Читаем История эфира онлайн бесплатно

Истории возникновения и развития физических идей посвящено немало книг, в том числе и очень хороших. Неудивительно поэтому, что целесообразность издания этой книги отнюдь не всем казалась очевидной. Стоило, однако, скептику познакомиться с рукописью, и сомнения исчезали.

В чем же достоинство этой книги? В первую очередь, на мой взгляд, в том, что о большинстве героев автор пишет, как о живых людях, с симпатией и любовью. Откройте главу о великом Максвелле, восхищение которым автор и не пытается скрыть. Или главу о Ньютоне, физике, разумеется, не менее великом, но человеке гораздо более противоречивом; о Ньютоне, далеко опередившем в своих прозрениях и сомнениях не только современников, но и несколько поколений последователей.

Ничуть не менее интересны размышления автора о физических гипотезах и теориях. Его выводы всегда свежи и оригинальны. Впрочем, не скрою, с некоторыми утверждениями мне хотелось бы поспорить. Но спору этому уже никогда не бывать.

Автор книги, замечательный физик-теоретик Михаил Васильевич Терентьев скончался 26 сентября 1996 года. Он был удивительным человеком: умным, добрым, благородным. В минуту последнего прощания его назвали совестью теоретического отдела Института теоретической и экспериментальной физики. Михаил Васильевич — Миша — проработал там всю жизнь, придя в ИТЭФ сразу после окончания Московского инженерно-физического института.

Миши не стало. Но память о нем осталась в сердцах родных и друзей. Пока мы живы, он живет вместе с нами. Остались его работы по физике элементарных частиц, многие из которых стали классическими. Остался построенный его руками дом в Подмосковье. Осталась прекрасная книга, которая сейчас перед вами.

Книга эта не окончена. И не только смерть автора тому причиной. В разгар работы над книгой, когда Мише уже было за пятьдесят, он с огромным увлечением переключился на занятия супергравитацией, одним из самых передовых (и самых трудных!) направлений в современной теории элементарных частиц. А ведь обычно в таком возрасте теоретик если и продолжает активно работать, то ограничивается возделыванием участка, давно им освоенного. И в супергравитации Миша получил важные результаты.

Думаю, однако, что подари ему судьба еще несколько лет жизни, Миша вернулся бы к книге. Он рассказал бы в ней о Герце и Лоренце, об Эйнштейне и Минковском. И, конечно, о поразительном развитии представлений о физическом вакууме в современной квантовой теории поля. Но эти главы уже никогда не будут написаны. Поистине, нам дано трудиться, но не дано завершать труды наши.

И. Б. Хриплович

Новосибирск, 1999

«Выбор названия книги требует разъяснений». Так начинает Михаил Васильевич Терентьев свою книгу, имея в виду, что в ее название входит слово «вакуум». Однако, книга вышла под другим названием, так что необходимы дополнительные разъяснения.

Дело в том, что работа Михаила Васильевича над этой книгой растянулась на многие годы. За это время название книги менялось несколько раз. И неудивительно, что в статьях, посвященных памяти М. В. Терентьева, эту книгу, принадлежащую по общему мнению «к лучшим образцам научно-художественной литературы», называют по-разному: «История вакуума» — в Сибирском физическом журнале (1997, № 1), «Теория пустоты» — в Успехах физических наук (1997, т. 167 № 7). Еще одно название — «История эфира» — указывает и сам автор (см. с. 7), считая его правильным для начала XX века, до создания теории относительности. Именно это название и выбрал издательский совет, принимая во внимание, что работа автора над книгой осталась незавершенной, и описание истории физического вакуума остановилось задолго до конца XIX века. Надеемся, читатель примет к сведению наши разъяснения, приступая к чтению этой замечательной книги.

В. Б. Филиппов

Москва, 1999

Выбор названия книги требует разъяснений. В ней рассказывается об эволюции представлений о том, что такое «физический вакуум» в терминологии, принятой сейчас в теоретической физике. Но книга рассчитана на более широкую аудиторию, не только физиков-теоретиков, которые сами по себе представляют небольшое сообщество. Даже среди них лишь малая часть, а именно специалисты в области квантовой теории поля и физики элементарных частиц, действительно занимаются проблемами, имеющими отношение к современному содержанию термина «вакуум».

Определение во втором издании БСЭ[1] гласит: «Вакуум — состояние разреженного газа, заключенного в сосуд». И дальше следует описание различных вакуумных аппаратов. Бели читатель обратится к Словарю иностранных слов (см. издание 5-е, М., 1955), то найдет там ту же фразу и краткое добавление: «Вакуум создается с помощью насоса. В. применяется в электролампах, электронных приборах, химической, пищевой и др. отраслях промышленности».

Становится понятной необходимость разъяснений Чаще употребляется слово «вакуум» в техническом смысле, и выбранное название книги у многих должно вызвать неправильные ассоциации. На самом деле в ней нет ни малейшего упоминания о насосах, электролампах и применениях в промышленности. Но что делать, если по историческим причинам в современной теоретической физике область пространства, где нет ни полей, ни вещества, тоже называется «вакуум», хотя смысл этого понятия не такой, как в Словаре иностранных слов[2].

О чем же все-таки пойдет речь? В физике вообще трудно давать строгие определения терминов. В частности, понятие физического вакуума окажется разным в зависимости от глубины и точности, с которой подходят к его изучению. Для первой ориентировки читатель может считать, что узнает что-то новое о вакууме с точки зрения Британской Энциклопедии. Приведенное в эпиграфе общедоступное определение является лучшим из всех, которые удалось найти.

Бели бы эта книжка писалась в начале века, до создания теории относительности, то ее правильное название, без сомнений, должно было быть: «История эфира. Эфир — греческое слово (αιθηρ), первоначальный смысл которого — голубое небо, чистая и прозрачная атмосфера. Оно используется 2000 лет для обозначения самой тонкой, неосязаемой материи. Я не пытался выяснить, кто из древних греков впервые употребил его в таком контексте. У Гомера мы встречаем эфир как оплодотворяющее землю небо, у орфиков эфиру придается мистический смысл мировой души. В поэме Лукреция «О природе вещей» читаем:

У Лукреция эфир — вечная материя, образующая звезды и состоящая из особенно тонких и подвижных атомов, из которых, в частности, устроены звезды.

Слово «эфир» прожило богатую и полную приключений жизнь. С XVII века, в основном благодаря Декарту, оно употребляется уже не в метафизическом контексте, а для обозначения конкретной среды, свойства которой можно изучать физическими методами. Сейчас оно практически полностью истреблено в научной литературе. Концепция эфира к началу нашего века сделалась чрезвычайно искусственной, трудной и противоречивой. Она была столь сильным источником мучений для многих выдающихся физиков на протяжении последних 300 лет, что освобождение от нее явилось истинной революцией в сознании. Но если не связывать эфир с конкретными механическими представлениями, что в прошлом всегда приводило к большим трудностям, а обозначать этим словом, чисто формально, среду, где распространяются и взаимодействуют элементарные частицы и электромагнитные волны, то физический вакуум и эфир обозначают одну и ту же сущность. Поэтому дальше в тексте эфир будет употребляться на равных со словами вакуум и пустота.

Зачем нужно такое возвращение к отжившему термину? По единственной причине: чтобы в процессе рассказа не утерялась «связь времен». Эфир испытывал столько превращений на протяжении долгой истории и выдерживал столь тяжелые перегрузки, что можно надеяться, что он с легкостью выдержит еще одну. Теперь уже можно сказать без всякой натяжки, что в этой книге рассказывается об истории эфира и о том, как он выглядит в представлении современного физика-теоретика.

Почему это интересно? Дело в том, что нет никаких шансов как следует понять фундаментальные свойства материи, нельзя даже придать истинный смысл самим терминам «материя», «вещество», не разобравшись в свойствах физического вакуума или эфира. Все многообразие форм вещества, которое мы наблюдаем, является мелкой рябью над поверхностью бездонного моря — эфира.

Развитие представлений о природе эфира является увлекательной главой истории познания человеком окружающей действительности. В этом процессе он сознавал свое место в мире, изменял свои взгляды на то, что значит понимать законы Природы, учился тому, какие вопросы несвоевременно или неправильно задавать, и… — я очень хотел бы сказать: «становился скромнее». Но в действительности, это не так. Человек не стал скромнее, несмотря на то, что количество нерешенных проблем чрезвычайно возросло с дополнительным знанием.

Я не уверен, что удастся убедить скептически настроенного читателя, что абстрактные вещи, о которых пойдет речь, касаются его лично. Тем не менее, на самом деле материальные условия и духовная жизнь людей в наибольшей степени связаны с фундаментальными открытиями в науке, хотя в обыденной жизни, на малых отрезках времени, человеку свойственно игнорировать этот факт. Ту же мысль ярко выразил в своих лекциях Р. Феинман, один из замечательных физиков XX века, говоря о значении уравнений Максвелла: «В истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самым замечательным событием XIX века несомненно будет открытие Максвеллом законов электромагнетизма. На фоне этого важного научного открытия гражданская война в Америке в том же десятилетии будет выглядеть мелким провинциальным происшествием». Заметим, что эти слова сказаны американцем, для которого гражданская война, унесшая около 2 млн. жизней, — одно из самых заметных событий в истории; о нем он в подробностях знает с детства.

Чтобы «оживить» изложение, рассказывая о физических теориях, я буду говорить о людях, которые их создавали. «Обезличенные» теории многое теряют. Я надеюсь, что даже при отсутствии специальной подготовки читатель сможет разделить с автором глубокое чувство благоговения перед красотой фундаментальных законов природы и отдаст должное творческому гению конкретных, замечательных людей, благодаря которым мы многое сейчас понимаем.

В заключение хотелось бы рассказать о беседе с одним способным молодым физиком из института, где я работаю. Он горячо доказывал, что популярная литература по теоретической физике не нужна, поскольку плодит мечты вместо реального знания. Я не соглашался с ним, считая лучшим аргументом то, что такая литература существует и в этом жанре есть прекрасные образцы. Для меня нет сомнений, что кроме истинного понимания и точной информации о предмете, к которым всегда стремился мой собеседник, наука несет еще что-то, являющееся источником воодушевления. Надежда передать читателю это неформулируемое «что-то» была для меня главным стимулом в процессе работы.

Есть еще обстоятельство, о котором стоит сказать. В обществе очень велика разница в восприятии явлений, относящихся к «неживой природе», между научным работником-физиком и так называемым «простым человеком» гуманитарного склада с любым уровнем образования (наличие высшего — делу не помогает). Проблема здесь не в естественном и нормальном недостатке знаний о многих предметах, в этом равны и физики и гуманитарии, — нельзя объять необъятное. Речь о самом глубоком — о принципах, ощущении того, с каким трудом добывается реальная информация о Природе, какие мучения поколений исследователей стоят за открытием самых простых по форме, всем известных физических закономерностей, таких например, как F = ma или Е = mc². Между тем, необходимость понимания, откуда происходят и в чем состоят основные принципы физики, как трудно они «достались», как трудно в них что-либо изменить, — это столь же неотъемлемый элемент культуры, как и знакомство с наиболее важными фактами в живописи, литературе, истории.

В XX веке должно было бы вызывать изумление массовое увлечение астрологией, магией, телепатией, пришельцами, неопознанными объектами и еще Бог знает чем. Тем не менее, все это повсеместно происходит. Можно понять наличие у ряда лиц экстрасенсорных способностей, никто не станет отрицать фактов сильного психологического воздействия одних людей на других. Но почему никогда не хватает чувства меры? Зачем отдельным людям нужно перемещать планеты и влиять на погоду, а другим искренне верить, что такое возможно? В то же время реальная Природа гораздо интересней и богаче, чем может представить самое раздраженное воображение, и она заслуживает того, чтобы отдать душевные силы на постижение ее красоты, не растрачивая их на то, что только засоряет ум. Я буду счастлив, если эта книга убедит читателя в справедливости сказанного.