Естественнонаучная картина мира - [47]
Тем не менее существовала и альтернативная гипотеза, выдвинутая Христианом Гюйгенсом и Робертом Гуком, рассматривающая свет как упругое колебание плотной эфирной среды. С этой точки зрения воздействие света на наш глаз также является чисто механическим, как, впрочем, и в корпускулярной гипотезе И. Ньютона. И версия Ньютона, и версия Гюйгенса – Гука были одинаково механистическими, хотя и описывали оптические явления по-разному: как, по большому счету, движение частиц и как колебание упругой среды. На начало XVIII в. фаворитом, безусловно, был Ньютон, тогда как концепция его конкурентов обладала меньшей объяснительной силой: так Гюйгенс был даже вынужден поставить вопрос о самом наличии дифракции как реального физического эффекта, а не иллюзии восприятия.
Ситуация изменилась через столетие, когда явления интерференции и дифракции были всесторонне экспериментально исследованы и описаны Томасом Юнгом. Ему же принадлежит и введение данных терминов в научный оборот. Собственно, эти явления связаны с удивительными свойствами света: самоусиливаться и самоослабляться, а также огибать препятствия (некоторые современные авторы утверждают, что интерференция и дифракция суть явления одного порядка, причем второе выступает как частный случай первого). Вспомним опыт, хорошо знакомый из школьного курса физики. Возьмем источник света и направим его на белый экран. На пути света поместим плотный черный лист с прорезанными двумя параллельными вертикальными отверстиями. Свет, проходя через отверстия, будет попадать на экран. Какую картину мы увидим? Если свет – это поток корпускул, то на экране мы увидим две яркие полосы. Но в реальности мы увидим нечто совершенно иное: чередование более светлых и более темных полос. В чем же дело? Основа этого явления как порождения вторичных волн поверхностью, которой коснулась волна, была описана еще Х. Гюйгенсом, однако его описание не включало в себя явление дифракции, поскольку рассматривало свет исключительно как механическое колебание эфира (подобно колебанию желеобразного студня на противне под влиянием чисто механических сил). В XIX в. модель Гюйгенса дополнит Огюстен Жан Френель – и она примет известный нам сейчас вид. Дело в том, что если рассматривать световой поток не как поток частиц, а как волну, то, проходя через отверстия, эта волна породит две вторичные волны. Эти волны могут как совпасть в своих фазах, так и не совпасть. В первом случае мы получим усиление свечения, во втором – ослабление. Отсюда и чередование полос различной яркости. Наблюдаемая картина однозначно свидетельствует о волновой природе света, причем эта волна имеет не чисто механическую, а какую-то более сложную природу.
Казалось бы, ньютоновская корпускулярная модель (напомним еще раз: сам Ньютон не отрицал возможностей волнового описания природы света, но в рамках механистической картины мира корпускулярная модель, конечно, была вне конкуренции) разрушена и должна быть отвергнута. Однако и механическо-волновая теория для описания всех известных явлений тоже не очень годилась. Многим ученым было ясно, что свет имеет природу, не описываемую в уравнениях теории гравитации… и многие продолжали строить свои описания на основании гравитационной модели. Это не удивительно, потому как в науке нельзя так просто отбрасывать теорию без альтернативы. Если же теорию и отправляют в утиль, что происходит очень нечасто, то неизбежно возникает вопрос: чем и как эту теорию заменить? Как мы помним, именно бесконечная уверенность в своей собственной новой гипотезе помогла Галилею отразить натиск сторонников старых моделей и концепций в науке. Но в начале девятнадцатого столетия такой уверенности в правоте какой-то из многочисленных новых гипотез не было, все они были примерно одинаково неудовлетворительны.
Все вышеперечисленное говорило в полный голос, что в начале XIX в. научное сообщество стояло перед серией открытий, не менее замечательных, чем в предшествующую эпоху.
§ 10. Рождение электромагнитной концепции
В конце XVIII – начале XIX вв. наука становится все более и более публичной. Простому народу нравится наблюдать за проводящими эксперименты учеными (и даже участвовать в этих забавных опытах, подобно описанному выше опыту с электрической цепью), ученым нравится быть в центре внимания и ощущать себя повелителями естественных законов. В один из дней 1820 г. такие публичные опыты показывал известный датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Он был опытным ученым и квалифицированным экспериментатором. В его задачу, как он сам ее определял, входил поиск ключевых точек для объединения научных концепций из разных областей. Особое внимание в своей работе он обращал на явления, связанные с магнетизмом и электричеством, так как, по его мнению, в них эмпирическим путем обнаруживается и снимается замечательный парадокс: электрические опыты выступают как различные формы проявления одной и той же сути – единой природы. Возьмем, например, электричество. Что это такое? Источник электричества – вольтов столб – представляет собой переход энергии химических связей в электричество (электрический флюид). Далее мы видим движение электрического флюида по проводнику, вызывающее сопротивление проводника (действие и противодействие в механике). Это движение приводит к нагреву проводника (переход энергии в тепло), который при определенном разогреве начинает отчетливо светиться, то есть испускать свет (оптика), а также деформируется или даже расплавляется (изменение агрегатных состояний). Помимо этого, электричество находится в явной внутренней связи с магнетизмом, установленной еще У. Гильбертом, но так пока и не раскрытой. Во время одного из публичных опытов (так совпало) рядом с проводником и вольтовым столбом на столе Эрстеда оказался компас, оставшийся от предыдущей серии демонстраций. И вдруг в момент, когда ученый подключил проводник к источнику тока, все находившиеся в аудитории заметили – стрелка компаса отклонилась от своего первоначального направления, то есть зафиксировала присутствие где-то поблизости сильного магнита. Эрстед быстро установил, что реагирует стрелка на проводник, включенный в цепь. Иначе говоря, компас обнаруживал в проводнике в цепи свойства, которые были абсолютно не присущи проводнику, отключенному от цепи и взятому, как тогда любили говорить, «самим по себе».
