Михаил Терентьев - История эфира
Около 1665 года Ньютон предпринял конкретное исследование законов движения и столкновения тел, изложив результаты в той же записной книжке (статья «Об отражениях»). В этот момент молодой Ньютон очень близок к Декарту в понимании природы движения и формулирует правильные принципы, почти поднимаясь на уровень, предшествующий написанию «Начал». Через несколько лет, не сумев преодолеть практические и концептуальные проблемы, он сделает шаг назад, а вскоре надолго оставит занятия механикой. Но в 1665 году, размышляя о прямолинейном движении тел, Ньютон вводит понятие силы как внешней причины изменения движения при столкновениях. Он измеряет силу F в единицах изменения импульса тела Δmv, фактически рассматривая не силу, а импульс силы Ft, что совершенно естественно в задачах о столкновениях. Таким образом, Ньютон использует «Второй закон Ньютона» в виде Δmv = Ft. (В такой форме этот закон для отдельных задач столкновения использовался Р. Декартом и Х. Гюйгенсом, но они, так же как Ньютон в 1665 году, не осознавали его универсальный характер, не имели ясности в интерпретации понятий массы и силы.) Он формулирует также «Первый закон Ньютона» (который содержится у Декарта) в виде двух аксиом.
1. Количество (здесь количество материи в теле, эквивалент массы.— М.В.Т.), которое движется, никогда не остановится, пока не появится внешняя причина (внешняя сила).
2. Количество всегда будет двигаться по прямой, пока внешняя сила не остановит его.
Из аксиом 1 и 2 следует динамическая эквивалентность равномерного движения и покоя. Из аналогичных аксиом Декарт еще раньше вывел принцип относительности движения и (ошибочно) распространил его на все типы движения, включая круговое. Существует точка зрения, что ему это было нужно, для избежания обвинений, аналогичных тем, которые были предъявлены Галилею Святой Инквизицией. Если движение относительно, то утверждение о вращении Земли вокруг Солнца есть условность, не более, чем прием, облегчающий вычисления. С разным успехом, в другой системе координат, можно рассматривать Землю центром Солнечной системы, и Церковь может быть спокойна. Сейчас мы знаем, что именно так обстоит дело в общей теории относительности Эйнштейна, и в философском плане Декарт был прав в этом вопросе, но он не мог, конечно, сформулировать правила перехода от одной системы отсчета к другой.
В конце 60-х годов в статье «О законах движения» Ньютон пытается включить круговое движение в схему столкновений. В этой статье, в частности, впервые используется закон сохранения углового момента. Здесь Ньютон запутывается в проблемах. Он считает, как и все предшественники, что в процессе движения по окружности на тело действует «внутренняя сила», направленная от центра («центробежная сила»), которая другой природы, чем силы F, фигурирующие в столкновениях. Внешняя сила F в круговом движении ему нужна, чтобы компенсировать эту «внутреннюю силу» и препятствовать центробежному стремлению тела. Поэтому закон Δmv = Ft недостаточен. Кроме того, Ньютон ясно видел, что декартов принцип относительности для круговых движений не работает: требуется абсолютная система координат. Не найдя способа интерпретировать круговое движение в тех же терминах, какие использовались в задачах о столкновениях, он пытается унифицировать механику, распространяя на прямолинейные движения те представления, которые возникли из задачи о движении по окружности. В результате он отказывается от простых и ясных концепций, развитых в предыдущих статьях.
В следующей работе, «Гравитация и равномерное движение жидкости» (конец 60-х-начало 70-х годов), Ньютон уже яростный антикартезианец. Здесь «сила — причина движения и покоя», здесь физическое движение имеет абсолютный смысл, здесь инерция — «это сила внутри тела». Идея относительности теперь вызывает у него особенно резкий протест: «Если (как у Декарта. — М.В.Т.) ни одно движение нельзя назвать истинным, абсолютным и более предпочтительным по отношению к другим, и все они, рассматриваемые по отношению к близким и далеким телам, все в равной степени условны, тогда ничего более абсурдного нельзя придумать». Предположим, развивает Ньютон эту тему, мы хотим узнать положение Юпитера год назад. Частицы среды, звезды сместились и не могут дать точку отсчета. Ясно, «что никто из тех, кто следует картезианской доктрине, включая самого Бога, не смог бы определить прошлое положение любого движущегося тела ... поскольку из-за изменения положения всех тел, само понятие места уже не существует в природе».
Для того, чтобы избежать ужасных последствий всеобщей относительности, Ньютон изобретает Абсолютное Пространство, существующее независимо от частиц материи, в котором положения тел имеют абсолютный смысл. Но если Материя для Ньютона уже не эквивалентна протяжению, если она и Пространство не сводятся одно к другому, то что же такое Материя? И здесь устами Ньютона говорит скептик, отрицающий декартову веру в возможности постижения природы разумом: «Объяснение этого должно быть более неопределенным». Он постулирует три самых общих свойства частиц материи:
они должны быть движимы,
они непроницаемы и, встречаясь друг с другом, отражаются по определенным законам,
они могут вызывать ощущения в сознании и могут двигаться сознанием.
Являются ли эти частицы телами в обычном понимании и каковы их детальные свойства, Ньютон отказывается обсуждать. Он говорит: «Так как мы уверены в нашей возможности двигать наши тела, то мы не можем отказать Богу в той же способности. Предположим, Он препятствует телам проникнуть в данную область пространства. Каким способом мы могли бы отличить такой участок пространства от тела?» Абсолютное пространство наполняется «определенным типом бытия, подобного во всем телам и чье создание мы не можем отрицать, поскольку оно во власти Бога, так что едва ли мы можем сказать, что это не тело». В итоге Бог заменяет эфир, но дает возможность действовать эфирным механизмам, которые Ньютон уже привык использовать.
К счастью, на этом уровне философские взгляды Ньютона не застывают. В наиболее явной форме следующий этап выражен в работе «Гипотезы, объясняющие свойства света» (1675), которая была послана в Королевское Общество вместе с описанием опытов по оптическим явлениям в тонких пленках.
Ньютон представляет себе природу как большую механическую систему в духе предшественников. Все пространство заполнено эфиром — средой, похожей на воздух, но гораздо разреженнее, тоньше и эластичнее. Он по-прежнему придерживается картины эфирного душа, в которой поток эфира к Земле толкает тела и вызывает видимость притяжения. Притяжение наэлектризованных тел он тоже объясняет с помощью эфирных токов, возникающих после того, как в результате трения испаряется часть эфира, конденсированного в электрических телах. Для объяснения оптических явлений Ньютону нужны вариации плотности. Эфир, согласно его представлениям, менее плотный в порах тел. Когда корпускулы света проходят сквозь эфир и встречают различные зоны плотности, они меняют .направление движения. Такой механизм позволяет Ньютону единообразно описывать законы преломления, отражения и явления в тонких пленках. Существенно, что при ударе света по границе раздела тел, которая одновременно является поверхностью перепада эфирной плотности, в эфире возникают волны. Эти волны не свет, но они влияют на распространение света. Двигаясь быстрее, чем световые корпускулы, они меняют условия последующего прохождения светового пучка. Поэтому, когда свет доходит до другого края тонкой пленки, он периодически встречает там либо зону разрежения, либо зону уплотнения. Такой механизм позволяет объяснить периодическое чередование световых полос, наблюдающееся в опытах. Таким образом, свет для Ньютона — это поток корпускул (мелких частиц), а отдельные явления в световых пучках, которые для своего естественного объяснения требуют представлений о волновой природе, он объясняет волнообразным процессом, «наведенным» в той среде, где двигаются корпускулы. (От таких эфирных механизмов для объяснения периодических эффектов в распространении света Ньютон не отказывался никогда. Позже это не помешало ему устранить эфир при описании других явлений.)
Сейчас бросаются в глаза очевидные трудности, имеющиеся в подобной картине. Почему, скажем, свет от далеких звезд не тормозится в эфире? Современному человеку это трудно понять, но в XVII веке казались убедительными объяснения, апеллирующие к так называемым «активным принципам», на которых строилась вся алхимия. Их множество. Так, если вода и масло не смешиваются друг с другом, хотя их поры по другим соображениям должны давать достаточно свободы, чтобы смешивание могло произойти, то это объясняется «принципом асоциальности» между водой и маслом. Если вода стремится принять в воздухе форму капли и тем самым максимально сократить свою поверхность, — это следствие «принципа несовместимости» между водой и воздухом. Есть также «принцип отторжения», который работает в одном круге явлений, «принцип соединения», работающий в другом, и т. д. Поэтому Ньютон, когда нужно, считает возможным вспомнить об «активных принципах». Так, свет движется от звезд к Земле из-за того, что «он постоянно понуждается вперед принципом движения, который поначалу ускоряет его, пока сопротивление эфирной среды не дает силу, равную силе этого принципа». Почему свет в более плотных средах распространяется быстрее, чем в менее плотных? (Такое странное свойство необходимо, чтобы в корпускулярной картине получить правильные законы преломления.) От объяснения этого вопроса Ньютон также уходит, изобретая очередной «активный принцип». И так далее.
