измерения играет время. Устранение эфира как абсолютного тела отсчета было результатом специальной теории относительности. Общая теория относительности устранила абсолютное пространство, обобщив принцип относительности движения по инерции, распространив его на ускоренные движения. Она опровергла ньютоново доказательство абсолютного ускоренного движения. При этом «внутреннее совершенство» теории Эйнштейна, выведение экспериментальных данных из наиболее общих и отнюдь не гипотетических законов, означало неизбежное подчинение механики новым законам, включающим понятия теории поля.