ИСТОРИЯ ФИЗИКИ - Макс Лауэ

Перевод с немецкого Т. Н. Горнштейн

Под редакцией и со статьей И. В. КУЗНЕЦОВА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТЕХНИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, МОСКВА 1956

ПРЕДИСЛОВИЕ

Эту «Историю физики» я писал по приглашению проф. Ротхаккера для «Истории наук»; ее объем поэтому был заранее ограничен. Подробное изложение дано Э. Хоппе в «Handbuch der Physik» (1926) и в трехтомном сочинении Ф. Розенбергера (1882-1890). Но написанная мной небольшая книга занимается больше современностью; особое значение придается развитию физики за последние сто лет.

Мой верный друг д-р Арнольд Берлинер, основатель и в течение долгого времени редактор журнала «Naturwissenschaften», значительно способствовал моему решению предпринять такую, несколько необычную для меня, работу. Он часто настаивал на необходимости переработать историю физики под современным углом зрения. Этот взгляд человека, наделенного таким тонким и верным чутьем в отношении духовных потребностей человечества, постоянно руководил мною во время этой работы. Берлинер в 1942 г. кончил жизнь самоубийством из-за антисемитских преследований. Посвящаю эту книжку его памяти.

Геттинген, март 1947.

К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ

Мои лекции по истории физики в Университете привели к ряду дополнений, которые относятся преимущественно к более отдаленному прошлому. Менее значительные изменения произведены также в других разделах. План всей работы остался прежним.

М. Лауэ, Геттинген, январь 1950.

ВВЕДЕНИЕ

История может быть написана с различных точек зрения при полном сохранении достоверности; оправданной является любая точка зрения, исходя из которой историк может открыть что-либо исторически интересное. История науки также допускает различные точки зрения. Эта книга занимается возникновением и изменением некоторых идей и знаний, важных для современной физики. Подобно тому, как история политики не затрагивает текущей политики, так же и история науки доходит только до тех проблем, которые в настоящее время еще не могут быть признаны решенными.

Мы не будем также заниматься слишком далеким прошлым. Конечно, уже у шумеров, вавилонян и египтян по отдельным вопросам физики были ценные знания, которые, однако, производят впечатление чего-то случайного, несистематического, непродуманного. Из тех областей знания, которыми мы здесь занимаемся, собственно только статика, часть механики, начала развиваться еще в греко-римской древности. Из некоторых дошедших до нас высказываний Платона (427-347 до н. э.) мы узнаем о совершенном пренебрежении ко всякому эмпирическому исследованию. Любые попытки «осквернить» возвышенную науку - математику - применением ее за пределами области чистых идей встречали резкое порицание. Именно с этим связано то, что Аристотель (384-322 до н. э.) в своей величественной системе науки дал в области естествознания логический или чаще только софистический анализ понятий, довольно некритически выведенных из поверхностно установленных фактов. Даже такой гений, как Архимед, не имел значительного влияния. Мы не знаем систематического исследования природы ни в древности, ни в средние века.

Первым признаком нового духа исследования являются великие путешествия в конце XV века. Прежде всего отметим открытие в 1492 г. Америки Христофором Колумбом (1446-1506). Этот герой не только знал об открытой уже Эратосфеном (275-194 до н.э.) шарообразности Земли, но был также первым человеком, твердо в это верившим; на этом основании он и совершил свое предприятие, казавшееся многим современникам безумным. Но еще в XVI столетии, когда с большим успехом усваивали путем переводов и комментариев науку древних, великий подвиг Коперника (1473-1543), выходящий за пределы этой науки, привлек очень мало внимания, не вызвав ни сочувствия, ни критики. Лишь с начала XVII столетия расширяется круг людей, интересующихся естествознанием, настолько, что можно говорить о непрерывно прогрессирующем исследовании. Оно стало особенно бурно развиваться благодаря появившемуся тогда у всех исследователей стремлению обосновывать науку не на спекулятивных методах и традиции, а на наблюдении, больше того - на планомерно проводимых опытах. Это совершенно новое направление представлялось тогда, и еще теперь многим представляется, резким разрывом с прошлым. Так ли это было в действительности? В эпоху античной культуры греческие драматурги проповедовали подчинение индивидуума закону вещей; математики ввели этот принцип в свою науку; новая установка в естествознании явилась только логически последовательным распространением этого принципа на ту область, в которую древние едва только вступили. В 1600 г. вдруг появились два основных средства наблюдения: микроскоп и подзорная труба, и мы не знаем, кто, собственно, их изобрел. Галилей, который, в отличие от Коперника, писал для всех, а не только для ученых («математиков», как он их называл), имел многочисленных учеников и последователей. Лишь в это время система Коперника проникла в общее сознание и со всей остротой поднялся знаменитый спор об ее признании. Этот спор, по крайней мере на заднем плане, уже играл роль при осуждении Джордано Бруно (1600); ведь учение о бесконечности пространства и множества миров, которое в приговоре объявлялось одной из его ересей, было, по существу, расширением системы Коперника. Но ни эта смертная казнь, ни отлучение от церкви, на которое в 1633 г. инквизиция осудила Галилея и вообще коперниканцев, не оказали большого влияния. Наконец в начале XIX столетия отлучение в любой форме было снято.

В XVIII и XIX столетиях политические и церковные силы не пытались больше совершать подобное вмешательство в физику; то, из-за чего Лавуазье в 1794 г. кончил жизнь на гильотине, не имеет ничего общего с наукой. Это вмешательство возобновилось лишь во времена Гитлера, в сферу внимания которого попала прежде всего теория относительности. Но и это миновало. В основном физика могла спокойно развиваться по собственным законам*). Она не оставалась при этом чуждой жизни. Оказывая непосредственное влияние своими техническими применениями, она не менее сильно влияла на жизнь как отдельных людей, так и народов своими идеями, в силу чего политическая история также не может быть понята без этих влияний. Одной из попутных целей нашего изложения будет доказательство того, как глубоко проникла мыслительная работа физиков за три или три с половиной столетия в духовное формирование современных людей.

*) Само собой разумеется, что личные судьбы представителей физики переплетались с политическими событиями их времени, но это относится уже к другой странице истории.

Если церковь в общем воздерживалась от вмешательства, то все же на деятельность физиков всегда влияли их религиозные взгляды, правда, часто не идентичные с официальным учением церкви, а скорее философски обоснованные. Это выражено у Кеплера, Декарта, Лейбница, Ньютона, это играет роль в принципе наименьшего действия в XVIII столетии. С тех пор как философия Канта объявила полную независимость научного познания от религиозной веры, больше об этом в сочинениях по физике, пожалуй, ничего не найдется. Отсюда никоим образом не следует, что склонность к исследованию у позже живших естествоиспытателей не была связана с их религиозностью. Положение о том, что научное переживание истины есть в каком-то смысле «видение бога», высказывалось искренно даже лучшими из них. Стремление к познанию независимо от его применимости, его пользы, является «основной чертой человека в течение тысячелетий, признаком его высшего происхождения» *).

*)К Jaspers, Die Idee der Universitat, Berlin, 1946.

Физика всегда имела тесный контакт с соседними науками: астрономией, химией, минералогией. Границы между этими науками определяются только довольно внешними различиями, прежде всего различием аппарата, и поэтому они часто перемещаются. В XVII столетии, а также позднее физик, химик и астроном нередко объединялись в одном лице. Роберт Бойль (1627-1691) и Эдм Мариотт (1620-1684), о которых мы будем говорить позднее, были прежде всего химиками; то же относится к Генри Кавендишу (1731 - 1810), Антуану Лорану Лавуазье (1743-1794) и Гемфри Дэви (1778-1829). В создании понятия атома физика и химия участвовали в равной мере. В конце XIX столетия, благодаря исследованиям Сванте Аррениуса (1859-1927), Якоба Вант-Гоффа (1852-1911), Вильгельма Оствальда (1853-1932) и Вальтера Нернста (1864-1941), возникла как отдельная наука физическая химия. В XX столетии физики после долгого перерыва начали опять интересоваться теорией кристаллов, которая до тех пор была в ведении минералогов.

Еще теснее связь между физикой и математикой. Математика стала интеллектуальным орудием физика; только она дает возможность тачного научного выражения познанных законов природы и их применения к сложным процессам. Логарифмы, например, которые вскоре после 1600 г. были открыты Иобстом Бюрги (1552-1632) и независимо от него бароном Джоном Непером (1550-1617) и Генри Бриггсом (1556-1630), были впервые применены в астрономических вычислениях Кеплера. Последующие успехи физики, а именно в механике, были теснейшим образом связаны с одновременными успехами в математике (глава 2). И наоборот, часто постановка физических вопросов обусловливала прогресс математики.