Приключение великих уравнений
Шрифт:
Но последнее время Гельмгольца занимает электричество, особенно теория англичанина Максвелла. Он первым среди европейских ("континентальных") ученых обратил на нее внимание и сразу оценил ее сильные стороны, ее многогранность и универсальность.
И тут проявилось во всей полноте трагическое противоречие научного мировоззрения Гельмгольца: с одной стороны, роль промежуточной среды, подчеркивавшаяся Максвеллом, была ему очевидна, с другой - признать саму промежуточную среду, "ничто", в качестве физической реальности Гельмгольц не мог. Не мог прежде всего потому, что он был последователем знаменитого немецкого философа-идеалиста, агностика И. Канта, отрицавшего возможность познания мира. Отсюда приверженность Гельмгольца к идеям дальнодействия, где в основу без объяснения берутся таинственные непознаваемые свойства материи. Его не смущал, например, факт, что в соответствии с теорией одного из столпов дальнодействия - Вебера, электричеством нельзя зарядить тело, имеющее конечный объем. Это противоречит и здравому смыслу и опыту. Примеров таких неувязок в теориях дальнодействия можно было найти десяток.
Опирающиеся только на факты глубоко реалистические в своей основе взгляды Фарадея, обработанные математически Максвеллом, были ему чужды. И в то же время научная добросовестность Гельмгольца не позволяла ему идти против истины: "В настоящее время Фарадеево воззрение является единственным, согласным со всеми экспериментальными данными и не противоречащими ни в каком из своих выводов основным законам динамики".
Для того чтобы примирить свои философские взгляды с бесспорными научными фактами, Гельмгольц должен был пойти на компромисс: он разработал свою собственную электродинамическую теорию, в которой пытался сочетать несочетаемое - взгляды Максвелла на роль промежуточной среды и теории немецких приверженцев дальнодействия - В. Вебера и Ф. Неймана. За эту двойственность взглядов Гельмгольца неоднократно критиковали, в то же время признавая его большие научные достижения, Ф. Энгельс и В. И. Ленин.
Двадцатилетний Герц, с несформировавшимися еще взглядами, естественно, попал под влияние великого Гельмгольца и в течение всей свой жизни тщетно пытался разделять научные взгляды последнего.
"Тщетно" - потому что чем больше экспериментов ставил Герц для проверки теории Гельмгольца, тем радикальней он опровергал ее. Теория Гельмгольца подтверждалась лишь в тех своих частностях, где были использованы идеи Максвелла.
Один раз Герцу "повезло": результат одного из экспериментов можно было истолковать скорее в пользу Гельмгольца, чем в пользу Максвелла (скорость электромагнитной волны в проводе оказалась не 300 тысяч километров в секунду, а 220), но не тут-то было. На заседании Французской академии знаменитый математик Анри Пуанкаре (брат печально известного премьер-министра Франции Раймона Пуанкаре, "Пуанкаре-война", так много сил потратившего на разжигание первой мировой войны и организацию интервенции против Советской России) резко опроверг выводы Герца, язвительно указав на то, что Герц при расчете скорости волны в проводе неверно рассчитал его емкость. Кроме того, как выяснилось впоследствии, правильные результаты были искажены в опыте Герца стоявшей в комнате железной печкой. Таким образом, в единственном заставляющем усомниться в правильности теории эксперименте Герц допустил ошибки и впоследствии сам признал это.
Гельмгольц - автор используемой до сих пор магнитной системы с однородным полем - "колец Гельмгольца". Он изобрел также глазное зеркало, до сих пор применяемое в медицине. Он разделил звук на основной тон и обертон.
Советские историки А. Т. Григорьян и А. Н. Вяльцев указывают, что при изучении деятельности Герца "невольно рождается представление о каком-то особом, фатальном отношении Герца к теории Максвелла. "Герцу как бы было предопределено способствовать торжеству этой теории, а он упорно избегал, настойчиво сторонился этой миссии, не желая принимать теорию".
Попав в Берлинский университет, Герц решил сразу же начать заниматься научной работой в физической лаборатории. Однако попасть в лабораторию было не так-то просто. Туда допускались лишь те студенты, которые участвовали в работах "на премию" - руководство факультета назначало студентам премии за скорейшее выполнение предложенных профессорами научных работ. В качестве такой работы Герц выбрал решение следующей сложной проблемы: обладает ли электрический ток кинетической энергией?
Сейчас нам ясно, что поскольку электрический ток - это движение электронов, а электроны обладают массой, то электрический ток в принципе обладает кинетической энергией. Однако тогда электроны - материальные носители электрического тока, известны не были, и вопрос о кинетической энергии электрического тока был открытым. Как только Герц начал работу над первой своей самостоятельной темой, сразу же проявились заложенные в нем черты исследователя: упорство, редкое трудолюбие и столь часто помогавшая ему впоследствии способность делать сложные лабораторные установки своими руками. "Аппарат, который я сделал, работает очень хорошо; лучшего мне не надо, даже сделанный на самой главной фабрике из золота и слоновой кости не служил бы мне лучше".
Конкурсная тема объявлена была в августе и рассчитана на девять месяцев работы. Герц приступил к работе в октябре и окончил ее за три месяца.
Результат, как ожидалось, был отрицательным - с помощью очень точных методов, разработанных Герцем, не удалось заметить ни малейших признаков кинетической энергии у электрического тока. Это совпадало с точкой зрения Гельмгольца (сейчас можно подсчитать, что для обнаружения имеющегося в действительности эффекта Герцу нужно было бы повысить точность измерений во много тысяч раз). Гельмгольц столько же был удовлетворен результатом, сколько восхищен способностями молодого Герца: "Я увидел, что имел дело с учеником совершенно необычайного дарования". Впоследствии подчеркивая многосторонние дарования Герца, он называл его "баловнем богов".
Работа была удостоена премии, причем вручена она была Герцу в необыкновенно теплой обстановке с самыми лестными отзывами.
После летних каникул 1879 года встал вопрос, чем заниматься дальше. И Гельмгольц предлагает Герцу новую тему, связанную с электродинамическими свойствами поляризации диэлектриков, - тему, которая неминуемо должна была бы доказать или опровергнуть теорию Максвелла. Тема тоже была конкурсной, но значительно более сложной. Она была рассчитана на 2 - 3 года.
Герц как будто предчувствовал ту колоссальную роль, которую изучение темы должно сыграть в его жизни, - и всеми способами уклонялся от нее. Впрочем, тут была еще одна причина - студенту Герцу хотелось поскорее стать доктором (вообще, складывается впечатление, что во всех случаях, когда перед Герцем вставала дилемма: "карьера или наука", он твердо избирал первое).
Ему удается уклониться от конкурсной темы Гельм-гольца и получить другую тему, уже в качестве докторской диссертации. Эту тему Герц надеялся кончить за два-три месяца. Осталось получить разрешение министра защищать диссертацию, не окончив университета, и... написать ее.
И то и другое произошло очень быстро. Быстро пришел положительный ответ от министра и быстро продвигалась работа - чисто теоретическое исследование о вращении тел в магнитном поле. Работает Герц с большим подъемом, с наслаждением: "Работа приносит много радости", "я, почти не отрываясь, продолжаю работать над начатой темой, притом с таким успехом и таким радостным чувством, лучше которых не мог бы и пожелать себе".
То, что получилось, - небольшой математический шедевр; защита его прошла с блеском, которого тот заслуживал. Редчайший случай - Герцу присудили докторскую степень "с отличием".
Следующая встреча Герца с теорией Максвелла чуть было не состоялась в провинциальном городишке Киле, куда он перешел из прекрасно оборудованной берлинской лаборатории, чтобы из ассистента поскорее перейти в доценты. В Киле лаборатории не было совсем, и если была нужда в эксперименте, все нужно было делать за свой счет. Поэтому там гораздо удобней было заниматься теорией. Возможно, поэтому наиболее значительной работой, выполненной в Киле, была именно теоретическая работа.
Основанием ее явилась попытка Герца дополнить в одном неясном пункте электродинамику одного из ярых приверженцев дальнодействия - Неймана. Уравнения Неймана, как говорят математики, были "несимметричны" - в них электрические и магнитные величины были поставлены в неравное положение. Помимо отсутствия красоты математической, такая система уравнений обладала тем недостатком, что при пользовании ею не во всех случаях соблюдался закон сохранения энергии.
Генрих Герц.
Это, естественно, нравиться Герцу не могло. Он корректирует систему уравнений Неймана с помощью поправки, учитывающей закон сохранения энергии, и получает свою собственную систему уравнений, частным случаем которой являлись те же уравнения Максвелла, только в несколько иных обозначениях. Герц был разочарован: если теория Максвелла является универсальной, то, выходит, все теории великих немецких физиков, в течение десятилетий считавшихся в Европе непревзойденными электродинамиками, необходимо сдать на историческую свалку. Вообще, национальное чувство Герца порой сильно мешало ему, по свидетельству Макса Планка, объективно оценить научный вклад иностранных ученых. "Данный вывод, - пишет Герц, - таким образом нельзя считать точным доказательством Максвелловой системы как единственно возможной".