ГЛАВА IV
Н. А. УМОВ И НОВЕЙШИЕ ОТКРЫТИЯ В ФИЗИКЕ КОНЦА XIX- НАЧАЛА XX в.
Н. А. Умов сыграл огромную роль в борьбе за материалистическое направление в физике конца XIX и начала XX в.
В этот период ученые лакеи империалистической буржуазии организовали поход против диалектического материализма и всячески стремились протащить в науку идеализм, поповщину. Из новейших открытий естествознания махисты делали идеалистические выводы об "исчезновении" материи, о "крахе" материалистического мировоззрения. Они утверждали, что будто бы человеческий разум творит законы науки, что физические теории являются всего лишь символами, а не отражением закономерностей природы. К походу западноевропейских махистов против диалектического материализма присоединились в России Богданов, Базаров, Суворов и К°, которые под флагом "защиты" марксизма изо всех сил старались подорвать диалектический и исторический материализм.
Одной из крупнейших научных заслуг Умова является то, что он и в этот период вел непримиримую борьбу против реакционных взглядов физических идеалистов.
В противоположность физическим идеалистам, которые относительность наших знаний истолковывали в смысле отрицания объективной реальности, Умов утверждал, что "ощущение вещественности, материальности, остается старым, и новизна является только в области понимания" '. В своих научных трудах он убедительно показал, что новые физические теории конца XIX - начала XX в., равно как и теории старой ньютоновской физики, являются отражением объективно существующего материального мира. Он отбросил идеалистические концепции физиков-махистов типа Пуанкаре, согласно которым "материя исчезла" и остались лишь одни математические уравнения и формулы. В книге А. Пуанкаре "Наука и гипотеза", говорил он, "математическая струнка покрывает и отстраняет натуралистическую" '.
Как известно, новейшие открытия в естествознании, и особенно в физике конца XIX - начала XX в., привели к коренной ломке основных принципов классической физики, показали относительность таких свойств материи, как непроницаемость, инерция, масса и другие, которые раньше казались абсолютными, неизменными, первоначальными. В своих научных трудах Умов показал, что небывалые успехи естествознания на рубеже последних двух столетий и прежде всего открытие электрона, электромагнитной природы его массы нанесли сильнейший удар по старой, ньютоновской физике, произвели подлинную революцию в естествознании. Он отмечал, что еще раньше престиж ньютоновской физики, игнорировавшей при объяснении явлений природы окружающую тела среду, был подорван учением об электромагнитном поле - учением, согласно которому электромагнитные явления вызываются движением особой материальной среды - эфира 2.
Русским ученым-материалистам принадлежит выдающееся место в экспериментальном и теоретическом обосновании электромагнитной теории.
Особенно большую роль в разработке электромагнитной теории сыграл Умов. В своих опубликованных трудах, а также неизданных "Лекциях об электромагнитном поле", прочитанных в конце 1895 г. в Московском университете, Умов, опираясь на свои исследования магнитных в электрических явлений, развивал теорию электромагнитного поля в одном из важнейших направлений.
Руководящим моментом этих исследований служила идея о материальной промежуточной среде, одной из разновидностей которой является электромагнитное поле. В своих работах ученый показал научную несостоятельность ньютоновской теории мгновенно- и дальнодействия, вскрыл взаимосвязь между телом и окружающей его материальной средо-й, показал огромное значение среды в понимании и истолковании электромагнитных и других физических явлений. Умов решительно выступил против широко распространенного в то время идеалистического взгляда, согласно которому электрические и магнитные свойства тел являются якобы "врожденны-эли" свойствами.
"Электрические и магнитные силы,- говорил он,- считались исходящими из тел, которые подверглись экспериментальной обработке (эти силы не употребляют времени и сквозные
1). Эта мысль подкреплялась еще и тем фактом, что перенос намагниченного или наэлектризованного тела из одной системы в другую вызывал в этой последней новые явления, которые не обнаруживались бы, если бы то же внесенное тело не было намагничено или наэлектризовано. В последнее время эти воззрения изменяются частью под влиянием более широкого толкования известных уже опытов, частью вследствие Новых опытных исследований..." 2.Говоря, что при изменении электрического состояния тела мы обнаруживаем новые явления в телах окружающих, Умов подчеркивал, что явления эти наступают в известной постепенности, указывающей на то, что изменение, произведенное в одном месте пространства, сказывается в другом только по истечении некоторого промежутка времени, зависящего от свойства среды или тел, которые наполняют пространство. Следовательно, сама среда, окружающая непосредственно намагничиваемое или электризуемое тело, участвует в данном явлении. Так как пустое пространство
1, отделяющее тело, не препятствует распространению электрического состояния от одного тела к другому, то оно должно рассматриваться как изменяющее свои свойства. Поэтому необходимо признать существование особой промежуточной материальной среды.В своих "Лекциях об электромагнитном поле" Умов подробно анализирует вопросы о свойствах, взаимосвязи и взаимодействии электрического и магнитного полей. Он указывал, что электрическое и магнитное поля могут существовать независимо друг от друга. Но условием независимости подобных полей является их неизменность со временем. Если электрическое поле меняется со временем, то оно будет и магнитным полем, т. е. в нем будут обнаруживаться явления, свойственные и тому и другому полю.
Такое изменяющееся со временем поле, обладающее и электрическими и магнитными свойствами, называется электромагнитным полем. Охарактеризовать поле можно или силами, которые должны быть приложены к какому-нибудь телу, в него внесенному, для того, чтобы оно оставалось в покое в данной точке поля, или же теми электрическими или магнитными явлениями, которые в нем обнаруживаются. Само вносимое тело может находиться тоже в особом электрическом или магнитном состоянии, т. е. сопровождаться некоторым, электрическим или магнитным полем.
Тело, которое вносится, Умов называет пробным. Если поле, подвергаемое испытанию, находилось в равновесии, т. е. не изменилось со временем, то влияние на него нового тела нарушает это равновесие. Внося пробное тело, говорит Умов, мы вносим в испытуемое поле другое - второе поле. В данном случае мы имеем дело с наложением двух полей.
"В результате,- заключает он,- и является перемещение пробного тела, которому можно воспрепятствовать только приложивши к нему некоторую внешнюю силу... Сила, равная внешней и противоположная ей, носигг название силы поля в данной его точке. Таким образом, законом распределения сил поля по его точкам мы можем его охарактеризовать. Эти силы суть пондеромоторные силы: если пробное тело обладает электрическими свойствами, то они будут называться электрическими силами, если магнитными - то магнитными силами" >,
Всякие перемены в среде должны, по Умову, удовлетворять в данном месте известным условиям, которые определяются свойствами среды. Эти условия связывают между собой величины, находящиеся в точках, бесконечно близких друг другу и поэтому представляются дифференциальными выражениями. Такие выражения справедливы в каждом месте среды.
В своих работах Умов применил к исследованию электромагнитных явлений закон сохранения и превращения энергии.
Основное уравнение движения энергии
полученное им, справедливо, как известно, для любого вида энергии, в том числе и для электромагнитной. Особенно плодотворное влияние на развитие теории электромагнитного поля оказали введенные в нее Умовым понятия о потоке энергии, о векторе этого потока и т. д. С позиций своего учения о движении энергии он сумел глубоко проникнуть в суть электромагнитных явлений и дать им строгое математическое обоснование и оформление, соответствующее их природе.
Умов не был одинок в борьбе за утверждение материалистического учения об электромагнитном поле. Вместе с Умовым в этом направлении вели работу А. С. Попов, А. Г. Столетов, П. Н. Лебедев и многие другие.
А. С. Попов работал в рассматриваемый период над разрешением важнейшей проблемы теории электромагнетизма - практического использования электромагнитных волн. В 1889 г. он сконструировал свой аппарат для обнаружения и изучения: электромагнитных волн. В том же году он прочел публичную-лекцию "Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическими явлениями". В этой лекции Попов впервые высказал мысль о возможности использования электромагнитных волн для телеграфирования без проводов. Спустя шесть лет, в результате упорных научных исследований, Попов претворил в жизнь свою гениальную мысль о беспроволочном радиотелеграфировании.
Известно, что Герц не видел возможностей практического применения электромагнитных волн. Попов отбросил устаревшие установки зарубежных авторитетов.
В обосновании учения об электромагнитном поле большое значение имеют исследования Столетова, посвященные измерению отношения электромагнитных и электростатических единиц. Столетов установил, что это отношение дает величину, близкую к скорости света, и тем самым неопровержимо доказал, что свет представляет собой частный случай электромагнитных возмущений.
Научные интересы Умова были исключительно разносторонними. Его работы охватывали важнейшие вопросы физики конца XIX и начала XX в.- о природе катодных и рентгеновских лучей, о токах в разряженных газах, о явлении радиоактивности, о давлении волн и т. д. Эту разносторонность ярко характеризует хотя бы следующий перечень работ ученого,, выполненных в сравнительно короткий период: "Вопросы познания в области физических наук", "Значение опытных наук",, "Новое открытие в области радиоактивных явлений", "Эволюция атома", "Явления радиоактивности", "Рентгеновский конгресс", "Радий и жизнь", "Характерные черты и задачи современной естественно-научной мысли", "Условия инвариантности уравнения волны", "Возможный смысл теории квант", "Эволюция физических Наук и ее идейное значение" и др. Сюда тесно примыкают ценнейшие неизданные труды - рукописи Умова: "Теория электромагнитного поля", "Лекции об электромагнитном поле", "Опыты с х-лучами", "Ток в разряженной газовой среде, круксовы трубки. Рентген", "Речь на открытии XII съезда русских естествоиспытателей и врачей в Москве", отзыв на докторскую диссертацию А. Р. Колли "Исследование дисперсии в электрическом спектре жидкостей", "К статье Лебедева о световом давлении" и др.
Новые открытия в физике служили Умову оружием в борьбе против физических идеалистов. Так, в связи с открытием явления радиоактивности идеалисты стали оспаривать возможность их познания. В противовес этой тенденции, Умов доказывал, что лучи, испускаемые радиоактивными веществами, могут быть нами пойманы и уловлены. И они выдали нам великую тайну природы.... В радиоактивных веществах мы имеем дело с распадением сложного вещества в простейшие. Мы обнаружили это распадение благодаря тому, что оно сопровождается излучением тех трех родов лучей, которые в отдельности существуют в наших трубках и которые нами изучены. Это - посредники, последние для данного времени, ведущие нас в тайны эволюции вещества" '. Открытие радиоактивных веществ
неопровержимо доказало, говорил он, взаимопревращаемость веществ и вплотную подводило к решению вопроса о происхождении веществ и их генеалогическом родстве. В одной из своих лекций Умов говорил:"В пользу идеи рождения и превращаемости вещества говорит и возможность расположения элементов вещества в ряды, в которых свойства вещества периодически повторяются. Это - периодическая система Менделеева. Хотя мы присутствовали при рождении новых веществ, но мы не можем еще установить генеалогию их происхождения
. Распадения, нами наблюдавшиеся, сопряжены с громадной отдачей энергии. Отсюда заключаем, что образование нового вещества должно быть соединено с громадной затратой энергии. А потому окружающее нас вещество заключает в себе неисчерпаемое количество энергии.Распадение радия освобождает] такое количество] энергии, что радий, рассеянный в земной коре в несколько верст толщиною, может отдаваемой им теплотой возместить потерю тепла нашей земли в пространстве. Тело, в котором происходит медленное распадение веществ и которое находилось бы в холодном пространстве вселенной, может терять свое тепло кактело-более теплое и в то же время сохранять свою температуру.
Разгадать родословную веществ - значит поставить на служение человечеству громадные запасы энергии, скрытой от нас в мире"
2. Умов утверждал, что и этот вид энергии "подлежит нашему завоеванию".В неизданной рукописи "Теория электромагнитного поля" и других своих работах Умов особое внимание уделял выяснению природы катодных лучей.
В противовес большинству зарубежных физиков, Умов правильно оценил рациональную основу теории относительности и развивал ее в материалистическом направлении. В своих трудах Умов подчеркивал, что теория относительности сыграла ^большую роль в перестройке старой ньютоновской физики
, показала ограниченность ее учения о движении, пространстве и времени, неприменимость ее законов к объяснению электромагнитных явлений. Разрабатывая вопросы теории относительности, он опирался прежде всего на труды Лобачевского, доказавшего, что эвклидова геометрия правильна только в определенных границах, что за пределами этих границ она неприемлема для истолкования физических явлений, что в ее рамки не укладывается все многообразие геометрических свойств объективно существующего трехмерного пространства.Умов дал высокую оценку научному подвигу Лобачевского,, назвав его великим русским ученым-геометром.
В неизданной работе "Накануне великого воспоминания" он бичевал царских "опекунов мысли", которые всячески преследовали гениального русского ученого, вели борьбу против его материалистических идей. В этой работе Умов с чувством национальной гордости писал: "Мы знаем из истории точных наук и естествознания, что все теории непрерывно изменяют
, свой облик благодаря тому, что их основы обогащаются новым рядом фактов; научное понимание постоянно перемещается из рубрики ложной в рубрику правдивую и наоборот. Но" вместе с этой сменой в науке накопляется обследование явлений, которое становится действительно ценным приобретением и составляет основу тех применений, которые облегчают и украшают жизнь человеческую... Нельзя вырезать из бумаги прямоугольный треугольник так, чтобы внутренние углы его, будучи приложены друг к другу, не уложили бы свои несоприкасающиеся стороны вдоль одной и той же прямой; однако великий русский геометр Лобачевский вообразил себе треугольники, не обладающие этим свойством, и построил нереальную (т. е. неэвклидову.- А. К.) геометрию, оказавшую великие услуги науке... Может быть, русский ум особенно склонен к такого рода идейным построениям" '.Представления Лобачевского о движении материи, пространстве и времени в новых исторических условиях творчески развил Умов. Еще в 70-90-х годах прошлого столетия он подверг глубокому пересмотру механику Ньютона и развил ряд прогрессивных идей, предвосхитивших теорию относительности. В противовес Маху, Пуанкаре и другим буржуазным физикам-идеалистам, он решительно отстаивал и развивал материалистический взгляд на движение, пространство и время. Умов выступил против божественного "первого толчка" Ньютона, против его антинаучных рассуждений о том, будто бог "установил пространство и продолжительность", будто "бог присутствует в пространстве, как свободном от тел, так и там, где тела присутствуют".
Умов отбросил ньютоновское положение о том, что пространство и время не связаны между собой и существуют независимо от движущейся материи. Свойства пространства, говорил он, определяются свойствами находящейся в нем материи. Обосновывая положение о тесной связи материи и пространства, он развивал дальше идеи Лобачевского о взаимосвязи геометрии и физики, геометрических и физических свойств пространства.
Еще в 1896 г. в своей речи "Значение Декарта в истории физических наук" Умов, исходя из своих представлений о промежуточной среде, доказал несостоятельность положения Ньютона о неизменности массы. В этой речи он говорил: "В глазах ньютонианца каждое тело имеет определенную неизменную массу, так как оно
рассматривается обособленным от промежуточной среды, от той скрытой материальной системы, которая его окружает. Ньютонианец смотрит на тело как на находящееся в абсолютной пустоте, а потому и масса этих тел представляет абсолютную, неизменную величину" '.В той же работе Умов за девять лет до появления теории относительности выдвинул положение о том, что законы механики неприменимы к объяснению быстрых движений, сравнимых со скоростью света. Мы не можем также утверждать, доказывал он, что аксиомы Ньютона сохранятся и в простом случае падения тел, если тела будут двигаться со скоростями, сравнимыми со скоростью света.
К этой мысли Умов возвращался неоднократно. В своей речи "Эволюция физических наук и ее идейное значение" (1913 г.) он, критикуя метафизическое положение ньютоновской физики о неизменности массы, говорил, что при существовании связи между материей и пустотой мы должны, хотя и по другим причинам, ожидать зависимости массы от скорости движения.
Свой взгляд на принцип относительности
2 Умов наиболее полно изложил в таких работах, как "Единообразный вывод .преобразований, совместных с принципом относительности", "Условия инвариантности уравнения волны", "Характерные черты и задачи современной естественно-научной мысли", а также в неопубликованном труде "Дальнейшее развитие принципа относительности". В этих и других своих произведениях он показал, что в конце XIX и начале XX в. были открыты новые формы движения материи, происходящие с огромной скоростью (например, электромагнитные процессы).Новейшие открытия физики, прежде всего появление электронной теории, убедительно показали, что такие свойства материи, как масса, инерция, непроницаемость и др., не являются неизменными, первоначальными, а присущи только некоторым ее состояниям. Исходя из электронной теории материи, Лоренц, Ланжевен, Умов, Лебедев и другие физики доказали, что масса электрона является функцией движения, "меняется с его быстротой".
В 1904 г. Лоренц показал, что при больших скоростях не только изменяется масса электрона, но и его размеры сокращаются в направлении движения, а также изменяются силы между частицами вещества. Из уравнений электронной теории Лоренц вывел свои преобразования, лежащие в основе теории относительности.
Сущность теории относительности Умов наиболее полно раскрывает в своей речи "Характерные черты и задачи современной естественно-научной мысли", произнесенной в 1911 г. на II Менделеевском съезде. Наша земля, говорил он, движется вокруг солнца со скоростью около 30 км в секунду и одновременно участвует в общем движении нашей планетной системы по направлению к созвездию Геркулеса со скоростью около 20 км в секунду. На основании теорий классической механики ожидалось, что световое, т. е. электромагнитное явление должно протекать иначе в направлении движения земли и в направлении, к нему перпендикулярном. Опыты Майкельсона и Морлея дали ответ отрицательный. "Ни одна теория,- писал Умов,- не объяснила этого факта: только Гендрик Антон Лоренц согласовал его со своей электромагнитной теорией - допущением, предложенным Фитцджеральдом, что тела укорачиваются в направлении своего движения. Такое сокращение составляет одну двухсотмишлионную долю размера тела. Сокращением инструмента, служившего наблюдению, в направлении движения земли, объяснялась одинаковость его показаний в этом направлении и в перпендикулярном" '. Он подчеркивал, что выводы, к которым пришел Лоренц при исследовании электрооптических явлений, послужили непосредственным толчком к провозглашению принципа относительности Эйнштейна. Этот принцип, по Умову, гласит: "законы явлений в системе тел для наблюдателя, с нею связанного, представляются одинаковыми, будет ли система оставаться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно. Отсюда следует, что наблюдатель помощью явлений, происходящих в системах тел, с которыми он связан, не может обнаружить, имеет ли эта система равномерное поступательное движение, или не имеет. Так мы ни из одного явления, происходящего на земле, не можем обнаружить ее поступательного движения в пространстве"
1. При этом Умов отмечал, что этот принцип основан на строго научном опыте в чисто физической области.В своих работах Умов показал, что теория относительности имеет большое значение для познания природы движения материи, происходящего со скоростью, близкой к скорости света.
Появление теории относительности, говорил он, вскрыло ограниченность представлений классической физики, неприменимость их в электродинамике.
Одно из представлений теории относительности Умов иллюстрирует на таком наглядном примере. Представим себе, говорил он, что фабричное здание понеслось в быстром равномерном поступательном движении. Для инженера, находящегося в этом здании, все происходит попрежнему, по законам классической механики. Для инженера же, оставшегося на земле, картина в направлении движения изменится: колеса станут эллиптическими, а не круглыми, оси будут стоять косо, а не перпендикулярно, скорости вместо постоянных будут переменными и т. д. Вот здесь, отмечал Умов, на помощь нам приходят лоренцовы преобразования. "Инженер покоящийся делает предположение, что для инженера движущегося все фабричные движения связаны уравнениями классической механики. Переделывая их, пользуясь указанным преобразованием (преобразованием Лоренца.- А. К-), покоящийся инженер устанавливает формулы, связывающие наблюдаемые явления, но совсем не похожие на формулы классической механики; в них длины, время, массы, силы, скорости оказываются зависящими от отношения скорости движения фабрики к скорости света"
2. Миры природы, заключает Умов, суть "миры относительностей, находящихся в такой взаимной гармонии, что из них мы почерпаем представления об абсолютных законах природы"3.Характерно, что мысли Умова перекликаются с мыслями выдающегося французского физика-материалиста Поля Лан-жевена. В своей статье "Историческое развитие принципа относительности" (1920 г.) Ланжевен писал, что из преобразований Лоренца вытекает "глубокая разница между рациональной механикой и электромагнитной теорией, указывающая на невозможность механического объяснения электромагнитных и оптических явлений"
4.В своих работах, посвященных принципу относительности" Умов главное внимание уделяет трактовке преобразований: Лоренца, которые, как известно, лежат в основе этого принципа. Отмечая положительную роль Лоренца, он вместе с тем указывает и на некоторую произвольность, искусственность тех допущений, которые делаются им при выводе. Сам Умов разработал интересный метод получения лоренцовых преобразований. В работе "Единообразный вывод преобразований, совместных с принципом относительности" Умов установил общие отношения между двумя системами пространственно-временных переменных х, у, г, I и х', у', г', I', обусловливающие инвариантность уравнения волны при преобразовании одной системы в другую. Представим себе в простанстве два мира, находящихся в каком-нибудь кинематическом отношении друг к другу. Миры называются эквивалентными, если явления одного и того же рода следуют в обоих мирах одним и тем же законам. Две точки этих миров, в которых рассматриваемое явление происходит одинаковым образом, Умов называет соответственными. Ученый поставил перед собой задачу разыскать уравнения, связывающие переменные пространства и времени соответственных точек.
Чтобы решить поставленную задачу, следует выбрать то явление природы, которое будет основным при исследовании. Из всех явлений природы Умов выбирает, ввиду его всеобщности, волнообразное движение. Пусть переменные пространства и времени, определяющие однозначным образом некоторую точку, будут для первого мира х, у, г, I, для второго'- х', у', г', I'. Умов полагает, что х, у, г представляют прямоугольные пространственные координаты, что же касается х', у', г'', то относительно их он "е делает наперед никаких ограничений. Рассматриваемое явление характеризуется некоторой функцией
$, которая, выраженная в первый раз. в х, у, г, I, во второй раз - в х', у', г', I', в двух физически изотропных и эквивалентных мирах должна удовлетворять одним и тем же по форме дифференциальным уравнениям: 2-го порядка с частными производными:
Коэффициент ш означает постоянную скорость распространения волн в обоих мирах. Эта скорость не должна непременно равняться скорости света.
Произведя соответствующие математические операции, Умов получил из этих уравнений свои дифференциальные уравнения, интегралы которых представляют описание преобразований, совместимых с принципом относительности.
В своих работах Умов проводит мысль о том, что в основе представлений современной ему физики лежит геометрия Лобачевского. В заключительной части работы "Единообразный вывод преобразований, совместных с принципом относительности" он делает следующее замечание:
"В то время как х, у, г означают прямоугольные и прямолинейные координаты, х', у', 2Г могут вообще оказаться криволинейными. Существо> которое бы жило в подобном мире и которое ввиду ограниченности своих ощущений могло бы измерять лишь бесконечно малые отрезки, считало бы подобные координаты прямолинейными" !.Заслуга Умова состоит в том, что он умел излагать труднейшие вопросы естествознания в популярной и доступной для широкого круга читателей форме. Даже такую сложную физическую теорию, какой является теория относительности, Умов сумел сделать достоянием научной общественности. В своей речи "Характерные черты и задачи современной естественнонаучной мысли", произнесенной в 1911 г. на II Менделеевском съезде, не прибегая к сложному математическому аппарату
, он дает следующее наглядное разъяснение существа теории относительности.Допустим, что зал, в котором мы находимся, начал равномерно и прямолинейно двигаться в пространстве со скоростью света. Пользуясь старой физикой, построим те явления, которые можно ожидать в нашем движущемся зале. Пусть мы расположены лицом в направлении, обратном направлению движения зала. Зажжем спичку. К нашему удивлению, мы не увидим пламени. Свет спички неизменно остается при пламени, потому что движется к нам с той же скоростью
, что и пламя, а потому он не может дойти до нашего глаза. Мы увидим -пламя свечи, если повернемся на 180°. Такое объяснение дает классическая механика явлениям, происходящим в зале, который движется со скоростью света.Другая картина, указывал Умов, представится с точки зрения принципа относительности. По Лоренцу, весь этот зал, со всеми здесь присутствующими, должен обратиться в тончайший блин с бесконечно большой массой. При этом Умов поясняет, что такое изменение размеров будет кажущимся для -сторонних наблюдателей, скажем,- для жителей земли, стоящих вне этого зала.
Согласно теории относительности, для наблюдателя, находящегося в зале, который движется со скоростью света, свет будет распространяться во все стороны с одинаковой скоростью и поэтому в данном случае неприменимы правила сложения скоростей классической механики. Истолковать эти явления, отмечает Умов, с точки зрения ньютоновской физики невозможно. Для наблюдателя земли часы, движущиеся вместе с
залом со скоростью света, будут представляться остановившимися.Таким образом, резюмирует ученый, время теряет тот абсолютный смысл, который приписывался ему ньютоновской физикой. "С уменьшением скорости движения зала время, на наш взгляд, начинает течь, и тем скорее, чем более эта скорость приближается к скорости движения земли. Темп процессов в движущемся теле от бесконечно медленного приближается к темпу процессов земли" '.
Умов следующим образом иллюстрирует картину мира, йоторая представляется с точки зрения специальной теории относительности. На ленте кинематографа изображены люди в разных позах, часы показывают различные фазы действия. Но пока лента стоит на месте, на экране нет ни движения, ни времени, ни действия. Это, говорит Умов, соответствует системе, движущейся со скоростью света.
Приведем ленту кинематографа в движение: картины на экране сменяются с определенной скоростью, и мы получаем впечатление жизни, действия. Люди двигаются, страдают, разыгрывается драма, часы идут. Но для нас темп этого действия, ход часов, быстрота поступков людей, а следовательно, и быстрота их суждений, зависит от скорости движения ленты. Но люди на ленте не замечают никакой перемены; они не могут определить, быстрее или медленнее текут явления. Кинематограф показывает нам чрезвычайно медленно развертывающуюся драму. Мы удивляемся, как слабы страсти у действующих лиц. Но они слабы для нас, для них они так же сильны, как наши. Утрачивается представление о времени, как о чем-то абсолютном, утрачивается представление об абсолютном темпе явлений природы.
На земле, движущейся с определенной скоростью, явления - это лента кинематографа, движущаяся с определенной скоростью; для другой планеты - другой кинематограф с другой скоростью. Благодаря небольшим скоростям наших планет по отношению к скорости света разница даваемых ими картин в пространстве ничтожна.
Для каждого движущегося тела существует свой кинематограф, его лента идет со своей скоростью. Явление, происходящее в каком-либо движущемся теле, будет происходить не так, как оно покажется наблюдателю со стороны. Искажение явления будет зависеть от отношения относительной скорости .движения к скорости света. Нужно уметь перечислять размеры, -скорости тел, замеченные одним наблюдателем, к размерам, скоростям тел, замеченным другим. Способ этого перечисления дают преобразования Лоренца. "Классическая механика,- говорит Умов,- не знающая пределов для скоростей движения материи, является той абстракцией, тем отвлечением, которое и в других областях уносит ум человека за пределы реальности. Не может быть более речи о механическом мировоззрении на прейших устоях. В новых воззрениях мир является, благодаря ограничению в своих скоростях, несравненно-более реальным, и познание,
уходя с поверхности вещей и явлений в их глубину, зовет нас к исканию основ реальной механики" '.Передовые ученые того времени дали высокую оценку работам Умова, посвященным истолкованию и дальнейшему развитию теории относительности. Великий русский ученый Н. Е. Жуковский в речи, произнесенной в 1915 г. по случаю смерти Умова, говорил: "Я окончу мою речь "Умов как математик", рассмотрев одну из его последних работ, имеющих глубокое математическое содержание. Эта работа относится "к данному им остроумному толкованию преобразования Лоренца, лежащего в основе принципа относительности. Работа называется "Условия инвариантности уравнения волны" и напечатана в 1912 г. в "Журнале физико-химического общества". Содержание ее было доложено в 1911 году на II Менделеевском съезде. По моему мнению, она является лучшим математическим толкованием принципа относительности. Подобно тому как неэвклидовская геометрия и геометрия многих измерений опираются на инвариантность обобщенного представления об элементе дуги, принцип относительности, по Умову, имеет свое математическое содержание в инвариантности волнового уравнения распространения света... Математический факультет предложил на Брашманскую премию будущего года тему "О принципе относительности". Было бы весьма желательно
, чтобы лица, взявшиеся за разработку этой темы, вникли в мысли покойного профессора. Я начал свою речь, заявив, что Н. А. Умов был в душе математическим физиком, Я думаю, что на основании сказанного могу еще прибавить, что он был математическим философом" 2.Работы Умова по теории относительности имели большое значение для развития материалистического направления а новой физике, для утверждения материалистического взгляда на движение, пространство и время. Они наносили сокрушительный удар по идеалистическим концепциям Маха, Пуанкаре, Эйнштейна, которые через релятивизм пришли'в болото идеализма, к отрицанию объективного характера материи, движения, пространства и времени.
Исходя из своей субъективно-идеалистической теории измерения, Эйнштейн растворяет свойства тел в их отношениях друг к другу, приходит к выводу, будто длина отрезков, длительность во времени, траектория и т. д. не существуют реально в мире. Изменчивость длины, длительности, массы и т. п. в зависимости от движения (при больших скоростях) Эйнштейн истолковывает идеалистически и пытается отрицать, их объективное существование. Игнорируя вопрос о причинной взаимозависимости и взаимосвязи явлений природы, физическую сторону дела, Эйнштейн приходит к реакционному выводу о "конечности" мира во времени и пространстве, о том, что борьба великого Коперника против обветшалой системы Птолемея была "бессмысленной", ибо для нас якобы безразлично, движется ли Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли и т. д.
В противовес идеалистам, Умов дал материалистическое истолкование теории относительности, построенное на твердом убеждении, что движение материи, пространство и время, траектория и т. д. существуют объективно. В отличие от Эйнштейна, он не игнорировал физическую сторону вопроса. Движение он рассматривал в связи с теми физическим * процессами, которые происходят в пространстве, в материальной среде.
Указывая на относительный характер движения, пространства и времени, Умов выступал против субъективистской трактовки пространства, времени, движения физическими идеалистами.
Умов указывал, что небывалые успехи естествознания и в особенности открытие электрона, электронной теории материи, теории квант и теории относительности в корне реформировали наше миропонимание, наши воззрения на физический мир. Новейшие открытия физики показали, что "невозможно изобразить мир механическими моделями". "К половине нашего столетия (т. е. XIX в.- А. К-) было воздвигнуто,- говорил Умов,- стройное и величественное здание классической физики... Нам, воспринявшим эти учения, казалось, что мы держим в руках узел понимания физического мира. Но к концу нашего века уверенность сменилась сомнениями, и ученым пришлось переживать все моменты расшатывания стройного здания и быть свидетелями его начинающейся перестройки" '.
В чем же конкретно выразилась, по Умову, эта коренная перестройка физических воззрений?
Умов в одной из своих работ, написанных в 1911 г., писал: "На близкой еще нам стадии своего развития физическое знание покоилось на следующих основных представлениях. Материя состоит из отдельных индивидов - атомов, размещаемых приблизительно в сотню групп, отличающихся друг от друга присущими им неизменными качествами, константами. Атомы просты, неизменяемы, неразрушимы, физически неделимы. Они обладают определенной массой и отделены друг от друга пустым пространством, словом, это - основные камни мироздания. Они взаимодействуют; причины этих действий неизвестны" 2.
Поразительные успехи физики поколебали представления старой физики о неизменяемости атома и все учение Ньютона о том, что мир состоит из непроницаемых, неизменных и инертных тел.
Излагая новые взгляды, Умов писал, что атомы, как и все остальное в мире, подчинены изменчивости, переменам, эволюции, что они оказываются разрушимыми и разложимыми. Изучение лучей, испускаемых радиоактивными веществами, неопровержимо доказало, что атом не есть нечто простое, что "атом есть сложная система множества движущихся частей"
3. Атомы радиоактивных веществ разлагаются и испускают при этом из себя поток троякого рода лучей: а, |3, у. Перед нами, пишет Умов, развернулась необычайная картина. Материя, так, как мы ее когда-то понимали, оказалась населенной неисчислимыми миллиардами малоизвестных, но чрезвычайно энергичных индивидов - электронов. Радиоактивные явления "ведут нас,- говорил он,- к перестройке нашего обычного-представления о материи" 4.Изучение электрических явлений изменило воззрения на массу, открыло особый род инертности. Электроны, или, как их называет Умов, "электрические индивиды", обладают массой, которая определяется по изменению направления их полета под действием электрических и магнитных сил. Объяснение инерции или массы электрических атомов (электронов) Умов находит в процессах электромагнитного поля. При движении наэлектризованного тела в окружающем его пространстве об-
наруживаются магнитные явления, обусловленные нарождением новых магнитных силовых линий, лежащих в плоскостях перпендикулярных к направлению движения.
В ряде своих работ Умов показал, что развитие термодинамики также подрывало механическое мировоззрение, что великие открытия новой физики привели к коренной перестройке наших представлений о строении материи. Раньше естествоиспытатели рассматривали материю как совокупность тел с неизменной массой, не связанной с промежуточной средой, пространством. В то время было широко распространено представление о том, что материя состоит из абсолютно неизменных атомов, обладающих неизменной массой и движущихся по законам ньютоновской механики. Новейшие открытия физики показали, утверждал он, что атомы разложимы и состоят из электрически заряженных материальных частиц, что масса электрона имеет электромагнитную природу, что она изменчива и ее величина зависит от скорости движения электрона в пространстве.
Умов сознавал, что открытия новой физики затрагивают вопросы теории познания. Начавшаяся критика принципов познания природы не была априорной, говорил он, а вынуждалась успехами экспериментальной науки.
Как уже отмечалось выше, из новейших открытий естествознания и той ломки, которая ими была обусловлена, махисты делали идеалистические выводы об исчезновении материи,. о крахе материализма и всего естествознания. С точки зрения, например, махиста Анри Пуанкаре, ломка старых принципов физики доказывает, что эти принципы есть не образ,. не снимок с материального мира, а продукт сознания. Пуанкаре прямо заявлял: "не природа дает (или навязывает) нам понятия пространства и времени, а мы даем их природе"; "все, что не есть мысль, есть чистейшее ничто". В годы столыпинской реакции в России эти реакционные выводы махрового идеалиста Пуанкаре широко пропагандировались махистами в целях борьбы против диалектического материализма,. в целях протаскивания поповщины и фидеизма в науку. В этот период с особой силой прозвучал смелый голос выдающегося русского физика-материалиста Умова, страстного поборника передового, материалистического естествознания, новатора науки.
В противоположность физикам-махистам, Умов материалистически истолковал новейшие открытия физики. Он резко-осуждал махистскую идейку о банкротстве, крахе науки. Такая нелепая мысль, говорил ученый, могла появиться только" у людей, не имеющих никакого отношения к передовой науке и полагающих, что физические теории дают конечные ответы на вопросы познания. Умов не раз заявлял, что "естествознание не ударит отбой". Настойчивое научное исследование, говорил он в 1911 г., расширило объем познаваемого мира.
Великие успехи естествознания, указывал Умов, откры--вают невиданные перспективы дальнейшего поступательного развития науки, познанию законов природы. Отстаивая материалистическую теорию познания, он настойчиво подчеркивал, что процесс познания является сложным, что познание предметов и явлений природы в каждую последующую эпоху становится более глубоким по сравнению с предыдущей эпохой. Умов показал, что нет раз навсегда данных конечных истин, что те или иные положения физики являются относительными, 'подвижными. "Люди, стоящие в стороне от научной работы, полагают,- писал он,- что научные модели дают конечные
ответы на вопросы познания... Опытные науки вводят нас в обширную мастерскую познания, в которой рядом с законченными вещами имеются и примерные чертежи, наброски, слепки предполагаемых произведений и ряд инструментов для их осуществления. Смешение всех этих вещей вызывает несбыточные надежды, а следующее затем разочарование приводит к мысли о банкротстве науки" ].В противоположность махистам, Умов доказывал, что вовейшие физические теории, так же как и теории старой физики, являются снимком, копией с внешнего мира. Правда, переворот в естественно-научных воззрениях, вызванный новейшими открытиями естествознания, Умов, как и многие современные ему физики-материалисты, образно, но неправильно, с точки зрения диалектического материализма, называл -"развенчиванием материи", "изгнанием материи", "исчезновением материи".
Подлинная сущность подобных рассуждений об исчезновении материи, о замене ее электричеством была раскрыта В. И. Лениным в произведении "Материализм и эмпириокритицизм". "Когда физики говорят: "материя исчезает", они хотят этим сказать,- писал В. И. Ленин,- что до сих пор -естествознание приводило все свои исследования физического мира к трем последним понятиям - материя, электричество, эфир; теперь же остаются только два последние, ибо материю удается свести к электричеству, атом удается объяснить как подобие бесконечно малой солнечной системы, внутри которой вокруг положительного электрона двигаются с определенной (и необъятно громадной...) быстротой отрицательные электроны. Вместо десятков элементов удается, следовательно, свести физический мир к двум или трем... Естествознание ведет, следовательно, к "единству материи"... - вот действительное содержание той фразы об исчезновении материи, о замене материи электричеством и т. д., которая сбивает с толку столь многих" '.
Именно в таком смысле говорил и Умов об исчезновении материи, о сведении ее к электричеству.
Употребляя такие гносеологически беспомощные выражения, как "материя исчезла", "материя заменена электричеством" и т. д., Умов, в противоположность физикам-махистам, нисколько не сомневался в объективном существовании природы, "электромагнитных индивидов", электромагнитного поля. На протяжении всей своей научной деятельности он неизменно придерживался материалистического взгляда на мир.
На место старой, механической картины мира Умов ставит новую, электрическую, электромагнитную. Обобщая новейшие открытия физики, он пришел к выводу, что "электрические индивиды" являются основными камнями мироздания, а электромагнитное поле - "его цементом". Заменяя старую, механическую теорию материи и картину мира новой, электромагнитной, говоря об электронах, положительных частицах, оД электромагнитном поле, Умов ни в малейшей степени не сомневался в их объективном существовании. Само выражение "материя исчезла" Умов употреблял только потому, что он отождествлял понятие массы, точнее, понятие механической массы, с понятием материи. Об исчезновении материи Умов всегда говорил не в смысле отрицания существования объективной реальности материи, т. е. не в махистском смысле, а в смысле замены механистического мировоззрения "электромагнитным".
Новейшие научные открытия с особой силой поставили перед физиками вопрос о соотношении абсолютной и относительной истин. Физики-махисты истолковывали относительность наших физических представлений как отрицание объективной реальности. Отрицая абсолютный характер старых физических принципов, махисты скатились к отрицанию всякой закономерности в природе, к идеалистическому
утверждению о том, будто бы законы природы суть продукты сознания.Умову были чужды эти идеалистические вымыслы. Он доказывал, что наука медленно движется по пути все более и более глубокого познания природы и ее закономерностей. Указывая на относительный, приблизительный характер человеческих знаний о природе, он отвергал тем самым метафизический взгляд на истину, как нечто законченное, готовое, раз навсегда данное.
При этом Умов правильно отмечал, что в ходе развития естествознания старые научные системы падают, но не исчезают бесследно. В противоположность махистам, Умов признавал существование объективной истины, которая, по его мнению, рождается "из непрерывного общения с природой".
Умов был противником застоя и рутины в науке. Исторический подход к вопросам познания природы позволил ему сравнительно легко преодолеть те трудности, перед которыми поставили физиков новейшие открытия естествознания.
В своих работах Умов иногда употреблял термин "символ", однако не в махистском смысле, не в смысле отрицания объективной реальности. Он называл "символами" электромагнитные явления (электрический заряд, электрические и магнитные силовые линии, электромагнитное поле), которые непосредственно недоступны для наших органов чувств, а также математические формулы, отображающие эти явления. Но, называя электромагнитные явления символами, Умов, в противовес физикам-махистам, не отрицал их объективного существования. Для него электромагнитные явления - это не продукт человеческого сознания, как утверждал, например, махист Пуанкаре, а объективно существующая реальность. Законы природы, которые Умов называл "символами", являются, по его мнению, не продуктом сознания, а копией, приблизительным снимком с природы. Он всегда подчеркивал эмпирическое происхождение символов. Так, говоря о познаваемости явлений жизни, ученый подчеркивал, что мы познаем их "через символы, создаваемые ощущениями тех органов чувств, которые возбуждаются только явлениями мертвой природы" '. Но тем не менее, употребляя термины "символ", "условный знак", Умов отдавал известную дань агностицизму, ибо, как говорил В. И. Ленин, знаки или символы вполне возможны по отношению к мнимым предметам.
Умов не был одинок в своей борьбе против физических идеалистов. Вместе с Умовым рука об руку шли Столетов, Лебедев, Менделеев, Попов, Тимирязев и другие русские ученые-материалисты.
Исследования Столетова подготовили открытия электрона, радиоактивных явлений, рентгеновых лучей, привели к необходимости введения в физику понятия квант света. Эти и другие великие открытия физики вызвали коренную ломку основных понятий науки, привели к кризису буржуазное естествознание. Столетов завещал Лебедеву и Умову всесторонне, исследовать явления газового разряда. Это завещание Столетова оказалось пророческим. Именно на этом пути физика в последующие годы достигла наиболее выдающихся успехов В новых условиях идеи Столетова дальше развили Умов, Лебедев, Попов, Вавилов, Рождественский и другие физики.
Последовательную борьбу за научно-материалистическое направление в развитии новой физики вел знаменитый русский физик, единомышленник Умова и Столетова П. Н. Лебедев.
Неопровержимо доказав существование светового давления, Лебедев тем самым отстоял материалистический взгляд на свет. Своими блестящими опытами он показал, что между светом и веществом нет непроходимой пропасти, что электромагнитные волны обладают массой, следовательно, и на них распространяется представление о дискретном строении материи. Эти положения сыграли большую роль в обосновании квантовой теории.
Доказав существование светового давления, Лебедев буквально "взвесил свет". Его опыты позволили установить связь между массой и энергией, играющую большую роль в современной физике. Именно работы Лебедева дали толчок к пересмотру и перестройке наших представлений о массе и энергии и их связи, лишний раз подтвердили точку зрения материализма о том, что мир по своей природе материален, что нет материи без движения, как и
нет движения без материи. Они нанесли прямой удар по физическому идеализму, по энергетике Оствальда.Много внимания разработке актуальных проблем новой физики, борьбе против физического идеализма уделял замечательный русский физик А. С. Попов. Он проделал целый ряд оригинальных опытов по исследованию природы рентгеновских, радиоактивных и икс-лучей, изобрел специальный аппарат для излучения рентгеновских лучей, при помощи которого было сделано просвечивание тела человека с целью обнаружения в нем ружейной дроби.
Попов дал высокую оценку замечательным исследованиям Столетова, Умова, Лебедева, предопределившим собой пути развития современной физики. Во всех своих исследованиях Попов последовательно отстаивал материализм, решительно отбрасывал различные выверты идеалистической философии Маха.
В развитии и утверждении материалистического направления в физике важную роль сыграли открытия Менделеева. Своим открытием периодического закона химических элементов Менделеев, как подчеркивал Умов, впервые неопровержимо доказал сложность строения атома, его изменяемость и тем самым опрокинул взгляды старой физики и химии о неделимости и неизменности атома. Умов считал Менделеева одним из основоположников новой физики.
Менделеев, Столетов, Попов, Лебедев внесли значительный вклад в разработку вопроса о строении материи, о природе элементарных частиц. Вместе с Умовым они единым фронтом выступали против физиков-идеалистов, которые из новых открытий делали идеалистические выводы, стремились протащить идеализм в естествознание.
Особенно глубокую критику идеалистической философии Маха, Оствальда, Петцольда, Пирсона дал К. А. Тимирязев. Он подметил родословную связь между учениями махистов и идеалистическими философствованиями английского епископа Беркли: "...Я полагаю,- писал Тимирязев,- всякому понятно влияние теолога Беркли на весь философский склад мышления Маха" '.
Тимирязев, как и Умов, доказывал, что выдающиеся открытия новой физики свидетельствуют не о банкротстве материалистической науки, а, напротив, с особой силой демонстрируют ее торжество. Тимирязев показал, что, воскрешая давно похороненный труп философии Беркли, Мах наносил огромный вред науке.
Умов был одним из активных участников борьбы за материалистическое направление в новой физике. Однако Умову, как и Столетову, Лебедеву, Тимирязеву и другим нашим естествоиспытателям, не удалось до конца разоблачить идеалистические взгляды физиков-махистов, раскрыть классовые и гносеологические корни физического идеализма. Эту задачу решил В И. Ленин в своей знаменитой книге "Материализм и эмпириокритицизм".
1
Н. А. У м о в. Собрание сочинений, т. III, стр. 263.1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 249.2
Умов, так же как и многие передовые физики того времени, призна вал существование эфира. Однако он избегал механических представлений об эфире, которые были широко распространены в физике второй половины XIX в. Следует отметить также то, что Умов редко пользовался понятием эфира, видимо предпочитая ему понятие промежуточной среды.1
Умов имеет в виду конечность скорости распространения электромагнитных действий.2
Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 100, л. 2.1
Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 100, л. 5 об.-6. 581
Архив АН СССР ф. 320, оп. 1, № 179, л. 38.2
Там же, л. 38-38 об.Архив АН СССР, ф. 320, оп. 1, № 163, л. 4 об.-5.
1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 117.2
Речь везде идет только о специальном принципе относительности; общий принцип относительности был установлен после смерти Умова.Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 407.
1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 407.2
Там же, стр. 412.3
Там же.4
П. Ланжевен. Избранные произведения. Гос. изд-во иностр л-ры, М., 1949, стр. 301.1
Н. А. Умов. Избранные сочинения, стр. 499. Л 061
Н. А. У м о в. Собрание сочинений, т. III, стр. 410.1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 413.2
Н. Е. Жуковский. Николай Алексеевич Умов, как математик. "Протоколы заседаний Московского общества испытателей природы", т. 29, 1915, стр. 53-55.1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 165-166.2
Там же, стр. 392.3
Там же, стр. 272.4
Там же, стр. 224.1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 228. 1121
В. И. Ленин, Сочинения, т. 14, стр. 247.1
Н. А. Умов. Собрание сочинений, т. III, стр. 606. 1141
К. А. Тимирязев. Сочинения, т. IX, Сельхозгиз, 1939, стр. 131.
Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.
В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.
Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
