Курс истории физики - Кудрявцев Степанович

Эйнштейн увидел кванты впервые именно там, где квантовая природа света выражена особенно отчетливо: в явлении фотоэффекта. Квантовый характер излучения для него был очевиден только в коротковолновой области спектра, в области применимости закона Вина. Лишь через год он понял, что кванты являются фундаментом закона Планка. Каприз исторического развития науки выразился в том, что кванты появились в физике там, где их труднее всего было увидеть, — в законе черного излучения. Эйнштейн шел к квантовой теории естественным путем и сразу понял необходимость введения квантовых представлений в теорию света. Для него сомнений Планка и других физиков, считавших гипотезу квантов временной, не существовало. Он ясно видел, что возникновение и поглощение света описывается квантовыми законами.

В работе 1906 г. Эйнштейн устанавливает количественные соотношения между рядом напряжений Вольта и пороговой частотой фотоэффекта. Это соотношение выражается формулой:

U=(R/A) βν

и для контактной разности потенциалов двух металлов, выраженной в вольтах, Эйнштейн получает следующее значение:

«В этой формуле, — пишет Эйнштейн, — содержится следующее, по крайней мере в общем и целом, справедливое утверждение: чем более электроположительным является металл, тем меньше низшая частота света, вызывающая фотоэффект».

В следующем, 1907 г. Эйнштейн применил идею квантов к теории теплоемкости. Теорема равномерного распределения энергии по степеням свободы в теории теплоемкости твердого тела приводит к закону Дюлонга и Пти, который Эйнштейн записывает в виде с = 3Rn, или с = 5,94n, где п — число атомов в молекуле. Эта формула не дает зависимости теплоемкости от температуры и не дает правильного значения теплоемкости для углерода (алмаза), бора и кремния. Эйнштейн, предположив, что молекула твердого тела является квантовым осциллятором со средней энергией

получил для удельной теплоемкости грамм-эквивалента выражение:

Таким образом, теплоемкость является функцией температуры. Она удовлетворяет закону Дюлонга и Пти только при комнатной температуре, при приближении к абсолютному нулю теплоемкость падает.

Этот вывод был экспериментально подтвержден работами Нернста и его учеников, в результате которых Нернст пришел к своему тепловому закону, названному третьим началом термодинамики. Вместе с тем оказалось, что основная предпосылка Эйнштейна о монохроматичности колебаний осциллятора неверна, и сам Эйнштейн, а также Дебай, Борн и Карман уточнили квантовую теорию теплоемкости. Но основное положение работы Эйнштейна, что энергия элементарного образования может принимать только

значения 0, (R/N)βν, 2(R/N)βν и т. д., т. е. энергия квантуется, осталось незыблемым. Эйнштейну принадлежит заслуга расширения идеи квантов на новые области, что показало ее фундаментальное значение в физике. В этом заключалась вторая важная черта научной революции в физическом миропонимании, не сразу принятая и осознанная физиками.

Ленинский анализ 'Новейшей революции в естествознании'

В 1909 г. вышла книга В. И. Ленина «Материализм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин не был физиком и, написав эту книгу, выполнил важную партийную, политическую задачу, разоблачив антимарксистские взгляды, бытовавшие в годы реакции среди части русских социал-демократов. Непосредственным поводом к написанию работы послужил выход книги «Очерки по философии марксизма», составленной из статей В. А. Базарова, А В. Луначарского, А. А. Богданова и других авторов, называвших себя марксистами. На самом деле в книге излагалась не философия марксизма, а философия Маха, Авенариуса и других эмпириокритиков и эмпирионистов.

По свидетельству Маха, еще в 1863— 1871 гг. он пришел к выводу, «что цель физических исследований заключается в установлении зависимости наших чувственных переживаний друг от друга, а понятия и теории физики суть лишь средства для достижения этой цели, — средства временные, которыми мы пользуемся лишь в видах экономии мышления (некоторые же физические понятия могут быть признаны даже аналогом к иллюзорной вещи в себе)».

В. И. Ленин поставил задачу разоблачить антимарксистский, антиматериалистический характер выступлений русских махистов, эмпириокритиков. Он охарактеризовал эти выступления как «типичный философский ревизионизм» и поставил своей задачей «разы-

екать, на чем свихнулись люди, преподносящие под видом марксизма нечто невероятно сбивчивое, путаное и реакционное».( Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм. — Поли. собр. соч., т. 18, с. 11. )

Решая эту задачу, В. И. Ленин глубоко проанализировал не только теорию познания Маха, Авенариуса и русских эпигонов махизма, но и «новейшую революцию в естествознании», посвятив ей пятую главу своего труда. Он выполнил колоссальную работу, которую не мог выполнить ни один из его современников — естествоиспытателей или философов (напомним, что Плеханов в своих выступлениях против махистов обошел полным молчанием революцию в физике).

В. И. Ленин, цитируя различных авторов, в том числе и Анри Пуанкаре («Ценность науки», 1905), отмечает важнейшие революционные открытия в области физики: Х-лучи, лучи Беккереля, радий, электронную теорию, электромагнитную массу, нарушение принципов механики Ньютона и т. д.

Заметим, что В. И. Ленин не упоминает ни теории относительности, ни теории квантов. Это вполне естественно. Во время работы В. И. Ленина над «Материализмом и эмпириокритицизмом» эти новые области физики печатались только на страницах специальных журналов, для них не было даже соответствующих рубрик в реферативных журналах. В обзорных работах, в популярных книгах господствовал еще эфир и как последнее достижение физики освещалась электромагнитная теория света Максвелла.

Характерна в этом отношении книга Люсьена Пуанкаре (1862-1920), вышедшая в 1906 г., которой также пользовался В. И. Ленин в работе над своим произведением. Книга называлась «Эволюция современной физики». В 1910 г. она вышла в русском переводе.

Самая последняя научная новость, о которой сообщалось в книге, — это гипотеза радиоактивного распада Резер-форда — Содди и вопрос о внутриатомной энергии.

Титульный лист первого издания книги Ленина 'Материализм и эмпириокритицизм'

Книга Л. Пуанкаре дает представление об умонастроениях физиков 1905 г., в момент перехода от механической картины мира к электромагнитной. Имена Лоренца, Лармора, Ланжевена фигурируют на заключительных страницах книги. К ним прибавляются имена Рентгена, Беккереля, супругов Кюри, Резерфорда, но имена Планка и Эйнштейна не встречаются в книге. В книге В. И. Ленина встречаются те же имена, за исключением супругов Кюри и Резерфорда. Говоря об электромагнитном понимании материи, он ссылается на книгу О. Лоджа «Об электронах» (1906), А. Риги «О строении материи» (1908), Д. Д. Томсона «Корпускулярная теория материи» (1907), статью П. Ланжевена «физика электронов» (1905). Ни в одной из этих работ не упоминаются Планк и Эйнштейн. Естественно, что и В.И.Ленин не упоминает этих имен, хотя, как мы увидим далее, он прекрасно понял релятивистский характер новой физики.

Оценивая ситуацию, сложившуюся в физике в результате новых открытий, В. И. Ленин обращает внимание на высказывание А. Пуанкаре о наличии «серьезного кризиса» в физике, вызванного электронной теорией материи, и прежде всего исчезновением «реальной или механической массы электрона», которая оказывается полностью электромагнитной. «Исчезает масса. Подрываются основы механики».( Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм. — Полн.собр. соч., т. 18, с. 267. )

В. И. Ленин приводит далее высказывание А. Рея (1873—1940), который противопоставляет единодушие физиков первых двух третей XIX в., считавших, что «физика есть лишь более сложная механика», разброду в современной физике, когда «у каждого ученого свои особые тенденции» и физика как наука «имеет многочисленные школы, выводы которых зачастую расходятся, а иногда прямо враждебны один другому...».( Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм. — Полн.собр. соч., т. 18, с. 267. )

В. И. Ленин, рассматривая далее высказывание Рея, уточняет философскую сущность в воззрениях физиков: «Материалистическая теория познания, стихийно принимавшаяся прежней физикой, сменилась идеалистической и агностической, чем воспользовался фидеизм, вопреки желанию идеалистов и агностиков».( Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм. — Полн.собр. соч., т. 18, с. 267. )

Рей разделяет физиков по их идейным позициям на три школы: энергетическую, или концептуалистскую (Мах, Дюгем), механическую, или новомеханическую (Кирхгоф, Гельм-гольц, Томсон (лорд Кельвин), Максвелл из старых, Лармор, Лоренц из новых физиков) и промежуточную, критическую, школу (Анри Пуанкаре). В. И. Ленин критикует эту классификацию, он указывает на неточность терминологии Рея и показывает, что суть дела в замене материализма идеализмом.