Его ученик Анаксимандр (610–546 гг. до нашей эры) ввел в философию понятие «апейрона» – единой вечной и неопределенной материи, из которой рождается все. Анаксимен (585–525 гг. до н. э.), ученик Анаксимандра, этим первоначалом считал газ (воздух) и утверждал, что все вещи образуются за счет его сгущения и разрежения.
Великий древнегреческий философ Демокрит, которого мы считаем основоположником атомизма, в свою очередь утверждал, что все вещества состоят из атомов. И что интересно, атом Демокрита состоит из частей, которые называются «амеры».
Правда, Демокрит подчеркивал, что атомы, как элементы вещества, физически неделимы, не разрезаемы в силу своей плотности и отсутствия в них пустоты. По его мнению, атомы наделены многими свойствами тел видимого мира, как то: изогнутостью, крючковатостью, пирамидальностью и т. д. В своем бесконечном разнообразии как по форме, так и по размерам атомы образуют все содержимое реального мира. Но, что самое интересное, в основе этих различающихся по форме и размерам атомов лежат истинно неделимые амеры, «лишенные частей».
Позднее подобный подход к атому разделил Эпикур, только вместо термина «амер» он использовал термин «элемент».
Амеры (по Демокриту) или элементы (по Эпикуру), являясь частями атома, по своим свойствам отличаются от атома прежде всего тем, что им не присуща тяжесть, которой обладает атом. Сегодня бы сказали, что амеры не обладают массой.
Вся совокупность амеров, перемещающихся в пустоте и соударяющихся друг с другом, является общемировой средой, или, по выражению Анаксимандра, апейроном. Позднее древнегреческий философ Аристотель назвал среду, находящуюся между частицами тел (между молекулами и атомами) и пронизывающую безграничное пространство Вселенной, эфиром.
Античность завещала свой эфир средним векам, и в европейской науке эфир рассматривался как пятая стихия (Земля, Вода, Воздух, Огонь и Эфир).
Ученые XVIII–XIX веков, принявшие положение об эфире как мировой среде, с самого начала оказались в трудном положении. В отличие от античных философов и средневековых схоластов, они были представителями новой науки, опирающейся на громогласно провозглашенный Фрэнсисом Бэконом принцип экспериментальной проверки теоретических положений.
Им пришлось затратить огромное количество усилий, пытаясь понять, что это за среда – эфир, который так им всем необходим. Ведь под понятие «эфир» подводилось все, что, как теперь известно, вызывается гравитационными и электромагнитными силами. Но поскольку другие фундаментальные силы мира до возникновения атомной физики практически не изучались, то с помощью эфира брались объяснять любые явления и любой процесс. Ответы на все загадки пытались найти в эфире.
Ученым нужно было экспериментально доказать существование эфира или отвергнуть его. Доказать они не могли, но и отвергнуть не решались, ибо нечем было заменить эфир. Не пустотой же, через которую не могут передаваться никакие взаимодействия. Например, взаимодействие между Луной и Землей.
Особенно возрос интерес к эфиру после открытия электромагнитного поля.
Полюшко-поле
Огромный вклад в развитие электродинамики внес английский ученый, величайший экспериментатор Майкл Фарадей – творец общего учения об электромагнитных явлениях, в котором все электрические и магнитные процессы рассматриваются с единой точки зрения. Когда Фарадей поднес к медной катушке магнит и вызвал в ней электрический ток, преобразовав таким образом механическую работу в электрическую энергию, наука оказалась в тупике. Этот фундаментальный эксперимент стал основой для теоретических размышлений Фарадея, а позднее – блестящего теоретика Джеймса Максвелла, плодом которых стала теория электромагнетизма.
Фарадей открыл явление электромагнитной индукции (1831), установил законы электролиза, доказал взаимосвязь электрических и магнитных явлений с оптическими, открыл поляризацию диэлектриков, явления парамагнетизма. Но самое поразительное в том, что Фарадей первым шагнул за пределы физики Ньютона, введя в рассмотрение электрическое и магнитное поля как реальные объекты. Вместо вывода о том, что два противоположных заряда притягиваются точно так же, как две «точки массы» в ньютоновской механике, Фарадей счел более приемлемым утверждать, что каждый заряд создает вокруг себя особое «возбуждение» (или «состояние»), благодаря которому противоположный заряд, находящийся поблизости, испытывает притяжение. Состояние, способное порождать силу, и было названо полем. Причем поле создается каждым зарядом независимо от присутствия противоположного заряда, способного испытать его воздействие.
При этом Фарадей исходил из концепции близкодействия, отрицая распространенную в то время концепцию дальнодействия, согласно которой тела действуют друг на друга через пустоту.
Близкодействие – представление, согласно которому взаимодействие между удаленными друг от друга телами осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке с конечной скоростью. Дальнодействие – представление, согласно которому действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния [5].
Фарадей ввел также понятие о силовых линиях как механических натяжениях в эфире. Вот где особая упругая среда казалась незаменимой для последовательного преобразования электрических и магнитных полей одно в другое!
Во второй половине XIX века электродинамика получила свое развитие и завершение в трудах Дж. Максвелла. Опираясь на эмпирические законы электромагнитных явлений и введя гипотезу о порождении магнитного поля переменным электрическим током, Максвелл сформулировал фундаментальные уравнения классической электродинамики, названные его именем, создал теорию электромагнитного поля.
Из уравнений Максвелла вытекало важное следствие: существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Вершиной теории Максвелла, получившей название электродинамики, было, пожалуй, осознание того, что свет есть не что иное, как переменное электромагнитное поле высокой частоты, движущееся в пространстве в форме волн. Позднее уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света [6].
Открытие электромагнитных волн существенно изменило представление о физической реальности. Ньютон считал, что силы тесно связаны с телами, между которыми они действуют. Теперь же место понятия «сила» заняло более сложное понятие «поле», соотносившееся с определенными явлениями природы и не имевшее соответствия в мире механики.
Вывод, что свет есть электромагнитное излучение высокой частоты, Максвелл сделал только на основании того, что электромагнитное излучение и свет распространяются с одной скоростью. Достаточно ли такого сопоставления для столь категоричного вывода?
Представим себе, что по дорожке бегут, взявшись за руки, девочка и мальчик. Можно ли сказать, что это одно и то же? Вряд ли. Совпадение одного признака не есть гарантия тождества.
Не то же самое произошло с электромагнитным излучением и светом? Оказывается, существует явление, в котором электромагнитное излучение и свет ведут себя по-разному. Речь идет о поглощении электромагнитной волны и света в морской воде.
Экспериментально установлено, что в Черном море электромагнитная волна частотой 1016 Гц (1 МГц) полностью затухает на глубине в 3 метра, а в океане вследствие большой солености и соответственно проводимости – на глубине в 1 метр.
Поскольку частота света составляет порядка 1014 Гц, то свет должен в Черном море затухать полностью на глубине в 0,3 миллиметра, а в океане на глубине в 0,1 миллиметра. А свет об этом ничего не знает и проходит на глубины более чем в 100 метров. Несоответствие с расчетом составляет 106, то есть в миллион раз! [7]. Есть о чем подумать.
При этом Максвелл, подобно Фарадею, объяснял результаты своих исследований с механистической точки зрения, считая поле напряженным состоянием эфира – очень легкой среды, заполняющей все пространство, а электромагнитные волны – колебаниями эфира. Это было вполне естественно, так как в волнах обычно видели колебание какой-либо среды: воды, воздуха и т. д. Искусный теоретик электромагнитных волн Дж. Максвелл в своих построениях словно воочию видел возникающие при этом натяжения эфира. Что-то вроде упругих сил, действующих в деформированном растянутом или сжатом куске резины.
В 1877 году в восьмом томе Британской энциклопедии Максвелл публикует статью «Эфир», в которой дает постановку проблемы: Земля в своем орбитальном движении вокруг Солнца проходит сквозь неподвижный эфир, и поэтому на ее поверхности должен наблюдаться эфирный ветер, который надо бы измерить [8].
