Ринат Нугаев - Максвелловская научная революция

Важно то, что здесь Максвелл уже по-другому оценивает соотношения между своей собственной исследовательской программой, и программой Ампера-Вебера. Теперь, в отличие от [II], он усматривает достоинство своей программы не в том, что она дает описание механизма генерации электромагнитного излучения, а в том, что предлагаемый им подход имеет более общий характер, описывая энергию не только в самих телах, но и пространстве, которое их окружает.

Но особое значение представляет, конечно, VI часть работы [III], озаглавленная «Электромагнитная теория света», где Максвелл не только получает свои уравнения без явного использования тока смещения, но и приходит еще раз к выводу о том, что скорость электромагнитных возмущений в точности равна скорости света, без каких-либо модельных представлений и «разумных физических допущений».

«В начале этого доклада мы пользовались оптической гипотезой упругой среды, через которую распространяются колебания света, чтобы показать, что мы имеем серьезные основания искать в этой же среде причину других явлений в той же мере, как и причину световых явлений. Мы рассматриваем электромагнитные явления, пытаясь их объяснить свойствами поля, окружающего наэлектризованные или намагниченные тела. Таким путем мы пришли к определенным уравнениям, выражающим определенные свойства электромагнитного поля. Мы исследуем теперь, являются ли свойства того, что составляет электромагнитное поле, выведенные только из электромагнитных явлений, достаточными для объяснения распространения света через ту же самую субстанцию (Максвелл, [III], С. 317).

Волна магнитных возмущений распространяется в любом направлении со скоростью V, причем направление намагничения находится в плоскости волны. Никакое магнитное возмущение, направление намагничения которого не находится в плоскости волны, вообще не может распространяться как плоская волна. Отсюда магнитные возмущения, распространяющиеся через электромагнитное поле, сходятся со светом в том отношении, что возмущения в любой точке поперечны к направлению распространения, и также волны могут обладать всеми свойствами поляризованного света.

«Совпадение результатов, по видимому, показывает, что свет и магнетизм являются проявлениями свойств одной и той же субстанции, и что свет является электромагнитным возмущением, распространяющимся через поле в соответствии с законами электромагнетизма» (Максвелл, [1864], С. 320).

В конце концов, чтобы еще раз в этом убедиться, Максвелл проверяет, «может ли распространяться через эту среду и другой вид возмущений», и еще раз убеждается, что – нет. В итоге он может, наконец, резюмировать полученные в [III] результаты следующим образом (письмо С. Хокину от 7 сентября 1864): «Я также очистил электромагнитную теорию света от всех неоправданных предположений, так что мы можем теперь определить скорость света за счет измерения притяжения тел, которые содержатся при заданной разнице потенциала, значение которого дано в электромагнитных единицах» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 168).

И, наконец, творчество Максвелла завершает объемный «Трактат об электричестве и магнетизме» (IV), задуманный автором как своеобразная энциклопедия явлений электричества и магнетизма. Вполне в духе второй половины XIX в., наследник традиций не только кантовской эпистемологии, но и контовского позитивизма ставит в качестве своей основной цели, относящейся к явлениям электричества и магнетизма, «описать наиболее важные из этих явлений, показать, как их можно измерить, и проследить математические соотношения между измеряемыми величинами… С математической точки зрения наиболее важной стороной всякого явления является наличие некоторой измеряемой величины. Поэтому я буду рассматривать электрические явления в основном в отношении их измерения» (Максвелл, [1873], 1952, С. 345, С. 346).

Конечно, энциклопедичностью вклад Максвелла в теорию электромагнетизма не ограничивался. В частности, именно в «Трактате» Максвелл сделал важное предсказание, впоследствии подтвержденное в опытах П.Н. Лебедева, о том, что электромагнитные волны способны оказывать давление.

Но особый интерес для данной работы представляет подробно описанная Максвеллом эвристическая сторона этого открытия; сопоставление Максвелла – автора [IV] – с Максвеллом – автором [I]– позволяет подтвердить справедливость описанной в данной работе максвелловской методологической позиции: автор был создателем собственной синтетической программы, программы объединения не столько электричества и магнетизма (это очень неплохо сделали до него Ампер и Вебер, а континентальной и британской традиций рассмотрения явлений электричества и магнетизма. Действительно, «прежде чем начать изучение электричества, я решил не читать никаких математических работ по этому предмету до тщательного прочтения мной «Экспериментальных исследований в области электричества» Фарадея. Я знал, что между пониманием явлений Фарадеем и концепцией математиков предполагалось наличие такой разницы, что ни тот, ни другие не были удовлетворены языком друг друга. Я был убежден также, что расхождение это возникало не из-за неправоты какой-либо из сторон. Впервые меня убедил в этом сэр Вильям Томсон» (Максвелл, [1873], 1952, С. 348).

Но не только признанием равнозначности британской и континентальной традиций для развития теории электричества и магнетизма интересен рассматриваемый «Трактат», но и оценкой вклада Фарадея и его исследовательской программы: «приступив к изучению труда Фарадея, я установил, что его метод понимания явлений был также математическим, хотя и не представленным в форме обычных математических символов. Я также нашел, что этот метод можно выразить в обычной математической форме и таким образом сравнить с методами профессиональных математиков» (Максвелл, [1873], 1952, С. 349).

А теперь сопоставим данный отрывок с хорошо известным введением в [I], где Максвелл одинаково критически отзывается и о математических, и о физических методах исследования, критикуя их за односторонность и ратуя за цельный, синтетический подход. Приведем данный отрывок в силу его важности еще раз: «для дальнейшего эффективного изучения науки первым делом надо упростить и свести результаты предыдущих исследований к такой форме, которую ум может усвоить. Результаты этого упрощения могут принять вид или чисто математической формулы, или физической гипотезы. Но в первом случае мы полностью теряем из виду то явление, которое мы собираемся объяснить; и, несмотря на то, что мы можем проследить следствия из данных законов, мы никогда не сможем получить более широкие представления о взаимосвязях рассматриваемого предмета.

Если же, с другой стороны, мы примем физическую гипотезу, мы получим только опосредованный образ явлений, и будем нести ответственность за ту слепоту к фактам и за ту скороспелость в принятии предпосылок, которые этим односторонним объяснением одобряются. Поэтому мы должны открыть такой метод изучения, который позволит уму на каждом этапе владеть ясной физической концепцией, не отдавая предпочтения никакой теории, основанной на той физической науке, из которой эта концепция заимствована, так что она ни уводится в сторону от предмета аналитическими тонкостями, ни выходит за пределы истины из-за принятия излюбленной гипотезы « (Maxwell [1856]; 1890, p. 155).

Таким образом, воззрения Фарадея, к тому же выраженные на языке математики, ничем в лучшую сторону не отличаются от воззрений Ампера и Вебера, и также должны быть включены в конструируемую теоретическую схему лишь в качестве частного случая. Здесь налицо попытка использовать своего рода (неявно сформулированный) «принцип дополнительности». Максвелл понимал, что то, что мы называем «объектами», «силами» и «полями», является нашими попытками отображения некоей реальности, которая непосредственно нашим чувствам недоступна, и может быть строго описана только на математическом языке. Последний может описывать не глобальные, «онтологические» свойства самой реальности, но лишь отношения между ее частями.

В «Трактате» Максвелл множит свои усилия в направлении очищения своих результатов от остатков модельного подхода и усиления абстрактной, лагранжевой составляющей. В начале V главы «Об уравнениях движения системы со связями» он подчеркивает, что «то, что я предполагаю сейчас сделать, это исследовать следствия допущения, что явления электрического тока представляют собой явления движущейся системы, причем движение передается от одной части системы к другой при помощи сил, природу и законы которых мы пока даже не будем пытаться определить, т.к. мы можем исключить эти силы из уравнений движения при помощи данного Лагранжем метода для любой системы со связями» (Максвелл, [1873], 1952, С. 411).