Макс Лауэ - ИСТОРИЯ ФИЗИКИ Страница 14

внутреннее поле посредством теории квант к «спину» электронов. Тем самым магнетизм подобно электричеству был сведен к первоначальным свойствам элементарных частиц (гл. 14).

От этой теории до количественного понимания свойств ферромагнетиков путь, конечно, далекий и он еще не вполне проложен. Среди многих обстоятельств при этом играют роль, например, кристаллическая структура, упругие напряжения и примеси.

Как показал Дебай в 1912 г., теория магнетизма Ланжевена без всяких оговорок может быть применена к объяснению зависимости от температуры электрической восприимчивости жидкостей и газов, молекулы которых обладают постоянным электрическим моментом; электрическая восприимчивость также уменьшается обратно пропорционально абсолютной температуре.

ГЛАВА 6

СИСТЕМА ОТСЧЕТА В ФИЗИКЕ

Проблема, указанная в этом заглавии, уходит своими корнями в греческую древность. Она прошла три стадии развития: геометрическую, простиравшуюся до XVII столетия; динамическую, которая после победы волновой теории света (около 1800 г.) распространилась на всю физику, и, наконец, эпоху теории относительности Эйнштейна, начавшуюся в 1905 г.

В геометрическую эпоху вопрос о системе отсчета был непосредственно связан с вопросом о положении и движении тела. С самого начала было ясно, что оба эти понятия без задания чего-то, по отношению к чему они могут быть определены, теряют смысл. Аристотель (384-322 до н. э.) и вслед за ним вся схоластика относили положение тела к окружающей его материальной субстанции. Шел спор о том, касается ли эта субстанция тел непосредственно или допустимы конечные расстояния. При таком толковании были неразрешимы спорные вопросы, как, например, движется ли при наличии ветра корабль, стоящий на якоре, поскольку вода и воздух вблизи него постоянно обновляются, или же он покоится, так как с берега движение не констатируется. Более важным для физики было то, что согласно воззрениям Клавдия Птоломея (он жил во II столетии н. э. в Александрии) сфера неподвижных звезд, как наиболее отдаленная от окружающих Землю сфер, вообще не имеет положения. За ней нет ничего, что ее окружало бы, нет даже

пространства. Несмотря на это, она должна была, согласно учению Птоломея, иметь движение, а именно суточное вращение вокруг Земли.

Этой непоследовательности не избежал Николай Коперник (1473-1543) при обосновании системы, названной его именем. Когда он приписал покой сфере неподвижных звезд, а Земле, напротив, суточное вращение вокруг ее оси, то это было только логическим улучшением традиционного воззрения. Коперник еще придерживался взгляда, который нам так трудно понять, что за сферой неподвижных звезд ничего нет. От этого взгляда освободился лишь сильный противник Аристотеля - Джордано Бруно (род. в 1548 г.), который в 1600 г. был подвергнут в Риме сожжению за учение о бесконечном множестве миров, за свое выступление в пользу Коперника и т. п. «ереси». Кеплер не решился присоединиться к этому смелому и все же неизбежному дополнению системы Коперника.

При дальнейшем обосновании гелиоцентрической системы Коперник руководился своего рода телеологической точкой зрения простоты природы. «Природа не делает ничего лишнего или напрасного», - говорили еще греки. Коперник считал, что проще объяснить движение планет на небесном своде собственным движением Земли, т. е. движением одного тела вокруг Солнца, чем описанными Птоломеем сложными вращательными движениями всех планет. Как ни импонирует нам эта мысль теперь, но невозможно было дать причинное обоснование при тогдашнем состоянии физики.

Вполне понятно, что требование простоты, больше апеллирующее к чувству, чем к критическому разуму, не смогло убедить многих современников и потомков Коперника. Кроме того, представление о том, что все человечество находится в постоянном круговороте, не замечая этого, вовсе не было простым и к тому же в то время физически не было обосновано. Нельзя поэтому считать ни отсталостью, ни трусостью то, что

издатель великого труда Коперника «De revolutioni-bus» *) нюрнбергский ученый Осиандер, наблюдавший за печатанием книги вместо автора, охарактеризовал в предисловии систему Коперника как простую «гипотезу», оправданную благодаря своему соответствию с наблюдениями, но не являющуюся на этом основании истинной.

Страстная борьба, которая развернулась вокруг этой системы, меньше всего связана с недостаточностью причинного физического обоснования ее, как это было всегда в «геометрическую» эпоху. Надо добавить к этому, что представители церкви, как католической, так и протестантской, например доктор Мартин Лютер, не признавали движение Земли как противоречащее библии. Они повторяли при этом, собственно, только те обвинения, из-за которых уже в III столетии до н. э. пострадал, как «безбожник», Аристарх из Самоса, первый защитник подобной системы. Очень характерен факт, что от Аристарха до Эйнштейна ни одна физическая теория не смогла так всколыхнуть широкие круги общественности, как теория, касавшаяся привычных взглядов на пространство и время. Осуждение Галилея также относилось не к геометрическим основам системы Коперника и не к галилеевским астрономическим открытиям, а к «Диалогам о двух главных системах мира», в которых подробно и иногда остроумно опровергались динамические аргументы против движения Земли.

Коперник сам не принимал участия в борьбе вокруг его системы. Он воздерживался до 1543 г. от опубликования начатой еще в 1507 г. книги. Только на смертном одре он увидел некоторые части ее в печати. Но намного раньше, вероятно в 1514 г., он послал своим друзьям нечто вроде предварительного резюме сочинения, позднее названного «Commentariolus». Около 1880 г. оно появилось в Венской библиотеке

*) В названии «De revolutionibus orbium coelestium» оба последних слова являются дополнением издателя.

после долгого забвения. Оттуда мы берем следующие предложения *).

1) Нет одного общего центра для всех небесных орбит или сфер.

2) Центр Земли не есть центр мира, а только центр тяжести и центр орбиты Луны.

3) Все орбиты окружают Солнце, как будто оно находится в их центре; поэтому центр мира лежит вблизи Солнца.

Очевидно, для того, чтобы избежать возражения, что в течение года должен меняться вид неба неподвижных звезд вследствие вращения Земли, дальше следует:

4) Отношение расстояния между Солнцем и Землей к высоте неба неподвижных звезд гораздо меньше, чем отношение радиуса Земли к ее расстоянию от Солнца. Это расстояние незначительно по сравнению с высотой неба неподвижных звезд.

5) Все движения, которые констатируются в небе, не существуют реально, а только представляются таковыми с Земли. Земля с принадлежащими ей элементами совершает суточное вращение вокруг ее неподвижных полюсов. При этом небо неподвижных звезд, как наиболее удаленное, остается неподвижным.

6) Видимое движение Солнца не присуще ему самому, а является следствием вращения Земли по ее орбите вокруг Солнца, как это свойственно всем планетам. Итак, Земля подвержена многим движениям.

7) То, что кажется у блуждающих звезд движением взад и вперед, не является на самом деле таковым, но связано с движением Земли. Последнее само по себе является достаточным для объяснения многочисленных и многообразных явлений, которые наблюдаются на небе.

Все это кажется нам вполне ясным и недвусмысленным. И все же подобная система представляла для

*) Цитируется по немецкому переводу д-ра Ф. Россмана, Naturwissenschaften 34, 65, 1947.

Коперника еще большие трудности. Как иначе можно объяснить, что он впоследствии приписал Земле, кроме ее суточного и годового движения, еще третье движение, при котором земная ось изменяет свое положение по отношению к Солнцу в течение года, что дает возможность объяснить изменение времен года? Однако достаточно того, что ось Земли сохраняет свое положение по отношению к небу неподвижных звезд (если применять терминологию Коперника)! Это заблуждение несколько напоминает поднявшийся во времена Ньютона спор о том, имеет ли собственное вращение Луна, поскольку мы всегда видим только одну ее сторону. Те, которые не могли вполне освободиться от геоцентрической точки зрения, отрицали это вращение. А у Коперника, вероятно, играло аналогичную роль определенное предпочтение в отношении Солнца.

Как бы то ни было, мы обязаны Копернику указанием на систему отсчета, начало которой находится в центре тяжести нашей солнечной системы, а оси ориентированы по небу неподвижных звезд. Физика относит к этой системе отсчета каждое место и каждое движение, если не даны дальнейшие уточнения. Три координаты, которыми определяется точка, согласно аналитической геометрии Декарта (1596-1650) тоже относятся к этой системе во всех случаях, когда нет дополнительных определений. Без Коперника не были бы установлены законы Кеплера и теория тяготения. Можно согласиться с тем, что его обоснование теории несовершенно, но не может только что родившаяся наука быть хорошо обоснованной. И величие ее основателей обнаруживается как раз в том, что они интуитивно уловили истину.