Макс Лауэ - ИСТОРИЯ ФИЗИКИ

*) Lord Rutherford, Background of modern Science, Cambridge, 1938, cтр. 55.

Подобно тому как история народов и государств отмечает только более значительные события и выдающихся людей, история науки рассматривает лишь вершины исследования и рассказывает о тех, кто участвовал в их создании. В тени остаются тысячи людей, пришедших в физику с начала XVII века и из чисто идеальных побуждений посвятивших себя ей иногда до самопожертвования. Но их деятельность не была лишней или напрасной. Только совместная работа многих ученых обеспечила необходимую полноту наблюдений и вычислений и непрерывность прогресса; только разнообразие интересов и дарований помешало тому, чтобы исследование протекало в немногих определенных направлениях; их деятельность была и остается необходимой предпосылкой для появления выдающихся или даже гениальных открытий. Физика, по крайней мере с конца XVII столетия, является плодом коллективной работы. Это - также исторический факт.

Часто можно услышать вопрос об объективности, об истине естественно-научного познания. Вокруг этого вопроса идут споры. Существовали и существуют различные теоретико-познавательные течения (и они нашли в недавнее время широкое распространение благодаря политической пропаганде), которые на основании случайных моментов при возникновении всякого человеческого знания, на основании частой смены физических теорий и воззрений делают выводы, будто все знание, поскольку оно зависит от всевозможных факторов среды, духовных или даже биологических, временно и чисто конвенционально. Действительно, физика никогда не обладала на все времена готовой, законченной формой; она не будет также обладать ею и дальше.

Так как конечности ее содержания всегда противо стоит бесконечность возможных восприятий. И все же существует доказательство ее объективной истинности, доказательство величайшей убедительной силы: история физики постоянно дает нам все новые примеры того, как две совершенно независимые, развитые раз личными школами теории, например оптика и термодинамика (гл. 13) или волновая теория рентгеновских лучей и атомная теория кристаллов (гл. 12), неожиданно сходятся и свободно соединяются друг с другом. Кто смог испытать в течение своей жизни подобное в высшей степени поразительное событие или, по край ней мере, в состоянии мысленно его испытать, тот не сомневается больше в том, что сходящиеся теории со держат если не полную истину, то все же значительное ядро объективной, свободной от человеческих прибавлений истины. Иначе надо было бы рассматривать соединение этих теорий, как чудо. Идеалом для истории физики должно быть стремление как можно яснее показать подобные события.

Измерение времени является одной из важнейших задач любой науки, занимающейся явлениями в пространстве и времени. Рассмотрим положение дела в этой области.

Кант во всяком случае был прав, когда он представлял время как запечатленную человеческим разумом форму созерцания. Это созерцание непрерывно. Но непрерывность никогда не несет с собой собственной меры; следовательно, чтобы измерить время, надо внести в него систему мер*). Можно, например, произвольно установить отметки времени, нумеруя удары, в то время как кто-либо стучит кулаком по столу. Если соединяют с каждым событием номер одновременного с ним удара, то тем самым устанавливается временная последовательность событий посредством ряда чисел.

*) Цепь имеет свою меру в себе: можно нумеровать ее звенья; для того же, чтобы измерить совершенно однородную нить, надо положить рядом с нею масштаб и отнести к ней его деления.

Конечно, такое измерение времени недостаточно уже для многих целей повседневной жизни; при его помощи нельзя, например, установить железнодорожное расписание. Последнее должно руководствоваться движением паровозов, подчиняющимся определенным законам природы, а вышеуказанное определение времени не имеет никакого отношения к этим законам. Таким образом, целью измерения времени должна быть связь с законами природы и именно такая связь, чтобы она удовлетворяла требованиям науки, в которой законы природы могут быть формулированы наиболее простым образом.

Эта мысль, если присмотреться, лежит в основе древних песочных и водяных часов. Устанавливают, что такой процесс, как прохождение определенного количества песка или воды через отверстие, продолжается всегда одинаковое время; насколько подобное утверждение удовлетворяет цели - должен решить опыт. Но подобные часы останавливаются после прохождения всей массы песка или воды; требуется вмешательство, чтобы опять пустить в ход, и это вмешательство влияет на измерение времени. То же относится к употреблявшимся в средние века часам с гирей, в которых для измерения времени служило замедленное трением воздуха падение гири, а также к простому маятнику, период колебания которого Галилей сделал мерой времени. Открытие Галилеем независимости периода от амплитуды колебаний было большим достижением, хотя в противоположность его воззрению эта независимость является лишь приближенной; она имеет место только в случае малых перемещений.

Решающий шаг для создания часов в современном смысле сделал в 1657 г. Христиан Гюйгенс (1629-1695) - тот самый, который открыл кольцо Сатурна и с которым мы в дальнейшем еще много раз встретимся. Он ввел принцип «обратной связи»*) последний термин мы заимствуем, правда, из произведенного лишь в 1906 г. исследования Е. Румера**) относительно возбуждения электрических колебаний.

*) Гюйгенс получил патент на маятниковые часы от Генеральных штатов 16 июня 1657 г. Его сочинение «Horologium» появилось в 1658 г.

**) Открытие Румера относилось к искровым передатчикам. В 1913 г. Форест и почти одновременно с ним Мейснер ввели обратную связь для передатчиков, работающих на электронных лампах, имеющих в настоящее время гораздо большее значение.

При любом устройстве часы состоят из трех существенных частей. Во-первых, они имеют источник колебаний, большей частью в виде маятника или спирали; период колебаний дает меру времени. Но колебания неизбежно должны постепенно затухать вслед ствие сопротивления трения, если не будет подводиться все время новая энергия движения. Поэтому второй существенной составной частью часов является. источник энергии, который накопляет энергию либо в виде упругой энергии напряженной пружины, либо в виде потенциальной энергии поднятой гири; в новых конструкциях применяется иногда электрическая батарея. Третьей и главной частью является аппарат, который доставляет эту энергию источнику колебаний; он должен это сделать так, чтобы не нарушать период колебаний, и при этом источник колебаний сам должен определять моменты времени, когда требуется доставка энергии. В этом и заключается сущность обратной связи, которая впервые появилась в часах Гюйгенса как с маятником, так и со спиралью. Но при всех конструкциях необходимо время от времени снова подводить энергию. Однако это вмешательство в принципе не мешает ходу часов. Таким образом, можно сказать, что подобные часы в основном измеряют время непрерывно.