Но ведь по закономерностям этих отклонений мы можем выяснить, как движется неизвестная планета. Когда она близко от Урана, она действует сильнее, когда далеко – слабее. Вот такой точный расчет и произвел Леверье. Он нашел траекторию невидимой планеты и указал, в какие моменты и в каких точках неба надо ее искать. В сентябре 1846 года новая планета была обнаружена в предписанном ей месте. Семья планет пополнилась Нептуном.
Дух захватывает, когда описываешь этот великолепный пример научного предвидения. Я представляю себе чувство восторга, которое охватило естествоиспытателей – современников Леверье, когда на весь мир прозвучала новость: планета Леверье найдена. Что же касается самого автора этой работы… здесь мое воображение бессильно.
Нетрудно понять безоговорочную веру в справедливость законов механики Ньютона после такого успеха.
Но механика – лишь небольшая часть науки. Не рано ли гордиться успехами естествознания? Сколько еще существует явлений другого порядка – оптических, электрических, магнитных и прочее. И все равно законы механики превыше всего!
Так рассуждало подавляющее большинство естествоиспытателей. Разные явления отличаются друг от друга лишь видом силового поля. Уже Ньютон дал совсем неплохую классификацию сил. Кроме тяготения, он выделял магнитные, электрические, оптические, химические и когезионные силы. Задача сводилась лишь к тому, чтобы знать законы соответствующих силовых полей. Если они известны, то дальше законы Ньютона по-прежнему позволят определить судьбу тела совершенно так же, как они могут предсказать поведение планеты под действием тяготения.
Ну, а природа сил?
Как ни странно, этот вопрос мало кого волновал.
Некоторую роль в отсутствии такого интереса, вероятно, играло взаимоотношение науки с религией. И правда, вопрос этот, оставленный без ответа, всегда позволяет при желании включить в схему господа бога. Некоторые механики (Мопертюи) даже пытались доказывать существование бога, аргументируя математической выразительностью основных принципов механики. Другие заявляли, что гипотеза о существовании бога ничего не прибавляет к науке и нисколько не продвигает нас в понимании природы сил (Лаплас).
Но были и такие исследователи, которые желали навести порядок в царстве сил и свести их к одной причине.
Думать о природе сил – это значит размышлять о строении материи. Мир Демокрита, состоящий из частиц и пустоты, находил многих приверженцев. Ньютоновская механика позволила заменить наивные крючочки, связывающие атомы, силами тяготения, действующими на расстоянии. Атом стал фигурировать в сочинениях того времени как шаровидное тело. Представлялось, что взаимодействия этих невидимых шариков как-то объясняют свойства веществ.
Но в начале XVII века великий Декарт предложил другую теорию мироздания. В основе всего лежит невидимый, всепроникающий эфир. Пустоты в мире нет, все заполнено этим носителем или носителями, так как обсуждалась возможность, что каждое явление имеет свой эфир: электрическое – электрический, оптическое – световой и т. д.
Гипотеза эфира объясняла действие тел на расстоянии. И тяготение и электричество действуют самым превосходным образом в вакууме, без всякой среды. В это трудно поверить, и в особенности трудно, если, как это было доказано в XIX веке, электромагнитные действия распространяются не мгновенно: одно тело чувствовало приближение другого не сразу, а с запозданием. Ясно, что действие распространялось в чем-то, и этим «чем-то» должен быть материальный носитель.
В учении об электромагнитных полях, развитом Фарадеем, была спокойная уверенность в существовании эфира.
Хотя эфир никак не участвовал в формулах, управляющих поведением электрических, магнитных и световых полей, обойтись без него казалось невозможным, и исследователи не сомневались в его реальности.
Что же такое эфир? Возможно, это своеобразная жидкость, находящаяся в вихревом движении; может быть, это спокойная жидкость, в которой пульсируют более плотные шары. Для объяснения световых явлений оказалось нужным предположить, что эфир обладает свойствами твердого тела – в нем могут распространяться сдвиговые волны (сдвиг – исключительное свойство твердого тела).
Хотя и не было создано красивой универсальной модели эфира, которая объясняла бы все физические явления, хотя не было никакой ясности во взаимоотношении эфира с атомами и молекулами, уверенность в существовании общего механизма была достаточно бесспорной.
В конце XIX века появились замечательные исследования Клаузиуса, Больцмана и Гиббса. Оказалось, что, применяя законы механики и теории вероятности к поведению больших скопищ молекул (в основном молекул газа), можно превосходно объяснять физические свойства тел. Эти работы опять укрепляли уверенность в том, что мир покоится на трех китах – трех законах ньютоновской механики, которые управляют движением невидимых частиц с тем же успехом и с той же точностью, что и движением небесных тел.
Отсутствие в то время каких-либо надежд на изучение мира в субмикроскопическом масштабе отодвигало проблемы строения материи в сторону. В некоторой степени эти проблемы рассматривались как философские, метафизические, стоящие в стороне от естествознания.
Это особенно отчетливо видно из высказываний недальновидных философов вроде Маха или Оствальда, которые требовали, чтобы вопросы строения были изгнаны из физики. Видимо, отсутствие знаний об эфире, о молекулах, о природе сил не рассматривалось как нечто, чего физике недостает.
Картина мира была построена: тела и частицы движутся так, как велят законы Ньютона. Формулы сил, представляющие их через свойства взаимодействующих тел и расстояния между ними, известны. Остается подставить их в дифференциальные уравнения, и все задачи физики будут решены. Физика в основном законченная наука.
Собираясь писать эту главу, я стал листать старую энциклопедию Брокгауза и Ефрона. Том, в котором помещена статья «Теплота», вышел в свет не так уж давно, в 1891 году. Автор статьи добросовестно изложил законы термодинамики, способы измерения тепла и только несколько фраз сказал о природе тепла: «Мы уверены в том, что тепло связано с какими-то движениями частиц вещества». Вполне ясно из контекста, что автор не считает существенным природу движения, он не относит это к физике.
С такой позиции не раз выступали в конце XIX века физики-теоретики. Они заявляли о законченности физики как науки. История запомнила немало курьезов этого толка. Так, например, учитель Макса Планка не советовал ему заниматься физикой.
– Все уже сделано в этой науке, – наставлял Макса воспитатель, – займитесь чем-нибудь другим.
Не послушавшись совета, Планк через несколько лет выполнил свое знаменитое исследование о квантовом излучении, которое легло в основу современной физики.
Талантливый и умный физик лорд Кельвин сказал в одном из своих выступлений: «Теоретическая физика представляет собой стройное и законченное здание. На ясном небе физики имеются всего лишь два небольших облачка. Я думаю, что эти два частных вопроса будут скоро разрешены и физикам XX века уже нечего будет делать».
Вам интересно узнать, что это за два облачка? Надо отдать Кельвину должное в том, что он упомянул именно эти две неприятности (неприятности с точки зрения физиков конца XIX века). Одна из них – это постоянство скорости света, обнаруженное в опыте Майкельсона.