Неизвестно, как будет развиваться и изменяться общая теория относительности, но уже сейчас ясно, что центральные проблемы физики будущего связаны с современной теорией гравитационного поля.
Глава VII,
хотя и весьма расплывчатая, но тем не менее в конце, после долгих отступлений, объясняет, почему именно гипотеза эфира стала особенно привлекательной для физиков
Я не знаю, что такое этот эфир.
Ньютон
Свет, эфир (Ньютон, Гюйгенс)
Рассуждения на тему, какой именно раздел физики (или любой другой науки) сыграл в ее развитии наибольшую роль, всегда условны и несколько схоластичны.
Можно только с уверенностью сказать, что во все времена свет (позднее — вообще электромагнитные явления) находился в центре внимания физиков. Можно сказать, что передовая линия фронта физики всегда в большей или меньшей степени была связана с электромагнетизмом. В результате изучения электромагнитных явлений возникли и специальная теория относительности, и квантовая механика, и (полезно помнить!) такие технические достижения, которые привели к полному изменению жизни человечества.
Прежде всего — немного истории.
Пионерами на этом пути были Ньютон (снова Ньютон!) и Ганс Христиан Гюйгенс (1629–1695).
Современник Ньютона, по своему гению, безусловно, второй физик того века, Гюйгенс («славнейший Гугениус» — как почтительно писал М. В. Ломоносов) оставил след во многих областях физики.
Помимо классических работ в области оптики, ему принадлежат великолепные труды по астрономии и особенно по механике. Ему же мы обязаны изобретением первых точных часов (часы с маятником) — открытием, которое по значению можно спокойно поставить рядом, например, с созданием реактивной авиации.
Сам Ньютон говорил о нем: «великий Гюйгенс», а президент Королевского общества и первый физик мира не был слишком щедр в своих оценках…
Поскольку разговор зашел о свете, имеет смысл хотя бы очень и очень поверхностно коснуться его истории, ибо тут можно найти неожиданные и любопытные факты.
Сведения об изучении света у греков и римлян, которыми мы располагаем, крайне отрывочны, но тем не менее достаточно интересны.
То, что греческие, а за ними римские философы умели создавать весьма сложные и тонкие умозрительные теории, общеизвестно. Однако обычно считают, что едва ли не основная особенность античной науки — сознательное пренебрежение экспериментом. И очевидно, это утверждение довольно справедливо.
Природа отплатила за это древним полной мерой. Можно только поражаться, насколько низок был уровень развития физики по сравнению с математикой.
Но в оптике положение, по-видимому, было несколько иное. Существовало большое число самых различных теорий, которые в высшей степени гипотетичны. Кстати, и атомистическая теория света Демокрита и Эпикура не являет исключения. Все теоретические построения абстрактны, умозрительны и не основаны на эксперименте.
Но есть данные, заставляющие серьезно задуматься над тем: действительно ли греки так уж полностью пренебрегали экспериментальной физикой?
В трактате по оптике Птолемея вдруг можно обнаружить углы преломления световых лучей на границе воздух — вода. Причем значения этих углов с высокой степенью точности совпадают с истинными. Очевидно, Птолемей экспериментировал.
Римские историки сообщают, что близорукий император Нерон использовал для улучшения зрения отшлифованный изумруд. Следовательно, принцип очков — прибора совершенно уникального значения — был известен в древности.
Надеюсь, по крайней мере у близоруких читателей не вызовет возражений такая оценка роли очков в истории человечества.
Наконец, знаменитая легенда об Архимеде, который будто бы зажег при помощи зеркала римские корабли, осаждавшие Сиракузы, тоже свидетельствует об экспериментальной работе в области оптики.
Вероятнее всего, сама история целиком вымышлена. Но появиться она могла только в том случае, если хорошо известно фокусирующее действие вогнутых зеркал.
Есть еще десятки сообщений, которые заставляют предполагать, что многие чисто опытные данные в области оптики (особенно геометрической) были хорошо известны эллинам.
Все эти факты внушают сильные подозрений в том, что мы хорошо осведомлены о состоянии науки в древнем мире. Однако… по современным данным, в античном мире физики как науки экспериментальной не существовало.
С начала эпохи Возрождения возобновляется интерес к оптике. Изобретают (или вновь открывают?) очки.
Леонардо да Винчи в своих разбросанных записях высказывает иногда совершенно блестящие идеи. Появляются интересные работы и других ученых. Но все это только отдельные разрозненные мысли.
Перелом наступает в начале XVII столетия. И связан он все с тем же именем — Галилео Галилей!
Дело не в том, что Галилей создал новую стройную теорию световых явлений. Нет, этого не было. Он считал, что свет — это поток мельчайших неделимых частиц, и был в этом не нов.
Галилей построил совершенные оптические приборы. Но их делали и до него.
У Галилея есть любопытнейшие наблюдения по различным вопросам физической оптики (например, фосфоресценция). Но они отрывочны, разбросаны и сами по себе не сыграли значительной роли в истории развития науки о свете.
Но в оптике, как и в механике, Галилей первый последовательно применил новый метод исследования.
В оптике, как и вообще в физике, он всегда и прежде всего экспериментирует.
И подобная, совершенно новая для того времени постановка научных проблем наталкивает его на поразительный вопрос: «С какой скоростью распространяется свет?»
Собственно, сам-то вопрос не так уж неожидан. Удивительно то, как он сформулирован. Галилей не плавает в бесконечных рассуждениях: почему и отчего свет должен распространяться с конечной или бесконечной скоростью? Заниматься подобными домыслами он предоставляет современникам. Сам же он мыслит конкретно: «Можно ли придумать опыт, позволяющий определить скорость света?»
Эта проблема обсуждается знакомыми нам Сальвиати, Сагредо и Симпличио на страницах «Бесед» — последней и самой замечательной работы Галилея.
Симпличио пробует заметить, что повседневный опыт убеждает в мгновенном распространении света.
«Если вы наблюдаете с большого расстояния действие артиллерии, то свет от пламени выстрелов без всякой потери времени запечатлевается в нашем глазу в противоположность звуку, который доходит до уха через значительный промежуток времени».
Но подобные соображения не стоит высказывать такому физику, как Галилео Галилей. И Сагредо (Галилей) тут же снисходительно объясняет:
«Ну, синьор Симпличио, из этого общеизвестного опыта я не могу вывести никакого другого заключения, кроме того, что звук доходит до нашего слуха через большие промежутки времени, нежели свет; но это нисколько не убеждает меня в том, что распространение света происходит мгновенно и не требует известного, хотя и малого, времени. Не более того дает мне и другое наблюдение, которое выражают так: „Как только Солнце поднимается на горизонте, блеск его тотчас же достигает наших очей“.
В самом деле, кто может доказать мне, что лучи его не появились на горизонте ранее, нежели дошли до наших глаз?»
И далее Сальвиати рассказывает об опыте, который, очевидно, проделал Галилей, пытаясь определить скорость света, но не получил никакого результата. Схема опыта Галилея в принципе предугадывает схемы всех опытов по определению скорости света в земных условиях.
