Максвелловская научная революция - Ринат Нугаев

− статью «О физических силовых линиях» (1861– 1862; [II]),

(1) первая часть которой была опубликована в журнале «Philosophical Magazine» в апреле 1861;

(2) вторая часть которой была опубликована в том же журнале в мае 1861;

(3) третья часть – в январе 1862 г.;

(4) четвертая – в феврале 1862 г.;

− статью «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864; [III]);

− монографию «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873; [IV]).

Основные вопросы, которые встают перед нами при попытках понять все творчество Максвелла в области теории электромагнетизма в совокупности, как единое целое, сводятся к следующим.

(a) Можем ли мы говорить о единой, целостной программе Максвелла, т.е. действительно ли существуют какие-либо общие положения, которые (пусть неявно) переходят из одной работы Максвелла в другую, придавая всем им определенное единство?

(b) Имеем ли мы право говорить о синтетической программе Максвелла, если термина «синтез» сам Максвелл старательно избегает, говоря просто о «теории электромагнитного поля»? (Скажем, Маргарет Моррисон утверждает, что Максвелл и не пытался что-либо объединить, а «просто строил теорию электромагнитных явлений»).

(c) Зачем понадобилась программа Максвелла, если была другая программа – Ампера-Вебера, которая превосходно объединила и электричество, и магнетизм в единой, понятной и непротиворечивой теоретической схеме, и уже начала успешно присоединять к ней и оптику, о чем сам Максвелл был прекрасно осведомлен?

– Ключ к ответу – не только в самих научных работах, подобных [I] -[IV], но и в философских и научно-популярных произведениях и докладах, а также в письмах Максвелла. Но проблема реконструкции его аутентичных мыслей и замыслов осложняется следующими обстоятельствами.

(1) Хорошо известной амбивалентностью, туманностью высказываний Максвелла, восходящей, судя по всему, еще к детским годам. Как пишет один из его биографов, «его постоянная сосредоточенность на собственных мыслях привела к привычкам одиночества и уединенности, которые сформировали особенности его речи и манер. Он был застенчивым и странным малым, а его высказывания были часто туманны как по форме, так и по существу» (Niven, 1890, p. XI).

Другой современник, близко знавший его уже по студенческим годам, отмечал, что «к сожалению, его любовь к аллегориям, соединенная с определенной туманностью в выражениях, приводила к тому, что часто понять смысл его высказываний было затруднительно…» (Campbell & Garnett, 1888, p. 478).

И, наконец, третий современник Максвелла, знавший его в зрелые годы, указывал на то, что «старые особенности его манеры говорения остались без изменения, и по-прежнему было непросто проникнуть в содержание его мыслей» (Campbell & Garnett, 1888, p. 478). Судя по всему, именно эти особенности (а также шотландский акцент) привели к определенным сложностям в отношениях со студентами, чем и объясняется то, что профессор Максвелл никогда на одном месте долго не задерживался. Ни в абердинском университете (1856—1860), ни в Кингз-колледже (Лондон, 1860—1864).

(2) Самой манерой подачи результатов, принятой в «викторианской» физике XIX в. и сохранившейся вплоть до второй половины XX в., например, в советских научных журналах, когда полученные данные старались представить в максимально «пристойном», «причесанном», логически-упорядоченном виде, скрывающем все сомнения, отступления и промежуточные этапы. Как отмечал много позже сам Максвелл в «Трактате об электричестве и магнетизме», «метод Ампера, однако, хотя и изложен в индуктивной форме, не позволяет нам проследить процесс образования и развития идей, которыми он руководствовался. Мы с трудом можем поверить, что Ампер в действительности открыл закон взаимодействия при посредстве описываемых им экспериментов. Мы вынуждены подозревать, в чем, впрочем, признается сам Ампер, что закон открыт им при помощи некоего процесса, который он нам не показывает, и что когда была построена законченная теория, он удалил все следы лесов, при помощи которых здание было возведено (Максвелл, [1873], 1952, С. 382).

Все это, с нашей точки зрения, в неменьшей мере применимо к самому автору «Трактата».

Но обратимся к самой первой работе по электромагнетизму – к статье [I] «О фарадеевских силовых линиях», впервые опубликованной в «The Transactions of the Cambridge Philosophical Society», vol. X, part 1, 1856 на основе двух докладов, прочитанных Максвеллом перед кембриджским философским обществом 10 декабря 1855 г. и 11 февраля 1856 г. В силу того, что в этой работе заложены основы всей исследовательской синтетической программы Максвелла, она заслуживает особого внимания (и более обильного цитирования).

Хотя термин «синтез», как отметила еще М. Моррисон, Максвелл практически в своих работах не употребляет, в начале этой статьи фактически речь идет именно об этом. Несмотря на то, что современное Максвеллу состояние электрической науки представляется ему «особенно неблагоприятным для спекуляций», «ни одна электрическая теория сейчас не может быть выдвинута до тех пор, пока она не раскроет связь (здесь и далее, за исключением особо отмеченных случаев, курсив мой – РМН) не только между покоящимся электричеством и электричеством токов, но и между притяжениями и индуктивными эффектами в обеих состояниях…» (Maxwell [1856]; 1890, p. 155).

Почему же это еще не было сделано и в чем же состоят недостатки существующих теорий? – В том, что в процессе обучения студент должен ознакомиться со значительным объемом запутанных математических знаний. Поэтому для дальнейшего эффективного изучения науки первым делом надо упростить и свести результаты предыдущих исследований к такой форме, которую студент способен усвоить. Результаты этого упрощения могут принять форму или чисто математической формулы, или физической гипотезы.

«Но в первом случае мы полностью теряем из виду то явление, которое мы собираемся объяснить; и, несмотря на то, что мы можем проследить следствия из данных законов, мы никогда не сможем получить более широкие представления о взаимосвязях рассматриваемого предмета.

Если же, с другой стороны, мы примем физическую гипотезу, мы получим только опосредованный образ явлений, и будем нести ответственность за ту слепоту к фактам и за ту скороспелость в принятии предпосылок, которые этим односторонним объяснением одобряются. Поэтому мы должны открыть такой метод изучения, который позволит уму на каждом этапе владеть ясной физической концепцией, не отдавая предпочтения любой теории, основанной на той физической науке, из которой эта концепция заимствована, так что она ни уводится в сторону от предмета аналитическими тонкостями, ни выходит за пределы истины из-за принятия излюбленной гипотезы.

Для того, чтобы получить физические идеи без принятия физической теории мы должны ознакомиться с существованием физических аналогий. Под физической аналогией я подразумеваю такое частичное сходство между законами одной науки и законами другой науки, которое позволяет каждой из них проиллюстрировать другую» (Maxwell [1856]; 1890, p. 155).