Фридэн Королькевич - Этюды о свете

Коперник подготовил сцену для важнейших физических открытий Галилея и Ньютона, помог бросить вызов устоявшимся понятиям, которые принимались за научную и философскую истину, но были далеки от нее.

Следуя Копернику, естествознание стремится за видимыми явлениями обнаружить их истинную сущность, их глубокие причины и общие закономерности.

Сегодня мы вновь, как во времена античности, оказались в центре мироздания. Почти общепринятая и наиболее развитая теория происхождения Вселенной утверждает: примерно 20 миллиардов лет назад, в результате исполинского взрыва сгустка бесконечно плотной материи, во все стороны от нас стали стремительно удаляться звезды и галактики. Об этом свидетельствует красное смещение спектра их излучений, что по эффекту Доплера присуще возрастающей скорости движения источников света. Поскольку теория опирается на достоверный факт изменения частоты света и на строгие математические доказательства, она считается совершенно верной.

Но так ли уж она верна? Ведь, подобно системе Птолемея, эта теория построена на основе видимого явления — изменения спектра излучений небесных светил. Однако причины его бывают разные. В нелинейной оптике, например, спектр изменяется и без движения источника света. А математически, как известно, были в свое время строго доказаны и невозможность полетов на аппаратах тяжелее воздуха, и полная абсурдность идеи полета на Луну.

История неоднократно свидетельствовала: люди тяжело воспринимают новые, непривычные представления и отвергают их тем упорнее, чем больше эти представления выходят за пределы сферы чувств.

17 февраля 1600 года инквизиторы сожгли Джордано Бруно. Восемь лет уговоров и угроз, тюрьмы и пыток не заставили его отказаться от убеждения в верности теории Коперника и в бескрайности Вселенной. Он оказался прав — теперь это знают все. Но тогда такая мысль противоречила интересам Церкви. И костер на римской Кампо де Фиори — Площади Цветов — должен был уничтожить эту мысль, оборвать ее. Но оборвал лишь славную жизнь мыслителя. И показал, что за атакой на негодные кому-то мысли всегда стоят интересы определенных людей, не заинтересованных в правде.

Теория Коперника давно уже не имеет противников. Но она повсеместно восторжествовала в ходе мучительной борьбы идей, пристрастий и суеверий. Сегодня, конечно, нет костров инквизиции, но гонения за инакомыслие в науке по-прежнему отнюдь не редкость. Современной формой аутодафе стало игнорирование фактов и результатов исследований, их замалчивание и принижение. Особенно это заметно при малейшем покушении непредвзятого ума на привычные, но сомнительные основы физических теорий.

Уроки Коперника призывают исследователей учитывать вывод Луи де Бройля: «История наук показывает, что прогресс науки постоянно тормозился тираническим влиянием определенных концепций, которые стали в конце концов рассматриваться как догмы. По этой причине необходимо периодически подвергать весьма глубокому исследованию принципы, которые в конечном счете стали применяться без обсуждения».

Сегодня такими принципами, привычными и необсуждаемыми, стали основные положения электромагнитной теории света, которой исполнилось 135 лет.

Планк был сторонником электромагнитной теории света и во избежание потрясения ее основ предлагал даже исключить из теории гипотезу световых квантов. Он глубоко понимал и признавал, что открытая им константа — квант действия — совершенно чужда уравнениям Максвелла. Парадоксально, но факт: оберегая электродинамику Максвелла, пытаясь сохранить ее в строю действующих теорий, Планк показал несостоятельность всех электродинамических теорий излучения, их полную несовместимость с квантовыми представлениями, а также с опытом.

Профессор Нью-Йоркского университета Морис Клайн с изрядной долей сарказма указывает на то, что, как и гравитация, электромагнитные волны обладают одной замечательной особенностью: мы не имеем ни малейшего понятия о том, какова их физическая природа. Сведение света к частному случаю электромагнитных колебаний не решает вопрос о его сущности, это всего лишь замена одной проблемы другой — так считают известные физики Майкельсон, Шустер, Вавилов и Борн.

Вместо раскрытия тайны света — загадка электромагнетизма.

Профессор Клайн подчеркивает также, что электромагнитная теория света создана на основе математических рассуждений. То есть на примере теории Максвелла мы сталкиваемся с поразительным фактом: одно из величайших достижений физики оказывается почти целиком математическим рассуждением. При этом электрические и магнитные поля — не более чем названия переменных в формулах, где электрический заряд всего лишь носитель символа.

Это обстоятельство позволяет записывать уравнения Максвелла в интегральной форме таким образом, что содержащийся в них коэффициент, называемый электрической постоянной, физического смысла не имеет. А уравнения в симметричном виде Хевисайда — Герца можно свести к двум компактным с комплексным вектором, где нет ничего электромагнитного.

Всего лишь к одному уравнению в алгебраической записи сводятся все уравнения Максвелла в векторных обозначениях. В 1838 году, задолго до Максвелла, аналогичные уравнения создал английский физик Мак-Куллах. Дело, однако, значительно серьезнее вопроса установления первенства. Великие уравнения Максвелла являют собой красоту и мощь математического описания света. Но они далеки от квантовых представлений, достоверность которых подтверждена опытом. Следовательно, принципы электромагнитной теории излучений не соответствуют реальности. Они держатся лишь на привычной вере в их обоснованность, восходящей к открытым Фарадеем взаимодействиям электрических и магнитных полей.

Главные выводы Максвелла таковы: переменное магнитное поле создает электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, и т. д. Электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг друга, образуют единое переменное электромагнитное поле — электромагнитную волну, которая сама себя распространяет в пространстве со скоростью света. Максвелл утверждал, что волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода с переменным электрическим током.

Известно, однако, что взаимная индукция, то есть взаимопорождение электрических и магнитных полей, довольно быстро иссякает без подпитки даже в лабораторных условиях. А свет галактики GRB 971214, например, идет к нам 12 миллиардов лет. Какая уж тут индукция? Или она — самое долгоживущее явление из всех известных, включая стабильные протоны?