История эфира - Михаил Терентьев

Почему это интересно? Дело в том, что нет никаких шансов как следует понять фундаментальные свойства материи, нельзя даже придать истинный смысл самим терминам «материя», «вещество», не разобравшись в свойствах физического вакуума или эфира. Все многообразие форм вещества, которое мы наблюдаем, является мелкой рябью над поверхностью бездонного моря — эфира.

Развитие представлений о природе эфира является увлекательной главой истории познания человеком окружающей действительности. В этом процессе он сознавал свое место в мире, изменял свои взгляды на то, что значит понимать законы Природы, учился тому, какие вопросы несвоевременно или неправильно задавать, и… — я очень хотел бы сказать: «становился скромнее». Но в действительности, это не так. Человек не стал скромнее, несмотря на то, что количество нерешенных проблем чрезвычайно возросло с дополнительным знанием.

Я не уверен, что удастся убедить скептически настроенного читателя, что абстрактные вещи, о которых пойдет речь, касаются его лично. Тем не менее, на самом деле материальные условия и духовная жизнь людей в наибольшей степени связаны с фундаментальными открытиями в науке, хотя в обыденной жизни, на малых отрезках времени, человеку свойственно игнорировать этот факт. Ту же мысль ярко выразил в своих лекциях Р. Феинман, один из замечательных физиков XX века, говоря о значении уравнений Максвелла: «В истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самым замечательным событием XIX века несомненно будет открытие Максвеллом законов электромагнетизма. На фоне этого важного научного открытия гражданская война в Америке в том же десятилетии будет выглядеть мелким провинциальным происшествием». Заметим, что эти слова сказаны американцем, для которого гражданская война, унесшая около 2 млн. жизней, — одно из самых заметных событий в истории; о нем он в подробностях знает с детства.

Чтобы «оживить» изложение, рассказывая о физических теориях, я буду говорить о людях, которые их создавали. «Обезличенные» теории многое теряют. Я надеюсь, что даже при отсутствии специальной подготовки читатель сможет разделить с автором глубокое чувство благоговения перед красотой фундаментальных законов природы и отдаст должное творческому гению конкретных, замечательных людей, благодаря которым мы многое сейчас понимаем.

В заключение хотелось бы рассказать о беседе с одним способным молодым физиком из института, где я работаю. Он горячо доказывал, что популярная литература по теоретической физике не нужна, поскольку плодит мечты вместо реального знания. Я не соглашался с ним, считая лучшим аргументом то, что такая литература существует и в этом жанре есть прекрасные образцы. Для меня нет сомнений, что кроме истинного понимания и точной информации о предмете, к которым всегда стремился мой собеседник, наука несет еще что-то, являющееся источником воодушевления. Надежда передать читателю это неформулируемое «что-то» была для меня главным стимулом в процессе работы.

Есть еще обстоятельство, о котором стоит сказать. В обществе очень велика разница в восприятии явлений, относящихся к «неживой природе», между научным работником-физиком и так называемым «простым человеком» гуманитарного склада с любым уровнем образования (наличие высшего — делу не помогает). Проблема здесь не в естественном и нормальном недостатке знаний о многих предметах, в этом равны и физики и гуманитарии, — нельзя объять необъятное. Речь о самом глубоком — о принципах, ощущении того, с каким трудом добывается реальная информация о Природе, какие мучения поколений исследователей стоят за открытием самых простых по форме, всем известных физических закономерностей, таких например, как F = ma или Е = mc2. Между тем, необходимость понимания, откуда происходят и в чем состоят основные принципы физики, как трудно они «достались», как трудно в них что-либо изменить, — это столь же неотъемлемый элемент культуры, как и знакомство с наиболее важными фактами в живописи, литературе, истории.

В XX веке должно было бы вызывать изумление массовое увлечение астрологией, магией, телепатией, пришельцами, неопознанными объектами и еще Бог знает чем. Тем не менее, все это повсеместно происходит. Можно понять наличие у ряда лиц экстрасенсорных способностей, никто не станет отрицать фактов сильного психологического воздействия одних людей на других. Но почему никогда не хватает чувства меры? Зачем отдельным людям нужно перемещать планеты и влиять на погоду, а другим искренне верить, что такое возможно? В то же время реальная Природа гораздо интересней и богаче, чем может представить самое раздраженное воображение, и она заслуживает того, чтобы отдать душевные силы на постижение ее красоты, не растрачивая их на то, что только засоряет ум. Я буду счастлив, если эта книга убедит читателя в справедливости сказанного.

Глава 1

Вакуум у древних

Историю многих важнейших понятий приходится начинать с античности, и эфир здесь не является исключением. Фантазия и здравый смысл натурфилософов древней Греции вызывает чувство глубокого удивления. Их фактические сведения о природе были поверхностны, поскольку они не владели техникой эксперимента. Не знали они в достаточной мере и математики, которая позволяет быть точным в постановке проблем и выводе следствий. Но тем не менее, их взгляд на мир содержит в зародыше все великие теории более поздних времен: атомистику, систему Коперника, дарвинизм и др. Интересно, что в их интерпретации понятия «пустоты» уже отразилась та антиномия, которая впоследствии, начиная с XVII века, будет постоянным источником затруднений для физиков многих поколений и которая разрешится лишь в XX веке с созданием релятивистской квантовой теории поля.

До нас дошло не так уж много сочинений древних греков, где рассматриваются физические вопросы. Существуют отдельные фрагменты высказываний Демокрита (460–370 гг. до н. э.), письма и некоторые (причем, не основные) сочинения Эпикура (341–270 гг. до н. э.), комментарии античных авторов к «Тимею» Платона и к «Физике» Аристотеля, сочинения Архимеда (287–212 гг. до н. э.) и Эвклида (около 300 г. до н. э.), учебные пособия Герона Александрийского (I век до н. э.). Но в полном виде сохранились лишь три крупные произведения, содержащие разработку систематической картины мира. Это «Тимей» Платона (427–347 гг. до н. э.), «Физика» (т. е. «сведения, относящиеся к природе») Аристотеля (384–322 гг. до н. э.), а также поэма Лукреция Кара «О природе вещей» (I век н. э.). Расскажем об этих сочинениях, уделяя внимание тому, что имеет отношение к нашей теме.

1.1. «Тимей» Платона

Сначала несколько слов об авторе, одном из величайших представителей греческой и мировой культуры. Он был аристократ по происхождению, царской крови, и отличался чрезвычайными способностями в различных областях. Платон известен своими литературными, философскими и социологическими сочинениями. Он добивался высших достижений в спортивных состязаниях, был высок ростом и крепко сложен. Имя Аристокл, первоначально данное ему родителями, потом было вытеснено прозвищем, произошедшим от греческого слова «platos», что значит «ширина», «широта».

Платон жил в критический период истории античности. Он родился в момент небывалого расцвета греческой культуры, в ее высшей точке. Он умирает в период быстрого, катастрофического краха афинской демократии, за десять лет до завоевания Греции македонской армией. Платон встретился с Сократом в 407 году до н. э. и был его ближайшим учеником в течение восьми лет (до осуждения и казни Сократа).

Потом он покинул Афины, 20 лет путешествовал, вернулся и в 80-е годы IV века до н. э. в афинском пригородном саду, Академии, организовал свою философскую школу. Платоновская «Академия» просуществовала около 900 лет (!).

«Тимей» — единственное сочинение Платона, которое можно назвать физическим или относящимся к натурфилософии. Оно написано в 60-50 годы IV века до н.э., то есть в поздний период творчества. Тимей — имя вымышленного персонажа, ученого человека, который рассказывает двум слушателям (один из них — Сократ) о строении вещества и космоса.

По Тимею-Платону существует идеальный мир, первообраз, сконструированный божеством, и есть видимый мир, подчиняющийся законам, которые способен установить человек. В этом «видимом» мире нельзя надеяться на окончательную истинность познания, можно судить только о наиболее правдоподобном. Для Платона вполне естественна попытка изобрести, если называть это современным языком, «правдоподобную теоретическую модель» строения вещества на основе интерпретации реальных фактов. Опять же с нашей, современной точки зрения, предлагаемая Платоном модель окажется чрезвычайно далекой и слишком смелой экстраполяцией из весьма скудных данных о природе, которыми он располагал. Вероятно, сам автор точно так же оценивал свое создание. Он говорит: «... не удивляйся, Сократ, если мы, рассматривая во многих отношениях много вещей, таких как Боги и рождение Вселенной, не достигнем в наших рассуждениях полной точности и непротиворечивости... Нам приходится довольствоваться в таких вопросах правдоподобным мифом, не требуя большего».