Сергей Капица. Физика 19 века

Ампер - ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, ВЫВЕДЕННАЯ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЗ ОПЫТА

Мы приводим начало ее первого раздела «Изложение пути, которого следует придерживаться при исследовании законов, управляющих явлениями природы, и сил, вызывающих эти явления», с которого начинается это классическое сочинение Ампера, сыгравшее основополагающую роль в создания теории электричества и магнетизма.

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, ВЫВЕДЕННАЯ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЗ ОПЫТА

Раздел I. Изложение пути, которого следует придерживаться при исследовании законов, управляющих явлениями природы, и сил, вызывающих эти явления

Эпоха, отмеченная в истории наук работами Ньютона,– не только эпоха наиболее важного из открытий, какие когда‑либо делались человеком о причинах великих явлений природы; это также эпоха, когда человеческий ум проложил себе новую дорогу в области наук, изучающих эти явления.

Причину данных явлений искали ранее почти исключительно в импульсе со стороны неведомой жидкости, увлекающей материальные частицы в направлении движения своих собственных частиц, и всюду, где замечали вращательное движение, воображали себе вихрь, вращающийся в ту же сторону.

Ньютон показал, что движение такого рода, как и все движения, которые мы видим в природе, должно быть сведено посредством вычисления к силам, действующим между двумя материальными частицами по прямой, которая их соединяет. При этом действие, оказываемое одной из частиц на другую, равно и противоположно действию, которое эта последняя одновременно оказывает на первую, и потому если предположить, что обе частицы неизменно связаны между собой, то из их взаимных действий не может произойти никакого движения. Именно этот закон, подтвержденный ныне различными опытами и различными вычислениями, был высказан Ньютоном в последней из трех аксиом, данных им в начале «Математических начал натуральной философии». Но было недостаточно подняться до этой великой идеи, нужно было еще найти закон, по которому изменяются силы в зависимости от взаимного положения частиц, между которыми они действуют, или, что то же, дать их выражение в виде формулы.

Ньютон был далек от предположения, что подобный закон можно получить, исходя из более или менее правдоподобных отвлеченных соображений. Он установил, что такой закон должен быть выведен из наблюдаемых фактов, или, вернее, из эмпирических законов, которые, подобно законам Кеплера, являются лишь обобщенными результатами большого числа фактов.

Начать с наблюдения фактов, изменять, по возможности, сопутствующие им условия, сопровождая эту первоначальную работу точными измерениями, чтобы вывести общие законы, основанные всецело на опыте, и в свою очередь вывести из этих законов, независимо от каких‑либо предположений о природе сил, вызывающих эти явления, математическое выражение этих сил, т.е. вывести представляющую их формулу,– вот путь, которому следовал Ньютон. Тем же путем обычно шли во Франции ученые, которым физика обязана своими громадными успехами в последнее время. Этим же путем руководился и я во всех моих исследованиях электродинамических явлений. Чтобы установить законы последних, я искал ответа единственно в опыте, и таким путем я получил формулу, которая одна только может выразить силы, вызывающие указанные явления. Я не сделал ни одного шага к изысканию причины, с которой можно было бы связать происхождение сил, будучи убежден в том, что всем подобным изысканием должно предшествовать чисто экспериментальное познание законов. Эти законы должны затем служить единственным основанием для вывода формулы, выражающей элементарные силы, направление которых необходимо совпадает с направлением прямой, соединяющей две материальные точки, между которыми они действуют. Вот почему я избегал упоминать о тех представлениях, которые могли у меня сложиться в отношении причины и природы сил, исходящих из вольтаиче‑ских проводников, и коснулся их только в примечаниях к «Обзору новых опытов по электромагнетизму, сделанных многими физиками в течение марта 1821 года», доложенному мною в открытом заседании Академии наук 8 апреля 1822 г.

То, что я сказал тогда по этому вопросу, можно найти на стр. 215 моего «Recueil d’observations electro‑dynamiques» («Сборника электродинамических наблюдений»). Хотя этот путь– единственный, который может привести к результатам, не зависящим от всяких гипотез, тем не менее физики остальной Европы, по‑видимому, не оказывают ему того предпочтения, каким он пользуется со стороны французов. Даже знаменитый ученый, увидевший впервые, как полюсы магнита под влиянием проволоки, служащей проводником, стали перемещаться в направлениях, перпендикулярных направлениям проволоки, вывел из этого заключение, что электрическая материя вращается вокруг проводника и толкает эти полюсы в направлении своего движения, в точности подобно тому, как Декарт заставлял материю своих вихрей вращаться в направлении вращения планет. Руководствуясь принципами ньютоновской философии, я свел явление, замеченное Эрстедом, как это уже делалось в отношении всех явлений подобного рода, изучаемых нами в природе, к силам действующим всегда по прямой, соединяющей все частицы, между которыми они проявляются. И если я установил, что то же распределение или тоже движение электричества, какое происходит в проводнике, наблюдается и вокруг частичек магнита, то, конечно, не затем, чтобы заставить их действовать импульсами наподобие вихря, а затем, чтобы вычислить, согласно моей формуле, силы, которые в результате должны действовать между этими частичками и частичками проводника или другого магнита по прямым, соединяющим попарно частицы, взаимодействие которых исследуется. Далее, я имел в виду показать, что результаты вычислений полностью подтверждаются: 1) моими опытами, а также опытами, произведенными г. Пулье для точного определения положений, в каких должен находиться подвижной проводник, чтоб он оставался в равновесии,, будучи подвержен действию либо другого проводника, либо магнита: 2) согласием, в котором эти результаты находятся с законами, выведенными Кулоном и Био из их опытов, первым – относительно взаимодействия двух магнитов, вторым – для взаимодействия магнита и тока.

Формулы, выведенные таким образом на основании нескольких общих фактов, о которых заключают из достаточно большого числа наблюдений, так что нет повода сомневаться в их достоверности,– имеют главным образом то преимущество, что они остаются независимыми как от гипотез, которыми могли пользоваться авторы при отыскании этих формул, так и от гипотез, которые впоследствии могут прийти им на смену. Выражение для всемирного тяготения, выведенное из законов Кеплера, ни в какой мере не зависит от гипотез о механической его причине, которые пробовали строить некоторые авторы. Теория теплоты действительно основывается на общих фактах, о которых судят непосредственно из наблюдения. А поскольку уравнение, основанное на этих фактах, подтверждается согласием между результатами, получаемыми из этого уравнения, и результатами, полученными из опыта, то его должны признать за выражение истинных законов распространения тепла как те, кто при‑писывает возникновение тепла излучению теплотворных молекул, так и те, кто прибегает для объяснения того же явления к колебаниям жидкости разлитой в пространстве. Необходимо только, чтобы первые показали, каким образом уравнение, о котором идет речь, вытекает из их точки зрения, а вторые – вывели его из общих формул колебательного движения. Это необходимо не для того, чтобы подкрепить чем‑либо достоверность данного уравнения, а затем, чтобы соответственно обусловить возможность сохранения вышеуказанных гипотез. Физик, который не составил себе определенного мнения по этому вопросу, принимает уравнение как точное отображение фактов, не заботясь о том, как именно оно может быть получено на основании того или другого из объяснений, о которых мы упоминали. И если бы новые явления или новые подсчеты доказали, что действие тепла может быть реально объяснено лишь теорией вибраций, великий физик, который впервые дал это уравнение и создал для приложения к предмету своих исследований новые методы интегрирования, остался бы в той же мере творцом математической теории тепла, как и Ньютон является творцом теории планетных движений, хотя последняя и не была доказана его трудами с той же полнотой, с какой ее доказали впоследствии труды его преемников.

То же относится и к формуле, которой я выразил электродинамическое действие. Какова бы ни была физическая причина, к которой мы пожелали бы отнести явления, связанные с этим действием, полученная мною формула всегда останется выражением фактов. Если посредством одного из тех соображений, которые позволили объяснить столько других явлений, например притяжение с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния, удастся объяснить эту формулу с помощью либо притяжения, которое становится неощутимым при любом поддающемся оценке расстоянии между частицами, где оно действует, либо посредством колебания жидкости, разлитой в пространстве,– то этим будет сделан шаг вперед в данной области физики. Однако такое исследование, которым я еще и не занимался, хотя и признаю его весьма важным, не изменит ничего в результатах моей работы. Для соответствия принятой гипотезы фактам ей будет всегда необходимо находиться в согласии с формулой, столь полно их представляющей...