Краткая история науки - Уильям Байнум

Фарадей пришел к идее «поля», пытаясь объяснить, почему электричество и магнетизм обладают такими удивительными свойствами. Поля (пространства влияния) использовались учеными и ранее, когда они выдвигали гипотезы по поводу разных химических реакций, электричества, магнетизма, света и гравитации. Подобные явления имеют место, как они думали, в особом пространстве, или поле, точно так же как в определенные игры можно играть только на специальной доске или площадке.

Фарадей сделал эту идею центральной в своих гипотезах, касающихся электричества и магнетизма. Он утверждал, что куда важнее определить область воздействия некоего феномена, чем беспокоиться слишком сильно по поводу того, что такое на самом деле свет, электричество или магнетизм.

Ну и сила электрического поля может быть показана в экспериментах.

Фарадей не мог поверить, что нечто вроде гравитации в состоянии распространять свое воздействие через вакуум, так что он предполагал – такая вещь, как абсолютная пустота, невозможна. Следовательно, доказывал он, космос наполнен очень тонкой субстанцией, именуемой «эфир».

Гипотеза эфира (ничего общего не имеющего с анестезирующим газом того же имени) дала ученым возможность объяснить многие вещи посредством прямого воздействия. Например, «поля» Фарадея вокруг электрических проводников или магнитов могли быть результатом того, что ток или магнит активизируют очень тонкую материю, из которой состоит эфир. Гравитацию тоже было легче понять как возмущение эфира, иначе она выглядела странной оккультной силой наподобие тех магических воздействий, с которыми имели дело алхимики древности и в которые не мог верить современный ученый вроде Фарадея.

«Эфир» не является чем-то таким, что можно увидеть или потрогать, но физики верили, что он объясняет результаты их экспериментов. В Британии эта концепция использовалась до начала двадцатого века, когда опыты продемонстрировали, что ничего подобного на самом деле не существует.

Но большинство других идей Фарадея оказались много более полезными, ученые более позднего времени развили их и обеспечили электричество, магнетизм и многие другие феномены настоящим математическим описанием. Бывший переплетчик стал последним великим деятелем в истории естественных наук, не использовавшим математики.

Человеком, который надежно зафиксировал наследие Фарадея, стал Джеймс Клерк Максвелл (1831-79), первый из нового поколения математически подкованных экспериментаторов. О нем часто говорят с тем же восхищенным придыханием, как о Ньютоне или об Эйнштейне, и не зря – он был одним из самых креативных физиков всех времен.

Максвелл родился в Эдинбурге, получил там образование, а затем перебрался в Кембридж. Он ненадолго вернулся в Шотландию, где преподавал, но в I860 году устроился на работу в Кингс-колледж (Лондон), где и провел наиболее продуктивные годы.

Еще ранее он описал кольца планеты Сатурн, в Лондоне он занялся теорией цвета и сделал первую цветную фотографию. Максвелл всегда интересовался электричеством и магнетизмом и связывал эти феномены вместе: после его работ физики смогли использовать математику для описания электромагнетизма.

Максвелл обеспечил математические инструменты и уравнения для описания поля Фарадея. Его расчеты показали, что электромагнитная сила – это волна, и это оказалось одним из самых важных открытий в физике. Эта волна путешествует со скоростью света, и мы сейчас знаем, что свет и энергия от солнца приходят к нам в виде электромагнитных волн.

Таким образом. Максвелл предсказал существование разнообразных волн, о которых мы знаем: радиоволны, что делают возможным радиовещание, микроволны используются в микроволновых печках, ультрафиолетовые и инфракрасные находятся за пределами нашего поля зрения, и там же существуют рентгеновские или гамма-волны (они же лучи). Все эти волны не являются частью повседневной жизни, мы не воспринимаем их непосредственно. Ничего удивительного, что большинство этих форм энергии еще не были открыты, когда Максвелл заявил о возможности их существования, и поэтому на то, чтобы понять всю гениальность его догадок, понадобилось время.

Его «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873), по всей вероятности, самая важная работа по физике, появившаяся между «Началами» Ньютона и трудами двадцатого века.

Ко времени написания этой книги Максвелл перебрался в Кембридж, где организовал Кавендишскую лабораторию, где впоследствии были проведены многие важнейшие изыскания. Сам он умер молодым, в возрасте сорока восьми лет, но до этого успел провести фундаментальное исследование в области физики газов, используя в процессе методы математической статистики. Они позволили описать, как ведут себя большие количества атомов в газообразной субстанции, когда каждый движется в слегка отличном направлении и с отличающимися скоростями, и все это при различных температурах и давлении.

Максвелл создал математический аппарат, позволивший объяснить то, что Роберт Бойль и Роберт Гук наблюдали много лет назад. Он предложил базовую концепцию «механизмов обратной связи»: процессов, которые идут по петле, мы называем их «регуляторами». Эти механизмы имеют большое значение в технике, в исследованиях двадцатого века, посвященных искусственному интеллекту, и в компьютерной отрасли.

Нечто подобное происходит в наших телах, например, когда нам жарко, тело это ощущает, и мы потеем, затем пот охлаждает тело и испаряется. Или, если нам холодно, мы начинаем дрожать, и сокращения наших мускулов, воспринимаемые как дрожь, позволяют выделять тепло, и оно нас согревает. Эти механизмы обратной связи помогают нам поддерживать постоянную температуру тела.

Максвелл имел тонкое чувство юмора, был глубоко религиозен и всю жизнь находился под большим влиянием жены. Во время званых ужинов она имела обыкновение говорить: «Джеймс, ты начинаешь хорошо проводить время, самое время отправиться домой». К счастью, она не препятствовала его занятиям в лаборатории.

Когда я был очень мал, то испытывал затруднения, пытаясь объяснить разницу между динозаврами и драконами. На картинках они часто выглядят похожими – огромные зубы, могучие челюсти, чешуйчатая кожа и злобные глаза, и их часто изображают в процессе нападения на других созданий.

И те и другие относятся к существам, от которых лучше держаться подальше.

Но тем не менее между драконами и динозаврами есть одно значимое отличие. Драконы появляются в мифах древних греков, в легендах о короле Артуре и его рыцарях, на представлениях в честь китайского нового года и во многих художественных произведениях. Но даже если их сила такова, что они до сих пор проникают в новые истории, они не более чем продукт человеческого воображения.

Драконы никогда не существовали.

Но динозавры, наоборот, ходили по земле в глубокой древности, когда еще не было людей. Они процветали около 200 миллионов лет назад, и мы знаем о них благодаря костям, что сохранились до наших дней в виде окаменелостей. Открытие этих костей, случившееся в начале девятнадцатого века, произвело настоящий переворот в науке. Поначалу геологи, а затем и простые люди начали понимать, что Земля намного древнее, чем думали ранее.