С. Капица - Жизнь науки

При том большом количестве материала, который должен быть рассмотрен в сравнительно малом объеме, нельзя, разумеется, ожидать исчерпывающего изложения предмета; можно лишь надеяться, что сделанный отбор материала окажется целесообразным!

Берлин,

Январь 1876 г.

Людвиг Больцман родился в Вене. Там же он учился в университете, где профессором физики был Стефан. Свое образование он продолжил в Гейдельберге и Берлине; по окончании курса в 1867 г. был оставлен ассистентом при Физическом институте Венского университета. Тогда же им были начаты исследования по развитию механической теории тепла, давшие основу для создания молекулярно-кинетических представлений, базирующихся на статистических принципах. Эти работы были продолжены в Граце, куда Больцман был приглашен профессором теоретической физики. К атому же времени относятся теоретические и экспериментальные исследования Больцмана по электродинамике. Он одним из первых в континентальной Европе изучил и затем развил максвелловскую теорию, которая вначале с трудом завоевывала умы европейских физиков.

В 1873 г. Больцман вернулся в Вену, по затем, в 1876 г., снова переехал в Грац: сложный и неуживчивый характер Больцмана мешал ему долго работать на одном месте, и вскоре он переезжает в Мюнхен, а затем, уже казалось бы навсегда, возвращается в 1894 г. в родную Вену, где занимает кафедру теоретической физики, освободившуюся после смерти его учителя Стефана. Тем не менее в 1900 г. Больцг ман уезжает в Лейпциг, по через два года возвращается в Вену с намерением оттуда больше уже не уезжать. В 1906 г. во время отпуска, который он проводил с семьей близ Аббаци в Италии, Больцман покончил с собой.

Больцман был убежденным сторонником молекулярной теории, которой противостояли в те годы представления так называемых энергетиков, в первую очередь Оствальда и Маха. Больцман с большим темпераментом отстаивал свои точки зрения, как это хорошо видно из введения к его замечательным «Лекциям по теории газов» (1896), которое мы приводим.

Введение

Уже Клаузиус строго отличал общую механическую теорию тепла, опирающуюся, в основном, на две теоремы, по его примеру именуемые началами теории тепла, от специальной теории, в которой, во-первых, определенно предполагают, что теплота — это молекулярное движение, и, во-вторых, стремятся даже выработать более точное представление относительно характера этого движения.

Общая теория тепла также нуждается в известных гипотезах, выходящих за рамки голых фактов природы. Тем не менее, она, конечно, значительно меньше зависит от произвольных предположений, чем специальная; и снова говорить о том, как желательно и необходимо отделение положений общей теории тепла от положений специальной теории, и указывать на независимость первой от субъективных предположений последней было бы лишь бесполезным повторением известных принципов, ясно изложенных уже Клаузиусом, который, основываясь на них, разделил свою книгу на две части.

В последнее время соотношение между этими двумя ветвями теории тепла претерпело некоторые изменения. На основе изучения крайне интересных аналогий и различий в превращениях энергии в разных областях физических явлений возникла так называемая энергетика, отрицательно относящаяся к представлению о тепле, как о молекулярном движении. Это представление действительно не является необходимым для общей теории тепла, и, как известно, уже Роберт Майер не разделял его. Несомненно, дальнейшее развитие энергетики имеет большое значение для науки; однако до сих пор ее понятия еще слишком неясны, а ее положения сформулированы еще слишком неоднозначно для того, чтобы вытеснить точно определенные теоремы старой теории тепла, всегда хорошо применимые к новым частным случаям, когда результат заранее еще не известен.

В области теории электричества старое, общепринятое, особенно в Германии, механическое объяснение соответствующих явлений посредством сил дальнодействия потерпело крушение. Хотя сам Максвелл и отзывается с величайшим уважением о теории Вильгельма Вебера, которая, определив соотношение между электростатической и электромагнитной единицами измерений и открыв его связь со скоростью света, заложила первый камень здания электромагнитной теории света, все же пришли к заключению, что механическая гипотеза Вильгельма Вебера относительно действия электрических сил была даже вредна для развития науки.

В Англии взгляды на природу тепла и на атомистику были этим мало затронуты. На континенте же, где предположение о центральных силах, действующих между материальными точками, прежде столь полезное в астрономии, обобщили в теоретико-познавательное требование и вследствие этого еще полтора десятилетия тому назад едва уделяли внимание теории электричества Максвелла (вредным было только это обобщение), сейчас снова сделали обобщение о временном характере любой специальной гипотезы и заключили, что и предположение о тепле, как о движении мельчайших частиц, будет со временем признано неверным и останется в стороне.

В противовес этому следует напомнить, что слияние кинетической теории с учением о центральных силах является чисто случайным. Теория газов имеет даже особое сходство с теорией электричества Максвелла, заключающееся в том, что видимое движение газа, внутреннее трение и тепло она рассматривает как явления, которые кажутся существенно различными только в стационарном или приближенно стационарном состоянии, тогда как в известных переходных случаях (очень быстрые звуковые колебания с выделением тепла, трение или теплопроводность в сильно разреженных газах [24]) вообще невозможно резко разделить, что является видимым движением и что — тепловым (ср. § 24); точно так же и в теории электричества Максвелла в переходных случаях невозможно провести разделение электростатических и электродинамических сил и т.д. Как раз в этих переходных областях теория электричества Максвелла внесла нечто совершенно новое. Также и теория газов в таких переходных случаях приводит к совсем новым законам, из которых вытекают обычные гидродинамические уравнения, исправленные на трение и теплопроводность, только как приближенные формулы (ср. § 23). На совершенно новые законы впервые было указано в появившейся шестнадцать лет тому назад статье Максвелла «О напряжениях в разреженных газах». К эффектам, к которым никогда не могла бы привести теория, ограничивающаяся описанием старых гидродинамических явлений, следует также отнести радиометрические явления. Попытки наблюдать их количественно и в совершенно иных условиях дали бы, несомненно, доказательства того, что инициатива и руководство в определенной, нетронутой до сих пор области экспериментального исследования может исходить только от теории газов; ведь оставалась же исключительная плодотворность теории электричества Максвелла для экспериментального исследования почти незамеченной более двадцати лет.