Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие) - Б Кузнецов

Динамическими свойствами. Воздействием на тела. Пространство - это не сумма тел, а сумма точек, в которых тела получают импульсы. Такова концепция силового поля. Существует ли оно независимо от этих тел? Существует ли помимо тел, фигурирующих в механике, другая физическая субстанция? На эти вопросы и ответила устами Фарадея наука XIX в. Ответила утвердительно. Тогда появился другой вопрос: не является ли эта субстанция сама всеобъемлющим телом, обладающим функцией других тел, способным служить телом отсчета? На этот вопрос ответила устами Эйнштейна наука XX в. Ответила отрицательно.

Несколько замечаний о генезисе теории поля как физической субстанции.

Ньютон говорил в "Началах" о двух проблемах. Первая - определение положений тел по заданным силам. Это исходный пункт механики, которая не проникает в причины сил. Вторая проблема - определение сил по заданному расположению тел. Это исходный пункт теории поля, физики в собственном смысле. Физики как области механики, если силы сводятся к перемещению тел и толчкам со стороны тел в каждой данной точке. Физики, независимой от механики, если импульс существует в данной точке и в данный момент без сведения его к кинетическим процессам, в которых участвуют некие непроницаемые тела.

Фарадей создал концепцию силового поля, которая в конце концов, развиваясь, привела к представлению о процессах, в которых тела вовсе не участвуют, где одно силовое поле - электрическое - своим изменением вы

480

зывает к жизни другое поле - магнитное и, наоборот, возникающие при этом электромагнитные волны демонстрируют независимость реального физического поля от поведения и наличия тел в точке, где появляется поле.

В рамках атомистического представления, т.е. в картине дискретных тел, движущихся в пустоте, концепция континуальной физической среды появилась сначала как формальный образ распределения в пространстве и во времени некоторых средних величин, например средней скорости молекул, т.е. температуры. Приведем несколько выдержек из уже цитировавшейся статьи Эйнштейна "Относительность и проблема пространства".

После упоминавшейся уже концепции пространства и времени как "сцены" Эйнштейн продолжает:

"Эта точка зрения была преодолена в результате возникновения новых идей, которые сначала, казалось, не вносили никаких изменений в проблему пространства-времени, а именно: в результате появления понятия поля и возникновения требования заменить им в принципе понятие частицы. В рамках классической физики понятие поля появилось как вспомогательное понятие в тех случаях, когда вещество трактовалось как некоторый континуум. Например, при рассмотрении теплопроводности в твердом теле состояние этого тела описывалось путем задания температуры в каждой точке тела для каждого определенного момента времени. Математически это означает, что температура Т представляется как функция пространственных координат и времени t (поле температуры). Закон теплопроводности представляется как некоторое локальное соотношение (дифференциальное уравнение), которое охватывает все частные случаи передачи тепла. Температура здесь представляет собой простой пример понятия поля. Это некоторая величина (или некоторый комплекс величин), являющаяся функцией координат и времени" [2].

2 Эйнштейн, 2, 750-751.

Подобные представления о поле укладывались в рамки картины дискретных тел как участников игры на пространственно-временной сцене. Поля располагались в весомых телах и указывали на состояния частиц, из которых сложены эти тела. "На ранней стадии развития понятия поля, - пишет Эйнштейн, - считалось, что там,

481

где нет вещества, не может существовать и поля. Однако в первой четверти девятнадцатого столетия было показано, что явления интерференции и распространения света могут быть объяснены с изумительной ясностью, если свет рассматривать как волновое поле, совершенно аналогичное полю механических колебаний в некотором упругом твердом теле. Таким образом, возникла необходимость ввести поле, которое могло бы существовать в пустом пространстве, в отсутствие весомой материи" [3].

Тем самым было предрешено освобождение концепции поля от прямой связи с механическими моделями. Такая прямая связь состояла в кинетических моделях движений некоторых тел, причем непрерывно распределенные в пространстве физические величины обозначают состояние этих тел, их поведение в пространстве и во времени Но существовала другая связь континуального поля с механикой - с континуальными механическими представлениями, с гипотезой некоторого заполняющего все пространство тела, т.е. с эфиром. Механика эфира могла заключаться либо в смещениях одних частей эфира относительно других частей (концепция увлечения эфира движущимися телами), либо в смещениях тел относительно неподвижного эфира; в этом случае эфир рассматривается как привилегированное тело отсчета, к которому отнесено движение тела (концепция Лоренца).

Концепция эфира сохранялась в течение второй половины XIX в., несмотря на то, что электродинамика Максвелла уже содержала в зародыше новую концепцию поля. Создание электромагнитной теории света в сущности уже продемонстрировало возможность объяснить явления без механических моделей. "Один психологический эффект этого огромного успеха состоял в том, что концепция поля в противоположность механической картине классической физики постепенно приобретала все большую самостоятельность" [4].

3 Эйнштейн 2, 751.

4 Ibid.

Но континуальное, по существу также механическое, представление сохранялось. Идея эфира как общего не-подвижпого тела отсчета для весомых тел либо как тела отсчета для самих частей, увлекаемых движущимися телами, сохранялась. Когда оказалось, что обе концепции эфира противоречат результатам эксперимента, теория поля потеряла связь и с этой континуальной классической картиной.

482

Теперь, познакомившись с некоторыми особенностями эволюции представлений о поле, можно вернуться к Фарадею и отчетливее увидеть, что в его творчестве было вопросом, адресованным современной науке. Прежде всего это мысль об атомах как о центрах физических объектов, охватывающих все пространство, в котором распространяются силовые поля. Атом Фарадея непротяженный точечный центр, который не существует, если нет исходящих из него силовых линий. Фарадей обозначает через а непротяженный центр сил, а через т - поле. Атом - это не нечто независимо существующее, а конец силовых трубок. "Поэтому, - пишет Фарадей, - для меня а, или ядро, исчезает, а вещество состоит из сил, или m; в самом деле, какое представление мы можем составить себе о ядре независимо от его сил? Все наши наблюдения и знания об атоме, самое наше воображение ограничиваются представлениями о его силах: на какую же мысль можно еще опереть наше представление о некоем а, независящем от признанных сил? Мозг, только что приступивший к этому вопросу, возможно, найдет затруднительным думать о силах материи, независимых от чего-то отдельного, что должно называться материей, но, конечно, гораздо труднее и даже невозможно думать или воображать эту материю независящей от сил. Но силы нам известны, и мы узнаем их в каждом явлении Вселенной, а отвлеченную материю - ни в одном; зачем же тогда предполагать существование того, чего мы не знаем, чего мы не можем себе представить и для чего нет никакой научной необходимости?" [5]

5 Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству, т. II. М. - Л., 1951, с. 400.

Таким образом, Фарадей переходит от чисто кинетической концепции материи Декарта к динамическому представлению: атом - это нечто связанное с другими атомами силовыми линиями, и именно в этих линиях - бытие атома. Материя, не обладающая динамическими свойствами, лишена в принципе сенсуальной постижимости: "Все наши наблюдения и знания об атоме ограничиваются представлениями о его силах". Здесь еще раз

483

видна сенсуальная, эмпирическая компонента рационализма. Заполнение пространства материей, лишенной иных свойств, кроме пространственных, лишенной индивидуализации тел, - это чисто мысленная операция, здесь нечего делать экспериментатору. Следует обратить внимание на эту в общем ускользавшую от внимания связь экспериментального гения и экспериментального темперамента Фарадея с произведенным его "Экспериментальными исследованиями по электричеству" переворотом в представлениях о физической субстанции. Субстанция, обладающая сенсуально постижимыми и экспериментально регистрируемыми свойствами, - это для Фарадея совокупность силовых линий.

Форма атома, продолжает Фарадей, обозначает только относительную интенсивность направленных в разные стороны сил.

"Если сила направлена от данного центра единообразно во все стороны, тогда поверхность равной интенсивности силы будет сферой. Если же эти силы убывают с расстоянием по-разному в разных направлениях, тогда поверхность равной интенсивности, соответствующая форме атома, может быть поверхностью сфероида или любого другого геометрического тела. Отсюда вытекает взаимная проницаемость материи. Границы каждого атома простираются по крайней мере до границ Солнечной системы.