Статьи и речи

Максвелл Джеймс Клерк

Те физические силы, о соотношении которых говорится в рассматриваемом нами труде, суть: движение, тепло, электричество, свет, магнетизм, химическое сродство и «другие виды сил». Согласно определению силы, как оно дано в трактатах о динамике за последние два века, ни один из перечисленных видов, кроме, может быть, химического сродства, не может быть признан за силу. Установившееся определение гласит: «Сила есть то, что вызывает изменение движения, и мерилом её служит вызванное изменение движения».

Сам Ньютон напоминает нам, что сила существует только до тех пор, пока она действует; её действие может сохраниться, но сама сила как таковая по существу явление проходящее. Поэтому если мы встречаем такие термины, как «сохранение силы», «постоянство силы» и т. п., то нужно полагать, что слово «сила» применяется

здесь в смысле, радикально отличающемся от того, который придают ему люди науки, начиная от Ньютона. Во всех этих случаях, так же как и в термине «физические силы» в применении к теплу, мы можем теперь, благодаря д-ру Томасу Юнгу, пользоваться словом «энергия» вместо слова «сила», так как ввиду научного определения этого слова как «способности производить работу» оно применимо во всех указанных случаях. Путаница распространилась даже на метафорическое применение слова «сила». Так, например, можно вполне правильно говорить метафорически о силе общественного мнения, оказывающей своё действие на государственного человека в виде известного давления, потому что здесь мы имеем дело с действием, стремящимся вызвать движение в известном направлении. Но когда мы говорим о «вооружённых силах королевы», то это так же ненаучно, как говорить о «физических силах». В своих заключительных заметках автор говорит о той путанице терминов, которая мешала ему излагать научные положения вследствие несовершенства научного лексикона. Он говорит, что «избежать этого затруднения невозможно без введения неологизмов; я недостаточно самонадеян, чтобы вводить их, и не имею достаточного авторитета, чтобы заставить их признать».

Такое признание, исходящее от большого мастера «изложения предмета», является весьма важным свидетельством необходимости изучения и специальной культуры научной терминологии. Сравнение многих отрывков разбираемого нами труда с соответствующим изложением в более новых книгах, хотя и гораздо менее значительных, доказывает, как много мы выиграли благодаря введению удачных неологизмов. То, что казалось таинственным и даже парадоксальным гиганту, работавшему с самым примитивным лексиконом, является трюизмом в глазах молодого поколения, законного наследника того дворца истины, для которого гигант доставил материалы.

Так, например, применение слова «масса» для обозначения количества вещества, определяемого количеством силы, необходимой для создания данного ускорения, поставило современных учащихся на совершенно другой уровень по сравнению 'с теми, кому приходилось расшифровывать термин Vis inertiae, комбинируя толкование Vis как силы и inertiae как бездеятельности. Равным образом слово «напряжение» является эквивалентом слов «действие» и «противодействие» и служит общим обозначением для давления, растяжения и т. д.; это слово избавит будущие поколения от множества затруднений. Различие между обладанием энергией и фактом совершения работы, с которым мы теперь так освоились, вероятно избавило бы доктрину, изложенную в рассматриваемом нами труде, от многих возражений. Возражения эти касались утверждений, в которых создание одного вида энергии и сохранение другого вида трактовались так, как будто они являются операциями одного и того же рода. Мы читаем на стр. 163: «вольтова батарея, разлагая воду в вольтаметре, между тем как тот же самый ток одновременно применяется для образования (сохранения) электромагнита, тем не менее создаёт в вольтаметре эквивалент газа или разлагает эквивалент электролита соответственно каждому эквиваленту разложения в элементах батареи и даёт те же отношения, если мы удалим электромагнит».

Здесь сохранение магнита есть нечто совершенно отличное от разложения электролита; первое является сохранением энергии, второе — выполнением работы. Это хорошо разъяснено в труде автора, но если бы он располагал соответствующей терминологией, то никогда не встретил бы возражений.

О динамическом доказательстве молекулярного строения тел

Когда какое-нибудь явление можно описать как частный случай какого-нибудь общего, приложимого к другим явлениям принципа, то говорят, что это явление получило объяснение. Однако объяснения бывают весьма различны в зависимости от степени общности применённого принципа. Так, человек,

впервые заметивший действие выплеснутой на огонь воды, почувствовал некоторое умственное удовлетворение, обнаружив, что результаты всегда одинаковы и что они не зависят от какой-то временной и непостоянной антипатии между водой и огнём. Это — объяснение низшего порядка, в котором класс, к которому мы относим данное явление, состоит из других явлений, отличающихся от первого только местом и временем, но заключённый в нём принцип есть самый общий принцип, в котором место и время не входят в число условий, определяющих процесс природы. С другой стороны, когда физическое явление может быть полностью описано как изменение конфигурации и движения материальной системы, говорят, что мы имеем полное динамическое объяснение явления. Мы не можем представить себе ни необходимости, ни желательности, ни возможности дальнейшего объяснения, так как если мы знаем значение слов «конфигурация», «движение», «масса» и «сила», мы видим, что представляемые ими идеи настолько элементарны, что их нельзя объяснить ничем другим.

Явления, изучаемые химиками,— это в большинстве своём те явления, которые не получили полного динамического объяснения.

Было построено много диаграмм и моделей сложных молекул. Они являются свидетельством попыток химиков представить себе конфигурацию материальных систем при помощи геометрических соотношений, которыми можно иллюстрировать или объяснять химические явления. Ни один химик, однако, не видит в этих диаграммах ничего большего, чем символические изображения различных степеней связи между различными компонентами молекул.

С другой стороны, в астрономии масштабы конфигурации и движения небесных тел таковы, что мы может обнаружить их непосредственным наблюдением. Ньютон доказал, что наблюдаемые движения указывают на постоянное стремление всех тел приближаться друг к другу, а установленное им учение о всемирном тяготении не только объясняет наблюдаемые движения нашей системы, но и позволяет вычислить движение системы, в которой астрономические элементы имели бы любую величину.

Переходя от астрономии к науке об электричестве, мы все ещё можем наблюдать взаимное расположение и движение наэлектризованных тел и, строго следуя указанному Ньютоном пути, вывести отсюда величину сил взаимодействия этих тел.

Однако оказывается, что эти силы зависят от распределения того, что мы называем электричеством. То, что Гаусс называет construirbar Vorstcllung (наглядное представление) о невидимом действии электричества, составляет предмет великих исканий в этой области.

Пытаясь распространить динамический метод на объяснение химических явлений, мы должны составить себе представление о расположении и движении некоторого числа материальных систем, из которых каждая настолько мала, что её нельзя наблюдать непосредственно. Фактически, наблюдая внешние действия некоторого невидимого механизма, мы должны сделать заключение об его внутреннем действии.

Применявшийся обычно при таких исследованиях метод заключался в принятии некоторой гипотезы и в последующем расчёте того, что должно произойти, если гипотеза справедлива. Если результаты расчётов совпадали с явлениями, то говорили, что гипотеза подтвердилась, во всяком случае до тех пор, пока кто-нибудь не высказывал другой гипотезы, ещё лучше согласующейся с явлениями.

Причиной того, что столь большое число наших физических теорий было построено с помощью метода гипотез, является отсутствие у учёных достаточно общей терминологии для выражения результатов своих выводов в их более ранней стадии.

Они были вынуждены, таким образом, оставить свои идеи в неопределённом и потому бесполезном для науки состоянии или представить их в такой форме, подробности которой можно получить лишь при непозволительном применении фантазии.

Тем временем математики, руководимые инстинктом, заставляющим их накоплять для других продукты деятельности своего мышления, разработали, в наиболее общей форме, динамическую теорию материальной системы.

Из всех теорий строения тела, безусловно, наиболее вероятна та, которая утверждает лишь, что тела являются материальными системами, и предлагает выводить из наблюдаемых явлений лишь те заключения о состояниях и связях материальной системы, которые действительно вытекают из этих явлений.