Б. И. С П А С С К И И
ИСТОРИЯ
ФИЗИКИ
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования РСФСР в качестве
учебного пособия для университетов
ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
19 6 3

ПРЕДИСЛОВИЕ
В основу настоящей книги положен курс лекций по истории физики,
который автор читал и читает на физическом факультете Московского
государственного университета в течение многих лет. В связи с этим
настоящая книга предназначается прежде всего для студентов
физических и физико-математических факультетов университетов.
Данная книга может быть также полезна для преподавателей
физики высших учебных заведений и средней школы, для научных
работников физиков и философов и для всех интересующихся вопросами истории
и методологии физики и естествознания вообще.
Материал, содержащийся в книге, охватывает историю физики с
древности до начала XX в. полностью, а затем историю развития теории
относительности и квантовой механики вплоть до наших дней. Большое
внимание уделено философским вопросам физики.
Рассматриваются методологические вопросы истории физики.
Исследуется влияние различных сторон общественной жизни на
развитие физической науки: влияние производства, экономического базиса,
политических, философских идей, смежных наук и т. д. Значительное
место в книге уделено также методологическим вопросам самой физики,
в том числе и современной — методологическим вопросам теории
относительности и квантовой механики.
Первые разделы предлагаемой книги уже издавались ранее в виде
отдельной книги («История физики», ч. L Изд-во МГУ, 1956). Для
настоящего издания эти разделы подверглись переработке и
сокращению. Глава, посвященная истории развития оптики и электродинамики
движущихся тел и теории относительности, была опубликована в виде
отдельной статьи в сборнике «История и методология естественных
наук», вып. I. Физика (Изд-во МГУ, 1960). В настоящем издании она
печатается почти без изменений.
Автор считает приятным долгом принести благодарность за ценные
критические замечания чл.-корр. АН СССР проф. А. С. Предводителе-
ву, проф. П. С. Кудрявцеву, проф. Д. Д. Иваненко, проф. А. X. Хргиану
и другим товарищам, принявшим участие в обсуждении как первой
части «Истории физики», так и всей рукописи в целом. Автор приносит

4
благодарность А. М. Толмачевой, М. А. Маликовой и другим
сотрудникам кабинета истории физики физического факультета МГУ за помощь
в оформлении рукописи и чтении корректуры, а также сотруднику
библиотеки МГУ А. П. Крыловой и редактору книги Г. С. Гольденберг.
Автор заранее благодарен читателям за критические замечания.

ВВЕДЕНИЕ
Предметом истории физики является история возникновения и
развития физической науки как единого целого, как общественного
явления, занимающего определенное место в общественной жизни людей и
выполняющего в ней определенную роль.
Физика рассматривается здесь, во-первых, как нечто единое целое,
возникшее на определенной ступени развития человеческого общества.
Хотя люди уже в далекой древности имели представления о
физических явлениях, однако их знания еще не были объединены какой-либо
теорией или теориями и не составляли науки.
Впервые попытка научного обобщения знаний о природе и обществе
была сделана в античной Греции. Однако она еще не привела к
возникновению физической науки. Должно было пройти немало времени, пока
из единой нерасчлененной науки древних начали выделяться
естественные науки, в том числе и физика. Вследствие определенных причин этот
процесс сильно затянулся. И только примерно в XVII в. физика
окончательно выделилась из натурфилософии и оформилась в
самостоятельную область естествознания, имеющую своим предметом изучение
физических форм движения материи.
Во-вторых, развитие физики рассматривается . не изолированно от
истории общества вообще. Возникшая на определенной ступени
развития человеческого общества, физическая наука заняла в его жизни
определенное место, стала играть в ней определенную роль. Как
духовное развитие человека нельзя рассматривать, отвлекаясь от общества,
как развитие отдельного живого организма нельзя изучать, отвлекаясь
от окружающей его среды, так и историю физики нельзя исследовать,
отвлекаясь от конкретных условий, от общественной жизни людей.
Как и всякая историческая наука, история физики, во-первых,
ставит задачу накопления исторических фактов, чтобы, излагая их в
исторической последовательности, восстановить всю картину развития
физики во всей конкретности.
Во-вторых, исследуя исторический процесс развития физической
науки, история физики должна раскрыть этот процесс как необходимо
обусловленный, исследовать, почему так, а не иначе шло развитие
физики.
Наконец, в-третьих, история физики имеет целью исследовать
закономерности, следуя которым развивалась и развивается эта наука,
исследовать, как иногда говорят, внутреннюю логику ее развития.
Рассмотрим, как решается вторая и третья задачи (решение
первой понятно без пояснений).

6
Б. И. Спасский. История физики, ч. I
*
Представить весь ход исторического развития физики как
необходимо обусловленный процесс можно только с позиций диалектического
и исторического материализма. Естественно, что эту задачу не под силу
было решить буржуазной науке.
Диалектико-материалистическая наука рассматривает познание
человеком природы как естествеяноисторический процесс, протекающий
по объективным законам, не зависящим от сознания людей, от их воли
и желания. Ход этого процесса определяется всей
общественно-исторической практикой людей — очень сложным переплетающимся
взаимодействием многочисленных материальных и духовных моментов
общественной жизни. При этом решающую роль в развитии познания играют
материальные условия существования людей и прежде всего
производство материальных благ, необходимых для их существования.
Таким образом, основной движущей силой в развитии науки,
включая и физику, является производство. Поэтому в первую очередь следует
исследовать конкретно влияние производства на развитие физики. При
этом нужно исходить из той роли, которую физика выполняет в
общественной жизни людей. Как и другие естественные науки, физика
обслуживает общество научными знаниями о природе, и эти знания прежде
всего необходимы непосредственно для производства, для техники,
В связи с этим физика имеет непосредственную связь с производством,
с производительными силами, с техникой и этим отличается от ряда
гуманитарных наук, которые не имеют непосредственной связи с
производительными силами, с техникой и связаны с производством не
непосредственно, а опосредствованно через базис.
Непосредственную связь физической науки с техникой можно
подтвердить на многочисленных примерах. Так, например, решение
проблемы колебаний маятника Гюйгенсом в XVII в., имевшее важнейшее
значение для развития механики, было самым непосредственным
образом связано с решением технической задачи конструирования часов.
Теорема Карно, послужившая отправным пунктом в развитии
термодинамики, была получена в результате решения чисто практической
задачи повышения коэффициента полезного действия паровой машины.
Непосредственная связь физики с техникой становится особенно
ощутимой в XX в. Изобретение Поповым радио, послужившее началом
развития радиотехники, привело к образованию целой большой области
физической науки — радиофизики, которая самым непосредственным
образом обслуживает целый ряд новых областей техники. Ядерная
физика стала развиваться по-настоящему только тогда, когда
выяснилась возможность практического применения атомной энергии. В наше
время ядерная физика самым непосредственным образом связана с
техникой, она обслуживает и военное дело, и целый ряд других областей
техники. Можно назвать целый ряд отраслей физики, которые с таким
же успехом можно отнести и к физике, и к технике.
Дальнейшее развитие физики идет по пути укрепления связей ее
с техникой. Физика врастает в технику и, наоборот, техника врастает в
физику. В нашей стране этот процесс идет в направлении слияния
физики с техникой. В принятой на XXII съезде Программе КПСС записано:
«Наука станет в полной мере непосредственной производительной
силой» 1.
1 Материалы XXII съезда КПСС. Госполитиздат, М., 1961, стр. 376.

Введение
7
Конечно, нельзя понимать это упрощенно, в том смысле, что между
.всеми разделами, всеми проблемами физики и техникой существует
непосредственная связь. Речь идет о физической науке в целом.
Для развития физики имеет значение не только уровень развития
производительных сил, но и особенности производственных отношений,
^особенности экономического строя общества — экономического базиса.
Главное, что здесь надо отметить,— это то, что базис оказывает
существенное влияние на положение науки в обществе.
Древняя натурфилософия была далека от практики, от
материального производства, что обусловливалось не только низким уровнем
производительных сил, но и характером производственных отношений
^рабовладельческого строя. В рабовладельческом обществе рабы
ненавидели труд, свободные презирали его. Естественно, что наука не
была направлена на обслуживание материального производства, на
ловышение производительности труда, не говоря уже об его облегчении.
Древние мудрецы, философы и ученые, презиравшие труд, считали
позорным использовать научные знания для практики, исключая, может
быть, использование научных достижений для «благородных» целей,
таких, как военное дело и т. п. Известно, например, что древние
писатели считали единственным оправданием Архимеда, применившего свои
знания для построения военных машин, его патриотизм. Это, конечно,
не способствовало развитию методов систематического
экспериментального исследования природы. И хотя под влиянием экономической и
политической жизни происходило медленное накопление
естественнонаучных знаний, они обобщались в рамках единой нерасчлененной науки,
л только в последние века до нашей эры наметилось изменение такого
положения.
В средние века наука также еще не играла заметной роли в
материальном производстве. Феодальное производство, основанное на
ручном труде крепостного крестьянина и ремесленника, исключало
сознательное применение науки в производстве. Она была низведена на
положение служанки богословия.
Только при переходе к капитализму положение науки изменилось.
Капитализм поставил науку себе на службу, превратив ее из служанки
богословия в служанку капитала, в средство увеличения прибавочной
стоимости, в средство наживы. Резко изменилось отношение к
естественнонаучным исследованиям, возникло естествознание —
экспериментальная наука о природе.. По мере развития производства буржуазия все
-больше и больше нуждалась в естественных науках, в том числе и в
физике, и не жалела средств на их развитие.
Но позднее капитализм стал ограничивать развитие науки.
Современный капитализм с его гипертрофированной военной
экономикой сузил возможности применения физики для производства, сделал
ее главной задачей обслуживание военной промышленности, создание
невиданных ранее средств разрушения и массового уничтожения
.людей.
Советский социалистический строй создал новые, неограниченные
^возможности для развития наук, в том числе и физики. Он освободил
ее от оков капитализма и поставил на службу всему народу, превратил
ее в средство повышения материального и культурного уровня
трудящихся. Впервые в Советском Союзе планируется развитие науки в
-масштабе всего государства.
В последнее время в Советском Союзе создан специальный орган —
Государственный комитет по координации научно-исследовательских
работ при Совете Министров СССР, имеющий своей задачей планиро-

8
Б., И. Спасский. История физики, ч. I
вание развития науки в масштабах всего государства. Советское
правительство и Коммунистическая партия уделяют все большее знимание
вопросам развития советской науки. Советская наука становится все
более и более важным фактором в поступательном движении нашего*
общества к коммунизму.
Для анализа особенностей развития физической науки, как и
всякой другой, существен вопрос о влиянии философии на ее развитие.
Без теоретического мышления невозможно развитие никакой науки.
Мышление же предполагает использование определенных логических
категорий, использование определенного метода, руководство
определенными общими представлениями об окружающей действительности.
Но все это определяется философскими взглядами. Философия
рассматривает вопрос об отношении мышления к бытию, о методах
познания, об истинности познания, вырабатывает общий взгляд на
окружающую действительность и таким образом вмешивается в дела-
естествознания, осуществляет в известном смысле руководство им. Вот
почему Энгельс заметил: «Какую бы позу ни принимали
естествоиспытатели, над ними властвует философия» К
В процессе развития человеческого общества, в процессе развития
физики и философии соотношение между ними изменялось. В древности
существовала одна единая и нерасчлененная наука, включавшая и
конкретные естественнонаучные знания, и общие представления о природе,
о человеке, о познании и т. д. Естествознание и философия сливались
воедино, причем общие философские идеи занимали ведущее
положение. Затем естественные науки выделились в самостоятельные научные-
области. Однако при этом связь между этими науками и философией не
была разорвана. Более того, философия еще продолжала претендовать
на роль науки над науками, считая, что она обладает знанием
абсолютной истины. Она не только играла руководящую роль в вопросах
познания, но вмешивалась и в конкретные вопросы естественных наук,
пытаясь добытые ими естественнонаучные знания, в том числе и
физические, втиснуть в рамки готовых схем, абсолютных истин. Это в
большей или меньшей степени было характерно для многих философских
систем прошлого — как материалистических, так и идеалистических,,
особенно для последних.
По мере развития наук претензии философии, как
материалистической, так и идеалистической, на роль науки наук утрачивали силу.
В рамках идеалистической философии возник'позитивизм, который
провозгласил даже лозунг «наука — сама себе философия». Однако
позитивизм вовсе не отказывался руководить развитием науки. Это
руководство не дало положительных результатов, а, наоборот, принесло-
много вреда развитию естественных наук.
В середине прошлого столетия в развитии философии начался-
новый этап. Диалектический материализм Маркса и Энгельса дал
науке истинный метод познания. Марксизм не рассматривает
философию как науку над науками; обогащаясь достижениями всех
естественных и гуманитарных наук, диалектический материализм как метод
научного познания пронизывает все науки о природе и обществе.
Не решая конкретных вопросов так называемых положительных наук,
он исследует самые общие законы развития природы, человеческога
общества и человеческого познания, опираясь при этом на достижения
этих положительных наук.
1 Ф. Энгельс. Диалектика природы. Госполитиздат, М., 1955, стр. 165.

Введение
9
Через философию на физику оказывает влияние классовая борьба.
В отличие от естествознания, философия входит в надстройку.
Разрабатывая вопросы мировоззрения, она опирается не только на
достижения естественных наук, но и на общественные науки, на политические,
экономические и другие идеи. Поэтому философия носит классовый
характер. В связи с этим в классовом обществе не существует единого
мировоззрения, единой философии, и борьба между различными
философскими системами является одной из форм классовой борьбы, носит
антагонистический характер, принимая главным образом форму борьбы
между материализмом и идеализмом. Поэтому и физика, направляемая
философией, втягивается в сферу классовой борьбы и становится ареной
борьбы материализма с 'идеализмом.
Одной из ярких страниц этой борьбы было выступление Галилея
против учения Аристотеля о строении вселенной.. Вся история учения
об атомистическом строении материи является историей борьбы
материализма и идеализма. Еще в древности атомисты подвергались
нападкам со стороны философов-идеалистов. В средние века атомистические
учения были запрещены всесильной тогда церковью. Возрождение
атомистических представлений в XVII в. также пробивало себе путь
в борьбе. В дальнейшем идеалисты всех сортов и мастей не раз
ополчались против атомистической гипотезы. Против атомистики и теории
молекулярного строения вещества выступала немецкая классическая
идеалистическая философия и особенно Гегель. В конце XIX в. против
этой гипотезы выступили Мах и ряд естествоиспытателей —
субъективных идеалистов — Оствальд, Дюгем и др.
Острая идеологическая борьба разгорелась в современной физике
с появлением теории относительности, квантовой механики и других
новых разделов физики и смежных наук.
Мы увидим дальше, какой вред идеализм нанес физической науке.
С позиций идеализма те или иные теории получают неправильное
истолкование, данные науки представляются в извращенном виде, что
приводит к появлению бесплодных теорий и мешает ее дальнейшему
развитию. Как пример такого рода теорий можно привести так
называемую энергетику, возникшую в конце прошлого столетия. Энергетика,
отрицая существование материи, пыталась построить все здание
физической науки на одном понятии энергии. Она тормозила развитие
молекулярных теорий, направляя физику по неверному и бесплодному
пути.
Современный идеализм, отрицая объективное существование
«ненаблюдаемых» объектов, по существу отрицает возможность более
глубокого проникновения науки в тайны строения материи. Он пытается
направить науку главным образом по линии разработки
математически-описательных теорий.
Метафизический взгляд на природу и на развитие науки даже в
рамках материализма, соответствовавший задачам естествознания, в
том числе и физики в начальный период его развития, в последующее
время стал тормозить развитие физики. Стремление абсолютизировать
достигнутое наукой приводило к сопротивлению новым теориям, новым
представлениям, поскольку старые представления рассматривались как
незыблемые, раз навсегда установленные. Особенно вред
метафизики стал чувствоваться в XX в. при возникновении современных
физических теорий: теории относительности и квантовой механики. Эти
теории встречали сопротивление со стороны ряда ученых, что, конечно, не
способствовало развитию современной физики.

10
Б. И. Спасский. Ииория физики, ч. I
Чтобы исследовать исторический процесс развития физической
дауки, важно проследить ее связь с другими науками и в первую
очередь с естественными. Физика тесно связана с астрономией, химией,
биологией и т. д., и эта связь играет важную роль как в развитии
физики, так и в развитии этих наук. История знает примеры, когда
потребности таких наук стимулировали исследования в области физики и даже
вызвали к жизни целые ее разделы. Например, огромное значение для
развития оптики имели потребности астрономии. Начиная с XVII в.
астрономы получили телескоп, ставший для них основным
инструментом исследования. И сразу же встала задача его усовершенствования.
Спектроскопия начала развиваться значительно раньше, чем получила
практическое применение в технике, поскольку астрономия нуждалась
в исследовании скоростей движения небесных тел и их химического
состава. Стимулирующую роль в развитии спектроскопии играла и
химия, сразу оценившая возможности применения ее для химического
анализа. История знает случаи, когда открытия в смежных науках
имели большое значение для развития самой физики. Примером может
служить периодический закон Менделеева; этот закон был руководящим
в развитии атомной физики, и его использование в значительной степени
способствовало ее успехам.
Иногда вообще нельзя правильно понять причины развития тех
«ли иных областей физической науки, не проследив ее связей с другими
науками. Развитие учения об электричестве началось значительно
раньше, чем электричество получило сколько-нибудь широкое применение
в технике. Хотя физика в своем развитии обладает известной
самостоятельностью и открытия в одних областях физики способствуют
развитию других, в данном случае успехи в изучении электричества во второй
половине XVIII и начале XIX в. в значительной степени
стимулировались интересами медицины и химии.
Уже в XVIII в. врачи и биологи на основе изучения электричества
рассчитывали раскрыть законы, управляющие деятельностью живых
организмов, и разработать новые методы лечения болезней. Одно из
важных достижений в области физики в конце XVIII в. — открытие так
называемого гальванического электричества — принадлежит
итальянскому врачу Гальвани. Его опытами заинтересовались химики —
разложение воды и растворов электрическим током, химические процессы
в гальваническом элементе сейчас же сделались предметом их изучения,
и не случайно, конечно, что прежде всего были изучены именно
химические действия тока.
Тесная связь существует между физикой и математикой. Физика,
развиваясь непрерывно, ставила перед математикой все новые и новые
задачи, и развитие последней в значительной степени было обусловлено
потребностями физической науки. С другой стороны, успехи физики в
значительной степени зависят от достижений математики, ибо
математика уже давно стала одним из самых могучих орудий физического
исследования. Поэтому математика играла и играет важную роль в
развитии физики.
Прослеживая связь физической науки с различными сторонами
ъ моментами общественной жизни, следует учитывать, что науку
делают отдельные люди и в своем творчестве они так или иначе
отражают конкретные условия их страны, национальные особенности их
народа.
Нельзя, например, понять особенностей физики Ньютона,
оказавших существенное влияние на ее дальнейшее развитие, не учитывая
национальных условий в Англии XVII в. Только анализируя русскую дей-

Введение
II
•ствительность XVIII в., можно понять своеобразие гения Ломоносова,
чье мировоззрение и характер научного творчества резко отличались
от взглядов и теорий большинства современных ему физиков.
* г*
*
Процесс развития физики является сложным процессом. Ход его
определяется, как мы выше говорили, всей общественной практикой
людей, переплетающимся влиянием целого ряда сторон общественной
жизни, при этом решающую роль играет производство.
Однако мы можем рассматривать этот процесс как изолированный,
в известном смысле как процесс самодвижения. При этом на первый
план выступят особенности физики'как науки, определяемые
свойствами человеческого познания и предметом исследования — физическими
свойствами материи. Такая абстракция законна. Более того, она дает
1Возможность подойти к вопросу о закономерностях развития физики,
или, как иногда говорят, к вопросу о выяснении внутренней логики ее
развития.
Прежде всего к вопросу о закономерностях или внутренних
закономерностях развития физики нужно отнести вопрос о характере
противоречий и их разрешения в процессе развития этой науки.
Процесс развития физики, как и всякий другой, является
противоречивым процессом. Внутренним содержанием его является борьба
нового со старым.
История показывает, что накопление новых фактов в области
физики приводило к установлению новых законов, которые далеко не
всегда просто присоединялись к старым, ранее установленным законам.
Новые законы устанавливали границы применимости старых,
раскрывая их приближенный характер, показывая, что они являются верными
лишь при определенных условиях, а не всегда (как предполагалось
раньше) вступали с ними в противоречие.
Так, например, обстояло дело с газовыми законами. Первый
газовый закон Бойля — Мариотта сначала воспринимался как точный, но
при дальнейшем развитии науки оказался приближенным законом,
верным только лишь для определенных условий. То же можно сказать и
относительно закона прямолинейного распространения света. Открытый
еще в древности, этот закон при последующем развитии оптики
оказался приближенным, выполняющимся только при определенных условиях.
Второй закон термодинамики сначала был признан абсолютным
законом природы и даже послужил отправным пунктом для
«научного» обоснования учения о сотворении мира и его конце. Однако
последующее развитие физики заставило отказаться от этих
представлений.
Большим изменениям подверглись физические теории,
охватывающие значительный круг физических явлений. В процессе развития
•физики некоторые уже установленные теории заменялись другими, в
основе которых были противоположные принципы, противоположные
^взгляды на то или иное физическое явление.
Примером может служить оптика. В XVII в. в физике существовали
два противоположных взгляда на природу света и соответственно две
теории — корпускулярная и волновая. В XVIII в. корпускулярная
теория вытеснила волновую и по общему признанию рассматривалась как
истинная.

12
Б. И. Спасский. История физики, ч. I
В первой половине XIX в. положение резко изменилось: была
отброшена корпускулярная теория и признана волновая.
Менялись физические концепции, связанные с самыми общими
представлениями, лежавшими в основе всей физической науки. Так, в
XVII в. средневековое представление о природе, основанное на
натурфилософии Аристотеля и религиозных догмах, сменила физическая
концепция Декарта, получившая название картезианской, или
кинетической. Согласно этой концепции, всякое физическое явление должно»
рассматриваться как результат механического движения больших и
малых частей или частиц материи без применения понятия силы. Под
влиянием фактов картезианская концепция отступила перед новой
физической концепцией, развивавшейся после Ньютона и названной
ньютонианской. Одной из основ этой концепции было представление о
существовании различного рода дальнодействующих сил.
Во второй половине XIX в., после установления закона сохранения
и превращения энергии, законов электромагнитного поля, кинетической
теории материи и т. д., ньютонианская концепция, в свою очередь,,
отходит на второй план,— начинает развиваться новая концепция, в
известной мере возрождающая в новой форме картезианскую физику.
Но открытия конца XIX и начала XX в. противоречили не успевшей
еще установиться новой физической концепции и произвели полный
переворот во взглядах физиков.
Признание новых законов, ограничивающих действие
установленных ранее, признание новых теорий и общих физических представлений
сопровождалось ожесточенной борьбой: старые представления мешали
развитию новых, не сразу уступали им место, сталкивались
противоположные мировоззрения, и эти противоречия поднимались иногда да
уровня политической борьбы.
Таким образом, процесс развития физики представляется нам
процессом, при котором происходит смена старых теорий новыми, иногда
прямо противоположными, победа новых общих физических
представлений над старыми и т. д., то есть процессом, при котором борьба
нового со старым нередко завершается революционным переворотом
в научных взглядах. Основой для противоречий, о которых мы выше
говорили, являются противоречия, возникающие между новым
экспериментальным материалом, непрерывно накапливаемым физикой в
процессе ее развития, и существующими теориями, общими физическими
представлениями.
В развитии физики, да »и естествознания^ вообще, новые факты,
новый экспериментальный материал играют революционную роль,
приводя к возникновению новых гипотез и теорий, которые объясняют
эти факты, и только те теории побеждают, которые могут
объяснить и новые факты и факты, уже ранее накопленные физической
наукой.
Пока существующая теория объясняет все известные факты, пока
они укладываются в теорию, все обстоит благополучно. Более того,
сама теория способствует накоплению новых фактов, новых физических
знаний. Но появляются новые данные, которые уже не согласуются с
теорией, противоречат ей. Эти .противоречия обостряются. Возникает
необходимость в новой теории, которая вступает в противоречие а>
старой, в результате борьбы между ними побеждают новая теория,
новые физические взгляды 1.
1 Конечно, не всегда возникновение новых теорий обусловлено только новыми
фактами, новым опытным материалом. Иногда они вызываются новым анализом уже-
существующего материала. Такой анализ может стать необходимым в результате

Введение
13
В связи со сказанным выше следует вспомнить, как Энгельс
определял, характер развития естествознания. Он писал: «Формой раззития
естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза. Наблюдение
открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний
способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С
этого момента возникает потребность в новых способах объяснения,
опирающегося сперва только на ограниченное количество фактов и
наблюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих
гипотез, устраняет одни из них, исправляет другие, пока, наконец, не
будет установлен в чистом виде закон» 1.
Признание революционных изменений в развитии физической науки
не противоречит известным положениям диалектического материализма
о процессе познания.
Несмотря на смену теорий, гипотез, общих физических концепций,
несмотря даже на революционные перевороты в физических воззрениях,
развитие физики представляет собой непрерывный поступательный
процесс расширения ее объективного содержания. Физическая наука на всех
ступенях развития в своих понятиях, законах, теориях, гипотезах,
общих физических концепциях всегда содержала объективную истину,
и чем дальше, тем все более и более полно отражала действительные
закономерности объективного мира.
Физические законы, сформулированные в свое время со всей
категоричностью как абсолютные законы и потерявшие со временем
абсолютный смысл, не потеряли тем не менее своего объективного значения
для определенных, ограниченных условий. Закон прямолинейного
распространения света не утратил объективного значения; им продолжают
пользоваться в настоящее время в тех случаях, когда это допустимо,
то есть когда применима геометрическая оптика. Так же обстоит дело
и с другими законами физики, которые сначала понимались как
абсолютные, а затем были выяснены границы их применимости; их научная
ценность не только не уменьшилась от этого, но, наоборот, только
возросла.
Развитие физических теорий, замена одной теории другой также
были связаны с непрерывным расширением объективного содержания
физической науки. В физических научных теориях всегда содержалась
объективная истина, всегда отражались действительные закономерности
объективного мира. Так, например, и волновая и корпускулярная теории
отражали действительные свойства света, определенные стороны
объективного процесса распространения светового излучения. При
этом волновая теория отражала их более глубоко и полно, чем
корпускулярная теория XVII—XVIII вв. Поэтому замена корпускулярной
теории волновой теорией в XIX' в. означала более глубокое понимание
физической природы света. Другим примером могут служить две
конкурировавшие теории магнетизма, существовавшие в первой половине
XIX в., одна из которых предполагала существование элементарных
магнитов, другая — элементарных токов. Обе они отражали действи-
общих успехов физики или смежных с ней наук, а также успехов философии.
Однако указанный выше характер развития физики и естествознания вообще является
основным: во всяком научном опоре решающую роль играет опыт, новый
экспериментальный материал, подтверждающий или опровергающий истинность той или
иной теории.
1 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 191.

14
Б. И. Спасский. История физики, ч. I
тельност*ь, но теория элементарных токов отражала ее более полно, чемг
теория элементарных магнитов, поэтому она победила и вытеснила
последнюю в середине XIX в.
Даже такая теория, как теория теплоты, основанная на
неправильном представлении о существовании тепловой материи, как мы увидим*
дальше, содержала в себе известное рациональное зерно. Только
признавая это, можно объяснить ее прогрессивную роль на определенном^
этапе развития учения о теплоте. Только в середине XIX в. эта теория
пришла в неразрешимые противоречия с экспериментом и была
заменена новой теорией, основанной на представлении о теплоте как о
движении.
Нужно отметить, что характер противоречий и их разрешения,
свойственных физике в ее развитии, зависит от исторических условий.
В классовом обществе, в условиях классовой борьбы, одной из форм-
проявления которой является борьба мировоззрений, борьба мнений в
физике нередко принимает весьма острые формы, так что физика
втягивается в сферу классовой борьбы и, как мы говорили выше,
становится ареной борьбы материализма и идеализма. Под влиянием
реакционных философских систем в физике возникают и развиваются
кризисы, лженаучные теории, извращенные толкования физических яв<-
лений и т. д.
Иначе обстоит дело с развитием физики в Советском Союзе и
странах социалистического лагеря. Здесь нет объективных условий для
того, чтобы противоречия и их разрешение приводили к тем уродливым
явлениям, которые свойственны развитию физики при капитализме.
Нет объективных условий для возникновения и развития кризисов, для
возникновения лженаучных теорий и т. д. В социалистическом обществе
созданы условия для разрешения противоречий в процессе развития
науки путем творческих широких дискуссий, развертыванию которых
всячески способствуют Коммунистическая партия и Советское
правительство.
Если в советской науке, в частности и в физике, имели место идеа^-
листические ошибки, притязания на монополию в науке со стороны»
некоторых ученых и т. д., то причины этого заключаются в том
влиянии, которое еще оказывала на них буржуазная идеология. Кроме
того, на развитии советской науки отрицательно сказывался культ
личности Сталина.
К проблеме внутренних закономерностей развития физической
науки нужно отнести не только вопрос о характере противоречий и их
разрешения, но и другие вопросы, в частности о роли аналогий и
моделей в процессе развития этой науки.
Рассмотрение истории физики, а также и других наук показывает,
что весьма часто новые теории создавались на основе уже
существующих, установленных ранее физических или других закономерностей и
теорий с помощью аналогий, существующих между явлениями, для
которых такие теории уже построены, и группой явлений, для которых
таких теорий еще не существует.
Таким методом широко пользовался, как мы увидим, Максвелл при
построении теории электромагнитного поля.
Он впервые подчеркнул возможность использования этого метода
для построения теорий новых физических явлений. Этот метод был
использован при построении квантовой механики. Известно, что де
Бройль и особенно Шредингер при построении так называемой волновой
механики опирались на оптико-механическую аналогию, установленную
еще Гамильтоном в первой половине XIX в. Как мы увидим далее, и

Введение
1£
Гейзенберг при построении матричной формы квантовой механики
также пользовался методом аналогий. Метод аналогий и моделей широка»
применяется и в современной физике.
Метод моделей и аналогий имеет широкую область применения,,
потому что, несмотря на бесконечное качественное разнообразие
объектов природы, несмотря на бесконечное разнообразие ее явлений и
законов, между ними есть и общее. С одной стороны, единство, а с другой—
различие, присущи явлениям и вещам окружающей нас
действительности. Это единство проязляется, например, в том, что между всеми*
вещами и явлениями природы существуют количественные связи,
которые подчиняются соотношениям, устанавливаемым математикой.
Различные природные явления описываются одними и теми же
дифференциальными уравнениями. Соотношения, устанавливаемые кибернетикой,,
применимы и к механическим конструкциям, и к электрическим цепям,,
и к биологическим процессам и т. д.
Так же и в физике. Между законами движения материальной точки
и законами распространения луча света в рамках геометрической^
оптики имеется общность, так как и то и другое явление может быть
описано одинаковыми по форме уравнениями. Колебательные и
волновые процессы самой различной природы также имеют общее — они
также описываются одинаковыми по форме уравнениями и т. д.
В дальнейшем, при изложении конкретного исторического
материала, мы будем конкретизировать эти общие соображения о роли метода^
моделей и аналогий в развитии физики и приводить примеры
применения этого метода.
* *
*
Остановимся теперь на роли, которую выполняет или должна
выполнять история физики в общей системе наук о природе и
человеческом обществе.
Прежде всего история физики нужна для физики, как история*
математики или химии и т. д. нужна для самой математики или химии.
Действительно, основываясь на марксистско-ленинской теории,,
история физики вскрывает закономерности развития этой науки и дает-
возможность правильно оценить ее современное состояние и даже
наметить перспективы ее дальнейшего развития. Как можно подойти к:
решению вопроса об оценке современного состояния физики, к вопросу
о современном состоянии ее конкретных теорий и направлений? Как
можно подойти к решению вопроса о том, в каком направлении должно^
пойти развитие этой науки, ее конкретных теорий? Для решения этих,
вопросов необходимо исследование ее истории, изучение
закономерностей ее развития.
Далее, изучение истории развития физической науки позволяет
лучше понять основные термины и представления, которыми пользуется
современная физика: вряд ли можно указать лучший способ составить,
правильное и глубокое представление о таких основных понятиях
современной физики, как масса, сила, энергия, частица, поле и т. д., чем
обратиться к истории возникновения и развития этих понятий.
Изучение истории физики, так же как и других естественных наук,
имеет важное значение для дальнейшего развития диалектического'
материализма. Диалектический материализм включает в себя теорию*

16
Б. И. Спасский. История физики, ч. I
познания — науку о законах мышления, о законах познания человеком
окружающей действительности. Теорию познания диалектический
материализм строит, опираясь на достижения естественных и исторических
наук. Особое значение при этом он придает анализу и обобщению
исторического процесса познания человеком природы и человеческого
общества.
В. И. Ленин писал, что диалектический материализм «не
нуждается ни в какой философии, стоящей над прочими науками», от прежней
философии в нем остается «учение о мышлении и его законах —
формальная логика и диалектика». А диалектика, в понимании Маркса и
Гегеля, включает в себя то, что ныне зовут теорией по-знания, —
гносеологию,— которая должна рассматривать свой предмет исторически,
изучая и обобщая происхождение и развитие познания, переход от
незнания к знанию 1.
История естественных наук, в частности 'история физики, как раз
и изучает процесс познания человеком природы, процесс перехода от
незнания к познанию. Опираясь на диалектический материализм как на
метод познания, метод научного исследования, история естествознания
обогащает диалектический материализм, способствует его
дальнейшему развитию.
Известно, что классики марксизма-ленинизма придавали большое
значение изучению истории наук. Перечисляя те области знаний, из
которых «должна сложиться теория познания и диалектика», В. И.
Ленин на видное место ставил историю отдельных наук2.
Он указывал, что «продолжение дела Гегеля и Маркса должно
состоять в диалектической обработке истории человеческой
мысли, науки и техники» 3.
Наконец 'история естественных наук, и в частности физики, имеет
воспитательное значение. Основанная на учении марксизма-ленинизма,
она помогает ученым на конкретном историческом материале развития
своей науки овладевать этим учением. Марксистская история
естественных наук помогает воспитанию непримиримости ко всякого рода
идеалистическим извращениям, поповщине и т. д. Она помогает воспитанию
у наших ученых советского патриотизма и правильного отношения к
достижениям в области науки ученых других стран.
I*
В заключение кратко остановимся еще на вопросе периодизации
истории физики.
Существуют различные принципы периодизации. Один из них
устанавливает периоды в развитии физики * хронологически, то есть,
скажем, по столетиям, пятидесятилетиям и т. д. Вряд ли нужно
доказывать, что этот чисто формальный принцип не является правильным,
поскольку развитие физики протекает неравномерно.
Неправильна и периодизация, так сказать, по «героям», то есть по
отдельным ученым: например, от Ломоносова до Фарадея, от Фарадея
1 См. В. И. Л е н и н. Соч., т. 21, стр. 37—38.
2 См. В. И. Л е н и н. Соч., т. Э8, стр. 360.
3 Там же, стр. 136.

Введение
17
до Менделеева и т. п. Конечно, бывает так, что в развитии физики
происходит коренной перелом в связи с работами того или иного
выдающегося ученого, однако как общий принцип периодизации этот
принцип провести невозможно.
Существует мнение, что периодизация истории физики должна
соответствовать периодизации истории по экономическим формациям.
Однако и такой принцип в полной мере не может быть признан
удовлетворительным. Конечно, переход от одной экономической формации
к другой находил отражение ;в истории физики, но далеко не сразу, с
большим отставанием «по фазе», а иногда, наоборот, с опережением
«по фазе». Поэтому принцип периодизации истории физики по
экономическим формациям если и возможно провести, то лишь при
расчленении всего исторического хода развития физической науки на большие
отрезки с очень размытыми границами. Так, можно говорить о физике
древности и средних веков, рассматривая этот период как предыстори-
ческий для физики. Далее, можно говорить о переходном периоде от
феодализма к капитализму или о периоде разложения феодализма и
образования капиталистического общества (XVI—XVIII вв.). Затем
следует физика эпохи капитализма (XIX в.) и, наконец, физика эпохи
империализма и сосуществования двух систем — капиталистической и
социалистической, или физика переходного периода от капитализма
к социализму. Но такая периодизация с весьма расплывчатыми
границами не может удовлетворить науку. Необходима более детальная
периодизация, проведение которой по экономическому принципу уже
невозможно, поскольку, как было сказано выше, изменения в
базисе хронологически не совпадали с изменениями в развитии
физики.
Кроме того, известны периоды в развитии физики, когда ее уровень
был примерно одинаков в странах с различным экономическим и
политическим устройством. Так, например, обстояло дело в XVIII в. в Англии
и во Франции; уровень развития физических наук в обеих странах был
приблизительно одинаков, хотя в Англии в то время был уже
капиталистический строй, а Франция оставалась еще феодальной.
Невозможность детальной периодизации истории физики по
экономическим формациям понятна. Она следует из того обстоятельства, что
физика не является надстройкой и развитие ее определяется влиянием
многих сторон общественной жизни и прежде всего производства,
производительных сил, изменение в которых получает свое отражение
в физике непосредственно.
Единственно приемлем принцип детальной периодизации истории
физики, при котором в основе лежат собственные особенности ее
развития. Вся история физики делится на такие периоды, для каждого из
которых в ее состоянии и развитии обнаруживаются особенные,
характерные черты, присущие только данному периоду. Таким принципом
периодизации и руководствовался автор данной книги.
Нельзя согласиться, что такой принцип периодизации признает
якобы самодвижение физической науки, ее полную самостоятельность.
В действительности он никак не противоречит материалистическому
пониманию истории физики, о котором мы говорили выше.
Существование собственных специфических периодов в развитии физической науки
именно и определяется сложным влиянием на нее всей общественной
жизни, влиянием производства, базиса, философии и т. д., а вовсе не ее
самодвижением. Нужно отметить, что, проводя указанный принцип
периодизации, для установления границ периодов автор старался
выбрать такие моменты в истории физической науки, когда эта наука

18
Б. И. Спасский. История физики, ч. I
переживала в своем развитии крутые повороты, когда происходило
коренное изменение главных физических воззрений, лежащих в основе
всей физической науки, когда происходило коренное изменение
господствующих методов физического исследования и т. д.
Следует еще отметить, что для отдельных областей физической
науки также можно установить свои собственные периоды развития.
Однако самостоятельность этих периодов очень относительна и
выражается лишь в некотором хронологическом их различии и несовпадении
с общими периодами в истории физики. Как будет видно, периоды для
отдельных областей физической науки вполне естественным образом
соответствуют общим периодам истории физики как целого, создавая
лишь некоторую размытость границ последних.

Раздел первый
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД В РАЗВИТИИ
ФИЗИЧЕСКИХ НАУК
ГЛАВА 1
АНТИЧНАЯ НАТУРФИЛОСОФИЯ
§ 1. Условия возникновения й развития античной науки
Уже первобытный человек, добывая себе пищу, одежду, жилище,
защищаясь от диких зверей, постепенно накоплял знания об
окружающей действительности. Но знания первобытного человека еще не
составляли науки; они не были систематизированы, не были объединены
какой-либо теорией. Будучи связанными с производственной
деятельностью, с добыванием средств к существованию, эти знания являлись
обобщением производственного практического опыта. Они накоплялись
в течение десятков тысяч лет и передавались устно от поколения
к поколению.
С возникновением и развитием рабовладельческого общества
появились условия для развития науки. С появлением частной
собственности, разделением общества на классы и образованием государства
произошло разделение труда между промышленностью и земледелием,
развились ремесло, торговля. Новый общественный строй способствовал
накоплению новых данных о природе; создается потребность в
систематизации знаний, в их фиксации. Появляется письменность. Вследствие
разделения умственного и физического труда выделяется группа людейу
способных осмыслить накопленные знания, привести их в систему, в
какой-то мере раскрыть связи и закономерности в явлениях природы.
Появляется наука.
Особенности древней науки определялись прежде всего уровнем
развития техники, а также особенностями социального строя
рабовладельческого общества.
Основой производства в рабовладельческом обществе были
земледелие, скотоводство и ремесло. Труд был ручным, рабочих машин еще
не существовало. В земледелии употреблялись орудия труда
примитивные и грубые — соха, простейший плуг, деревянная борона; ремесло
также Находилось на низком уровне развития.
Наибольших успехов древние достигли в области строительного,
а также военного и морского дела. Об уровне их строительной техники
можно судить по величественным постройкам Вавилона, египетским
пирамидам и архитектуре Греции и Рима. До сих пор известны
ирригационные сооружения: каналы, заградительные дамбы и водохранилища
в Древнем Египте, римский водопровод и т. п. Древние армии
применяли всевозможные военные машины: колесницы, тараны, осадные.-

20
Глава 1. Античная натурфилософия
башни, артиллерия была оснащена всевозможного рода метательными
машинами: катапультами, баллистами и т. д.
У древних народов было развито мореплавание; их корабли смело
бороздили воды Средиземного и Черного морей и выходили в Атланти-
Рис, 1. Древний подъемный механизм
ческий океан. Особенно хорошо оснащены были боевые корабли,
которые строились на специальных верфях. Римские военные корабли
вмещали до 3—4 тонн груза и до 600 воинов.
Основную роль в технике играли так называемые простые машины:
рычаг, ворот, винт, наклонная плоскость и т. д.
Рис. 2. Метательные машины древних
В связи с этим важнейшими проблемами техники древних были
проблемы равновесия твердых и жидких тел.
Основой производственных отношений была собственность
рабовладельца на средства производства, а также на работника
производства — ра'ба. Рабы подвергались бесчеловечной эксплуатации, не
обладали никакими правами и могли быть проданы или убиты по воле
господина.

§ 2. Возникновение науки
21
В рабовладельческом обществе раб ненавидел труд, рассматривая
его как наказание, как проклятый удел рабского положения. Свободный,
презирая раба, не считая его за человека, презирал и труд вообще,
считая его чем-то позорным, порочащим человеческое достоинство.
Раб не был заинтересован в повышении производительности труда,
в усовершенствовании орудий труда. Больше того, выражая протест
против своего бесправного
положения, он ломал
инструменты, калечил скот. В
связи с этим рабовладельцы
применяли грубые и
тяжеловесные орудия труда,
которые трудно было бы
сломать. Естественно, что
хозяин не только не заботился
об облегчении труда, но,
наоборот, стремился сделать
его еще более тяжелым.
«Рабочий, по меткому
выражению древних, — писал
К. Маркс,—отличается здесь
только как instrumentum vo-
cale [одаренное речью ору- Рис 3. корабль древних
дие] от животного как
instrumentum semivocale
[одаренного голосом орудия] и от неодушевленного орудия труда как от
instrumentum mutum [немого орудия]. Но сам-то рабочий дает
почувствовать животному и орудию труда, что он не подобен им, что он
человек. Дурно обращаясь с ними и con amore [со сладострастием]
подвергая их порче, он достигает сознания своего отличия от них. Поэтому
экономический принцип такого способа производства — применять
только наиболее грубые, наиболее неуклюжие орудия труда, которые- как
раз вследствие своей грубости и неуклюжести труднее подвергаются
порче» *.
Таким образом, в условиях рабства отсутствовал сколько-нибудь
серьезный стимул для повышения производительности труда,
усовершенствования орудий труда, совершенствования производства,
улучшения его технологии. Техника древних имела низкий уровень и
развивалась чрезвычайно медленно.
§ 2. Возникновение науки
Наука зародилась еще в древних восточных рабовладельческих
монархиях: в Вавилонии, Египте, Ассирии, а также в Китае и Индии.
Древнейшей наукой была астрономия. Развитие астрономических
знаний было обусловлено прежде всего необходимостью знать сроки
смены времен года для правильной организации земледелия и
скотоводства. Наблюдая природу, люди заметили, что между переменами
погоды и изменениями в положении небесных светил существует какая-
то связь. Это заставило их вести наблюдения неба, изучать положение
и движение Солнца, Луны и звезд. Так был накоплен научный
материал, систематизация которого дала возможность предсказывать
заранее перемену погоды, наступление определенных времен года. Так раз-
вились астрономические знания и появилась астрономия.
1 К. М а р к с. Капитал, т. I. Госполитиздат, М., 1963, стр. 208.

22
Глава 1. Античная натурфилософия
Особую роль астрономия играла в Египте, где вся жизнь зависела
от разливов Нила, орошавшего поля египтян. Умение предсказать
периоды разлива Нила в связи с этим имело решающее значение для всей
хозяйственной жизни Египта, и поэтому астрономия приобретала
огромное значение.
В Египте астрономические наблюдения вели жрецы, которым
астрономические знания давали огромную власть. Маркс указывал, что
«необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала
египетскую астрономию, а вместе с тем господство касты жрецов как
руководителей земледелия» 1.
Астрономические знания давали возможность ориентироваться в
пути, особенно в открытом море; мореплавание приобретало большую
роль в хозяйственной и политической жизни и стимулировало развитие
астрономии. Эта последняя, в свою очередь, вызвала развитие
математики. Математика была необходима также при распределении
земельных участков, для измерения участков земли, как видно из самого
названия геометрия (землемерие). В дальнейшем, с развитием
строительной техники, математика использовалась для расчета больших
сооружений, а также для строительства военных машин. Наконец,
развитие математики вызывалось также и другими потребностями
хозяйственной жизни, в частности торговлей, при которой нужно было уметь
вести расчеты.
В этот период появилась и медицина, хотя еще в самом
примитивном виде.
Древние письмена (письменность появилась в Вавилонии в
середине четвертого тысячелетия до н. э., а в Египте еще раньше —
примерно в конце пятого тысячелетия до н. э.) рассказывают о научных
знаниях того времени. Вавилоняне и египтяне знали целый ряд
созвездий и пять планет, их движение по -небу. Они научились
определять периоды солнечных и лунных затмений. Еще в четвертом
тысячелетии до н. э. египтяне изобрели календарь. Год они делили
на 12 месяцев по 30 дней каждый. Очень давно восточные народы
начали пользоваться солнечными, »а также водяными часами. Вавилоняне
ввели единицы длины, площади и объема; за единицу длины
принимали локоть (около полметра). 3>а единицу веса они принимали вес
куба воды, сторона которого равнялась двум локтям. В области
математики вавилоняне и египтяне имели довольно значительные успехи,
умели решать задачи, приводящие к решению уравнений первой и
второй степени и некоторые задачи, приводящие к решению уравнений
третьей степени; научились определять площадь квадрата,
прямоугольника и круга с достаточной степенью точности. Египетские жрецы
безусловно имели довольно большие познания в области химии и
медицины; они владели искусством бальзамирования трупов.
Однако науки в древних государствах состояли лишь из
отрывочных сведений, отдельных рецептов и правил. Но даже и в'тех областях,
где эти знания уже получили обобщение, — в астрономии и
математике,— они были тесно связаны с фантастическими религиозными
представлениями о природе и человеке.
Именно так было в Египте, где жрецы, являясь одновременно
учеными и верховными священнослужителями, связывали в нечто
единое научные знания и мистические и религиозные представления, науку
и религию. Установив связь между движением светил и переменами в
окружающей природе, происходящими с изменением времен года,
египетские жрецы искали такую же связь между небесными явлениями и
1 К. М а р к с. (Капитал, т. I, стр. 522.

§ 3. Первые натурфилософские системы Древней Греции 23
судьбой отдельных людей и целых государств. Они считали, что
движение и положение небесных светил управляют жизнью людей на Земле.
Так одновременно с астроном-ией зародилась и астрология, получившая
в дальнейшем, в средние века, широкое распространение.
Таким образом, научные данные непосредственно были
переплетены с фантастическими религиозными и мистическими представлениями
о природе.
§ 3. Первые натурфилософские системы Древней Греции
Новый этап развития науки наступил с расцветом античного мира.
К VI в. до н. э. в более развитых материальных условиях, при более
высоком уровне общественной жизни в древнегреческих государствах
создались более благоприятные условия для развития науки, чем в
рабовладельческих монархиях Египта, Вавилонии и др. Возникла и расцвела
греческая философия, которая сделала первую попытку осмыслить весь
окружающий мир, не прибегая к помощи фантастических сил, богов,
героев и т. п.
Малоазиатское побережье Средиземного моря в VI в. до н. э.
играло видную роль в экономической жизни Греции. Города Милет, Эфес,
Смирна, а также острова Хиос и Самос являлись видными
экономическими центрами Греции. Через эти города проходили торговые пути из
греческих городов в Малую Азию, здесь были развиты ремесло и
торговля. Малоазиатское побережье Средиземного моря населяли греки
ионийского племени, и вся эта страна называлась Ионией. Здесь и
возникла первая греческая философская школа, получившая название
ионийской.
Родоначальником древнегреческой философии был Фалес из Ми-
лета (ок. 624—547 до н. э.). Фалес много путешествовал, бывал в
Египте, где он занимался астрономией и математикой. Фалес определил
наклон эклиптики, описал целый ряд созвездий, установив их
положение на небе, он сумел правильно предсказать солнечное затмение
585 г. до н. э. Фалес занимался исследованиями и области физических
наук. Ему было известно свойство магнита притягивать железо и
свойство наэлектризованного трением янтаря притягивать легкие тела.
Но самой главной заслугой Фалеса является его учение о
материальном единстве мира и его развитии. Фалес считал, что началом всех
вещей является вода, а из нее образуются все вещи. «Из воды все
происходит и все возвращается к воде». Учение Фалеса было большим
шагом вперед в познании природы. Оценивая характер и значение
философии ранних греческих философов, Энгельс писал: «Таким образом,
здесь перед нами уже полностью вырисовывается первоначальный
стихийный материализм, который на первой стадии своего развития весьма
естественно считает само собою разумеющимся единство в
бесконечном многообразии явлений природы и ищет его в чем-то определенно-
телесном, в чем-то особенном, как Фалес в воде» К
Естественно, что учение о единстве материального мира, его
материальности и развитии у Фалеса было еще весьма примитивным и
наивным. Фалес считал, что мир полон богов, демонов и душ. В предметах
душа является движущим началом. Магнит, например, по Фалесу,
имеет душу, сущность которой проявляется в том, что магнит притягивает
железо. Таким же наивным было представление Фалеса и о строении
вселенной. Он представлял себе, что Земля плавает в воде, как дерево.
Несмотря на всю примитивность и наивность, учение Фалеса явля-
Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 147.

24
Глава 1. Античная натурфилософия
лось научным обобщением тех знаний, которые были добыты к тому
времени, и коренным образом отличалось от фантастических
представлений более раннего периода о мире, управляемом героями, богами и
таинственными силами, как представляла мир мифология греков и
других еще более древних народов.
Другие философы ионийской школы, как и Фалес, искали основу
материального мира в чем-нибудь едином, телесном. Так,
Анаксимандр (ок. 610—546 до н. э.), тоже из Милета, учил, что основой всего
существующего является не вода, а некая первоматерия, которую он
называл а пейр он. Эту первоматерию Анаксимандр определяет так:
«...у него (беспредельного) нет начала, но оно само кажется началом
остальных вещей. Оно объемлет все и всем правит» К Из этого начала
образовались небеса и все миры в них. Анаксимандр утверждал, что
животные не созданы от века, а возникли из влаги, испаренной солнцем.
Первые животные были подобны рыбам и плавали в воде. Человек, так
же как и животные, по его мнению, произошел от рыб. Анаксимандр не
считал, что Земля плавает в воде, но предполагал, что она является
центром вселенной; Землю описывают три огненных кольца: первое —
солнечное, второе — лунное и третье — звездное.
Еще один ученый ионийской школы Анаксимен (ок. 585—525
до н. э.), в отличие от Фалеса и Анаксимандра, считал, что началом
всего является воздух, из которого все возникает и движением
которого образуются все явления в природе.
Герцен в «Письмах об изучении природы» дает характеристику
ионийской философии; он пишет: «Пробужденное сознание
останавливается перед природой и ищет подчинить ее многоразличие единству,
чему-нибудь всеобщему, царящему над частным... Ионийцы с
отроческой простотой в самой природе искали начала; они его искали, как
сущее между существующим, как высшую вещественность,
составляющую основу прочих вещей»2.
Общее направление философии ионийской школы получило свое
дальнейшее развитие в учении крупнейшего философа Древней Греции
Гераклита (ок. 530—470 до н. э.). Гераклит тоже происходил из
Ионии, из города Эфеса. Он считал основой всего огонь — некое
реальное вещество. Стадии в развитии огня объясняют структуру и
движение мира. По Гераклиту, «все обменивается на огонь и огонь — на
все, как на золото — товары, на товары — золото».
Классики марксизма-ленинизма указывали на него как на
основоположника диалектики. Ленин приводит в «Философских тетрадях»
цитату из Гераклита: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов
и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно
воспламеняющимся и закономерно угасающим...». Далее Ленин
замечает: «Очень хорошее изложение начал диалектического материализма»3.
Гераклит развил учение о познании мира, Он указал, что познание
природы начинается с того, что человек воспринимает мир посредством
чувств, но при этом одни чувства еще не дают полного познания:
истинное познание достигается посредством мышления. «Мышление — великое
достоинство, оно дает возможность проникнуть в суть вещей»,— писал
Гераклит.
В греческой философии развивалось и идеалистическое
направление. Первой идеалистической философской школой в Древней Греции
была школа Пифагора.
1 А. Маковельский. Досократики, ч. I. Казань, 1914, стр. 40.
2 А. Герцен. Избр. филос. произв., т. I. Госполитиздат, М., 194в, стр. 143—144.
3 В. И. Л е н и н. Соч., т. 38, стр. 347.

§ 3. Первые натурфилософские системы Древней 1 рецйи 25
Пифагор (ок. 580—500 до н. э.) —уроженец острова Самос — по
своему мировоззрению был идеалистом; в противоположность
философам ионийской школы он искал единство природы и основу ее вещей
не в вещественном, материальном, а в идеальном. Пифагор учил, что
в основе всего существующего лежит число, числа являются сущностью
вещей, а вся вселенная — гармонией чисел. Ученики Пифагора,
пифагорейцы, усматривали в числах определенный таинственный смысл. По
словам Аристотеля, пифагорейцы считали, что свойством одних чисел
является справедливость, других — душа и ум, третьих — удача и т. д.
Интересна космогония пифагорейцев: они считали, что Земля
должна быть шарообразной, поскольку шар является идеальной и
совершенной фигурой. Согласно их космогоническим представлениям, в
центре вселенной находится некий центральный огонь, вокруг которого
вращаются Земля, Солнце и остальные небесные светила. Существует
девять сфер: сфера Земли, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера,
Сатурна, Солнца, Луны и звезд. Кроме этих девяти сфер пифагорейцы
вводили еще новую сферу и соответственно планету — Противоземлю, чтобы
дополнить число сфер до десяти — числа, которое, как они считали,
является совершенным. Противоземля подобна Земле, но находится по
другую сторону центрального огня, симметрично Земле. Противоземля
и центральный огонь ненаблюдаемы, так как Земля всегда повернута
к ним только одной стороной. Солнце освещает Землю, отражая лучи
от этого центрального огня. Такова космогония пифагорейцев. При всей
ее примитивности в ней впервые предполагается движение Земли.
Заслугой Пифагора и пифагорейцев является также то, что они,
хотя и в искаженной, уродливой идеалистической форме, ввели идею
о существовании количественных закономерностей в природе. Говоря
о философии Пифагора, Энгельс писал: «Подобно тому как число
подчинено определенным законам, так подчинена им и вселенная; этим
впервые высказывается мысль о закономерности вселенной» К
Наибольшее развитие идеалистическое направление в греческой
философии получило у Платона (427—347 до н. э.). Платон отрицал
существование материального мира, считая, что в основе всего сущего
лежит идея. Платон и его ученики уделяли большое внимание
математике. Существует легенда, что на входе в «Академию» (школа Платона,
получившая такое название по имени места в Афинах, где собирались
его ученики) Платон приказал начертать надпись: «Пусть не знающий
геометрии не входит сюда». Однако заслуги Платона в математике
иногда преувеличивались; Платон стремился сделать математику как
можно более абстрактной, оторвать ее от реальной действительности.
Известно, что Платон осуждал применение математики к решению
проблем механики и, наоборот, применение механики к геометрическим
задачам. Об этом, например, свидетельствует Плутарх. Он пишет, что
Евдокс и Архит (греческие ученые, по мнению Плутарха,
основоположники механики) «желали сделать математику интереснее, менее сухою,
и решили наглядными примерами, с помощью механики, решить задачи,
которые не легко решались путем логических доказательств и чертежей...
Платон был недоволен. Он укорял их в том, что они уничтожают,
лишают математику ее достоинств, переходя от предметов умственных,
отвлеченных, к реальным, и снова сводят ее к занятию реальными
предметами, требующему продолжительной и трудной работы
ремесленника» 2.
1 Ф. Э н г е л ь с. Диалектика природы, стр. 148.
2 Плутарх. Сравнительные жизнеописания, т. III, вып. 2. Пелопид и Марцелл.
СПб., 1891, стр. 193—194.

26
Глава 1. Античная натурфилософия
Учение Платона было реакционным. Всю свою жизнь Платон вел
борьбу с материалистическим учением древних философов. И после
смерти Платона его философия играла реакционную роль.
§ 4. Учение древних атомистов
Материалистическая линия в греческой философии получила
дальнейшее развитие в учении древних атомистов.
Основоположником атомистики считают греческого философа
Демокрита и его учителя Левкиппа. Однако у них имелись
предшественники, в учении которых уже содержались элементы атомистики, например
у Анаксагора и Эмпедокла.
Анаксагор (ок. 500—428 до н. э.) полагал, что каждая вещь
состоит из мельчайших невидимых глазу материальных частиц, подобных
самой вещи. Так. что кость состоит из маленьких костей, мясо — из
мельчайших кусочков мяса, кровь — из мельчайших капелек крови
и т. д. Эти частицы, которые Анаксагор называл гомеомериями,
неразрушимы и несотворимы. Все превращения в природе происходят
соединением И'разъединением этих часгиц.
Эмпедокл (490—430 до н. э.) учил, что в основе всего
существующего лежат четыре элемента: земля, вода, воздух и огонь. Эти
элементы, или «корни», соединяясь, образуют все вещи в природе. «Корни»
неразрушимы и несотворимы, а так как все вещи состоят из «корней»
и все изменения происходят в результате их соединений и
разъединений, то в природе ничто не исчезает бесследно и не разрушается в ничто.
Как легко видеть, и в учении Анаксагора, и в учении Эмпедокла
совершенно определенно содержится идея о несотворимости и
неуничтожимое™ материи, -и этой идее придается уже конкретная форма.
Развитую форму учение древних атомистов получает у Демокрита
и его учителя Левкиппа. Демокрит (ок. 460—370 до н. э.) написал
много сочинений, однако они не дошли до нашего времени; сохранились
лишь отдельные отрывки из его книг, главным образом в сочинениях
других древних авторов. Объясняется это в значительной степени тем,
что материалистическое и атеистическое учение Демокрита всегда
вызывало к себе ненависть идеалистов, реакционеров и попов всех
времен и народов. Известно, например, что Платон приказывал своим
ученикам уничтожать сочинения Демокрита. В средние века, в период
господства церкви, имя Демокрита было проклято, а его учение находилось
под запретом. Учение Демокрита было ненавистно идеалистам и
гораздо более поздних времен. Гегель относился, по выражению Ленина,
к Демокриту, как «мачеха». «Невыносим идеалисту дух
материализма!!»1. Ненавистен Демокрит был и махистам. «...Рудольф Вилли в
1905 году воюет, как с живым врагом, с Демокритом, — писал Ленин, —
великолепно иллюстрируя этим партийность философии и обнаруживая
паки и паки свою настоящую позицию в этой партийной борьбе»2.
Демокрит учил, что все состоит из атомов и пустоты. «Начала —
атомы и пустота, все же остальное существует лишь в мнении...»3. Сама
душа, по Демокриту, состоит из мелких круглых атомов. Атом является
последней основой всех вещей, неделимым, лишенным внутреннего
строения. Атомы не. творятся, не уничтожаются, всякое возникновение
или уничтожение — лишь кажущееся: «Ничто не возникает из небытия,
ни разрешается в небытиё»4.
1 В. И. Л е н и н. Соч., т. 38, стр. 263.
2 В. И. Л е ни н. Соч., т. 14, стр. 339.
3А. О. Маковельский. Древнегреческие атомисты. Баку, 1946, стр. 61.
4 Там же.

§ 4. Учение древних атомистов
27
В природе господствует строгая причинность. «Ни одна вещь не
возникает беспричинно, но все возникает на каком-нибудь основании
и в силу необходимости» *, — писал Демокрит. Он отрицал, что мир
создан богами и неизменен; так же, как и все в природе, он возник в
силу необходимости. Миров, подобных
нашему, существует бесконечное
множество — все они находятся в
процессе развития, одни возникают из
атомов, другие уничтожаются,
распадаются на атомы.
Учение Демокрита получило
дальнейшее развитие в философии
Эпикура. Эпикур (341—270 до н. э.) был
последним крупным
философом-материалистом древности.
Философия Эпикура имела ярко
выраженный материалистический
безбожный характер, и его имя, подобно
имени Демокрита, во все времена
являлось символом безбожия и служило
предметом ненависти идеалистов и
попов.
Известная поэма римского поэта
Лукреция Кара «О природе вещей»
посвящена изложению атомистического
учения Эпикура. Демокрит
Эпикур, подобно Демокриту,
утверждал, что ничего не существует,
кроме атомов и пустого пространства. Атомы несотворимы и неуничто-
жимы, материя вечна. В природе нет никаких сверхъестественных сил;
все происходит по естественным законам. Лукреций Кар пишет:
За основание тут мы берем положенье такое:
Из ничего не творится ничто по божественной воле.
И оттого только страх всех смертных объемлет, что много
Видят явлений они на земле и на небе нередко,
Коих причины никак усмотреть и понять не умеют,
И полагают, что все это божьим велением творится.
Если же будем мы знать, что ничто не способно возникнуть
Из ничего, то тогда мы гораздо яснее увидим
Наших заданий Предмет: и откуда являются вещи,
И каким образом все происходит без помощи свыше2.
Пространство, по Эпикуру — Лукрецию, бесконечно. В бесконечном
пространстве движутся атомы — мельчайшие неделимые частички,
последние «кирпичи мироздания». Они несутся в беспрерывном
хаотическом движении. Лукреций образно сравнивает их движение с
движением пылинок, которые мы видим, когда луч света проникает в темную
комнату.
Миры, по Эпикуру—Лукрецию, не существуют неизменными от
века; их бесконечное множество, они возникают и угасают. Наш мир
возник, подобно другим мирам, из хаоса. Первоначально на Земле не
было жизни, затем появились растения и животные, а-за ними человек.
Лукреций пишет, что человек постепенно научился говорить, а затем —
пользоваться огнем. После этого люди стали жить общественной
жизнью, научились писать и читать. Далее, пишет он,
1 А. О. М а к о в е л ь с к и й. Древнегреческие атомисты. Баку, 1946, стр. 229.
2 Лукреций Кар. О природе вещей, т. I. Изд-во АН СССР, 1946, стр. 15.

28
Глава 1. Античная натурфилософия
Судостроенье, нолей обработка, дороги и стены,
Платье, оружье, права, а также и все остальные
Жизни удобства и все, что способно доставить усладу:
Живопись; песни, стихи, ваянье искусное статуй —
Все это людям нужда указала, и разум пытливый
Этому их научил в движеньи вперед постепенном.
Так изобретенья все понемногу наружу выводит
Время, а разум людской доводит до полного блеска.
Видели ведь, что одна за другой развиваются мысли
И мастерство наконец их доводит до высших пределов.
Так Лукреций говорит о развитии человеческого общества.
Учение древних атомистов было наиболее последовательным
материалистическим учением в древнегреческой философии. Левкипп,
Демокрит, Эпикур и Лукреций пытались объяснить мир, его возникновение
и развитие, не-прибегая ни к каким сверхъестественным и
нематериальным категориям. Они провозгласили в общей форме важнейшее
положение материализма — о вечности материи, о ее несотворимости
и неуничтожимое™, придав ему определенную конкретную форму. Они
ввели также в науку учение о строгой причинности в природе. Эти
общие положения стали руководящими идеями в последующем
развитии естествознания и материалистической философии.
Древним атомистам принадлежит первая и в общем правильная
гипотеза об атомистическом строении вещества. Эта гипотеза также
стала руководящей идеей в развитии естественных наук в более позднее
время. Когда после научного застоя средних веков наука в борьбе
с церковной идеологией завоевала себе самостоятельность, то вместе
с этим возродилось и учение древних атомистов, которое явилось как бы
отправным пунктом для нового этапа ее развития. В учении атомистов
содержались также в зародыше элементы механического
мировоззрения, мировоззрения, явившегося в последующем философской основой
естествознания, включая и физику XVII—XIX вв.
§ 5. Натурфилософия Аристотеля
Крупнейшим философем Древней Греции был Аристотель
(384—322 до н. э.). Аристотель в своей философской системе
объединил все научные знания своего времени. Философия Аристотеля
включала учение о бытии, науки о природе, вопросы теории познания, науку
о человеке и человеческом обществе. Его наиболее важными
сочинениями, в которых излагались общефилософские, вопросы, а также общие
естественнонаучные взгляды, были «Физика» и «Метафизика».
«Физика» посвящена учению о природе. В «Метафизике»
Аристотель пытался изложить учение о неизменных «началах» сущего, об
абсолютных основах всего. Отсюда и появился термин «метафизика» —
учение о неизменных первоначалах бытия и соответственно метод
мышления, рассматривающий явления и вещи окружающей
действительности в их неизменности.
Аристотель не был последовательным в философии, его учение
наряду с материалистическими положениями содержит в себе
идеалистические моменты. Он, как подчеркивал В. И. Ленин, колебался
между материализмом и идеализмом. Аристотель признавал существование
объективного мира и существование материи, однако его представление
о материи является весьма своеобразным.
Материя, по Аристотелю, не есть нечто определенное, как у
атомистов или философов ионийской школы; материя — это лишь возмож-
1 Лукреций Кар. О природе вещей, стр. 365.

§ 5. Натурфилософия Аристотеля
29
ность, без которой не может существовать никакая вещь, она сама по
себе не обладает никакими качествами и лишена всякой
определенности. Для того чтобы возникла конкретная вещь, необходимо соединение
материи с неким другим активным началом —формой, которая придает
материи определенность — качества этой вещи, превращает
возможность в действительность.
Процесс превращения возможности в действительность, процесс
соединения материи с формой есть движение. Аристотель различает
несколько видов движения: возникновение, уничтожение, рост,
уменьшение, качественное изменение и смена в пространстве.
В соответствии с учением о материи и форме, с учением о движении
Аристотель развивает и учение о причинах. Он считает, что существует
четыре вида причин. Во-первых,
«причина, — пишет Аристотель, — в одном
смысле обозначает входящий в состав
вещи<материал>, из которого вещь
возникает—каковы, например, медь для
статуи и серебро для чаши, а также их
<более общие>роды». Во-вторых, по
Аристотелю, под причиной следует
понимать то, что определяет сущность
вещи, суть бытия. «В другом смысле
гак называется форма и образец,
иначе говоря — понятие сути бытия, и
<более общие> роды этого понятия
(например, для октавы — отношение
двух к одному и вообще число), а
также части, входящие в состав <та-
кого> понятия». Далее под причиной
понимают «источник, откуда берет
свое начало изменение или
успокоение,— пишет Аристотель, — так,
например, человек, давший совет, яв- А
' Аристотель
ляется причиною, и отец есть причина
ребенка, и вообще то, что делает,
есть причина того, что делается, и то, что изменяет — причина того,
что изменяется»1. Наконец, четвертый вид причин у Аристотеля — это
так называемые целевые, или конечные, причины, т. е. то, ради чего
происходит какое-либо явление. «Кроме того, — пишет он, — причиной
может быть цель; это значит «ради чего»: например, причина
прогулки— здоровье. Зачем он гуляет? Мы скажем «ради выздоровления» и,
сказав так, уверены, что указали причину» 2. Виды причин,
рассматриваемые Аристотелем, в средние века* получили название: причина
материальная, причина формальная, причина действующая и причина целевая.
Таковы очень кратко положения философского учения Аристотеля.
Мы видим, что Аристотель колеблется между материализмом и
идеализмом. С одной стороны, он признает существование объективного мира,
признает существование материи. С другой стороны, считая материю
бескачественной и прибегая к понятию формы, а также вводя конеч-
" ные, или целевые причины, он склоняется к идеализму.
В основе учения Аристотеля о природе лежит представление о
существовании бескачественной субстанции «первоматерии», которая в
соединении с четырьмя «первичными качествами — стихиями»: теплом
1 Аристотель. Метафизика. М.— Л., 1934, стр. 79.
2 Аристотель. Физика. А* 1 °Я6, стр. 28.

30
Глава /. Античная натурфилософия
и холодом, сухостью и влажностью —образует все многообразие
материального мира. Сочетание стихий дает элементы, из которых состоят
вещи; сочетание теплого и сухого дает огонь, сочетание теплого и
влажного—воздух, холодного и влажного —воду и, наконец, холодного и
сухого — землю. Элементам присуще стремление к своим «местам».
«Место» самого тяжелого элемента — земли — внизу, самого легкого —
огня — наверху. В связи с этим в центре вселенной находится земля,
над нею вода, затем воздух и, наконец, огонь. Кроме того, Аристотель
вводит еще пятый элемент — эфир, который является небесным
элементом, «место» которого в небе.
Земля имеет сферическую форму, поскольку эта форма является
самой совершенной. Затем идут сферы небесных светил — ближайшая
сфера Луны и наиболее удаленная сфера неподвижных звезд. Сферы
вращаются вокруг Земли вместе с помещенными на них светилами,
которые при этом описывают вокруг Земли круговые орбиты —
«совершенные» кривые. Область небесных светил заполнена эфиром —
«совершенным веществом». Движение небесных тел осуществляется неким
«перводвигателем» — душой вселенной; им стал в средние века
христианский бог-вседержитель. В противоположность Земле, где все
меняется, в небе все неизменно и совершенно; единственное изменение
в небесной области — это движение светил по круговым орбитам.
Космогония Аристотеля не была прогрессивной. Основные ее
положения: учение о Земле как о центре вселенной, резкое разграничение
всего земного, тленного, от небесного, неизменного, совершенного,
представление о перводвигателе — являются реакционными. Космогония
Аристотеля была канонизирована христианской церковью и
впоследствии долгое время являлась тормозом в развитии науки.
Все движения Аристотель делит на естественные и насильственные.
Естественные движения — это такие движения, которые происходят
сами собой, когда тела стремятся к своим «местам». Насильственные,
наоборот, вызваны внешней причиной.
Для небесных тел насильственных движений не существует. Их
круговые движения являются естественными движениями. Для земных тел
естественным движением являются движения вверх и вниз: для легких
тел — движение вверх, для тяжелых — вниз. Тела, в которых
преобладает тяжелый элемент, например земля, будут стремиться двигаться
вниз, так как «место» земли внизу; тела же, в которых преобладает
легкий элемент, например огонь, должны подниматься кверху, к своему
«месту». Все другие движения на земле насильственные, для них
необходима действующая причина — «сила». «Сила» необходима не только
для изменения скорости тела, но и для прямолинейного и равномерного
движения. Наоборот, для падения тяжелого тела и движения вверх
легкого нет нужды в действующей причине; это движение происходит
вследствие стремления самого тела. Величина силы, по Аристотелю,
пропорциональна не ускорению, а скорости тела. Аристотель разбирает
вопрос о законах падения тел; он считает, что более тяжелые тела
падают быстрее менее тяжелых, что время падения тел зависит от их веса.
Учение Аристотеля о механическом движении, несмотря на
неправильность основных положений, было известным шагом вперед,
поскольку он впервые поставил вопрос о изучении и классификации
механического движения. С этого времени начинают формироваться основные
понятия механики: скорость, сила и т. д. Однако динамика Аристотеля,
подобно его космогонии, была канонизирована церковью,
господствовала почти две тысячи лет и оказалась в более поздний период тормозом
в развитии естествознания.

§ 6. Общая характеристика античной натурфилософии
31
В своих произведениях Аристотель затронул все научные вопросы
своего времени. У него наряду с верными материалистическими много
примитивных и наивных представлений о явлениях природы, нередко
с оттенком антропоморфизма. Так, например, он считал, что в природе
не существует пустоты. Однако представление о невозможности
абсолютной пустоты в природе он отождествлял с представлением о
невозможности безвоздушного пространства и облекал эту идею в
идеалистическую примитивную форму, обосновывая ее тем, что природа «боится
пустоты». Между прочим, боязнью пустоты объясняли тот факт, что
камень, когда он уже вылетел из пращи и на него перестала действовать
«действующая причина», продолжает лететь некоторое время по
инерции. Согласно этому объяснению, позади камня стремится образоваться
пустое пространство, а природа боится пустоты, поэтому воздух
устремляется туда, где может образоваться пустота, и подталкивает некоторое
время камень вперед.
Аристотель подвел итог всему предыдущему развитию науки,
обобщил и привел в систему накопленные до него знания. Проведя
классификацию наук, он наметил пути их дальнейшего развития уже на
основе точного систематического исследования.
В основе научного мышления Аристотеля лежал метод чисто
созерцательный. Философам древности точные экспериментальные
исследования были неизвестны. Опираясь на непосредственное наблюдение
окружающих явлений, не исследуя их как естествоиспытатель, а лишь
наблюдая, Аристотель единственно силой ума пытался проникнуть в
сущность явлений и построить картину природы. Именно так он создал
учение о вселенной, так он построил и свою динамику. Поэтому взгляды
Аристотеля на природу во многом имели характер фантастических, чисто
спекулятивных представлений. Его непоследовательность в решении
основного вопроса философии привела к идеалистическим выводам, а
иногда созданные им теории носили прямо религиозный характер.
Учение Аристотеля сыграло противоречивую роль в развитии науки.
С одной стороны, оно послужило отправным пунктом для
последующего развития естествознания, а с другой стороны, будучи канонизировано
христианской церковью, послужило и тормозом в развитии
естествознания. Эта двойственность роли учения Аристотеля была обусловлена
общим характером последующего развития науки и философии.
§ 6. Общая характеристика античной натурфилософии
Низкий уровень техники, характер общественных отношений,
свойственный Греции античного периода, не могли привести к
возникновению экспериментального исследования природы. Но, с другой стороны,
условия жизни древнегреческих государств создали возможность
научного обобщения накопленного естественнонаучного материала. В этих
условиях и возникла единая нерасчлененная античная наука, в которой
накопленные естественнонаучные факты непосредственно связывались
с самыми общими взглядами на природу, на человека, на отношение
человека к природе.
Древнегреческие философы-мудрецы, не прибегая к
систематическому исследованию и эксперименту, на основе еще бедного
фактического материала пытались охватить воедино и объяснить всю
окружающую действительность. При этом они не ставили перед собой задачу
создания такой науки, которая бы служила производству. Они
рассматривали науку лишь как средство для духовного развития,
морального совершенствования и допускали ее практическое применение
только для «благородных целей» — развития мореплавания, военного дела

32
Глава 1. Античная натурфилософия
и т. п. В связи с этим античная наука имела созерцательный характер
и не могла играть сколько-нибудь значительной роли в производстве.
Античная натурфилософия язилась определенной ступенью в
познании природы. Человек стремился как бы одним взглядом сразу
охватить посредством бедных понятий самые общие черты, общий характер
всех вещей и явлений окружающего мира и создать себе первое самое
общее представление о нем. Он еще не проник за кулисы явлений, он
еще не изучал, а только рассматривал и притом издали. Это приводило
к наивному, часто фантастическому представлению о явлениях природы,
но в то же время способствовало созданию правильного в общем
воззрения на мир.
Характеризуя науку древних, Энгельс писал: «Когда мы
подвергаем мысленному рассмотрению природу или историю человечества, шы
нашу собственную духовную деятельность, то перед нами сперва
возникает картина бесконечного сплетения связей и взаимодействий, в
которой ничто не остается неподвижным и неизменным, а все движется,
изменяется, возникает и исчезает. [Таким образом, мы видим сперва
общую картину, в которой частности пока более или менее отступают
на задний план, мы больше обращаем внимание на движение, на
переходы и связи, чем на то, что именно движется, переходит, находится в
связи]. Этот первоначальный, наивный, но по сути дела правильный
взгляд на мир был присущ древнегреческой философии и впервые ясно
выражен Гераклитом: все существует и в то же время не существует,
так как все течет, все постоянно изменяется, все находится в
постоянном процессе возникновения и исчезновения. Несмотря, однако, на то,
что этот взгляд верно схватывает общий характер всей картины
явлений, он все же недостаточен для объяснения частностей, из которых она
слагается, а пока мы не знаем их, нам не ясна и общая картина. Чтобы
познавать отдельные стороны (частности), мы вынуждены вырывать их
из их естественной или исторической связи и исследовать каждую в
отдельности по ее свойствам, по ее особым причинам и следствиям
и т. д. В этом состоит прежде всего задача естествознания и
исторического исследования, т. е. тех отраслей науки, которые, по вполне
понятной причине, занимали у греков классических времен лишь
второстепенное место, потому что грекам нужно было раньше накопить
необходимый [для этого] материал» К
В другом месте, говоря о важности изучения философии древних
греков, Энгельс подчеркивает ее диалектический характер: «Здесь
диалектическое мышление выступает еще в первобытной простоте, не
нарушаемой теми милыми препятствиями, которые сама себе создала
метафизика XVII и XVIII веков — Бэкон и Локк в Англии, Вольф в
Германии— и которыми она заградила себе путь от понимания единичного
к пониманию целого, к постижению всеобщей связи вещей. У греков —
именно потому, что они еще не дошли до расчленения, до анализа
природы,— природа еще рассматривается в общем, как одно целое.
Всеобщая связь явлений природы не доказывается в подробностях: она
является для греков результатом непосредственного созерцания. В этом
недостаток греческой философии, из-за которого она должна была
впоследствии уступить место другим воззрениям. Но в этом же
заключается и ее превосходство над всеми ее позднейшими метафизическими
противниками. Если метафизика права по отношению к грекам в
подробностях, то в целом греки правы по отношению к метафизике»2.
1 Ф. Э н г е л ь с. Анти-Дюринг. Госполитиздат, М., 1953, стр. 20—21.
2 Ф. Энгельс. Диалектика 'природы, стр. 24—25.

^
ГЛАВА 2
НАЧАЛО ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ НАУКИ И ПЕРВЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ В ПЕРИОД ЭЛЛИНИЗМА
§ 7. Общая характеристика развития науки в период эллинизма
Развитие производства, расширение торговых связей, все
усиливающаяся классовая борьба, учащающиеся военные столкновения между
отдельными государствами приводят к началу III в. до н. э. к
экономическим и политическим изменениям в древнем мире. В III в.дон. э. царь
Македонии Александр, покорив всю Грецию, овладел государствами
Малой Азии, Палестиной, Египтом, Персией и другими странами.
Возникла огромная империя, объединившая колоссальную территорию и
многочисленные народы Европы, Азии и Африки.
После смерти Александра Македонского его империя распалась на
три крупных рабовладельческих государства, которые представляли
собой конгломераты отдельных порабощенных государств >и народов.
Государством подобного типа была и Римская империя, объединившая
огромные территории Европы, Африки и Азии.
Усложнилась хозяйственная и политическая жизнь. Быстрее стали
развиваться производительные силы. Более совершенной стала техника,
хотя в ней и не произошло принципиальных изменений. Ускорение
развития производительных сил и усложнение техники стимулировали более
быстрое накопление естественнонаучных знаний. Вследствие этого
возникла необходимость их обобщения, но уже не в форме
натурфилософии, а в виде отдельных наук и теорий. Начиная с этого времени
намечается дифференциация науки, разделение ее на отдельные
области, которые получают известную самостоятельность и оформляются в
самостоятельные отрасли, или науки, отделяясь от философии.
Философия в этот период, исключая философию Эпикура и
Лукреция, приходит в упадок, отражая этим кризис рабовладельческого строя.
При дворе египетских царей Птолемеев в Александрии
господствующее влияние получает идеалистическая философия Платона. Римские
философы больше уделяют внимания вопросам морали, личного
совершенствования. Стоики — представители одной из философских школ
этого времени, проповедовали моральную стойкость, силу воли,
выносливость и независимость человека от материального мира,
материальных благ.
Упадок философии, отход ее от материализма, от природы,
развивающиеся идеалистические тенденции сказываются на творчестве
ученых этого периода. Для них стало характерным увлечение формализ-

34
Глава 2. Начало дифференциации науки
мом, логической математической строгостью; пренебрежение к труду,
характерное вообще для рабовладельческого строя, получило особенно
яркое отражение в науке. Считалось позором для ученого, если он
связывает свою научную деятельность с практическими задачами, особенно
с производством.
Известно, например, что древние писатели считали необходимым
оправдывать великого ученого древности Архимеда, который свои
научные знания употребил для создания военных машин. Оправданием в
этом случае, по их мнению, могло служить только то, что Архимед
руководствовался при этом патриотическими соображениями,
поскольку машины эти были необходимы для защиты родного города от
врагов. Архимед, написавший ряд сочинений по механике и гидростатике,
нигде не упоминал сконструированных им машин и вообще не касался
практических вопросов. Плутарх пишет: «Что же касается Архимеда, он
был так гениален, имел такой блестящий ум, обладал такою массою
теоретических сведений, что не желал оставлять после себя никаких
сочинений о том, чем приобрел он себе имя и славу не человеческих, а
как бы божеских познаний.
Считая неблагородным ремеслом з'анятие механикой1 и, вообще,
всякою практической наукой, он обратил все свое внимание на те от*
расли знания, красота и преимущество которых не имеют ничего общего
с практикой»2.
Возможно, Плутарх переоценивает аристократизм Архимеда, и
приведенная цитата характеризует не столько самого Архимеда, сколько
господствующее мировоззрение своего времени.
Развитие древней науки начиная с III в. до н. э. в значительной
степени связано с древним городом Александрией, основанным
Александром Македонским. Благодаря выгодному географическому
положению и ряду других обстоятельств Александрия к началу III в. стала
научным и культурным центром. Здесь была создана знаменитая
библиотека-музей, имевшая по преданию около 500000 рукописей.
В Александрии работали крупнейшие ученые того времени —
астрономы, математики, механики. Птолемеи, цари египетские, приглашали в
свою столицу виднейших ученых из других стран и создавали им
условия для научной деятельности.
В период эллинизма получили дальнейшее развитие астрономия и
математика (особенно геометрия), которые выделились теперь как
самостоятельные науки. В этот же период начинает развиваться и первая
область физических наук — статика твердых и жидких тел, в которой
устанавливаются некоторые из основных положений равновесия твердых
тел и жидкостей. В это же время происходит дальнейшее накопление
естественнонаучных знаний в других областях физики, и, наконец, была
положено начало опытному исследованию природы.
§ 8. Развитие астрономии и математики
В период эллинизма в астрономии были получены важные
результаты. Александрийский астроном Эратосфен уже в III в. до н. э. при
помощи астрономических методов измерил окружность Земли. Другой
1 Под механикой Плутарх понимает, как бы мы теперь сказали, инженерную науку
о машинах.
2 Плутарх. Сравнительные жизнеописания, т. III, вып. 2. Пелопид и Марцелл,.
стр. 197—198.

§ 8. Развитие астрономии и математики
35
александрийский астроном Аристарх Самосский в этот же период
определил расстояние от Земли до Луны.
Аристарх Самосский выдвинул гипотезу о гелиоцентрическом
строении вселенной. Он считал, что в центре вселенной находится Солнце,
вокруг которого вращаются Земля и планеты. Однако его учение не
получило в то время (а затем и в течение всего средневековья)
развития, и только Коперник возродил и разработал идею Аристарха.
Крупный астроном того времени Гиппарх (II в. до н. э.)
значительно усовершенствовал методы астрономических измерений, применяя
различного рода угломерные приборы, имеющие точность до 0,1
градуса. Он уточнил положение и движение небесных светил, составил
большой звездный каталог, содержащий свыше 1000 неподвижных звезд.
Гиппарху принадлежит также уточнение системы мира Аристотеля.
Уже раньше астрономы заметили, что предположение Аристотеля о
круговых орбитах Луны, Солнца и планет с центром в центре Земли
находится в противоречии с видимым их движением. Собственные
'измерения Гиппарха еще больше убедили его в этом. Он, например, точно
определил, что Солнце меняет свое расстояние от Земли. Чтобы
устранить противоречие, Гиппарх предположил, что, хотя Солнце, Луна и
планеты движутся по круговым «совершенным» орбитам, тем не менее
центры их орбит не совпадают с центром Земли (теория
эксцентриков).
В скором времени выяснилось, что и теория эксцентриков не
объясняет видимых движений небесных светил. Однако астрономы не
решились отказаться от основных положений системы Аристотеля. Была
выдвинута теория об эпициклических движениях. Согласно этой теории,
небесные светила движутся по круговым орбитам — эпициклам, центры
же этих орбит, в свою очередь, совершают круговые движения —
деференты— вокруг Земли. Дальнейшее накопление фактического
материала потребовало усложнения теории движения планет и Солнца. Были
введены эпициклы, так сказать, второго и т. д. порядков.
Таким образом, искусственным путем в какой-то мере были
устранены на определенное время противоречия между наблюдаемыми
движениями небесных тел *и основными идеями Аристотеля о Земле как
центре мира и о круговых орбитах небесных тел как совершенных
траекториях.
Теория эпициклов и эксцентриков была приведена в систему
александрийским астрономом Птолемеем (II в. н. э.) и изложена им
в труде «Великое построение». Астрономия теперь получила
законченную форму, которая долгое время, вплоть до Коперника, не
подвергалась каким-либо существенным изменениям.
Необходимо отметить, что при всей ложности системы Птолемея
она была закономерным этапом в развитии науки, подобно теории
флогистона в химии. Она, хотя и в неправильной и искаженной форме, все
же давала возможность привести в единую систему накопленный
материал и освободить его от донаучных примитивных предположений.
Однако в последующем система Птолемея, будучи канонизирована
церковью, сыграла весьма реакционную роль в развитии науки.
Неудовлетворительность системы Птолемея чувствовалась гораздо
раньше, чем Коперник ниспроверг эту систему. Она была чрезвычайно
сложной и громоздкой, с течением же времени громоздкость и
сложность все увеличивались: число эпициклов росло, эксцентриситеты
усложнялись. «И населили они небо концентрическими
эксцентрическими кругами, взгромоздили эпициклы на эпициклы, орбиты на орбиты»,—
говорил о средневековых астрономах знаменитый английский поэт
3*

36
Глава 2. Начало дифференциации науки
Мильтон. С другой стороны, если движение планет по круговым орбитам
вокруг Земли можно было как-то понять, то вращение центров
круговых орбит — математических точек вокруг Земли казалось
непонятным.
В средние века все это порождало домыслы о сверхъестественных
силах, действующих на эти центры, о душах планет и т. д. В период
разложения рабовладельческого общества, когда в науке и философии
все более и более развивались идеалистические тенденции, хотя до
прямого покорения науки религией еще и не дошло, явная
неудовлетворительность системы Птолемея привела к зарождению агностицизма и
теории чистого описания. Зародилась мысль, что система Птолемея
описывает не действительные движения небесных тел, не действительное
строение вселенной, а служит лишь более или менее удобным способом
описания. Эта идея нашла в дальнейшем поддержку и развитие. Так,
например, Прокл (V в. н. э.) считал, что все круги, эксцентрики и
эпициклы существуют только в мыслях человека, который подменяет
действительность математическими образами и построениями, чтобы
«спасти» явления. Еще более определенно высказывался комментатор
Аристотеля Симплиций (VI в. н. э.); он утверждал, что
наблюдаемые движения планет являются лишь видимостью, отображающей
непознанную человеком действительность.
Позднее, в средние века, арабский ученый Ибн-Рожд, известный
под именем Аверроэса, писал, что система Птолемея ничтожна в
отношении существующего, но она удобна, чтобы вычислять то, что не
существует.
Так еще в древнее время возникла и затем в средние века была
развита идея чистого описания, идея агностицизма, отделяющая
действительность от ее отражения в сознании человека.
Больших успехов в этот период достигла математика. Знаменитый
александрийский математик Эвклид (III в. до н. э.) подвел итоги и
обобщил в своих «Началах» все, что было сделано до него в области
математики. Он создал настолько совершенную и законченную систему
элементарной геометрии, что она почти в неизменном виде
просуществовала многие столетия. Эвклид придал геометрии исключительную
логическую строгость и безукоризненность. Его система геометрии многие
века считалась образцом научной системы; ей следовали самые крупные
математики, физики, механики и даже философы последующих времен.
Древние характеризуют Эвклида как человека чрезвычайно
развитого абстрактного мышления, презрительно относившегося к
практическим вопросам. Существует предание о том, что однажды к Эвклиду
подошел юноша и попросил, чтобы он взял его в ученики; при этом
юноша спросил Эвклида, какую пользу он получит, изучив геометрию.
Согласно преданию, Эвклид повернулся к своему рабу и презрительно
сказал: «Дай этому человеку 3 обола [древняя монета], он ищет от
геометрии пользы». Возможно, что это — только легенда, тем не менее она
правильно отражает аристократизм ученых периода эллинизма, и,
возможно, так же, как изображение Плутархом Архимеда, эта легенда
характеризует не столько Эвклида, сколько господствовавшую
идеологию того времени.
В период эллинизма получили развитие и элементы высшей
математики. Здесь большая заслуга принадлежит Архимеду, решившему
труднейшие математические проблемы своего времени, например
вычисление площадей криволинейных фигур. Однако высшая математика
не была приведена еще в систему; это было сделано гораздо позже
Ньютоном и Лейбницем.

§ 9. Развитие учения о равновесии твердых и жидких тел
37
§ 9. Развитие учения о равновесии твердых и жидких тел
В эллинистический период начинает развиваться учение о
равновесии твердых и жидких тел. Основные заслуги в развитии этой отрасли
физики принадлежат Архимеду.
Архимед (ок. 287—212 до н. э.), уроженец города Сиракузы на
острове Сицилия, обучался в Александрии, где затем занимался
научными исследованиями. Здесь он изобрел ряд приборов и механизмов:
винт для подъема воды, известный под названием архимедова винта
(рис. 4), прибор для определения
угла, под которым виден диск
Солнца, и др.
После возвращения на родину
Архимед продолжал заниматься
научными исследованиями в области
математики, механики и т. д. По
преданию, Архимед настолько увлекся
занятиями механикой и был так
горд полученными результатами,
что однажды заявил своему
родственнику царю Гиерону, что мог бы
повернуть Землю, если бы у него
была точка опоры. Удивленный царь
попросил Архимеда показать ему,
как при помощи малой силы можно
двигать и поднимать большие
тяжести. Для этой цели «Архимед
приказал посадить на царскую грузо-
* вую триеру с громадным трудом, с
помощью многих рук вытащенную
на берег, большой экипаж,
положить на нее обыкновенный груз, и,
усевшись на некотором расстоянии, Архимед
без всяких усилий, спокойно
двигая рукой конец блока, стал тянуть к себе триеру так тихо и ровно, как
будто она плыла по морю. Пораженный этим царь оценил важность
механики и упросил Архимеда построить для него машины, которые
служили бы как для защиты, так и для нападения в какой угодно
осаде» 1. Эту просьбу Архимед выполнил; он построил военные машины,
которые были применены при защите Сиракуз.
Архимед исследовал условия равновесия твердых тел, установил
понятие центра тяжести, разработал метод нахождения центра
тяжести различных фигур и развил теорию простого рычага.
Не случайно, конечно, что теория рычага занимает важное место
в сочинении Архимеда по механике. Как мы уже говорили выше, рычаг
являлся одним из самых распространенных элементов древней техники,
и закон его, конечно, был уже известен. Однако сколько-нибудь
удовлетворительной теории рычага не было, хотя уже намечались попытки
ее создания. Так, в сочинении «Механические проблемы»,
приписываемом одними историками Аристотелю, другими — его последователям,
излагалась попытка построения такой теории. Автор исходит из учения
Аристотеля о насильственных и естественных движениях. Он рассмат-
1 Плутарх. Сравнительные жизнеописания, т. III, вып. 2. Пелопид и Марцелл,
стр. 194—195.

38
Глава 2. Начало дифференциации науки
ривает движение рычага как вращение его вокруг точки о'поры. При
таком движении грузы описывают пути, являющиеся отрезками дуг
окружностей; при прохождении положения равновесия движение
грузов можно разложить на два движения: движение по касательной, или
вертикальное движение, и движение к центру вращения. Согласно Ари- "
стотелю, первое из них, если груз опускается, является естественным,
второе — насильственным. При всяком круговом движении, по
мнению автора, путь радиуса криволинейный и, следовательно,
происходят два движения; одно в сторону (по касательной) —движение
согласно природе, другое к центру — против природы. Чем короче плечо
рычага, тем кривизна траектории груза больше и тем движение против
природы сильнее, поэтому, считает автор, и сила, противодействующая
«естественному движению», больше во столько же раз. Отсюда делается
заключение, что равновесие рычага возможно тогда, когда
произведение скорости грузов на их вес
есть величина постоянная для
обоих плеч рычага. А это
значит, что величиной постоянной
должно быть произведение
веса груза на элементарное
перемещение последнего. А так как
элементарные перемещения
пропорциональны длинам плеч,
то условие равновесия рычага
можно сформулировать как
условие равенства произведений
весов грузов на длину
соответствующих плеч.
Приведенное доказатель- '
ство хотя и содержит интерес-
Рис. 4. Архимедов винт ные ^ысли ° Разложении
движении и в известном смысле
приводит к положению,
которое можно было бы назвать принципом возможных перемещений для
рычага, тем не менее оно основано еще на фантастических
представлениях аристотелевской натурфилософии.
Теория рычага Архимеда изложена в дошедшем до нас сочинении
«О равновесии плоских тел, или о центрах тяжести плоских тел». Она
носит характер строгой научной теории, освобожденной от каких-либо
натурфилософских построений. Строится она в том же духе, в котором
построена геометрия Эвклида. Сначала Архимед формулирует ряд
аксиом или постулатов, а потом строго геометрическим методом
доказывает теоремы.
В основу теории равновесия Архимед кладет семь постулатов, на
часть из которых он опирается при выводе закона рычага. Вот
некоторые из этих постулатов: 1) «Равные тяжести на равных длинах
уравновешиваются, на неравных же длинах не уравновешиваются, но
перевешивают тяжести на большей длине»; 2) «Если при равновесии тяжестей
на каких-нибудь длинах к одной из тяжестей будет что-либо
прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, к кото*
рой было прибавлено»; 6) «Если величины уравновешиваются на каких-
нибудь длинах, то на тех же самых длинах будут уравновешиваться и
равные им» 1.
1 Архимед. Соч. Физматгиз, М., 1962, стр. 272.

§ 9. Развитие учения о равновесии твердых и жидких тел 39
Доказав несколько вспомогательных теорем, Архимед доказывает
теорему, представляющую закон рычага для соизмеримых грузов.
Теорема гласит: «Соизмеримые величины уравновешиваются на длинах,
которые будут обратно пропорциональны тяжестям» 1.
В основе доказательства лежит шестой постулат. Смысл его
применения заключается в следующем. Пусть на невесомом стержне АВ
(рис. 5) помещены п грузов; будучи подвешен в точке О, стержень
находится в равновесии. По шестому постулату, полагает Архимед,
равновесие не нарушится, если любую группу m грузов заменить одним
грузом, вес которого Р равен сумме весов этих грузов, подвешенных в
точке О, являющейся точкой приложения их центра тяжести.
Ьътъшъш
Рис. 5. Схема к теории рычага Архимеда
гп,
йС
2т
шшшШ
Рис. 6. Схема к теории рычага Архимеда
Далее Архимед доказывает закон рычага для соизмеримых грузов.
Сама идея доказательства заключается в следующем. Пусть имеется
Р п
два груза Р и Q,) отношение которых равно— =—
где п и т — целые
числа. Разобьем груз Р на 2п, а груз Q на 2т равных грузиков и
расположим их на равных расстояниях вдоль невесомого стержня АВ
(рис. 6) длиной L. Согласно первому постулату, стержень находится в
равновесии, если точка опоры О делит его пополам. Заменим теперь 2/г
грузов грузом Р и 2т грузов — грузом Q. По шестому постулату
равновесие не нарушится, если груз Р будет подвешен в точке С,
являющейся точкой приложения центра тяжести 2п грузов, ia груз Q — в точке D,
являющейся точкой приложения центра тяжести 2т грузов. Но так как
2
2 (п + т)
-пк OD =
2 (л + т)
-т,
1 Архимед. Соч., стр. 274.

Глава 2. Начало дифференциации науки
то при равновесии будет удовлетворяться условие
тельно,
Р __ ОС
Q ~ OD '
и теорема доказана.
Доказав закон рычага для соизмеримых грузов, Архимед
распространяет доказательство и на случай несоизмеримых грузов, в точности
так же, как Эвклид, доказав какую-либо теорему для соизмеримых
отрезков или площадей и т. д., распространяет ее на несоизмеримые.
Доказав закон рычага, Архимед решает задачи на определение
центров тяжести плоских фигур.
Архимеда можно с полным правом считать основателем статики: он
развил учение о равновесии твердых тел, установил понятие центра
тяжести, дал первую теорию рычала и развил теорию, опирающуюся на
его постулаты и дающую возможность решать задачи на равновесие.
Знания древних о равновесии тел были приведены в единую систему и
оформились в самостоятельную область науки.
Архимед явился также основателем гидростатики. Его
гидростатика изложена в сочинении «О плавающих телах» в том же строгом
геометрическом стиле, что и в сочинении «О радновесии плоских фигур».
Сначала даются определения и постулаты, а затем шаг за шагом
доказательство теорем, являющихся основными положениями теории
равновесия жидкостей.
Основное положение гидростатики Архимеда следующее:
«Предположим, что жидкость имеет такую природу, что из ее частиц,
расположенных на одинаковом уровне и прилежащих друг к другу, менее
сдавленные выталкиваются более сдавленными, и что каждая из ее частиц
сдавливается жидкостью, находящейся над ней по отвесу, если только
жидкость не заключена в каком-либо сосуде и не сдавливается еще
чем-нибудь другим» К
Согласно первой теореме Архимеда, покоящаяся жидкость
принимает такую форму, что ее поверхность образует сферу, центр которой
совпадает с центром Земли. Архимед доказывает эту теорему от
противного. Представим себе, что поверхность жидкости не есть сфера
с центром, совпадающим с центром Земли. Следовательно, если
мысленно рассечь воду плоскостью, проходящей через центр тяжести Земли,
то в сечении не получается дуга окружности с центром в центре Земли.
Значит, и расстояния от центра Земли до поверхности воды будут
разные и частицы, находящиеся на равном расстоянии от центра Земли,,
будут испытывать различные давления. Откуда следует, согласно
основному постулату, что равновесия не будет. Итак, равновесие
возможно только в том случае, если поверхность воды есть сфера с центром,
совпадающим с центром Земли.
Затем Архимед доказывает теоремы, что твердые тела, имеющие
при равном объеме равный с жидкостью вес, будучи помещены в
жидкость, погружаются в нее настолько, что совершенно не выступают над
ее поверхностью и остаются в таком положении, что тела более легкие
чем жидкость, плавают, так что некоторая часть тела выступает над
поверхностью жидкости. Наконец, следует ряд теорем, образующих
вместе закон, именующийся законом Архимеда.
После этого в книге рассматриваются различные случаи равновесия
плавающих тел, главным образом сегменты параболлоида.
= . Следова-
п
1 Архимед. Соч., стр. 328.

§ 10. Начало исследований в других областях физики
41
Таковы основные результаты, достигнутые Архимедом в области
гидростатики, которая, так же как и статика, приобрела характер
самостоятельной области науки.
В сочинениях Архимеда по статике и гидростатике мы не найдем
никаких замечаний о возможных практических применениях теории.
Больше того, здесь нет никаких ссылок на опыт, на какое-либо
подтверждение на опыте основных положений постулатов и выведенных
теорем.
Теоремы и доказательства, а также рассмотрение самых глубоких
и трудных научных положений Архимеда, особенно в математике,
отличаются исключительной строгостью, изяществом и одновременно
простотой, придающей им характер логического совершенства. В связи
с этим сочинения Архимеда во все времена вызывали восхищение.
Древние усматривали в творчестве Архимеда две стороны: внутреннюю
творческую работу, искание решений, а затем — придание особой простоты
и изящества уже найденному решению. Архимед строил свои теории,
пользуясь какими-то «лесами», и только когда теория приобретала
совершенные, ясные, четкие и красивые формы, он убирал эти «леса», и
она представлялась взглядам восхищенных современников.
Несомненно, что при этом одним из существенных факторов, при
помощи которых Архимед строил сваи совершенные теории, являлись
опыт, наблюдение и практическая деятельность. Мы уже говорили, что
Архимеду принадлежит целый ряд изобретений, в том числе и военных
машин, и естественно, что его механические теории были связаны с его
практическими изобретениями и что он был далеко не таким
аристократом в науке, каким его рисует Плутарх. Исследования по
гидростатике также были каким-то образом связаны с опытом и даже с
решением практических задач.
В связи с этим нельзя не упомянуть о рассказе знаменитого
римского инженера и архитектора Витрувия. В своем сочинении «Об
архитектуре» Витрув'ий рассказывает \ что царь Гиерон попросил
Архимеда найти способ уличить в мошенничестве мастера, сделавшего для него
корону и заменившего часть золота серебром. Архимед, сидя в ванне,
нашел решение и в восторге с возгласом «эврика» вскочил и стал бегать
по комнате. В заключение же этого рассказа у Витрувия говорится, что
после этого Архимед проделал целый ряд опытов и решил задачу,
поставленную перед ним царем Гиероном.
§ 10. Начало исследований в других областях физики
Определенные успехи в эллинистический период были достигнуты
в оптике. Развитие знаний в этой области обусловливалось целым рядом
обстоятельств. Так, например, давно применялся метод визирования
при измерениях земельных площадей и в строительной технике, в
астрономии же все измерения основывались на этом методе. Естественно, что
широкое применение методов визирования ке могло не ставить задачу
исследования законов распространения света. Кроме того, нужно
указать и на то, что в повседневной жизни древних большое
распространение уже имели зеркала, употреблявшиеся в качестве необходимой
принадлежности домашнего туалета, и даже входившие в жреческую
аппаратуру.
Уже Эвклид в своих сочинениях «Оптика» и «Катоптрика» (старое
название учения об отражении света) изложил два основных закона
1 См. М. В и т р у в и й. Об архитектуре. Соцэкгиз, Л., 1936, стр. 269.

42
Глава 2. Начало дифференциации науки
геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света
л закон отражения. Оптическими исследованиями занимался и
Архимед; им было написано сочинение «Катоптрика». Это сочинение до нас
не дошло, но о его содержании можно судить по рассказам древних, в
которых сообщается, что в этой книге Архимеда говорится, «почему
в плоских зеркалах предметы и изображения представляются
одинаковыми, в выпуклых и сферических уменьшенными, в вогнутых же,
наоборот, увеличенными; по какой причине правая меняется местом с
левой, когда в одном и том же зеркале изображение то уходит вглубь,
то выходит наружу; почему вогнутые зеркала, помещенные против
Солнца, зажигают подложенный трут» 1 и т. д.
Рис. 7. Схема опыта Пто- Рис. 8. Водяной насос Ктезибия
лемея по определению
закона преломления света
Архимед, по-видимому, исследовал различного рода случаи
отражений от плоских и сферических зеркал, возможно, и от эллиптических
и параболических.
Архимед занимался также исследованиями преломления света.
Однако закона преломления он не открыл. Установить закон преломле^-
ния света пытался Птолемей. Для этого он даже построил специальный
измерительный прибор, состоявший из диска, разделенного на градусы.
На диске вокруг его центра могли вращаться две линейки-указателя
(рис. 7). Птолемей погружал этот диск наполовину в воду и, вращая
верхнюю линейку, приводил ее в такое положение, что она казалась
продолжением нижней, находящейся в воде. Затем, вынимая диск из
воды, он определял угол падения и угол преломления. Однако, несмотря
на то что измерения Птолемея были достаточно точны, правильного
закона преломления он не установил. Исследования Птолемея
интересны тем, что они уже являлись опытными исследованиями,
поставленными с целью установить определенный закон природы.
Зачатки опытных исследований в области физики мы находим и
у других александрийских ученых — Ктезибия и Герона. Ктезибий
известен как изобретатель водяного насоса (рис. 8), водяного органа и
конструктор водяных часов (рис. 9), более совершенных, чем
существовавшие до него.
Герон, известный под именем Герона Александрийского,
изобретатель различного рода сифонов и автоматов, производил опыты с
нагретым воздухом и паром, применяя их свойства для различного рода
устройств.
1 Архимед. Соч., стр. 368—369.

§ 10. Начало исследований в других областях физики
43
Используя реактивное действие струи пара, Герон построил нечто
вроде реактивного двигателя, имевшего название эолопил. Он состоял
из железного шара, из которого выходят две трубки с загнутыми
концами. В шар наливали некоторое количество воды и под ним разводили
костер. Когда образовавшийся пар выходил из боковых трубок, шар
начинал вращаться (рис. 10).
Изобретения Герона совершенствовали экспериментальную технику,
-но сколько-нибудь значительного применения в производственной
практике не получили и остались в истории как занимательные и
искусные игрушки.
Рис. 9. Водяные часы Ктезибия Рис. 10. Эолопил
Герон занимался также и теоретическими исследованиями. В
сочинении «Пневматика» он развил теорию сифона, основанную на
принципе неразрывности струй. В оптике Герон доказал, что при отражении
света от плоского зеркала луч проходит наикратчайшее расстояние,
то есть частный случай принципа Ферма.
Гораздо большее практическое значение имели исследования
римского инженера и архитектора Витрувия (вторая половина I в.
дон. э.). Его труд «Об архитектуре» является одним из крупнейших
сочинений древности, посвященных вопросам науки и техники. Здесь Витрувий
обобщает и развивает технические достижения своего времени. Он
описывает машины для поднятия тяжестей, всевозможного рода
водочерпательные машины, ветряные мельницы, технику строительства
зданий, дорог, мостов, водопроводов и т. д. В этом сочинении описываются
и измерительная аппаратура, конструкции всевозможного рода часов —
песочных, солнечных, водяных, описывается изобретенный Витрувием
своеобразный «спидометр» и др. Наконец, в этом сочинении Витрувий
рассказывает о научных знаниях своего времени и, что особенно
интересно, связывает эти знания с практическими задачами.

44
Глава 2. Начало дифференциации науки
Более того, Витрувий прямо подчеркивает необходимость
согласования теории'с практикой. Он пишет: «Вот потому-то архитекторы,
которые без науки стремились стать в своем деле искусниками, набивая
лишь себе руку, не смогли добиться влиятельного положения в
соответствии с массой потраченных трудов, а архитекторы, которые полагались
на одни только теории и книжную мудрость, видимо, гонялись лишь за
тенью дела, а не целили в него самого. И только изучившие
досконально обе стороны дела достигали ускоренным темпом, как облеченные во
всеоружие, наряду с влиятельным положением и поставленной перед
собой деловой цели» 1.
Правда, Витрувий здесь говорит лишь об архитектуре, но, как
следует из его книги, имеет в виду постановку вопроса в гораздо более
широком смысле, ибо к архитектуре он относит не только строительство
зданий, даже не только строительство сооружений вообще, но и
устройство различного рода машин, приборов, часов и т. д., то есть технику
вообще.
Таким образом, книга Витрувия с этой стороны представляет собой
новое явление в развитии древней науки и техники.
Отличие характера трудов Витрувия от более ранних произведений
древних ученых определяется, конечно, уже новыми условиями жизни.
К началу нашей эры хозяйственная жизнь в Риме настолько
усложнилась, что требовала все большего соединения науки с техникой, несмотря
на отрицательное отношение к труду со стороны господствующего
класса.
1 М. В и т р у в и й. Об архитектуре, стр. 20.

ГЛАВА 3
РАЗВИТИЕ НАУКИ В СРЕДНИЕ ВЕКА ДО НАУЧНОЙ
РЕВОЛЮЦИИ XIV века
§ 11. Упадок науки в средние века
В первые века нашей эры обострились противоречия, свойственные
рабовладельческому строю. Римская империя, объединившая под
своей властью весь древний мир, в V в. н. э. распалась под действием
внутренних и внешних сил — восстания рабов, бедноты, покоренных
народов и нападений варварских племен. Вместе с падением Римской
империи на смену рабовладельческому пришел феодальный строй.
Переход к феодализму означал прогресс в истории развития общества,
но этот переход сопровождался огромными потрясениями в
хозяйственной, политической и культурной жизни общества.
Города были разрушены, торговые и политические связи между
народами прекратились. В образовавшихся в Западной Европе
государствах каждое феодальное поместье представляло собой замкнутое
хозяйство. Все экономические потребности почти полностью
удовлетворялись внутри поместья, которое представляло собой в основном
натуральное хозяйство.
Вместе с разложением и гибелью рабовладельческого общества
гибнет и древняя культура. Господствующей идеологией становится
христианство. Христианская церковь приобретает все большее и большее
влияние и ведет борьбу с философией и наукой древних ученых и
мыслителей. Уже в 391 г. александрийский епископ Феофил организовал
разгром знаменитой александрийской библиотеки. При этом погибла
значительная часть ценнейших рукописей.
Философская мысль замирает. Император Восточной Римской
империи Юстиниан закрыл в 529 г. последнюю философскую школу в
Афинах, а философов изгнал из города. Церковь проповедовала
пренебрежение и ненависть к естественным наукам, сочинения древних
философов и ученых рассматривались как языческая греховная
литература.
Развитие науки приостановилось. Хозяйство в феодальных
поместьях велось примитивными способами. Даже в высших слоях общества
царило невежество, сами феодалы были неграмотны, многие из них
не умели подписать свою фамилию. Носители культуры — попы
и монахи — умели читать священные книги, но и они были крайне
невежественны. Читать сочинения древних философов и заниматься
наукой духовенству воспрещалось. Папа Григорий I специальным поста-

46
Глава 3. Развитие науки в средние века
новлением запретил чтение древних книг и занятие математикой и
философией.
Знания о природе в целом ряде вопросов вернулись к
представлениям догреческой философии. Землю представляли' плоской, покрытой
хрустальным небесным сводом в несколько этажей, где находились
ангелы, архангелы и бог. Суеверие, поповщина и мракобесие
господствовали в Западной Европе, и только гораздо позже наметились
изменения в развитии ее культуры.
Византия, не испытавшая таких потрясений, как страны
Западной Европы, сохраняла еще какие-то остатки древней культуры. Но и
здесь идеология общества основывалась на христианской религии.
§ 12. Развитие науки у арабов и среднеазиатских народов
В VI в. арабы захватили огромную территорию — Сирию, Иран,
Египет, Пиренейский полуостров и т. д., проникли дальше в Азию,
дойдя до границ Индии и Китая. Под властью арабов 'находились также
территории современного Таджикистана, Туркмении, Узбекистана и др.
Арабы насаждали среди покоренных народов мусульманскую религию*
и арабский язык. На этом языке были написаны священные
мусульманские книги, на него переводились сочинения древних. Арабский язык:
стал языком науки народов, принявших ислам, подобно тому как на*
Западе языком науки стал латинский.
Единое государство арабов просуществовало недолго. Начина»
уже с VIII в. из него начали выделяться самостоятельные государства.
Эти государства были тесно связаны экономически, и культура и наука'
их в рассматриваемый период, не говоря уже о едином научном языке;,
имеют много общего. Однако называть эту культуру арабской нельзя*
поскольку культура этих государств, хотя и имеет много общих черт,
принадлежит не одному, а целому ряду народов.
Большую роль в жизни арабских и среднеазиатских государств,
играли города. Города были экономическими, политическими и
культурными центрами, в них процветали торговля и ремесло; особенно были
развиты металлообрабатывающая, текстильная и ювелирная промыт^
ленность. Города являлись также научными центрами. Одним из
крупнейших научных центров был Багдад — столица арабского государства,
а затем багдадского халифата. Здесь были созданы библиотеки и
школы; при легендарном халифе Харун-ар-Рашиде в Багдаде жили и
работали сотни ученых, философов и поэтов. Крупнейшими научным»
центрами Средней Азии были также Ургенч, столица Хорезма, Бухара^
Самарканд и Мерв. В Бухаре известность получила библиотека, а
также так называемая «академия Мамуна» (XI в.). В Испании славился
город Кордова. Здесь также были библиотека и знаменитая «Кордов-
екая академия». Арабские халифы и их наместники, а также
правители среднеазиатских государств и областей оказывали покровительство
ученым, приглашали их из других стран, поддерживали развитие науки.
Кроме античных сочинений древних ученых на Среднем и Ближнем
Востоке были известны труды ученых Китая и Индии.
У арабских и среднеазиатских народов дальнейшее развитие
получила философия, главным образом учение Аристотеля. Так, например,
в трудах крупнейшего ученого и философа того времени таджика Ибн-
Сины, известного под именем Авиценна (980—1037), учение
Аристотеля получило развитие с усилением в нем материалистических
элементов. В частности, Авиценна подчеркивал независимость науки
от религии. Он был также крупнейшим врачом своего времени, написал

§ 12. Развитие науки у арабов и среднеазиатских народов 47
сочинение «Медицинский канон», которое долгое время в Европе
служило основным руководством для врачей.
Чрезвычайно оригинальные, смелые и передовые для своего
времени идеи содержатся в трудах великого ученого энциклопедиста
средневекового Узбекистана "Бируни (972 или 973—1048). Бируни
требовал отделить науку от религии, предоставить науке
самостоятельность. Он выдвинул теорию «двойной истины», сыгравшую первоначально-
положительную роль в борьбе науки с религией. Не отрицая
существования бога, он считал, что природе присуща «естественная сила». Б'ируни
признавал материю основой природы: «...все действия принадлежат
материи. Материя сама связывает и изменяет форму вещей.
Следовательно, это материя есть творец» 1.
Все вещи в природе, по Бируни, состоят из пяти материальных
элементов: пустоты, огня, воздуха, воды и земли. Элементы соединяются
и разъединяются в пространстве в форме какой-либо вещи. В изучении
природы, по Бируни, необходимо исходить <из опытов и фактов,
освобождаясь от всего субъективного.
В математике наиболее важные результаты были получены в об*
ласти алгебры. Алгебра оформилась в самостоятельную отрасль мате*
матики. В этом отношении очень интересны работы знаменитого хореэм*
ского ученого Мухаммеда ибн-Муса аль-Хорезми (IX в.), известнога
под именем Хорезми. Его большой трактат по алгебре позднее в За-.,
падной Европе считался основным руководством для изучения этога
раздела математики. Само название «алгебра» является искажением
слова «аль-Джебр», входящего в заглавие сочинения Хорезми. Ему-
также принадлежит заслуга введения десятичной системы счисления^,
заимствованной им из Индии.
Арабские и среднеазиатские ученые внесли существенный вклад в
астрономию. Они усовершенствовали технику измерения и значительно
уточнили данные, добытые древними. Арабский астроном аль-Бата-
ни (850—929) усовершенствовал измерительную технику, ввел в,
употребление тригонометрические функции. Об одном из его сочинений
по астрономии арабские ученые писали, что оно затмило «всякую дру-<
гую работу по астрономии».
Крупнейшим астрономом Востока, правда несколько более позднее
го периода, был узбекский ученый Улугбек (1394—1449). Улугбек
построил в Самарканде знаменитую астрономическую обсерваторию.
Ему принадлежит звездный каталог, составленный с необычайной для
того времени точностью, которая в течение долгого времени являлась
образцом при составлении каталогов.
В области физических наук арабские и среднеазиатские ученые
занимались оптикой и механикой. Наиболее интересные исследования по
оптике принадлежат арабскому ученому И б н-а л ь-Х а й та м у, или
Альхазену (965—1039). Он исследовал отражение света от плоских
и сферических зеркал, а также преломление света и установил, что
углы падения и преломления не пропорциональны. Однако, как и Птоле-
мей, он не смог найти закон преломления. Альхазен также высказал
мнение, что свет распространяется с конечной скоростью.
В области механики в то время разрабатывались вопросы равнове^
сия рычага, особенно в связи с усовершенствованием весов и их
теорией, совершенствовались методы определения удельных весов
различных металлов и минералов.
1 «Бируни». Сборник статей под ред. С. П. Толстого. Изд-во АН СССР, М.— Л.^
1950, стр. 42.

48
Глава 3. Развитие науки в средние века
Значительных успехов в определении удельных весов достиг Биру-
ни, который довольно точно измерил удельные веса ряда металлов и
минералов, в частности драгоценных камней. Бируни нашел способ
измерения объемов тел неправильной формы: он брал сосуд с трубкой
сбоку на определенной высоте, в котором вода поэтому не могла
устанавливаться выше определенного уровня. Исследуемое тело погружа-
Рис. 11. «Весы мудрости» (взято из «Книги о весах мудрости»)
лось в этот сосуд с водой, доходящей до предельного уровня. При этом
из сосуда выливалось столько воды, сколько умещается в объеме
исследуемого тела; объем вылитой воды измерялся.
Теории весов, технике взвешивания и измерению удельных весов
посвящено сочинение под названием «Книга о весах мудрости»,
написанное в 1121 — 1122 гг. Имя автора было, по-видимому, аль-Хазини.
О нем самом сохранились весьма скудные данные*
На основе найденных материалов можно полагать лишь, что .автор
этой книги жил в XII в. и, вероятнее всего, где-то на территории,
занимаемой в настоящее время Туркменской или Узбекской советскими
республиками К
В «Книге о весах мудрости» описаны сконструированные автором
весы, названные им весами мудрости (рис. 11). Эти весы состояли из
градуированного коромысла и имели пять чашек, которые можно было
передвигать по коромыслу и подвешивать одну под другой. О точности
этих весов аль-Хазини говорит, что они «показывают изменение веса в
один миткаль, если общий вес равен тысяче миткалей»2, то есть дают
точность до 0,1%.
1 Материалы о книге аль-Хазини с выдержками из нее и комментариями
опубликованы в журнале Американского восточного общества в I860 г. русским востоковедом
и дипломатом Н. Ханыковым. Там же помещены и комментариии издательства.
См. «J. Amer. Orient. Soc», 1860, vol. VI, pp. 1—128.
2 «J. Amer. Orient. Soc», 1860, vol. VI, p. 80.

§ 13. О науке Дальнего Востока и Индии
49
Главным назначением весов мудрости было определение удельного
веса различных тел и веществ. Это давало возможность решать целый
ряд практических задач: определять чистоту металлов, распознавать
сплавы, устанавливать истинную ценность монет, отличать-подлинные
драгоценные камни от поддельных и т. п.
Для определения удельного веса и решения указанных задач автор
«Книги о весах мудрости» широко применял закон Архимеда,
взвешивая грузы не только в воздухе, но и в воде. Аль-Хазини рекомендует
также в некоторых случаях при определении
удельных весов употреблять сосуд для
измерения объемов, изобретенный, как он
указывает, Бируни (рис. 12).
В книге дается таблица удельных весов,
полученных автором. Приведем некоторые из
его данных: удельный вес ртути 13,56 (в
действительности 13,557); удельный вес свинца
11,32 (в действительности 11,389—11,445).
Таким образом, мы видим, что результаты аль-
Хазини для того времени исключительно
точны. В «Книге о весах мудрости» аль-Хазини
касается также ряда вопросов гидростатики и
механики.
Ученые Средней Азии и арабских госу- Рис 12 Сосуд для изме-
дарств сделали новые шаги в развитии нау- рения объемов (взято из
ки. Особенных успехов достигли астрономия «Книги о весах мудрости»)
и математика. Продолжая линию развития
науки периода эллинизма, они совершенствовали методы
дифференцированного точного исследования природы. Одновременно в области
физических наук развивались техника измерения и техника
эксперимента. Достижения науки арабов и среднеазиатских народов затем
были восприняты в Европе, что сыграло значительную роль в
последующем развитии европейской науки.
В XIII в. на арабские и среднеазиатские государства напали
монголы. Они захватили Бухару, Самарканд, Ургенч, а затем и
значительную часть Ирана и т. д. Арабские государства в Испании были
завоеваны войсками христианских народов. Наконец, в XVI в. восточные
арабские государства захватили турки. В результате этого, а также
ряда других обстоятельств культура арабов и среднеазиатских народов
теряет свое ведущее положение.
§. 13. О науке Дальнего Востока и Индии
В глубокой древности в Индии и на Дальнем Востоке начали-
развиваться земледелие, ремесло, строительная техника и т. д. Вместе-
с развитием материальной культуры возникла письменность, литература,,
начала развиваться наука.
Прежде всего здесь начали развиваться астрономия и математика,
а также философия, в рамках которой были сделаны первые попытки*
осмыслить окружающую действительность, создать представление о
мире в целом.
Древние астрономы Дальнего Востока и Индии вели
систематические наблюдения неба, знали созвездия, планеты и их движения.
Как пример развития знаний в области описательной астрономии*
можно привести тот факт, что древним астрономам, по-видимому,
к VI в. до н. э. стал известен «сарос», то есть период повторения сол-
4 Б. И. Спасский

50
Глава 3. Развитие науки в средние века
вечных и лунных затмений. Известно также, что в результате
систематических наблюдений неба китайский астроном Ши Шэн (IV в. дон.э.)
•составил звездный каталог, содержащий 800 звезд. Довольно рано на
территории Дальнего Востока и Индии возникли астрономические
обсерватории. Известно, что в VII в. в столице государства Силла (Корея)
-была сооружена астрономическая обсерватория (рис. 13). К V—VI вв.
в Индии существовали хорошо оснащенные астрономические
обсерватории (рис. 14). В это время был
проведен целый ряд измерений.
Астроном и математик Арьабхар
(конец V — начало VI в.), вопреки
господствующим взглядам, высказал
мнение о движении Земли вокруг Солнца
и вокруг своей оси.
В области математики нужно
прежде всего отметить изобретение
еще в древности индийскими
математиками так называемой позиционной
системы нумерации с применением
десяти цифр, включая и нуль. Эта
система затем была воспринята
арабскими математиками, а в
последующем распространилась и в Европе.
Известно, что на Востоке
сформировалось понятие отрицательных
чисел. В сочинении индийского
математика Брахмагупты (ок. 598—660 гг.)
используется понятие отрицательных
чисел. В этом сочинении
отрицательное число трактуется как долг, приво-
тРис. 13. Астрономическая обсервато- дятся правила действий с отрица-
рия древнего государства Силла телЬНЫМИ числами.
На Дальнем Востоке и в Индии
развивались в основном разделы математики, относящиеся к области
элементарной математики, то есть арифметика, алгебра и геометрия.
Однако есть указания, что индийские ученые начали пользоваться
методами дифференциального исчисления. Так, известней советский индолог
Ф. И. Щербатский писал, что в Индии «астрономия была знакома с
принципами дифференциального исчисления. Известие это вызвало не мало
удивления среди современных английских астрономов» 1.
В области естественных наук ученые Востока накопили ряд
сведений и использовали их для практических целей. Так, в Китае свойство
*куска магнитного железняка ориентироваться в определенном
направлении относительно стран света было использовано для устройства
компаса. Первый известный компас состоял из гладкой отполированной
медной пластинки с делениями, на которой помещался кусок
магнитного железняка, имевший форму*ложки. Ложка могла поворачиваться
на медной пластинке и таким образом служила магнитной стрелкой
(рис. 15). В последующем компас в усовершенствованном виде
употреблялся на Дальнем Востоке при сухопутных и морских путешествиях.
Индийские ученые еще в древности открыли свойство
зажигательного стекла и зажигательного зеркала. В одной из древних книг упо-
1 Ф. И. Щербатский. Научные достижения древней Индии. Отчет о
деятельности Российской академии наук за 1923 год. Л., 1924, стр. 22—23.

§ 13. О науке Дальнего Востока и Индии
51
минается, что если направить посредством камня, или стекла, или
металлического сосуда солнечные лучи на высушенный навоз, то он
загорается 1.
Рис. 14. Астрономические инструменты индийской обсерватории
Можно еще отметить успехи медицины на Востоке в древности и
в средние века. Особенно следует указать на достижения индийской
хирургии. Индийские хирурги обладали весьма совершенными
хирургическими инструментами; они умели делать сложные операции, вплоть
до трепанации черепа.
Как и в Греции, в Индии и на Дальнем Востоке в древнее время
были сделаны первые попытки отделить научные представления об
окружающей действительности от мистических и религиозных
воззрений. Возникла философия, включавшая и материалистические
натурфилософские учения, учение о вселенной, взгляды на строение
материи и т. д.
Очень рано возникли стихийноматериалистические представления
о том, что все существующее возникло из определенных материальных
начал.
Подобного рода представления содержатся в * древних индийских
литературных памятниках «Упандишадах» (VIII в. до н. э.). Согласно
одним представлениям, первоосновой мира является воздух, согласно
другим — вода и т. д. В другом древнем сочетании «Махабхарате»
излагаются учения, согласно которым мир возник из нескольких
материальных элементов, таких, как огонь, воздух, вода и т. д. По другим
представлениям— из одной первоматерии. Последнее учение приписывается
древнеиндийскому мудрецу Капиле (ок. VII в. до 'н. э.). По этому
учению основой всего существующего является некая первоматерия,
никем не созданная и существующая вечно. Эта материальная
субстанция — «Пракрити» — находится всегда в состоянии разрушения и
возникновения.
1 См. Ф. Даннеман. История естествознания, т. 1. М. — Л., 1933.

62
Глава 3. Развитие науки в средние века
Первые натурфилософские материалистические представления в
Китае также возникли в древности. Здесь также начало формироваться
представление о том, что все в мире состоит из материальных начал —
пяти первоэлементов: воды, огня, дерева, металла и земли. В «Книге
Рис. 15. Старинный компас (III в. до н. э.)
перемен (IX—VII вв. до н. э.) излагается учение о том, что хотя все
вещи постоянно изменяются, тем не менее они имеют единое начало —
«Тай-цзи», состоящее из частиц первоматерии, в результате соединения
которых образуются все вещи.
При последующем развитии философии в Индии и на Дальнем
Востоке первоначальные натурфилософские стихийноматериалистиче-
ские представления продолжали развиваться.
Так, .например, философ Ван Чун (27—97 гг.) учил, что мир вечен,
материален. Основой его является материальная субстанция «ци»,
заполняющая все пространство. Она существует в двух состояниях:
в сгущенном — в виде тел и в разреженном — в виде эфира. В мире
господствует строгая естественная необходимость, которой подчинены
все процессы как живой, так и неживой природы. Мир возник из хаоса
в силу необходимости.
В Индии к VI—II вв. до н. э. философские идеи оформились в
определенные философские системы, существовавшие и в дальнейшем.
Этих систем девять; они разнообразны и оригинальны; среди них
имеются системы материалистические, идеалистические, а также
содержащие и материалистические, и идеалистические представления К
В ряде философских систем получило развитие представление о
том, что мир состоит из материальных элементов. Так, например,
наиболее последовательная материалистическая система «Чарвака»
отрицает существование бога и нематериальных субстанций, предполагает,
что все материальные вещи состоят из четырех элементов: огня,
воздуха, воды и земли. Живые организмы также состоят из этих элементов.
Сознание возникает в результате сочетания всех четырех элементов.
1 О системах индийской философии см.: С. Чаттерджи иД. Датте.
Введение в индийскую философию. ИЛ, М., 1955.

§ 14. Развитие науки в Европе в средние века
53:
В философской системе «Санкхья», развившейся из учения Капилы,
получило дальнейшее развитие и его учение о том, что мир возник из
первоматерии «лракрити». Эта материя в свою очередь состоит из трех,
компонент «гун». Гуны находятся одновременно и в конфликте и в.
содружестве друг с другом, постоянно изменяясь. Изменение
представляет их сущность.
Довольно широкое развитие в индийской философии получило*
представление об атомистическом строении материи. Последователи
философских систем «Ньяя» и «Вайшешика» учили, что все вещи в.
природе состоят из мельчайших частичек воды, земли, воздуха и огня.
Атомы вечны и неразрушимы. Все изменения в природе происходят
в результате соединения и разъединения атомов.
Однако принимая, что в основе материальных вещей лежат
материальные начала, первоматерия или атомы, последователи системы:
«Санкхья» и систем «Ньяи» и «Вайшешика» признавали также и
существование нематериальных начал.
Таким образом, развитие науки на Дальнем Востоке и в Индии
шло в основном тем же путем, что и на Западе. Как и в Древней*
Греции,, здесь развивались математика, астрономия, накапливались
знания в области естественных наук и возникла философия, в рамках,
которой развились материалистические натурфилософские
представления о природе, в частности носившие стихийнодиалектический характер.
§ 14. Развитие науки в Европе в средние века до начала
научной революции
К XIII в. в Европе возникли и выросли города, развились ремесла
и торговля, расширились политические, экономические и культурные
связи между государствами Европы, а также между государствами,
Европы и Востока. В городах появились новые слои населения,
развившиеся позднее в два новых класса: буржуазию и пролетариат.
Оживление экономической и политической жизни сопровождалось,
оживлением в области культуры. Появилась потребность в грамотных
людях, что привело к возникновению светских школ, а затем и
университетов. Первые университеты возникли в XII в. — Болонский
университет, Парижский университет. Вскоре университеты появились во многих
городах Западной Европы.
Средневековые университеты имели три старших факультета:
богословский, юридический и медицинский — и подготовительный факультет»,
факультет искусств, или факультет «артистов». На факультете
«артистов» преподавалось семь «свободных искусств»: грамматика, риторика,
диалектика (искусство вести диспуты), геометрия, арифметика,
астрономия и музыка.
По мере того как росли связи с Востоком, в Европу проникали
сочинения арабских и среднеазиатских ученых, а вместе с ними и древних
мыслителей. Церковь сначала боролась с этим, но позднее
использовала идеалистические элементы учения древних, главным образом
Аристотеля, приспособив их к церковным догмам. Аристотель был
причислен к лику святых, и его выхолощенное учение стало такой же
непреложной истиной, как и священное писание. Так постепенно
образовалась философия средневековья — схоластика (от греческого слова
о%оХаох1%6с, — ученый). Схоластику преподавали в средневековых.,
университетах Западной Европы.

54
Глава 3. Развитие науки в средние века
Схоластика вытравила из философии Аристотеля все живое и
увековечила все реакционное, мертвое. До абсурда было доведено учение
Аристотеля о конечных или целевых причинах, об энтелехии как о
божественном провидении, о противоположности земного и небесного
и т. д. Схоласты признавали учение Аристотеля о стихиях, о
насильственных и естественных движениях, о боязни природой пустоты и т. д.
Все это было упрощено и вульгаризировано; элементы анимизма и
антропоморфизма были пр чвзято усилены.
Для объяснения явлений природы и свойств тел схоласты
приписывали им таинственные силы или качества, получившие название
«скрытых» или «потаенных» качеств, сущность которых не может быть
выяснена. Скрытые в телах, они и являются последними и
независимыми причинами явлений. Большую роль приписывали всевозможным
влечениям, аппетитам, отвращениям, антипатиям и т. д. Как пример
«физических теорий» схоластов можно привести одно из рассуждений
о магните. Магнит называли «царем камней», утверждали, что он «не
любит» чеснок и если его натереть чесноком, то он теряет способность
притягивать. Зато, если его обернуть красной материей, он будет
притягивать сильнее.
Схоластика ставила науку на службу религии. «Философия —
служанка богословия», — так определяли роль науки схоласты.
Естественнонаучные знания нужны, по их мнению, лишь для того, чтобы
понимать и комментировать труды Аристотеля. Об экспериментальном
исследовании природы они и не помышляли. Единственным источником
знания для них являлись священные книги и сочинения Аристотеля.
Официальная наука выродилась до нелепости в формальные
логические споры, лишенные всякого содержания, и носила характер
филологических бесплодных и абстрактных построений и словесных
ухищрений. «Чувственное воззрение на предметы было притуплено,
ясное сознание казалось пошлым, а пошлая логомахия без содержания,
опертая на авторитеты, была принимаема за истину; чем узорчатее,
щеголеватее, непонятнее были формы, тем выше ставили писателя.
Томы вздорных комментариев писались об Аристотеле; таланты,
энергии, целые жизни тратились на самую бесполезную логомахию»1.
Так красочно характеризовал средневековую схоластику Герцен.
В средние века широкое распространение лолучили также
астрология и алхимия. Астрология занималась предсказанием судьбы людей
ло небесным светилам, главной же задачей алхимии было отыскание
философского камня, с помощью которого можно делать золото и
достигнуть вечной молодости. И астрология, и алхимия накопили
некоторый экспериментальный материал, однако все естественнонаучные
знания, которые добывались ими, тонули в болоте идеализма, мистики
и поповщины.
В то время как наука вращалась в кругу одних и тех же
бесплодных идей, производство непрерывно развивалось, накапливая все новый
и новый естественнонаучный материал.
Все более и более быстрыми темпами развивалась техника.
Значительно обогатилась архитектура. Архитекторам, строившим грандиозные
храмы и дворцы средневековья, приходилось решать новые технические
проблемы. Усовершенствовалась горнодобывающая промышленность, в
практику входили все более сложные механизмы для откачки воды из
шахт, подъемные машины и т. д. Развивались металлургия, красильное
1 А. Герцен. Избр. филос. произв., т. I, стр. 224.

§ 14. Развитие науки в Европе в средние века
55
дело, ткачество и т. д. Появилась новая отрасль ремесла — часовое
дело. Примерно в XII в. были изобретены колесные часы (правда, пока
«еще без маятника), которые постепенно распространились по Европе.
Такие часы с боем стали употребляться на городских башнях.
Производство часовых механизмов стало одной из важных отраслей
промышленности.
С XIII в. значительно шагнуло вперед онкольное производство.
В том же веке были изобретены очки. Большое развитие получила
военная техника, в которой особую роль приобрела огнестрельная
артиллерия, которая появилась в XIV в., после того как в Европе стал известен
порох. В XI—XII вв. в Европе появилась бумага, а затем компас.
Наконец, <в середине XV в. в Европе было сделано огромной важности
изобретение — Гутенберг создал свой первый печатный станок.
Таким образом, в период, когда в области теоретической
господствовала схоластика, производство обогатилось важными достижениями.
И если средневековая схоластика не продвигалась вперед в области
познания природы, то практика, имевшая дело непосредственно с
природой, со свойствами материальных вещей, неуклонно развивалась и
накапливала все новые и новые факты, доставляла все новые и новые
естественнонаучные знания. Носителями этих знаний были не схоласты
и университетские богословы, а люди практики — архитекторы, военные
инженеры, мастера и ремесленники. Все большее и большее усложнение
техники требовало научных знаний, и люди все чаще и чаще
вынуждены были обращаться к науке. Постройка грандиозных зданий с
огромными куполами требовала знания математики и механики. Знание
математики, статики и гидростатики нужно было строителям военных
укреплений и гидросооружений — плотин и водохранилищ. Наконец,
архитектурное искусство было связано с законами перспективы,
законами оптики. Знания механики требовала также и баллистика
средневековой огнестрельной артиллерии. Таким образом, техническая мысль
ъсе больше обращается к науке. Чисто ремесленная традиция уже
недостаточна; становится ясной по крайней мере для выдающихся
архитекторов, мастеров и изобретателей, необходимость привлечения науки
на службу производству. Так постепенно из самой производственной
практики вызревают научные проблемы, затрагивающие вопросы
естественных и точных наук.
В начале XV в. появляются сочинения, в которых излагаются
технические проблемы на научной основе. Одно из первых таких сочинений
принадлежало итальянскому архитектору Брунеллески, строителю
Флорентийского собора, крепостей в Пизе, военных
сооружений, плотин и т. д. Появились и научные труды по математике и
механике, в которых развивались идеи древних ученых. Труды по механике
«были посвящены главным образом статике, но в них затрагиваются и
вопросы динамики. При этом средневековые ученые получили некоторые
новые результаты. Например, была разработана так называемая
теория «импето». Она возникла еще в древности и разрабатывалась в
средние века рядом европейских ученых — Оккамом, Буриданом и др.
Аристотелево объяснение «боязнью пустоты» инерционного движения
брошенного камня перестало удовлетворять еще древних ученых и тогда
уж были сделаны попытки дать более обоснованную теорию.
Согласно теории импето, для начавшегося уже движения тела нет
необходимости в двигателе, непосредственно действующем на это тело.
Двигатель, приводящий в движение тело, как бы запечатлевает в нем
нечто, способное продолжать двигать тело дальше. «Итак, вот что, как
мне кажется, нужно утверждать,— пишет Буридан,— в то время как

56
Глава 3. Развитие науки в средние века
двигатель движет движимое, он запечатлевает в нем некое «импето»,
некую силу, способную двигать это движимое в том же направлении,
в котором двигатель движет движимое, безразлично, будет ли это
вверх, вниз, в сторону или по окружности. И чем больше скорость, с
которой двигатель движет движимое, тем сильнее импето, которое он
в нем запечатлевает» К Буридан объясняет теорией импето и ускорение
падающих тел. При падении тел сила тяжести непрерывно
запечатлевает в падающем теле импето, поэтому и скорость его все время
возрастает.
Буридан не порвал окончательно с динамикой Аристотеля; так же
как и у Аристотеля, в теории Буридана тяжелые тела падают быстрее,,
чем легкие, ибо импето запечатлевается силой тяжести тем большим, чем
больше последняя. Однако теория импето явилась перекидным мостиком,
от динамики Аристотеля к динамике Галилея. Эта теория для нас
интересна также и потому, что здесь вводится понятие силы (импето) не
только как посторонней причины движения, но как чего-то такого, чта
находится в движущемся теле. Отсюда собственно начинается
раздвоение понятия силы как, с одной стороны, чего-та
внешнего по отношению к движущемуся телу (то, что дальше стало у
Ньютона называться силой), с другой стороны — чего-то
находящегося в самом движущемся теле (что потом стало у Декарта называться
количеством движения, а у Лейбница — живой силой).
Несмотря на жестокую диктатуру церкви в области идеологии, уже
в XIII в. появляются философские сочинения, которые содержат
элементы материализма. Так, например, в учении английского философа
Дунса Скота (ок. 1265—1308) заметна материалистическая струя.
Дуне Скот считал, что материя является первоосновой всего
разнообразия мира; даже одушевленные существа материальны. Маркс писал по
поводу философии Дунса Скота: «Материализм — прирожденный сын
Великобритании. Уже ее схоластик Дуне Скот спрашивал себя:
„неспособна ли материя мыслить?"» 2.
Дуне Скот развивал также учение о двойной истине. Он учил, что
существует две истины — истина религиозная и истина научная. С
помощью истины научной нельзя обосновать веру, но и вера не должна
касаться научных вопросов. Теорию двойной истины развивал также-
Оккам. Эта теория в то время была прогрессивной, так как обеспечи-
вала науке известную самостоятельность и независимость от церкви.
Оккам в своей философии разошелся со схоластами и по ряду других
вопросов.
Замечательнейшим философом XIII в. был англичанин
Роджер Бэкон (1214—1294), провозгласивший в своих сочинениях
важнейшие естественнонаучные принципы, которые впоследствии легли
в основу естествознания. За выступления против церкви и схоластики
Бэкона обвиняли в ереси и дважды заключали в тюрьму, где он провел
в общей сложности более 10 лет.
Бэкон критиковал средневековую схоластику, а также невежества
и социальные пороки своего времени. Он подверг сомнению авторитеты
прошлого и первый в средние века в Европе провозгласил источником
познания опыт. «Изложение должно быть доказательным,— писал
Бэкон. — Последнее невозможно без опыта. У нас имеются три средства
познания: авторитет, мышление и опыт. Авторитет ничего не стоит, если
утверждение его не может быть обосновано; авторитет не учит, оя
1 Цит по кн.: М. А. Гуковский. Механика Леонардо да Винчи. Изд-во
АН СССР, М — Л., 1947, стр. 182.
2 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 2, стр. 142.

§ 14. Развитие науки в Европе в средние века
57
требует только согласия. При мышлении мы обыкновенно отличаем
софизм от доказательства, проверяя вывод опытом».
«Экспериментальная наука — царица умозрительных наук» 1.
Назначение науки Бэкон видел в службе практике. Он верил, что-
наука приведет к необычайному расцвету техники.
Бэкон был не только философом, но 'и ученым-экспериментатором.
Особенно известны его работы в оптике. Бэкон исследовал отражение
лучей от сферического зеркала, открыл аберрацию в сферических
зеркалах. В связи с этим он пришел к заключению, что наибольшей
зажигательной способностью обладает параболическое зеркало. В своих
сочинениях Бэкон упоминает о камере-обскуре и высказывает идею
зрительной трубы.
Таким образом, в средние века, в период господства в духовной
жизни Европы схоластов и попов имели место и прогрессивные явления
в идеологии. Развитие производства приводило к накоплению все
нового и нового экспериментального материала, осваивались достижения
науки предшествующего времени, и все настойчивей и насточивей
проникали в науку элементы материализма.
Огромное значение в накоплении естественнонаучных знаний, а
также в развитии материалистического взгляда на природу имели великие
географические открытия конца XV и начала XVI в., открытия
Колумба, Магеллана и др. Они дали новые знания о нашей планете: о
животном и растительном мире неведомых ранее стран, о их народах,
культуре и т. д. Эти знания открывали новые горизонты, заставляли
по-новому взглянуть на мир, необъятный и безгранично многообразный.
Примерно в конце XV — начале XVI в. создалась необходимость
дальнейшего обобщения накопленного естественнонаучного материала.
Но такое обобщение не могло быть сделано ни в рамках схоластики, ни
в рамках чисто технических дисциплин. Требовалось новое
мировоззрение, новое понимание задач и методов познания, освобождение науки
от оков схоластики, от оков религии.
Таким образом, наука о природе должна быть противопоставить
себя и схоластике и церкви, восстать против ее диктатуры. Это
восстание науки против церкви поддерживала буржуазия. XVI в. был
поворотным в истории Западной Европы.— началом капиталистической
эры. «Хотя первые зачатки капиталистического производства,— писал
Маркс,—спорадически встречаются в отдельных городах по
Средиземному морю уже в XIV и XV столетиях, тем- не менее начало
капиталистической эры относится лишь к XVI столетию»2. Для развития
производства буржуазия нуждалась в науке, которая могла дать полезные
знания. Этим целям не могла служить схоластика, основанная на
авторитете церкви и Аристотеля. Только экспериментальное естествознание,
материалистическая наука о природе могли тут помочь. «Буржуазии
для развития ее промышленности нужна была наука,— писал Энгельс,—
которая исследовала бы свойства физических тел и формы
проявления сил природы. До того же времени наука была смиренной
служанкой церкви, и ей не было позволено выходить за пределы,
установленные верой: короче — она была ^ем угодно, только не наукой. Теперь
наука восстала против церкви; буржуазия нуждалась в науке и приняла
участие в этом восстании»3. С этого времени наука из служанки церкви
становится служанкой буржуазии.
1 Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. I. ОНТИ, 1934, стр. 104..
2 К. М а р к с. Капитал, т. I, стр. 728.
3 К. М а р к с, Ф. Энгельс. Соч., т. XVI, ч. II, стр. 296.

ГЛАВА 4
НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ XVI века
§ 15. Первые шаги научной революции
Начало научной революции относится к так называемой эпохе
Возрождения. Блестящую характеристику этому времени дал Энгельс. Он
писал: «Современное исследование природы — единственное, которое
привело к научному, систематическому, всестороннему развитию, в
противоположность гениальным натурфилософским догадкам древних и
весьма важным, но лишь спорадическим и по большей части
безрезультатно исчезнувшим открытиям арабов,— современное исследование
природы, как и вся новая история, ведет свое летоисчисление с той
великой эпохи, которую мы, немцы, называем, по приключившемуся с
нами тогда национальному несчастью, реформацией, французы —
ренессансом, а итальянцы — чинквеченто... и содержание которой не
исчерпывается ни одним из этих наименований...
Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых
до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и
которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по
многосторонности и учености. Люди, основавшие современное господство
буржуазии, были всем чем угодно, но только не людьми буржуазно-
ограниченными. Наоборот, они были более или менее овеяны
характерным для того времени духом смелых искателей приключений. Тогда не
было почти ни одного крупного человека, который не совершил бы
далеких путешествий, не говорил бы на четырех или пяти языках, не
блистал бы в нескольких областях творчества. Леонардо да Винчи был
не только великим художником, но и великим математиком, механиком
и инженером, которому обязаны важными открытиями самые
разнообразные отрасли физики. Альбрехт Дюрер был живописцем, гравером,
скульптором, архитектором и, кроме того, изобрел систему
фортификации, содержащую в себе некоторые идеи, которые много позднее были
вновь подхвачены Монталамбером и новейшим немецким учением о
фортификации. Макиавелли был государственным деятелем, историком,
поэтом и, кроме того, первым достойным упоминания военным
писателем нового времени. Лютер вычистил авгиевы конюшни не только
церкви, но и немецкого языка, создал современную немецкую прозу и
сочинил текст и мелодию того проникнутого уверенностью в победе
хорала, который стал «Марсельезой» XVI века. Герои того времени не
стали еще рабами разделения труда, ограничивающее, создающее
однобокость влияние которого мы так часто наблюдаем у их
преемников...

§ 15. Первые шаги научной революции
59
И исследование природы совершалось тогда в обстановке всеобщей
революции, будучи само насквозь революционно: ведь оно должно было
еще завоевать себе право на существование. Вместе с великими
итальянцами, от которых ведет летоисчисление новая философия, оно дало
своих мучеников для костров и темниц инквизиции» К
Среди мыслителей того времени одним из самых первых порвал по
всем основным пунктам со схоластикой немецкий кардинал Николай
К р е б с, известный под именем Николая Кузанского (1401 —
1464 гг.). Николай Кузанский учил, что между земным и небесным нет
никакой разницы. Земля такое же небесное тело, как и Луна, Солнце
и планеты. Предвосхищая последующие открытия, Кузанский не считал
Землю центром вселенной: вселенная, по его мнению, бесконечна,
поэтому она вообще не имеет центра. Не будучи центром вселенной.
Земля, так же как все небесные тела, движется.
Ошибочное предположение о неподвижности Земли основано на
том, что, находясь на Земле и двигаясь вместе с нею, мы не замечаем
этого движения. «Мы ощущаем движения лишь при сравнении с
неподвижной точкой,— писал Кузанский.— Если бы кто-либо не знал, что
вода течет, не видел бы берегов и был бы на корабле посреди вод, как
мог бы он понять, что корабль движется? На этом же основании, если
кто-либо находится на земле, на солнце или на какой-нибудь другой
планете, ему всегда будет казаться, что он — на неподвижном центре и
что все остальные вещи движутся»2. Здесь Кузанский высказывает, так
сказать, кинематический принцип относительности, к которому будет
затем апеллировать Коперник, опровергая возражения против
'признания движения Земли.
Кузанский признавал источником познания опыт. В сочинении
«О постановке опытов» Кузанский говорит об опытном исследовании
природы и описывает целый ряд опытов, относящихся к механике,
гидростатике и др. В частности, Кузанский предложил опыт по
определению времени падения тел: бросать с высокой башни куски дерева и
камни и по водяным часам определять время их падения. Здесь он
предвосхитил Галилея, которому приписывают этот опыт, сыгравший
важную роль в последующем развитии динамики. В этой же .книге
Кузанский описывает способы определения удельных весов, а также
различного рода аппараты для экспериментального исследования.
Идеи о материальном единстве мира и об опыте как источнике
познания, содержащиеся в учении Кузанского, становятся основными
принципами, под флагом которых развертывается научная революция.
По всем пунктам противоречит схоластике учение великого
итальянского мыслителя, ученого, художника, архитектора и инженера
эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452—1519). Он
также опровергал противоположность земного и небесного. -Земля, по
его мнению, представляет собой такое же небесное тело, как и другие
светила, и не является центром вселенной.
Леонардо да Винчи резко критиковал схоластику за ее
оторванность от практики и научную бесплодность. Он писал: «Если я не умею,
как они (т. е. схоласты.— Б. С), приводить места из авторов, то я
призываю нечто высшее и достойнейшее, призываю опыт, бывший учителем
из учителей...», «Они ходят, — говорит Леонардо да Винчи, — спесиво
надувшись, разодетые и разукрашенные и не хотят оставить мне плод
моих трудов. Они презирают меня — изобретателя. Но каких же
порицаний заслуживают они, не изобретатели, а фанфароны и декламаторы
1 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 3—4.
2 Н. К у з а н с к и й. Избр. ф,илос. соч. М., 1937, стр. 100.

60
Глава 4. Научная революция XVI века
чужих трудов...» «Изобретатели по сравнению с ним-и то же, что
предмет, стоящий перед зеркалом, по сравнению с изображением этого
предмета в зеркале. Предмет есть нечто сам по себе, изображение
ничто» 1. В целом ряде своих сочинений Леонардо да Винчи
подчеркивал, что единственным источником познания является опыт. Только*
основываясь на опыте, можно достигнуть положительных результатов-
в познании природы.
Леонардо да Винчи не просто провозглашал опыт единственным
источником познания, но и пытался дать набросок, наметить основные
принципы экспериментального
метода исследования. Научное познание
идет от частных опытов, от
получаемых при этом частных конкретных
результатов к научному обобщению.
По Леонардо, чувства могут нас
обманывать и суждения наши могут
быть ошибочным, поэтому нельзя
ограничиваться одним опытом, а*
следует повторять их в разных
условиях. «Прежде чем ты выведешь
из этого (частного) случая общий
закон, повтори опыт два или три
раза и посмотри, вызывают ли всегда
одни и те же эксперименты те же
самые следствия2.
Выведенные из первоначальных
опытов суждения, то есть общие
законы, должны быть затем
проверяемы опять-таки на опыте, который
является не только источником, но и
критерием познания. «Но мне
кажется, — говорит он, — что те науки
пусты и полны ошибок, которые не
рождены опытом, матерью всяческой
несомненности, и которые не
кончаются в опыте, т. е. такие, начало»
Леонардо да Винчи или середина, или конец которых не
проходит через хотя бы одно из пяти
чувств»3.
Научные исследования Леонардо да Винчи касались многих
вопросов, стоявших перед наукой того времени, и были тесно связаны с
решением тех или иных технических проблем.
Леонардо уделял большое внимание вопросам статики; исследовал
условия равновесия рычагов различных устройств, пользуясь понятием
момента силы. Он исследовал равновесие груза на наклонной
плоскости и т. д. Леонардо да Винчи занимался вопросами динамики, изучал
движения тел по наклонной плоскости, развивал теорию импето.
В большинстве случаев он сумел установить новые частные
закономерности теории равновесия и простейших случаев движения. В некоторых
его положениях можко видеть предвосхищение закона инерции и
закона равенства действия и противодействия4.
1 Цит. по кн.: Н. А. Любимов. История физики, ч. II. СПб., 1894, стр. 130.
2 М. А. Гуковский. Механика Леонардо да Винчи, стр. 433.
3 Там же, стр. 435.
4 См. там же.

§ 16. Научная революция в астрономии
61
Исследования Леонардо да Винчи по оптике были связаны с его
работой как архитектора. Он изучал законы перспективы и свойства
человеческого глаза. Кроме механики и оптики Леонардо да Винчи
принадлежат исследования и в области ботаники, биологии, анатомии,
химии и т. д. Ему также принадлежат многие изобретения, например
лампового стекла, парашюта, паровой пушки и др.
§ 16. Научная революция в астрономии
Научная революция качалась в астрономии с появления
гениального труда Коперника, в котором он отверг обветшалую систему мира
Птолемея и предложил новую, гелиоцентрическую систему.
Великий польский ученый Николай Коперник (1473—1543)
родился в городе Торне, учился сначала в Краковском университете,
г затем в Италии, получил прекрасное образование в области
философии, права, астрономии, медицины и т. д. В 1506 г. он вернулся на
родину, где прожил до самой смерти, занимая должность каноника в городе
-Фрауэнбурге.
Научная деятельность Коперника
<5ыла весьма многосторонней, но
наибольшее влечение он испытывал к
астрономии. Еще в Италии он стал
противником укоренившихся взглядов
на строение вселенной и на' основе
изучения движения небесных светил
пришел к необходимости новой,
гелиоцентрической системы мира.
В 1506—1507 гг. Коперник
задумал написать сочинение о новой
системе мира и вскоре составил «Малый
комментарий Николая Коперника к
€го гипотезам небесных движений».
В этом небольшом сочинении в виде
гипотез излагались основы новой
теории. Оно не было напечатано, но
было известно в Европе и вызвало
отрицательную реакцию со стороны
церковников. Это заставило Коперни- Николай Коперник
ка воздержаться от опубликования
уже готового к печати нового труда «Об обращении небесных кругов»,
в котором уже в систематической форме, основываясь на богатом
фактическом материале, излагал он новую систему мира. Только в 1542 г.
Коперник решился напечатать свой главный труд, а в 1543 г., перед
смертью, он увидел первый печатный экземпляр своего сочинения.
Сочинение Коперника состоит из шести книг. В самой главной —
первой книге — Коперник 'излагает новую, гелиоцентрическую систему
мира и дает ей обоснование. Во второй книге излагается сферическая
астрономия и дается каталог звезд. Третья, четвертая, пятая и шестая
книги посвящены рассмотрению движений планет, Земли и Луны на
основе новой системы мира.
Согласно Копернику, по сравнению с Землей вселенная необъятна.
«Небо но сравнению с Землей необъятно, — пишет он. — ...Земля, по
оценке нашими чувствами, относится к небу, как точка к телу или
конечное по величине к бесконечному» 1. Земля не есть центр вселен-
1 «Николай <Коперник». Сборник статей к четырехсотлетию со дня смерти. Изд-во
АН СССР, М.— Л., 1947, стр. 201.

62
Глава 4. Научная революция XVI века
ной; таким центром является Солнце; оно неподвижно. Вокруг Солнца,
как вокруг центра, по круговым орбитам вращаются планеты, в том
числе и Земля. Порядок планет следующий: Меркурий, Венера, Земля,
Марс, Юпитер, Сатурн. За Сатурном на огромном расстоянии следует
сфера неподвижных звезд. Ею, по Копернику, заканчивается вселенная..
Все небесные тела, подобно Земле, обладают сферической формой;
сама вселенная шарообразна. Земля совершает годичное движение по
круговой сфбите вокруг Солнца и суточное движение вокруг своей оси
в 24 часа. Луна является спутником Земли 'и вращается по круговой
орбите, но не вокруг Солнца, а вокруг Земли (рис. 16).
Рис. 16. Система мира по Копернику
Таковы основные черты гелиоцентрической системы Коперника.
В ней еще не все правильно: нет ясной идеи о бесконечности вселенной,
о существовании в ней бесконечного числа систем, подобных солнечной.
Утверждая, что «небо необъятно», Коперник замыкает вселенную
сферой неподвижных звезд, считает, что Солнце неподвижно и является
центром шарообразной вселенной. Орбиты планет, по Копернику, строго
круговые, а не эллиптические. Но эти непоследовательности нисколько
не умаляют великой заслуги Коперника; они были устранены
последующим развитием науки, а система Коперника в главных своих
чертах до сих пор лежит в основе наших представлений о солнечной
системе.

§ 16. Научная революция в астрономии
63>
Ломая старые, увековеченные представления о мире, Коперник,
конечно, не просто провозглашал новую систему мироздания, но и
обосновывал ее.
Один из существенных аргументов в пользу своей системы мира
Коперник видел в том, что она легко объясняла все особенности
видимых движений небесных тел, чего никак не могла сделать система
Птолемея, последователи которой вынуждены были для объяснения
отдельных особенностей движения небесных тел прибегать к чрезвычайно
искусственным гипотезам, вводя всевозможного рода эксцентрики и
эпициклы. Искусственность такого объяснения, как мы видели, уже
давно чувствовалась, <и это даже привело некоторых астрономов и
философов к некоторому подобию агностицизма. Наиболее гениальные умы:
Бируни на Востоке, Николай Кузанский, Леонардо да Винчи в
Европе — высказывали идеи о необходимости коренного пересмотра
представлений о вселенной. Но только Коперник решился на такой
пересмотр, опроверг Птолемееву систему и установил гелиоцентрическую
систему мира.
В своих сочинениях Коперник показал, что его система легко и
просто объясняет и основные черты видимого движения небесных
светил, и их детали без привлечения дополнительных гипотез. В этом
он и видит прежде всего одно из важных доказательств истинности
своей системы.
Но этого еще мало. О неподвижности Земли свидетельствовал,
как казалось, весь опыт человека. Если Земля движется, то как можно
объяснить, что человек не замечает этого движения? Ведь все учение
Аристотеля о насильственных и естественных движениях противоречило
признанию движения Земли. Только порвав с этим учением, можно
было решить этот вопрос.
Коперник еще не покончил с учением Аристотеля, но сделал шаг
вперед в разрешении вопроса, выдвинув, подобно Кузанскому, принцип
относительности движения. «Всякое видимое изменение положения,—
говорил Коперник, — происходит вследствие движения
наблюдаемого предмета или наблюдателя или же вследствие перемещения,
разумеется не одинакового, их обоих. Ибо при равном движении того
и другого, т. е. наблюдаемого и наблюдателя, в одном и том же
направлении, движение незаметно» К
Согласно этому принципу, наблюдатель на Земле может
воспринимать свое движение как движение небесных светил, хотя в
действительности движется он сам. «Почему нам не отнести видимость суточного
вращения к небу, а его действительность к Земле? — пишет
Коперник.— И это происходит так же, как говорит Вергилиев Эней: «В море
из порта идем, и отходят и земли и грады». Потому что когда корабль
идет по спокойной воде, все, что находится вне его, представляется
морякам движущимся в соответствии с движением корабля; сами же
они со всем, с ними находящимся, будто бы стоят на^ месте. Это же, без
сомнения, может происходить и при движении Земли, так что можно
придти к мнению, будто вращается вся Вселенная» 2.
Но принцип относительности является не просто кинематическим
принципом. Этого Коперник еще не раскрывает, и хотя от, говоря об
ощущениях мореплавателей на корабле, замечает, что движение
корабля должно быть «спокойным», тем не менее в общей формулировке,
приведенной выше, он не касается динамической стороны этого
принципа. Однако динамическая сторона принципа не совсем ускользает от
1 «Николай Коперник». Сборник статей к четырехсотлетию со дня смерти, стр. 199.
2 Там же, стр. 205.

64
Глава 4. Научная революция XVI века
Коперника. Опровергая возражения Птолемея и его последователей,
направленные против признания движения Земли, Коперник вынужден
коснуться вопроса, почему земные предметы не разлетаются при
вращении Земли, почему облака, например, следуют ее движению, почему
тела на вращающейся Земле падают отвесно, а не отлетают с огромной
скоростью в сторону. Для объяснения этих явлений, казавшихся
неопровержимыми аргументами против признания движения Земли, Коперник
предлагает признать естественным движением не только движение
тяжелых тел к центру Земли, но и их совместное движение с движением
Земли вообще. Они — земные тела — составляют единое целое с самой
Землей, и если для Земли ее движение является естественным, то и
движение связанных с ней земных тел также естественно.
«То, что происходит естественным путем,— говорит Коперник,—
пребывает в совершенной целости и сохранности. Поэтому Птолемей
напрасно опасается рассеяния Земли 'и всего земного при вращении,
происходящем силою природы, совершенно отличною от силы
искусственной или могущей, быть созданной человеческим умом» 1. Здесь на
рассуждениях Коперника лежит еще печать старого. Не зная законов
динамики, он выступает против Аристотеля, основываясь на его же
принципах.
Таковы основные положения системы Коперника и метод
обоснования ее. Несмотря на некоторые непоследовательности, несмотря на
иногда старую форму, в которую облечены мысли и идеи Коперника,
все его учение было новым, в корне противоречащим старым
представлениям о вселенной и всему обветшалому средневековому
теологическому мировоззрению.
Появление сочинения Коперника «Об обращении небесных кругов»
было революционным сдвигом в науке, важность которого в ее
истории трудно переоценить. В этой книге устанавливалась не просто новая
астрономическая теория, но ниспровергалось тю существу все старое
мировоззрение. Наука порывала со схоластикой, с церковью,
восставала против самих основ, на которых строилось религиозное
представление о вселенной. Оценивая значение выхода в свет книги Коперника,
Энгельс писал: «Революционным актом, которым исследование
природы заявило о своей независимости... было издание бессмертного
творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко и, так сказать, лишь
на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы.
Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от
теологии...»2.
Учение Коперника явилось основным объектом, вокруг которого
развернулась ожесточенная борьба науки и церкви. Однако
первоначально книга Коперника не была запрещена, и церковники наряду с
прямыми выступлениями против гелиоцентрического мировоззрения
пытались фальсифицировать учение Коперника, рассчитывая
обезвредить его революционный характер. Его книга вышла с анонимным
предисловием. Автор предисловия богослов Осиандер, извращая
основную мысль Коперника, пытался представить его теорию не , как
теорию строения реально существующего мира, а лишь как удачную
форму описания, как наиболее простой метод решения задач на
вычисление движения планет. А так как под предисловием не было подписи,
читатель мог подумать, что его написал сам Коперник.
В предисловии Осиандер писал: «Не подлежит сомнению, что по
причине распространившихся известий о новых гипотезах этого сочине-
1 «Николай Коперник». Сборник статей к четырехсотлетию со дня смерти, стр. 204.
2 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 5.

§ 16. Научная революция в астрономии
65
ния в некоторых ученых возбуждено сильное неудовольствие на то, что
в сочинении этом Земля представляется движущейся, Солнце же
находящимся неподвижно в центре Вселенной и что, по их мнению, не
следует колебать науку, издавна покоящуюся на истинных основаниях.
Но, — продолжает автор предисловия,—если рассмотреть внимательно,
то найдем, что автор этого сочинения не сделал ничего, достойного
порицания» 1. И далее Осиандер пытается представить bckd теорию
Коперника, как направленную лишь на то, чтобы создать систему гипотез,
дающих возможность при помощи «гелиоцентрических теорем»
вычислять движение светил для будущего и
прошедшего времени «и не
отражающих действительность.
Вообще, по мнению Осиандера,
астрономия не способна дать картину
действительного строения вселенной;
ее задача заключается в установлении
гипотез, которые могут быть
одинаково и правильными, и ложными. От них
требуется лишь, чтобы с их помощью
можно было производить правильные
вычисления. Только с помощью
божественного откровения можно
достигнуть истинного знания вселенной.
«Во всем же, что касается гипотез, —
заключает Осиандер, — да не
обращается никто к астрономии, если
желает узнать что-либо достоверное;
сама она не может этого сделать и,
если кто-либо примет за правду то,
что придумано было вследствие иных
Побуждений, тот через это учение
сделается глупее, чем прежде.
Прощай!»2. Б
Осиандер, как мы видели, не яв- Джордано руно
лялся открывателем агностицизма, а
лишь развивал агностические высказывания александрийских и
средневековых астрономов и философов, связанные у них с трудностями
системы Птолемея. Но у Осиандера было не столько
предшественников, сколько последователей, и фальсификация учения Коперника была
лишь одним из первых примеров такого рода в истории науки.
Учение Коперника ничего общего не имело ни с агностицизмом, ни
с. субъективным идеализмом. Сам Коперник излагал свою систему
мироздания именно как систему действительного реального строения
Вселенной и происходящих в ней движений. Именно так рассматривали
эту систему передовые люди того времени. Они все более и более
убежденно выступали в ее защиту, несмотря на жестокие
преследования церкви.
Одним из наиболее выдающихся героев в борьбе с поповщиной и
• мракобесием за новое мировоззрение был великий итальянский
мыслитель и ученый Джордано Бруно (1548—1600).
Джордано Бруно был горячим последователем и пропагандистом
учения Коперника. 0:н развивал учение о материальном единстве мира,
о бесконечности вселенной и о множественности миров и в этой области
1 «Николай Коперник». Сборник статей к четырехсотлетию со дня смерти, стр. 188.
2 Там же, стр. 189.

66
Глава 4. Научная революция XVI века
шел дальше Коперника. Бруно учил, что вселенная бесконечна и
включает бесчисленное множество миров, подобных вашей солнечной
системе. Эти бесчисленные миры обитаемы, на них живут разумные существа,
подобные людям. «Разумному и живому уму невозможно вообразить
себе, — говорил Бруно, — чтобы вое эти бесчисленные миры, которые
столь же великолепны, как наш, или даже лучше его, были лишены
обитателей, подобных нашим или даже лучших; эти миры суть солнца
или же тела, которым солнце посылает свои божественные и
живительные лучи, обнаруживающие благоденствие своего носителя и источника
тем, что приобщает к своей разлитой благодати все окружающие миры.
Существует, следовательно, бесконечное множество бесчисленных и
главных членов вселенной, имеющих тот же лик, образ, те же
преимущества, силы и действия, как и наш» 1.
Учение и вся деятельность Джордано Бруно были глубоко
ненавистны церкви, ибо они в корне подрывали ее авторитет и ее духовное
господство, самые основы учения о человеке как венце творения, легенду
о Христе — сыне божьем, пострадавшем за человечество. Земля
представлялась бесконечно малой песчинкой среди бесчисленных миров, а
человек — одно из бесконечных проявлений природы. Церковь неистово
преследовала Бруно. Всю жизнь он непрерывно скитался, преследуемый
католической церковью и ее жандармом-—инквизицией.
Джордано Бруно очень рано вынужден был бежать из Италии в
Женеву, а оттуда в Париж, затем в Англию. Но 'нигде он не находил
себе пристанища, — его горячие проповеди и обличительные
выступления против церкви и против схоластики вызывали ненависть
церковников, которые всюду создавали ему невыносимую обстановку.
После скитаний по Германии Джордано Бруно был завлечен
обманом на родину, где попал в руки инквизиции. В течение восьми лет дер-
жаши его в темнице, подвергали пыткам, пытаясь сломить его дух и
заставить отречься от своего^ учения. Но ни пытки, ни долгое тюремное
заключение не сломили Джордано Бруно; он не отказался от своего
учения. Бруно был осужден к сожжению на костре. Выслушав
страшный приговор, Джордано Бруно гордо заявил своим палачам: «Вы
больше испытываете страха, произнося мне приговор, чем я, его принимая».
17 февраля 1600 г. в Риме Джордано Бруно был сожжен на костре.
§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания
Великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564—1642)
продолжил борьбу за независимость науки от религии, развернул
наступление науки по всему фронту и нанес решающий удар
мировоззрению средневековых попов и схоластов. В его учении научная
революция достигла кульминационного пункта.
Галилей родился в городе Пизе. В 17 лет он поступил в Пизанский
университет, где изучал медицину. Бросив занятия медициной, Галилей
уехал во Флоренцию и занялся математикой и механикой. В 1589 г. он
получил кафедру математики в Пизанском университете, а затем
в 1592 г. в университете в Падуе.
В течение этого времени Галилей занимался научными
исследованиями по математике, механике и другим наукам. Он довольно рано
стал противником учения Аристотеля о движении, в частности его
учения о падении, и начал разрабатывать динамику, основанную на новых
положениях. Вскоре он выступил против учения Аристотеля и Птолемея
1 Джордано Бруно. Диалоги. Госполитиздат, М., 19491, стр. Э85—386.

§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания 67
о вселенной и стал в этом вопросе на сторону Коперника. В 1597 г.
Галилей писал Кеплеру: «Я считаю себя счастливым, что в поисках
истины нашел столь великого союзника. Действительно, больно видеть, что
есть так мало людей, стремящихся к истине и готовых отказаться от
превратного способа философствования. Но здесь не место жаловаться
на печальное состояние нашего времени, я хочу лишь пожелать тебе
удачи в твоих замечательных исследованиях. Я делаю это тем охотнее,
что уж много лет являюсь приверженцем учения Коперника. Оно
объяснило мне причину многих явлений, совершенно непонятных с точки
зрения общепринятых
взглядов. Для опровержения
последних я собрал множество
аргументов, но я не
решаюсь опубликовать их.
Конечно, я решился бы на это,
если бы было больше таких
людей, как ты. Но так как
этого нет, то я держу себя
осторожно» 1. Аргументы, о
которых говорит Галилей,—
это, по-видимому,
установленные им новые положения
учения о движении, которые
снимали возражения
последователей Аристотеля
против признания движения
Земли.
Через 13 лет Галилей
добыл новые аргументы в
подтверждение учения
Коперника, которые
основывались уже на
астрономических открытиях Галилея.
В конце XVI в.
голландские мастера изобрели
зрительную трубу. Об этом Галилео Галилей
узнал Галилей и в 1609 г.
сам сконструировал такую трубу. Труба Галилея состояла из двух линз:
плосковыпуклой — объектива и плосковогнутой — окуляра. Первая
труба Галилея увеличивала приблизительно в 3 раза, а вскоре ему
удалось построить трубу, которая давала более чем 30-кратное
увеличение.
Галилей применил сконструированный им телескоп (рис. 17) для
наблюдения неба и пришел к целому ряду открытий. Он установил, что
поверхность Луны ничем принципиально не отличается по виду от
поверхности Земли. Подобно Земле, Луна имеет возвышенности и
впадины и, следовательно, ее поверхность не абсолютно гладкая, какой
должна быть поверхность небесного тела по учению последователей
Аристотеля — перипатетиков.
Далее Галилей установил, что планеты, в отличие от неподвижных
звезд, подобны Луне и видны в трубу как круглые светящиеся диски.
Венера же, совсем как Луна, с течением 'времени меняет свой вид — от
круглого диска до узкого серпа. Галилей заметил, что вокруг Юпитера
1 Цит. по кн.: Ф. Д а н е м а н. История естествознания, т. II. М. — Л., 193(3,
стр. 29.

68
Глава 4. Научная революция XVI века
вращаются четыре маленькие звездочки — его спутники, подобно тому
как вокруг Земли вращается Луна. Галилей сделал и другие открытия.
Он установил, что число неподвижных звезд гораздо больше, чем их
видно простым глазом, и т. д.
Все эти открытия подтверждали учение Коперника и поэтому были
встречены враждебно церковниками и профессорами-перипатетиками.
В 1610 г. Галилей переехал во Флоренцию, где продолжал свои
научные исследования, в том числе и астрономические, нередко
выступая против Аристотеля в защиту системы Коперника. В 1616 г.
обеспокоенная церковь официально осудила учение Коперника, книга его была
запрещена, и Галилей был
предупрежден о том, что держаться мнения
Коперника — значит быть обвиненным в ереси.
Вследствие этого Галилей был
вынужден временно прекратить защиту
коперникианства. Однако собранный им
богатый фактический материал и
множество аргументов из области механики и
астрономии, подтверждавших систему
Коперника, заставили Галилея искать
способов; несмотря на запрещение
церкви, во что бы то ни стало выступить в
защиту Коперника перед широкой
публикой. Галилей знал, что он мог при
этом рассчитывать на свой авторитет
ученого, который к тому времени был
велик, а также на благосклонность к нему
некоторых кругов из среды высшего
духовенства. Однако при всех условиях
• прямо в защиту коперникианской «ереси»
выступить было невозможно. Оценив
всю обстановку, Галилей пришел к
решению написать книгу, в которой по
существу давалось бы обоснование
системы Коперника, но так, чтобы самого
автора книги формально нельзя было бы
~ ,_ ~ _ обвинить в защите этой системы.
Рис. 17. Телескоп Галилея лг ^ т „
Книга была написана Галилеем и
вышла в свет в 1632 г. под названием
«Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперни-
ковой». В этой книге в форме беседы излагалась дискуссия мeждv
приверженцем учения Коперника — сеньором Сальвиати и защитником
системы Птолемея — Симпличио. В диспуте участвовал также третий
собеседник — Сагредо, который по существу стоял на стороне
Сальвиати.
Чтобы обезопасить себя от обвинений, Галилей в предисловии
указывал, что учение Коперника противно святой вере, что оно запрещено
и что он вовсе не является его приверженцем. В книге, писал он, лишь
обсуждается учение Коперника, а вовсе не утверждается. Однако ни
-предисловие автора, ни форма сочинения никого обмануть не могли.
Защитник системы Птолемея Симпличио выглядел весьма бледно и
непрерывно был побиваем аргументами и шутками его противников
•(и имя-то его означало «простак»). Читатель ясно представлял, на чьей
стороне автор и какую в действительности цель он преследует. Книга,
записанная на итальянском языке, была доступна значительному кругу

§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания 69
читателей. Ее выход в свет разрешила цензура, сам папа знал о ее
содержании. Тем не менее церковь быстро спохватилась и возбудила
дело против Галилея. Уже ib 1633 г. Галилей был вызван в Рим и
предстал перед судом, инквизиции. Ему было предъявлено обвинение в том,
что он ослушался постановления о запрещении держаться учения
Коперника. Галилей отверг это обвинение, указав, что он нигде не
утверждает истинности этого учения, а высказывается лишь
предположительно. Однако ему пришлось сознаться, что он неосознанно
способствовал убеждению в правоте учения Коперника, и публично отречься
от этого учения.
После процесса Галилей поселился во Флоренции, где жил под
тщательным надзором инквизиции. Несмотря, однако, на это, он продолжал
заниматься научными исследованиями, ведя борьбу за новое
мировоззрение.
В 1638 г. вышло второе большое сочинение Галилея «Беседы
и математические доказательства о двух новых науках». В этой книге
Галилей подвел итог своим научным достижениям. «Беседы» были
напечатаны в Голландии, где к этому времени произошла буржуазная
революция и религиозная нетерпимость была в значительной степени
ослаблена.
В 1642 г.' окруженный своими учениками Галилей скончался. При
кончине Галилея присутствовали два агента инквизиции.
Знаменитая книга Галилея «Диалог о двух системах» долгое время
находилась в списках запрещенных церковью книг, несмотря на то
что гелиоцентрическое мировоззрение быстро распространилось в
Европе и уже к концу XVII в. стало общепризнанным среди
культурных людей.
Вся знаменитая книга Галилея «Диалог» посвящена обоснованию
гелиоцентрической системы мира. Устами одного из участников диалога
Галилей шаг за шагом опровергает доводы против признания движения
Земли и приводит аргументы в пользу учения Коперника.
В качестве аргументов в пользу системы Коперника Галилей
привлекает, во-первых, результаты своих астрономических открытий.
Он подчеркивает, что такие факты, как подобие поверхности Луны и
Земли, существование спутников у Юпитера, наличие фаз у Венеры и т. п.,
противоречат учению перипатетиков о исключительном положении
Земли как центра вселенной и, говоря о материальном единстве мира,
подтверждают учение Коперника.
Кроме того, Галилей приводит в защиту системы Коперника
аргументы, основанные на его исследованиях в области механики. При этом
он снимает все возражения против движения Земли. Как мы уже
говорили, перипатетики указывали, что если бы Земля двигалась, то мы бы
заметили это движение, наблюдая, например, падение тел, которые
должны были бы отклоняться в сторону, противоположную движению
Земли. Более того, все незакрепленные предметы должны были бы,
оставаясь в покое, разлететься с Земли. Коперник еще не опроверг эти
возражения, ибо, хотя он и выдвинул принцип относительности и
предложил признать, что движение тел вместе с Землей является
естественным, тем -не менее принцип относительности Коперника являлся
еще чисто кинематическим, а рассуждение о естественности движения
тел вместе с движением Земли не было убедительным и носило
схоластический характер.
Галилей показал, что эти возражения основываются на ложном
учении Аристотеля о движении и что в основе динамики лежат иные
законы, чем полагал Аристотель и его последователи. Аристотель счи-

70
Глава 4, Научная революция XVI века
тал, что. всякое движение тяжелого тела, за исключением его «падения,
является насильственным и требует для своего осуществления действия
другого тела. Галилей утверждает, что> падение тел происходит под
действием силы тяжести, а тело, движущееся прямолинейно по
горизонтальной плоскости, наоборот, само по себе стремится сохранить свою
скорость и направление, и только вмешательство других тел (трение о
плоскость, сопротивление воздуха и т. п.) изменяет скорость движения
этого тела.
Для обоснования этого положения Галилей рассматривает
движение тела по наклонной плоскости. Если тело движется вверх по
наклонной плоскости, то оно замедляет свое движение, если же оно движется
вниз, то оно ускоряет свое движение. Спрашивается, как будет
двигаться тело по горизонтальной плоскости? Ответ напрашивается сам собой:
если ничто не будет мешать телу, то есть если не будет действовать
сила трения, то тело будет двигаться равномерно вдоль горизонтальной
плоскости.
От положения Галилея об инерции тела при движении по
горизонтальной плоскости оставалось сделать только один шаг, чтобы оно
приобрело характер всеобщего закона — закона инерции. Однако Галилей
еще не дал общей формулировки этого закона.
Одновременно с законом инерции Галилей пользуется другим
основным положением классической механики— так называемым, законом
независимости действия сил, опять-таки в применении лишь к
движению тел в поле тяжести Земли. Тело стремится сохранить свою
горизонтальную скорость, не только будучи поддерживаемо горизонтальной
плоскостью, но и тогда, когда оно свободно падает. То есть если тело
падает, то на горизонтальную составляющую скорости сила тяжести,
действующая вертикально, не оказывает никакого влияния. И, с другой
стороны, изменение вертикальной составляющей скорости под
действием силы тяжести не зависит от того, находится ли при этом тело в
горизонтальном движении или нет. Это положение Галилея, развитое им
в применении к движению брошенных тел, было затем обобщено
Ньютоном и вошло в его второй закон.
Галилей пользуется установленными им законами для
опровержения возражений перипатетиков против движения Земли. Поскольку тело
само по себе стремится всегда сохранить имеющуюся у него
горизонтальную скорость, постольку движение тел на движущейся Земле будет
таким же, каким оно было бы на неподвижной. Например, камень,
брошенный вертикально вверх, упадет на движущейся Земле на то же
самое место, откуда он был брошен. Это происходит потому, что он имеет
горизонтальную скорость перед бросанием, равную скорости Земли, и
при полете, сохраняя ее, будет все время следовать за движением
Земли в горизонтальном направлении.
Галилей подтверждает свои объяснения опытом: если бросать
камень с мачты движущегося корабля, то, несмотря на движение
корабля, камень, брошенный с мачты, упадет к ее подножию. Это
происходит потому, что он в начальный момент — в момент бросания — имел
скорость в горизонтальном направлении, равную скорости корабля,
которую он и сохраняет. Камень как бы следует за кораблем в
горизонтальном направлении и не отстает от него, разве только на
незначительное расстояние вследствие сопротивления воздуха.
Галилей разбирает подобным же образом и другие опыты с
бросанием тел на Земле и показывает, что с их помощью нельзя
опровергнуть движения Земли.

§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания 71
Вообще, находясь на Земле и участвуя в ее движении, нельзя
заметить этого движения. Галилей поясняет это положение, приводя пример
с наблюдателем, находящимся в каюте корабля.
«Уединитесь с кем-либо из друзей, — пишет он, — ib просторное
помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами,
бабочками и другими подобными мелкими летающими насекомыми;
пусть будет у вас там также большой сосуд с водой и плавающими в
нем маленькими рыбками; подвесьте, далее, наверху ведерко, из
которого вода будет падать капля за каплей в другой сосуд с узким
горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно,
наблюдайте прилежно, как мелкие летающие животные с одной и той же
скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите,
-будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли
попадут в подставленный сосуд, и вам, бросая какой-нибудь предмет, не
придется бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую,
-если расстояния будут одни и те же; и если вы будете прыгать сразу
двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом
направлении. Прилежно наблюдайте все это, хотя у нас не возникает
никакого сомнения в том, что пока корабль стоит неподвижно, все
должно происходить именно так. Заставьте теперь корабль двигаться
с любой скоростью и тогда (если только движение будет равномерным
и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не
обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете
установить, движется ли корабль или стоит неподвижно» 1.
Таким образом, в виде примера дается впервые в истории физики
«формулировка того положения, которое затем получило название
классического принципа относительности.
Однако движение Земли, строго говоря, нельзя считать
инерционным. Ее движение вокруг своей оси можно сравнить с вращением
колеса. Но при вращении колеса с его обода отлетают приставшие к нему
предметы. Почему же этого не наблюдается на Земле? Этот вопрос
ставит Галилей. Но решить его правильно он еще не в состоянии.
Действительно, говорит он, тела в результате вращения Земли стремятся дви-
таться в каждый момент времени по касательной к ее поверхности так
же, как выпущенный камень из пращи, и, значит, удаляться от ее
центра. Но одновременно под действием силы тяжести тела стремятся
двигаться и к центру Земли. Весь вопрос заключается в том, чтобы сравнить
«склонность» тела удаляться от поверхности Земли, вследствие ее
вращения, по касательной—инерционное движение — и «стремление» тела
приближаться к поверхности Земли вследствие тяжести. То есть, говоря
современным языком, сравнить между собой ускорение силы тяжести и
центробежное ускорение. Исходя из свойств касательной неограниченно
приближаться к своей кривой, Галилей неправильно заключает, что
центробежное ускорение всегда ничтожно мало по сравнению с
ускорением силы тяжести.
Таковы очень кратко аргументы из области механики, приводимые
Галилеем в защиту учения Коперника. Оценивая их, мы можем
сказать, что Галилей еще не дал доказательства движения Земли, подобно
.тому как это делается, например, в известном опыте Фуко. Но зато,
исследуя механику падающих тел, он полностью опроверг все
возражения против признания движения Земли.
Важность исследований Галилея по механике заключается не
только в том, что они послужили опровержением учения Аристотеля и
1 Г. Галилей. Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и ко-
шерниковой. Гостехиздат, М.—Л., 1948, стр. 146—147.

72
Глава 4. Научная революция XVI века
Птолемея о строении вселенной. Эти исследования являлись началом
развития нового раздела физической науки — динамики. Опровергая
учение перипатетиков о строении ми(ра, Галилей опроверг и их учение
о движении 'вообще, и одновременно основал свою динамику. Более
подробно о работах Галилея по динамике будет сказано ниже при
изложении развития механики в XVII в.
Заслугой Галилея в истории наук является также разработка им
экспериментального метода изучения природы.
Источником познания, по Галилею, является только опыт. Он прямо
осуждает схоластику, игнорирующую действительность и пытающуюся
основывать все знания только на авторитетах.
Но заслуги Галилея заключаются не только в том, что он
провозгласил и защитил положение об опыте как источнике познания. Опыт
как источник познания провозглашался до Галилея и наука фактически
в конце концов строилась на опыте и до Галилея. Да и Аристотель
признавал это. Для развивающейся науки важно было найти, каким
образом из опыта должно строиться познание, то есть найти
правильный научный метод опытного познания; Галилей как раз и нашел его.
До Галилея опыт был лишь исходным пунктом познания. И метод
исследования в общих чертах состоял главным образом из двух
звеньев: первое звено — непосредственные наблюдения, обычно просто
случайные, и второе звено — построение очень часто самой общей теории
на основании этого наблюдения. Третье же звено, заключающееся в
проверке выводов из построенной теории, либо совсем отсутствовало,
либо находилось в зачаточном состоянии и не было сколько-нибудь
развито. Поэтому наука древности имела созерцательный характер;
таковой же она осталась и в рамках средневековой схоластики. А это
определяло, с одной стороны, грубый эмпиризм этой науки, а с
другой — ее спекулятивный характер.
Такой была астрономия Аристотеля и Птолемея. Она основывалась
на непосредственных ощущениях, на первых впечатлениях, которые
заключаются в том, что человек чувствует себя в'месте с Землей
неподвижным, а Солнце, Луну, планеты и звезды наблюдает как движущиеся.
Исходя из этих непосредственных ощущений, Аристотель, а затем
Птолемей построили всю систему ©селенной. То же можно сказать и о до-
галилеевской динамике. В ее основе также лежали непосредственные
наблюдения, не проанализированные сколько-нибудь подробно.
Повседневная практика древности и средних веков показывала, например^
что для того, чтобы вести повозку с большей скоростью, нужно
приложить и большее усилие, или что при падении тяжелые тела падают
быстрее, чем легкие. Этих и подобных наблюдений Аристотелю тогда
казалось достаточно, чтобы построить целую систему всей динамики^
имевшую ложный фантастический характер. И ни Аристотелю, ни его
ученикам не приходило в голову попробовать не просто согласовать
теорию движения с наблюдаемыми фактами, а вывести следствия из-
этой теории и на специально поставленных экспериментах убедиться в^
правильности или неправильности ее. Но то, что не сделали ученые,,
сделала сама практика, которая привела к необходимости
экспериментального познания.
Уже Коперник в астрономии оторвался от непосредственных
ощущений человека и отделил то, что нам кажется, от того, что есть на
самом деле. Коперник вскрыл действительные движения, которые
реально существуют во вселенной. Сделал он это путем введения гипотезы,
которая не следует непосредственно из наблюдаемых фактов, а
представляет собой их творческое обобщение. Непреложная истинность ги-

§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания 73
потезы могла быть доказана лишь путем предсказания на ее основании
новых фактов, подтверждаемых на опыте.
То, что начал Коперник в астрономии, продолжил Галилей,
защищая систему Коперника, обосновывая динамику и развивая другие
области естественных наук.
Исследуя движение, Галилей отрывается от непосредственно
данного нам в ощущении, от непосредственно наблюдаемого на опыте. Законы
и положения, на которых Галилей строит динамику, являются
научными абстракциями, то есть такими законами и положениями, которые
непосредственно не даны в каком-либо одном конкретном единичном
факте. Таков, например, закон инерции, устанавливаемый Галилеем.
Он непосредственно не мог быть проверен на единичном опыте; нельзя
было непосредственно наблюдать, чтобы тело бесконечно долго
двигалось с постоянной скоростью пб прямой линии. И закон о том, что все
тела падают с одинаковым ускорением, не мог быть проверен во
времена Галилея непосредственно на единичном эксперименте. Наблюдение
показывало, что при разных условиях падение тела может происходить
по-разному.
Но научная абстракция, как более глубокое проникновение в
сущность явлений, чем простая констатация факта или группы фактов, как
выражение того общего, что скрывается в этих фактах, выходит за
рамки тех явлений, на основе исследования которых она впервые
возникает, и тогда научная абстракция выражается в форме гипотезы. Эта
гипотеза дает возможность предвидеть новые факты и явления на
основе выводов из нее. Поэтому научная гипотеза становится
руководящей идеей в дальнейшем научном исследовании. Одновременно
проверка выводов из ее следствий, из ее предсказаний превращает
гипотезу в научный закон. По этому пути пошло развитие гипотезы Копер-
йика, которая с последующим развитием астрономии и механики
превратилась в теорию строения вселенной.
Так обстояло дело с принципами, положенными Галилеем в основу
механики. Возникшие первоначально в форме гипотез, они стали
руководящими идеями в последующем развитии механики, и это
последующее развитие механики, подтвердив их, перевело их из ранга гипотез в
ранг физических законов. Частично эту работу проделал уже самг
Галилей, исследовав различные случаи движения тел в поле тяжести —
свободное падение, движение по наклонной плоскости и т. д. Но
завершение этого процесса развития классической динамики относится уже
к последующему времени.
Экспериментальный метод Галилея особенно отчетливо виден на
примере исследования им законов падения тел. Галилей начинает
с предположения о том, что тела падают с постоянным ускорением,
то есть что приращение скорости падающего тела пропорционально
времени. Это еще гипотеза; она основана на непосредственном
наблюдении и на некоторых соображениях. Из этой гипотезы Галилей выводит
следствие. Именно, он доказывает математически, чго если тела падают
равноускоренно, то есть так, что скорость растет пропорционально
времени, то пройденный телом путь должен быть пропорционален квадрату
времени.
Это следствие и собирается проверить Галилей. Но техника
эксперимента не позволяла еще проверить этот вывод для случая падения
тел. Надо было уметь измерять сравнительно короткие интервалы
времени, а во времена Галилея еще не было обычных часов. Галилей
блестяще обошел трудности, проверив выведенный им закон на
наклонной плоскости. Он взял длинную доску с желобом, выстланным перга-

74
Глава 4. Научная революция XVI века
ментом. Под один конец доски укрепил подставку, так что доска
образовала наклонную плоскость. Заставляя скользить ш> выстланному
пергаментом желобу бронзовый шарик и измеряя промежутки времени,
в которые шарик проходит различные отрезки пути, можно проверить,
по какому закону движется тело на наклонной плоскости. Для
измерения времени Галилей применял следующий способ. В дне большого
ведра, наполненного водой, пробил маленькое отверстие, которое
открывал в тот момент, когда шарик начинал свое движение, и закрывал,
когда он достигал нужного положения на доске. Вытекающую при этом
воду собирал в маленький сосуд и взвешивал на весах. По весу воды,
вытекшей за разные промежутки времени, можно было сравнивать
между собой эти промежутки времени.
Проделав измерения, Галилей нашел, что по наклонной плоскости
тела движутся равноускоренно. Но по такому же закону должны
двигаться и свободно падающие тела. Это следует из того обстоятельства,
что характер движения тела по наклонной плоскости не зависит от ее
наклона.
Таким образом, эксперимент подтверждает закон пути не только
для наклонной -плоскости, но и для вертикально падающих тел, а
следовательно, подтверждает и положение о том, что тела падают
равноускоренно.
В этом экспериментальном исследовании совершенно отчетливо
содержится .новое звено, которого не существовало до Галилея (или оно
было только лишь в зачаточном состоянии): оправдание развитой
теории путем проверки следствий из нее на целесообразно поставленных
экспериментах.
Резюмируя, можно охарактеризовать метод научного исследования
Галилея следующим образом: из наблюдений и опытов устанавливается
предположение — гипотеза, которая хотя и является обобщением
опытов, но включает в себя .нечто новое, что. непосредственно не
содержится в каждом конкретном опыте. Гипотеза дает возможность вывести
строго математическим и логическим, путем определенные следствия,
предсказать некоторые новые факты. Эти факты можно проверить на
опыте. Проверка следствий и подтверждает гипотезу — превращает ее в
физический закон. Таков метод, которому следовал Галилей.
В своих основных чертах этот метод и становится основным
методом, следуя которому развивается далее естествознание.
Нужно отметить, что такой характер развития естествознания
непонятен для идеалистов махистского толка. Признавая за наукой лишь
задачу упорядочивания и описания фактов, под которыми они
понимают наши ощущения, не признавая существования объективного мира
вне нашего сознания, махисты не признают гипотезу как отражение
действительности. Они считают гипотезу лишь выдумкой, творением
человеческого ума, ибо она, хотя и основана на опыте, тем не менее
содержит в себе больше, чем каждый отдельный единичный опыт.
Непонимание и извращение действительного хода человеческого
познания от простого созерцания к абстракции и от абстракции к
практике нашли свое выражение у физиков махистского толка в оценке
научного метода Галилея. Не говоря уже об извращенном толковании
Галилея Махом, можно привести пример оценки метода Галилея одним
из современных физиков Гейзенбергом.
Гейзенберг писал: «Исходный пункт физики Галилея абстрактен и
полностью лежит на линии,, предуказанной Платоном. Аристотель еще
описывал действительные движения в природе и потому он установил,
что легкие тела вообще падают медленнее, чем тяжелые. Галилей же,

§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания 75
наоборот, ставит вопрос, ка>к падали бы тела, если бы не было
сопротивления воздуха — как они падали бы в «пустом пространстве».
Ему удалось математически «сформулировать законы для теоретического
движения, которые экспериментально реализовать можно только
приблизительно. Вместо непосредственного изучения процессов природы,
нас окружающих, выступает математическая формула предельного
закона, который можно проверить только при исключительных условиях.
Возможность получить предельно сформулированные законы из
процессов природы покупается отказом применить эти законы
непосредственно к тому, что происходит в природе» К Как видим, Гейзенберг
считает Галилея идеалистом за то, что он вопреки Аристотелю, который
не мог оторваться от непосредственных ощущений, проник в сущность
явлений, которая непосредственно в чистом 'виде не проявляется.
Однако не Галилей, а, наоборот, Гейзенберг допускает здесь ошибочные
выводы, следуя субъективно-идеалистической философии.
В своих сочинениях Галилей наметил основные черты нового
представления о природе материи, движения и о закономерностях
материального мира. Эти представления становятся одной из основ
мировоззрения физиков и естествоиспытателей XVII—XIX вв.
Галилей был .противником аристотелевского учения о материи и
форме. Для него материя является единственной субстанцией
материального мира.
В своих сочинениях он возродил учение древних атомистов.
Материальные вещи, по Галилею, состоят из бесчисленного
множества мельчайших неделимых частиц, между которыми имеется
бесчисленное количество бесконечно малых пустот. Изменения в
природе происходят в результате движения и перераспределения этих
частиц, при этом ничто не уничтожается и не творится.
Возрождая атомистическую гипотезу, Галилей намечает
основные черты количественного механического понимания природы. Галилей
отвергает метод перипатетиков — приписывать телам бесчисленные
скрытые качества, субстанциональные формы, стремления, антипатии,
аппетиты и т. д.
Качества, которым в связи с учением о материи и форме
Аристотель, а затем перипатетики придавали самостоятельное значение,
Галилей объявляет субъективными понятиями. Сама материя — основа
материального мира — у Галилея объективно обладает лишь простыми
геометрическими и механическими качествами. Рассуждая о
чувственных качествах, Галилей писал: «Никогда я не стану от внешних тел
требовать что-либо иное, чем величину, фигуры, количество, и более
или менее быстрые движения для того, чтобы объяснить возникновение
ощущений вкуса, запаха и звука; я думаю, что если бы мы устранили
уши, языки, носы, то остались бы только фигуры, число и движения, но
не запахи, вкусы и звуки, которые, по моему мнению, вне живого
существа являются не чем иным, как только пустыми именами». «Я склонен
к мнению, что тепло является тоже ощущением такого же рода, и что
та материя, которая вызывает в нас ощущение тепла и которую мы
обозначаем общим именем огня, является множеством очень маленьких
телец определенной величины, обладающих определенной скоростью»2.
Величина, фигура, движение — вот те свойства, которые оставляет
для материи Галилей, упраздняя бесчисленные формы и субстанцио-
1 W. Heisenberg. Wandlungen in den Grundlagen der Naturwissenschaft.
Leipzig, 1944, SS. 31—32.
2 A. M. Д е б о р и н. Книга для чтения по истории философии, т. I. M., 1924,
стр. 175—176.

76
Глава 4. Научная революция XVI века
нальные качества схоластиков. Все свойства окружающего мира, по
крайней мере неорганической природы, зависят от количественных
соотношений материальных частиц, то есть их величины, фигуры, числа
и движения.
Подводя теперь итоги рассмотрению деятельности и научного
творчества Галилея, мы должны подчеркнуть следующее. Галилей-
целиком отбросил перипатетическое представление о вселенной, о
материи и движении и старые взгляды на задачи и методы науки. В
результате его героической борьбы реакционному идеалистическому
мировоззрению монахов, попов, схоластов и инквизиторов был нанесен
сокрушительный удар.
Одновременно Галилей разработал и взял в основу науки
экспериментальный метод исследования природы. Установление этого метода
и явилось началом развития естествознания—самостоятельной системы
наук о природе.
Галилей заложил основы нового представления о природе и ее
закономерностях, о материи и движении. Это новое мировоззрение —
механический материализм — в последующее время стало основным
мировоззрением физиков и естествоиспытателей.
Галилей положил начало динамике, создав ее фундамент;
установленные им принципы явились руководящими в развитии классической
механики XVII столетия.
С Галилея начинается новый период, в который физика оформилась
в самостоятельную науку — одну из областей естествознания.

«u
Ui
Раздел второй
ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАУКИ
ГЛАВА 5
ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРИОДА
§ 18. Общая характеристика условий развития физических
исследований в XVII веке
Научная революция означала не только освобождение науки от
религии, но и ускорение процесса отделения естественных наук от
философии. Это привело к образованию экспериментальных естественных
наук, в том числе и физики. Формирование физики как определенной
области естествознания приходится на XVII век; этот период мы
называем периодом формирования физической науки К
XVII век характеризуется быстрым развитием капитализма. В
Голландии уже во второй половине XVI в. капиталистическое производство
стало играть решающую роль и окрепшая голландская буржуазия,
используя восставшие против феодального гнета и испанского ига
народные массы, захватила власть ,в свои руки. В результате этого уже
к началу XVII в. Голландия 'превратилась, по выражению Маркса, в
образцовую капиталистическую страну.
В Англии в середине XVII в. вспыхнула буржуазная революция.
Дальнейшие события, завершившиеся так называемой «славной
революцией», окончательно расчистили дорогу для 'капиталистического
(развития Англии — страны классического капитализма.
Во Франции также происходило развитие 'капиталистических
элементов, и французская буржуазия, хотя и оставалась в XVII в.
бесправным сословием, тем не менее приобретала все большую и большую
экономическую значимость. Французские короли и их министры
нуждались в средствах, а значит, и в буржуазии, у которой эти средства
были. Поэтому волей или неволей они способствовали ее
экономическому развитию, покровительствовали развитию капиталистической
торговли и промышленности.
На первом этапе развития капитализма основной формой
капиталистического производства была мануфактура; она возникла еще в
XVI в. и просуществовала как основная форма производства вплоть до
последней трети XVIII в. В период мануфактурного производства в
различных отраслях промышленности уже стали появляться сравнительно
сложные механизмы и устройства. Значительных успехов достигли
1 Нужно иметь в виду, что термин «физика», существующий еще с древности, имел
в то время гораздо болеее широкий смысл. Поэтому когда мы говорим о формировании
физической науки, то имеем в виду физику в современном смысле этого слова.

78
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
горнодобывающая, металлургическая и металлообрабатывающая
промышленность. Использовались многочисленные механизмы: различного
рода водоподъемные устройства, насосы (рис. 18), грузоподъемники
(рис. 19), воздуходувки, рудодробилки (рис. 20) и т. д., кузнечные
молоты (рис. 21), сверлильные станки и т. д.
В качестве двигателей получили распространение водяные
двигатели, которые в процессе использования усовершенствовались и видо-
Рис. 18. Система шахматных насосов, Рис. 19. Грузоподъемное устройство,
XVI в. (старинный рисунок) XVI в. (старинный рисунок)
изменялись, например водяной двигатель с так называемым нижнебой-
ным колесом (колесо этого двигателя приводилось в движение текущей
водой) был заменен двигателем с верхнебойным колесом (колесо в этом
двигателе приводилось в движение падающей водой). Водяной
двигатель с верхнебойным колесом развивал гораздо большую мощность,
чем двигатель с нижнебойным колесом. Водяные двигатели с
верхнебойным колесом широко применялись в горнодобывающей,
металлургической и в металлообрабатывающей промышленности.
Значительно усовершенствовалось текстильное производство.
В XVII в. появился целый ряд довольно сложных механизмов, таких,

§ 18. Общая характеристика условий
79
Рис.
как ленточный станок (рис. 22), шелкокр утильная машина и др.,
имевших целую систему блоков, рычагов, валиков и т. д.
Важной отраслью производства было часовое дело. Уже к XVII в.
довольно широкое распространение получили механические часы без
маятника (рис. 23). В середине
XVII в. голландский ученый
Гюйгенс изобрел часы с
маятником. После этого часовое дело
быстро стало
совершенствоваться и развиваться.
В отличие от техники
древности, важнейшей проблемой
которой была проблема равновесия,
в технике мануфактурного
периода на первое место выходит
проблема механического движения:
вопросы производства
трансформации, передачи движения и т. д.
Механизмы того времени давали
материал для изучения
'превращения потенциальной энергии в
кинетическую (водяной
двигатель с верхнебойным колесом),
передачи механического
движения от одного тела к другому,
превращения этого движения из
одного вида в другой и т. д.
Большую роль в технике
XVII в. играл водный транспорт.
Расширялась торговля,
осваивались колонии, в связи с чем
происходило быстрое развитие
морского и океанского флота: рост
числа кораблей, их тоннажа,
совершенствование их оснащения
(рис. 24). Важным нововведением
было применение оптических
приборов на военных и торговых
судах. В военной технике быстро
совершенствовалась
огнестрельная артиллерия.
Развитие естественнонаучных
исследований в рассматриваемый
период стимулировалось не
только усовершенствованием техники,
но и усовершенствованием форм
организации производства и
производственных отношений. В древности и в средние века получили
развитие только те отрасли физико-математических наук, которые были
связаны с такой областью практической деятельности, где уже в
большей или меньшей степени имело место отделение умственного труда от
физического, где наряду с исполнителем работы появился ее
организатор ее руководитель: архитектор, судостроитель и т. д. В процессе
развития мануфактуры происходило дальнейшее разделение
умственного и физического труда. Если ремесленник был в своей мастерской
20. Мельница для раздробления
руды (старинный рисунок)
Рис. 21. Мюлотовая мастерская Тульского
металлообрабатывающего завода, XVII в.

so
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
одновременно и рабочим, и технологом, и организатором производства,
то, превращаясь в рабочего мануфактуры, он терял свою
индивидуальность, свою разносторонность. От него теперь требовалось только
исполнение определенных операций, не требующих каких-либо теоретических
знаний. Интеллектуальная
сторона труда приобретала
самостоятельное значение»
становясь достоянием других
людей — работников умственного
труда.
Таким образом, вместе с
развитием капитализма
появляется интеллигенция, в
частности инженерно-техническая
интеллигенция. Вместе с тем
возникает возможность и
необходимость сознательного при-
. менения естествознания в
промышленности. Маркс писал:
«Мануфактурное разделение
труда приводит к тому, что
духовные потенции
материального процесса производства
противостоят рабочим как чужая
собственность и
господствующая над ними сила. Этот
процесс отделения начинается в
простой кооперации, где
капиталист по отношению к
отдельному рабочему представляет
единство и волю
общественного трудового организма. Он
развивается далее в
мануфактуре, которая уродует рабочего,
превращая его в частичного
рабочего. Он завершается в
крупной промышленности, которая
отделяет науку, как
самостоятельную потенцию
производства, от труда и заставляет ее
служить капиталу» 1.
Повышение роли
естествознания в производстве,
использование науки как одного из
средств обогащения приводит
'--_ к изменению общественного
"" мнения по отношению к ней.
> На первый план теперь выдви-
1= гаются естественные науки, по-
- скольку они приносят
практическую пользу. Ученые,
философы, прогрессивные
общественные и политические деятели
Рис. 22. Ленточный станок
Механические часы
1 К. М а р к с. Капитал, т. I, стр. 374.

§ 18. Общая характеристика условий
81
провозглашают науку о природе одним из важнейших средств
повышения материального благополучия.
Крупнейшие буржуазные философы-материалисты Бэкон и Декарт
энергично выступают против бесплодной схоластики за естествознание,
связанное с практикой и способное приносить материальные блага.
Существенную роль естествознанию -в общественной жизни отводит
Гоббс в «Левиафане», полагая, что «математические науки» —
теоретическая основа мореплавания и практической механики — являются
одним из средств достижения гражданами богатства.
Прекрасно понимали практическую значимость науки и
коммерческие и государственные деятели. Так, например, по свидетельству
Рис. 24. Ост-индское судно, XVII в.
английских историков, в середине XVII в. в Англии естественные науки
вошли в моду. «Наука в это время вдруг сделалась модой,— пишет
историк Англии Грин.— Карл Второй был недурным химиком и сильно
интересовался вопросами навигации. Герцог Букингам чередовал свои
занятия поэзией, свои кутежи и игру на скрипке с занятиями в
лаборатории»1.
Во Франции министры начиная с Ришелье, покровительствуя
развитию национальной промышленности и торговли, поддерживали
также и развитие естественных наук.
Новое положение науки в обществе, покровительство, оказываемое
ей богачами и государственными деятелями, усиление интереса к
естественнонаучным исследованиям прогрессивных мыслителей вызвали к
жизни новые организационные формы ее развития,— наряду с
университетами возникают академии. Так, в 1660 г. в Англии возникло научное
общество, получившее в 1662 г. название «Королевского общества».
Королевское общество явилось первой постоянно действующей
Академией наук2. Его организация имела важнейшее значение для развития
естествознания в Англии-.
1 Дж. Грин. История английского народа, т. III. М„ 1892, стр. 270.
2 Еще раньше в Италии учениками Галилея было создано научное общество,
получившее название Академии опыта (Academia del Cimento). Однако эта академия просу*
шествовала недолго (1657—1667 гг.) и была закрыта под давлением церкви.

82
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
В 1666 г. была создана Парижская академия наук. Организатором
ее был известный французский министр Кольбер, проводивший
политику покровительства (Национальной торговле и промышленности.
Организуя Академию наук, Кольбер считал, что она должна способствовать
развитию производства. Почти с самого основания академии
французские академики стали привлекаться государством для решения
практических задач. Так, например, по поручению Людовика XIV им пришлось
исследовать полет снарядов, заниматься вопросами постройки военных
укреплений и т. п.
Позднее были организованы академии в других городах и странах
Западной Европы. В России Петербургская академия наук была
организована в 1725 г.
Одновременно с организацией научных обществ >и академий в
крупнейших городах Европы начали выходить научные журналы.
Новые организационные формы сыграли, несомненно, огромную
роль в развитии науки и особенно (в развитии естественных наук.
§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия
В XVII в. быстро развиваются исследования в области физических
наук. Если до этого времени в области физических наук были сделаны
лишь только первые шаги в области статики и гидростатики, а также
оптике, то теперь развивается учение о механическом движении:
кинематика и динамика. Начиная с Галилея формулируются основные
понятия и законы механики—создается фундамент классической
механики. Быстрое развитие механики в XVII в. определялось особенностями
мануфактурной техники, важнейшими техническими проблемами
которой были превращение механического движения, его производство, его
передача и т. д. Широкое 'применение оптических инструментов в
мореплавании делает необходимыми исследования в области геометрической
оптики. Интерес к оптическим исследованиям вызывается также
астрономией. Начиная с Галилея оптические приборы становятся
необходимой принадлежностью астрономов. Практическое значение астрономии
еще больше возросло, особенно с развитием океанских путей сообщения.
Широкое применение водяных насосов, воздуходувных мехов и т. п.
приспособлений в промышленности и потребности в повышении их
мощности, а также строительство гидротехнических сооружений,
несомненно, являлись стимулом для систематического исследования
законов жидкостей и газов.
Прогресс техники и технической оснащенности промышленности,
военной техники, средств сообщения и т. п. стимулировал не только
расширение содержания физических наук, но несравненно более быстрые
темпы их развития. Этому же способствовали и условия, созданные для
науки развивающимся капитализмом. В результате все, что было
сделано в области физических наук за весь предшествующий период ее
развития, не идет ни в какое сравнение с тем, что было достигнуто
в XVII в.
Вместе с этим физика выделяется в самостоятельную науку и
физические знания теперь обобщаются в рамках этой науки. Таким образом
физика в XVII в. окончательно отпочковывается от философии. Если-
французский ученый и философ Декарт еще пытался, подобно древним,
создать общую натурфилософскую картину природы и включал в свое
учение все знания и науки своего времени, то у Ньютона уже по
существу физика окончательно отделилась от философии, и хотя
натурфилософские системы существовали и позже, но какой-либо роли з
развитии физики они уже не играли.

§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия
83
Конечно, отделение физики и естествознания от философии ни в
коей мере не означало, что в дальнейшем философия и естествознание
развивались независимо друг от друга. Наоборот, формирование
естествознания проходило во взаимосвязи с новой, материалистической
философией. И если научная революция положила начало развитию
экспериментального естествознания, то она же стимулировала и
развитие нового, материалистического мировоззрения.
Естествознание, освободившееся от схоластики, нуждалось в
новой, материалистической философии, способной направлять его
развитие. С другой стороны, новая, материалистическая философия в
противовес схоластике целиком основывалась ,на достижениях
естествознания. Такая тесная взаимосвязь между естествознанием и философией
имела огромное значение и для естествознания, и для философии.
Прежде всего это привело к расцвету материализма в XVII в.,
который противопоставил себя вместе с естествознанием средневековому
мировоззрению. Среди философских систем XVII в., оказавших
сколько-нибудь существенное влияние на развитие естествознания, нельзя
указать ни одной идеалистической системы, за исключением философ-
ского учения Лейбница, стоявшего как-то особняком. Бэкон, Декарт,
Гоббс, Гассенди, Локк и многие другие виднейшие философы нового
времени были материалистами и строили свои философские системы,
опираясь прежде всего на естествознание. Тесная связь философии и
естествознания в рассматриваемый период проявилась в том, что
особенности материализма — его метафизический и механический
характер— определились особенностями развития естествознания.
Развитие естествознания началось вместе с процессом
дифференциации наук. Это был переход к раздельному исследованию природы,
к изучению ее явлений вне связи друг с другом. Прежде чем
исследовать процессы, естествознание должно было исследовать вещи: прежде
чем исследовать связи между вещами и явлениями, нужно было изучить
их по отдельности, вне связи, вне взаимодействия. Но такой метод
исследования, являвшийся необходимой ступенью в познании природы,
приводил к метафизическому взгляду на мир, что и было закреплено
философией того времени. «Разложение природы на ее отдельные
части, разделение различных процессов и предметов природы на
определенные классы, исследование внутреннего строения органических тел
по их многообразным анатомическим формам, — все это было
основным условием тех исполинских успехов, которые были достигнуты
в области познания природы за последние четыреста лет, — писал
Ф. Энгельс. — Но тот же способ изучения оставил нам вместе с тем и
привычку рассматривать вещи и явления природы в их
обособленности, вне их великой общей связи, и в силу этого — не в движении, а в
неподвижном состоянии, не как существенно изменчивые, а как вечно
неизменные, не живыми, а мертвыми. Перенесенный Бэконом и Лок-
ком из естествознания в философию, этот способ понимания создал
специфическую ограниченность последних столетий — метафизический
способ мышления»1.
Другая особенность мировоззрения XVII в.— механистический
взгляд на природу — также определялась характером развития
естествознания того времени. Во-первых, техника мануфактурного периода
обусловливала изучение главным образом механической формы
движения. Во-вторых, систематическое изучение различных форм движения
должно было, естественно, начаться с простейшей его формы —
механического движения. «Само собою разумеется, — писал Энгельс, — что
1К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 19, стр. 203.

84
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
изучение природы движения должно было исходить от низших,
простейших форм его и должно было научиться -понимать их прежде, чем могло
дать что-нибудь для объяснения высших и более сложных форм его.
И действительно, мы видим, что в историческом развитии
естествознания раньше всего разрабатывается теория простого перемещения,
механика небесных тел и земных масс...»1. Таким образом, в
рассматриваемый период преобладающую роль в естествознании играла механика,
получившая теперь привилегированное положение. Вместе с этим развился
механистический количественный взгляд на природу, что и получило
свое выражение в философии.
Усвоив от естествознания
метафизический и механистический взгляд на
природу, философия закрепила его как
характерную особенность
мировоззрения вообще и в дальнейшем сама же
навязывала его естествоиспытателям.
Новые взгляды на природу, на материю,
на задачи и метод науки о природе
нашли выражение в трудах Галилея. Однако
в более развернутой форме основы новой
философии содержались в сочинениях
философов того времени. Особую роль
в этом смысле сыграли труды
английского философа Френсиса Бэкона
(1561—1626) и французского ученого и
философа Рене Декарта (1596—
1650).
И Бэкон, и Декарт вскрывали
бесплодность схоластики, ее оторванность
от практики. Наука должна давать ре-
Френсис Бэкон зультаты, полезные для практики.
Естествознание должно быть перестроено
так, чтобы приносить полезные знания о законах природы. Бэкон и
Декарт прежде всего решают вопрос о том, каков должен быть метод науки
о природе, чтобы она могла добывать знания, полезные для практики.
Бэкон полагает, что основой познания является опыт. «Всякое
истинное толкование природы,— пишет Бэкон,— может происходить
только при помощи надлежащих наблюдений и опытов,
приспособленных к этой цели»2. Однако сам по себе опыт еще не ,дает познания.
Результаты опыта должны быть переработаны разумом. Чтобы
получить истинное знание, нужно прежде всего следовать правильному
методу. Такой метод для естественных наук предлагает Бэкон в своем
главном сочинении «Новый органон» (1620). «Органон» — значит
орудие. Бэкон указывает, что здесь он дает новый метод познания
природы: «Я дал Орудие; материал же нужно искать в самих Вещах»3.
Основным методом познания природы, по Бэкону, является метод
индукции. Из единичных частных фактов или посылок выводятся более
общие положения. Противоположный метод — дедукция — Заключается
в том, что из общих положений выводятся более частные. Бэкон так
описывает метод получения знаний из опыта: «Не следует все же
допускать, чтобы разум перескакивал от частностей к отдаленным и
1 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 44.
2 Ф. Бэкон. Собр. соч., ч. 2. СПб., 1874, стр. 29.
3 Ф. Бэкон. Новый органон. М., 1938, стр. 6.

§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия
85
почти самым общим аксиомам (каковы так называемые начала наук
и вещей) и по их непоколебимой истинности испытывал бы и
устанавливал средние аксиомы. Так было до сих пор: разум склоняется к
этому не только естественным побуждением, но и потому, что он уже
давно приучен к этому доказательствами через силлогизм. Для наук
же следует ожидать добра только тогда, когда мы будем восходить по
истинной лестнице, по непрерывным, а не разверстым и
перемежающимся ступеням — от частностей к меньшим аксиомам и затем — к средним,
одна выше другой, и, наконец, к самым общим. Ибо самые низкие
аксиомы немногим отличаются от голого опыта. Высшие же и самые
общие аксиомы (какие у нас имеются) умозрительны и отвлеченны,
и у них нет ничего твердого. Средние же аксиомы истинны, тверды и
жизненны, от них зависят человеческие дела и судьбы. А над ними,
наконец, расположены наиболее общие аксиомы, не отвлеченные, но
правильно ограниченные этими средними аксиомами. Поэтому
человеческому разуму надо придать не крылья, а скорее свинец и тяжести,
чтобы они сдерживали всякий прыжок и полет. Но это, однако, до сих
пор не сделано. Когда же это будет сделано, то можно будет ожидать
от наук лучшего» К
Стремясь сделать-свое учение практически полезным для людей,
Бэкон разработал специальные правила вывода индуктивных
умозаключений с пояснением, как пользоваться на практике этими
правилами. Будучи впоследствии переработаны и систематизированы, правила
Бэкона известны в настоящее время под названием «индукции Бэкона».
В качестве примера применения индукции Бэкон рассматривает
теплоту. Сначала он подбирает группу явлений, в которых проявляется
теплота. Эти явления он объединяет в таблицу, называя ее таблицей
«Сущности и присутствия». Затем он составляет вторую таблицу
«Отклонения или отсутствия в ближайшем». В ней приведены аналогичные
явления, но такие, в которых теплота не проявляется. Третьей таблицей
Бэкона является таблица «Степеней или сравнений», в которой собраны
примеры различной степени проявления теплоты. Бэкон подвергает эти
таблицы анализу, определяя, какие свойства предметов или
обстоятельства явлений обязательны для теплоты и какие не связаны с ней, не
обязательны; последние при этом отбрасываются. В результате такого
анализа, применяя метод индуктивных умозаключений, Бэкон после
длинных рассуждений приходит к «первому сбору плодов» — к
заключению, что «тепло есть Движение распространения, затрудненное и
происходящее в малых частях»2.
Бэкон, конечно, не исключает совсем дедуктивных умозаключений,
без чего, вообще говоря, невозможно никакое познание. Однако
большее значение он придает методу индукции. Только для математики
Бэкон признает метод дедукции как основной метод исследования.
Мы не будем останавливаться на других моментах философского
учения Бэкона, на его представлениях о материи и движении, о
причинности и т. д. Несмотря на коренные расхождения Бэкона со схоластикой
и ярко материалистический характер его мировоззрения, его
философия еше носит отпечатки старого.
Учение Бэкона сыграло важную роль в истории науки, в том /Числе
и физики. Ниспровержение схоластики и разработка учения об опытном
познании природы оказали большое положительное влияние на
развитие фи;«яхи и на освобождение ее от идеализма и способствовали
развитию экспериментального исследования.
1 Ф. 5 э к о н. Новый органон, стр. 82—83.
2 Там же, стр. 140.

86
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
Исчерпывающую оценку значения Бэкона для развития
естествознания дали Маркс и Энгельс: «Настоящий родоначальник английского
материализма, — писали они, — и всей современной
экспериментирующей науки — это Бэкон. Естествознание является в его глазах истинной
наукой, а физика, опирающаяся на чувственный опыт, — важнейшей
частью естествознания. Анаксагор с его гомеомериями и Демокрит с его
атомами часто приводятся им, как авторитеты. Согласно его учению
чувства непогрешимы и составляют источник всякого знания. Наука
есть опытная наука и состоит в применении рационального метода к
чувственным данным. Индукция, анализ, сравнение, наблюдение,
эксперимент суть главные условия рационального метода»1.
Учение Бэкона о методе страдает, однако, ограниченностью и
односторонностью. Бэкон разрывает единый процесс познания, включающий
в себя неразрывно индукцию и дедукцию, анализ и синтез. Признавая,
Далее, первенство за индукцией, он сводит познание к анализу, отрицая
значение синтеза, не понимая и не признавая роли гипотезы в процессе
познания природы. Один индуктивный метод Бэкона не способен
привести к познанию общих связей в природе; он не может дать
правильного представления о вещах как непрерывно находящихся в движении,
в развитии. Понятия, добытые индукцией, мертвые, застывшие и
разграничены друг от друга. Таким образом, метод Бэкона связан с
метафизическим представлением о природе; он не дает возможности
осмыслить ее как единое целое, непрерывно развивающееся и изменяющееся.
Но поскольку при возникновении естествознания (и на первом этапе его
развития необходима была ступень расчлененного познания частностей,
изучения вещей и явлений вне их связи и взаимодействия, не в
движении, а в покое, постольку индуктивный метод Бэкона сыграл
прогрессивную роль в развитии науки о природе. Он соответствовал
задачам естествознания того времени и поэтому способствовал его
развитию. В связи с этим учение Бэкона о методе, развитое затем
философами, главным образом английской школы, уже ^в XVII в. получило
широкое распространение среди физиков, и основные идеи этого учения
стали руководящими для них. Поэтому Бэкон явился одним из
идеологов естествознания того времени.
Насколько большое значение сами естествоиспытатели придавали
индуктивному методу, можно судить уже по тому, что сами
естественные науки получили название индуктивных наук. Так, например, один
из историков науки первой половины XIX в. Уэвелль свою книгу по
истории естествознания так црямо и назвал «История индуктивных
наук».
Только позже, когда естествознание превратилось из науки о вещах
в науку о процессах, ограниченность всеиндуктивизма начала остро
чувствоваться. До конца эта ограниченность была вскрыта лишь
Марксам и Энгельсом, разработавшими теорию познания
диалектического материализма.
Совсем по-другому вопрос о методе познания для естественных
наук освещал Декарт. Если Бэкон считал источником познания опыт и
истинным то, что выведено из опыта с помощью индукции, то Декарт
критерием истинности провозглашает ясность и очевидность. Истинным,'
по Декарту, является то, что представляется разуму очевидным и что
не может быть подвергнуто сомнению.
Как философ, Декарт дуалист. Он признает существование и
духовной и материальной субстанций. Но эти субстанции существуют неза-
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 2, стр. 142.

§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия
87
висимо друг от друга. О оно вой материального мира является только
материальная субстанция — материя, познание свойств и законов дви• ,
жения которой является предметом естествознания.
Познание материального мира, полагает Декарт, должно начаться
с установления разумом без обращения к опыту основных свойств
материи и законов ее движения. Затем путем дедуктивных
умозаключений следует постепенно переходить к
познанию более частных законов
природы и свойств материальных тел. При
этом опыт играет второстепенную роль,
а именно: он нужен лишь для проверки
или контроля получаемых при
дедукции выводов вследствие
несовершенства человеческого разума, который
может при этом допустить ошибку.
Опыт может быть полезен также
для ускорения решения того или
иного вопроса, для чего разуму
потребовалось бы значительное время.
Отправляясь от тезиса, что
материи нужно приписать такие свойства,
которые ясно и отчетливо
представляются уму и от которых нельзя
отвлечься, когда мы мыслим любое тело,
Декарт приходит к выводу, что можно
отвлечься от всех свойств тела, за
исключением его протяженности.
Поэтому сущностью материи, заявляет
он, является только протяженность. рене декарт
Конкретизируя представления о
материи, Декарт пишет:
«Представим нашу материю настоящим телом, совершенно плотным, одинаково
наполняющим всю длину, ширину и глубину того огромного
пространства, «а котором остановилась наша мысль. Представим далее, что
каждая из ее частей занимает всегда часть этого пространства,
пропорциональную своей величине, и никогда не может заполнить больший или
сжиматься в меньший объем или допустить, чтобы одновременно с ней
какая-нибудь другая часть материи занимала то же самое место.
Прибавим к этому, что нашу материю можно делить на
всевозможные части любой формы, какую только можно вообразить, и
каждая из ее частей может обладать любым допустимым движением... Не
будем, однако, думать, что, отделяя одну часть материи от другой, бог
образовал между ними пустоту, а представим, что все различие частей
материи сводится к разнообразию предписанных им движений» К
Материи, по Декарту, присущи определенные законы движения,
причем под движением он понимает исключительно пространственное
перемещение ее частей относительно друг друга. Эти законы движения
материи сводятся к следующим положениям. Во-первых, всякая вещь
сохраняет свое состояние и изменить это состояние может лишь под
действием другой вещи. При этом действие этой другой вещи
возможно лишь при наличии непосредственного контакта — удара, давления,
толчка. Второе положение представляет собой не что иное, как закон
инерции; он формулируется в виде двух правил: если частица мате-
1 Р. Декарт. Избр. произв. Госполитиздат, М., 1950, стр. 194—195.

88
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
рии «начала двигаться, то будет продолжать это движение постоянно
с равной силой до тех пор, пока другие ее не остановят или не
замедлят ее движения» *; «Каждая из частиц по отдельности всегда стремится
продолжать его (движение.— Б. С.) по прямой линии»2. Таким образом,
Декарт идет дальше Галилея в понимании закона инерции, хотя и не
дает его общей формулировки, как это сделал позже Ньютон.
Третье положение содержит формулировку закона
сохранения движения. Этот закон Декарт формулирует так: «...если одно
тело сталкивается с другим, оно не может сообщить ему никакого
другого движения, кроме того, которое потеряет во время этого
столкновения, как не может и отнять у него больше, чем одновременно приобрести
себе»3. Под «силой» движения тела Декарт понимает произведение
«величины» тела (то есть массы) на абсолютное значение его скорости.
Таким образом, Декарт не просто говорит о сохранении движения в
природе, но и пытается придать этому общему положению конкретную
форму в виде естественнонаучного закона. Закон, установленный
Декартом, получил, как известно, название закона сохранения количества
движения. Однако нужно иметь в виду, что сам Декарт неправильно
понимал его, не учитывая, что количество движения есть величина
векторная и что при взаимодействии тел сохраняется не сумма абсолютных
значений количеств движения, а их геометрическая сумма. Ошибка
Декарта была скоро обнаружена, и вокруг этого вопроса разгорелась
полемика, способствовавшая его выяснению.
К ранее установленным основным законам движения Декарт
впоследствии присоединил законы удара как законы элементарного
взаимодействия.
Учение о сущности материи и о законах ее движения Декарт считал
основой, на которой должна строиться вся наука о природе. «Дайте мне
материю и движение, и я построю мир»,— гордо заявлял Декарт. То же
самое в другой форме он высказал следующим образом: «Я мог бы
здесь установить еще несколько правил, для того чтобы определить в
частности, когда, как и сколько движений может быть затрачено,
увеличено или уменьшено у каждого тела при его встрече с другими, что
охватило бы все действия природы в совокупности (речь идет как раз
о законах удара.—Б. С). Но я удовлетворюсь сообщением, что, кроме
этих трех уже объясненных мною законов, я совершенно не хочу
предполагать других, за исключением непреложно следующих из тех
вечных истин, которыми математики обычно обосновывают свои наиболее
достоверные и самые очевидные доказательства... Таким образом, тот,
кто сумеет достаточно удовлетворительно продумать следствия,
вытекающие из этих истин и из наших правил, может узнать действия по их
причинам и, пользуясь школьной терминологией, может иметь
доказательства a priori всего того, что может появиться в этом новом мире»4.
Декарт сам взялся за разрешение поставленной им задачи и попытался
дать объяснения всем явлениям природы и представить картину всей
материальной действительности, начиная с движения небесных светил и
кончая физиологией животных и даже человека.
Вселенная, по Декарту, не всегда находилась в том состоянии, в
котором мы ее наблюдаем. Первоначально материя была разделена на •
мельчайшие частички/ расположенные и движущиеся хаотично. Так ее,
1 Р. Д е к а р т. Избр. произв., стр. 198.
2 Там же, стр. 202.
3 Там же, стр. 200.
4 Там же, стр. 204—205.

§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия
89
по мнению Декарта, создал бог, который затем уже не вмешивался в ее
жизнь и не мешал законам движения: мир развивался далее сам по
себе. Поскольку материя заполняет все пространство, то движение
частичек, на которые была разделена материя, происходило по
замкнутым траекториям, так что вся вселенная была заполнена большими или
малыми вихрями. Одновременно частицы обладали и вращательными
движениями вокруг своих центров. В течение времени в результате
столкновений и трений частиц друг о друга образовались два сорта
частиц: круглые частицы средней величины — частицы второго
элемента и частицы мелкие различной формы, заполняющие промежутки
между первыми, — частицы первого элемента. Вследствие большей
величины частицы второго элемента были постепенно отброшены к
перифериям вихрей, тогда как частицы первого элемента скопились в
центре и образовали центральные тела, подобные нашему Солнцу.
Затем в результате сцепления частиц первого элемента образовались
частицы третьего элемента, относительно большие и различной формы.
Заполняя поверхности центральных тел, они образовали на них пятна,
аналогичные пятнам на Солнце. На некоторых светилах их количество
настолько возросло, что они покрыли всю поверхность этих светил. Так
образовались Земля и другие планеты.
В результате взаимодействия вихрей более мощные вихри как бы
засосали в свою орбиту слабые вихри, а вместе с ними и их
центральные тела. Таким образом возникли наша солнечная система и
подобные ей другие небесные системы.
После объяснения происхождения и строения вселенной Декарт
переходит к объяснению физических и химических явлений, опираясь на
представление о движении различного рода частичек первого, второго
и третьего элементов. Так, например, действием частичек второго
элемента Декарт объясняет тяготение. При вращательном движении
небесных тел, в частности Земли, частицы второго элемента, образующие
небеса, под действием центробежной силы мчатся к периферии вихря.
Место, которое при этом освобождается, заполняется частичками
третьего элемента и телами, состоящими из них: частички третьего
элемента как бы тонут, а второго — всплывают. Свои рассуждения Декарт
поясняет даже опытом: если положить на дно банки деревянные кусочки
и маленькие свинцовые шарики и затем вращать ее, то свинцовые
шарики отойдут к периферии банки и будут как бы отталкивать
деревянные куски к центру.
Теплота, по Декарту, представляет собой движение частичек
третьего элемента. При нагревании, например, воздуха его частицы
приходят в колебание, в результате чего воздух расширяется.
Свет Декарт рассматривает как давление, передающееся
частичками второго элемента от раскаленного тела на наш глаз. Если тело
раскалено, то частицы его очень быстро движутся и давят на частички
второго элемента, окружающие это тело. Давление частичек доходит до
нашего глаза и вызывает ощущение света.
Магнитные явления Декарт объясняет с помощью гипотезы,
согласно которой вокруг магнита образуется вихрь из тонкой материи,
состоящей из частиц первого элемента. Материя вихря входит в один из
полюсов магнита и выходит в другой. Этот вихрь действует на железо
вследствие того, что в железе имеются улиткообразные поры, каких не
имеют другие вещества. Протекая сквозь эти поры, магнитный вихрь и
действует на тело.
Подобным же образом — движением различного рода частиц,
имеющих определенные размеры и форму, Декарт объясняет другие

90
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
физические и химические явления. Декарт развевает также теорию
жизнедеятельности организмов животных и даже человека,
рассматривая человека и животных как сложные механизмы, в которых
происходят сложные процессы движения различных тонких жидкостей и
частичек разной величины, фигуры и формы.
Учение Декарта о материи и движении и его попытка построить
объяснение природы, исходя из этого учения, были прогрессивными для
его времени. Отвергнув схоластику, Декарт указал новые пути
развития науки о природе. Он построил новую картину мира, в основу
которой положил представление о материи и ее движении.
Учение Декарта утверждало материальное единство мира, его
объективное существование, независимое от сознания, без каких-либо
сверхъестественных сил. Он изгнал из науки всякие духовные начала,
божественное вмешательство и какие бы то ни было элементы
религиозных представлений. Природа, по Декарту, существует самостоятельно
и управляется своими нерушимыми законами. Движение в природе
никогда не может исчезнуть или даже уменьшиться. Учение Декарта о
природе было направлено против идеализма и средневековой
схоластики. «В своей физике Декарт наделил материю самостоятельной
творческой силой, — писали Маркс и Энгельс, — и механическое движение
рассматривал как проявление жизни материи. Он совершенно отделил
свою физику от своей метафизики. В границах его физики материя
представляет собой единственную субстанцию, единственное основание
бытия и познания» К
Учение Декарта чрезвычайно быстро распространилось.
Современникам Декарта казалось, что теперь наука вышла на прямую широкую
дорогу. «Когда философия Декарта появилась,— писал Гюйгенс,— она
очень нравилась тем, что высказываемое Декартом легко понималось,
тогда как другие философы давали слова, ничего не говорившие
пониманию, вроде качеств, субстанциональных форм, впечатлеваемых видов...
и т. п. Декарт более чем кто-либо целиком выбросил весь этот хлам.
Но в особенности новая философия зарекомендовала себя тем, что
Декарт не ограничился возбуждением отвращения к старой, а осмелился
выставить доступные пониманию причины всего происходящего в
природе. Демокрит, Эпикур, и многие другие древние философы, хотя и
были убеждены, что все должно объясняться фигурою и движением
тела и жидкой средой... не истолковали, однако, удовлетворительно ни
одного явления»2.
Очень образную характеристику учению Декарта дал президент
Парижской академии наук Фонтенель. В своем сочинении «Разговоры
о множественности миров» он писал: «Я представляю себе природу
обширным зрелищем вроде оперы. С вашего места в опере вы не видите
театра, как он есть на самом деле; декорации и машины расположены
так, чтобы произвести издали приятный эффект; колеса и противовесы,
с помощью которых производятся все движения, скрыты от вашего
взора. Да вы вовсе и не заботитесь угадать, как все это приводится в
действие. И только, быть может, какой-нибудь машинист, притаившийся
в партере, обеспокоится полетом, который покажется ему
необыкновенным, и захочет непременно угадать, как полет этот исполнен. Вы
видите, что машинист этот похож на философа. Но относительно философов
трудность увеличивается тем, что в машинах, какие природа
представляет нашим глазам, веревки совершенно скрыты и скрыты так, что не
1 К. МарксиФ. Энгельс. Соч., т. 2, стр. 140.
2 Н. А. Л ю б и м о в. Философия Декарта. СПб., 1886, стр. 286.

§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия 91
скоро можно было догадаться, что производит движения во Вселенной.
Представьте себе в опере мудрецов: пифагоров, платонов, ариетотелей,
имена которых иыне так громко звучат в наших ушах; положим, что
•они видят полет фаэтона, увлекаемого ветрами, не могут открыть
веревок и не знают расположения театра за кулисами. Один говорит:
«Фаэтон увлекается неким скрытым качеством». Другой: «Фаэтон состоит из
известных чисел, которые заставляют его подниматься». Третий:
«Фаэтон имеет известное влечение кверху театра, ему неловко, если он не
там». Иной: «Фаэтон не устроен для летания, но он скорее полетит, чем
потерпит пустоту вверху театра» и сотни других фантазий... Наконец,
приходит Декарт и некоторые из новых и говорят: «Фаэтон
поднимается, потому что его тянут веревки, и есть груз более чем он тяжелый,
который в то же время опускается». Таким образом, теперь не верят
более, чтобы тело двигалось, если его не тянет что-либо, или, точнее,
если его не толкает другое тело; не верят, чтоб оно поднималось и
опускалось иначе, как вследствие действия противовеса или пружины, и
тот, кто увидел бы природу, как она есть, увидел бы закулисную
сторону театра» К
Философия Декарта, подобно свежему ветру, распространялась по
Европе и выдувала зловоние идеализма и мракобесия средних веков.
Отбрасывая весь старый перипатетический хлам, она утверждала новое,
по существу материалистическое, представление о природе и ставила
перед учеными задачу объяснения природы механическим действием
больших и малых тел, не прибегая ни к каким непонятным и
неестественным причинам. С этого времени общая идея Декарта о природе как
сложном механизме, идея, которую уже высказывал Галилей,
овладевает умами естествоиспытателей и становится руководящей идеей для
развивающегося естествознания и особенно для физики.
Механическое мировоззрение на первых порах было прогрессивным,
оно соответствовало уровню науки того времени, способствовало ее
развитию. Это мировоззрение, будучи закреплено традицией, пришло в
противоречие с практикой, с самим естествознанием гораздо позже,
когда на очередь стала задача глубокого изучения более сложных форм
движения.
Декарт в своих произведениях развил наиболее крайнюю и
последовательную форму механистического .мировоззрения. Представление с
природе как о сложном механизме, которое развил Декарт, вылилось
затем в целое направление, или физическую школу, получившую
название картезианской или кинетической.
Следуя своему учителю, картезианцы пытались все физические
явления, будь то движение планет, падение тел, электрические и
магнитные явления и т. д., свести к движению больших и малых частиц
или частей материи, которое происходит по законам, установленным
Декартом. Всякое взаимодействие при этом обязательно должно было
сводиться к толчку, удару, давлению.
Однако ни Декарту, ни его ученикам «е удалось выполнить эту
неразрешимую задачу; метафизические стремления решить ее во что
бы то ни стало привели их лишь к спекулятивным теоретическим
построениям. Представления о строении вещества, созданные Декартом и
его последователями, были чрезвычайно упрощенны и грубы.
Мельчайшие частички представлялись в виде различных геометрических фигур,
наделенных всякого рода отростками, выступами, крючками и
колечками, игравшими важную роль в картезианских теориях. Эти крючки и
1 Н. А. Любимов. История физики, т. III. СПб., 1896, стр. 419—420.

«92
Глава 5. Характеристика периода (XVII в.)
колечки или различного рода тонкие и неощутимые жидкости,
состоящие из определенного сорта мельчайших частиц, -всегда призывались
на помощь, как только в объяснениях явлений происходила заминка.
Разгромив и отбросив схоластику за ее бесплодные домыслы, Декарт и
его ученики сами увлекались фантазией, беспочвенной и бесплодной.
Если схоласты обращались за помощью к субстанциональным формам,
то картезианцы — к различного рода мельчайшим частицам. Они*,
злоупотребляли гипотезой и это было ясно уже его современникам или1
во всяком случае следующему поколению физиков. Гюйгенс, стоявший
в основном на картезианских позициях, подчеркивал это обстоятельство.
В письме к Лейбницу он писал, что «Декарт, по-видимому, собирается-
решать все вопросы физики, не заботясь о том, рассуждает ли он
правильно или нет».
Физика в XVII столетии быстро развивалась и накапливала все
новый и новый фактический материал, устанавливая количественные
соотношения между различного рода физическими величинами.
Естественно, что картезианская методология не уделявшая должного
внимания опытному исследованию и пытавшаяся строить теорию всякого-
явления на основе принципов своего учителя, терпела поражение за
поражением. Часто картезианские теории или прямо противоречили
опыту, или не давали количественных закономерностей, которые можно*
было бы проверить на опыте. Поэтому физика Декарта, давшая
отставку схоластике и явившаяся родоначальницей механистического
мировоззрения, сама не смогла долгое время продержаться и в конце
рассматриваемого периода была опровергнута в трудах Ньютона.
Учение Декарта занимает в истории естествознания особое место-
Труды Декарта не ограничивались лишь самыми общими
философскими рассуждениями о природе, материи, о ее движениях; но они не
представляли собой только решения конкретных проблем естествознания.
Учение Декарта являлось всеобъемлющей системой, претендовавшей
на установление наиболее общих истин, истин в последней инстанции,
на установление основных принципов механики мира и одновременно на
объяснение всей природы на основе этих принципов вплоть до самых
конкретных явлений. Оно включало и учение о соотношении мышления»
и бытия, учение о методе, учение о материи и движении, космогонию,
физику, химию и даже физиологию.
Декарт не просто давал абстрактное понятие материи, а определял-
ее конкретно как некую физическую модель. Действительно, материя-
Декарта — это нечто вроде идеальной несжимаемой жидкости,
заполняющей все пространство. Рассуждая о свойствах материи, он давал
конкретные (вплоть до количественной формулировки) законы ее
движения, считая их единственными законами, из которых вытекают с
необходимостью все остальные частные законы, так же как из основных
постулатов и аксиом геометрии вытекают ее теоремы. Декарт пытался
объяснить все частности, все явления природы.
Таким образом, учение Декарта являлось единой наукой, подобной
науке древности. Как и философы древности, Декарт включал в свое-
учение и собственно философию, и астрономию, и физику, и химию, и
даже физиологию, то есть (учитывая состояние науки того времени)
учение Декарта носило натурфилософский характер. Но, в отличие от
философов древности, Декарт строил свою единую систему природы в.
основном только на механике — науке, которая к тому времени
достигла наибольших успехов. Поэтому его натурфилософия уже носила
односторонний, механистический характер, не присущий древней
натурфилософии.

§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия
93
Учение Декарта занимает как бы промежуточное положение между
юерасчлененной наукой древности и естествознанием, сложившимся в
,новое время. Оно представляет собой как бы переход к новой ступени
познания человеком природы, переход от непосердственного созерцания
природы, как чего-то целого, единого, к тщательному, опытному,
аналитическому познанию вещей и явлений, взятых порознь, вне движения.
В связи с этим учению Декарта в большей или меньшей степени
присущи те достоинства и недостатки, которые мы отмечали в натур-
»философии древних. Наряду с твердо установленными научными
положениями, уже тогда вошедшими в науку, в учении Декарта встречается
масса неоформленных, неотшлифованных идей самого
противоположного качества: идей глубоких и гениальных, получивших свое развитие
в последующее время (иногда через много десятилетий), и идей
наивных и чисто спекулятивных. И не случайно имя Декарта осталось в
истории физики как имя человека, в учение которого крупнейшие
представители физической мысли последующих времен находили истоки,
чсвоих теорий и научных воззрений.

L*
ГЛАВА 6
ОБЗОР РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК В XVII веке
§ 20. Развитие статики
В течен-ие средних веков вплоть до последних десятилетий XVI в.
статика еще в основном базировалась на трудах Архимеда.
Единственно, что в ней было нового, это распространение теории рычага на
случай косого рычага и введение понятия момента силы для этого
случая.
В конце XVI в. были намечены первые сдвиги. Голландский ученый
Симон Стевин (1548—1620) и Галилей усовершенствовали
доказательство закона рычага, данное Архимедом. Такое
усовершенствованное доказательство закона рычага Галилеем изложено в его сочинении
«Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых
отраслей наук», вышедшем в свет в 1638 г.
Галилей рассматривает однородный деревянный брус АВ (рис. 25),
подвешенный за концы А и В к стержню, который, в свою очередь,
подвешен за середину С. Вся система, очевидно, должна находиться в
равновесии. Добавим в точке D еще один подвес и разрежем брус на две
части А и В. При этом равновесие не должно 'Нарушиться. Заменим
нити, которые поддерживают два образовавшихся бруса, двумя
новыми, закрепленными в серединах брусьев AD и DB. Равновесие опять
должно сохраниться. Но теперь мы получаем два неравных груза,
подвешенных на неравных расстояниях от точки подвеса. Легко видеть, что<
при этом выполняется известное соотношение между длинами плеч
рычага и весами грузов.
После Стевина и Галилея другие ученые дальше усовершенствовали
указанный метод доказательства закона рычага. Так, например, Гюй-

§ 20. Развитие статики
95
гене дал еще более совершенное доказательство. Мы, однако, не можем
останавливаться на этом вопросе.
Стевин и Галилей разрешили вопрос о равновесии грузов на
наклонной плоскости. Галилей применил для этой цели условие
равновесия косого рычага К Пусть грузы Р и Q находятся в равновесии на
наклонной плоскости ABC (рис. 26). Если мы найдем такую систему
связей для этих грузов, которая будет эквивалентна (в данном
положении) той системе связей, которая наложена на них наклонной
плоскостью, то исследование равновесия на наклонной плоскости можно
заменить исследованием равновесия при наличии этой системы связей..
За такую эквивалентную систему связей наклонной плоскости ABC
можно взять равноплечий косой рычат аов. Если грузы находятся в
Рис. 26. Схема к выводу за- Рис. 27. Схема к выво- Рис. 28. Схема к выводу зако-
кона равновесия грузов на ду закона равновесия на равновесия грузов >на на-
наклонной плоскости по Га- грузов на наклонной клонной плоскости по Стевияу
лилею плоскости по Стевину
равновесии на этом рычаге, то они должны быть в равновесии и на-
наклонной плоскости. Следовательно, задача сводится к задаче
равновесия косого рычага, которая может быть решена с применением
понятия момента силы.
Еще раньше Галилея вопрос о равновесии грузов на наклонной
плоскости был разрешен Стевином следующим оригинальным образом.
Стевин рассматривает замкнутую цепочку из шариков, повешенную на
треугольник ABC (рис. 27). Спрашивается, что будет с ней, если
цепочка абсолютно гибкая и сила трения отсутствует. Возможны два
случая: либо цепочка будет в равновесии, либо она будет двигаться.
Но если цепочка начнет двигаться, то это движение никогда не
закончится, так как цепочка при этом будет сохранять свое положение отно*
сительно треугольника ABC неизменным. Но движение, полагает
Стевин, не может начаться само собой и протекать вечно. Следовательно,,
цепочка на треугольнике должна находиться в равновесии.
Далее, так как нижняя часть цепочки, свисающая с треугольника,,
сама по себе находится ib равновесии, то и части ее, лежащие на АВ и
ВС, также должны уравновешивать друг друга. Но вес цепи, лежащей
на АВ, относится к весу цепи, лежащей на ВС, как сторона АВ
относится к ВС. Отсюда Стевин получает условие равновесия 'на наклонной
плоскости.
Приведенное доказательство представляет особый интерес в связи
1 Для того чтобы сделать ход мыслей Галилея более доступным и понятным
современному читателю, мы излагаем здесь только идею его вывода, употребляя при этом
современные термины и понятия. Это относится и к изложению трудов по механике
других ученых XVII и XVIII вв.

96 Глава 6. Обзор развития физических нацк в XVII веке
с тем, что здесь используется принцип невозможности вечного
двигателя, который Стевнн уже считает само собой разумеющимся.
Стевину принадлежат первые шаги в установлении принципа
параллелограмма сил. Он рассматривает равновесие груза,
подвешенного на двух нитях, перекинутых через блоки, к концам которых
прикреплены два других груза так, что нити образуют прямой угол. Пусть
»груз Р (рис. 28), лежащий на наклонной плоскости, уравновешивается
натяжением нити, параллельной наклонной плоскости и связанной с
трузом Q. Равновесие не нарушится, если заменить действие наклонной
плоскости действием нити, натянутой перпендикулярно к наклонной
^плоскости, связанной с грузом R. Исходя теперь из теории наклонной
плоскости, легко получается, что отношение веса груза Р к
удерживающей силе, т. е. к весу груза Q, равно отношению гипотенузы ab
прямоугольного треугольника abc к стороне ас. Рассуждая подобным же
образом, можно найти, что отношение веса груза Р к весу груза R
равно отношению гипотенузы аЬ к стороне be.
Таким образом, мы получаем вывод правила параллелограмма сил
для простейшего случая, когда силы направлены перпендикулярно друг
к другу.
Принцип параллелограмма сил на примере равновесия грузов,
связанных нитями, перекинутыми через два блока, был установлен
.французским ученым Робервалем. Как пишет Лагранж !, Роберваль
рассматривает задачу равновесия груза на наклонной плоскости, когда
нить, на которой находится уравновешивающий груз, направлена под
произвольным углом к наклонной плоскости.
Заменяя действие наклонной плоскости (рис. 29, а) одноплечим
рычагом ad, Роберваль сводит данную задачу к задаче равновесия
одноплечего рычага ad (рис. 29, б), которая, в свою очередь, сводится
,к решению задачи равновесия коленчатого рычага (рис. 29, в). Этот
рычаг будет в равновесии, если произведения сил на плечи будут равны,
то есть если Pbd—Qad. Отсюда и получается решение задачи
равновесия груза на наклонной плоскости под действием силы, направленной
под углом к плоскости.
Если теперь заменить действие наклонной плоскости действием
-нити, к концу которой привязан соответствующий груз F, перекинутой
через блок и направленной перпендикулярно наклонной плоскости, то
мы получим общий случай равновесия трех сил (рис. 29, г).
Окончательно Роберваль приходит к выводу: «Если из какой-либо точки на
вертикальной линии, проходящей через груз, провести линию,
параллельную одной из нитей, до пересечения ее со второй нитью, то стороны
полученного треугольника будут пропорциональны весам и силам,
действующим по направлениям этих сторон»2.
В общей форме принцип параллелограмма сил был сформулирован
значительно позже — в XVIII в. французским ученым Вариньоном,
после того как Ньютон уже установил основы классической механики.
Другое направление в статике XVII в. заключалось в сведении
задач на равновесие систем грузов к рассмотрению возможных
движений этих грузов. Результатом развития этого направления и явился
.принцип возможных перемещений, установленный, правда, позже,
в XVIII в.
Попытки решить проблему равновесия путем рассмотрения
возможных движений делались очень давно. Начало им положили Аристо-
1 См. Ж. Лагранж. Аналитическая механика, т. I. Гостехиздат, М.— Л., 1950,
.стр. 28—29.
2 Там же.

§ 20. Развитие статики
97
тель или его ученики, которые предложили доказательство закона
рычага, о чем мы упоминали выше. Затем Герон Александрийский
указал, что при использовании подъемных механизмов, основанных на
применении простых машин, сколько выигрывается в силе, столько
проигрывается в пути или времени; что «сила к силе и время к времени
находятся в обратном отношении» *.
Рис. 29. Схема к выводу закона равновесия грузов по Робервалю
В средние века принцип Герона был известен, и «золотым
правилом механики» пользовались для решения задач на равновесие блоков,
полистпастов и т. д. Галилей пользовался «золотым правилом механики»,
как общим принципом статики. Он сформулировал его следующим
образом: «Когда наступает равновесие и оба тела приходят в состояние
покоя, то моменты, скорости и склонность их к движению, т. е.
пространства, которые они прошли бы в одинаковые промежутки времени,
должны относиться друг к другу обратно их весам...»2. Этот принцип,
который является частным случаем принципа возможных перемещений,
Галилей применяет к простым машинам — рычагу, блокам, наклонной
плоскости и т. д.
1 Herons von Alexandria. Mechanik und Katoptrik. Herausgegeben und
Dbersezt von Nix und Schmidt. Leipzig, 1900, S. 152.
2 Цит. по кн.: Н. Д. Моисеев. Очерки развития механики. Изд-во МГУ, 1961,
стр. 43.

98 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
Несколько иной принцип статики был выдвинут Декартом. По>
этому принципу, чтобы поднять тяжесть на данную высоту, требуется
такая же сила, которая нужна, чтобы поднять большую тяжесть на
высоту, во столько же раз меньшую, или меньшую тяжесть поднять на
высоту, во столько же раз большую. Здесь под термином «сила»
подразумевается работа — понятие, установленное значительно позже.
Ни Галилей, ни его предшественники начиная с Герона
Александрийского не уточняли вопрос о том, как надо понимать возможные
перемещения грузов — должны ли они быть конечными или
бесконечно малыми; если они конечны, то какую скорость нужно брать — в
конце ли перемещения или среднюю. Такое уточнение для Галилея и не
требовалось, ибо он рассматривал только случаи равновесия простых
машин, то есть такие случаи, в которых можно пользоваться и
бесконечно малыми и конечными перемещениями. Поэтому для него было
неважно также, какую брать скорость и какими способами производить
перемещения — равномерно, равноускоренно или каким-либо другим
образом.
В процессе развития статики было установлено, что принцип
Галилея и принцип Декарта и другие подобного рода принципы дают
правильный результат в общем случае, если брать не конечные, а
бесконечно малые перемещения и соответственно скорости, достигаемые в
бесконечно малый промежуток времени.
Общая формулировка принципа возможных перемещений была
дана позже; она принадлежит Иоганну Бернулли (1667—1748).
В одном из писем (1717) он писал: «Тело, на которое действуют
любые силы, находится в равновесии, если сумма положительных
энергий равна сумме отрицательных энергий. При этом под энергией
понимается произведение сил на проекцию перемещения на направление
этой силы. Это произведение имеет положительный знак, если
направление проекции совпадает с направлением действия силы, и
отрицательный знак, если они противоположны» К Под перемещениями
Бернулли уже понимает бесконечно малые перемещения, допустимые
связями. В этом письме Бернулли употребляет выражение
«виртуальные скорости», понимая под ними скорости, которые получают
материальные точки системы в начале допустимых перемещений, что
эквивалентно рассмотрению бесконечно малых перемещений 2.
Наконец, следует указать на принцип, выдвинутый учеником
Галилея Евангелиста Торичелли (1608—1647). Согласно этому
принципу, два связанных груза находятся в равновесии, если при
взаимном перемещении их центр тяжести не может опускаться.
§ 21. Развитие динамики
Развитие динамики началось с исследования Галилеем простейших
видов механического движения — свободного падения тел и движения
тел по наклонной плоскости. Исследуя эти простейшие виды
механического движения, Галилей, во-первых, показал ошибочность
представлений Аристотеля о механическом движении и, во-вторых, установил
ряд основных положений динамики применительно к исследованным им
случаям механического движения, которые при последующем
обобщении вошли в основания классической механики.
1 Цит. по кн.: Е. Н о р р е. Geschichte der Physik. Braunschweig, 1926, S. 65.
2 «Следует отметить, что Бернулли, а также и другие авторы не давали еще
строгого определения возможным скоростям или перемещениям. Они подразумевали под
ними те действительные перемещения, которые могут произойти в системе.

§ 21. Развитие динамики
99
С
1
1
С
' А I
/
/
/
/
Е Г В \
1
О исследованиях Галилея по механике мы уже говорили выше. Эти
исследования послужили ему, как мы видели, для опровержения
доводов против признания движения Земли. Однако нужно иметь в виду,
что обоснование ^учения Коперника было далеко не единственной
причиной, побудившей Галилея заняться исследованием падения тел и
движением тел по наклонной плоскости. Другой причиной таких
исследований были практические потребности его времени, а также сама
логика развития науки, которое естественно должно было начаться с
исследования простейших видов механического движения.
Исследования Галилея по динамике изложены « «Диалоге», а более
полно в «Беседах» — сочинении, специально
посвященном вопросам механики.
Первой задачей динамики, которую решает
Галилей, является задача о движении брошенного тела
вертикально вниз. Галилей сначала исследует законы
равноускоренного движения, предполагая, что тела
падают равноускоренно. При этом он дает и
определение равноускоренному движению. Равноускоренное
движение — это такое движение, при котором тело за
равные промежутки времени приобретает равные
приращения скорости. Определив, что такое равноускоренное
движение, Галилей ищет зависимость пути от времени
для такого движения. Для этого он прежде всего
доказывает теорему о том, что путь, пройденный телом при
равноускоренном движении, начиная с начала движения
за данный промежуток времени равен пути,
пройденному за тот же промежуток времени равномерно
движущимся телом, скорость которого равна половине
конечной скорости тела, движущегося равноускоренно.
Метод доказательства простой. Пусть АВ (рис. 30)
представляет собой время, в течение которого движется
тело при равноускоренном движении. Пусть далее ЕВ
отрезок, перпендикулярный к АВ, равен значению
скорости в конце промежутка времени АВ. Если теперь точку Е соединить
с точкой Л, то в полученном прямоугольном треугольнике любая
прямая, параллельная основанию ЕВ, будет равна скорости в
соответствующий момент времени.
Разделим далее линию ЕВ пополам, построим
прямоугольник FGAB и проведем на равных расстояниях прямые отрезки,
параллельные основанию ЕВ в треугольнике и прямоугольнике. Тогда, пишет
Галилей, «сумма параллельных лилий, заключенных в
четырехугольнике, будет равна сумме тех же линий, заключенных в
треугольнике АЕВ». А поэтому суммы «моментов скоростей», полагает Галилей,
для равноускоренного движения, представленного треугольником АЕВ,
и для равномерного движения, представленного прямоугольником
FGAB, равны. Отсюда, по Галилею, и следует доказательство
приведенного выше положения.
Доказав эту теорему, Галилей уже легко получает, что «если тело,
выходя из состояния покоя, падает равномерно-ускоренно, то
расстояния, проходимые им за определенные промежутки времени, относятся
между собой, как квадраты времени» 1.
Таков метод доказательства зависимости пути от времени для
равноускоренного движения. Таким методом в несколько видоизменен-
v
Рис. 30. Схема
к выводу
закона
равноускоренного
движения- по
Галилею
1 Г. Г а л и л е й. Соч., т. I. M.— Л., 1934, стр. 313.

100 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
ном виде пользуются и в настоящее время при доказательстве фор-
о at2
мулы о = —- для лиц, незнакомых с математическим анализом.
После того как получен закон равноускоренного движения, нужно
проверить, действительно ли тела падают равноускоренно. Для этого
Галилей приводит эксперимент по определению зависимости пути от
времени при движении тела по наклонной плоскости, о котором мы выше
говорили. Этот эксперимент и доказывает правильность предположения
Галилея о движении падающих тел.
Галилей исследовал вопрос о движении тела, брошенного
горизонтально. При этом он исходил из двух принципов: принципа инерции для
горизонтального движения и принципа разложеня движения
брошенного тела на два движения — в горизонтальном и в вертикальном
направлении.
В горизонтальном направлении тело должно сохранять свою
скорость неизменной, то есть двигаться равномерно, что следует из
рассмотрения движения тела по горизонтальной плоскости без трения.
Галилей пишет: «Когда тело движется по горизонтальной
плоскости, не встречая никакого сопротивления движению, то, как мы уже
знаем из всего того, что было изложено выше, движение его является
равномерным и продолжалось бы бесконечно, если бы плоскость
простиралась в пространстве без конца» 1.
Движение же в вертикальном направлении будет происходить по
закону свободного падения, то есть равноускоренно,, как это уже ранее
определил Галилей.
Рассматривая теперь движение брошенного тела как разультат
сложения указанных двух движений, Галилей находит, что это
движение будет происходить по параболе. При этом он указывает, что в
действительности движение брошенного горизонтально тела будет
несколько отличаться от рассчитанного вследствие сопротивления воздуха.
Третьей задачей, которую исследовал Галилей, является задача
движения тел по наклонной плоскости.
Здесь он прежде всего установил, что «степени скорости,
приобретаемые одним и тем же телом при движении по наклонным плоскостям,
равны между собой, если высоты этих наклонных плоскостей
одинаковы» 2.
Если принять во внимание, что свободное падение можно
рассматривать как предельный случай движения тела по наклонной плоскости,
и учесть, что законы свободного падения известны, то доказательство
этого положения приводит к решению проблемы движения тел по
наклонной плоскости.
Галилей дает два варианта доказательства. Первый вариант
заключается в следующем. Галилей рассматривает сначала движение
обыкновенного маятника. Опыт показывает, что шарик маятника при
его колебаниях всегда поднимается на одну и ту же высоту (постепенное
уменьшение амплитуды маятника объясняется наличием сопротивления
воздуха). Этот закон выполняется и в том случае, если заставить шарик
двигаться по различным дугам. Пусть на пути движения нити будет
закреплен гвоздик в положении Е или F (рис. 31). Несмотря на то
что шарик маятника будет теперь двигаться по кривой BG или В1У
высота, на которую он поднимается, как показывает опыт, по-прежнему
остается той же самой. С другой стороны, если шарик будет падать по
1 Г. Г а л и л е й. Соч., т. I, стр. 417—418.
2 Там же, стр. 306.

§ 21. Развитие динамики
101
Рис. 31. Схема опыта Галилея с
маятником
кривой GB или 1ВУ он всегда .поднимается в положение С. Отсюда, по
Галилею, следует, что «момент», приобретаемый шариком при падении
его по дугам DB, GB, IB, будет одним и тем же, так как шарик всегда
поднимается в положение С. Следовательно, падая по различным кри-
. вым, но с одной и той же высоты, шарик будет приобретать один и тот
же «момент». Если это положение распространить на движение тела
по наклонной плоскости и принять во внимание, что равным
«моментам» соответствуют равные скорости, то мы получим то, что
требовалось доказать.
В этом доказательстве чрезвычайно интересным является тот
факт, что оно основано на свойстве консервативности силы тяжести, или
на частном случае закона
сохранения энергии применительно к
движению материальной точки в поле
тяжести. В связи с этим
доказательство Галилея можно считать
одним из отправных пунктов,
откуда начинает развиваться идея о
сохранении движения в природе.
Важным пунктом в этом
доказательстве является также
применение Галилеем понятия «момент»,
или «импульс» (термин, который
Галилей применяет одновременно
и примерно в одном смысле с
термином «момент»). Как мы видели,
Галилей не просто говорит о том,
что тело, падая с одинаковой высоты по различным путям, приобретает
одинаковую скорость или что тела, имеющие одинаковую скорость,
способны подниматься на одну и ту же высоту, а утверждает, что при
падении с определенной высоты всегда приобретается определенный
момент, или импульс, величина которого, в свою очередь, определяет
высоту, на которую способно подниматься тело.
Понятием момента, или импульса, Галилей широко пользуется в
теории наклонной плоскости. Момент, или импульс, тела — это прежде
всего величина, характеризующая состояние движения тела,
определяющая его способность, исчерпав свое движение, подняться на
определенную высоту, то есть мера активности движущегося тела.
Но одновременно момент, или импульс,— это стремление тела к
движению. Во -втором варианте доказательства равенства скоростей,
приобретаемых телами при их падении с одинаковой высоты по разным
наклонным плоскостям, Галилей ставит волрос о зависимости
«импульса к падению» по наклонной плоскости от ее наклона. При этом
получается, что импульс имеет две меры.
Во-первых, величина импульса измеряется, по Галилею, величиной
пути, пройденного телом за определенный промежуток времени, или его
скоростью, поскольку при сравнении импульсов сравниваются пути,
пройденные телом за один и тот же промежуток времени и притом с
начала движения. Во-вторых, импульс, или момент, измеряется той
силой, которая нужна, чтобы не допустить движения тела. Галилей
пишет: «Совершенно ясно, что импульс тела .к падению столь же велик,
как то наименьшее сопротивление или та наименьшая сила, которые
достаточны для того, чтобы воспрепятствовать падению и удержать
тело» *. В качестве такой силы Галилей рассматривает тяжесть. Если
1 Г. Г а л и л е й. Соч., т. I, стр. 326.

102 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
равноускоренным движением,
F
С
Рис. 32. Схема к теории
наклонной плоскости по Галилею
два связанных нитью тела (рис. 32), из которых одно (G) помещено
на наклонной плоскости, а другое повешено вертикально (Я),
находятся в равновесии, то тяжесть тела Я уравновешивается, стремление
тела G двигаться по наклонной плоскости и является мерой его
импульса, или момента.
Таким образом, импульс, по Галилею, поскольку он измеряется
скоростью, является характеристикой движения, его мерой, понятием,
из которого затем вышло понятие количества движения, но импульс не
просто пропорционален скорости тела, а пропорционален
приобретенной скорости, то есть приращению скорости. Сравнивая импульсы, или
моменты, тела при движении его по наклонным плоскостям с
различным наклоном, Галилей сравнивает скорости, приобретенные за
определенный промежуток времени. А так как Галилей имеет дело только с
то есть с движением .под действием
постоянной силы, то промежутки
времени он может брать любые, ч
безразлично, конечные или бесконечно
малые. Поэтому величина импульса
определяется не только скоростью, но и
ее приращением. Последнее
обстоятельство дает возможность Галилею
измерять импульс силой, под дейст-
i вием которой тело приходит в
движение. Поэтому понятие импульса у
Галилея включает в себя и представление
о действии на тело, в результате
которого тело приобретает данный запас
движения, данную скорость. Понятия «момент» и «импульс»
существовали и до Галилея, но они не имели строгого смысла,
употреблялись в духе перипатетической философии, как
«способность» тела к движению, как «побуждение» его к
движению, как «стремление» к движению и т. п. В средневековой
динамике понятие импульса стало играть важную роль в связи
с развитием теории импето. Под импульсом понимали величину,
характеризующую стремление тела к продолжению своего движения, как
нечто, вкладываемое в движущееся тело двигателем, как «запас силы»
в теле. Галилей сохраняет прежний термин, но пытается придать ему
научную определенность, установить его меру и одновременно раскрыть
закономерности движения.
Галилей еще не добился этого; он еще не расчленил движение, не
проанализировал его, не разделил его на силу — причину движения —
и количество движения, изменение которого вызывается действием этой
силы. Поэтому его понятие импульса, или момента, еще расплывчато и
является собирательным понятием, включающим в себя и понятие силы,
и понятие действия силы. Однако Галилей закладывает фундамент для
анализа движения, для формирования понятия силы и количества
движения, а также для установления связи величины силы и изменения
количества движения, то есть для формирования основного закона
механики.
После Галилея вплоть до появления «Математических начал»
Ньютона, в которых были сформулированы основные понятия и законы
классической механики, развитие динамики шло главным образом по
линии решения конкретных задач механики. Но при решении этих
задач происходило дальнейшее развитие представлений и законов меха-
ники, которое затем и было завершено Ньютоном.

§ 21. Развитие динамики
103
Одной -из конкретных задач, решенных в этот период, была задача
о маятнике. Разработка ее была непосредственным образом связана с
решением актуальной практической проблемы — точного измерения
времени. Такая проблема стояла особенно остро в связи с развитием
океанского судоходства. Необходимо было уметь точно определять
местонахождения судов, а для этого надо было уметь и точно определять
время.
После того как Галилей открыл изохронность колебания маятника,
естественно возникла мысль применить это свойство для создания
часов. Известно, что уже сам Галилей работал над конструированием
таких часов. Однако он не добился
успеха в этой работе.
Часы с маятником были
построены в середине XVII в. голландским
ученым Христианом
Гюйгенсом (1629—1695). Гюйгенс был
одним из крупнейших физиков XVII в.
Ему принадлежат работы по
механике, оптике, а также по ряду смежных
с физикой наук — по астрономии,
математике и т. д.
Часы Гюйгенса (рис. 33)
немногим отличались от обычных
простейших стенных часов, употребляемых
до настоящего времени. Главное их
отличие состоит в том, что они не
имеют так называемого анкерного
спуска, а маятник в них двигается
так, что его чечевица описывает
циклоиду.
Гюйгенс описал устройство этих
часов в специальной брошюре,
вышедшей в свет в 1658 Г., а затем в ра- Христиан Гюйгенс
боте «Качающиеся часы, или о
движении маятника», вышедшей в 1673 г. В этом сочинении он изложил
разработанные им теории математического и физического маятников.
Здесь Гюйгенс разбирает законы падения тел, а также исследует
движение тела по наклонной плоскости. Затем, отправляясь от закона
падения тел по наклонной плоскости, он исследует движения
материальной точки по дуге циклоиды, -применяя при этом методы теории
пределов. Следуя этому пути, он установил, что при движении тела по
циклоиде, обращенной вершиной вниз, время спуска и подъема (то есть
время одного простого колебания) относится ко времени свободного
падения по длине оси циклоиды, как окружность круга к своему
диаметру.
Таким образом, Гюйгенс доказал, во-первых, изохронность
колебаний тела по дуге циклоиды и, во-вторых, определил период такого
колебания.
Из вывода Гюйгенса, как легко видеть, получается известная
формула для периода колебаний математического маятника. Действительно,
если обозначить период простого колебания через Г, а ось циклоиды
через а, то, по Гюйгенсу, следует:

104 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
ИЛИ
= я|/-
2а
Но так как радиус кривизны циклоиды в ее вершине с осью а равен 2а,
то для математического маятника длины / получим:
-1/7
В этом же сочинении Гюйгенс решает и более трудную задачу —
определение периода колебаний физического маятника. Основным
принципом, на котором основывается Гюйгенс при решении этой задачи,
является частный случай закона
сохранения энергии
применительно к системе материальных
точек, движущихся в поле тяжести.
Вот как сам Гюйгенс
формулирует этот принцип: «Если любое
число весомых тел приходит в
движение благодаря их тяжести,
то общий центр тяжести этих тел
не может подняться выше, чем
он был в начале движения»1.
Здесь Гюйгенс делает новый
шаг в развитии учения о
невозможности вечного двигателя и о
сохранении энергии.
Комментируя указанный принцип, он
подчеркивает его эвристическое
значение и пишет, что с помощью
этой гипотезы можно доказать
много теорем механики. «И если
бы, — заключает он, —
изобретатели новых машин, напрасно
пытающиеся построить вечный
двигатель, пользовались этой моей
гипотезой, то они легко бы сами
сознали свою ошибку и поняли,
что такой двигатель нельзя
построить механическими
средствами»2.
Изложим кратко основную
идею рассуждений Гюйгенса об
определении периода колебаний
физического маятника в
значительно модернизированном виде.
Рассмотрим физический
маятник, состоящий из невесомого
стержня О А (рис. 34), на
котором на расстоянии хи *2, ...,*„
от точки подвеса О расположены массы mu m2,...., гпп. Тогда центр
Рис. 33. Рисунок часов Гюйгенса
тяжести этих масс будет находиться на расстоянии Х=
подвеса О.
от точки
1 X. Гюйгенс. Три мемуара по механике Изд-во АН СССР, 1951, стр. 122.
2 Там же, стр. 124.

§ 21. Развитие динамики
105
Пусть маятник выведен из равновесия и находится в положении ОА,
так что стержень образует с вертикалью угол р. Отпустим маятник и
проделаем с ним следующий мысленный эксперимент: когда стержень
будет проходить положение ОВ и образует с вертикалью угол а,
нарушим связь между массами и дадим им двигаться самостоятельно любым
способом \ лишь бы они могли при этом подняться на максимально
доступные им высоты Аь й2,..., Ал. Эти высоты, на которые способны
подняться массы, будут определяться теми скоростями vu a2>..., vn,
которые они имели при прохождении стержнем положения ОВ, и будут
равны:
, _ v\ р, __ vi h __ vn
lt-\ == • , fla , .... AZ„ —— »
1 2£ 2 2£ n 2g
где g — ускорение силы тяжести.
Высота же И, на которую способен будет подняться центр тяжести,
будет, очевидно, равна
н_ Zmjhi = 1 Ът$
Xmi 2g 2mi
Введя угловую скорость со, это равенство можно записать в следующем
виде:
2£ 2mj
Рис. 34. Схема к теории физического ма- Рис. 35. Схема к теории физического
ятника по Гюйгенсу маятника по Гюйгенсу
Но, ло основной гипотезе Гюйгенса, высота, на которую поднимется
центр тяжести самостоятельно двигающихся масс, должна равняться
высоте, с которой до этого упал центр тяжести маятника. Последняя же
равна
1 Например, массы могут подпрыгнуть вверх после упругого удара о наклонные
плоскости.

106 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
или
X(cosa — cosP),
-^L(cosa — cosP).
2m$
Следовательно, мы будем иметь:
= — (cos a — cos В),
2g 2mi Sm/
откуда для значения со2 получаем:
0)2 = 2g -^2- (cosa — cosP).
Рассмотрим теперь математический маятник О'Л'длиной / (рис. 35),
который начинает двигаться из положения, когда его нить образует с
вертикалью тот же угол р. Определим его угловую скорость coi, когда
он, двигаясь к положению равновесия, будет проходить положение О'В'
и когда его нить образует с вертикалью, как и в первом случае, угол а.
Как легко видеть, co2i будет равна
о)2 = —£- (cos a— cos P).
Так как углы аир произвольны, то отсюда следует, что математический
маятник, имеющий длину !_L, будет колебаться изохронно с нашим
2,niiXt
физическим маятником.
Таким образом найдена так называемая приведенная длина
физического маятника для нашего простейшего случая. Полученный
результат, как легко видеть, может быть обобщен, что и приводит к решению
задачи о физическом маятнике.
В рассматриваемый период была решена и другая задача
динамики— задача об ударе шаров. Законы удара не могли не интересовать
ученых того времени. Прежде всего в практике встречалось много
примеров удара тел. Еще Галилей интересовался явлением удара и
посвятил этому вопросу целый раздел своих «Бесед» — «шестой день».
Однако Галилей не получил положительных результатов з этой области.
Усилению интереса к проблеме удара способствовала философия
Декарта. Поскольку для Декарта всякое взаимодействие в конечном
счете сводилось всегда к давлению, толчку, удару, постольку законы
удара имели у него характер фундаментальных законов, лежащих в
основе всякого взаимодействия. И действительно, Декарт счел
необходимым прибавить законы удара к основным законам движения. Они
дополняли у Декарта закон сохранения движения, давая возможность
решать вопрос, сколько именно движения переходит от одного тела к
другому при взаимодействии; сам закон сохранения движения этого не
решал, утверждая лишь, что при переносе движения общее количество
его сохраняется.
Несмотря на внимание к этому .вопросу, Декарту не удалось
установить законы удара. Уже по одному тому, что они должны были бы
удовлетворять его неправильному представлению о законе сохранения
движения, эти законы также не могли быть правильными. К тому же
Декарт не произвел сколько-нибудь серьезного экспериментального и
теоретического исследования явления удара, ограничившись, по-види-

§ 21. Развитие динамики
107
мому, лишь поверхностными наблюдениями. Некоторые законы удара,
установленные Декартом, применимы к ударам упругих шаров,
другие — для неупругих, а некоторые совершенно неверны.
Для примера приведем некоторые законы удара Декарта (их всего
восемь). Первый закон: два равных тела В и С, движущиеся с
одинаковой, но противоположной скоростью, отскакивают друг от
друга после удара с обратными скоростями. Этот закон верен для
удара упругих шаров. Второй закон: если тело В хоть сколько-
нибудь больше С, то оба тела после удара движутся дальше по
направлению тела В с одинаковой скоростью. Этот закон верен для удара
неупругих шаров. Третий закон совсем неверен: если В и С равны
по величине, но В обладает большей скоростью, то В отдает С
половину своей излишней скорости.
После исследований Декарта многие ученые взялись за решение
лроблемы удара, а в 1668 г. Лондонское королевское общество
«специально 'предложило своим членам заняться решением этой задачи.
Наибольших успехов добились английский ученый Валлис, Гюйгенс,
а также англичанин Рен, которые на следующий же год прислали свои
решения.
Валлис решил задачу центрального удара неупругих шаров. При
этом он использовал закон сохранения количества движения,
правильно учитывая, что эта величина может иметь как положительное, так и
отрицательное значение.
Задачу центрального удара упругих шаров решили Гюйгенс
и Рен. Последний, однако, изложил только окончательный результат,
самого же вывода не сообщил.
Гюйгенс рассматривает удар двух одинаковых шаров. При этом он
опирается на два положения. Первое положение: два упругих шара,
движущиеся с равными по величине и противоположно направленными
скоростями, после удара отскакивают друг от друга с теми же
скоростями, направленными в противоположные стороны. Второе положение
является принципом относительности.
Метод доказательства весьма оригинален. Представим себе, что
на лодке, плывущей по реке вдоль берега с постоянной скоростью и
(относительно берега), стоит человек лицом к берегу и в обеих руках
держит нити с привязанными к их концам одинаковыми упругими
шарами. Пусть теперь человек начинает сближать эти шары с
одинаковой по величине скоростью v, но противоположной по направлению
(относительно лодки). Тогда, согласно принципу относительности, явление
удара на лодке будет происходить так же, как если бы она не
двигалась. Следовательно (по 'первому положению), столкнувшиеся шары
отскакивают друг от друга с теми же скоростями v относительно лодки,
но в противоположных направлениях. Иное будет наблюдать человек,
стоящий на берегу. Для него, если лодка движется направо, левый шар
будет двигаться со скоростью v-\-u, а правый — со скоростью v — и.
После удара левый шар будет двигаться со скоростью v—и,- а правый—
со скоростью v-\-u, то есть при соударении шары обменяются скоростями.
Затем Гюйгенс переходит к общему случаю двух неравных шаров.
Он прежде всего доказывает теорему: «Если сталкиваются два тела,
движущиеся навстречу друг другу со скоростями, обратно
пропорциональными их величинам (т. е. массам. — Б. С), то каждое тело отскочит
с той же скоростью, с какой ударилось» 1. Эта теорема доказывается на
1 X. Гюйгенс. Три мемуара по механике, стр. 225.

108 Глава 6. Обзор развития физических наук 6 XVII веке
основе того же самого принципа, который Гюйгенс применил в теории
физического маятника.
Пусть два шара А и 5, имеющих массы тх и т2, движутся
навстречу друг другу по линии, соединяющей их центры, со скоростями v\ и v2.
Представим теперь, что они получили скорости в результате падения:
шар А с высоты И\ и шар В с высоты Я2. При этом величины Ии Н2
однозначно определяются скоростями V\ и v2. После столкновения
шары А и В оттолкнутся в противоположных направлениях со
скоростями v'i и v'2. Пусть теперь они вновь будут подниматься вверх на
максимально возможные высоты (например, если они подвешены на
нитях) hi и Й2, которые будут определяться скоростями v\ и v'2. Но
центр тяжести шаров А и 5, когда они находились на высотах Нх и Н2г
должен быть на том же уровне, что и центр тяжести шаров, когда они
поднялись на высоты h{ и h2. Это условие в случае, когда -^- = -^2.
v2 mi'*
приводит Гюйгенса к доказательству вышеприведенной теоремы.
Наконец, Гюйгенс применяет вновь принцип относительности,
рассматривая удар шаров на движущейся лодке. Если человек на
движущейся лодке производит удар шаров в случае, когда выполнены
условия доказанной теоремы, то человек, находящийся на берегу, наблюдает
другой, уже общий случай центрального удара шаров. Применяя,
говоря современным языком, преобразование координат, Гюйгенс получает
полное решение задачи.
В связи с теорией удара Гюйгенс касается вопроса о выполнении
закона сохранения количества движения. Он показывает, что этот закон
в формулировке Декарта, который не учитывал, что количество
движения является векторной величиной, неверен. Он даже доказывает
теорему: «Когда два тела соударяются, то не всегда сохраняется количество
движения, бывшее в обоих до удара, но оно может уменьшиться или
увеличиться» 1.
В другом месте он уточняет вопрос о сохранении количества
движения. Он пишет: «Количество движения, которое имеют два тела,
может увеличиваться или уменьшаться при столкновении; но его
величина остается постоянной в ту же сторону (в том же направлении),
если мы вычтем количество движения обратного направления» 2.
В теории удара Гюйгенс доказывает также теорему, являющуюся
частным случаем закона сохранения живых сил при упругом ударе.
Именно, ок устанавливает, что «при соударении двух тел сумма
произведений из их величин на квадраты их скоростей остается неизменной
до и после удара»3.
Таким образом Гюйгенс делает новый шаг к установлению закона
сохранения энергии применительно к механике.
Следующей важной задачей динамики, послужившей предметом
исследования в XVII в. до установления Ньютоном законов механики,
была задача движения материальной точки по окружности.
Техника мануфактурного периода доставляла большой материал
для изучения вращательного движения. Кроме того, исследование этой
задачи было вызвано космогонией Декарта, в которой гипотетическим
вращательным движениям — вихрям — отводилась большая роль в
образовании солнечной системы и в объяснении движений небесных тел.
Вихревая теория Декарта нуждалась в научном анализе и обосновании,
и это, в свою очередь, требовало исследования вращательных движений.
1 X. Гюйгенс. Три мемуара по механике, стр. 223.
2 Там же, стр. 366.
3 Там же, стр. 235.

§ 21. Развитие динамики
109
Гюйгенс первый рассмотрел движение материальной точки по
окружности. Исследования Гюйгенса по этому вопросу были
впоследствии изложены в сочинении «О центробежной силе», вышедшем в свет
уже после его смерти.
Теории движения материальной точки по окружности Гюйгенс
предпосылает некоторые соображения, имеющие принципиальное
значение и касающиеся вопроса установления связи между силой и
ускорением.
Когда груз висит на нити, то стремление груза падать создает в
нити натяжение. Но стремление груза падать определяется ускорением
свободного падения, поэтому и натяжение нити будет определяться
ускорением груза, с которым он будет падать, оторвавшись от нити.
Если груз, привязанный к нити и натягивающий ее, будет двигаться,
оторвавшись от нее, с другим ускорением,
то и натяжение нити должно быть другим. # d_ r л
Например, груз, привязанный к нити и
лежащий на наклонной плоскости, будет
натягивать нить слабее, чем подвешенный
вертикально, при этом во столько раз
слабее, во сколько раз ускорение
оторвавшегося груза вдоль наклонной плоскости
меньше ускорения свободного падения.
Вообще натяжение нити должно
определяться стремлением груза от нее оторвать- Рис. 36. Схема к выводу
веся, то есть ускорением, с которым он станет личины центробежной силы
при этом двигаться. И это будет справед- по ГюигенсУ
ливо как бы ни двигался этот груз — вверх,
вниз или в какую-либо другую сторону, — и независимо от причины,
побуждающей груз оторваться от нити и затем двигаться. Таким
образом, между натяжением нити и ускорением груза, оторвавшегося от
нити, существует прямая пропорциональная зависимость.
Однако, вообще говоря, груз, оторвавшись от нити, вовсе не обязан
двигаться так, как движется тело при свободном падении, то есть
равноускоренно. Но если взять очень малый промежуток времени, то
его движение может быть рассматриваемо как равноускоренное, и
можно считать, что он будет проходить в очень малые отрезки времени
малые пути, относящиеся между собой как 1 : 4 : 9 и т. д. Таким
образом, натяжение нити связано с ускорением оторвавшегося груза в
момент отрыва, то есть в очень малый промежуток времени. Используя
такого рода соображения, Гюйгенс и находит величину центробежной
силы. Гюйгенс рассматривает шарик, закрепленный на нити и
вращающийся вокруг центра. Шарик натягивает нить вследствие того, что он
в каждый момент стремится двигаться прямолинейно по касательной.
Для того чтобы определить натяжение нити, нужно знать стремление
шарика оторваться от нее, то есть знать, с каким ускорением по
отношению к нити он стал бы двигаться, оторвавшись от нее. Чтобы
определить это ускорение, представим себе, что в некоторый момент
времени t в точке А (рис. 36) шарик оторвался от нити и стал двигаться
по касательной АВ. Тогда в первый очень малый промежуток времени
он пройдет отрезок AF, во второй — FD и т. д. Значит, при этом он
будет уходить от конца нити за эти промежутки времени на
расстояние EF, LD и т. д. Рассуждая таким образом, Гюйгенс определяет, что
центробежная сила пропорциональна квадрату скорости вращения,
«количеству материи» (весу тела) и обратно пропорциональна радиусу
вращения.
^

ПО Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
Это исследование Гюйгенса представляет собой интерес, особенно
потому что здесь впервые исследуется движение, которое происходит не
под действием силы тяжести. Такое исследование вело к обобщению
уже установленных положений механики и играло существенную роль
в формировании понятий силы и массы. Здесь Гюйгенс еще более
приблизился к установлению связи между силой и ускорением, что
подводило к пониманию второго закона механики.
Заканчивая рассмотрение доньютоновской механики, остановимся
кратко на исследованиях Лейбница.
Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646—1716), немецкий
философ, крупнейший математик и физик XVII в., был, в отличие от
большинства своих современников, идеалистом. Он выступал против
материализма, в частности против Декарта.
Не останавливаясь на его довольно сложной объективно
идеалистической философии, отметим лишь, что, по Лейбницу, ib основе всего
существующего лежит не материя, а неделимые субстанции —
«монады», являющиеся центрами деятельных сил. В своих научных
исследованиях он и пытался найти конкретное выражение этого основного
положения своей философии.
В 1672—1676 гг. Лейбниц жил в Париже, где занимался и физикой.
Он близко сошелся с Гюйгенсом, оказавшим определенное влияние на
физические интересы Лейбница. В механике Лейбниц обратил внимание
на трудности, возникшие в связи с законом сохранения движения
Декарта, а с другой стороны — на новые результаты, относящиеся к частным
случаям закона сохранения энергии (например, результаты Гюйгенса).
Правильно проанализировав и то и другое, Лейбниц дал свое
обобщение в форме закона сохранения живых сил. Этот закон он связал со
всей своей философской системой и рассматривал его как
подтверждение последней и как опровержение философии Декарта.
В 1686 г. Лейбниц выступил в печати со статьей «Краткое
доказательство примечательной ошибки Декарта и других относительно
закона природы, согласно которому бог всегда сохраняет одно и то же
количество движения и которым неправильно пользуются, между прочим,
в механической практике». В этой небольшой статье, а затем ib ряде
других сочинений Лейбниц опровергал закон сохранения движения
Декарта, не признавал количество движения мерой движения, и
выдвинул свою меру движения и свой закон сохранения. Между
Лейбницем и его последователями в данном вопросе, с одной стороны, и
картезианцами — с другой, разгорелся спор о мере движения и о том,
что сохраняется в природе.
Утверждая, что количество движения является мерой движения,
картезианцы опирались не только на авторитет Декарта, но и на
положение, что сила измеряется, как писал еще Галилей, моментом, или
импульсом, сообщаемым ею, последние же пропорциональны
приобретенным скоростям. В соответствии с этим находился и принцип
виртуальных скоростей, где действие грузов определялось приобретаемым
количеством движений. Таким образом, многим казалось естественно
действие силы измерять приобретенным количеством движения и
считать его мерой или «силой» движения.
Лейбниц рассуждал иначе: «сила» должна измеряться тем
действием, которое она может произвести; таким действием является,
например, поднятие тела вверх на определенную высоту. Для того чтобы
поднять тело на высоту, вдвое большую, нужно, чтобы оно имело
скорость, в четыре раза большую; вообще высота поднятия тела
пропорциональна не скорости, а квадрату скорости тела. Отсюда Лейбниц и

§ 21. Развитие динамики
111
делал заключение, что «сила» движущегося тела равна не
произведению массы на скорость, а произведению массы на квадрат скорости.
Эту величину Лейбниц назвал живой силой.
Что касается закона Декарта, то Лейбниц доказывал, что он не
выполняется. Он даже показал, что если принять этот закон, то должен
существовать вечный двигатель. Закон Декарта справедлив только
если принять, что количество движения может иметь и положительный
и отрицательный знак, то есть направление. Этот закон Лейбниц назвал
законом сохранения «направления» (directionis) или законом
сохранения «движения вперед». Лейбниц писал: «Кроме изложенного
выше закона природы, по которому сумма сил остается
неизменной, существует другой не менее общий и не менее согласный с
разумом закон: в телах, связанных друг о другом, а также и во всей
природе общее количество направления остается
неизменным»1. Под «направлением» Лейбниц и понимал здесь
количество движения как геометрическую величину, а сумму количеств
движения — как геометрическую сумму. Однако Лейбниц подчеркивал,
что сохранение этой величины в природе «не удовлетворяет тем
требованиям, которые предъявляются к абсолютному. Ибо возможно, что
скорость, количество движения и сила тел будут весьма велики, а их
движение вперед будет равно нулю» 2.
В природе должно сохраняться нечто, сохранение которого
абсолютно, утверждал Лейбниц. Этим абсолютным является «сила». «Сила»
измеряется произведением массы на высоту, или для тела, упавшего с
высоты,— произведением массы на квадрат скорости. Эта величина
сохраняется и при соударении шаров, как показал еще Гюйгенс, и
должна, вообще говоря, сохраняться в природе. Этот закон сохранения
Лейбниц назвал законом «сохранения живых сил».
Лейбниц ввел также понятие мертвой силы. Мертвая сила — это
«сила», которая не производит движение, а лишь стремление к
движению, например, тяжесть, сжатая пружина и т. п. Мертвая сила
измеряется мерой Декарта, то есть произведением массы на скорость,
именно на ту скорость, которую она сообщила бы телу в йервый момент
своего действия. Между живыми и мертвыми силами существует
определенная связь; живая сила как бы рождается от бесконечного
количества непрерывных действий мертвой силы.
Учение о живых силах Лейбниц положил в основу учения о
движении, названного им динамикой. В своем сочинении, носящем это
название, он и пытался дать общую систему механики, в основе которой
лежал закон живых сил.
Заслугой Лейбница язляется то, что он в своеобразной форме
вводит понятие энергии — живой силы — и отделяет его от понятия
собственно силы, которую он называет мертвой силой. В развитии
учения о сохранении движения в природе Лейбниц продвигается дальше
своих предшественников. Однако то обстоятельство, что научные
положения Лейбниц связывал со своей идеалистической философией и что
понятию силы он придавал идеалистический метафизический смысл, не
могло не оттолкнуть передовых ученых того времени. В его
правильных .представлениях о сохранении (употребляя современный термин)
энергии невольно усматривался идеалистический метафизический
смысл, а это препятствовало развитию самой идеи.
1 G. Leibnitz. Mathematische Schriften, В. VI. Herausgegeben von Gerhardt,
1860, S. 127.
2 Ibid., S. 217.

П2 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
В XVII в. получила развитие небесная механика, включая и
вопрос о силе тяготения. Однако на этом мы остановимся ниже при
изложении работ Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения
и построившего на основе этого открытия небесную механику.
§ 22. Развитие оптики
Серьезные успехи в XVII в. были достигнуты в оптике.
В 1611 г. немецкий астроном и физик Иоганн Кеплер
(1571—1630) предложил новую конструкцию зрительной трубы.
В отличие от галилеевой трубы, состоящей из плосковыпуклой и
плосковогнутой линз, труба Кеплера состояла из двух двояковыпуклых
линз; она имела преимущества перед галилеевой: большее увеличение,
чем галилеева, большее поле зрения. Кроме того, в ней между
окуляром и объективом в плоскости изображения, получаемого от
объектива, можно было поместить нитяной крест и производить измерения
(к чему труба Галилея была непригодна). Почти одновременно со
зрительной трубой появился микроскоп, который все шире применялся
в научных исследованиях. Целый ряд ученых и мастеров работали над
усовершенствованием оптических приборов. Так, например, Гюйгенс
занимался усовершенствованием зрительных труб. Система линз,
известная под названием окуляра Гюйгенса, употребляется и в настоящее
время. С помощью своих телескопов Гюйгенс, например, открыл
кольца Сатурна.
Совершенствование конструкций телескопов, зрительных труб,
микроскопов требовало разработки теории этих приборов, а значит и
оптики вообще. Под влиянием этой потребности развивалась оптика,
в первую очередь геометрическая оптика.
Кеплер, занимавшийся оптикой главным образом в связи со своими
астрономическими исследованиями, впервые объяснил образование
изображения на сетчатке глаза и в оптической системе. Он рассматривал
изображение светящейся точки, как точки, в которой'пересекается конус
всех лучей, исходящих из нее. Используя соответствующие построения,
Кеплер разработал теорию зрения ,и теорию получения изображения в
оптических системах, хотя и не дал еще количественных расчетов, так
как не смог установить закона преломления света.
Впервые закон преломления света на границе воздух — вода был
экспериментально установлен голландцем Снеллиусом. Позднее этот
закон был сформулирован Декартом в сочинении «Диоптрика» (1637).
По поводу того, знал ли Декарт об открытии Снеллиуса или нет,
существует разное мнение; сам Декарт совсем не упоминает имени
своего предшественника.
В отличие от Снеллиуса, Декарт выводит закон преломления
теоретически, предпослав этому выводу гипотезы о том, что скорость света
в более плотной среде больше, чем в менее плотной, и что слагающие
скорости, параллельные поверхности раздела сред, при переходе из
одной среды в другую не изменяются. Сами эти гипотезы далеко не
очевидны, попытки же Декарта объяснить их, заключающиеся в
приведении аналогий с движением снаряда или пули и т. п., нельзя считать
удовлетворительными. Если учесть, что эти аналогии 'противоречат его
общему учению о свете, изложенному в натурфилософских сочинениях,
где говорится, что свет — это давление шариков второго элемента, то
невольно возникает мысль, что Декарт заранее знал закон преломления
света, и весь его вывод представляет собой лишь попытку как-либо этот
закон обосновать.

§ 22. Развитие оптики
113
Правда, такое пренебрежение к теоретической строгости может
быть объяснено тем обстоятельством, что Декарт старался написать
«Диоптрику» простым понятным языком, доступным для мастеров
оптических приборов. «Поскольку изготовление приборов, о которых я буду
говорить, зависит от искусства мастеров, обычно не имеющих
образования, то я постараюсь,— писал Декарт,— быть понятным всем» 1. Декарт
подчеркивал также, что для его задачи «нет надобности вскрывать его
(света. — Б. С.) истинную природу... достаточно воспользоваться двумя
или тремя сравнениями»2.
К вопросу об открытии закона преломления света имеет отношение
установление другого закона геометрической оптики — принципа Ферма.
Этот принцип знаменитый французский математик Пьер Ферма
(1601 —1665) выдвинул в полемике с Декартом по поводу его гипотез,
на основе которых последний доказывал закон преломления света.
Ферма считал неправильным предположение Декарта, что свет
распространяется с большей скоростью в более плотных средах, и полагал
обратное. При установлении своего принципа Ферма исходил из
метафизических соображений, что «природа ничего зря не расточает. В
последующем принцип Ферма был освобожден от этой матафизической
оболочки. Что касается вопроса, как зависит скорость света от
плотности среды, то он продолжал еще долгое время занимать внимание
ученых, особенно в связи с последующей борьбой между
корпускулярной и волновой теориями света.
Открытие закона преломления света давало возможность дальше
развивать геометрическую оптику и приступить к количественному
расчету оптических систем. В последующем была получена формула
для тонких линз и развиты основы элементарной теории оптических
инструментов на основе этой формулы. Что касается общей теории
оптических инструментов с учетом недостатков линз, а также с учетом
толщины линз, то такая теория была разработана уже гораздо позже,
в XIX в.
В XVII в. были сделаны первые открытия, относящиеся к волновой
оптике. Итальянский ученый Гримальди заметил, что если на пути
пучка света, проходящего через отверстие в ставне, поставить лалку, то
на экране, помещенном на значительном расстоянии от палки, тень
получается размытой, не такой, какой она должна была бы быть при
строго прямолинейном распространении света. Этому явлению
Гримальди дал название дифракция (раздробление),.
Другой опыт, описанный Гримальди, заключался в 'следующем.
Свет пропускался через два узких отверстия в ставне, расположенных
близко друг к другу, так что на экране два конуса лучей
накладывались друг на друга. Рассматривая картину на экране, Гримальди пришел
к выводу, что «прибавление света к свету» может привести к
уменьшению его интенсивности.
Кроме явлений, открытых Гримальди, в XVII в. была известна
интерференция света в тонких пластинках. Это явление исследовал
английский ученый Роберт Гук (1635—1703), а затем Ньютон.
Ньютон придумал удачную установку, дающую возможность
количественного изучения интерференционных явлений в тонких пленках. Он
клал линзу на стеклянную пластинку и наблюдал получающиеся при
этом полосы равной толщины. Эти полосы имеют вид колец; они, как
известно, получили название колец Ньютона.
1 Р. Декарт. Рассуждение о методе. Изд-во АН СОСР, М., 1953, стр. 70.
2 Там же.

114 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
В XVII -в. было открыто также двойное лучепреломление.
Итальянский ученый Бартолин наблюдал его, рассматривая предметы через
кристалл исландского шпата.
Наконец, важным достижением оптики XVII в. было первое
определение скорости света, произведенное датским астрономом Ремером в
1672 г. Для этой цели Ремер использовал результаты наблюдения за
временем затмения спутников Юпитера ,и из данных наблюдения
определил скорость света. По данным Ремера оказалось, что скорость
света является конечной величиной, хотя и очень большой. Он получил
эту скорость в современных единицах равной 300 870 км/сек.
Большие успехи оптики естественно направили мысль на решение
вопроса, что такое свет. Постепенно наметились два основных
направления в его решении. Первое направление рассматривало свет как
некоторое действие, передаваемое от светящегося 'предмета, второе — как
субстанцию, распространяющуюся от источника света к глазу
наблюдателя. Эти два направления постепенно выкристаллизовались в две
теории — волновую и корпускулярную.
Одним из основателей корпускулярной теории света был
французский философ XVII в., современник Декарта, представитель новой
атомистики Пьер Гассенди (1592—1655). Он рассматривал свет как
поток мельчайших атомов — световых частиц, летящих с огромной
скоростью от светящегося тела во все стороны. Подобные представления
разделяли некоторые другие ученые и философы XVII в.
В противоположность Гассенди Декарт, как мы видели,
рассматривал свет как давление или импульс, распространяющиеся среди
шариков второго элемента. Он еще не пришел к мысли о волновом
периодическом характере света, но поскольку он первым стал рассматривать
свет по существу как распространяющееся движение, как передачу
движения, постольку его и считают родоначальником волновой теории
света.
Одним из первых высказал мысль о волновых свойствах света
Гримальди, открывший явление дифракции. Пытаясь объяснить явление
дифракции света, он писал: «Подобно тому, как на поверхности воды
от камня, как от центра, образуются волны, так же и вокруг тени,
отбрасываемой телами, помещенными в световом конусе,
располагаются световые полосы» К В этом же сочинении Гримальди пишет: «Свет
есть, по-видимому, нечто жидкое и наделенное очень быстрыми и в
некоторых случаях волнообразными движениями, разливающееся в
прозрачных телах» 2. Однако Гримальди не пошел дальше этого и считал,
что свет — тонкая жидкость, «разливающаяся в прозрачных телах». Гук
считал, что свет — это колебания, распространяющиеся в тонкой среде—
эфире. В его «Микрографии» (1665) распространение света от
источника в виде сферических волн уподобляется распространению круговых
волн на поверхности воды от брошенного камня. В белом свете
колебания поперечны; в окрашенном свете они направлены под углом к лучу.
В теории Гука изменения цвета тонких пластинок объясняются
сложением световых импульсов, отраженных от передней и задней
поверхностей пластинки и в результате этого изменивших направление
колебаний, а значит, по его мнению, и цвет.
Теория, представлявшая свет как распространяющееся движение
в эфире (или волновая теория), была развита Гюйгенсом. Противопо-
1 F. G r i m a 1 d i. Physico-mathesis de lumine, coloribus et iride. Bononie, 1665,
p. 18.
2 Ibid., p. 12.

§ 23. Развитие других областей физики в XVII веке 115
ложная ей теория истечения, или корпускулярная теория, получила
развитие в результате работ Ньютона.
Свою теорию Гюйгенс изложил в работе, которую представил
Парижской академии наук в 1678 г. Она была опубликована лишь в
1690 г. под названием «Трактат о свете».
Гюйгенс полагает, что свет распространяется в тонкой среде —
эфире, которая заполняет все мировое пространство и поры тел. Этот
эфир состоит из мельчайших упругих шариков. Распространение света
есть процесс распространения мелких движений от шарика к шарику,
подобно распространяющемуся импульсу вдоль стальных шаров,
соприкасающихся друг с другом и вытянутых в одну линию.
Объясняя механизм распространения импульса в эфире, Гюйгенс
и выдвинул принцип, носящий его имя. «По поводу процесса
образования этих волн следует еще отметить, что каждая частица вещества, в
котором распространяется во^на,— писал Гюйгенс,— должна сообщать
свое движение не только ближайшей частице, лежащей на проведенной
от светящейся точки прямой, но необходимо сообщает его также и
всем другим частицам, которые касаются ее и препятствуют ее
движению. Таким образом вокруг каждой частицы должна образоваться
волна, центром которой она является» 1. Но каждая из элементарных
сферических волн чрезвычайно слаба, и световой эффект наблюдается
только там, где проходит их огибающая. Используя этот принцип,
Гюйгенс объясняет прямолинейное распространение света, законы
отражения .и преломления света, а затем законы и двойного лучепреломления
точно так же, как это излагается в современных элементарных
учебниках по физике.
Теория света Гюйгенса была, конечно, большим успехом в
развитии волнового представления о природе света; она привела волновую
теорию в соответствие с важнейшими законами оптики и показала, что
волновая теория может объяснить прямолинейное распространение
света и законы отражения и преломления. Однако целый ряд вопросов
оптики она не решала или решала не вполне убедительно.
Главным недостатком теории Гюйгенса было то, что в ней
отсутствовало представление о периодичности световых возмущений, и поэтому
она объясняла только то, что относилось к геометрической оптике.
Ни интерференции, ни дифракции теория не объясняла, да и двойное
лучепреломление она описывала лишь формально. Наконец, отсутствие
представления о периодичности световых возмущений привело к тому,
что теория Гюйгенса совсем обошла вопрос о цвете. Она была теорией
бесцветного света, и это, пожалуй, был ее главный недостаток для того
времени, который в значительной степени определил ее неспособность
конкурировать с теорией Ньютона.
§ 23. Развитие других областей физики в XVII веке
После механики и оптики некоторых успехов в XVII в. добилась
физика жидкостей и газов.
Гидростатика средних веков ничем существенно не отличалась от
гидростатики Архимеда. Более того, схоласты вернулись к
представлениям Аристотеля, согласно которым способность тела плавать зависит
от его формы. Галилей возродил теорию Архимеда о плавании тел
и предложил новое доказательство его закона, основанное на
применении принципа возможных перемещений в элементарной форме.
1 X. Гюйгенс. Трактат о свете. М. — Л., 1935, стр. 31.

116 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
Еще раньше Галилея исследованиями по гидростатике занимался
Стевин, будучи инспектором водяных и сухопутных сооружений. Стевин
установил, что давление на дно сосуда зависит только от высоты уровня
воды и не зависит от формы сосуда. Он определил также давление воды
на боковые стенки сосуда и доказал, что оно зависит только от высоты
уровня воды. Наконец, он исследовал вопрос о равновесии плавающих
тел.
Дальнейшее развитие гидростатика .получила в трудах
французского ученого Блеза Паскаля (1623—1662). Паскаль установил
известный закон, носящий его имя. Он решил также задачу
сообщающихся сосудов и разработал
принцип гидростатического
пресса.
В XVII в. появляются
первые работы по гидродинамике.
^Торичелли, применяя к
жидкостям исследования Галилея
о падении тел, вывел формулу
для скорости воды,
вытекающей из малого отверстия, в
зависимости от уровня воды.
Кроме физики жидкостей
с начала XVII в. начинает
развиваться и физика газов—
область, которая почти совсем
не была развита в древности
и в средние века. Галилей
Рис. 37. Воздушный насос Герике (первый опроверг теорию «боязни пус-
вариант) тоты» Аристотеля.
Исследование этого вопроса было
вызвано наблюдениями над работой всасывающего насоса, который
выкачивает воду из колодца только в том ч^пучае, если его глубина не
превышает примерно 10 м. Анализируя это явление, Галилей показал, что
«боязнь пустоты» в природе ограничена.
Торичелли и Паскаль развили учение об атмосферном давлении.
Торичелли в 1643 г. проделал свой первый опыт с трубкой, наполненной
ртутью, и пришел к заключению о возможности существования пустоты,
а также измерил величину атмосферного давления. После того как
опыт Торичелли стал известен в Европе, Декарт высказал мысль, что
атмосферное давление должно уменьшаться с высотой и что это можно
проверить, проделав опыт на вершине горы. Такой опыт проделал
Паскаль и установил, что действительно высота ртутного столба
с подъемом уменьшается. Опыты Торичелли и Паскаля привели к
изобретению нового прибора — барометра, который быстро распространился
в Европе и стал применяться для метеорологических исследований.
Немецким ученым Отто Герике (1602—1686) был изобретен
воздушный насос (рис. 37). Впоследствии Герике усовершенствовал этот
вначале весьма примитивный насос и с его помощью проделал целый ряд
опытов. Одним из них был известный опыт с «магдебургскими
полушариями», проведенный Герике в 1654 г. в Магдебурге. Применяя свой
насос, Герике определил удельный вес воздуха, взвесив стеклянный шар
сначала с воздухом, а затем пустой. Герике также выяснил, что звук
не может распространяться в безвоздушном пространстве.
Воздушный насос был в дальнейшем усовершенствован английским
физиком и химиком Робертом Б ойлем (1627—1691), проделавшим

§ 23. Развитие других областей физики в XVII веке
117
с его помощью целый ряд исследований над свойствами воздуха
(рис. 38), которые его привели к открытию закона зависимости
давления воздуха от объема. Независимо от Бойля этот закон был открыт
Мар'иоттом (закон Бойля — Мариотта).
В других разделах физики продолжалось медленное накопление
фактического материала. В теплофизике, в учении об электричестве и
магнетизме были сделаны самые первые шаги.
XVII век, как мы уже
видели, был веком
возрождения атомистики, забытой
и запрещенной в средние
века. Уже Бэкон
подчеркивая важность учения
древних атомистов, писал: «Ибо
после того, как все
человеческое знание
потерпело кораблекрушение, эти
дощечки философии
Платона и Аристотеля, состоя из
наиболее легкого материала
и сильно разбухнув, уцелели
и дошли до нас, между тем
как наиболее плотные
потонули и пришли почти в
забвение (то есть философия
Демокрита, Эпикура. —
Б. С). Нам представляется,
что философия Демокрита
заслуживает того, чтобы ее
извлекли из забвения, тем
более, что в большинстве
пунктов она согласуется со
сказаниями древнейших
времен»1. Как было показано,
уже Галилей
придерживался атомистических
воззрений на природу материи.
Приверженцем
атомистического учения был
французский ученый и философ
Гассенди. В своих трудах
Гассенди пропагандировал и
развивал атомистику Демо- Рис. Ж Воздушный насос Бойля
крита и Эпикура. Учение
Декарта также было близко к атомистике, хотя он и не признавал
неделимых атомов и пустоты. Широко пользовался атомистическими
представлениями о строении вещества Роберт Бойль, положивший их в
основу своих физических и химических теорий. Бойль объяснял химические
превращения соединением и разъединением атомов.
Таким образом, XVII век был веком возрождения атомистических
взглядов на строение вещества. Подавляющее большинство ученых
придерживалось таких воззрений, однако существовали различные оттенки
в конкретных представлениях об атомах. Так, если Декарт и его учени-
Ф. Бэкон. О принципах и началах. М., 1937, стр. 20.

118 Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке
ки не признавали неделимости атомов и пустоты, то другие, в частности
Гассенди, считали атомы неделимыми и признавали пустоту в природе.
При объяснении физических явлений движением атомов господствовала
необычайная пестрота. Ученые, особенно последователи Декарта, очень
широко пользовались всевозможного рода тонкими жидкостями
истечения, флюидами и т. д., и каждый это делал по-своему, благо что это
нельзя было проверить на опыте.

ГЛАВА 7
ИСААК НЬЮТОН И ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ ФИЗИКИ
§ 24. Биографические сведения
Ньютон сыграл исключительную роль в развитии физики. Он
завершил период образования физики как самостоятельной науки. Обобщив
в своих трудах все, что было достигнуто до него, Ньютон окончательно
отделил физику от натурфилософии, определил на долгие годы ее
метод и наметил программу ее
развития для последующего
периода.
Период жизни Ньютона
совпал с эпохой буржуазной
революции в Англии.
Гражданская война, победа
революции, казнь короля,
установление республики
Кромвеля, реставрация власти
Стюартов и период реакции,
переворот 1688 г.,
завершивший буржуазную революцию
в Англии, — вот перечень
событий в жизни Англии,
свидетелем и в какой-то ме*
ре участником которых был
Ньютон. Весь этот период
был насыщен политической
борьбой, принимавшей
весьма острые формы.
Вооруженные восстания, сложные
политические интриги,
жестокие преследования и т. п.
сопутствовали и
гражданской войне, И республике Исаак Ньютон
Кромвеля, и реставрации;
переворот 1688 г. тоже не сразу принес успокоение политических
страстей.
Характерной чертой классовой борьбы в Англии в этот лериод
было то, что враждовавшие классы часто выступали под лозунгами
религиозного характера. Так, буржуазия, боровшаяся против феодаль-

120 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
ного строя, выступала под лозунгом борьбы с католицизмом, или с
англиканской церковью. Буржуазия придерживалась кальвинизма, или
протестантского вероучения, которое больше соответствовало ее
устремлениям, так как отрицало феодальную собственность, освящало
буржуазную собственность, практицизм, коммерческую деятельность и учила
считать удачливого буржуа избранником божьим. Этим обусловлены,
во-пер'вых, глубокая религиозность английской буржуазии и, во-вторых,,
ее религиозная нетерпимость.
Всякие религиозные выступления за или против тех или иных
религиозных догм расценивались как политические выступления.
Философские воззрения тесно связывались с политическими, а
следовательно, научная деятельность, если при этом затрагивались общие
принципиальные мировоззренческие вопросы, не могла не быть
связанной с классовой борьбой и иногда оказывалась даже небезопасной.
Буржуазная революция в Англии имела компромиссный характер.
Английская буржуазия в борьбе против феодализма в гораздо большей
степени сблизилась с новым дворянством, чем с народными массами.
И закончилась революция, как известно, классовым компромиссом,
когда в результате переворота 1688 г. власть перешла к крупным
землевладельцам и верхушке промышленного и торгового капитала.
Все эта обстоятельства оказали большое влияние на
мировоззрение и научное творчество Ньютона, определив их характерные черты.
Ньютон родился в 164& г. в небольшой деревне Вульстроп графства
Линкольн в семье небогатого фермера. Он учился в школе
близлежащего городка Грэнтема, а в 1661 г. был зачислен студентом
Кембриджского университета. Недостаток материальных средств заставил
Ньютона в первое время обучения в университете выполнять роль слуги в
колледже. Жизнь и в семье, и в школе, а затем в университете должна
была приучить его к трезвой расчетливости, так характерной для
английского буржуа.
Он окончил университет со степенью баккалавра, стал младшим
членом колледжа, затем старшим членом и магистром, а в 1669 г.
получил кафедру, основанную неким Люкасом и носившую имя последнего.
Весь этот период был очень важным в жизни Ньютона. В это время
оформились его основные идеи, развитием которых была его
последующая научная деятельность. Сам Ньютон писал об этих годах: «В начале
1665 года я нашел метод приближенных рядов и правило превращений
любой степени двучлена в такой ряд. В мае того же года я нашел
метод касательных Грегори и Слузия, в ноябре получил прямой метод
флюксий; в январе следующего года я получил теорию цветов, а в мае
приступил к обратному методу флюксий. В том же году я начал
размышлять о действии тяжести, простирающейся до орбиты Луны, и,
найдя, как вычислить силу, с которой тело, обращающееся внутри
сферы, давит на поверхность этой сферы, я вывел из закона Кеплера, по
которому периоды обращения планет находятся в полуторной
пропорции с расстояниями их от центров орбит, что сила, удерживающая
планеты в их орбитах, обратно пропорциональна квадратам их расстояний
от центров обращения; при этом я сравнил величину силы, потребной
для удержания Луны на ее орбите, с силой тяжести на поверхности
Земли и нашел между ними приблизительное равенство. Все это имело
место во время чумы 1665—1666 гг.; в это время я переживал лучшую
пору своей юности и больше интересовался математикой и философией,
чем когда бы то ни было впоследствии» К
1 Цит. по кн.: А. Б е р р и. Краткая история астрономии. Гостехиздат, М.— Л.„
1946, стр. L86.

§ 24. Биографические сведения
121
Первые научные .работы Ньютона относились к оптике. Свои
исследования ло оптике — открытие дисперсии света, работы по
интерференции света и теоретические соображения — Ньютон изложил в двух
мемуарах, которые прислал Королевскому обществу в 1672 и 1675 гг.
Работы Ньютона по оптике вызвали Дискуссию. Особенно активно-
против Ньютона выступал Гук, а также Гюйгенс. Полемика, ло-'видимо-
му, угнетала Ньютона. Он старался ограничиться в этой полемике
только утверждением положений, которые, как он -полагал, следуют
непосредственно из эксперимента, не вступая в область гипотез о природе
света. Однако это ему не всегда удавалось. В 1676 г. он писал: «Я вижу,
что сделался рабом философии. Когда я освобожусь от дела мистера
Люкаса, я решительно и навсегда распрощусь с философией, за
исключением работы для себя и того, что я оставлю для опубликования
после смерти; я убедился, что либо не следует сообщать ничего нового,
либо придется тратить все силы на защиту своего открытия»1. Ньютон,
однако, не выполнил своего намерения. Он только отказался на долгое
время от выступлений по вопросам оптики. Его большое сочинение
«Оптика» вышло в свет только -в 1704 г., после смерти его главного
противника Гука.
Ньютон прожил в Кембридже безвыездно до 1687 г. В течение всего
этого времени он вел жизнь ученого, -погруженного в научную и
педагогическую работу. В связи с этим Ньютона иногда изображают как бы
жрецом чистой науки, далеким от мирских дел, от политический жизни.
Однако такое представление о нем не соответствует действительности.
Ньютон вовсе не был человеком аполитичным, далеким от
практических вопросов своего времени.
Известно письмо Ньютона, написанное им в Кембридже некоему
Астону в связи с поездкой последнего за границу. В этом письме
Ньютон дает советы молодому Астону, как вести себя за границей. Ньютон
советует, как держать себя в обществе, чтобы не быть втянутым в опоры
и не иметь неприятностей и одновременно самому получить пользу; он
дает указания, чем интересоваться путешественнику в чужих странах.
Среди этих указаний мы встречаем, например, такие: «...надо следить за
политикой, благосостоянием и государственными делами наций...»,
«...узнать налоги на разные группы населения, торговлю и
примечательные товары...», «...изучать укрепления, которые попадутся вам на
пути...», «...наблюдайте механизмы и способы управления кораблями...»,
«...наблюдайте естественные продукты природы, в особенности в
рудниках, способы их разработки».
Ньютон просит собрать некоторые сведения, которые интересуют
лично его. Они касаются обработки металлов, мельниц для полировки
стекол, применяются ли часы с маятником для определения долгот
и т. д. Наконец, Ньютона интересует некто Бори, которого несколько лет
держал в тюрьме папа, желая выпытать у него секреты «большой
важности как для медицины, так и для обогащения»2. Это письмо
показывает, что Ньютон обладал весьма трезвыми и практическими
взглядами на жизнь.
Известно, что Ньютон принимал активное участие в общественной
жизни. Так, в 1687 г. он в составе делегации Кембриджского
университета ездил -в Лондон, где активно отстаивал мнение университета, отка-"
завшегося присудить ученую степень некоему католическому монаху,
чего требовал король.
1 Цит. по кн.: С. И. Вавилов. Исаак Ньютон. Изд-во АН СССР, М.— Л.,
1945, стр. 74.
2 Там же, стр. 27.

122 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
После переворота 1688 г., поставившего у власти крупных
землевладельцев и представителей крупного промышленного капитала,
Ньютон был избран в парламент (в 1689 г.), где он заседал до роспуска
парламента в следующем году, после чего возвратился к своей научной
и педагогической деятельности в Кембридже.
В 1687 г. вышло в свет главное сочинение Ньютона
«Математические начала натуральной философии». В этом сочинении Ньютон
изложил основы классической механики и теорию движения небесных тел.
«Начала» Ньютона вызвали еще более острую полемику, чем его
оптические работы. Это объяснялось тем, что ;при формулировке основных
понятий механики он был вынужден коснуться общих методологических
вопросов: вопроса о пространстве и времени, о силе и т. д. Особенно же
горячая дискуссия вокруг учения Ньютона разгорелась после выхода
второго издания его «Начал»; в этой полемике приняла участие
церковь, пытаясь использовать учение Ньютона для борьбы с
материализмом и безбожием.
Круг научных интересов Ньютона был очень широк. Помимо
механики и оптики он занимался исследованиями по теплоте. Он работал
и в области других естественных наук. Так, он много занимался химией,
географией. Ему принадлежат исследования по истории и даже по
богословию. Он интересовался религиозными вопросами и писал
сочинения на богословские темы.
Таким образом, Ньютон представляется нам человеком с
чрезвычайно широкими интересами, объединившим в своем творчестве все
основные вопросы науки и философии своего времени. В то же время Ньютон
чрезвычайно замкнут и осторожен в своих выступлениях в печати и
перед широкими кругами. Он долгое время держал при себе свои
научные и философские взгляды. О многих сторонах его научной
деятельности можно судить лишь по оставшимся письмам, свидетельствам
очевидцев и другим документам. В качестве примера можно привести
исследования Ньютона по химии; о них он фактически совсем не писал в
своих сочинениях.
В 1696 г. Ньютон был назначен хранителем монетного двора, а
затем его директором. Он проделал большую работу по проведению
денежной реформы, направленной на укрепление капиталистических
порядков в стране.
Ньютон подчеркивал практическую пользу занятия наукой. Так,
например, в своих химических исследованиях Ньютон искал способы
превращения элементов друг в друга и, в частности, а может быть и
главным образом, в золото. Ньютон прямо писал в одном из своих
-писем: «Если дети будут хорошо обучены и воспитаны опытными
учителями, то со временем народ получит более умелых моряков,
кораблестроителей, архитекторов, инженеров и лиц всевозможных
математических профессий для работы как на море, так и на суше» 1.
Живя в Лондоне, Ньютон достиг вершины славы и почестей.
В 1703 г. он был избран президентом Королевского общества. В 1705 г.
королева Анна возвела Ньютона в рыцарское звание. В 1727 г.
овеянный славой Ньютон скончался. Современники Ньютона высоко оценили
его заслуги; Ньютон был похоронен в Вестминстерском аббатстве —
усьшальнице английских королей. На памятнике Ньютону были
начертаны слова: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который
почти божественным разумом первый доказал с факелом математики
движение планет, пути комет и .приливы океанов.
1 «Исаак Ньютон». Сборник статей к трехсотлетию со дня рождения, под
редакцией С. И. Вавилова. Изд-во АН СССР, М. —Л., 1943, стр. 414—415.

§ 25. Оптические исследования Ньютона
123
Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом
различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал.
Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и св. писания,
он утверждал своей философией величие всемогущего бога, а нравом
выражал евангельскую простоту. Пусть смертные радуются, что
существовало такое украшение рода человеческого» 1.
Еще большим пафосом звучат стихи английского поэта Попа,
написанные им в память Ньютона:
Природы строй, ее закон в извечной мгле таился,
И бог сказал: «явись Ньютон». И всюду свет разлился.
Ньютон оставил неизгладимый след в науке. «На языке Ньютона,—
писал СИ. Вавилов, — мы думали и говорили долгое время, и только
теперь делаются попытки изобрести новый язык. Вот почему можно
утверждать, что на всей физике лежал отпечаток его мысли; без
Ньютона наука развилась бы иначе»2.
Однако Энгельс, высоко оценивая заслуги Ньютона, одновременно
указывал на ограниченность его мировоззрения. Отмечая особые
заслуги Ньютона в науке, он одновременно подчеркивал метафизический
характер воззрений последнего: «Коперник в начале рассматриваемого
нами периода дает отставку теологии; Ньютон завершает этот период
постулатом божественного первого толчка»3. Больше того, в своих
записках Энгельс не удержался и гневно назвал Ньютона
«индуктивным ослом»4. В дальнейшем мы увидим, чем вызвано такое резкое
замечание Энгельса.
§ 25. Оптические исследования Ньютона
Оптические исследования Ньютон начал с усовершенствования
зрительных труб. Изучая недостатки линз, он неправильно заключил, что
невозможно не только полное устранение хроматической аберрации, но
даже ослабление ее в оптических приборах. В связи с этим он направил
свои усилия на построение отражательных зрительных труб. В 1668 г.
он построил телескоп-рефлектор, усовершенствованную конструкцию
которого он /прислал в Королевское общество, за что и был избран его
членом.
Исследование недостатков линз привело Ньютона к открытию
дисперсии света. Этот и другие результаты своих экспериментальных и
теоретических исследований по оптике Ньютон изложил в мемуарах,
которые -прислал в Королевское общество, а затем наиболее полно в
«Оптике».
Дисперсия света была известна и ранее. Еще до Ньютона делались
опыты по разложению белого света призмой. Однако сколько-нибудь
удовлетворительной теории этого явления не существовало. Некоторые
ученые, считавшие, что цветность лучей света определяется особым
характером движения эфира или световой субстанции, представляли себе
дисперсию как процесс видоизменения этого движения при преломлении
света в призме. Другие полагали, что цветность света определяется его
«сгущением», и дисперсию они рассматривали как изменение такого
«сгущения». Были и другие теории этого явления.
Своими исследованиями Ньютон опроверг такого рода теории. Он
показал, что существуют лучи, способные при прохождении через приз-
1 С. И. Вавилов. Исаак Ньютон, стр. 216.
2 Там же, стр. 217—218.
3 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 7.
4 Там же, стр. 161.

124 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
му разлагаться (например, белый свет), и лучи, уже не способные к
этому, то есть полученные при прохождении света через призму цветные
лучи, выделенные из спектра белого света. Цветные лучи сохраняют
свой цвет и способность к преломлению при дальнейшем их
пропускании через призму, при отражении и т. д. На основании этого открытия
Ньютон пришел к выводу, что белый свет состоит из совокупности
цветных лучей, каждый из которых имеет определенную цветность и
способность преломляться.
Свое открытие Ньютон подтверждал убедительными
экспериментами. Так, например, в ставне окна проделывалось малое отверстие, через
которое проходил узкий пучок солнечного света (рис. 39, а). На пути
этого пучка ставилась призма, она разлагала его в спектр, который
Рис. 39. Схема опыта Ньютона по разложению белого света (рисунок
из «Оптики» Ньютона)
можно было наблюдать на белом экране. Если за первой призмой
поставить вторую, так что преломляющее ребро ее будет перпендикулярно
преломляющему ребру первой призмы, то на экране будет наблюдаться
тот же спектр, только повернутый на некоторый угол. Этот опыт
показывает, что лучи, соответствующие отдельным участкам спектра и
имеющие определенную окраску, уже больше не разлагаются и что те,
которые отклонялись на большой угол первой призмой, отклоняются на
большой угол и второй.
Второй опыт, который является подтверждением открытия
Ньютона, заключается в следующем (рис. 39,6). За первой призмой
помещаются два экрана с малыми круглыми отверстиями. Узкий пучок света,
прошедший через эти два отверстия, пропускается затем через вторую
призму. Вторая призма уже не разлагает этого пучка и ее действие
заключается только в том, что она отклоняет его на некоторый угол.
При вращении первой призмы угол этот изменяется. При этом
измерения показывают, что большее отклонение второй призмой испытывают
лучи, которые претерпели большее преломление в первой.
Выводы Ньютона, казалось, однозначно подтверждали
корпускулярную теорию света. Действительно, если белый свет состоит из сово-
Р
"Г
Y
Г":

§ 25. Оптические исследования Ньютона
125
купности лучей, каждый из которых имеет определенную цветность и
преломляемость, и эти свойства, являясь индивидуальными свойствами,
сохраняются у этих лучей при дальнейшем их прохождении через
призмы или при отражении, то естественно было предположить, что
монохроматические лучи являются «атомами» света, что они нечто
субстанциональное, материальное.
. С другой стороны, с точки зрения волновой теории нелегко было
объяснить результат опытов Ньютона. По этой теории цветность света
должна была объясняться какой-то особенностью в движении
светоносной среды, которая остается постоянной при преломлении и отражении.
Но в те времена, когда еще теории распространения волн не
существовало, было очень трудно интерпретировать открытия Ньютона с точки
зрения волновой теории света.
Естественно было ожидать, что Ньютон на основе экспериментов
склонится к выводу о правильности корпускулярной теории света. Так
и получилось. В конце своего первого мемуара он писал: «Мы видели,
что причина цветов находится не в телах, а в свете, поэтому у нас
имеется прочное основание считать свет субстанцией». Однако,
чувствуя уже тогда неприязнь к гипотетическим рассуждениям, он сейчас
же добавил: «Не так легко, однако, с несомненностью и полно
определить, что такое свет, почему он преломляется и каким способом или
действием он вызывает в нашей душе представление цветов; я не хочу
здесь смешивать домыслов с достоверностью»1.
Однако такое заявление не спасло Ньютона от полемики по
вопросу о природе света. Против его теории, как мы выше говорили,
выступил ряд ученых и особенно активно Гук. Гук отрицал, что белый сзет
состоит из суммы простых лучей определенной цветности. Признать это,
утверждал Гук, равносильно признанию, что все тона органа
содержатся уже в воздухе мехов. По мнению Гука, разложение белого света
призмой происходит в результате ее возмущающего действия, при
котором свет не разлагается, а видоизменяется. Возражения Гука касались
тонкого вопроса о реальности монохроматических составляющих в
сложном импульсе. Этот вопрос в то время не мот быть разрешен в
рамках волновой теории и представление Ньютона о сложном составе
белого света, казалось, противоречило волновой теории и подтверждало
корпускулярную.
Полемика между Ньютоном и его противниками по вопросам
оптики продолжалась сравнительно недолго. После присылки своего второго
мемуара в Королевское общество Ньютон прекратил дискуссию и не
выступал по вопросам оптики вплоть до 1704 г., когда вышло в свет
его большое сочинение «Оптика».
Ньютон исследовал не только дисперсию света, но и явления
интерференции и дифракции, а также и двойного лучепреломления.
Он первый перешел к количественному анализу явлений
интерференции, используя установку, известную под названием колец Ньютона.
Проведя тщательные измерения в расположении колец при освещении
белым, и монохроматическим светом, он установил закономерности в
расположении этих колец. Ньютон определил, что свет, падающий на
поверхность линзы, иногда проходит через нее и пластинку, а иногда
отражается. При этом наблюдается периодичность в прохождении и
отражении света, своя собственная для каждого цвета.
Обсуждая этот вывод, Ньютон заключает, что лучи света должны
находиться в различных состояниях, определяющих либо его прохожде-
1 Цит. по кн.: С. И. Вавилов. Исаак Ньютон, стр. 53.

126 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
ние, либо отражение. Эти состояния Ньютон называет «приступами
легкого прохождения» и «приступами легкого отражения». «К признанию
существования двух состояний луча,— указывает он, — приводит и
явление простого отражения, при котором -свет частично отражается, а
частично проходит во вторую среду». Это рассуждение Ньютона о
приступах следует, конечно, не столько из эксперимента, сколько из
определения понятия физического луча как атома света, то есть из
представления о корпускулярной природе света.
Но как можно объяснить такое странное свойство лучей света, как
приступы легкого прохождения и отражения? Ньютон предлагает
объяснение, но опять-таки лишь как возможную гипотезу для тех, кто
«неохотно одобряет всякое новое открытие, если оно не объясняется
гипотезой», и заявляет: «Я не разбираю здесь, верна или ошибочна эта
гипотеза. Я довольствуюсь простым открытием, что лучи света
благодаря той или иной причине попеременно располагаются к отражению
или преломлению во многих чередованиях» К
Что же касается самого объяснения, то оно заключается в
следующем: он предполагает, что когда световые частицы ударяют о
поверхность пластинки, то они возбуждают колебания в эфире, заключенном
внутри этой пластинки, в результате чего эфир то сжимается, то
разрежается. Луч света, попадающий на -сжатый эфир, отражается,
попадающий на разреженный, — проходит в пластинку.
Исследования по дифракции света изложены Ньютоном в третьей
книге «Оптики». Здесь Ньютон описывает опыты без какого-либо
анализа. Этот анализ он оставляет для будущего. В этой же части
«Оптики» в виде вопросов Ньютон излагает различные гипотезы о природе
света, о строении материи, об эфире, о тяготении, о теплоте и т. д.
Излагая различные гипотезы об этих явлениях, иногда прямо
противоположные, Ньютон нигде формально не объявляет себя приверженцем
той или иной из них. Поэтому эти гипотезы и высказаны в форме
вопросов. Однако легко видеть, что думал сам Ньютон по поводу этих
гипотез: одни явно были по душе ему, за них высказываются
положительные аргументы; другие, наоборот, не подходят Ньютону — по отношению
к ним высказываются главным образом отрицательные аргументы.
Так, ясно видно, что Ньютон целиком стоит за корпускулярную
теорию света. Он по существу пытается объяснить с ее помощью все
известные оптические явления, намечает дальнейшие пути ее развития.
Ньютон намечает, как можно объяснить явление дифракции. Не
действуют ли тела «а свет на расстоянии и не изгибают ли этим действием
его лучей, пишет Ньютон. Именно в таком духе после Ньютона стали
объяснять явления дифракции, как явления, обусловленные силами
притяжения между телами и частицами света.
Ньютон намечает объяснение двойного лучепреломления,
высказывая гипотезу о том, что лучи света обладают «различными
сторонами»— новым изначальным свойством, которое обусловливает их
различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего
вещества. Это положение также было развито последователями
корпускулярной теории света.
§ 26. Обоснование механики Ньютоном
«Математические начала натуральной философии» Ньютона,
сочинение, в котором, как мы говорили, он изложил основы классической
механики, начинается с определения основных понятий.
1 И. Ньютон. Оптика. Госиздат, М.—Л., 1927, стр. 219.

§ 26. Обоснование механики Ньютоном,
127
Первыми он определяет понятия количества материи и количества
движения, то есть того, что движется, и самого движения. При этом
Ньютон не говорит, что такое материя и движение, а дает их
количественные характеристики, то есть их меры. Это соответствует и
названию сочинения: «Математические начала натуральной философии».
Количество материи Ньютон определяет следующим образом:
«Количество материи есть мера таковой, происходящая от ее
плотности и объема совокупно» (Quantitas materiae est mensura ejusdem orta
ex illius densitate et magnitudine conjunctim).
Было высказано много соображений о том, каков смысл этого
определения, как его следует расценивать, не является ли оно порочным
кругом. Действительно, здесь количество материи определяется через
плотность. Но что такое плотность? Это количество материи в единице
объема. Таким образом получается порочный круг. Этого, конечно, не
мог не заметить Ньютон. По-видимому, дело в том, что понятие
количества материи не было новым понятием; им пользовались давно, оно
встречалось уже у Бэкона, затем у Гюйгенса и других философов и
ученых XVI—XVII вв. Развитие этого понятия было связано с развитием
воззрения на материю как на некий материал, из которого состоят все
вещи. Для картезианцев количества материи данного тела определялось
объемом его (за исключением, объемов «скважин», пронизываемых
материей, не связанной с данным телом). Для атомистов, считавших, что
все тела состоят из атомов и пустоты, и мысливших атомы абсолютно
плотными, количество материи тела определялось числом атомов этого
тела или представлялось как количество однородного «материала»,
заполнявшего все его атомы, если атомы не равновелики.
Ньютон примыкал к атомистам. Это следует из целого ряда его
высказываний. Так, например, в одном из «вопросов» «Оптики» Ньютон
писал: «При размышлении о всех этих вещах мне кажется вероятным,
что бог вначале дал материи форму твердых, массивных,
непроницаемых, подвижных частиц таких размеров и фигур и с такими свойствами
и пропорциями в отношении к пространству, которые более всего
подходили бы к той цели, для которой он создал их. Эти первоначальные
частицы, являясь твердыми, несравнимо тверже, чем всякое пористое
тело, 'составленное из них, настолько тверже, что они никогда не
изнашиваются и не разбиваются в куски. Никакая обычная сила не
способна разделить то, что создал сам бог при первом творении. Так как
частицы продолжают оставаться целыми, они могут составлять тела тай же
природы и сложения на веки. Если бы они изнашивались или
разбивались на куски, то природа вещей, зависящая от них, изменялась бы.
Вода и земля, составленные из старых изношенных частиц и их
обломков, не имели бы той же природы и строения теперь, как вода и земля,
составленные из целых частиц в начале. Поэтому природа их должна
быть постоянной, изменения телесных вещей должны проявляться
только в различных разделениях и новых сочетаниях и движениях таких
постоянных частиц; сложные тела могут разбираться не в середине
твердых частиц, но там, где эти частицы расположены рядом и только
касаются в немногих точках»1. Таким образом, можно полагать, что
под количеством материи, заключенным в единице объема, или
плотности, Ньютон понимал количество «материала», содержащегося в таком
объеме.
Однако свои атомистические воззрения Ньютон не излагает в
«Началах» и ограничивается лишь определением количества материи, ука-
И. Ньютон. Оптика, стр. 311.

128 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
зывая затем, как оно измеряется. Ссылаясь на свои опыты с
маятниками, Ньютон пишет, что количество материи тела пропорционально весу
и измеряется им. Затем он замечает, что это же количество
подразумевается в дальнейшем под названием «тело», или «масса». Здесь
впервые у Ньютона встречается термин «масса», которым он в
дальнейшем почти не пользуется, применяя термины «количество материи»
и «тело» 1.
Определив понятие количества материи, Ньютон определяет
понятие количества движения: «Количество движения есть мера
такового, происходящая от скорости и количества
материи совокупно» («Quanitas motus est mensura ejusdem orta
ex velocitate et quantitate materiae conjunctum»), то есть величина,
устанавливаемая пропорционально скорости и количеству материи.
Понятие количества движения, как мы видели, также не являлось
новым; этим понятием пользовались раньше и искали его меру.
Ньютон примыкает в этом вопросе к Декарту, уточняя принятую им меру
количества движения как произведения количества материи на
скорость.
Далее следует определение силы. Определив сначала силу
инерции, как способность тела сохранять свое состояние движения, Ньютон
вводит и определяет понятие «приложенной силы», то есть, собственно
силы: «Приложенная сила есть действие,
производимое на тело для изменения его состояния покоя или
равномерного прямолинейного движения». «Сила, —
подчеркивает Ньютон,— проявляется единственно только
в действии и по прекращению действия в теле не
остается». Таким образом, сила есть нечто постороннее для тела, что
изменяет его движение. Ньютон подчеркивает, что он отказывается от
обсуждения вопроса, что такое сила, какова ее природа и т. д. Он
пишет: «Происхождение силы может быть различным: от удара, от
давления, от центростремительной силы». И далее: «...я придаю тот же самый.
смысл названиям ускорительные и движущие притяжения и натиски.
Название же притяжение (центром), натиск или стремление (к центру),
я употребляю безразлично одно вместо другого, рассматривая эти силы
не физически, а математически, поэтому читатель должен озаботиться,
чтобы в силу таких названий не думать, что я ими хочу определить
самый характер действия или фактические причины происхождения этих
сил или же приписывать центрам (которые суть математические точки)
действительно и физические силы, хотя я и буду говорить о силах
центров и о притяжении центрами»2. Таким образом, понятие силы Ньютон
вводит как понятие, дающее возможность описать действие на тело,
результатом которого является изменение состояния его движения.
Величина центробежной силы, указывает Ньютон,
пропорциональна «количеству движения, которое производится в течение данного
времени». В последующем Ньютон подчеркивал, что силу можно измерять
и статически; что, например, «центростремительная сила распознается
по силе, ей равной и противоположной, которая могла бы
воспрепятствовать опусканию тела».
Таким образом, Ньютон впервые определяет физическое понятие
силы и устанавливает способы ее измерения.
1 Следует отметить, что перевод первого определения, выполненный А. Н.
Крыловым,— «Количество материи (масса)... и т. д.» — не является точным. Слово
масса добавлено самим переводчиком и у Ньютона в его определении не встречается.
2 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, пер. А. Н.
Крылова. Изв. Николаевск, морской акад., вып. IV и V. Пг., 1915—1916, стр. 29.

§ 26. Обоснование механики Ньютоном
129
Далее Ньютон переходит к определению понятий пространства и
времени. Он разделяет абсолютное и относительное время и
пространство, а также и движение. Абсолютное пространство и время, по
Ньютону, существуют независимо от чего-либо, безотносительно к чему-либо:
абсолютное время, или длительность, всегда течет равномерно,
абсолютное пространство остается всегда однородным и неподвижным. Ни
абсолютное время, ни абсолютное пространство не являются доступными
нашим чувствам. Эти понятия, по Ньютону, являются
«метафизическими». Доступны нашим чувствам относительное время и относительное
пространство; они являются мерой абсолютных. Относительное время
есть «мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни
вместо истинного математического времени (то есть
абсолютного.— Б. С), как-то: час, день, месяц, год»1. Относительное
пространство— ограниченная подвижная часть абсолютного пространства, его
мера, которая доступна нашим чувствам по положению его
относительно некоторых тел «и которое в обыденной жизни принимается за
пространство неподвижное: так, напр., протяжение пространств
подземного воздуха или надземного, определяемых по их положению
относительно земли»2.
Ньютоново абсолютное пространство и время есть прежде всего
объективные пространство и время, существующие независимо от
сознания человека. Однако абсолютное пространство и время, по Ньютону,
не формы существования материи, а длительность и вместилище для
материи. Их свойства не зависят от материи. Кроме того, они
недоступны нашим чувствам и измерениям; только относительное .пространство
и время доступны нашим чувствам и измерениям.
Несмотря на всю метафизичность представлений Ньютона о
пространстве и времени, они были тем не менее шагом вперед в истории
науки; они подводили итог развитию представления о пространстве и
времени в науке в рамках материалистического мировоззрения и
соответствовали состоянию науки того времени.
Соответственно разделению времени и пространства на абсолютное
и относительное Ньютон ,и движение делит на абсолютное и
относительное. Абсолютное движение есть движение относительно абсолютного
пространства и времени (то есть относительно абсолютной системы
отсчета); относительное движение — движение относительно
относительного пространства и времени (то есть относительно какой-либо
реальной системы отсчета). В отличие от абсолютного пространства и
времени, абсолютное движение, по Ньютону, в принципе определимо. Это
происходит потому, что абсолютное движение порождается и
изменяется силами, приложенными к самому телу, относительное же —
изменением движения других тел (то есть систем отсчета). Ньютон приводит
в подтверждение известный пример по определению абсолютного
вращения. Он описывает опыт с вращающимся ведром, в которое налита вода.
При вращении ведра вода изменяет свою поверхность; по изменению
поверхности воды можно судить, что вращается именно ведро, а не вся
вселенная вокруг ведра. Другой пример — это определение вращения
связанных шаров по натяжению веревки.
«Распознание истинных движений отдельных тел и точное их
разграничение от кажущихся весьма трудно, — пишет Ньютон, — ибо части
того неподвижного пространства, о котором говорилось и в котором
совершаются истинные движения тел, не ощущаются нашими чувствами.
1 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 30.
2 Там же.

130 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
Однако это дело не вполне безнадежное. Основания для суждений
можно заимствовать частью из кажущихся движений, представляющих
разности истинных, частью из сил, представляющих причины и
проявления истинных движений»1. Задачей науки, по Ньютону, и является как
раз нахождение истинных движений тел: «Нахождение же истинных
движений тел по причинам их производящим, по их проявлениям, и по
разностям кажущихся движений, и, наоборот, нахождение по истинным
или кажущимся движениям их причин и проявлений излагается
подробно в последующем. Именно с этою целью и составлено
предлагаемое сочинение»2.
Взгляды Ньютона на пространство, время, на абсолютное и
относительное движение продержались долгое время в физике. О том, как
они изменялись, будет сказано ниже при изложении истории
возникновения теории относительности.
Сформулировав основные понятия механики, Ньютон формулирует
ее основные законы.
Первый закон: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем
состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и
поскольку оно не принуждается приложенными силами изменять это
состояние».
Второй закон: «Изменение количества движения
пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той
прямой, по которой эта сила действует».
Третий закон: «Действию всегда есть равное и
противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух )тел друг на друга
между собой равны и направлены в противоположные стороны».
Далее Ньютон выводит ряд следствий из этих законов: правило
параллелограмма сил, закон сохранения центра тяжести и др., а также
применяет их к некоторым частным случаям. Полученные результаты
подтверждаются на опыте, тем самым подтверждаются и законы.
При этом Ньютон опирается на исследования своих
предшественников — Галилея, Гюйгенса и др., а также ,и на свои оригинальные опыты,
которые тут же описывает.
Установив основные понятия и законы движений, Ньютон затем
применяет их к решению задач механики и гидромеханики (первая и
вторая книги «Начал») и небесной механики (третья книга «Начал»).
Оценивая исследования Ньютона по механике, следует сказать, что
он завершил анализ механического движения, начатый Галилеем, ввел
основные понятия механики и установил основные законы движения.
При этом Ньютон резко разошелся с картезианцами. Картезианцы
включали в механику вопрос о взаимодействии, о происхождении
изменения механического движения, считая при этом, что всякое
взаимодействие должно в конечном счете сводиться к толчку или давлению.
Ньютон строил теорию механического движения, отказываясь от
исследования природы взаимодействия, отказываясь от физического анализа
причин, порождающих механическое движение или изменяющих его.
Для характеристики взаимодействия Ньютон ввел понятие силы как
причины, изменяющей движение тел. У него механика стала наукой, в
которой, по выражению Энгельса, «причины движения принимают за
нечто данное и интересуются не их происхождением, а только их
действиями»3. Введя понятие силы, Ньютон исключил фактически из
рассмотрения все другие, немеханические формы движения и свел задачу
1 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 35.
2 Там же.
3 Ф. Э н г е л ь с. Диалектика природы, стр. 58—59.

§ 27. Открытие закона всемирного тяготения 131
механики к нахождению движений по силам, или, наоборот,— к
нахождению действующих сил по движениям. Это было шагом вперед, ибо в
результате этого механика, претендующая у картезианцев объяснить
весь мир, превратилась объективно в собственно механику, то есть
науку об одной — механической форме движения материи.
§ 27. Открытие закона всемирного тяготения и начало борьбы вокруг
понимания этого закона
Главное применение система механики Ньютона нашла в его
теории движения небесных тел, основанной на открытом им законе
всемирного тяготения.
Проблема тяготения возникла в процессе развития астрономии и
механики. Схоласты, следуя Аристотелю, рассматривали тяжесть как
стремление тел к центру мира, то есть к центру Земли. Коперник,
отвергнув учение о Земле как о центре вселенной и поместив центр мира
на Солнце, считал, что «тяжесть есть не что иное, как естественное
устремление, которым божественное провидение творца миров одарила
части для сочетания и соединения их в единое целое в форме сферы.
Такое стремление свойственно, вероятно, Солнцу, Луне и прочим
блуждающим светилам, и благодаря его действию они сохраняют свою
очевидную шарообразность, несмотря на многообразие совершаемых ими
обращений» К
Дальше этих соображений Коперник не пошел. Он оставил
открытым вопрос о том, одинакова ли природа этих стремлений, этих
«тяжестей».
Кеплер обобщил измерения предшественников и свои собственные
и установил законы движения планет, известные под именем законов
Кеплера. И хотя, он не смог объяснить эти законы, тем не менее он
высказал ряд новых мыслей о тяготении.
Тяжесть, по Кеплеру, есть стремление между родственными телами
слиться воедино. Такое стремление действует между двумя камнями,
где бы они не находились. Подобного рода стремление простирается
через пространство. Если бы движение Земли и Луны не
поддерживалось какой-то силой, то они притянулись бы друг к другу.
В середине XVII в. идея о тяготении уже вполне созрела и стала
применяться для качественного объяснения движения планет. Так,
например, итальянец Борелли в 1666 г. писал: «Предположим, что планета
стремится к солнцу и в то же время своим круговым движением
удаляется от этого центрального тела, лежащего в середине круга. Если
обе противоположные силы равны между собой, то они должны
уравновеситься. Планета не будет в состоянии ни приблизиться к солнцу,
ни отойти от него дальше известных пределов, и в таком равновесии
будет продолжать свое обращение около солнца»2. Роберваль уже в
1644 г. считал, что все части материи взаимно притягиваются на
расстоянии.
К середине XVII в. относятся попытки механического объяснения
силы тяготения. Такую задачу ставила декартова космогония, а затем
целый ряд ученых. К этому же времени относится и начало будущей
горячей полемики в связи с вопросом о действии на расстоянии. Когда
Роберваль высказал идею о тяготении как свойстве материи, Декарт
1 «Николай Коперник». Сборник статей к четырехсотлетию со дня смерти.
Изд-во АН СССР, М.— Л., 1947, стр, 208.
2 Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. II. ОНТИ, М. — Л.,
1933, стр. 174.

132 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
выступил против. Он писал: «...чтобы понять это, нужно признать не
только то, что каждая частица материи в природе одушевлена, но что в
ней содержится множество душ, одаренных сознанием, что эти души
поистине божественны, ибо они могут знать, что происходит в
отдаленнейших от них местах, и там производить действие без посредства какой-
либо среды» 1.
По поводу зависимости силы тяготения от расстояния между
небесными телами также были высказаны предположения.
Кеплер высказал мысль, что между распространением света от
точечного источника и силой тяготения, как бы излучаемой
притягивающим центром, существует аналогия. Эта аналогия могла бы привести
Кеплера к правильной гипотезе о зависимости силы тяготения от
расстояния. Однако, полагая, что эта сила производит действие только в
плоскости орбиты планеты, он .неправильно заключил, что она убывает
прямо пропорционально расстоянию.
В 1645 г. французский астроном Буллиальд, основываясь на
подобной же аналогии, высказал уже правильную гипотезу, предположив,
что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Проблемой тяготения занимался Гук. Он утверждал, что между
всеми телами, в том числе и планетами и Солнцем, действуют силы
тяготения, зависящие от расстояния: чем меньше расстояние, тем
больше действие силы. Но «в какой степени это увеличение зависит от
расстояния, — писал Гук в 1674 г.,— это я еще не определил опытом.
Если преследовать эту идею, как она того заслуживает, то она
несомненно окажется очень полезной астрономам, дабы привести все
небесные движения к определенному правилу, чего полагаю иначе достичь
нельзя»2. В 1680 г. Гук в письме к Ньютону высказал предположение
о том, что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату
расстояния между центрами небесных тел.
В третьей книге «Начал» Ньютон анализирует движение
небесных тел — планет, Луны, спутников Юпитера — и устанавливает, что
их движения происходят под действием центральных сил, величина
которых обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Далее Ньютон рассматривает движение Луны и сравнивает
центростремительную силу, под действием которой движется Луна на
орбите, с силой тяжести на Земле. Расчеты показывают, что
центростремительное ускорение Луны на ее орбите равно gy где g—уско-
602
рение силы тяжести на Земле. Учитывая, что Луна удалена от центра
Земли примерно на 60 земных радиусов, Ньютон и делает вывод, что
центростремительная сила, действующая на Луну, если «ее (Луну. —
Б. С.) опустить до поверхности земли, становится равной силе
тяжести», значит «она и есть та самая сила, которую мы называем
тяжестью или тяготением»3.
Затем Ньютон обобщает полученный результат и заключает, что
все планеты тяготеют друг к другу и что сила тяготения обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Дальнейший шаг заключается в гом, что Ньютон высказал
положение, согласно которому сила тяготения, действующая на тело,
пропорциональна заключающемуся в нем количеству материи. Для
подтверждения этого положения Ньютон ссылается на то обстоятельство,
1R. Descartes. Oeuvres, t., IV, ed. Adam et Tannery, Paris, 1901,
p. 401.
2 Цит. по кн.: Н. А. Л ю б и м о в. История физики, ч. III, стр. 315.
3 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 459.

§ 27. Открытие закона всемирного тяготения
133
что ускорение тел на Земле не зависит от их веса, формы и
материала. Это возможно, очевидно, лишь в том случае, если вес тел (то есть
сила тяжести) пропорционален количеству материи (говоря
современным языком — массе). Факт пропорциональности силы тяжести и
массы Ньютон подтверждает опытом с маятниками: он сравнивает периоды
колебаний одинаковых по длине и форме маятников, груз которых
состоит из различных материалов. Эти периоды оказались равными.
Наконец, Ньютон обобщил выдвинутые положения и установил закон
всемирного тяготения, согласно которому все тела, большие и малые,
тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату
расстояния между ними и прямо пропорциональной их массам. С
помощью этого закона Ньютон объясняет движение небесных тел, а
также явление приливов и отливов.
Естественно, что при чтении книги Ньютона мог возникнуть
вопрос, какова природа сил тяготения? Почему все тела стремятся друг
к другу? Ньютон отказался решать его. «Довольно того, — писал он, —
что тяготение на самом деле существует и действует согласно
изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех
движений небесных тел и моря» К
Появление книги Ньютона «Математические начала натуральной
философии» было большим событием в научной жизни. Особенно
сильное впечатление производила теория движения небесных тел,
изложенная строгим математическим языком. Ничего подобного наука еще не
знала.
Однако наряду с восхищением у современников могло возникать
и чувство недовольства и недоверия к теории Ньютона. Конечно, эта
теория была первой теорией, дававшей количественное объяснение
движению небесных тел. В этом отношении она была несравненно
совершенней теории Декарта, которая имела чисто качественный
характер и не могла объяснить даже законов Кеплера.
Но зато в основах теории Декарта казалось все ясным. Ньютон же
ввел силу тяготения — свойство, которое казалась непонятным и
необъяснимым «механическими началами». Поэтому теория Ньютона,
несмотря на ее математическую безупречность, представлялась
построенной на непонятных и туманных принципах. Ученые же того времени,
находившиеся под большим влиянием Декарта, уже привыкли
отождествлять все, что не имело ясности и не могло быть объяснено
понятными механическими причинами, со схоластикой, с ее арсеналом
потаенных качеств, аппетитов, антипатий и т. п. Поэтому естественно, что
сила тяготения Ньютона, несмотря на оговорки автора о том, что он
не исследует физических причин ее, а лишь математически описывает
действие последней, показалась ряду ученых подозрительно
похожей на потаенное качество схоластов, а вся теория Ньютона —
возвращением в какой-то степени к перипатетическому мраку. Ученики
Декарта при этом следовали своему учителю, который, как мы видели,
очень резко отозвался о теории Роберваля, подчеркнув, что признание
тяготения равносильно анимизму, который был характерен именно для
перипатетической методологии.
Естественно, что уже после выхода «Начал» появилась критика
теории Ньютона, содержавшая более или менее прямое обвинение в
использовании потаенных качеств схоластиков. Так, например,
французский ученый Сорен писал, что нельзя признать тяжесть
«неотъемлемым свойством тел и возвращаться к осужденным идеям скрытых
И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 592.

134 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
свойств и тяготения. Не будем обольщаться, что в наших физических
изысканиях мы сможем преодолеть все трудности, но надо прекратить
философствования насчет ясных принципов механики, ибо, отступив от
них, мы потушим всякий свет и снова погрузимся в дебри
перипатетизма, от чего да хранит нас небо» К
Более осторожные и разумные картезианцы, в числе которых был
и Гюйгенс, приняли учение Ньютона о тяготении как правильную
гипотезу, пригодную для небесной механики, и попытались ее согласовать
с картезианскими представлениями о взаимодействии, то есть
построить теорию, подобную вихревой теории Декарта, из которой вытекал бы
закон тяготения для небесных тел. Однако такая постановка вопроса
вовсе не означала полного признания закона всемирного тяготения;
он признавался для небесных тел и даже для макротел, но это не
значит, что он признавался и для всех частиц материи, как угодно
малых. Гюйгенс, например, подчеркивал, что если можно объяснить
тяготение планет друг к другу на основе картезианских принципов, то
иначе обстоит дело с тяготением друг к другу мельчайших частиц
материи. «Причину такого притяжения, — писал Гюйгенс, — невозможно
объяснить каким бы то ни было механическим принципом или
законами движения». Если же предположить, что тяжесть является
неотъемлемым свойством материи, чего, по мнению Гюйгенса, не думал сам
Ньютон, то «такая гипотеза далеко увела бы нас от математических
или механических принципов»2 (то есть к потаенным качествам
схоластиков).
Итак, картезианцы либо отрицали возможность пользоваться
понятием силы тяготения, либо считали необходимым дать закону
всемирного тяготения объяснение; но существовало и противоположное
мнение, что такое объяснение невозможно. Этим мнением
воспользовались клерикалы, которые попытались использовать сложившуюся
ситуацию в науке для борьбы против материализма и безбожия и
особенно против картезианцев, не признававших в природе ничего, кроме
материи и движения, считавших, что человеческий разум способен
объяснить все явления природы механическими принципами, не
обращаясь к богу. Клерикалы толковали силу тяготения как свойство
материи, не имеющее механического объяснения, а значит, по их мнению,
и материалистического обоснования. Они утверждали, что сама
невозможность такого объяснения является доказательством существования
в природе нематериальных причин и начал, установленных богом.
Некто Бентли, ежегодно читавший проповеди, посвященные
опровержению материализма, даже выбрал темой одной из них учение
Ньютона о всемирном тяготении, толкуя это учение как оплот против
безбожия.
В такой обстановке подготавливалось второе издание «Начал»
Ньютона. Эта подготовка велась тем же Бентли, редактором издания
был Коте, профессор математики. Он написал свое предисловие к
этому изданию, в котором дал теологическое толкование учению Ньютона.
Используя слабости картезианской методологии и силу ньютоновой
теории, основанной на опыте, Коте выступил против допущения в науку
гипотез. Он подверг вихревую теорию Декарта критике и дал свое
толкование силы тяготения. Сила тяготения, по Котсу, — это изначальное
свойство материи, действие на расстоянии; нельзя искать для нее ме-
1 «Исаак Ньютон». Сборник статей к трехсотлетию со дня рождения, стр. 369.
2 Там же, стр. 368.

§ 27. Открытие закона всемирного тяготения
135
ханического объяснения, так как, ло его мнению, первые причины не
являются механическими. Сила тяготения — некое активное начало,
вложенное в материю творцом.
Выступая против механического толкования силы тяготения, Коте
выступал против материализма вообще, ибо в то время никакого
другого материализма, кроме механического, физики не знали;
картезианское же объяснение было равнозначно материалистическому
объяснению. В предисловии Коте буквально громил безбожников
картезианцев: «Из этого источника и проистекли все те свойства, которые мы
называем законами природы (речь идет о свободной воле божества.—
Б. С), в которых проявлено много величайшей мудрости, но нет и
следов необходимости. Поэтому эти законы надо искать не в
сомнительных допущениях, а распознавать при помощи наблюдений и опытов.
Если же кто возомнит, что он может найти истинные начала физики и
истинные законы природы единственно силою своего ума и светом
своего рассудка, тот должен будет признать или что мир произошел в силу
необходимости и что * существующие законы природы явились
следствием той же необходимости или же что мироздание установлено по
воле Бога, и что он ничтожнейший человечишко (homunculus) сам бы
предвидел все то, что так превосходно создано.
Всякая здравая и истинная философия должна основываться на
изучении совершающихся явлений, которое, если мы не будем
упорствовать, приведет нас к познанию тех начал, в коих с наибольшей
ясностью проявляются высочайшая мудрость и всемогущество всемуд-
рейшего и всемогущего Творца. Поэтому нельзя отвергать этих начал
в силу того, что некоторым людям они не нравятся. Эти начала можно
называть или чудесами, или скрытыми свойствами, как кому угодно, —
насмешливые названия не обращаются в недостатки самого дела. Или
же придется признать, что философия должна основываться на
безбожии»1.
Наконец, закл'ючает Коте, «теперь мы в состоянии ближе
рассматривать величие природы и, предаваясь сладостному созерцанию, в
^большей степени преклоняться и почитать Творца и Господа вселенной,
а это и есть истинный плод философии. Надо быть слепым, чтобы из
прекраснейшего и мудрейшего строения мира не усмотреть
величайшей мудрости и благости всемогущего Творца,-г-надо быть безумцем,
чтобы этого не признавать.
Поэтому превосходнейшее сочинение Ньютона представляет
вернейшую защиту против нападок безбожников и нигде не найти
лучшего оружия против нечестивой шайки, как в этом колчане»2.
Сам Ньютон ввел некоторые изменения во второе издание «Начал».
Так, Ньютон подчеркнул необходимость признания существования
силы тяготения и одновременно отказ от обсуждения ее причин. Ньютон
декларировал индуктивный метод познания как основной метод науки
и с некоторым пафосом отрекся от измышления гипотез, не выводимых
из опыта. В конце книги Ньютон писал: «Тяготение к Солнцу
составляется из тяготения к отдельным частицам его, и при удалении от
Солнца убывает в точности пропорционально квадратам расстояний
даже до орбиты Сатурна, что следует из покоя афелиев планет и даже
до крайних афелиев комет, если только эти афелии находятся в покое.
Причину же свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из
явлений, гипотез же я не измышляю (подчеркнуто мною. — Б. С). Все
1 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 18—19.
2 Там же, стр. 19.

136 Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою.
Гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым
свойствам не место в экспериментальной философии» К
Выход в свет второго издания «Начал» с предисловием Котса и с
изменениями Ньютона еще больше обострил обстановку. Развернулась
еще более острая борьба между картезианцами и последователями
учения Ньютона, которых становилось все больше и больше.
§ 28, Мировоззрение Ньютона. Роль Ньютона в развитии физики
Мировоззрение Ньютона отражало противоречия буржуазной
революции в Англии.
Ньютон был враг схоластики, бесплодной и оторванной от
действительности. Он был за научное познание природы, за науку, которая
способна приносить практическую пользу, способствовать развитию
промышленности, торговли и т. д. Но, с другой стороны, Ньютон был
глубоко религиозен; он писал книги на богословские темы, включал
теологические поучения в свои научные сочинения и верил, что
познание природы не только приносит практическую пользу, но и приводит
к познанию всемогущего божества.
Ньютон признавал существование объективного мира, в котором
действуют непреложные законы необходимости, для раскрытия
которых он так много сделал. Однако он признавал и существование
бога — творца и управителя вселенной, и нельзя сказать, чтобы бог у
Ньютона был лишь простым теологическим привеском. Солнечная
система, по Ньютону, не могла возникнуть сама собой; необходим был
первый толчок, который был дан богом: «Наука все еще глубоко
увязает в теологии, — писал Энгельс по поводу взглядов Ньютона. — Она
повсюду ищет и находит в качестве последней причины толчок извне,
необъяснимый из самой природы»2.
Бог у Ньютона был не только творцом, но и управителем
вселенной. «Сей (то есть бог. — Б. С.) управляет всем не как душа мира,—
писал Ньютон, — а как властитель вселенной, и по господству своему
должен именоваться Господь Бог Вседержитель»3.
Ньютон не признавал ни сохранения количества движения в
природе, как Декарт, ни сохранения сил, как Лейбниц. В одном из
«вопросов» «Оптики» Ньютон специально высказался на эту тему: «Мы
видим поэтому, что разнообразие движений, которое мы находим в
мире, постоянно уменьшается и существует необходимость сохранения и
пополнения его посредством активных начал, — такова причина
тяготения, при помощи которого планеты и кометы удерживают свои
движения в орбитах и тела приобретают большое движение при
падении» 4.
Еще более определенно писал об этом последователь Ньютона
английский ученый Кларк. В одном из своих писем Лейбниц писал
Кларку, что Ньютон и его сторонники ошибаются, полагая, что
движение в природе не сохраняется само собой, что оно непрерывно
растрачивается и бог должен его пополнять. Это мнение безбожно, ибо
согласно ему бог подобен плохому часовщику, построившему часы,
которые нужно непрерывно чистить, ремонтировать и заводить. Кларк
возражал Лейбницу, считая, наоборот, безбожным мнение Лейбница. Бог,
1 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 591.
2 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 7.
3 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 589.
4 И. Ньютон. Оптика, стр. 310.

§ 28. Мировоззрение Ньютона
137
по Кларку, должен быть признан не только творцом вселенной, но и
ее управителем, непрерывно поддерживающим в ней порядок и
движение, которые сами по себе не сохраняются. Мнение же о том, что
мировые часы (то есть вселенная) могут двигаться сами собой,
равносильно изгнанию бога из природы и ведет к материализму и
безбожию К
Ньютон отдавал дань теологии и в других научных вопросах. Так,
теологический характер имели его некоторые мысли о тяготении.
Ньютон не считал, что сила тяготения может передаваться через
абсолютную пустоту. В письме к Бентли он писал: «Предполагать, что
тяготение является существенным, неразрывным и врожденным свойством
материи, так что тело может действовать на другое на любом
расстоянии в пустом пространстве, без посредства чего-либо передавая
действие и силу, — это, по-моему, такой абсурд, который немыслим ни для
кого, умеющего достаточно разбираться в философских предметах.
Тяготение должно вызываться агентом, постоянно действующим по
определенным законам. Является ли, однако, этот агент материальным или
не материальным, решать это я предоставил моим читателям»2. Сам
Ньютон, по-видимому, полагал, что агент, вызывающий притяжение
тел, является нематериальным.
Современник Ньютона Грегори в своих записях сообщает3, что
Ньютон отрицает пустое пространство. Все пространство, по его
мнению, заполнено богом, оно является его своеобразным чувствилищем
и бог является причиной тяготения и его регулятором. Вольтер писал
о мировоззрении Ньютона: «Вся философия Ньютона необходимо
приводит к признанию высшего существа, которое все создало и все
свободно устроило. Так, если, по Ньютону (и согласно рассудку), мир
конечен и существует пустота, то материя следовательно не
существует как необходимость, а появилась вследствие некой свободной
причины. Если материя, как доказано, обладает тяготением, она не
тяготеет по своей природе. Тяготение она получила от бога. Если планеты
совершают движения по данному направлению без трения, в
пространстве, следовательно рука их создателя управляет их течением
абсолютно свободно»4.
В вопросах теории познания Ньютон следовал своему
предшественнику Бэкону. Подобно Бэкону, он ставил индукцию на первое место.
Рассуждая о методе познания, Ньютон в «Оптике» писал: «Как в
математике, так и в натуральной философии исследование трудных
предметов методом анализа всегда должно предшествовать методу соединения.
Такой анализ состоит в производстве опытов и наблюдений,
извлечении общих заключений из них посредством индукции и
недопущении иных возражений против заключений, кроме полученных из опыта
или других достоверных истин»5.
Ньютон не отрицал необходимости дедуктивных умозаключений в.
науке, но ставил их на второе место. Сначала индукция, которая
приводит к установлению принципов общих положений, а затем с
помощью дедукции объяснение частных явлений природы. При этом
принципы или общие положения вовсе не являются последними,
исчерпывающими, не требующими дальнейшего объяснения. «Вывести два или
1 См. переписку Лейбница с Кларком (G. Leibnitz. Die philosophischen Schrif-
ten. Herausgegeben von Gerhardt, B. VII. Berlin, 1890, S. 352 и далее).
2 С. И. В а в и л о в. Исаак Ньютон, стр. 147.
3 Там же, стр. 14(8.
4 F. Voltaire. Elements de la philosophie de Newton. Londres, 1844, pp. 6—7,
5 И. Ньютон. Оптика, стр. 314.

138
Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики
три общих начала движения из явлений и после этого изложить,
каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из
этих явных начал, — было бы очень важным шагом в философии, хотя
бы причины этих начал и не были еще открыты» К Таков должен быть
метод естествознания по Ньютону.
Подобно Бэкону, Ньютон резко восставал против безудержных
спекуляций в науке. И если Бэкон был противником перипатетических
измышлений, то Ньютон был также противником и картезианских
спекуляций. Выступая против спекуляций в науке, Ньютон отрицал
гипотезу вообще, изрекая: «Гипотез я не измышляю».
Однако в этом он был непоследователен: в своей научной
деятельности он сочетал и индукцию, и дедукцию и выдвигал немало гипотез.
В «Оптике» почти вся третья книга посвящена рассмотрению гипотез
но разным вопросам*физики. В «Началах», определяя количество
материи, Ньютон заведомо пользуется атомистической гипотезой, хотя
и не говорит об этом.
В своих сочинениях и письмах Ньютон уделял немалое место
гипотезам. И прав С. И. Вавилов, когда он пишет, что «Ньютон...
показал себя блестящим мастером гипотез, несомненно превосходившим и
в этом искусстве большинство своих современников»2. Добавим, что
Ньютон «измышлял» гипотезы не только физические или химические
и т. д., но и «метафизические», к числу которых относится и его
гипотеза о пространстве как чувствилище бога, о боге — регуляторе
тяготения и др.
Но Ньютон всегда строго отделял то, что казалось ему
бесспорным, выведенным из опыта с помощью индукции, от предполагаемого,
не подкрепленного опытом, от гипотез, которые можно оспаривать.
Требуя от науки результатов, полезных для практики, Ньютон и в
самой науке обнаруживал практический подход, который выражался у
него в различном отношении и резком разграничении того, что можно
было считать установленным, от предположений, которые не могли
быть немедленно использованы для объяснения явлений природы.
Этот научный практицизм Ньютона был связан с практицизмом
его общих взглядов на жизнь и являлся выражением идеологии
английской буржуазии, ставившей «дело» превыше всего. С другой стороны,
этот практицизм выражал его боязнь принципиальных научных споров,
непосредственно связанных с общими философскими и религиозными
проблемами, споров, которые были опасны в той политической
обстановке, которую переживала Англия.
Ньютон сыграл исключительно важную роль в истории физики.
Он появился тогда, когда, с одной стороны, воззрение схоластов на
природу и вся перипатетическая методология были безвозвратно
дискредитированы, а с другой стороны, добившись победы, картезианская
методология и принципы физики Декарта начали уже обнаруживать
свои слабости и требовали замены; эту замену и произвел Ньютон.
Ньютон отказался от построения натурфилософии — всеобъемлющей
картины вселенной, он отказался от установления «последних причин»
и от попыток строить какую-либо априорную систему представлений
о самых общих свойствах материи и движения. Ньютон развил свой
метод физического исследования, опирающийся на опыт,
ограничивающийся фактами и не претендующий на познание последних причин.
Этот метод был развитием, конкретным применением к физике учения
1 И. Н ь ю т о н. Оптика, стр. 312.
2 С. И. В а в и л о в. Исаак Ньютон, стр. 101.

§ 28. Мировоззрение Ньютона
139
Бэкона. Этот метод был необходим и наибольшим образом
соответствовал состоянию науки того времени.
Ньютон подвел итоги развития физики, сформулировал основные
представления и основные законы механики, сделал крупнейшие
открытия в оптике и наметил дальнейшие пути ее развития. Он
определил направление развития всей физической науки. Таким образом,
Ньютон завершил период образования физики как самостоятельной
науки, окончательно отделил ее от натурфилософии, сформулировав ее
метод на данном этапе, и наметил программу ее дальнейшего развития.
«До восемнадцатого века никакой науки не было, — писал Энгельс в
одном из своих сочинений, — познание природы получило свою научную
форму лишь в восемнадцатом веке или, в некоторых отраслях,
несколькими годами раньше. Ньютон своим законом тяготения создал научную
астрономию, разложением света — научную оптику, теоремой о биноме
и теорией бесконечных — научную математику и познанием природы
сил — научную механику» К
Оценивая учение Ньютона и рассматривая его дальнейшую
судьбу, нужно иметь в виду два следующих обстоятельства. Во-первых,
что естественнонаучные представления Ньютона и его метод были
последовательным выражением метафизического представления о природе
в науке. Неизменная солнечная система, недоступное чувствам
абсолютное пространство и время — косная материя, единственно
«врожденной силой» которой является инерция, провозглашение индуктивного
метода, отречение от гипотез — все это и представляет собой
последовательное выражение метафизического взгляда на природу.
Во-вторых, что метафизические стороны учения Ньютона — метафизическая
методология, метафизические взгляды на материю и движение, на
пространство и время и др. — обусловливали половинчатость его в
отношении религии, в результате чего учение Ньютона значительно легче,
чем учение Декарта, уживалось с религией; не случайно, конечно, что
это учение было использовано английскими клерикалами в борьбе
против материалистов и атеистов.
Перечисленные два обстоятельства определили то, что учение
Ньютона было восторженно принято в Англии и вызывало критику во
Франции, где особенно сильно было картезианство. И это вполне
понятно. Все учение Ньютона, с одной стороны, неизменно практичное,
а с другой стороны, допускавшее существование бога, не могло не
импонировать идеологии господствующих классов в Англии, которые
утвердились после революции. Иначе дело обстояло во Франции, где
XVIII век был веком подготовки классовых битв буржуазии, где
буржуазия шла на бой за свое господство не с религиозными лозунгами,
а с атеистическими. Здесь учение Ньютона было признано не сразу,
да и то только после того, как оно было в значительной степени
очищено от теологических элементов, особенно под влиянием французских
просветителей XVIII в. и французских материалистов.
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 1, стр. 599.

Раздел третий
ПЕРИОД НЕВЕСОМЫХ (XVIII век)
ГЛАВА 8
ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРИОДА
§ 29. Характеристика исторических условий; технический прогресс
XVIII век характеризуется дальнейшим развитием мануфактуры.
Создаются условия для перехода к машинному производству, который
уже во второй половине XVIII в. осуществился в Англии, где он
протекал особенно бурно, вылившись в техническую революцию,
вызвавшую известный промышленный переворот в Англии. Вслед за Англией
Рис. 40. Прядильная машина Харгривса
процесс перехода от мануфактуры к машинному производству
начинается и в других странах Европы, а также и в США.
Переход к машинному производству означал прежде всего
широкое применение в промышленности рабочих машин, то есть таких
машин, в которых операции, производившиеся раньше руками рабочего,
стали выполняться механизмами.
Массовое применение рабочих машин началось в текстильной
промышленности Англии. Еще в 30-х годах Кэй изобрел летучий челнок,.

§ 29. Характеристика исторических условий 141
.а в 60-х годах Харгривсом и Хайсом была создана механическая
прялка (рис. 40). В текстильном производстве начали применяться и другие
машины. Так, например, русский механик Р. Глинков построил в 1760 г.
в городе Серпейске на своей прядильной фабрике гребнечесальную и
многоверетенную прядильную машины (рис. 41).
Механизация начала проникать и в другие отрасли
промышленности. Так, например, в металлообрабатывающей промышленности стали
применять станки для расточки цилиндров. Важным изобретением в
этой отрасли промышленности был суппорт для токарного станка,
который заменил руку рабочего. Впервые суппорт применил механик
Пет{Уа I А. Нартов еще в начале XVIII в. Однако широко в обиход
суппорт начал входить в самом конце XVIII и начале XIX в.
Распространение механизации сопровождалось развитием
фабрично-заводской системы. В 1771 г. англичанин Аркрайт,
воспользовавшись изобретением механической прялки, построил механическую пря-
Рис. 41. Схема устройства прядильно-чесальной машины Глинкова
дильню с большим числом веретен, приводимых в движение одним
водяным двигателем. Это был новый тип промышленного предприятия, в
котором обеспечивалась ритмическая работа всех механизмов и машин.
В России такого рода предприятие, уже не в текстильной
промышленности, создал механик К. Фролов. В 60-х годах он построил на
алтайских рудниках механизированное предприятие с центральным
двигателем. Водяной двигатель при помощи приводов и трансмиссий
приводил в движение систему машин для толчения и промывки руды.
С помощью этого двигателя приводился в движение и
внутризаводской транспорт К
Широкое применение в производстве машин со все более
усложняющимися механизмами, а также развитие фабрично-заводской
системы, при которой один двигатель приводит в движение много машин,
•ставили новые проблемы перед механикой и стимулировали ее
дальнейшее развитие.
Быстрыми темпами идет развитие металлургической
промышленности. Увеличивается количество выплавляемого металла, особенно
чугуна и стали. Совершенствуется технологический процесс получения
этих металлов. Так, в XVIII в. был изобретен способ выплавки чугуна
на каменном угле. Был получен новый способ превращения чугуна в
1 См. В. В. Данилевский. Русская техника. Ленинградское газетно-жур-
нальное и книжное издательство, 1948, стр. 286.

142 Глава 8. Характеристика периода (XVIII в.)
железо и сталь и т. д. Развитие металлургии привело к исследованию-
химических реакций, происходящих при производстве металла, что
стимулировало развитие химии, а также, как мы увидим дальше, и
исследования в области теплофизики.
Рис. 42. Схема машины Сэвери Рис. 43. Машина Ньюкомена
котла В пар через трубку D и кран с поступает в резервуар 5 (рис. 42)
и вытесняет из него воду через клапан а и трубку А. После этого
резервуар 5 отключают от котла и охлаждают водой, поступающей из Е через*
кран е. Пар конденсируется в резервуаре, в результате чего по трубке Р
вода всасывается и через клапан Ъ поступает в резервуар 5, откуда затем
будет снова вытесняться паром по трубке А.
В 1705 г. английский кузнец Ньюкомен сконструировал более
совершенную машину. Она работала следующим образом: пар поступал
в цилиндр с поршнем и своим давлением поднимал его в верхнее
положение (рис. 43). Затем кран закрывался, разобщая тем самым
цилиндр и паровой котел, и в цилиндр впрыскивалась холодная вода. Пар
конденсировался, и под действием атмосферного давления поршень
опускался вниз, а левое .плечо коромысла поднималось вверх; при этом
и производилась работа. Затем процесс повторялся. При всем своем
несовершенстве машина Ньюкомена быстро получила довольно
широкое применение в горной промышленности для откачки воды из шахт.
В дальнейшем она была усовершенствована; однако принцип ее дей-.

§ 29. Характеристика исторических условий
143
ствия не изменился. Машина Ньюкомена не решала полностью
проблемы двигателя; она имела чрезвычайно низкий коэффициент полезного
действия, работала толчками и имела ограниченную применимость —
лишь для приведения в действие насосов, в связи с чем и получила на-
звание огнедействующего насоса.
Первую паровую машину непрерывного действия построил
русский изобретатель Иван Иванович Ползунов (1728—1766)
в 1765 г.
Машина Ползунова (рис. 44—45) имела два цилиндра А и В с
поршнями а и Ъ. Движение поршней передавалось посредством штоков
Рис. 44. Модель машины Ползунова Рис. 45. Схема
действия паровой
машины Ползунова
и цепи шкиву Я. Вращаясь попеременно то по часовой стрелке, то
против, шкив Я с помощью цепей поднимал и опускал деревянные
бруски d\ и d2, имевшие «ладони» 1\ и /2. Поднимаясь вверх, «ладони»
ударяли серповидный маятник / и перекидывали его с одной стороны на
другую, поворачивая при этом колесо g, которое, в свою очередь,
вращало колесо h.
Когда колесо h вращалось то в одну, то в другую сторону,
соответствующим образом поворачивался и кран /, соединяя через трубки

144
Глава 8. Характеристика периода £XVIII в.)
С\ и с2 паровой котел Р по очереди с цилиндрами А и В. В это же
время колесо g осуществляло поочередное впрыскивание воды в цилиндры
для конденсации пара. Холодная вода из верхнего резервуара Т по
трубе R поступала к крану т, который при вращении колеса g
соединял ее попеременно с трубками, по которым и впрыскивалась вода
в цилиндры.
В тот момент, когда серповидный маятник находился слева, пар
по трубке с\ поступал в цилиндр А и поднимал поршень вверх. В это
время в цилиндр В впрыскивалась холодная вода, и поршень Ъ
опускался под действием атмосферного давления и совершал работу,
вращая шкив Я. Но одновременно с поршнем а поднимался и брус du
и когда он достигал
определенного положения, «ладонь»
U ударяла маятник / и
перекидывала его направо. С
этого момента доступ пара в
цилиндр А прекращался, и он
начинал поступать в цилиндр В.
Холодная же вода, наоборот,
начинала впрыскиваться в
цилиндр А. Поршень а
опускался и совершал работу. Таким
образом в машине Ползунова
осуществлялось
автоматическое пароводораспределение и
машина работала непрерывно,
имея на шкиве непрерывное
усилие.
Машина Ползунова была
испытана в 1766 г. уже после
смерти изобретателя. Она успешно работала три месяца, после чего с ней
произошла авария. Хотя эту аварию легко можно было исправить, тем не
менее этого сделано не было. Машина Ползунова была заброшена и
забыта.
В истории изобретения паровой машины решающий шаг был
сделан англичанином Джемсом Уаттом (1736—1819). Уатт начал
с усовершенствования машины Ньюкомена. Работая в этом
направлении, он и пришел к созданию паровой машины непрерывного действия
(рис. 46). Патент на свое изобретение Уатт взял в 1784 г. В
машине Уатта рабочий ход совершался уже не под действием
атмосферного давления, а под действием пара, который впускался в цилиндр
то с одной, то с другой стороны поршня. Дальнейшее конструктивное
усовершенствование паровой машины пошло быстрыми темпами.
Начиная с 80-х годов паровая машина начала получать все большее и
большее применение в практике, вытесняя водяной двигатель.
Применение пара в качестве двигательной силы сыграло большую
роль в развитии физики, а именно в развитии учения о теплоте.
Однако нужно иметь в виду, что это относится уже к XIX в.
Рис. 46. Паровая машина Уатта
§ 30. Характеристика исторических условий (продолжение)
XVIII век был веком дальнейшего укрепления и распространения
капитализма. В Англии и Голландии — странах с уже
установившимися капиталистическими порядками — в связи с переходом к машинному
производству капитализм вступал в зрелую стадию своего развития.

§ 30. Характеристика исторических условий
145
Во Франции назревала буржуазная революция, которая разразилась
в конце XVIII в. и расчистила путь для капиталистического развития
этой страны. В других странах Западной Европы, хотя и медленней,
чем во Франции, также назревали противоречия между
развивавшимися .буржуазными отношениями и феодальным строем. В России,
после реформ Петра I, в XVIII в. начинают появляться элементы
капиталистического производства. В Америке в результате войны за
независимость образовалось новое, буржуазное государство —
Соединенные Штаты Америки.
Различие в экономическом и политическом состоянии европейских
стран, а также Америки обусловило различие и в развитии
политических, религиозных, философских и других идей в этих странах, что
вместе с особенностями экономического положения определяло
особенности развития науки в них, в том числе и физики.
В Англии после 1688 г. буржуазия, по выражению Энгельса,
«стала скромной, но признанной частью господствующих классов
Англии» К Буржуазия была в основном довольна политикой английского
правительства, предоставлявшего ей широкие возможности для
наживы. Кроме того, буржуазия теперь все с большей и большей остротой
чувствовала необходимость подавления широких народных масс,
эксплуатируемых ею. В этом отношении она рассчитывала на
правительство. Таким образом, английская буржуазия в своем большинстве
была не революционна, а контрреволюционна и поддерживала политику
правительства. Английская буржуазия по-прежнему была религиозна
и ненавидела атеизм. В связи с этим становится ясным, что в Англии
в XVIII в. была благоприятная почва для идеализма. И действительно,
Англия, несмотря на то что ей принадлежат такие крупные
представители материализма, как Джон Толанд (1760—1822),
Джозеф Пристли (1733—1804), становится оплотом идеализма.
Именно в это время в Англии развивали свои учения Джордж Беркли
(1684—1753)—один из родоначальников субъективного идеализма, и
Давид Юм (1711 —1776)—виднейший основоположник
агностицизма.
Если английский буржуа, с одной стороны, был религиозен и
склонен к поповщине, то, с другой стороны, — он делец,
предприниматель, руководитель быстро развивающейся капиталистической
промышленности. Он, в отличие от средних веков, не мог, веря в чертей, духов
и чудеса, не верить одновременно в науку и не ценить ее. Без
естествознания нельзя было руководить фабрикой, совершать путешествия по
морям, вести грабительские колониальные войны и т. д. Поэтому
религиозное ханжество уживалось с признанием науки и пользы от нее.
Это положение получило свое выражение, в частности, в том, что
идеализм в Англии в XVIII в. принял по сравнению с идеализмом
средних веков новую наукообразную форму. Он учитывал достижения
естествознания и, в отличие от идеализма схоластов, не только не
отрицал роль опыта в познании, но, наоборот, считал опыт единственным
источником познания. Но в противоположность материализму Беркли
и Юм отрицали, что в основе опыта лежит объективная реальность, что
с помощью опыта мы познаем действительно существующий мир.
Беркли прямо отвергал существование объективного мира, материи и
утверждал существование бога и человеческого духа. Юм сомневался
в истинности нашего познания, в том, существует ли что-либо, кроме
наших ощущений. «Агностик, — пишет Ленин, — говорит: не знаю, есть
1 JK. МарксиФ. Энгельс. Соч., т. XVI, ч. II, стр. 298.

146
Глава 8. Характеристика периода (XVIII в.)
ли объективная реальность, отражаемая, отображаемая нашими
ощущениями, объявляю невозможным знать это... Отсюда — отрицание
объективной истины агностиком и терпимость, мещанская,
филистерская, трусливая терпимость к учению о леших, домовых, католических
святых и тому подобных вещах» К
Агностицизм Юма был определенным развитием английского
эмпиризма; именно английский эмпиризм из-за его боязни
теоретического мышления привел к идеализму Беркли и Юма. Если Бэкон,
родоначальник английского материализма, рекомендовал только
привязывать к разуму свинцовые гири, но не сомневался в возможностях
познания и самого существования природы, если Ньютон только
отрекался от гипотез, то их потомки пришли к отрицанию возможности
познания природы, к отрицанию или сомнению в существовании
объективного мира.
Во Франции развитие общественной мысли протекало иначе, чем
в Англии. В течение XVIII в. во Франции нарастал антагонизм между
господствующими сословиями дворянством и духовенством, с одной
стороны, и третьим- сословием — с другой. В третье сословие входила
и буржуазия, игравшая все большую и большую роль в
экономической жизни страны.
Народные массы терпели жесточайшую эксплуатацию и
ненавидели феодальный абсолютна ский режим. Все третье сословие
страдало от феодальных порядков, абсолютной монархии, безрассудной
политики королевского двора и неспособности правительства разрешить
внешние и внутренние трудности, стоявшие перед страной. От имени
всего третьего сословия выступали идеологи буржуазии, выражая свое
отрицание существующего и устремление к новым учениям в области
политики, религии и философии.
Передовые мыслители Франции были против абсолютизма, за
«справедливое» государство. Рассматривая религию как оплот
господствующих классов, они бичевали суеверие, религиозные
предрассудки; опровергая веру, они провозглашали разум, атеизм. В области
философии они были материалистами. «Тем временем материализм
перекочевал из Англии во Францию, — писал Энгельс, — где он застал
вторую материалистическую философскую школу, вышедшую из
картезианской философии, с которой он и слился»2. Франция дала миру
именно в этот период французских просветителей — Вольтера и Руссо,
и французских материалистов — Дидро, Ламетри, Гольбаха и др. Они
расшатывали идеологические устои феодализма, под их влиянием
материализм и атеизм распространились среди образованных людей, их
политические учения дали лозунги, с которыми французский народ
пошел на штурм феодализма.
Таким образом, в отличие от Англии, в которой философия в
XVIII в. характеризуется усилением идеализма, во Франции, наоборот,
развивается передовая для того времени материалистическая
философия французских материалистов.
Учение французских материалистов оказало положительное
влияние на развитие науки во Франции, в частности и физики. Однако это
влияние сказалось на развитии науки особенно сильно в первой
половине XIX в., поэтому более подробно мы скажем об этом ниже.
Германия в экономическом и политическом отношениях была в то
время отсталой страной. Политически она была раздроблена на мно-
1 В. И. Ленин. Соч., т. 14, стр. 115.
2 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. XVI, ч. II, стр. 299.

§ 31. Общая характеристика развития физики в XVIII веке 147
жеств'о отдельных феодальных государств и княжеств, в которых царил
грубый произвол князей и государей. Германские государства были
в основном аграрными со слаборазвитой промышленностью, однако
и здесь уже развивался капиталистический уклад. Германская
буржуазия была слаба политически, лишена революционных устремлений и
характеризовалась верноподданническими чувствами, трусостью,
ханжеством, покорно сносила гнет курфюрстов, князей и дворян.
В этих условиях господствующее мировоззрение в Германии не
могло, конечно, иметь передовой, материалистический характер. В
философии в середине XVIII в. господствовала школьная философия
Вольфа. Христиан Вольф (1679—1754), будучи учеником
Лейбница, в своих многочисленных трудах усилил реакционные и
метафизические стороны идеалистического учения Лейбница, упростил его и
выхолостил все прогрессивные элементы в нем. Философия Вольфа
представляла собой метафизическую схему, высшим принципом
которой было отрицание противоречий в вещах и явлениях. Вольф был не
только философом, но и естествоиспытателем; он написал множество
сочинений по всевозможным вопросам науки и создал своеобразную
энциклопедию наук, имевшую резко выраженный метафизический
характер. «Вольф был более энциклопедической, чем систематической
головой, и единство учения заключалось для него только в форме
полноты. Он довольствовался чем-то вроде шкафа, где полки прекрасно
расположены, превосходно заполнены и снабжены четкими надписями.
В таком роде построена и его Энциклопедия философских наук»1,—
писал о Вольфе немецкий поэт Генрих Гейне. В своей философии и
энциклопедии наук Вольф примирял науку и религию, научные знания
и плоскую телеологию, «согласно которой кошки были созданы для
того, чтобы пожирать мышей, мыши, чтобы быть пожираемыми
кошками, а вся природа, чтобы доказывать мудрость творца» 2.
Во второй половине XVIII в. в Германии появилась новая
философская система — система Канта. Однако учение Канта сказалось на
развитии физики позднее.
В XVIII в. начинается развитие естествознания в России. Вместе
с этим развивается и материалистическая философия. Об этом см.
ниже, в главе о Ломоносове.
§ 31. Общая характеристика развития физики в XVIII веке
Материальная практика определяла и содержание и характер
развития физических наук в XVIII в.
Под непосредственным влиянием насущных технических задач
развивается механика, включая и механику жидкостей, а также
оптика. Причем первая достигает в этот период новых блестящих успехов.
Новые практические потребности стимулируют развитие новых
разделов физики. Именно с XVIII в. начинает развиваться учение о
теплоте, а также учение об электричестве и магнетизме. Таким
образом, физика в XVIII в. включает все основные разделы классической
.физики.
Однако практика еще не ставила перед наукой задач изучения
процессов, при которых происходит превращение одних форм
движения в другие. Да и сама физика еще не была готова к этому: прежде
1 Г. Гейне. Поли. собр. соч., т. 7. «Academia», M. — Л., 1936, стр. 81.
2 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 7.
10*

148
Глава 8. Характеристика периода (XVIII в.)
нужно было изучить эти формы движения в отдельности. Поэтому
такие физические явления, как механическое движение, свет, теплота,
электричество и магнетизм, изучались большинством физиков вне связи
друг с другом.
Далее, физика, выделившись из натурфилософии, отказалась от.
построения единой картины мира. Она ограничила себя главным
образом тщательным количественным изучением отдельных явлений,
расчлененным познанием природы, установлением экспериментальных
фактов, частных закономерностей. Этому способствовала философия того
времени, метафизически ограниченная, закрепившая метафизический
взгляд на окружающую действительность, и особенно философия
Вольфа — наиболее последовательное выражение метафизического
мировоззрения. Эмпирическим устремлениям физиков способствовала
также философия Беркли и Юма и вообще английский эмпиризм,
провозглашавший индуктивный метод и воспитывавший боязнь
теоретического мышления.
На развитие физики в XVIII в. оказало существенное влияние
наследство, полученное ею от предыдущего периода, и особенно
учение Ньютона. Больше того, развитие физики в XVIII в. с внешней
стороны представляется именно развитием идей Ньютона, выполнением
завещанной им программы. Конечно главную роль здесь сыграло то
обстоятельство, что идеи Ньютона и его учение в основном
соответствовали общей линии развития физики в рассматриваемый период.
Как мы уже говорили выше, после появления «Начал» Ньютона
вокруг понимания силы тяготения развернулась борьба, которая
особенно усилилась после выхода второго издания этой книги.
Картезианцы, отрицавшие «изначальный» характер силы
тяготения, направили свои усилия на построение механических теорий
тяготения, в которых сила тяготения объяснялась с помощью различного
рода движений тонких жидкостей. Такие теории начиная с Гюйгенса
строили многие ученые-картезианцы.
Еще в 1728 г. Парижская академия наук присудила премию
петербургскому академику Бильфингеру за работу, посвященную
механической теории тяготения, в которой он между прочим писал, что «надо
испробовать все, прежде чем отказаться от вихрей» К Картезианцы
придавали вопросу построения механической теории тяготения огромное
значение. Секретарь Парижской академии наук Фонтенель в 1728 г.
заявил: «Вопрос стоит так: если падет теория вихрей под ударами
ньютонианства, то придется принять тяготение, заключающее в себе
столь же большие трудности, хотя и обладающее внешними
преимуществами» 2.
Последователи Ньютона отрицали возможность построения теории
тяготения и признавали существование тяготения не только между
планетами, но и между любыми материальными телами вплоть до атомов.
Правда, те, кто близко примыкал по духу к Ньютону, не отрицали,
вообще говоря, возможности построения теории, объясняющей силу
тяготения, однако, как и их учитель, отказывались создать такую
теорию. Другие, следуя Котсу, провозглашали тяготение неотъемлемым
изначальным свойством материи, считая, что сама постановка вопроса
о причинах тяготения бессмысленна и даже безбожна.
Учение Ньютона с каждым годом получало все новые и новые
подтверждения; наоборот, попытки построить вихревую теорию или какую-
либо подобную ей теорию тяготения оказались бесплодны. Дольше*
1 «Исаак Ньютон». Сборник статей к трехсотлетию со дня рождения, стр. 377.
2 Там же.

§ 31 .'Общая характеристика развития физики в XVIII веке 149
всего держались на позициях картезианства французские ученые.
В 20-х годах Вольтер констатировал наличие двух противоположных
лагерей среди ученых и философов по основным вопросам физики и
космогонии. Он писал, что «француз, приехавший в Лондон, оставил
мир полным, а находит его пустым. В Париже видят вселенную
состоящей из вихрей тонкой материи, в Лондоне ничего подобного не
находят. У нас причина приливов — давление Луны, а у англичан, наоборот,
море тяготеет к Луне; поэтому, когда вы ждете, что Луна должна
вызвать прилив, те господа ожидают отлив... У вас картезианцев все
производится натиском, что едва ли понятно, у господина Ньютона —
притяжением, причина которого столь же не ясна. В Париже вы
представляете Землю в форме дыни, в Лондоне она сплющена с двух сторон.
Для картезианцев свет существует в воздухе, для ньютонианца он
приходит от Солнца в шесть с половиною минут. Ваша химия оперирует
кислотами, щелочами и тонкой материей, тяготение господствует вплоть
до английской химии» К
Однако под влиянием фактов в 30-х годах начался перелом и на
континенте. Все большее и большее число ученых переходит на
сторону ньютонианского учения. В 1734 г. Мопертюи выпускает книгу, где
защищает теорию тяготения Ньютона. В том же году в одном из
французских сочинений уже. откровенно высмеивается увлечение
картезианскими вихрями. «Если дело касается вихрей, — пишет автор, — один
предположит эфир более плотным у центра, другой, пытаясь объяснить
какое-нибудь иное явление, придаст эфиру большую плотность у
периферии, третий придет к выводу об одинаковой плотности всех слоев...
И после этого, снабдив объяснениями все на свете, вы увидите с
удивлением, что на деле ровно ничего не объяснено и будете вынуждены
стать в конце концов ньютонианцами»2.
К середине XVIII в. подавляющее большинство ученых
отказывается от попыток построить механическую теорию тяготения (хотя
отдельные случаи такого рода попыток имели место и позже вплоть до
XX в.), полагая либо что при современном состоянии науки нельзя
рассчитывать на построение теории, объясняющей тяготение, либо что
такая теория вообще невозможна.
Вместе с этим ученые становятся на сторону Ньютона и в других
вопросах: о природе света, о методе физики вообще и т. д. Как в свое
время против схоластики, наступает реакция и против беспочвенных
картезианских умозрений.
Если во Франции еще и почитали Декарта, то только как
пройденный этап в науке, как «метафизический роман», по выражению
Вольтера. Даламбер писал в середине XVIII в.: «Если судить
беспристрастно об этих вихрях, ставших ныне почти смешными, то смею
сказать — в свое время нельзя было придумать ничего лучшего»; и далее:
«Признаем же, что Декарт, строя всю физику заново, не мог бы ее
создать лучше; что нужно пройти через вихри, чтобы добраться до
истинной системы мира»3.
Ньютонианство, которое приходит на смену картезианству, на
первом этапе своего развития оформляется в определенную физическую
концепцию, в основе которой лежит представление о невесомых
материях.
Возникновение этой концепции можно рассматривать как резуль-
1 F. Voltaire. Lettres philosophiques. Ed. Lanson, t. II. Paris, 1909, pp. 1—2.
2 «Исаак Ньютон». Сборник статей к трехсотлетию со дня рождения, стр. 385.
3 Там же, стр. 385—Э86.

150
Глава 8. Характеристика периода (XVIII в.)
тат развития основных идей Ньютона: во-первых, распространение его
основных положений в механике на всю физику, а во-вторых, усиление
формализма и эмпиризма внутри физической науки.
Огромные успехи, которые были достигнуты в небесной механике,
основанные на введении понятия силы, способствовали
распространению этой новой постановки вопроса в области механики и на другие
разделы физики. Постепенно последователи Ньютона пришли к
выводу, что не только движение планет, но и другие физические явления
могут быть представлены как результат движения определенных
материальных тел под действием определенных сил. Развитие этой идеи
в физике представляло собой, собственно говоря, выполнение той
программы, которую наметил еще Ньютон. Во введении к своим
«Началам» Ньютон писал: «...было бы желательно вывести из начал
механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом,
ибо многое заставляет меня предполагать, что все эти явления
обусловливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел, вследствие
причин, покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в
правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг
от друга. Так как эти силы неизвестны, то до сих пор попытки
философов объяснить явления природы оставались бесплодными. Я надеюсь,
однако, что или этому способу рассуждения, или другому более
правильному, изложенные здесь основания доставят некоторое
освещение» 1.
Последователи Ньютона, идя по этому пути, попытались объяснить
разного рода физические явления, поставив этим явлениям в
соответствие различного рода силы: магнитные, электрические, химические
и др. Но если силы тяготения присущи всем материальным телам, то
магнитные силы, например, присущи только железу в намагниченном
состоянии. Электрические же силы хотя и присущи многим телам, но
только в наэлектризованном состоянии. Поэтому физики стали
приписывать эти силы не частицам обычного вещества, а присутствию в
порах обычных материальных тел неких тонких жидкостей. Между этими
жидкостями и частицами обычного вещества действуют определенного
рода силы. Так, например, стали объяснять и природу теплоты.
Нагревание тела связывали с присутствием некоей жидкости — теплорода,
частицам которого также присущи определенного рода силы. Например,
между частицами теплорода действуют отталкивательные, между
частицами теплорода и частицами материальных тел — силы притяжения.
Этой концепции соответствовали и воззрения ньютонианцев на природу
света. Свет представлялся как поток особых частиц, между которыми
и атомами тела также действуют дальнодействующие силы.
Таким образом, в физике был введен целый ряд сил:
электрические, магнитные, химические и др. Эти силы действуют, по мнению
физиков, на расстоянии, так же как и силы тяготения. Носителями этих
сил являются тонкие невесомые «материи», которые определяют те или
иные свойства тел. Картезианскому объяснению физических явлений с
помощью движения мельчайших частичек и неощутимых жидкостей
пришло на смену объяснение с помощью тех же жидкостей, но уже
одаренных определенными силами. Так развилось учение о
«невесомых», характерное для ньютонианской физики XVIII в.
Развитие такого рода представлений о физических явлениях было
связано с усилением формализма и описательного метода в науке. Если
Ньютон отказался от построения гипотезы о причинах тяготения, то
1 И. Ньютон. Математические начала натуральной философии, стр. 3.

§ ЗГ. Общая характеристика развития физики в XVIII веке 151
€го последователи декларировали отказ от построения гипотез о
сущности других физических явлений. Молекулярные гипотезы изгонялись
из физики под видом картезианских. Создалось такое положение в
науке, когда достаточно было обвинить какую-либо теорию в склонности
к картезианству, чтобы дискредитировать ее. Французский физик Ле-
саж, предложивший в 1784 г. свою механическую теорию тяготения,
указывал, что физики боялись повредить себе и лишиться
материальных выгод предложением новой системы, поэтому никто раньше его
не предложил подобной теории.
Весьма откровенно по этому поводу высказывался один из
видных физиков первой половины XVIII столетия Мушенбрук —
изобретатель лейденской банки. В своем предисловии к переводу «Начал»
Ньютона он писал: «Так как прошло более 60 лет со времени первого
издания предлагаемого сочинения, то наука должна была сделать
значительные успехи, в особенности с тех пор, как верховный и
всемогущий руководитель человеческих судеб в бесконечной любви и заботе
о смертных не пожелал оставлять долее умы людей под гнетом мрака
и как небесный дар ниспослал им британского оракула Исаака
Ньютона. Применяя возвышенный математический метод к тончайшим
опытам, подтверждая все свои выводы геометрическими доказательствами,
Ньютон указал путь к сокровеннейшим тайнам природы и достижению
истинной, твердо обоснованной науки. Этот философ, одаренный
божественной проницательностью, совершил больше, чем все наиболее
изобретательные умы, вместе взятые, с самого начала человеческой
мудрости. Все гипотезы теперь изгнаны. Знание наше расширено
основательнейшим учением и обращено на пользу человечества
выдающимися учеными, следующими истинному методу» К
Значительная часть физиков довольствуется теперь простым
констатированием фактов; суждения о сущности явлений считаются
вредными. Для объяснения того или иного физического явления считается
достаточным поставить ему в соответствие какие-либо силы и их
носители — «невесомые».
Ньютонианская физика в форме концепции «невесомых» означала
прогресс в историческом развитии физической науки. Она отвергла
слабые стороны картезианской физики, отказалась от увлечения
умозрительными спекуляциями, отказалась от обязательной подгонки
любой физической теории под картезианскую схему представлений о
материи и движении. Она также способствовала развитию точного
экспериментального исследования природы, отысканию частных
количественных закономерностей методом раздельного изучения физических
явлений.
Но ньютонианская физика утратила ряд положительных черт
картезианской физики, например идею о материальном единстве мира,
которая красной нитью проходила через физику картезианцев. Теперь
мир представлялся, как скопище различного рода невесомых материй,
метафизически разграниченных друг с другом. Появилось некое
начало— сила — причина движения. Ньютонианская физика утоатила идею
•о несотворимости и неуничтожимости движения; вместе с этим была
утрачена идея о связи явлений в природе, о переходе одной формы
движения в другую. Учение о «невесомых» явилось наиболее
последовательным выражением метафизического взгляда на природу в
физической науке.
1 Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. I. ОНТИ, М.—Л.,
J935, стр. 23.

152
Глава 8. Характеристика периода (XVIII в.)
Метафизическая концепция «невесомых» господствовала вплоть до
первых десятилетий XIX в., до тех пор, пока развитие физики пришло
в противоречие с этой концепцией. Окончательный удар этой
концепции был нанесен в середине XIX в. установлением закона сохранения
и превращения энергии.
Мы рассмотрели основное направление в физике XVIII в. Кроме
этого направления было и другое, сочетавшее в себе лучшие стороны
и картезианской и ньютонианскои физики, направление, которое стало
характерным для физики XIX в. Представителем этого направления
был М. В. Ломоносов, о деятельности которого будет сказано ниже.

ГЛАВА 9
ОБЗОР РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК В XVIII веке
§ 32. Механика и оптика
После того как Ньютон установил основные понятия механики и
ее законы, развитие этой науки пошло по нескольким основным
направлениям.
Первое направление — разработка аналитических методов,
основанных на так называемом принципе ускоряющих сил. Этот принцип
заключался в применении второго закона динамики для определения
движения материальной точки или материальных точек по заданным
силам или, наоборот, для определения сил по заданным движениям.
На принцип ускоряющих сил целиком опирался Ньютон при решении
конкретных задач механики. Однако Ньютон не разработал общего
аналитического метода. Решая конкретные задачи, он употреблял
геометрический метод, который заключался в том, что механические
величины представлялись в виде элементов различных фигур, а
соотношения между этими величинами определялись геометрически как
соотношения между отрезками, кривыми, касательными, углами и т. д. При
этом Ньютон открыто не пользовался аппаратом дифференциального
и интегрального исчислений, а главным образом так называемым
методом «первых и последних отношений», то есть теорией пределов.
Решения задач механики у Ньютона выглядели весьма
искусственными; каждая задача решалась своим способом, отличным от решения
другой. Если читатель усваивал решение какой-либо задачи, то это
ему мало помогало при решении следующей. «Хотя читатель и
убеждается в истине выставленных предложений, — писал Эйлер, — но он
не получает достаточно ясного и точного их понимания, так что, если
чуть-чуть изменить те же самые вопросы, он едва ли будет в
состоянии разрешить их самостоятельно» *.
В построении аналитического аппарата, основанного на
применении принципа ускоряющих сил, основную роль сыграл петербургский
академик Леонард Эйлер (1707—1783). Эйлер — швейцарец по
национальности — был приглашен в Петербургскую академию наук
в 1727 г. и проработал здесь до 1741 г., после чего уехал в Германию.
В 1766 г. он вернулся в Россию и работал здесь до своей смерти.
Эйлеру принадлежит огромное число трудов по различным вопросам
математики, физики, механики и т. д. Многие из этих трудов сыграли
Л. Эйлер. Основы динамики точки. М.—Л., 1938, стр. 33—34.

15Ц
Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
ведущую роль в развитии физико-математических наук. Эйлер
интересовался и методологическими вопросами физики. Он не признавал
дальнодействующих сил, был сторонником волновой теории света и т. д.
По многим вопросам, как мы увидим далее, он стоял на тех же
позициях, что и Ломоносов. В конце своей жизни он издал
научно-популярное сочинение «Письма к немецкой принцессе», в котором изложил свои
методологические взгляды на вопросы естественных наук.
В 1736 г. Эйлер опубликовал «Механику» — сочинение в двух
томах, а затем в 1765 г. «Теорию движения твердых тел». Эти
сочинения Эйлера в основном и
содержат его главные достижения в
области механики.
Эйлер следует Ньютону в
понимании основной задачи механики,
а также в понимании основных ее
понятий. Однако, в отличие от
Ньютона, он не отказывается от
обсуждения вопроса о силе. Он
полагает, что всякое
взаимодействие в конечном счете должно
сводиться к контактному. Сущность
силы, по Эйлеру, лежит в самих
основных свойствах материи:
инерции и непроницаемости.
Когда два тела движутся навстречу
друг другу и приходят в
соприкосновение, то вследствие
непроницаемости, с одной стороны, а с
другой стороны, вследствие
стремления сохранять свое движение
они должны изменять движения
друг друга.
Леонард сЭилер Эйлер разработал
аналитический аппарат механики
материальной точки, которую определяет как частицу материи, имеющую
очень малые размеры.
Сначала Эйлер решил задачу для прямолинейного движения
материальной точки. Он свел эту задачу к решению дифференциального
d2x
уравнения F = m . Когда известна сила F как функция х, то
dt2
интегрирование этого уравнения при заданных начальных значениях
дает решение задачи. Для более общего случая Эйлер первоначально
применял разложение силы на нормальную и тангенциальную, а
затем составлял дифференциальные уравнения движения.
В 1742 г. в работе английского ученого Маклорена «Трактат о
флюксиях» был введен метод разложения движений и сил по трем
взаимно перпендикулярным (декартовым) координатным осям.
Этот метод затем применил Эйлер и свел решение задачи о
движении материальной точки под действием заданных сил к решению
дифференциальных уравнений:
d2x __у Р &у __ * q d2z __ « г
dt2 m ' dt2 m ' dt2 m '
Здесь x, у, z — координаты движущейся точки; m — ее масса; р, q, r —
компоненты действующей силы; X — коэффициент пропорциональности,
величина которого определяется выбором единиц.

§ 32. Механика и оптика
155
Таким образом, аналитический аппарат для механики точки,
основанной на принципе ускоряющих сил, был разработан Эйлером.
Основная ее задача — заданы действующие силы, найти движение тела —
получила строгое математическое оформление и была сведена к
составлению и решению дифференциальных уравнений.
К аналитической механике материальной точки, основанной на
принципе ускоряющих сил, примыкает и динамика твердого тела.
Эйлер является основоположником этого раздела механики. Он
впервые вывел уравнения движения твердого тела. Ему принадлежит
введение в механику способа определения положения твердого тела с
помощью так называемых углов Эйлера. Эйлер ввел в механику такие
основные понятия динамики твердого тела, как момент инерции,
свободные оси и т. п. Эйлеру также принадлежит полное решение задачи
инерционного движения твердого тела. Вот почему, пишет Ю. А. Крут-
ков об Эйлере, — «...механика твердого тела, можно сказать, вся
создана им — и кинематика, и динамика; более того, Эйлер всецело
владел и несвободным твердым телом — звеном в системе твердых тел» 1.
Создание аналитического аппарата для системы механики,
основанной на принципе ускоряющих сил, однако, не могло полностью
удовлетворить все потребности этой науки. Многие проблемы,
стоявшие перед механикой, только лишь теоретически сводились к основной
задаче динамики Ньютона — заданы силы, найти движения — и
решение их на принципе ускоряющих сил было по меньшей мере
затруднительно. Применение принципа ускоряющих сил было эффективным для
решения проблем небесной механики, баллистики, движения корабля
и т. п., то есть таких проблем, где значение сил, действующих на тело,
было заранее известно. Иначе дело обстояло с проблемами движения
или равновесия системы тел, подверженных связям, а также тел,
сталкивающихся друг с другом.
«Эти задачи, — писал Лагранж, — состоят в определении
движения многих тел, тяжелых или лишенных тяжести, которые толкают или
тянут друг друга с помощью нитей или несгибаемых рычагов, к
которым они неподвижно прикреплены или вдоль которых они могут
свободно скользить и которые, после сообщения им каких-либо
импульсов, представляются затем самим себе или принуждаются двигаться
по заданным кривым линиям или поверхностям»2.
Большой интерес к таким задачам в XVIII в. был, несомненно,
обусловлен тем обстоятельством, что они были непосредственно
связаны с разрешением технических проблем мануфактурного производства,
особенно с расчетом различного рода механизмов, непрерывно
совершенствовавшихся и усложнявшихся. К таким задачам нельзя было
непосредственно применять принцип ускоряющих сил, так как сами
силы в этом случае не были заданы, а должны были быть определены.
Поэтому решение подобного рода задач требовало большого искусства.
«При разрешении всякой задачи, — указывал Лагранж, — требовалась
всегда осббая ловкость для определения всех сил, которые в данном
случае должны быть приняты во внимание. Это и придавало указанным
задачам большую привлекательность и побуждало математиков к
соревнованию» 3. И действительно, немало потрудились над решением
такого рода задач крупнейшие математики и физики того времени —
Яков, Иоганн и Даниил Бернулли, Эйлер и др.
1 «Леонард Эйлер». Сборник статей и материалов к 150-летию со дня смерти.
Изд-во АН СССР, М.—Л., 1935, стр. 89.
2 Ж. Лагранж. Аналитическая механика, т. I, стр. 311.
3 Там же, стр. 311.

156 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
Естественно, подобное положение не могло удовлетворить науку и
заставляло искать другой путь, заключавшийся в разработке общих
методов решения подобного рода задач, основанных не только на
принципе ускоряющих сил. Поиски таких методов связывались у некоторых
ученых, бывших в оппозиции к ньютонианству, также и с попытками
построения иной системы механики, чем это было сделано Ньютоном,
и прежде всего с попытками освободиться от использования понятия
силы. Так, например, это было у Даламбера, предложившего новый
принцип механики.
В процессе поисков такого рода и развивались направления в
механике, отличные от принципа ускоряющих сил, в рамках которых
формировались и развивались важные положения не только собственно
механики, но и физики вообще.
Одно из таких направлений основывалось на применении законов
сохранения.
Уже Гюйгенс, как мы видели, а еще раньше Галилей пользовались
частным случаем закона сохранения энергии. Позже Лейбниц
сформулировал закон сохранения живых сил и положил его в основу
механики вообще, а также применил для решения механических задач.
Последователем Лейбница в этом вопросе был Иоганн
Бернулли (1667—1748). Он критиковал Ньютона, который в «Оптике»
выразил сомнение в сохранении движения в природе и говорил о
необходимости поддерживать это движение активными началами; Бернулли
писал, что в действительности «совершенно исчезает страх перед тем,
что когда-нибудь в природе исчезнет движение, и весь мир -погрузится
в страшный неподвижный хаос. Будем же спать спокойно, дело обстоит
благополучно» *.
Защищая положение о сохранении живых сил в природе, И.
Бернулли широко пользовался этим положением для решения механических
задач. В 1723 г. он написал «Рассуждение о законах передачи
движения», представленное им впоследствии Французской академии наук, в
котором применял закон сохранения живых сил для упругого удара.
В этом сочинении он успешно разрешил целый ряд задач на упругий
удар шаров, в том числе и нецентральный с участием нескольких
соударяющихся шаров. В других сочинениях с помощью закона
сохранения живых сил Бернулли решал другие задачи на движение тел, в том
числе задачу колебания физического маятника, а также применил этот
закон для исследования колебания струны. Если И. Бернулли
применял закон сохранения живых сил лишь для случаев, когда действует
либо сила тяжести (потенциальная энергия выражается как
произведение веса тела на высоту), либо сила упругости (потенциальная
энергия определяется величиной растяжения струны), то Даниил
Бернулли (1700—1782) пошел дальше. Он, во-первых, применил этот
закон к движению жидкости и вывел известное уравнение
гидродинамики, называемое уравнением Бернулли. Во-вторых, он
распространил закон сохранения живых сил на случай системы материальных
точек, между которыми действуют любые центральные силы. В работе
«Замечания, об общем понимании закона сохранения живых сил»
(1748) Бернулли доказал, что для системы материальных точек,
находящихся под действием сил притяжения, зависящих обратно
пропорционально от квадратов расстояния между ними, изменение живой
силы этой системы зависит только от начальных и конечных положений
этих точек и что если они возвращаются в начальное положение, то
И. Бернулли. Избранные сочинения по механике. М.—Л., 1937, стр. 247.

§ 32. Механика и оптика
157
живая сила принимает прежнее значение. Бернулли подчеркнул, что
это положение должно оставаться справедливым и для случая
центральных сил, действующих по любому закону. Он писал: «Общий
закон (закон сохранения живых сил. — Б. С.) справедлив для любого
гравитационного закона. Только с целью облегчения формул и
уменьшения интегралов я ограничился законом обратной
пропорциональности квадратам расстояния. Но природа никогда не отказывается от
великого закона сохранения живых сил, это я и хотел показать» 1.
Закон сохранения живых сил для общего случая — системы
материальных точек, находящихся под действием центральных сил, — был
затем получен Лагранжем и опубликован им в «Аналитической
механике» (1788). Если xi9 yiy zt —координаты материальных точек
системы, a mt — массы этих точек, то для данного случая действительно
соотношение
где П^ есть, говоря современным языком, потенциальная энергия i
частицы, отнесенная к единице массы (Лагранж этим термином не
пользуется). В отличие от своих предшественников, Лагранж уже не
придает никакого принципиального значения закону сохранения1 живых
сил и рассматривает его как следствие из общих положений механики,
установленных им.
Кроме закона сохранения живых сил механика очень рано начала
пользоваться законом сохранения количества движения. Он был
установлен после того, как была выяснена ошибочность закона сохранения
«количества движения» Декарта. Лейбниц назвал этот закон, как
говорилось выше, законом сохранения направлений, однако это название
не сохранилось в науке. Лагранж применял его как принцип
сохранения движения центра тяжести системы и также считал следствием
общих законов механики.
Третий закон сохранения — закон сохранения момента количества
движения — был установлен почти одновременно (1746) Эйлером и
Д. Бернулли при разработке теории вращательного движения.
Согласно их формулировке, как указывает Лагранж, «при движении
нескольких тел вокруг неподвижного центра сумма произведений массы
каждого тела на его скорость вращения вокруг центра и на расстояние
его от того же центра является всегда независимой от взаимного
действия, которое тела могут производить друг на друга, и должна всегда
оставаться неизменной, если не имеется какого-либо внешнего действия
или препятствия»2.
Несколько позже (1747) француз Дарси сформулировал закон
сохранения момента количества движения для замкнутой системы тел:
сумма произведений масс тел на площади, описываемые радиусами-
векторами, проведенными из любой точки к этим телам за
определенный промежуток времени и спроектированными на любую плоскость,
пропорциональна этому промежутку времени. В дальнейшем Дарси
сформулировал этот закон в форме сохранения суммы произведений
масс тел и их скоростей и перпендикуляров, опущенных из центра
на направление движения. В такой формулировке Дарси назвал закон
сохранения момента количества движения законом сохранения дейст-
1 Цит. по изд. Abhandlungen fiber jene Grundsatze der Mechanik, die Integrate der
Differentialglechungen liefern von Isaak Newton, Daniel Bernulli und Patrick d'Arcy.
Ostwald's Klassiker. Leipzig und Berlin. 1914, SS. 74—75.
2 Ж. Лангранж. Аналитическая механика, т. I, стр. 317.

158 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
вия и, считая его общим принципом природы, противопоставил его
принципу наименьшего действия, высказанному к этому времени
Мопертюи.
Законы сохранения — закон сохранения живых сил, законы
сохранения количества и момента количества движения — прошли
длинную историю. Первоначально они выдвигались как всеобщие законы
природы, в последующем же были сведены до ранга следствий из-
общих законов механики или принципов, не имеющих уже
фундаментального универсального значения. Однако по мере развития науки
эти законы вновь приобрели принципиальное значение и получили уже
окончательный смысл общих законов природы. Не говоря уже о законе
сохранения энергии, являющемся одним из самых общих законов
природы, законы сохранения количества и момента количества движения
также оказались не только механическими законами, но и более
общими законами природы, применимыми, как известно, и к
немеханическим формам движения материи, например к электромагнитному полю.
Следующее направление в развитии механики, отличное от
принципа ускоряющих сил, заключается в сведении законов движения к
законам равновесия и в применении принципа возможных
перемещений. Первые шаги в этом направлении были сделаны Якобом
Берну л л и. (1654—1705).
Когда Гюйгенс опубликовал свою теорию физического маятника,
то против нее были высказаны возражения. Последнее обстоятельства
способствовало попыткам найти другие способы решения задачи
колебания физического маятника.
В конце XVII — начале XVIII в. Якоб Бернулли предложил новый
метод решения этой задачи. Основные идеи этого метода заключаются
в следующем. Рассмотрим простейший физический маятник, состоящий
из невесомого и несгибаемого стержня О А (рис. 47), который может
вращаться вокруг точки О и на котором закреплены массы тх и т2.
Движение каждой массы происходит, во-первых, под действием
слагающей силы тяжести на направление возможного движения, а во-вторых,
под действием другой массы, которое передается через стержень QA.
При этом действие нижней массы тормозит движение верхней и она
двигается медленнее, чем двигалась бы, если бы нижней массы не
было. Движение же верхней массы, наоборот, ускоряет движение
нижней.
Основное предположение Я. Бернулли заключается в следующем:
можно рассматривать стержень ОА как рычаг, так что действия масс
друг на друга должны находиться в равновесии на этом рычаге.
Если перевести идеи Бернулли на современный язык, то следует
рассматривать действия этих масс друг на друга как слагающие сил
реакции связей на направление возможного движения каждой из масс
fx и /2, геометрические суммы которых со слагающими сил тяжести
F\ = m{gs\r\a и F2 = m2gs'ma дают равнодействующие силы, под
действием которых движутся массы. Основное же предположение Бернулли
означает условие firi=f2r2, где Г\ и г2 — расстояния масс до точки О.
Легко видеть, что предположение Бернулли дает возможность
решить задачу о колебании данного маятника. Действительно, пусть
ускорения масс т\ и /л2, когда стержень проходит положение ОА, составляя
угол а с вертикалью, будут ах и а2\ тогда уравнение движения для
каждой массы можно записать так:
тхах = m^g sin a — flf
т2а2 = m2g sin а + /2,

§ 32. Механика и оптика
159
откуда /i = w.? sin <* — ^Л»
f2 = m2a2 — m2g sin а.
Но по принципу Бернулли силы /) и /2 на стержне О А должны
находиться в равновесии, как на рычаге. Следовательно:
или
(mxg sin a — гщо^) гх = (т2а2 — m2g sin а) г2,
где Г\ и г2 — расстояния масс гп\ и /л2 от точки О.
Рис. 47. Схема к теории
физического маятника по Я.
Бернулли
Рис. 48. Схема к
принципу Германа —
Эйлера
Введем теперь угловое ускорение /, через которое выразим
ускорения а\ и а,2. Произведя затем простые преобразования, получим
окончательно:
g sin a = у
mxr\-
"2Г2
Из этой формулы видно, что некоторая точка на стержне,
находящаяся от О на расстоянии
I =
mlrl + ^^
будет двигаться с ускорением, равным ускорению, с которым движется
грузик простого математического маятника, имеющего длину I.
Следовательно, эта точка и есть центр качания нашего маятника, а / — его
приведенная длина.
Принцип сведения задач динамики к задачам статики, подобный
принципу Бернулли, применил при решении проблемы физического
маятника швейцарский математик Герман * в своем курсе механики,
вышедшем в 1716 г. под названием «Форономия». Чтобы представить
себе ход рассуждений Германа, рассмотрим систему (рис. 48) простых
(математических) маятников, состоящих из невесомых твердых стерж-
1 Герман — выдающийся математик, был одним из первых академиков
Академии наук в Петербурге, где проработал с 1725 по 1731 г.

160 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
ней оаи оа2, оа3,..., нагруженных массами mu /л2, m3,... и имеющих
общую ось вращения, проходящую через точку О. Пусть эти простые
маятники будут как-либо связаны между собой, например невесомым
и твердым стержнем be, тогда все они будут качаться синхронно и
образуют физический маятник, центр колебаний (или приведенную
длину) которого и нужно найти.
Колебание маятника будет происходить 'вследствие того, что к
массам приложены внешние силы — силы тяжести: Рь Р2, Р3,.... равные
m\g, m2g, ^зё", ...Однако вследствие
связей массы будут двигаться так,
как будто к ним приложены только
«движущие силы» Fu F2y FZy ..,
равные тгаи т2а2, тъаъ, ..., где а\, а2у
#з, ... — ускорения этих масс.
Очевидно, что если к силам тяжести
^ь Рг, Рз, ... прибавить силы Fu F2,
F3, ... с обратными знаками (то есть
прибавить силы инерции), то
система будет находиться в равновесии.
Таким образом данная задача
приводится к задаче равновесия двух
систем сил Pi, Р2, Рз, ..., и —ги
—F2, —F3i..., приложенных к системе
материальных точек ти т2, т3, ... и
стержней оаи оа2, оа3, ..., связанных
между собой и имеющих общую
точку закрепления. Решение же
последней задачи приводит к
определению движения нашего маятника,
в частности к определению его при-
Жан Даламбер веденной ДЛИНЫ.
Именно таким образом и
поступает Герман. Он полагает, что
«побуждения» (solicitationes) тяжести заменяются вследствие связей системой
«побуждений», которые воспринимаются массами. Эти две системы
«побуждений» Герман называет эквивалентными, и если последние
побуждения направить в противоположные стороны, то они вместе с первыми
должны приводить систему в равновесие.
Примененный Германом принцип для решения задачи физического
маятника был затем обобщен Эйлером, применившим его в 1740 г. для
решения некоторых задач динамики. В общем виде принцип Германа—
Эйлера является принципом, который в настоящее время носит
название принципа Даламбера. Согласно принципу Даламбера,
механическая система находится в равновесии, если к приложенным силам
прибавляются силы инерции.
В 1743 г. вышла «Динамика» Даламбера, в которой он предложил
новый принцип для решения задач динамики, заключающийся в
сведении задач на движение к задачам на равновесие.
Жан Даламбер (1717—1783) — французский ученый и
философ, сыгравший важную роль в развитии науки и философии в
предреволюционной Франции. Даламберу принадлежит большое число
работ по различным вопросам физико-математических наук. Вместе с
Дидро Даламбер был издателем и редактором первых томов
знаменитой французской энциклопедии, в которой им был написан ряд статей,
в том числе и вводная.

§ 32. Механика и оптика
161
Основным понятием динамики Даламбер считал понятие
движения. Он отрицательно относился к системе механики Ньютона,
основанной на принципе ускоряющих сил. Этот принцип, говорил
Даламбер, «опирается только на расплывчатое и неясное положение, что
действие пропорционально своей причине...», он «в механике
бесполезен, и потому он должен быгь из нее исключен»1. Понятие силы
должно быть вообще исключено из механики, а в нее следует включить
понятие движения. «Читатель не должен удивляться, — говорит
Даламбер, — если я, исходя из этих соображений, так сказать, игнорирую
«движущие причины» и рассматриваю исключительно движение,
которое производится ими»2. Слово «сила», говорит Даламбер, он будет
употреблять лишь
исключительно для простого
обозначения произведения
движущейся массы на элемент ее
скорости (то есть
приращения скорости или
дифференциал скорости); «под
ускоряющей же силой мы будем
понимать просто элемент
скорости»3.
В связи с этим Даламбер
не считал второй закон
Ньютона основным законом
механики. В основе механики,
НО мнению Даламбера, ле- Рис. 49. Схема к принципу «потерянных сил»
жат три основных принципа: Даламбера
принцип инерции, принцип
сложения движений и принцип равновесия. Этих трех принципов, по Да-
ламберу, достаточно, чтобы построить всю механику.
Для решения задач механики Даламбер предлагает новый
принцип, сводящий задачи на движение к задачам на равновесие. Этот
принцип заключается в следующем. Рассмотрим систему тел А, В, С, ...,
подверженных связям (рис. 49). Пусть этим телам сообщаются
движения а, 6, с,... (Даламбер не употребляет, как мы говорили, понятия
силы, поэтому, когда мы говорим, что к телу приложена сила,
Даламбер говорит, что телу сообщается движение. О сообщенных телу
движениях Даламбер говорит и тогда, когда тело остается в покое. В этом
случае сообщенные движения таковы, что они уничтожают друг друга.)
Сообщенные телам движения а, 6, с,..., однако, вследствие наличия
связей не воспринимаются ими полностью, а преобразуются в
движения а, Ь, с,..., которые действительно получают эти тела. В результате
этого сообщаемые движения а, 6, с,... можно представить как
состоящие из воспринятых движений а, Ь, с... и потерянных, или
уничтоженных связями движений а, р, и, так что: а = а+а, 6 = Ь+р, с = с+и,...
Последние движения должны быть таковы, чтобы система
рассматриваемых тел со связями, получив их, оставалась бы в равновесии.
То есть силы а = а—а, р = 6—Ь, к = с—с,... уравновешивали бы друг
друга, будучи приложены к системе данных тел.
Таким образом, из указанных рассуждений следует такое правило:
«Нужно движения а, Ь, с и т. д., передаваемые этим телам,
разложить каждое на два движения: а и a, b и р, с и и и т. д., причем эти по-*
1 Ж. Даламбер. Динамика. Гостехиздат, М— Л., 1950, стр. 21.
2 Там же, стр. 24.
3 Там же, стр. 59.

162 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
следние движения должны быть таковы, что% если телам, будут переданы
лишь движения а, Ь, с и т. д., то тела могут сохранить эти движения,
не мешая друг другу; если же телам будут переданы лишь движения
а, р, и и т. д., то тела будут оставаться в покое» К
Поясняя предложенный принцип, Даламбер писал в другом месте:
«Чтобы найти движение нескольких тел, действующих друг на друга,
нужно разложить полученные телами движения... на два других
движения. Эти составляющие движения должны быть подобраны таким
образом, что у каждого тела одно из этих составляющих движений
должно уничтожиться, а другое должно быть таким и так
направленным, чтобы действие окружающих тел не могло ничего в нем изменить.
Отсюда легко видеть, что все законы движения тел могут быть сведены
к законам равновесия. В самом деле, для решения любой задачи
динамики нужно только разложить движение каждого тела на два
движения. Зная одно из этих составляющих движений, мы можем
найти другое... Указанные условия всегда дадут все уравнения. Нет
такой задачи динамики, которую нельзя было бы решить этим приемом
или, по крайней мере, привести ее к уравнению, — а это есть все, что
можно требовать от динамики.
Мне кажется, что данное правило в самом деле приводит все
задачи, относящиеся к движению тел, к более простой задаче, к задаче
равновесия. Кроме того, этот принцип не опирается ни на какой
вредный или неясный метафизический принцип. Он рассматривает в
движении лишь то, что в нем в действительности имеется, т. е. пройденный
путь и затраченное на это время. Он не пользуется ни действиями, ни
силами, — одним словом, никаким из тех вторичных начал, которые,
может быть, сами по себе и хороши и могут быть иногда полезными
для сокращения и облегчения решения, но которые никогда не будут
началами первичными, поскольку метафизика этих начал никогда не
станет ясной»2.
Принцип, предложенный Даламбером, получил название
«принципа потерянных сил». Как мы видим, он отличается от того принципа,
который в настоящее время носит название принципа Даламбера.
Современный принцип Даламбера больше похож на принцип
Германа — Эйлера в соединении с принципом возможных перемещений.
Современную форму принципу Даламбера придал Лагранж.
В своей «Динамике» Даламбер, основываясь на установленном им
принципе, решает задачи на движение систем тел со связями, многие
из которых в то время считались труднейшими задачами. Однако при
этом он не пользуется каким-либо единым аналитическим методом.
Приведя задачи динамики к задачам статики, он решал последние
искусственными методами.
В «Динамике» Даламбер коснулся вопроса о мере движения,
который был предметом дискуссии между картезианцами и
последователями Лейбница. Даламбер считал туманным метафизическим
понятием понятие «силы движения» или меры движения, так же как и
понятие силы в смысле Ньютона. В связи с этим он объявил указанную
дискуссию бессодержательной.
Нужно решить, говорит Даламбер, что понимать под силой
движущегося тела и чем ее измерять. Если ее измерять «абсолютной
величиной препятствий» (которая равна, по Даламберу, ZFAs, где F — сила,
a As — элемент пути), то прав Лейбниц. Если же ее измерять «суммой
1 Ж. Даламбер. Динамика, стр. 109.
2 Там же, стр. 335.

§ 32. Механика и оптика
163
сопротивлений препятствию» (которая равна, по Даламберу, I>FAt или
Amv), то правы картезианцы. Если правильно условиться об этом, то
никакой путаницы не будет и оба лагеря будут правы. «Поскольку в
слове «сила» не содержится никакого ясного и точного смысла помимо
соответствующего ей действия, я полагаю, что нужно каждому
предоставить свободу решать данный вопрос по его усмотрению. К тому же
затронутый вопрос представляет собой не более, как совершенно
бесплодный метафизический спор или спор о словах, недостойный
внимания философов» 1.
Мнение Даламбера не решало
существа вопроса. Оно было,
однако, воспринято многими
учеными, особенно следующим
формалистическим направлением
ньютонианской школы. Полный
анализ дискуссии по вопросу о
мере движения был дан, как
известно, Энгельсом в статье
«Мера движения.— Работа» (см.
«Диалектика природы») уже с
учетом закона сохранения и
превращения энергии.
Дальнейшее развитие
рассматриваемое направление в
механике получило в трудах
французского ученого Жозефа Лаг-
ранжа (1736—1813), основной
труд которого, посвященный
механике, «Аналитическая
механика» вышел в свет в 1788 г.
Лагранж ставил перед собой
цель разработать такой аппарат Жозеф Луи лагранж
механики, который бы давал
возможность привести решение
любой механической задачи к решению дифференциальных уравнений.
«Я поставил себе целью,— писал Лагранж в «Аналитической
механике»,— свести теорию механики и методы решения связанных с нею за*
дач к общим формулам, простое развитие которых дает все уравнения,,
необходимые для решения каждой задачи. Я надеюсь, что способу
каким я постарался этого достичь, не оставит желать чего-либо
лучшего»2. «В этой работе, — пишет далее Лагранж, — совершенно
отсутствуют какие бы то ни было чертежи. Излагаемые мною методы не
требуют ни построений, ни геометрических или механических рассуждений;:
они требуют только алгебраических операций, подчиненных
планомерному и однообразному ходу. Все любящие анализ с удовольствием!
убедятся в том, что механика становится новой отраслью анализа, и
будут мне благодарны за то, что этим путем я расширил область его»
применения»3.
Лагранж блестяще разрешил эту задачу. Он разработал общий
метод решения задач механики, позволяющий без каких-либо
искусственных приемов приводить решение этих задач к решению
дифференциальных уравнений.
1 Ж. Даламбер. Динамика, стр. 27.
2 Ж. Лагранж. Аналитическая механика, т. I, стр. 9.
3 Там же, стр. 9—10.
11*

164 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
В «Аналитической механике» Лагранж разделяет механику на
статику и динамику, излагая их последовательно. Интересной
особенностью его книги является то, что он дает краткие исторические очерки
развития статики и динамики. Эти очерки представляют большой
интерес для истории основных понятий и принципов механики до Лагранжа.
В статике Лагранж основывается на принципе возможных
перемещений, называемом им принципом виртуальных скоростей. Этому
принципу Лагранж дает более общую и точную формулировку, чем это было
сделано Иоганном Бернулли. Лагранж пишет: «Если какая-либо
система любого числа тел или точек, на каждую из которых действуют любые
силы, находится в равновесии и если этой системе сообщить любое малое
движение, в результате которого каждая точка пройдет бесконечно
малый путь, представляющий ее виртуальную скорость, то сумма сил,
помноженных каждая соответственно на путь, проходимый по
направлению силы точкой, к которой она приложена, будет всегда равна нулю,
если малые пути, проходимые в направлении сил, считать
положительными, а проходимые в противоположном направлении считать
отрицательными» 1.
Аналитическое выражение принципа возможных перемещений, по
Лагранжу, заключается в следующем. Рассмотрим систему
материальных точек, находящихся в состоянии равновесия под действием сил Р,
Q, R,... Пусть система изменит свое положение так, что все ее точки
испытают бесконечно малые перемещения, проекции которых на
направление действующих сил будут dp, dq, dr,... (терминология Лагранжа
несколько иная). Тогда принцип возможных перемещений можно
записать в следующем виде:
Pdp + Qdq + Rdr+ ... = 0.
Выражения Pdp, Qdq, Rdr,...y представляющие не что иное, как работы
сил Р, Q, /?,... при бесконечно малых перемещениях, Лагранж называет
моментами сил, следуя здесь, как он сам указывает, Галилею.
Аналитическое выражение принципа возможных перемещений
Лагранж называет «общей формулой статики» и формулирует ее кратко
словами: «Сумма моментов всех сил равна нулю».
Лагранж разрабатывает аналитический аппарат для применения
данного принципа. Этот аппарат в современном виде заключается в
переходе к прямоугольной системе координат, в которой этот принцип
имеет аналитическое выражение
где Xl9 Yt> Z( —слагающие равнодействующей силы, действующей
на /-ю точку системы, a dxiy dyiy dzi —слагающие ее перемещения.
Интерес представляет случай, когда система подвержена связям.
В этом случае dxl9 dylf dzt не являются независимыми, и между ними
существуют соотношения, вытекающие из услрвий связей. Выразив
условия связей в виде уравнений, следует с их помощью исключить
определенную часть слагающих перемещений так, чтобы оставшиеся
были независимыми. Для проведения такой операции Лагранж
предлагает известный способ неопределенных множителей. Применяя этот
способ, можно получить систему уравнений, решение которой дает
полное решение данной задачи статики.
В динамике Лагранж опирается на принцип сведения задач
динамики к задачам статики в форме Германа—Эйлера, рассматривая его
1 Ж. Л а г р а н ж. Аналитическая механика, т. I, стр. 42.

§ 32. Механика и оптика
165
как принцип равновесия между силами и вызванными ими
движениями, взятыми с обратным знаком (то есть равновесие между внешними
силами и силами инерции). «Этот способ сведения законов динамики
к законам статики в действительности является менее прямым, —
пишет Лагранж, — чем способ, вытекающий из принципа Даламбера,
но зато он приводит к большой простоте в применениях; он
представляет собой возврат к методу Эрмана и Эйлера, который применил его
при разрешении многих проблем механики. В некоторых курсах
механики его можно встретить под названием принципа Даламбера»1.
Рассмотрим вместе с Лагранжем систему материальных точек,
находящихся под действием системы сил. Пусть эти точки получают
ускорения, слагающие которых равны
d2Xj d2yi d*zt
dt2% № ' di2
тогда
d*xi &yi d2zt
m, —-, m, ——, mL —-
di2 [di2 di2
будут являться слагающими сил, под действием которых система
материальных точек движется. Система этих сил должна быть
«эквивалентна» системе внешних сил, а последние силы, будучи взяты с обратным
знаком, согласно принятому принципу должны уравновешивать первые.
Таким образом, задача на движение приводится к задаче на
равновесие. К последней же можно применить «общую формулу статики».
Тогда мы получим уравнение
£л l\ dt2 l dt2 *1^ dt2 v
= - Jm, (PfiPi + Qfa + Rfir, + ...)
(величины Р, Q, 7?,... Лагранж считает не просто силами, а
ускоряющими силами, то есть силами, отнесенными к единице массы, поэтому
в правой части равенства и появляется множитель mt; кроме того,
Лагранж считает 8р, 8q, 6r, ... положительными, когда их направление
противоположно направлению действия силы, отсюда и получается
знак минус перед mt).
Полученное уравнение Лагранж называет «общей формулой
динамики». Эта формула аналогична «общей формуле статики». К ней в
случае наличия связей, который, собственно говоря, и, представляет
интерес, можно применить тот же самый аналитический аппарат, что и
в статике. Таким образом мы придем к известным уравнениям Лагранжа
первого рода.
Лагранж разрабатывает и другой способ применения «общей
формулы динамики». Наложение связей на систему из п материальных
точек приводит к тому, что положение этой системы определяется не
Ъп переменными, а Ъп—т, где m — число наложенных на систему
связей. Поэтому обычные координаты системы не являются независимыми.
Лагранж производит замену переменных, вводя новые переменные,
число которых меньше и которые являются уже независимыми. Эти
новые переменные позже получили название обобщенных координат.
Если силы консервативны, а Лагранж рассматривает данный случай,
Ж. Лагранж. Аналитическая механика, т. I, стр. 313.

166 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
то «общая формула динамики» в новых переменных преобразуется в
систему дифференциальных уравнений, которые в современном
написании будут:
d / дТ \ _ _дТ_ dU ^Q
М \ dqt I дЯ1 fyt
где q t являются новыми переменными — обобщенными координатами,
Т — живая сила, a U — функция координат, определяемая условием
dU = Sm (Pdp + Qdq + ...), то есть величина, которая позднее получила
название потенциальной энергии.
Эти уравнения получили название уравнений Лагранжа второго
рода. В настоящее время они, как известно, записываются так:
d Г dL \ dL ^0
& \ дсц ) dqt
где L = T—U есть функция Лагранжа, или лагранжиан.
Направлением в развитии механики, также отличным от
основанного на принципе ускоряющих сил, было направление, заключающееся
в разработке вариационных принципов.
В 1744 г. французский ученый Мопертюи, бывший тогда
президентом Берлинской академии наук, выдвинул новый принцип — принцип
наименьшего действия, считая его самым общим законом природы.
Этот принцип он сформулировал следующим образом: «Когда з
природе происходит некоторое изменение, Количество Действия,
необходимое для этого изменения, является наименьшим возможным» К
Справедливость этого принципа, по мнению Мопертюи, следует из
теологических соображений и выражает мудрость творца, установившего
наиболее разумные законы природы, так сказать, является выражением
«экономичных» устремлений последнего.
Мопертюи конкретизировал высказанный принцип. Под действием
или количеством действия какого-либо тела следует понимать, по
Мопертюи, произведение массы этого тела на его скорость и на
проходимый им путь. Механические процессы происходят так, что эта
величина получает наименьшее измерение.
Этот принцип Мопертюи пытался применить к решению задачи
удара шаров и равновесия рычага.
Туманные рассуждения Мопертюи, обращение его к теологии
вызвали возражения со стороны ряда ученых. Помимо этого
выяснилось, что, по-видимому, раньше Мопертюи подобного рода принцип был
выдвинут Лейбницем. Разгорелась жаркая дискуссия вокруг принципа
Мопертюи. В этот спор вмешался Вольтер, который выпустил злой
памфлет на Мопертюи2. Несмотря на то что по приказу прусского
короля этот памфлет подлежал сожжению, Мопертюи, по свидетельству
Пекарского, «сделался посмешищем всей Европы»3.
Для материальной точки, движущейся в поле центральных сил,
принцип, носящий название принципа наименьшего действия, был
сформулирован впервые Эйлером в 1744 г. в сочинении, посвященном
обоснованию вариационного исчисления. Здесь Эйлер показал, что
1 «Вариационные принципы механики». Физматгиз, lM., 1969, стр. 53.
2 См. Ф. Вольтер. История доктора Акакия, уроженца Сен-Мало. В сб.
сВариационные принципы механики».
3 См. П. Пекарский. История императорской академии наук в Петербурге,
т. 1. СПб., 1870, стр. 271.

§ 32. Механика и оптика
167
решение задачи движения материальной точки в поле центральных сил
сводится к нахождению экстремума интеграла Г mvds, где m — масса
точки, v — ее скорость, а интеграл берется по всей траектории (при
этом траектория варьируется так, что энергия остается постоянной).
Эйлер, в отличие от Мопертюи, не основывался на теологических
соображениях, однако пытался дать этому принципу некоторое объяснение,
указывая, что в природе все явления «следуют какому-нибудь закону
.максимума или минимума» К Объясняя наличие такого принципа,
Зйлер писал: «...так как тела в силу инерции сопротивляются всякому
изменению состояния, то они, если только будут свободны, будут
насколько возможно меньше подчиняться действующим силам; отсюда
вытекает, что в порожденном движении эффект, произведенный силами,
должен быть меньшим, чем если бы тело или тела двигались каким-либо
иным способом» 2.
Принцип Эйлера был затем обобщен Лагранжем, который дал ему
формулировку для механической системы, находящейся под действием
центральных сил. Лагранж показал, что для действительного движения
«системы в этом случае интеграл [y^jnpidsi имеет экстремальное
значение, то есть
где вариация берется так, что общая энергия системы остается
постоянной. Лагранж выводил принцип наименьшего действия из своей
«общей формулы динамики» и считал его, так же как и законы
сохранения, следствием этой формулы для случая центральных сил. Лагранж
локазал также, что принцип можно представить в форме равенства
щлю вариации интеграла по времени от живой силы, то есть
Поэтому этот принцип он назвал также принципом «наибольшей или
^наименьшей живой силы». Одновременно Лагранж окончательно
освободил этот принцип от всякого налета теологии и метафизики.
Дальнейшее развитие вариационных принципов механики
относится уже к XIX в. Как и законы сохранения, вариационные принципы
первоначально были сформулированы как всеобщие законы природы.
Затем они были низведены до простых теорем механики. И, наконец,
з последующем они вновь приобрели более широкое значение как
принципы, применимые к целому ряду физических процессов.
Кратко остановимся на успехах механики жидкостей в XVIII в.
Первый существенный результат в области гидродинамики был
получен Даниилом Бернулли, который вывел известный закон,
носящий его имя. Затем Даламбер в 1752 г. вывел уравнения движения
как несжимаемых, так и сжимаемых жидкостей. Однако эти
уравнения еще не обладали полной всеобщностью.
Общие уравнения движения идеальной жидкости были получены
Эйлером в 1755 г. и до сих пор известны под его именем. Эйлеру
принадлежит метод введения потенциальной функции для случая
безвихревого течения идеальной жидкости. В данном случае слагающие ско-
1 Л. Эйлер. Метод нахождения кривых линий, обладающих свойствами
максимума либо минимума. М.— Л., 19Э4, стр. 573.
2 Там же, стр. 693.

168 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
рости жидкости в каждой точке пространства могут быть
представлены как частные производные этой функции 5:
SS -.г dS r, dS
дх * ду дг
а сама эта функция удовлетворяет уравнению
d*S &S , d*S = 0
дх* ду* дг*
получившему впоследствии название уравнения Лапласа.
Позже Лагранж вывел уравнения для идеальной жидкости, на
только в иных переменных, известные под названием уравнений
гидродинамики в форме Лагранжа.
Развитие оптики в XVIII в. шло по линии усовершенствования
оптических приборов. Одним из самых важных достижений в этом
отношении было создание ахроматических линз. Эйлер вопреки мнению
Ньютона считал возможными ахроматические оптические системы.
Английский мастер оптических приборов Доллонд выступил в защиту
мнения Ньютона. Он начал экспериментировать с различными линзами
и в конце концов получил ахроматические линзы. Изобретение
ахроматических оптических приборов явилось важным шагом в развитии
инструментальной оптики.
Другим важным достижением в развитии оптики в XVIII в. была
возникновение фотометрии.
Развитие фотометрии было связано, конечно, с общими успехами
оптики, которые не могли не привести к необходимости постановки
фотометрических исследований, к изучению количественных
характеристик света, к исследованию изменения интенсивности света при
отражении, преломлении и прохождении через поглощающие среды.
Кроме того, развитие фотометрии стимулировалось непосредстзенны-
ми потребностями практической оптики. Во-первых,
усовершенствование зрительных инструментов требовало не только улучшения
качества изображения, но и его яркости. Во-вторых, практическая
оптика в XVIII в. начинала уже заниматься проблемой улучшения
освещения помещений, площадей, улиц и т. п. Наконец, астрономы все в
большей степени начинали интересоваться сравнением яркостей
небесных светил.
Первые шаги в развитии фотометрии были сделаны французским
ученым Бугером. В 1729 г. он выпустил 'первый труд по фотометрии
«Опыт градации света», а затем в 1760 г., уже после его смерти, вышло
большое сочинение Бугера «Трактат о градации света». В предисловии
к «Опыту градации света» Бугер писал, что, несмотря на успехи
оптических исследований, до сих лор почти всегда ограничивались лишь
изучением расположения и направления лучей и что оптике недостает
делого отдела, в котором речь шла бы о силе или яркости света. Задачу
:оздать такой отдел и ставил перед собой Бугер.
Бугер разработал методику фотометрических измерений и прежде
всего метод сравнения сил света, для чего сконструировал простейший
фотометр, который (представлял собой полосу черного картона,
сложенную в виде буквы Y. В картоне, как показано на рис. 50, вырезали два
фуглых отверстия и затягивали их промасленной бумагой. Для срав-
[ения силы света двух источников их ставили по обе стороны фото-
1етра так, чтобы каждый освещал лишь одно отверстие. Изменяя рас-
тояние источников света от этих отверстий, добивались одинаковости*

§ 32. Механика и оптика
169*
освещенности отверстий. В этом случае силы света источников обратно'
пропорциональны квадратам расстояния их до освещаемых отверстий.
В случае, когда силы света сильно отличаются друг от друга, Бугер
предлагал применять линзы, как показано на рис. 51.
Бугер еще не установил строго фотометрических понятий. Он
употреблял, например, термин «сила света» в различных смыслах, отличаю-
i \
I
Рис. 51. Схема применения
фотометра с линзами па
Бугеру
Рис. 50. Фотометр Бугера
щихся от того, который эта величина
имеет в современной фотометрии.
Однако Бугер совершенно определенно
отличал «абсолютное количество
света» (световой поток) и «интенсивность
света» (яркость).
Кроме методов измерения света
Бугер в своем трактате исследует
интенсивности света, отражаемого от
различных поверхностей, и, наконец,
поглощение света. В последнем случае
он устанавливает закон ослабления
света при прохождении через
поглощающую среду. Согласно этому закону, количество прошедшего света
убывает по экспоненциальному закону; так, если F — количество
прошедшего света, F0 — количество падающего света, то
F = F0er**9
где х — путь, пройденный лучом, a k — некоторый коэффициент,
постоянный для данной среды.
Фотометрическими исследованиями занимался также немецкий
физик Ламберт. В 1760 г. опубликовано его большое сочинение
«Фотометрия».
В этом сочинении Ламберт указывает на трудность, стоящую
перед фотометрией, — отсутствие какого-либо прибора, измеряющего
свет, подобно тому как термометр измеряет степень теплоты. В связи
с этим он пишет: «Я не думаю, что фотометрия может идти наравне*
с теорией тяжести или движения тяжелых тел. Ибо, как выше сказано,,
не существует никакого инструмента, подобного весам или масштабу,,
с шомощью которого можно было бы измерять интенсивность света» L
1 I. Lambert. Photometrie. Ostwald's Klassiker, Theil 1. Leipzig, 1892, S. 5.

170 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
Однако если нельзя измерять абсолютное значение
фотометрических величин, то можно их сравнивать и устанавливать между ними
соотношения. Далее, так как регистрирующим прибором в конце
концов должен быть человеческий глаз, не способный точно отмечать
количественное соотношение между оптическими величинами, то
фотометрические приборы должны быть так устроены, чтобы с помощью
их можно было' бы фиксировать всегда лишь равную световую
величину, ибо, пишет Ламберт, «явление будет всегда одно и то же, если
юно одному и тому же глазу представляется одинаковым»1. На этом
принципе Ламберт и основывается в своей книге.
Ламберт фактически устанавливает (хотя и не дает строгих
определений, соответствующих современному состоянию фотометрии)
основные понятия фотометрии: силу света, яркость и освещенность. Он
выводит целый ряд основных фотометрических закономерностей:
устанавливает, что освещенность обратно пропорциональна квадрату
расстояния, что освещенность (пропорциональна синусу угла,
образованного лучами света с освещаемой поверхностью, и т. п.
Таковы достижения оптики в рассматриваемый период. В области
теоретических воззрений на природу света в течение всего XVIII в.
господствовали взгляды Ньютона; в защиту волновой теории света почти
уже никто не выступал. Только Ломоносов и Эйлер защищали
волновую теорию и развивали ее дальше.
О работах Ломоносова мы скажем ниже. Что касается Эйлера, то
»его теория заключалась в следующем: светящееся тело вызывает в
эфире колебательные движения, распространяющиеся во все стороны
по прямым линиям. С каждым цветом Эйлер связывал определенную
частоту колебаний светового луча. Эйлер высказал идею светового
резонанса и положил ее в основу объяснения интерференции в тонких
пластинках. Резонирующими частицами в случае колец Ньютона
являются частицы эфира, заключенные в зазоре между стеклами.
Однако, высказав целый ряд интересных положений, Эйлер не
разбил теорию света, не объяснил интерференционных и дифракционных
явлений, не подвел под эту теорию математическую основу. Несмотря
на то что он стоял на правильных позициях, его волновая теория не
.давала никаких 'преимуществ перед корпускулярной теорией Ньютона
и современники Эйлера рассматривали его теорию света, как некую
странность великого человека.
Положение в оптике изменилось лишь в дальнейшем в результате
.работ Юнга, Френеля и др.
§ 33. Развитие учения о теплоте
Исследование тепловых явлений началось по-настоящему после
изобретения первого теплоизмерительного прибора — термометра. Еще
в конце XVI в. Галилей сконструировал прибор, который может быть
назван термоскопом. Прибор Галилея состоял из тонкой стеклянной
трубки, один конец которой заканчивался шариком. Открытый конец
этой трубки опускался в сосуд с водой, которая заполняла и часть
трубки (рис. 52). Когда воздух в шарике нагревался или охлаждался,
столбик воды в трубке опускался или поднимался.
После Галилея многие ученые создавали подобного рода приборы.
Постепенно конструкция их совершенствовалась. Стеклянные трубки
-стали снабжать шкалой, возникло представление о существовании
постоянных температурных точек и т. д.
1 I. Lambert. Photometric Theil 1, S. 12.

§ 33. Развитие учения о теплоте
171
Однако первые термометры были еще очень несовершенны. В их
конструкции не было единообразия, основные температурные точки
выбирались различными, кому как понравится, шкалы также у каждого
жонструктора были свои. Сравнивать показания различных
термометров было невозможно.
Впервые 'практически пригодные термометры с одинаковыми
показаниями были изготовлены голландским мастером стеклодувом Ф а-
ренгейтом в начале XVIII в.
Сначала Фаренгейт использовал в термометрах спирт, а затем
ртуть. В качестве постоянных точек он в конце концов принял:
температуру смеси льда, воды
и поваренной соли (0°
по его шкале),
температуру таяния льда (32°
по его шкале) и
температуру человеческого тела
(96° по его шкале). При
такой шкале температура
.кипения воды получалась
212°. Шкала Фаренгейта
шолучила довольно
широкое распространение.
Новый способ
изготовления и калибровки
термометров предложил
^французский инженер
Реомюр в 1730 г. Он
принял только одну
постоянную точку — температуру
таяния льда, а за один
традус считал такую
температуру, которая
соответствует расширению
•спирта на одну тысячную
долю своего объема.
Приняв такую шкалу, он
затем определил, что по этой шкале температура кипения воды выше
температуры таяния льда на 80° (рис. 54). Впоследствии были построены
термометры со шкалой 0° — температура таяния льда и 80° —
температура кипения воды, которая и получила название шкалы Реомюра.
В 1742 г. шведский астроном Цельсий предложил за 0° брать
температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а
за 100° — температуру таяния льда. Современная шкала, называемая
шкалой Цельсия, была введена несколько позже.
В XVIII в. предлагались и другие конструкции термометров с
другими шкалами. Мы не будем о них говорить, поскольку они не
удержались в практике научных исследований К
Нужно отметить, что появление и усовершенствование термометра
было в значительной степени обусловлено применением этого прибора
<в практике метеорологических исследований, интерес к которым
сильно возрос в связи с развитием мореплавания и освоением новых земель.
Не случайно, конечно, что подавляющее большинство работ XVII и
Рис. 52. Термоскоп 'Галилея
Рис. 53. Рисунок
одного из ранних
термометров
1 Об истории термометра см., например, в кн.: А. X. X р г и а н. Очерки
развития метеорологии. Гидрометеорологическое изд-во, Л., 1959.

172 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
первой половины XVIII в., в которых затрагивались вопросы
конструирования термометров, были по метеорологии. Термометр считали
метеорологическим прибором. Так, например, в «Экспериментальной фи-
Рис. 54. Термометр Реомюра (рисунок из сочинения Реомюра)
зике» X. Вольфа описание термометра содержится в третьей части,
носящей название «Об опытах и наблюдениях около перемен атмосферы».
В этой части описаны барометр, термометр, манометр и гигрометр.
Главное назначение термометра как метеорологического прибора
подчеркивали и многие его изобретатели и конструкторы. Об этом
писали Реомюр, Цельсий и др.

§ 33. Развитие учения о теплоте
173
Термометр, конечно, получил и другие применения. Он стал
употребляться для бытовых нужд, для медицинских целей 1 и т. д. Однако
уже в 50-х годах в немецком издании «Элементов химии» Бургаве
главной задачей применения термометра считалось измерение температуры
воздуха. В этом сочинении сообщалось, что термометр «является, как
известно, физико-математическим прибором, принадлежащим к
аэрометрии» 2.
Но, появившись первоначально главным образом как
метеорологический прибор, термометр не мог не вызвать к жизни исследований
в области физики тепла. Во-первых, появление термометра давало
возможность приступить к количественным исследованиям тепловых
явлений, а во-вторых, усовершенствование термометра стимулировало
исследования этих явлений. Именно в связи с конструированием
термометров были получены здесь первые результаты: установлено
постоянство температур плавления и кипения воды и некоторых других веществ.
Работа над усовершенствованием термометров привела также к
первым исследованиям по расширению тел от нагревания. Наконец,
первые исследования по калориметрии также в какой-то степени были
связаны с усовершенствованием термометров, о чем будет сказано ниже.
Конечно, не только потребность в усовершенствовании
термометров способствовала развитию учения о теплоте. Стимулирующее
влияние на развитие этого учения в XVIII в. оказала также химия.
Самой важной задачей химии в XVIII в. было исследование
химических процессов в металлургии. Разработка этой проблемы привела
к созданию в конце XVII в. теории, основанной на представлении о
горючем начале — флогистоне.
Согласно этой теории, процессы горения, окисления и
восстановления являются процессами соединения и разъединения металла или
другого какого-либо вещества с флогистоном. Металл, по теории
флогистона, есть соединение окалины и флогистона; при горении из металла
уходит флогистон и остается окалина, а при восстановлении —
наоборот. Подобным образом пытались объяснить и другие химические
реакции. Образование серной кислоты, например, эта теория объясняла
соединением щелочи с флогистоном. Представления о флогистоне были
различны. Под флогистоном понимали и некое горючее начало, подобное
началам Аристотеля, и особое вещество, подобное невесомым
жидкостям. С флогистоном связывали материю огня, химический огонь,
теплород и т. п.
Характер флогистонной теории был таков, что химики самое
существенное внимание должны были уделить изучению роли и влияния
теплоты в протекании химических реакций. Это вело прежде всего к
разработке техники тепловых измерений. Представление же о
существовании флогистона и связанных с ним материи огня и теплоты и о
химических процессах как о процессах соединения и разъединения этих
материй с обычными веществами направляло химиков к разработке
калориметрических измерений, определяющих количество теплоты,
огня и т. д. и их распределение в телах.
Наконец, как важный стимулирующий фактор для развития
учения о тепловых явлениях было изобретение тепловых двигателей.
Однако этот фактор в основном начал действовать уже позже, а именно
в XIX в.
1 Интересно отметить, что один из первых конструкторов термометров
итальянский врач Санторио имел целью использовать его для измерения температуры у
больного.
2 Н. Boerhave. Elementen der Chemie.«Leipzig, 1753, S. 990.

174 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
С середины XVIII в.* начинаются систематические исследования по-
теплофизике. Эти исследования проводятся прежде всего в области?
калориметрии. Как мы уже говорили выше, работа над
совершенствованием термометров способствовала началу исследования по
калориметрии. Дело в том, что для проверки шкалы термометров желательно»
было уметь получать известные температуры. Возникла идея о том, что
если смешать два одинаковых количества воды при разных
температурах, то полученная смесь будет иметь температуру, равную средней-
арифметической из этих двух температур. Таким приемом и стали
пользоваться для получения различных температур и для проверки
градуировки термометров. Одно из первых исследований по определению'
температуры смеси двух одинаковых количеств воды описано в
«Элементах химии» Бургаве (1732). Бургаве указывает, что смесь двух
одинаковых количеств воды, имевших различную температуру, принимаег
температуру, равную средней арифметической из этих температур.
В той же книге Бургаве уже ставит вопрос об определении
температуры смеси воды и ртути и высказывает соображения о том, как при этом1
распределяется теплота.
В 1744 г. петербургский академик Георг Рихман (1711—1753),.
исходя из теоретических соображений, установил формулу для
температуры смеси однородных жидкостей.
Смысл рассуждений Рихмана заключался в следующем. Если мы:
имеем некоторое количество воды m при температуре t, то при
распределении этого количества теплоты на массу m и гп\ (считая, что
теплота равномерно распределяется по объему, а ее количество измеряется
произведением массы на температуру) температура этой массы станет
равной V = . Если теперь у нас будет две массы гп\ и т*
с начальными температурами t\ и t2, то, продолжая подобного рода
рассуждения, мы получим для температуры смеси V двух жидкостей
известную формулу Рихмана:
., __ mjt\ 4- mitt
Вопрос о распределении теплоты между неоднородными телами в
случае приведения их в тепловое равновесие был более трудным.
По этому вопросу высказывались различные предположения. Одни
считали, что теплота распределяется равномерно по объему, то есть,
говоря современным языком, что удельная теплоемкость обратно
пропорциональна плотности. Другие полагали, что она распределяется
равномерно по количеству материи, то есть что удельная теплоемкость
пропорциональна плотности. Однако последующие исследования
показали, что эти .простые предположения неверны.
Важным событием, ускорившим решение этого вопроса, была
открытие английским химиком Джозефом Блэком (1728—1799)
скрытой теплоты плавления. Блэк установил, что формула Рихмана
непригодна, если смешивать лед с водой; оказалось, что на таяние льда
затрачивается определенное количество теплоты, хотя его температура
при этом и не поднимается. Эта теплота поглощается образовавшейся
водой и находится в ней в скрытом состоянии, обнаруживая себя лишь,
при обратном процессе — затвердевании. Эту теплоту Блэк назвал
скрытой теплотой. Свои опыты и выводы из них Блэк излагал в
лекциях, которые он читал, будучи профессором химии сначала в Глазго,,
а затем в Эдинбурге (начиная с 1757 г.). Однако, поскольку он не
печатал их, его результаты стали широко известны лишь в 70-х годах.

§ 33. Развитие учения о теплоте
17S
К этому времени существование скрытой теплоты плавления была
открыто также шведским ученым Вильке.
После этого естественно было исследовать, как распределяется
теплота между различными телами при тепловом контакте. В результате
этих исследований возникло понятие об удельной теплоемкости тел.
Начиная с 70-х годов были проведены измерения удельных теплоемко-
стей ряда твердых и жидких тел.
Вместе с этим развилась и техника калориметрических измерений.
Были сконструированы калориметры, разработаны методы
калориметрических измерений. Развертывание калориметрических измерений
имело огромное значение для формирования основных понятий теории
тепла: температура, количество тепла, теплоемкость и т. д. В XVII и
начале XVIII в. такие понятия еще только намечались. Не было ясным,.
имеет ли теплота одну меру или две, что измеряет термометр и т. д.
С развитием калориметрических исследований прежде всего
укреплялось мнение о существовании двух мер теплоты — степени теплоты»
(температуры) и количества теплоты — и выяснялась связь,
существующая между этими двумя мерами. Так, уже Рихман хотя и допускал»
неясности в терминологии, но по существу правильно различал
температуру и количество теплоты и даже связь между этими величинами
для воды К
Постепенно вопрос о мерах теплоты получил полную ясность. Уже-
Блэк в своих лекциях по химии специально подчеркивал, что «когда
мы говорим о распределении теплоты, всегда нужно различать
количество теплоты и силу теплоты и не смешивать эти две величины»2.
Развитие калориметрических исследований вело к представлению»
о сохранении количества теплоты при ее распределениях между
телами (этому же способствовали и исследования теплопроводности, о чем
будет сказано ниже). Постепенно физики и химики привыкали
пользоваться так называемым уравнением теплового баланса, на основе
которого и производятся все калориметрические расчеты. Уравнением
теплового баланса для смешения однородных веществ пользовался
Рихман. В более общей форме им пользовался Блэк. Обсуждая опыт
смешения одинаковых масс ртути с водой, описанный у Бургаве, Блэк.
писал: «...когда нагретую ртуть смешивают с нагретой водой, то
температура смеси .падает до 120°, вместо 125° (125° средняя температура;,
вода берется при температуре 100°, а ртуть при температуре 150°.—
Б. С). Ртуть, таким образом, охлаждается на 30°, а вода нагревается^
на 20°, однако количество теплоты, которое получила вода, равно ко-
личеству теплоты, которое потеряла ртуть»3.
Таким образом, к 80-м годам XVII в. сложились основные понятия»
учения о теплоте. В вышедшем в 1783 г. сочинении «Мемуар о
теплоте» французских ученых Антуана Лавуазье (1743—1794) ш
Пьера Лапласа (1749—1827), подводящем как бы итог развития*
учения о теплоте, понятия температуры, количества теплоты,
теплоемкости и т. д. считаются уже твердо установленными.
Одновременно с развитием калориметрии начинают развиваться*
и исследования явлений передачи тепла. Эти исследования также игра-
ли важную роль в установлении основных понятий учения о теплоте.
В работе 1701 г., посвященной вопросам теплоты, Ньютон установил
1 Как мы увидим дальше, совершенно отчетливо эти два понятия разграничивал!
Ломоносов и давал им по существу правильное молекулярно-кинетическое
толкование.
2 Цит. <по кн.: Е. Mach. Die Principien der Warmelehre. Leipzig, 1900, S. 156-
3 Ibid., S. 157.

176 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
закон охлаждения тела: «...теплота, которую нагретое железо сообщает
в заданное время смежным с ним холодным телам, т. е. теплота,
которую железо утрачивает в продолжение заданного времени,
пропорциональна всей теплоте железа; поэтому, если времена охлаждения
принимать равными, то теплоты будут в геометрической прогрессии» !.
Последующие исследования передачи тепла выяснили, что этот
процесс осуществляется различными способами, имеющими разную
физическую природу. В связи с этим исследование этого явления
разделилось во второй половине XVIII в. на два направления: изучение
теплопроводности и теплового излучения.
Как мы увидим ниже, уже Ломоносов высказал мнение о
существовании теплового излучения. Он развивал мысль о передаче теплоты
через вакуум (эфир) и о тепловом действии световых лучей. После
Ломоносова в 1777 г. шведский ученый Шееле выдвинул гипотезу о
тепловых лучах, способных распространяться через пустое
пространство, и подтвердил ее экспериментально.
В конце XVIII в. швейцарец Пикте далее исследовал свойства
тепловых лучей, их отражение и поглощение. В результате этих и
других работ к началу XIX в. было выяснено существование тепловых
лучей, стал известен ряд свойств этих лучей. Однако количественного
анализа этого явления еще не производилось; также оставался неясным
вопрос о природе этих лучей.
В XVIII в. были сделаны первые попытки количественного анализа
теплопроводности. Ламберт в сочинении «Пирометрия» (1778) решал
задачу о распределении тепла вдоль стержня для стационарного случая.
Он полагал, что для этого случая каждая часть стержня сколько
получает тепла от близлежащей, более нагретой части, столько же отдает
другой части, более холодной, находящейся рядом, а также
окружающему воздуху. Для решения задачи Ламберт воспользовался законом
охлаждения Ньютона, который в данном случае непосредственно
применять нельзя. Поэтому, хотя Ламберт и получил некоторые правильные
результаты, решение его было ошибочно.
Впоследствии эту задачу анализировали Био и Лаплас.
Последний указал на трудности, возникающие при такой постановке вопроса.
Они заключаются в следующем. Представим себе три следующие
друг за другом элемента стержня Ах', Ах, Ах" (элементарных слоя),
находящихся при температурах Т', Т, Т". Если эти элементы
бесконечно малы, то и разности температур между ними Т\ = Т'—Т и Г2 = Г—Т"
будут бесконечно малыми и того же порядка. Следовательно, и
количества теплот AQi и AQ2, полученные и отданные элементом Ад: за
время т, также будут бесконечно малыми того же порядка. Но тогда, если
процесс нестационарный, прирост количества теплоты в данном
элементе за то же время будет равен AQi—AQ2 и будет уже величиной
бесконечно малой второго порядка малости. Последнее же означает, что
прирост теплоты за конечный промежуток времени в конечном элементе
стержня будет бесконечно малой величиной, что нелепо, ибо
равносильно признанию того, что стержень никогда не может ни нагреться,
ни охладиться.
Проблема теплопроводности была решена французским ученым
Жан Батистом Фурье (1768—1830) уже в первой половине
XIX в. Теория Фурье изложена в книге «Аналитическая теория
теплоты», вышедшей в 1822 г. Фурье отличает внешнюю теплопроводность
от внутренней. Внешняя теплопроводность — это передача теплоты с
Цит. по кн.: С. И. В а в и л о в. Исаак Ньютон, стр. 197—198.

§ 33. Развитие учения о теплоте
177
поверхности тела в окружающую среду, когда температура тела и
температура среды не одинаковы. Для внешней теплопроводности
непосредственно применим закон охлаждения Ньютона. Другой вид
теплопроводности — это передача теплоты внутри твердой среды от одного
элемента к другому, то есть собственно теплопроводность. Для данного
-случая Фурье и устанавливает основной закон. Этот закон
заключается в том, что количество теплоты Q, проходящее через площадку 5 за
время т вдоль направления х, равно
dx
где есть изменение температуры на единицу длины (градиент
температуры), k — коэффициент теплопроводности, зависящий от
свойств теплопередающей среды. Этот коэффициент Фурье определяет
как «количество теплоты, которое протекает в однородном твердом
теле, ограниченном двумя бесконечными параллельными плоскостями, в
течение одной минуты через площадку в один квадратный метр,
параллельную пограничным плоскостям (находящимся на расстоянии,
равном единице. — Б. С), когда эти плоскости поддерживаются ори
температурах: одна при температуре кипения воды, другая — тающего
льда» 1.
Таким образом, Фурье уточнил представления его
предшественников по вопросу о протекании теплоты внутри твердого тела.
Количество проходящей теплоты внутри тела, по Фурье, пропорционально не
просто разности температур, но этой разности, отнесенной к единице
длины, то есть пропорционально градиенту температуры.
Чтобы получить общее уравнение теплопроводности, Фурье
применяет указанный закон к бесконечно малым элементам теплопрово-
дящей среды, устанавливая при этом связь между изменением
содержания теплоты в них и изменением температур; при этом он и
получает известное уравнение теплопроводности.
Фурье считал, что он привел теорию теплоты в такое же состояние,
в которое была (приведена к его времени механика. Свой труд он
поэтому и назвал «Аналитической теорией теплоты».
В XVIII в. начинаются систематические исследования расширения
тел при нагревании.
Помимо чисто научного интереса исследование явления
расширения тел при нагревании имело практическое значение. Изучение
расширения тел было необходимо для совершенствования термометра,
основанного на расширении жидкостей и газов. Кроме того,
усовершенствование термометра, а также других метеорологических приборов
требовало исследования расширения твердых тел, прежде всего
стекла, для введения поправок на показание этих приборов. Развитие
измерительной техники в других областях также требовало изучения
расширения твёрдых тел. Так, например, уже в XVIII в. для конструкторов
точных часов, необходимых в мореплавании, учет расширения
твердых тел от нагревания стал насущной технической необходимостью.
Известно, что английский конструктор хронометров Гаррисон,
получивший премию от парламента за свои хронометры, добился хороших
результатов после того, как учел законы теплового расширения
металлов, из которых изготовлялись детали часов.
Исследованием расширения твердых тел в XVIII в. занимались
многие физики. Так, например, Мушенбрук сконструировал в 1731 г.
1 J. Fourier. Theorie analytique de la chaleur. Paris, 1822, p. 54.
12 Б. И. Спасский

178 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
специальный прибор для изучения расширения твердых тел от
нагревания, названный им пирометром (рис. 55). Пирометр Мушенбрука со*
стоял из исследуемого стержня, один конец которого закреплялся, а
другой упирался в зубчатую рейку, которая при своем движении
вращала колесо со стрелкой. При нагревании стержень удлинялся, двигал
рейку, а она передвигала колесо, поворот которого отсчитывался стрел-
Рис. 55. Пирометр Мушенбрука
кой. Однако из-за несовершенства прибора Мушенбрук не получил
хороших результатов. Пирометр Мушенбрука мог употребляться и как
термометр.
Первые хорошие количественные результаты по измерению
теплового расширения твердых тел получили Лавуазье и Лаплас в начале
80-х годов. Они указывали на техническую важность измерения
коэффициентов теплового расширения тел: «Это свойство, 'Присущее телам,
занимать различный объем в зависимости от температуры, до которой
они доведены, является препятствием, с которым приходится
встречаться на каждом шагу в физике и в инженерной практике всякий раз,
по крайней мере, когда хотят достигнуть высокой степени точности».
И затем специально подчеркнули важность этого вопроса для часового

§ 33. Развитие учения о теплоте
179
производства. «Машины, которыми мы пользуемся для измерения
времени и от точности которых зависит совершенство астрономии, также
подвержены вариациям, зависящим от расширяемости тел...» К
Лавуазье и Лаплас разработали довольно точный метод
измерения теплового расширения твердых тел от нагревания. В качестве
измеряемого образца они брали длинный металлический стержень,
перемещение конца которого при нагревании передавалось с помощью рычага
зрительной трубе, которая >при этом вращалась в вертикальной
плоскости. Наблюдатель через трубу смотрел на удаленную шкалу и по
движению креста нитей на этой шкале определял поворот трубы и
удлинение стержня (рис. 56).
Первые данные по расширению газов были получены еще в самом
начале XVIII в. французским ученым Амонтоном.
Рис. 56. Установка Лавуазье и Лапласа для определения коэффициента расширения
твердых тел
Работая над усовершенствованием термометра, Амонтон пришел
к мысли, что вода или другая какая-либо жидкость не обладают
свойством расширяться пропорционально «степеням теплоты». Таким
свойством обладает только воздух. В связи с этим он построил воздушный
термометр, по показаниям которого можно было проверять все другие
термометры.
Термометр Амонтона состоял из (/-образной стеклянной трубки,
короткий конец которой заканчивался стеклянным шаром. Трубка и
часть шара заполнялись ртутью, по положению мениска которой в
открытом конце можно было судить о температуре воздуха в шаре.
Помещая шар сначала в тающий лед, а затем в кипящую воду,
Амонтон определил, что воздух при этом расширяется на — своего
первоначального объема. Таким образом, по его измерениям
коэффициент расширения воздуха равен , что не так уж далеко от дей-
0\)\)
ствительности.
После того как были открыты в конце XVIII в. кислород, азот и
другие газы и выяснилось, что существует много газообразных
веществ, встал вопрос о их коэффициентах расширения: обладают ли все
газы одним и тем же коэффициентом расширения или нет? Этот вопрос
был решен французским физиком и химиком Жозефом Луи Гей-
Люссаком (1778—1850) и английским химиком Джоном
Дальтоном (1766—1844) в 1802 г. независимо друг от друга. И Гей-Люо-
сак, и Дальтон на основе измерений пришли к выводу, что все газы
1 Цит. по кн.: Я. Г. Дорфман. Лавуазье. Изд-во АН СССР, М. — Л., 1948,
стр. 267.
19*

180 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
имеют один и тот же коэффициент расширения. По их измерениям,
коэффициент расширения газов получился равным в современных
единицах 0,00375 град~\
Изучению расширения тел от нагревания подвели известный итог
французские ученые Дюлонг и Пти во втором десятилетии XIX в.
Дюлонг и Пти очень точно измерили коэффициенты расширения
твердых, жидких и газообразных тел.
Они установили, что все твердые и жидкие тела имеют различные
коэффициенты расширения и что они не являются строго постоянными.
Таким образом, получалось, что все твердые и жидкие тела в
отношении теплоты ведут себя по-разному. Только газы имеют один и тот же
коэффициент расширения или упругости. Поэтому вполне естественно
было считать газовый термометр в качестве нормального термометра,
а его шкалу — нормальной шкалой температур.
Вопрос о температурной шкале и о сущности температуры как
меры теплоты вновь возник уже в связи с развитием термодинамики,
а затем и кинетической теории газов.
В заключение о0зора истории теплофизики в рассматриваемый
период остановимся кратко на развитии взглядов на природу тедлоты.
В XVII в. еще не существовало сколько-нибудь разработанных теорий
о сущности теплоты, и ученые держались весьма различных мнений по
этому вопросу. Однако уже наметились два основных направления, по
которым развивались представления о природе теплоты.
Первое направление толковало теплоту как внутреннее движение
частичек тела. Таков был взгляд, как мы видели, Ф. Бэкона, затем
Декарта, а также Бойля, Гука и др. (правда, Бойль, признавая, что
теплота есть движение частичек тела, признавал также и существование
материи огня, которая способна приводить эти частички в движение).
Противоположное направление рассматривало теплоту как вещество.
Такого взгляда, например, держался Галилей. Он писал: «Тепло,
которое мы назовем общим словом огонь, есть множество мельчайших
телец, имеющих те или иные фигуры и движущихся с той или иной
скоростью» 1. Такое же представление о теплоте высказывал Гассенди,
который признавал существование не только атомов тепла, но даже и
атомов холода.
Кроме этих двух основных направлений существовали и
промежуточные. Ньютон, например, считал, что теплота есть движение эфира.
В последующем к этой точке зрения примкнул Эйлер.
В XVIII в. два основных направления продолжали развиваться.
Представление о теплоте как о движении частиц тела развивали
И. и Д. Бернулли, Герман и др. Наконец, в середине XVIII в. М. В.
Ломоносовым была разработана кинетическая теория теплоты, о которой
будет сказано ниже.
Постепенно, однако, вещественная теория теплоты получала все
большее и большее распространение и в середине XVIII в. стала
господствующей. Нагретость тела объяснялась в ней простым
присутствием в теле тепловой материи, которая, подобно другим тонким
материям, признавалась невесомой.
О взглядах физиков и химиков на природу теплоты в последней
трети XVIII в. Лавуазье и Лаплас писали: «Физики по своим
воззрениям на природу теплоты не единодушны. Большинство рассматривает
теплоту как жидкость, которая по своей природе стремится расши-
1 «Галилео Галилей». Сборник, посвященный 300-летней годовщине со дня
смерти. Изд-во АН СССР, М—Л., 1943, стр. 47.

§ 33. Развитие учения о теплоте
181
ряться и проникать в большей или меньшей степени в поры тел, в
соответствии их температуры и тепловых свойств этих тел». «Другие
физики, — продолжают авторы, — рассматривают теплоту как результат
неразличимого движения молекул материи... Принимая в расчёт
принцип сохранения живых сил, можно дать определение: теплота есть
живая сила, то есть сумма произведений масс каждой молекулы на
квадрат ее скорости» К
Здесь Лавуазье и Лаплас не высказывались специально за или
против той или другой теории, придерживаясь принципа: «гипотез не
измышляю». Но в других сочинениях они явным образом стоят на
позициях вещественной теории теплоты. Известно, например, что Лавуазье
в списке химических элементов помещал теплород. Что же касается
Лапласа, то он развивал самые что ни на есть ньютонианские
представления о теплороде. Теплород — это невесомая жидкость, частицы
которой притягиваются частицами обычных тел и отталкиваются друг
другом. Таким образом, теплород как бы обволакивает молекулы тел
и стремится расшириться 2.
Победа вещественной теории теплоты над кинетической во второй
половине XVIII в. была, конечно, исторически обусловлена. Тепловые
явления изучались вне связи с другими физическими явлениями, не
затрагивая процессов превращения теплоты в другие формы движения
или других форм движения в теплоту. Физики имели главным образом
дело с явлениями перераспределения теплоты и с ее передачей, когда
общее количество теплоты оставалось неизменным. Они наблюдали,
что теплота переходит из одного тела в другое, сохраняя свое общее
количество, подобно жидкости, переливаемой из одного сосуда в
другой. Они наблюдали также, что теплота перетекает по телу, например
стержню, без потерь, подобно воде по трубам. Это хорошо
укладывалось в представление о теплоте как о веществе; с помощью
вещественной теории легко было объяснять наличие теплового баланса при
калориметрических измерениях, явления теплопроводности и т. п.
Гораздо более трудными были эти вопросы для кинетической
теории теплоты (учитывая тогдашнее состояние науки). Наблюдаемые
тепловые явления казались противоречащими кинетической теории
теплоты. Так, например, казалось, что из кинетической теории следует
пропорциональность теплоемкости тела его плотности. Действительно,
отождествляя теплоту с живой силой молекул, надо было признать,
что чем больше масса тела, тем больше живой силы нужно передать
телу, чтобы сообщить молекулам ту же самую скорость, то есть нагреть
тело до той же температуры. Но ничего подобного на опыте не
наблюдалось. Между прочим, подобного рода аргумент против кинетической
теории приводил Блэк. Он писал: «Более плотные тела должны
несомненно усиленнее передавать теплоту другим телам. Опыт учит в
большинстве случаев прямо противоположному. Подобного рода мнение
(кинетическую теорию теплоты. — Б. С.) поэтому нельзя согласовать
с фактами»3.
Потребовалось длительное развитие физики, механики и
математики, прежде чем кинетическая теория смогла объяснить детали
тепловых явлений и их количественные закономерности.
1 A. L. Lavoisier und P. S. D e Laplace. Zwei Abhandlungen fiber die
Warme. Ostwald's Klassiker. Leipzig, 1892, SS. 5—6.
2 Cm. P. S. Laplace. Traite de Mecanique Celeste, t. V, 1, XII. Paris, 1823,
p. 89.
3 Цит. по кн.: К. Me yer. Die Entwickelung des Temperaturbegriffs. Braunschweig,
1913, o. 108.

182 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
Теория теплорода, будучи более простой, в значительно большей
степени удовлетворяла эмпирическим и формалистическим тенденциям
физиков и химиков, следовавших принципу: «гипотез не измышляю».
Объясняя тепловые явления присутствием теплорода, частицы которого
наделены дальнодействующими силами, она очень хорошо подходила
к общей направленности ньютонианской школы.
Теория теплорода была исторически необходимым этапом в
развитии физики; она сыграла и положительную роль, объединив целый
ряд накопленных фактов и частных теорий, и позволила их
систематизировать с единой точки зрения. Хотя и в искаженной форме, эта
теория отражала некоторые действительные закономерности тепловых
явлений. Поэтому она на определенном этапе не тормозила развитие
физической науки и не сразу пришла в противоречие с действительностью,
продержавшись более столетия.
Отношение теории теплорода к кинетической теории теплоты
Энгельс сравнивал с отношением диалектики Гегеля к диалектике
Маркса. Он писал: «Но и в самом естествознании мы достаточно часто
встречаемся с такими теориями, в которых действительные отношения
поставлены на голову, в которых отражение принимается за
отражаемый объект и которые нуждаются поэтому в подобном
перевертывании. Такие теории нередко господствуют в течение продолжительного
времени. Именно такой случай представляет учение о теплоте: в
течение почти двух столетий теплота рассматривалась не как форма
движения обыкновенной материи, а как особая таинственная материя;
только механическая теория теплоты осуществила здесь необходимое
перевертывание. Тем не менее физика, в которой царила теория
теплорода, открыла ряд в высшей степени важных законов теплоты... Точно
так же в химии теория флогистона своей вековой экспериментальной
работой впервые доставила тот материал, с помощью которого
Лавуазье смог открыть в полученном Пристли кислороде реальный
антипод фантастического флогистона и тем самым ниспровергнуть всю
флогистонную теорию. Но это отнюдь не означало устранения опытных
результатов флогистики. Наоборот, они продолжали существовать;
только их формулировка была перевернута, переведена с языка
теории флогистона на современный химический язык; и постольку они
сохранили свое значение.
Гегелевская диалектика так относится к рациональной
диалектике, как теория теплорода — к механической теории теплоты, как теория
флигостона — к теории Лавуазье»1.
§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме
Электрические и магнитные явления были известны уже в
древности, однако сведения об этих явлениях были отрывисты и весьма
скудны. Естественно, никакой теории этих явлений тогда еще не
существовало. В средние века с электрическими и магнитными явлениями
связывали самые невероятные фантазии и домыслы.
В связи с развитием мореплавания и применением компаса,
который стал основным навигационным прибором, возник интерес к
исследованию магнитов и изучению магнитного поля Земли.
Уже Колумб понял важность для мореходства знания магнитного
склонения, так как без этого трудно было держать правильный курс
корабля. Таким образом встала проблема изучения земного магнетиз-
Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 26—27.

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме 183
ма и составления карт магнитных склонений и магнитных наклонений.
Начиная с конца XVII в. правительства различных стран
организуют специальные научные экспедиции для изучения земного
магнетизма, для составления карт склонений (первой такой экспедицией была
английская экспедиция под руководством Галлея в 1698 г.). С
развитием навигационной техники возникает целый ряд практических
проблем, относящихся к магнетизму: изготовление искусственных магнитов,
устранение влияния железных частей корабля на показания компаса
и т. д. Все это не могло не оказать самого сильного влияния на
изучение магнитных явлений вообще.
Первой работой, посвященной исследованию магнитных явлений,
была книга английского ученого Вильяма Гильберта (1540—
1603), вышедшая в 1600 г., «О магните, магнитных телах и великом
магните Земле».
На основе опытных исследований Гильберт установил, что
магнитное притяжение и отталкивание присущи только магнитным телам —
магнитной руде, железу и стали, что магнит всегда имеет два
полюса — северный и южный, и что одноименные полюсы отталкиваются, а
разноименные — притягиваются. Он показал, что, распиливая магнит,
нельзя никогда получить магнит с одним полюсом и что вообще
такового не существует. Гильберту известно было также и явление
магнитной индукции. Он описал опыты, когда железные предметы под
влиянием магнита сами становились магнитами.
Объясняя действие магнитной стрелки компаса, Гильберт
утверждал, что Земля представляет собой большой магнит, полюса которого
расположены возле географических полюсов. Для подтверждения этой
мысли Гильберт описывает опыт, заключающийся в действии
намагниченного стального шара на магнитную иглу. Исходя отсюда, Гильберт
объясняет и явление наклонения магнитной стрелки.
В своей книге Гильберт уделил внимание и исследованию
электрических явлений. Гильберт показал, что электрические явления следует
отличать от магнитных. Электрическая сила, по Гильберту, в отличие
от магнитной, присуща янтарю и ряду других веществ — хрусталю
стеклу, сере и т. д. То, что Гильберт занимался одновременно и
электричеством и магнетизмом, вполне естественно. Во-первых, до
Гильберта часто электрические и магнитные явления не отличали друг от
друга, а во-вторых, между этими явлениями было много общего. Поэтому
исследование магнетизма часто стимулировало и исследования по
электричеству. Не случайно, что физики, открывавшие новые явления и
законы в области магнетизма, одновременно открывали таковые и в
области электричества. Таким образом, если практика оказывала
непосредственное влияние на развитие учения о магнетизме, то через него
юна не могла не влиять и на развитие учения об электричестве. Так,
Гильберт, Эпинус, Кулон, Гаусс и другие ученые занимались
одновременно исследованием и магнитных, и электрических явлений.
После Гильберта изучение электрических и магнитных явлений
протекало очень медленно. В течение более чем ста лет в учении об
электричестве и магнетизме было получено весьма мало нового.
Единственно, что нужно отметить за данный период в этой области, — это
работы Герике, посвященные изучению электрических явлений.
Занимаясь электричеством, Герике построил специальный прибор — про-
«образ будущей электрической машины (рис. 57). В трактате,
посвященном физическим исследованиям, Герике так описывал устроенную
им машину: «Желающий пусть возьмет сферический стеклянный сосуд
.величиной в детскую голову, наполнит его размельченной серой и рас-

184 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
плавит ее; после охлаждения пускай разобьет сосуд и вынет шар,
который нужно хранить в сухом месте; если желательно, то можно в
шаре пробуравить отверстие, в которое вставить железный стержень, чтобы
удобно было вращать шар вокруг него как вокруг оси» К Чтобы
получить электричество, Герике вращал серный шар и натирал его ладонью..
Несмотря на примитивность прибора, Герике сумел сделать с его
помощью важное открытие, обнаружив, что легкие тела не только
притягиваются наэлектризованным телом, но могут и отталкиваться им.
.До середины XVIII в. в учении об электричестве были сделаны
новые шаги, хотя развитие этой области физических наук все еще
протекало очень медленно.
Рис. 57. Электрическая машина Герике
В 1729 г. англичанин Грей открыл явление электропроводности.
Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел
к другим по металлической проволоке или по пеньковой нити, тогда
как шелковая нить электричества не проводит. В связи с этим все тела1
были разделены на проводники и непроводники электричества, или
хорошие и плохие проводники. Француз Дюфе в 1734 г. установил суще*
ствование двух родов электричества. По этому поводу он писал, что
открыл принцип, «проливающий новый свет на электрическую
материю. Этот принцип заключается в том, что существуют два рода
электричества: одно из которых я называю стеклянным электричеством,,
другое — смоляным электричеством. Первое имеет место в стекле,
горном хрустале, драгоценных камнях, волосах, шерсти и во многих
других телах. Второе — в янтаре, камеди, шелке, нити, бумаге и в
большом количестве других веществ. Характерным для этих двух электри-
честв является способность отталкивать и притягивать одно другое.
Так, если тело обладает стеклянным электричеством, оно отталкивает
тела, содержащие такое же электричество, и, наоборот, притягивает
все то, что имеет смоляное электричество. Соответственно смоляное-
электричество отталкивает смоляное и притягивает стеклянное»2.
Новым этапом в исследовании электрических явлений было созда-
1 О. Guericke. Experimenta nova. Amstelodami, 1672, p. 147.
2 Цит. по кн.: L. Figuier. Les Mervilles de la Sciense, t. 1. Paris, 1866, p. 44ix

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме
185
ние лейденской банки, которая была сделана почти одновременно
немцем Клейстом и Мушенбруком в 1745—1746 гг. Название она получила
по имени города Лейдена, где Мушенбрук проделал свои первые опыты
с лейденской банкой, которые затем описал.
До этого физики не могли получить сколько-нибудь значительные
электрические заряды; лейденская банка давала эту возможность.
Используя еще весьма несовершенные электростатические машины, с ее
помощью можно было накопить уже значительные заряды, проводить
с ними экспериментальные исследования.
В связи с подобным экспериментированием возникла мысль о
возможности применения электричества для практических целей. Уже
Мушенбрук, описывая изобретенную им лейденскую банку, обратил
особенное внимание на
физиологическое действие
электрического разряда.
Он писал: «Хочу
сообщить... новый, но ужасный
опыт, который не советую
Вам повторять. Я
занимался изучением
электрической силы. Для этого
я подвесил на двух
шелковых голубых нитях
железный ствол,
получающий электричество от
стеклянного шара,
который быстро вращался
вокруг оси и натирался
руками. На другом конце
висела медная проволока,
конец которой был
погружен в стеклянный круглый сосуд, заполненный наполовину водой,
который я держал в правой руке; левой же рукой я пытался извлекать из-
электрического ствола искру. Вдруг моя правая рука была поражена
ударом с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии.
Несмотря на то, что сосуд, сделанный из тонкого стекла, не
разбивается и кисть руки обычно не смещается при таком потрясении, тем не
менее локоть и все тело поражаются столь страшным образом, что я
не могу выразить словами. Я думал, что все кончено» *.
После Мушенбрука физиологическим действием электрического
разряда заинтересовались многие. Опыты с электричеством стали очень
модными, их производили повсюду, начиная от лабораторий ученых и
кончая аристократическими гостиными и даже королевскими дворцами.
Известно, например, что Людовик XV и его двор забавлялись,
пропуская через цепь солдат разряд лейденской банки и наблюдая гримасы
бедных солдат.
Но если король только забавлялся, наблюдая действие
электрического разряда на людей, то у врачей и физиологов сразу же возникла
мысль, что электричество играет важную роль в жизнедеятельности?
живого организма и, следовательно, можно применять его для
лечебных целей. Исследованием действия электричества на человеческий
организм занялись многие ученые. Писались многие трактаты об «элек-
Рис. 58. Лейденский опыт
1 Цит. по кн.: L, Figuier. Les Mervilles de la Sciense, t. 1, p. 461.

186 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
тричестве человеческого тела», об «электрической лечебной материи»
и т. п.*В качестве примера можно привести сочинение знаменитого
вождя французской буржуазной революции Марата. Врач по
образованию, он много занимался исследованиями электричества. В 1783 г.
он написал сочинение по электротерапии («Memoire sur l'electricite
medical») и представил его на конкурс, объявленный Руанской
академией на тему «Насколько и в каких условиях можно рассчитывать на
электричество как на положительное в лечении болезней». Сочинение
Марата было премировано и получило золотую медаль.
Интерес к электричеству со стороны врачей не мог не оказать
положительного влияния на развертывание экспериментальных
исследований по электричеству. И хотя
применение электричества в лечебных
целях началось гораздо позже, тем
не менее поиски такого применения
уже в XVIII в. сыграли
определенную стимулирующую роль в
развитии учения об электричестве.
Практическое значение
исследование электрических явлений
приобрело также в связи с открытием
электрической природы грозы.
Мысль об электрической природе
молнии высказывалась довольно
давно. Однако только после того,
. как стало возможным искусственно
получать большие искры, эта мысль
получила достаточное основание.
В середине XVIII в. целый ряд
ученых уже совершенно определенно
предполагали, что молния является
электрической искрой.
Известный американский ученый
Бенджамин Франклин и общественный деятель Бенджа-
мин Франклин (1706—1790)
много занимался исследованиями по электричеству. В одном из своих
писем в Лондон члену Королевского общества Коллинсону (1750), в
котором он сообщал о своих исследованиях по электричеству, Франклин
изложил свою мысль об электрической природе молнии и предложил
экспериментальный метод проверки этой гипотезы. Чтобы установить факт
электризации облаков, Франклин предлагал поставить на высокой башне
будку, из которой вывести вверх железный шест высотой 20—30 футов
с заостренным концом, укрепленный на изолированной подставке.
Помещенный в будке человек при наличии низко проходящих облаков может,
тю мнению Франклина, извлекать из шеста электрические искры. В том
же письме Франклин излагал идею громоотвода для предохранения
зданий и кораблей от пожара во время грозы.
В 1751 г. письма Франклина были изданы в Лондоне и
содержание их стало известно в Европе. В мае 1752 г. француз Далибар
произвел рекомендованный Франклином опыт и получил экспериментальное
подтверждение гипотезы об электрическом происхождении грозы.
Позднее, летом того же года, сам Франклин произвел известный опыт
со змеем и получил'те же результаты, что и Далибар.
Экспериментальное доказательство электрической природы молнии
было получено также в России академиком Рихманом. В июне 1752 г.

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме
187
«Санктпетербургские ведомости» впервые сообщили об идеях
Франклина и опытах во Франции. Несколько недель спустя те же «Санктпетер-
* бургские ведомости» уже сообщали об опытах Рихмана: «Понеже в
разных ведомостях объявлено важнейшее изобретение, а именно, что
электрическая материя одинакая с материею грома, то здешний
профессор физики экспериментальной, г. Рихман удостоверил себя о том
и некоторых смотрителей следующим образом». Затем шло описание
опытов Рихмана, проделанных 18 июля с «громовой машиной» (рис.59).
В заключение «Ведомости» писали: «И так совершенно доказано, что
электрическая материя одинакова с громовой материей, и те
раскаиваться станут, которые преждевременно маловероятными основаниями
доказывать хотят, что обе материи различны» К
Рис. 59. Установка Рихмана по исследованию атмосферного электричества
(рисунок Ломоносова)
В следующем году Рихман вместе с Ломоносовым продолжал
исследования атмосферного электричества вплоть до своей трагической
•смерти от шаровой молнии летом 1753 г. После смерти Рихмана
Ломоносов продолжал экспериментальное исследование атмосферного
электричества. Он построил «громовую машину» (рис. 60), которая
представляла собой установленный на крыше дома или дереве железный
шест, от которого в комнату проводилась проволока.
Со своей «громовой машиной» Ломоносов проделал много
наблюдений и на основе их, а также предшествующих атмосферных
исследований предложил свою теорию грозы, изложенную им в речи «Слово
•о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих»,
прочитанной в 1756 г. Согласно теории Ломоносова, в атмосфере имеют
место восходящие и нисходящие потоки воздуха. В результате этого
происходит трение между «горючими шариками» (то есть
испарениями) в восходящих потоках и парами воды в нисходящих. Эти
«горючие, шарики» и пары воды, электризуясь трением, создают в атмосфере
вследствие громадного их числа большие электрические заряды.
Если отвлечься от механизма электризации и от представления о
носителях электрических зарядов, то теория Ломоносова, несомненно,
отражает действительность. По современным представлениям в
процессе образования атмосферного электричества важную роль играют
восходящие и нисходящие потоки воздуха.
Открытие электрической природы грозы натолкнуло на устройство
громоотводов, в связи с чем исследование атмосферного электричества
с самого начала получило практическую ценность. Вопросом защиты
ют пожаров в связи с изобретением громоотводов заинтересовались
даже правительственные органы некоторых стран. Известно, например,
что во Франции в 1770 г. были начаты специальные исследования по
1 П. Пекарский. История императорской академии наук в Петербурге, т. I,
«стр. 704—705.

188 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
защите кораблей от пожаров из-за попадания в них молний.
Подобными же вопросами интересовалось и английское адмиралтейство.
Интерес к электричеству врачей и физиологов, а также изучение
атмосферного электричества в значительной степени стимулировали
дальнейшие исследования электрических явлений. Развитие же
геомагнитных измерений толкало к дальнейшим научным изысканиям в
области магнетизма. Это способствовало изучению не только
магнетизма, но и электричества. В связи с
этим учение об электричестве, а
также о магнетизме во второй
половине XVIII в. развивается быстрее.
Прежде всего развивается'взгляд
на природу электричества. Раньше
электрические явления объяснялись
наличием специальных
«электрических атмосфер», образующихся
вокруг наэлектризованного тела.
После открытия электропроводности,,
способности электричества
собираться в лейденской банке и т. д.,
естественней было предположить
существование электрической
жидкости или жидкостей, способных
перетекать от одного тела к другому
и собираться на телах.
Естественно было также наделить частицы
этих жидкостей силами,
действующими, по примеру сил тяготения, на
расстоянии и являющимися
центральными. Эти представления
хорошо укладывались и в общее
направление развития физики этого
времени, о чем мы выше говорили.
Один из первых шагов в этом
направлении сделал Франклин.
Опираясь на известные, а также вновь
им открытые экспериментальные
факты (например, он открыл, что
при электризации получается всегда
одинаковое количество
положительного и отрицательного
электричества), Франклин предложил новую теорию электричества. По его теории,
«электрический огонь» является одним из элементов, который
содержится в телах. При электризации этот элемент переходит с одного тела на
другое, не создаваясь и не уничтожаясь. При этом тело, с которого он
уходит и на котором создается недостаток его, электризуется
отрицательно, а тело, на котором появляется его избыток, электризуется
положительно. Положительным электричеством Франклин назвал (исходя из
некоторых соображений) «стеклянное».
Франклин далее наметил направление, по которому стала затем
развиваться теория электричества, предположив наличие особых сил,
присущих электрической жидкости. Он писал: «Электрическая
материя состоит из частичек особо тонких, так как она может проходить
сквозь обычную материю и даже плотные металлы с такой легкостью
я свободой, как будто не встречая никакого сопротивления.
Рис. 60. «Громовая машина»
носова
(рисунок Ломоносова)
Ломо-

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме 189
Электрическая материя отличается от обычной материи тем, что
-если частички последней взаимно притягиваются, то частички первой
взаимно отталкиваются...
Но частички электрической материи, взаимно отталкиваясь,
притягиваются с большей силой всякой другой материей» *.
Однако Франклин еще недостаточно четко представлял себе
взаимодействие частиц электричества. Вводя представление о
центральных силах, Франклин одновременно пользовался старым
представлением об электрической атмосфере, окружающей заряженное тело.
Идеи Франклина были развиты петербургским академиком
Францем Эпинусом (1724—1802). Эпинус сделал ряд открытий в
области физики электричества и магнетизма. Ему принадлежит первое
серьезное исследование электрической индукции. Так же как и
Франклин, Эпинус предполагал, что существует электрическая жидкость,
которая может двигаться в проводниках свободно, а в изоляторах
ограниченно. Подобно Франклину, Эпинус считал, что частицы
электрической жидкости наделены силами; эти силы таковы, что частицы
отталкиваются друг от друга и притягиваются частицами обычной материи.
Но, в отличие от Франклина, Эпинус уже не предполагал никакой
электрической атмосферы вокруг тел. Он считал, что всякое
взаимодействие электрических зарядов складывается из сил взаимодействия
между частицами электрической жидкости.
Аналогичные взгляды Эпинус высказывал и о магнетизме.
Существует единая магнитная жидкость или материя. Частицы этой
материи отталкиваются друг от друга и притягиваются частицами
магнитных материалов.
Силы между электрическими зарядами или магнитами, подобно
силам тяготения, действуют на расстоянии, причем причина этих сил,
подобно силам тяготения, неизвестна. В этом вопросе он почти
буквально повторяет Ньютона.
Рассуждая о природе магнитных сил, Эпинус пишет: «Без
сомнения, многим будет противно, что и магнитные явления из притягающей
и отгоняющей силы изъяснить стараюсь, потому что многие
помянутые силы между сокровенными качествами полагают. Что такие
силы в самой натуре есть, то ясно видим, и что всех явлений они суть
главными и начальными причинами, хотя начало, их нам безызвестно.
Я не понимаю, в чем тот -погрешает, кто явления из первоначальных
сил изъясняет, хотя бы начало их было неизвестно. Правда, что
неосторожные великого Невтона последователи учение его тем
попортили, что притягающую и отгоняющую силу за природное телам
качество почитают и никакой внешней причины помянутых сил признавать
не хотят. Но я не так думаю и охотно признаюсь, что видимые в
натуре притягания и отгонения зависят от какой-нибудь внешней
причины, а какая бы она ни была, в том лучше признаться хочу, что мне не
известна, нежели неосновательные положения выдумывать»2.
В своем главном сочинении «Опыт теории электричества и
магнетизма», вышедшем в 1759 г., Эпинус ставит вопрос о величине сил,
действующих между электрическими зарядами и магнитами, и
высказывает предположение, что они, подобно силам тяготения, должны быть
обратно пропорциональны квадрату расстояния. Он пишет, что еще не
1 Benjamin Franklin's experiments. A new edition of franklin's experiments and
observations on electricity. Cambridge, Massachusetts, 1941, p. 213.
2 Ф. Эпинус. Теория электричества и магнетизма. Изд-во АН СССР, М., 1961,
стр. 414.

190 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
решается определить функциональную зависимость этих сил от
расстояния, но что «если бы понадобилось произвести выбор между различными
функциями, то я охотно утверждал бы, что эти величины изменяются
обратно пропорционально квадратам расстояний»1.
Теория Эпинуса явилась началом развития одного из двух
основных направлений в учении об электрических и магнитных явлениях —
направления, основанного на теории дальнодействия. И хотя он сам
и не утверждал, что электрические и магнитные силы действуют на
расстоянии без посредства промежуточной среды; но, отказавшись от
обсуждения их природы, он, подобно Ньютону в теории гравитации,
объективно явился основоположником теории дальнодействия в учении об
электрических и магнитных явлениях.
Почти одновременно с теорией дальнодействия возникла и теория
близкодействия, по которой электрические взаимодействия передаются:
через эфир. Это мнение высказывали Ломоносов и Эйлер. Эйлер
полагал, что электрические взаимодействия объясняются различной
плотностью и соответственно упругостью эфира в телах. О взглядах
Ломоносова на электрические и магнитные явления будет сказано ниже.
Однако теория близкодействия не получила в XVIII в.
дальнейшего развития. Наоборот, теория дальнодействия стала признанной
теорией и господствовала вплоть до работ Максвелла. Такое
положение исторически обусловлено. Теория дальнодействия проще
объясняла известные в то время явления электричества и магнетизма. Теория
же близкодействия, хотя и была, как выяснилось позднее, правильной,,
тем не менее на первой ступени развития учения об электричестве и
магнетизме не могла получить признания. Эта теория затруднялась,
в объяснении количественных закономерностей электростатики и маг-
нетостатики, которые стали накопляться с конца XVIII в. Теория
близкодействия в те времена требовала построения конкретных гипотез .об
эфире, о его структуре, о его движениях и т. д. Все это было не под
силу ученым XVIII и начала XIX в. Кроме того, она противоречила
общему устремлению — по возможности не измышлять гипотез. Так
же как и теория теплорода, теория дальнодействия в учении об
электричестве и магнетизме хорошо укладывалась в общую схему ньюто-
нианской физики XVIII в. Чтобы прийти к признанию теории
близкодействия, необходимо было развитие электродинамики, исследование
превращения «электричества в магнетизм», исследование превращения
электромагнитной энергии в другие формы энергии и т. д., — все это
было сделано гораздо позже.
К середине XVIII в. до некоторой степени развилась
экспериментальная техника по исследованию электрических и магнитных явлений.
Появилась электростатическая машина — результат
усовершенствования примитивной машины Герике (рис. 61). Она состояла из
стеклянного шара, который натирался руками. Впоследствии шар был заменен
стеклянным диском, который натирался уже специальными
подушечками, закрепленными на подставках, эти подушечки были
покрыты амальгамой. Машину стали снабжать кондукторами и т. д.
(рис. 62).
Появился и первый измерительный прибор — электрометр. Долгое
время методы обнаружения электрического заряда и оценка
«электрической силы» были весьма примитивными. Одним из основных
приборов был сам человек, который по силе электрического удара оценивал
величину электрического заряда. Но уже Дюфе и Грей употребляли
1 Ф. Э п и ну с. Теория электричества и магнетизма, стр. 50—51.

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме
191
простейшие электроскопы, представлявшие собой две льняные нити,
подвешиваемые к наэлектризованному телу.
В 1745 г. Рихман построил первый электроизмерительный прибор
«электрический указатель». Прибор Рихмана состоял из металлического
Рис. 61. «Электростатическая» маши- Рис. 62. «Электростатическая» машина
на начала XVIII в. второй половины XVIII в.
Рис. 63. «Электрический указатель» Рихмана
прута, к верхнему концу которого подвешивалась льняная нить
определенной длины и веса («отвешенная»). Отклонение нити измерялось с
помощью шкалы, прикрепленной к прибору (рис. 63).
В последующем, начиная с 1745 г., были предложены различного

192 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
рода конструкции электроскопов, дающих возможность производить
и количественные отсчеты. Появились различного рода электроскопы,
в которых «электрическая сила» оценивалась по величине
расхождения висящих рядом легких предметов, например бузиновых или
пробковых шариков, подвешенных к тонким нитям. Постепенно
электроскопы усовершенствовались; подвешенные шарики или другие легкие,
тела стали помещать в стеклянный сосуд. В 1787 г. Беннет применил
вместо шариков два тонких золотых листка, поместив их внутри
специального сосуда. У Беннета электроскоп принял почти современный
вид. Будучи снабжены шкалой, такие электроскопы могли уже
употребляться как электрометры. Однако нужно отметить, что вопрос о
том, что измеряет электрометр, был решен гораздо позже.
Новый этап в истории развития учения об электричестве.и
магнетизме начинается с установления основного закона электростатики и
магнетостатики — закона Кулона.
Гипотеза о том, что силы взаимодействия между магнитами я
электрическими зарядами обратно пропорциональны квадратам
расстояний между ними, была высказана, как мы видели, уже Эпинусом
(раньше Эпинуса такую идею о силах, действующих между
магнитами, высказал в 1750 г. Майчелл). Затем Д. Бернулли в 1760 г.,
.основываясь на опытах с электрометром, пришел к таким ,же выводам
относительно электрических сил.
В 1767 г, Пристли в своей «Истории электричества» указал на то,
что силы взаимодействия между электрическими зарядами должны быть
подобны силам тяготения, то есть зависеть обратно пропорционально
квадрату расстояния. При этом он опирался на известный уже факт, что
электрические силы не действуют внутри наэлектризованного
металлического сосуда. Он писал: «Не следует ли из этого эксперимента, что
притяжение электричества подчиняется тому же самому закону, что
и сила тяготения, т. е. закону квадратов расстояния, так как показано,
что если бы Земля имела форму скорлупы, то помещенное внутри ее
тело не испытывало бы с ее стороны притяжения» К
В 70-х годах англичанин Генри Кавендиш (1731—1810),
занимаясь исследованиями по электричеству, проделал опыт по
определению элементарного закона взаимодействия между электрическими
зарядами. Он взял две металлические полусферы, закрепленные на
изолирующей раме, которые могли соединяться и разъединяться. Внутри
этих полусфер он поместил шар, покрытый фольгой, посаженный на
стеклянную ось, так что между полусферами, когда они были
соединены, и шаром не было контакта. После этого он соединил полусферы
и шар тонкой проволокой и сообщил им электрический заряд.
Разъединив затем полусферы, он вынул шар и исследовал, какой заряд
остался на нем. Измерения показали, что заряд на шаре равен нулю
(рис. 64).
Из этого опыта Кавендиш заключил, что «электрическое
притяжение и отталкивание должны быть обратно пропорциональны квадрату
расстояния»2. Этот вывод следовал из теоретических расчетов. Если
положить, что электрические силы обратно пропорциональны
некоторой степени расстояния, то только в том случае весь заряд собирается
на внешней сфере, когда эта степень равна двум. Установив правильно
закон взаимодействия электрических зарядов, Кавендиш, однако, не
1 J. P r i s 11 е у. Geschichte und gegenwartiger Zustand der Electricitat, nebst
eingenthumlichen Versuchen, Berlin und Stralsund, 1772, S. 489.
2 H. Cavendish. The electrical researches. Cambridge, 1879, p. 110.

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме 193
опубликовал своей работы. Его исследования стали известны гораздо
позже, после того как Максвелл опубликовал труды Кавендиша.
В 80-х годах французский ученый и инженер Шарль Кулон
(1736—1806) непосредственно измерил силы, действующие между
электрическими зарядами, и установил закон, носящий его имя (свои
исследования Кулон опубликовал в, ряде статей в период 1785—1788 гг.).
Для определения силы взаимодействия между электрическими
зарядами Кулон построил специальный прибор — крутильные весы.
Конструируя этот прибор, Кулон применил ранее открытый им закон
пропорциональности между углом закручивания упругой нити и моментом
силы. Устройство крутильных весов Кулона ясно из рисунка, взятого
из его сочинения (рис. 65)., Кулон употреблял тонкую серебряную
проволоку с подвешенной
палочкой, на одном конце
которой находился
маленький бузиновый
шарик, а на другом —
уравновешивающий груз'ик.
При отсутствии
электрического заряда шарик на
палочке при незакручен-
ной нити касался шарика,
находящегося на стержне,
пропущенном через
крышку большого стеклянного
сосуда. После того как
кондуктор с
электрическим зарядом касался Рис. 64. Прибор Кавендиша
обоих шариков, они
расходились. Измеряя угол закручивания проволоки по указателю на
головке прибора и расстояние между шариками по шкале на
стеклянном сосуде, Кулон определил значение силы отталкивания между
последними при различном -их положении. На основании измерений
Кулон установил, что «сила отталкивания двух маленьких
наэлектризованных однородным электричеством шариков обратно пропорциональна
квадрату расстояния между их центрами»1.
Затем Кулон определил, как зависит сила взаимодействия между
зарядами от величины этих зарядов. Для этого он использовал метод
деления зарядов, полагая, что заряд одного шарика, будучи
распределен на два одинаковых, распределится между ними поровну. Кулон
дал более полную формулировку закона взаимодействия двух
точечных электрических зарядов: «Отталкивательное, так же как и
притягательное действие двух наэлектризованных шаров, а следовательно,
и двух электрических молекул, прямо пропорционально плотности
электрического флюида обеих электрических молекул и обратно
пропорционально квадрату расстояния между ними»2.
Кулон провел также исследование распределения электричества
на проводниках и подтвердил, что электричество собирается только на
их поверхности. Он установил также, что «электрическая сила» на
поверхности проводника направлена перпендикулярно к ней и
пропорциональна плотности электричества.
Одновременно с исследованием электрических сил Кулон иссле-
1 Ch. Coulomb. Vier Abhandlungen tiber die Electricitat und den Magnetismus.
Ostwald's Klassiker. Leipzig, 1890, S. 7.
2 Ibid., S. 41.

194 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
довал и взаимодействие магнитов и подтвердил уже ранее
высказанное рядом исследователей положение о том, что силы взаимодействия
магнитов обратно пропорциональны квадрату расстояния. Из ряда
измерений он нашел, что «сила притяжения и отталкивания магнитных
жидкостей прямо пропорциональна плотности и обратно
пропорциональна квадрату расстояния между магнитными молекулами» 1.
Рис. 65. Крутильные весы Кулона (рисунок из работы Кулона)
По теоретическим взглядам на электрические и магнитные явления
Кулон примыкал к Эпинусу. Только, в отличие от последнего, он
признавал существование двух электрических жидкостей (теория двух
электрических жидкостей была высказана почти одновременно с
теорией одной жидкости). «Какова бы ни была причина электричества,—
писал Кулон, — мы можем объяснить явления, предположив, что су-
1 Ch. Coulomb. Vier Abhandlungen iiber die Electricitat und den Magnetismus,

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме
195
ществуют дв,е электрические жидкости, так что частицы одной и той же
жидкости отталкиваются обратно пропорционально квадрату
расстояния и притягивают частицы другой жидкости соответственно тому же
самому закону обратной пропорциональности»1. Эти электрические
жидкости могут свободно перемещаться внутри проводника и не могут
двигаться вдоль изолятора. Что касается магнетизма, то Кулон считал,
что существуют также две магнитные жидкости, наделенные, как и
электрические жидкости, силами притяжения и отталкивания. Только,
в отличие от электрических жидкостей, магнитные жидкости
заключены внутри молекул магнитных материалов (причем обе жидкости в
равном количестве) и могут только смещаться внутри них, образуя
элементарные магнитики.
Исследования Кулона подводили итог развитию учения об
электричестве и магнетизме в XVIII в. Оценивая эти итоги, следует сказать,
что к концу этого столетия учение об электричестве и магнетизме
достигло важных результатов. Были установлены основные факты из
области электростатики и магнетостатики, сложились основные
понятия: заряд, количество электричества, плотность электричества,
проводник и изолятор. Были установлены также элементарные законы
взаимодействия покоящихся электрических зарядов и магнитов,
заложены основы для количественного анализа явлений электростатики
и магнетостатики. Наконец, сложилась господствующая теория
электрических и магнитных явлений, в основе которой лежало
представление о специальных электрических и магнитных жидкостях, частицы
которых наделены дальнодеиствующими силами. Эта теория являлась
долгое время общепризнанной.
Последующее развитие учения об электричестве и магнетизме с
конца XVIII в. пошло по двум направлениям: во-первых, по пути
разработки аналитической теории равновесия электрических зарядов и
магнитов и, во-вторых, по пути изучения движения электричества, изучения
так называемого гальванизма, а затем — электрического тока.
Разработка аналитической теории равновесия электричества и
магнетизма проходила под влиянием тех же идей, что и раньше, и ничего
принципиально нового к ним не прибавила в отношении понимания
природы электрических и магнитных явлений. Это направление, хотя
его развитие относится уже к более позднему времени, мы кратко
рассмотрим сейчас. История открытия гальванического электричества, а
затем и изучения электрического тока будет рассмотрена в следующем
разделе, так как это изучение привело к принципиально новым
открытиям и представлениям в учении об электричестве и магнетизме.
В развитии аналитической теории электростатики и
магнетостатики первые шаги были сделаны французским математиком и физиком
Симеоном Дени Пуассоном (1781 —1840). Пуассон исходил из
представления о существовании двух электрических жидкостей,
частицы которых взаимодействуют на расстоянии с силами, обратно
пропорциональными квадратам расстояния (силами отталкивания для
одноименных и силами притяжения для разноименных). В обычном
состоянии тела содержат обе жидкости в одинаковом количестве во всех
своих частях, в результате чего они не обнаруживают электрических
свойств. Если же такое равномерное распределение нарушается, то
тело становится наэлектризованным. В отношении электричества тела
1 Цит. по кн.: Е. Whittaker. A history of the theories of aether and electricity.
Dublin, 1910, pp. 56—57.
1Q

196 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
разделяются на два сорта — проводники и изоляторы. В проводниках
электрические жидкости могут свободно перемещаться, изоляторы же
не позволяют им двигаться. Изоляторы (воздух, например),
окружающие проводник, не дают возможности электрическим жидкостям
выходить за их пределы. В случае равновесия электрической жидкости в
проводнике она должна располагаться так, чтобы результирующая
всех электрических сил внутри проводника была бы равна нулю и
имела значение, отличное от нуля лишь на поверхности, где она
удерживается сопротивлением окружающего изолятора.
Положение о том, что в случае равновесия электричества на
проводниках электрическая сила внутри них должна равняться нулю,
является основным принципом, на основе которого Пуассон строит
аналитическую теорию электричества и магнетизма.
Из этого принципа следует, что электричество располагается
тонким слоем на поверхности проводников, с различной плотностью,
зависящей от формы проводника. При этом плотность определяется как раз
условием, что электрическая сила внутри проводника равна нулю.
Опираясь на указанный принцип, Пуассон решил ряд задач на
распределение электричества по поверхности проводников. Так, он
решил задачу равновесия электричества на заряженном проводящем
эллипсоиде и на двух проводящих соприкасающихся сферах,
определив распределение плотности электрических зарядов на их
поверхностях. В своих работах Пуассон использовал результаты теории
тяготеющих масс, развитой Лагранжем, Лапласом и др. Эта теория уже
основывалась на понятии потенциальной функции, получившей
название силовой функции. Было известно, что эта функция удовлетворяет
уравнению Лапласа К
В двадцатых годах Пуассон опубликовал работу, посвященную
разработке аналитической теории магнетизма. По вопросу о природе
магнетизма Пуассон полностью разделял взгляды Кулона. Намагниченное
тело он представлял себе как тело, состоящее из элементарных
магнитиков—диполей. В этой работе он опирался на понятие потенциала
<(хотя и не употреблял этого названия). Вводя магнитный момент для
диполя, а затем для единицы объема магнитика2, Пуассон определяет
потенциал магнитного поля в какой-либо точке пространства с
координатами х, у, г. Если обозначить этот потенциал через ф, то он будет
равен (в современных обозначениях)
Ф = И~7 Inds~ №§Td[wIdv'
5 V
где г — радиус-вектор, проведенный из какой-либо точки магнитика в
точку наблюдения, то есть в точку, где определяется значение ф, а
1 — магнитный момент единицы объема. Первый интеграл берется по
поверхности магнитика, а второй по его объему. Зная ф как функцию х,
у, z, можно найти слагающие напряженности магнитного поля,
которые будут равны —, —, —. Пользуясь изложенными
подл: ду dz
ложениями, Пуассон решил ряд задач магнетостатики.
1 Сам Пуассон обобщил это уравнение и получил уравнение, известное под
названием уравнения Пуассона.
2 Мы пользуемся здесь современной терминологией и обозначениями, а не теми,
«которыми пользовался Пуассон.

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме
197
Аналитическая теория равновесия электрических зарядов и
магнитов была далее разработана независимо друг от друга английским
математиком Джорджем Грином (1793—1841) и немецким
математиком Карлом Гауссом (1777—1855) и доведена до высокой
степени совершенства.
Теория Грина была изложена им в работе «Исследование по
математической теории электричества и магнетизма», вышедшей в свет
в 1828 г. В предисловии Грин указывал, что общей аналитической
теории электричества и магнетизма еще не существует, что задачи на
распределение электрических и магнитных жидкостей решались
искусственными методами и что, хотя при этом было проявлено много
искусства и изящества (особенно Пуассоном), тем не менее общего метода
решения таких задач еще нет. В своем сочинении Грин как раз и
намерен разработать такой метод. «Предметом этого исследования, —
пишет Грин, — является попытка подвергнуть математическому
анализу явление равновесия электрических и магнитных жидкостей и
положить некоторые общие принципы, одинаково пригодные как для
совершенных, так и для несовершенных проводников» !.
В основу аналитической теории электричества и магнетизма Грин
положил принцип, согласно которому электрические и магнитные силы
могут быть определены через некоторую функцию координат, так что
слагающие этих сил по координатным осям будут равны частным
производным от этой функции по соответствующим переменным, взятым
с обратным знаком. Так как эта функция имеет первостепенное
значение в теории электричества и магнетизма, Грин дал ей специальное
название потенциальной функции. Потенциальная функция V
определяется распределением зарядов; ее значение в какой-либо точке
пространства будет рдвно сумме (или интегралу) всех элементарных
зарядов, разделенных на расстояния их до этой точки. Таким образом,
зная распределение электрических зарядов, можно найти
потенциальную функцию, а по ней и электрические силы.
Однако затруднение возникает не при решении задачи, когда,
говоря современным языком, задано распределение зарядов и нужно
найти электрическое поле, а в случае, когда такое распределение
неизвестно и его-то как раз и надо найти. Грин и разработал
аналитический аппарат для такого случая. Он показал, что значение потенциала
внутри любой поверхности или вне ее выражается через значение
потенциальной функции и ее нормальной производной на этой
поверхности. Для доказательства этого положения Грин опирался на
доказанную им интегральную теорему, известную под названием формулы
Грина, а также на то обстоятельство, что потенциальная функция
удовлетворяет уравнению Лапласа. При этом Грин получил важный
результат, показывающий связь между поверхностной плотностью
электричества и потенциальной функцией. Грин показал, что
поверхностная плотность р на поверхности равна
dV
Здесь значение нормальной производной потенциала V на
дсо
dV u ,
одной стороне поверхности, а на другой (нормали со и со
надо/
правлены в противоположные стороны).
1 G. Green. Mathematical papers. London, 1871, p. 9.

198 Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке
В случае проводника, внутри которого поле равно нулю, а также
равна нулю и нормальная производная, поверхностная плотность
= 1_ дУ
4я дсо
то есть получается известный результат, который в современной
форме записывается: £ = 4 яр, где Е — напряженность электрического
поля.
Введя затем так называемую функцию Грина, Грин показал, что
значение потенциальной функции внутри какой-нибудь поверхности
может быть выражено через значение потенциальной функции и
функции Грина на данной поверхности. Если взять замкнутую заземленную
проводящую поверхность и поместить внутри нее единичный заряд, то
функция Грина будет давать потенциал внутри этой поверхности.
Таким образом, задача равновесного распределения электричества
получает совершенно определенное аналитическое оформление, о чем
Грин говорит уже в начале своей работы: «Вся трудность,
следовательно, заключается в том, чтобы найти функцию V, которая
удовлетворяет дифференциальному уравнению в частных производных
(уравнению Лапласа. — Б. С), принимающую на поверхности известное
значение и, кроме того, обладающую тем свойством, что ее производные
не обращаются в бесконечность, пока точка Р (точка наблюдения. —
Б. С.) лежит внутри Л (заданная поверхность. — Б. С.)». Для внешней
же задачи нужно «найти функцию V (Грин различно обозначает
потенциальную функцию внутри заданной поверхности и вне ее. — Б. С),
удовлетворяющую дифференциальному уравнению в частных
производных и принимающую значение V, когда Р лежит на поверхности,
исчезающую при бесконечном удалении Р от поверхности А и
обладающую тем свойством, что ее производные не обращаются в
бесконечность, пока точка Р находится вне поверхности А» К Свой
аналитический аппарат Грин применяет к целому ряду задач электростатики и
магнетостатики и сравнительно легко получает нужные результаты.
Для развития аналитической теории электростатики и
магнетостатики важную роль, как уже указывалось, сыграли работы Гаусса.
В 1839 г. в сочинении «Общая теория сил притяжения и отталкивания,
действующих обратно пропорционально квадрату расстояния», Гаусс
разработал общую теорию потенциала.
Гаусс рассматривает функцию V = N , где под m можно
понимать обычные массы, электрические заряды и «магнитные заряды». Эту
функцию Гаусс назвал потенциалом, рассмотрел ее свойства и
доказал целый ряд важных положений и теорем теории потенциала. Гаусс
также рассмотрел вопрос о применимости этой теории к теории
электричества и магнетизма.
Среди доказанных Гауссом теорем содержится и известная
теорема, связывающая величину потока напряженности поля сил тяготения
или электрического поля с общей массой или зарядом, находящимся
внутри поверхности, через которую берется этот поток. Эту теорему
в настоящее время часто называют теоремой Гаусса —
Остроградского. Еще в 1828 г. русский ученый Остроградский доказал
известную теорему о преобразовании интегралов, носящую название
теоремы Остроградского. Теорема же о потоке, применяемая в элек-
G. Green. Mathematical papers, p. 12.

§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме 199
тростатике, получается как следствие теоремы Остроградского,
поэтому ее и называют иногда теоремой Гаусса — Остроградского.
Выводы Гаусса нередко повторяли выводы Грина. Однако,
согласно общему мнению историков, они получены Гауссом самостоятельно
(Гаусс о Грине не упоминает). Предполагается, что сочинение Грина,
написанное в 1828 г., то есть раньше Гаусса более чем на 10 лет, не
было известно в Германии, тем более что на это сочинение не
обратили внимания и на родине Грина. Только в 50-х годах его работы
стали широко известны, после того как В. Томсон, узнав о работах Гаусса
и желая сохранить приоритет за своей родиной, вновь издал,
сочинения Грина.

ГЛАВА 10
ФИЗИКА М. В. ЛОМОНОСОВА
§ 35. Биографические сведения о М. В. Ломоносове
Научная деятельность Михаила Васильевича
Ломоносова (1711 —1765) протекала в середине XVIII в., когда ньютониан-
ское направление в физике уже торжествовало победу и среди ученых
приобретал все большее и
большее влияние взгляд на
физические явления, в основе
которого лежало представление
о существовании невесомых
материй.
Физические воззрения
Ломоносова не совпадали с
основным направлением развития
физики его времени. Он не
воспринял ньютонианскую
методологию, не воспринял теории
невесомых. В своей научной
деятельности он
руководствовался своими оригинальными
принципами, на основе
которых проводил свои научные
исследования по физике. Эти
принципы, как будет видно
дальше, стали основой
развития физики в более позднее
время, в XIX в.
Оригинальность научных
воззрений Ломоносова
обусловлена, во-первых,
обстановкой, создавшейся в послепет-
Михаил Васильевич Ломоносов ровской РОССИИ, а во-вторых,
особенностями его биографии,
необычной для ученого. Остановимся кратко на этих двух моментах,
определивших характер научного творчества Ломоносова.
Естествознание в России начало развиваться позднее, чем на
Западе. В XVII в. Россия была еще чисто феодальной страной и этим
определялось состояние ее культуры. Доминирующая роль в ее куль-

§ 35. Биографические сведения о М. В. Ломоносове
201
турном развитии .принадлежала церкви, в руках которой полностью
находилось просвещение. Существовавшие тогда высшие учебные
заведения— Киевская и Московская академии — были духовными школами.
Преподавание в них носило схоластический средневековый характер. Ни
о каком изучении естественных наук в них не могло быть и речи.
Отрывки естественнонаучных знаний, которые сообщались учащимся,
излагались по Аристотелю.
Никаких систематических научных исследований в России в
области естествознания не могло быть. Если на Западе уже в XVII в. такие
исследования уже проводились, если там существовали научные
организации, общества, академии, издавалась научная литература, включая
и журналы, то в России ничего подобного не было.
Только при Петре I в развитии русской культуры наступил
перелом, касавшийся и развития науки и образования. Петр посылал
русских молодых людей за границу для обучения военному, а также
морскому и инженерному делу. Он открыл в России светские школы, в том
числе и технические. При Петре в России начала издаваться на
русском языке научная и научно-техническая литература. Наконец, после
его смерти в 1725 г. в Петербурге начала свою деятельность
Петербургская академия наук, созданная по проекту Петра. В Академии наук
впервые в России ведутся научные исследования, результаты которых
публикуются в книгах и журналах, издаваемых академией. В России
начинает развиваться наука и прежде всего естествознание.
Однако естествознание начало развиваться в России иначе, чем
на Западе. В Западной Европе развитие естественных наук было тесно
связано с развитием буржуазии. Буржуазия с самого начала взяла
науку под свое покровительство. Она использовала ее для своего
производства и как идеологическое оружие в борьбе против феодализма,
в частности и против католической церкви.
В России дело обстояло несколько иначе. Россия и в период
реформ Петра и непосредственно после них продолжала оставаться
феодальной страной. Капиталистические отношения в ней еще только
зарождались. Поэтому начало развития науки в России не было
связано с развитием буржуазии.
Наука в России появилась как необходимое условие выполнения
реформ, задуманных Петром. Преобразуя русское государство,
укрепляя его военную мощь, пробиваясь к выходу в море, он вполне ясно
понимал, что эти задачи нельзя решить, не ликвидировав
экономической, культурной и технической отсталости России, не развивая
технических знаний и наук, не доведя их до западноевропейского уровня.
«...Тогда усмотрел ясно, — говорил Ломоносов о Петре, — что ни полков,
ни городов надежно укрепить, ни кораблей построить и безопасно
пустить в море, не употребляя математики, ни оружия, ни огнедышащих
махин, ни лекарств поврежденным в сражении воинам без физики
приготовить, ни судов правости, ни честности нравов без учения
философии и красноречия ввести, и, словом, ни во время войны государству
надлежащего защищеиия, ни во время мира украшения без
вспоможения наук приобрести невозможно» К
Таким образом, задача развития науки для Петра была
государственной задачей. Для ее быстрого решения нельзя было дожидаться,
пока в России вырастут свои кадры ученых, и он вынужден был пойти
по другому пути: пригласить ученых из-за границы, предоставив им
необходимые условия для научной работы, и использовать их дости-
1 М. В. Ломоносов. Поли. собр. соч., т. III. Изд-во АН СССР, М.—Л., 1962,
стр. 19.

202
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
жения в целях развития производительных сил страны, для укрепления
ее военной мощи и т. д. Эти ученые одновременно должны были бы с
течением времени подготовить и национальные кадры ученых, которые
могли бы их затем заменить.
С таким расчетом и была задумана и создана Петербургская
академия наук. Она была целиком укомплектована иностранными
учеными. С особой тщательностью производился отбор ученых, работавших
в области физико-математических наук. С самого начала ее работы
среди академиков были такие крупнейшие ученые того времени, как
Даниил Бернулли, Эйлер и ряд других. При академии был создан
хорошо укомплектованный физический кабинет для экспериментальных
исследований. Петербургская академия наук скоро приобрела славу
«знатнейшего» научного учреждения мира, особенно в области физико-
математических и вообще естественных наук.
Хуже обстояло дело с решением второй задачи: подготовки
национальных кадров ученых. Академия наук с этой задачей не
справлялась. Академический университет и гимназия были плохо оснащены,
на них отпускались ничтожные средства и они влачили жалкое
существование.
Перед Академией наук стояла также задача распространения
научных знаний среди, русского общества. Здесь она встречала сильное
противодействие со стороны церкви, боявшейся проникновения идей,
ведущих к «натурализму» и «безбожию». Вместе с церковью и
правительство опасалось возможности распространения вредных политических
идей. Церковь препятствовала изданию книг, в которых излагалась «ко-
перникианская ересь», или учение о множественности миров. Даже уже
в 1757 г. синод требовал запрещения книги Фонтенеля «Разговоры
о множественности миров», переведенной на русский язык Кантемиром.
Синод просил запретить указом, «дабы никто отнюдь ничего (писать и
печатать как о множестве миров, так и о всем другом, вере святой
противном и с честными нравами несогласном, не отваживался, ia
находящуюся ныне во многих руках книгу о множестве миров, Фонтенеля,
...указать везде отобрать и послать в' Синод».
Развитие науки в России протекало в глубоких противоречиях.
С одной стороны, правительство понимало, что без науки невозможно
совершенствовать армию и морской флот, развивать
производительные силы страны, а с другой стороны, меньше всего хотело
распространения научных знаний среди населения, правильно полагая, что такое
распространение ведет и к распространению материалистических и
атеистических, а также и вредных политических идей.
Противоречивое отношение к науке и просвещению со стороны
государства способствовало развитию уродливого явления в
Петербургской академии наук, да и вообще среди господствующих классов —
преклонения перед всем иностранным.
Приглашая иностранных ученых из-за границы, Петр полагал, что
одной из их главных задач будет подготовка отечественных ученых.
Для этого, как мы говорили, и были созданы при академии
университет и гимназия. Однако вместе с крупными учеными в академию
проникли и иностранные дельцы, которых в дальнейшем становилось все
больше и больше. Особенное засилье таких дельцов было в период
царствования Анны Иоанновны. Царица окружала себя немцами во главе
с Бироном. Они занимали высокие должности и пытались верховодить
в России, в том числе и в области организации науки и просвещения.
Привилегированное положение немецкие чиновники от науки
получили и в Академии наук. Правитель академической канцелярии не-

§ 35. Биографические сведения о М. В. Ломоносове 203
мец Шумахер стал фактически управлять всей академией; он
заботился только о чинах и наживе, вел вредительскую деятельность,
тормозил подготовку русских научных кадров, создавал тяжелые условия для
неугодных ему академиков. В результате этого из России уехали
крупнейшие ученые — Бернулли, а затем и Эйлер, который вернулся в
Россию только в 1765 г.
Немецкие чиновники, приехавшие в Россию, наживали себе
капиталы и верно служили царскому правительству и эксплуататорским
классам. В Академии наук они были агентурой правительства,
создавали препятствия для развития самостоятельной русской науки, не
допуская русских людей к науке. Пытаясь играть руководящую роль в
русской культуре, иностранцы начали распространять клевету на
русский народ, заявляя, что «из русских ни ученых, ни художников не
может быть». Верхушка правящего класса вместе с правительством в
послепетровское время стала поддерживать эту вредную
антинародную клевету. Среди господствующего класса в России развилось
преклонение перед всем иностранным, что явилось одной из причин
реакционного отношения этого класса к отечественной науке и
просвещению. Таково было положение науки в России, когда в Петербургскую
.академию пришел Ломоносов.
Как мы уже выше говорили, путь Ломоносова в науку был
необычным. Ломоносов был сыном крестьянина-помора. Родился он в 1711 г.
в одной из деревень, близ г. Холмогоры, расположенного в
семидесяти километрах от Архангельска.
На Севере России в то время не было помещичьего
землевладения. Крестьяне владели землей на правах общественного
землепользования. Здесь был развит рыбный промысел. Отец Михаила
Васильевича Ломоносова был зажиточным крестьянином-помором, занимавшимся
рыбным промыслом.
Среди населения Севера России сравнительно широко была
распространена грамотность. Многие крестьяне умели читать и писать.
У некоторых из них были свои книги, и не только духовные, но и
светские.
Михаил Васильевич довольно рано научился читать и писать.
К 12 годам он уже читал в приходской церкви не хуже старых
начетчиков. Особенно сильное влияние на развитие молодого Ломоносова
оказали первые светские книги, попавшие ему в руки. Этими книгами
были «Грамматика» Смотрицкого и «Арифметика» Магницкого. Они
лознакомили Ломоносова с основами науки его времени и необычайно
разожгли в нем жажду научного знания, желание овладеть наукой,
дающей возможность господствовать над природой.
Однако осуществить это желание на родине Ломоносова было
невозможно. Единственным училищем здесь было холмогорское
духовное училище, в которое, кстати, людей «подлого» происхождения не
принимали. И вот в 1730 г. вопреки воле отца девятнадцатилетний
юноша покинул родное село и отправился в Москву учиться.
В Москве Ломоносову удалось добиться, чтобы его приняли в
Московскую духовную академию. Для того чтобы попасть в эту
академию, Ломоносову пришлось выдать себя за сына дворянина, так как
по указу синода и сюда крестьянских детей не принимали.
Пять лет проучился в академии Ломоносов, терпя крайнюю
нужду и лишения. Но чем дальше, тем яснее понимал Ломоносов, что
здесь он не получит самого главного, к чему стремился, не получит
естественнонаучных знаний. Обучение в академии, как мы уже
говорили, носило схоластический характер.

204
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
В 1734 г. Ломоносов добился поездки в Киевскую духовную
академию. Но и здесь он «нашел пустые только словопрения
аристотелевской философии» и, неудовлетворенный, возвратился в Москву.
В следующем, 1736 г. случилось важнейшее событие в жизни
Ломоносова, которое открыло ему путь к вершинам современной науки..
По распоряжению сената из Московской академии были посланы для
обучения в Академию наук двенадцать лучших студентов. Среди них
был и Ломоносов. Он пробыл в академии восемь месяцев, после чего
был командирован за границу для дальнейшего образования.
За границей Ломоносов сначала обучался в Марбургском
университете у Христиана Вольфа, а затем в Фрейбурге у немецкого химика
Генкеля, специализируясь по металлургии и горному делу.
В 1741 г. Ломоносов вернулся в Петербург в Академию наук, где
.протекала вся его последующая деятельность вплоть до смерти.
После некоторой проволочки со стороны правителя академической
канцелярии Шумахера Ломоносов был назначен адъюнктом
Академии наук, а позже, в 1745 г., был произведен в профессора по кафедре
химии, то есть стал академиком.
Научная деятельность Ломоносова была чрезвычайно
многообразной. Будучи профессором химии, он вовсе не оставался только
химиком. Не меньше, а может быть и больше, уделял он внимания
исследованиям по физике, а кроме того, занимался астрономией, геологией,
географией и другими науками. Наряду с естествознанием Ломоносов,
интересовался и гуманитарными науками. Он вел исследования в
области истории, занимался филологией и т. п. Ломоносов писал
стихотворения и оды. Мозаичные картины Ломоносова отличаются большим
художественным мастерством. Общеизвестны его картины «Портрет
Петра», «Полтавская битва» и др.
Ломоносов одновременно был и выдающимся общественным
деятелем. Много сил отдал он развитию науки в России, распространению
знаний среди русского народа. Здесь Ломоносов выступает перед нами
как неутомимый и энергичьый борец против всех, кто препятствовал
развитию отечественной науки и распространению образования в
России.
В Академии! наук он вел жестокую борьбу против преклонения
перед иностранцами, против правителя академической канцелярии
Шумахера, препятствовавшего подготовке национальных кадров ученых,
засорявшего Академию наук малозначительными и
малоквалифицированными учеными. Он боролся против царских чиновников, мешавших
развитию отечественной науки и распространению знаний среди
широких слоев населения, против духовенства, пытавшегося задержать
распространение естественнонаучных знаний в России.
Ломоносов оставил, неизгладимый след в истории русской
культуры. Это понимали передовые русские люди, восхищаясь его
деятельностью, поднимая имя Ломоносова как патриотическое знамя русской
самостоятельной культуры. «Соединяя необыкновенную силу воли с
необыкновенной силой понятия, Ломоносов обнял все отрасли
просвещения. Жажда науки была сильнейшей страстью сей души,
исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и
стихотворец, — он все испытал и все проник», — писал о Ломоносове
великий русский поэт А. С. Пушкин. Восхищаясь многосторонней
научной и просветительской деятельностью Ломоносова, направленной на
пользу отечества, Пушкин назвал его «первым русским
университетом».
Восторженно писал о Ломоносове знаменитый русский революци-

§ 36. Мировоззрение Ломоносова
205
онный демократ В. Г. Белинский: «...на берегах Ледовитого моря,
подобно северному сиянию, блеснул Ломоносов. Ослепительно и
прекрасно было это явление! Оно доказало собой, что человек есть человек
во всяком состоянии и во всяком климате, что гений умеет
торжествовать над всеми препятствиями, какие ни противопоставляет ему
враждебная судьба, что, наконец, русский способен ко всему великому
и прекрасному» К
Величие деятельности Ломоносова в старой, крепостнической,
отсталой России раскрывается в настоящее время еще более полно.
С. И. Вавилов пишет: «Наш язык, наша грамматика, поэзия,
литература выросли из богатейшего творчества М. В. Ломоносова. Наша
Академия наук шолучила свое бытие и смысл только через М. В.
Ломоносова. Когда мы проходим по Моховой, мимо Московского
университета, мы помним, что деятельность этого рассадника науки и
просвещения в России есть развитие мысли М. В. Ломоносова»2.
§ 36. Мировоззрение Ломоносова
Мировоззрение Ломоносова складывалось постепенно, по мере
того как он знакомился с современной ему наукой и философией. Еще
юношей познакомившись с элементами современного ему
естествознания по «Арифметике» Магницкого, Ломоносов страстно стремился к
овладению естественнонаучными знаниями.
Вероятно, уже тогда, когда он учился в Московской, а затем в
Киевской духовных академиях, у него сложилось отрицательное
отношение к схоластике, не способной дать знания об окружающей
действительности.
В Петербургской академии наук и за границей перед ним
открылся новый мир — мир современной ему науки.
Ломоносов быстро начал разбираться в идеях этого нового мира.
Ему, конечно, пришлось по душе то отрицательное отношение
к схоластике, которое пронизывало тогда всю науку о природе.
Ломоносов быстро усвоил основные и характерные черты
современного ему естествознания и прежде всего количественный и
механистический подход к изучению явлений и природы.
Но для науки того времени характерны разногласия по вопросам
строения материи, методов познания природы, в отношении к гипотезе
и т.д. Ломоносов увидел, что в физике существуют два основных
направления — картезианское и ньютонианское, и хотя последнее уже
торжествовало победу, тем не менее среди некоторых ученых еще
держались идеи Декарта.
Разобравшись в положении современной науки, как следует из
собственных высказываний Ломоносова и его научной деятельности,
он решил выработать свою собственную систему основных принципов и
на их основе построить объяснение природы, ее явлений и
закономерностей. «Я хочу, — писал Ломоносов в своих заметках, — строить
объяснение природы на известном много самим положенном основании,
чтобы знать, насколько я могу ему доверять»3.
Конечно, при этом он основывался на достижениях всей
современной и предшествовавшей ему науки. Он не хотел полностью
следовать ни Аристотелю, ни Декарту, ни Ньютону, ни какому-либо другому
1 В. Г. Белинский. Иэбр. соч. Гослитиздат, М.—Л., 1949, стр. 15.
2 «Люди русской науки», т. 1. Гостехиздат, М. — Л.. 1948, стр. 81.
3 М. В. Ломоносов. Поли. собр. соч., т. I, 1950, стр. 125.

206
Глава JO. Физика М. В. Ломоносова
«славному» ученому и философу, но он использовал все лучшее, по
его мнению, что содержалось в их учениях.
Основной вопрос философии Ломоносов решал материалистически.
Материя, по Ломоносову, является основой всего существующего в
природе. Идеи — это отражение в нашем сознании окружающей
действительности. «Идеями,—'писал Ломоносов, — называются
представления вещей в уме нашем» 1.
Верный своему времени, Ломоносов не просто признавал основой
всего существующего материю, но и пытался дать для нее конкретную
модель. Он полагал, как и все атомисты, что материя состоит из
мельчайших абсолютно твердых и неделимых частиц, которые он называл
«нечувствительными физическими частицами». Материя, по
Ломоносову, заполняет все пространство (к материи он относил и эфир, счи:
тая его состоящим также из мельчайших атомов).
Материя и ее движение неуничтожимы и несотворимы, — это
положение он впервые сформулировал в письме к Эйлеру в 1748 г.: «Но все
встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-
либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так,
сколько материи прибавляется какому-либо телу, столько же теряется
У другого...» «Так как это всеобщий закон природы, то он
распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком
возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения,
сколько сообщает другому, им двинутому»2.
Принимая материю и ее движение за основу всего существующего,
Ломоносов отрицал существование силы, как активного начала или как
врожденного свойства материи, заключающегося в способности
действовать на расстоянии. Неоднократно он высказывался против
признания ньютойианских «притягательных сил» и подчеркивал, что всякое
взаимодействие между телами должно в конце концов сводиться к
толчку, удару или давлению. Нужно отметить, что Ломоносов старался
подчеркнуть разницу между воззрением на силу самого Ньютона и его
последователей, точнее — последователей Котса. Ломоносов пцсал:
«Невтон ...притягательной силы не принимал в жизни, по смерти
учинился невольный ее предстатель излишним последователей своих
радением» 3.
Воззрения Ломоносова на материю и движение были дальнейшим
развитием картезианских и атомистических представлений. Они были
прежде всего развитием той идеи Декарта и его последователей,
которую так йысоко ценил у французского философа Маркс, идеи о томг
что. материя и движение являются «единственной основой бытия и
познания». Но Ломоносов еще не мог выйти за рамки механистического
воззрения на материю и движение; он считал, что материя состоит из
неделимых абсолютно твердых атомов, механическое движение
которых является причиной всех явлений в природе, а всякое
взаимодействие сводится в конечном счете к контактному.
Основой познания Ломоносов считал опыт, который
одновременно, по его мнению, является и критерием истинности познанного,
критерием истинности теории. В связи с этим Ломоносова нужно считать
противником рационализма Декарта. «Один опыт, — писал
Ломоносов, — я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только
воображением» 4.
М. В. Ломоносов. Поли. собр. соч., т. VII, 1952, стр. 25.
М. В. Л о м о н о с о в. -Поли, собр., соч., т. II, 1951, стр. 183—185.
М. В. Ломоносов. Поли. собр..соч., т. III, 1952, стр. 381.
М. В, Ломоносов. Поли, собр., соч., т. I, 1950, стр. 125.

§ 36. Мировоззрение Ломоносова
207
Но, признавая опыт единственным источником познания,
Ломоносов был одновременно противником грубого эмпиризма и формализма
в познании. Возражая своему критику — «журналисту», обвинявшему
Ломоносова в том, что он в своих работах отрывается от
непосредственного эксперимента, Ломоносов писал: «Уже начало возвещает
намерение журналиста; он грозит, молния образуется в облаках и готова
разразиться. Г. Ломоносов, — говорит он, — хочет итти дальше простых
опытов. Как будто физик не имеет права подняться выше рутины и
производства опытов; как будто он не должен подчинить их разумению
и посредством этого достичь открытий. Неужели химик осужден
держать в одной руке щипцы, в другой тигель и не подниматься выше
углей и пепла» К
Ломоносов считал, что познание должно идти дальше
непосредственных чувств; он подчеркивает, что «физика» кроме познания
непосредственно ощущаемых нами тел «в уме воображает, что от чувств
наших долготою времени, дальностию расстояния или дебелостию
великих тел закрыто, или для безмерной тонкости оным не
подвержено»2. Больше того, признавая за наукой задачу исследования сущности
явлений, согласно своим взглядам на строение материи, Ломоносов
решающее значение для науки придавал изучению свойств
мельчайших частиц, составляющих окружающие тела, как раз
недоступных нашим чувствам. Познание мельчайших частичек, указывал
Ломоносов, «толь нужно есть-испытателям натуры, как сами оные
частицы к составлению тел необходимо потребны» 3.
Так как мельчайшие частички, составляющие тела, недоступны
нашим чувствам, то их свойства познаются разумом. «...Должно разумом
достигать потаенного безмерного малостию виду, меры, движения и
положения первоначальных частиц, смешанные тела составляющих» 4,—
пишет Ломоносов. Но, несмотря на то что свойства частиц признаются
разумом, основой познания их является по-прежнему опыт. Вот как об
этом в образной форме говорит Ломоносов:
«Когда от любви беспокоящийся жених желает познать прямо
склонность своей к себе невесты, тогда, разговаривая с нею, примечает
в лице перемены цвету, очей обращение и речей -порядок, наблюдает
ее дружества, обходительства и увеселения, выспрашивает рабынь,
которые ей при возбуждении, при нарядах, при выездах и при домашних
упражнениях служат, и так по всему тому точно уверяется о'
подлинном сердца ее состоянии. Равным образом прекрасныя натуры
рачительный любитель, желая испытать толь глубоко сокровенное
состояние первоначальных частиц, тела составляющих, должен высматривать
все оных свойства и перемены, -а особливо те, которые показывает
ближайшая ее служительница и наперсница и в самые внутренние чертоги
вход имеющая химия, и когда она разделенные и рассеянные частицы
из растворов в твердые части соединяет и показывает разные в них
фигуры, выспрашивать у осторожной и догадливой геометрии, когда
твердые тела на жидкие, жидкие на твердые переменяет и разных
родов материи разделяет и соединяет, советовать с точною и
замысловатою механикою, и когда чрез слитие жидких материй разные цветы
производит, выведывать чрез проницательную оптику. Таким образом,
когда химия тгребогатыя госпожи своея потаенные сокровища разби-
1 Цит. по кн.: А. А. К У й и к. Сборник материалов для истории императорской
Академии наук в XVIII веке, ч. II» 1865, стр. Э22.
2 М. В. Л о м о н о с о в» (Поли. собр. соч., т. I, 1950, стр. 535.
3 М. iB. Ломоносов. Поли. собр. соч., т. II, 1951, стр. 352.
4 Там же, стр. Э53.

208
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
рает, любопытный и неусыпный натуры рачитель, оные чрез геометрию
вымеривать, через механику развешивать и через оптику высматривать
станет, то весьма вероятно, что он желаемых тайностей достигнет» К
Ломоносов не разграничивает резко индукции и дедукции, не
предпочитает одну другой, а объединяет их в своем методе познания. «Из
наблюдений установлять теорию, — писал Ломоносов, — чрез теорию
исправлять наблюдения, есть лутчей всех способ к изысканию правды»2.
В научном методе Ломоносова важную роль играет гипотеза,
которая получает свое подтверждение по мере развития науки. «Надо
напомнить, что я при объяснении явлений буду поступать так, чтобы
не только они легко объяснялись из основного положения, но и
доказывали самое это положение»3, — писал Ломоносов. Таким образом,
по Ломоносову, научный метод не есть метод, указанный Декартом,
согласно которому сначала устанавливаются основные принципы, а
затем из них выводятся следствия. Это и не индуктивный метод,
установленный Бэконом и провозглашенный в физике Ньютоном, когда
исследователь должен постепенно переходить от частности ко все более и
более общим положениям. По Ломоносову, научный метод должен
включать в себя и дедукцию и индукцию, и синтез и анализ как
неотъемлемые части единого процесса познания.
В своих воззрениях на окружающую действительность Ломоносов
исходил из принципа материального единства природы и
существования связей между отдельными вещами и явлениями. Об этом
свидетельствуют вся научная деятельность Ломоносова и целый ряд его
высказываний.
Когда в 1760 г. Ломоносов задумал написать большое сочинение,
посвященное изложению его общих философских и естественнонаучных
взглядов, то в основу этого сочинения он хотел положить именно
указанный выше принцип. Он набросал план этого сочинения, включая и
описание рисунка титульного листа; этот рисунок имел девиз: «Все
согласуется». В самом плане мы читаем: «Все связано единою силою и
согласованием природы», «согласие всех причин есть самый
постоянный закон природы»4. В программе другого подобного труда, «Микро-
логии», Ломоносов снова подчеркивает те же идеи; он пишет: «...голос
природы всюду себе подобный», и вновь повторяет: «Согласие всех
причин есть самый постоянный закон природы» 5.
В научных исследованиях Ломоносов также руководствовался
этим принципом. Он стремился изучать отдельные явления природы в
их связи. В области физики это проявилось в том, что Ломоносов искал
связи между различными физическими явлениями, исследовал такие
процессы, при которых происходили переходы одних форм движения
в другие. В этом отношении он отличался от большинства своих
современников, придерживавшихся метафизической концепции невесомых.
Он категорически возражал против признания невесомых материй,
нарушающих единство материального мира, разделяющих его на
отдельные клеточки, не связанные друг с другом, представляющие
материальный мир в Еиде шкафа с многочисленными отделениями,
разделенными перегородками.
Мировоззрение Ломоносова, его взгляды на материю и движение,
на процесс познания были передовым прогрессивным явлением в науке.
1 М. В. Л о м о н о с о в. Полн. собр. соч., т. II, 1951, стр. 353—354.
2 М. В. Ломоносов. Соч., т. V. СПб., 1902, стр. 65.
3 М. В. Ломоносов. Полн. собр. соч., т. I, 1950, стр. 131.
4 ;М. В. Л о м о н о с о в. Полн. собр. соч., т. III, 1952, стр. 493.
5 Там же, стр. 501.

§ 37. Работы Ломоносова по физике
209
Обобщая достижения науки и философии, Ломоносов преодолевал
метафизическую ограниченность мировоззрения своего времени. И хотя
он не мог еще выйти за рамки механистического материализма, но все
же, несомненно, продвинулся в развитии правильного научного
метода познания. Передовое для того времени мировоззрение, которым
руководствовался Ломоносов в своей научной деятельности, явилось основой
тех успехов, которых он достиг в области физических наук.
§ 37. Работы Ломоносова по физике
Как мы выше говорили, Ломоносов поставил перед собой
грандиозную задачу — пересмотреть все здание естественных наук того
времени и построить объяснение всех явлений природы исходя из своих
методологических принципов. В области физики, а также и химии эта
задача свелась к объяснению физических и химических явлений на
основе представления об атомистическом строении материи,
руководствуясь этими методологическими принципами.
В связи с этим самые первые работы Ломоносова были
посвящены вопросам строения вещества и, в частности, самым общим
представлениям об атомах и их свойствах. Таковы, например, его работы:
«Элементы математической химии», «Опыт теории о нечувствительных
частицах тел и вообще о причинах частичных качеств» и др. В этих
работах Ломоносов излагал самые общие представления о строении
материи и о кирпичах мироздания — нечувствительных физических
частицах, из которых, по его мнению, построено все окружающее.
В дальнейшем на основе этих самых общих представлений
Ломоносов должен был строить объяснение физических и химических
явлений. При этом сами -представления об атомах, из которых построено
все существующее в природе, должны были совершенствоваться,
уточняться и конкретизироваться. Первыми шагами в этом направлении
были теории тепла и газов, разработанные Ломоносовым.
Теория тепла изложена Ломоносовым в его работе «Размышление
о причинах теплоты и холода» К В этой работе Ломоносов, возражая
против господствующих взглядов на теплоту как на особый вид
невесомой материи, выдвигает теорию, признающую теплоту движением.
Он приводит ряд доводов в пользу этой теории и разрабатывает
набросок кинетической теории тепла.
По Ломоносову, тепловое движение есть вращательное движение
«нечувствительных частичек», составляющих тело. На вращательном
движении Ломоносов остановился потому, что не признавал сил
тяготения и вообще сил притяжения. Он считал, что в твердом теле
частицы должны касаться друг друга. А так как при нагревании твердые
тела сохраняют свой внешний вид, то и тепловые движения частиц
могут быть только вращательными. Отсюда также следует, что частицы
тел должны иметь форму шероховатых шариков.
Теория теплоты Ломоносова содержит целый ряд важных деталей,
которые легли в дальнейшем в основу физики теплоты. Ломоносов
пришел к выводу о существовании самой низкой температуры
(абсолютного нуля). «...Нельзя назвать такую большую скорость движения,
чтобы мысленно нельзя было представить себе другую, еще
большую»,— говорит Ломоносов. «Наоборот, то же самое движение может
настолько уменьшиться, что тело достигнет, наконец, состояния совер-
1 Указанная работа Ломоносова была опубликована в 1750 г. Она является
переработанным вариантом диссертации, прочитанной им в Академии наук в 1744 г.
14 -С 1Л rnn«A,»,„e,

210
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
шенного покоя и никакое дальнейшее уменьшение движения
невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать
наибольшая и последняя степень холода, которая должна состоять в полном
прекращении вращательного движения частиц» К
Представление о существовании абсолютного нуля температур
было введено в науку значительно позже.
Ломоносов правильно разграничил понятия температуры и
количества тепла и дал им, вообще говоря, правильное молекулярно-кине-
тическое толкование. Он указывал, что температура тела — «степень
теплоты» — определяется скоростью частиц, тогда как количество
тепла зависит от общего «количества движения» этих частиц, то есть от
их кинетической энергии.
Таким образом, Ломоносов развил существовавшие до него
отдельные высказывания о теплоте, как о молекулярном движении, до
степени научной теории, разработав теорию теплоты. В этой теории он вьь
сказал ряд положений, которые значительно позднее стали достоянием
теории теплоты.
Вслед за кинетической теорией тепла Ломоносов развил
кинетическую теорию газов, изложенную им в работе «Опыт теории
упругости воздуха» (1748).
В этом сочинении Ломоносов разработал кинетическую модель
идеального газа. Эта модель в своих основных чертах совпадает с
моделью, которая была затем принята физикой в середине XIX в. Главное
отличие модели Ломоносова от принятой вспоследствии заключалось
в механизме взаимодействия. Ломоносов не принимал молекулы
воздуха за упругие шарики, как это было принято в кинетической теории
газов в XIX в. Это было связано отчасти с его взглядом на теплоту
как на вращательное движение, а с другой стороны — и с тем, что
Ломоносов считал молекулами газа свои «нечувствительные частички»,
которые, по Ломоносову, являлись «кирпичами» мироздания, лишенными
физического строения, абсолютно твердыми и неделимыми. Поэтому
он не мог принимать их упругими, так как тогда нужно было бы
объяснять саму их упругость, а значит рассматривать их как объекты,
обладающие определенным строением, что противоречило признанию
их «кирпичами мироздания». В связи с вышесказанным Ломоносов
предположил, что частицы отталкиваются друг от друга так же, как
отталкиваются два вращающихся волчка, когда они соприкасаются.
Вращение же частичек газа обусловливается тем, что газ всегда
нагрет до определенной температуры.
Построив модель газа, Ломоносов объяснил с ее помощью ряда
известных явлений. Так, например, он объяснил существующую
зависимость между объемом и упругостью воздуха, то есть нашел закон
Бойля—Мариотта. При этом Ломоносов указал, что для сильно
сжатого воздуха этот закон не соблюдается, и правильно объяснил одну из
причин этого — конечный размер молекул воздуха. Как известно, эта
идея Ломоносова была применена во второй половине XIX в. Ван-дер-
Ваальсом при выводе уравнения состояния реальных газов.
Представления о молекулярном строении газов, которые развивал
Ломоносов, не являлись совсем новыми. До Ломоносова уже Даниил
Бернулли вывел на основании этих представлений закон
Бойля—Мариотта. Однако следует заметить, что никто из предшественников
Ломоносова не разработал так обстоятельно кинетическую модель газа
и не связал ее с кинетической теорией теплоты.
1 М. В. Л о м о н о с о в. Полн. собр. соч., т. II, 1961, стр. 37—39.

§ 37. Работы Ломоносова по физике
211
Исследования Ломоносова по теории теплоты и газов были
напечатаны в академических записках «Novi Commentarii» в 1750 г. и,
следовательно, были вполне доступны в России и за границей. Реакция
на них была в основном отрицательная; теория теплоты Ломоносова
даже специально опровергалась немецким физиком Арнольдом,
который защищал вещественную теорию теплоты. Теория теплоты
Ломоносова обсуждалась и позже. Так, в солидном немецком физическом
словаре Геллера Geller's physikalische Worterbuch, изданном в первой
половине XIX в., в слове «d. Warme» мы встречаем описание теории
Ломоносова. При этом ей дается отрицательная оценка (правильной
теорией теплоты автор признает теорию теплорода).
Большая группа работ Ломоносова -посвящена исследованию
оптических и электрических явлений. Проводя эти исследования, Ломоносов
помимо получения конкретных научных результатов стремился также
к дальнейшему выполнению своего общего плана — построения
системы физических наук на основе выдвинутых им принципов.
Из работ Ломоносова по оптике и электричеству известны «Слово
о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» (1753),
«Слово о происхождении света, новую теорию о цветах
представляющее» (1756) и «Теория электричества, изложенная математически»
(1756). Первые две работы были в свое время опубликованы,
последняя же осталась незаконченной и не была напечатана. Кроме этих
исследований, посвященных вопросам оптики и электричества,
Ломоносовым был написан ряд работ с описанием сконструированных им
оптических и электрических инструментов. Наконец, о исследованиях
Ломоносова по оптике и электричеству можно судить по многочисленным
заметкам и записям его.
Для объяснения сущности оптических и электрических явлений,
как и для объяснения сущности тепловых явлений, Ломоносов не
привлекал невесомых материй. Кроме обычной материи, из которой
состоят все весомые тела, он принимал еще только эфир, движением
частиц которого он старался объяснить свойства света и электричества.
Ломоносов был противником корпускулярной теории света и
защищал волновую теорию. В корпускулярной теории света для него
было неприемлемо признание особых сил, действующих между
частицами света и частицами обычных тел.
Он приводил ряд аргументов в пользу волновой теории света.
Кроме того, Ломоносов разработал теорию распространения световых
возмущений в эфире, конкретизируя при этом свои представления о его
структуре.
По мнению Ломоносова, эфир, как и обычные тела, состоит из
частиц — шероховатых шариков, только частицы эфира меньше частиц,
из которых состоят весомые тела. Частицы эфира всюду плотно
заполняют пространство, это следует, по мнению Ломоносова, из того, что
свет распространяется с непостижимо большой скоростью. Световые
движения являются колебательными движениями,
распространяющимися в эфире. Интересно отметить, что, полагая частицы эфира всюду
плотно заполняющими пространство, Ломоносов должен был бы
прийти к мысли о поперечности световых волн.
И действительно, такая идея содержится в рассуждениях
Ломоносова. Так, говоря о механизме распространения световых колебаний
в эфире, он приводит рисунок и объяснение к нему. Он пишет: «Пусть
будет движение в частицах эфира таким порядком, что когда ряды их ab
и ef тряхнутся от а и е к b и /, в то самое время ряды cd и hi тряхнутся
в противную сторону из d и i к с и А. Чрез сие должно воспоследовать

212
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
сражению частиц и движению в стороны s и g ближних частиц
эфира...» 1 (рис. 66).
Если распространение колебательного движения в эфире есть свет»
то распространение вращательного движения частиц эфира в нем
должно представлять распространение тепла. Эта мысль согласуется у
Ломоносова с его теорией тепла. Таким образом, Ломоносов
рассматривает распространение не только световых лучей в эфире, или, говоря
современным языком, в вакууме, но и тепловых лучей, то есть
теплового излучения. Существование тепловых лучей Ломоносов
подтверждает рядом фактов, а также некоторыми опытами, проделанными им
самим. Так, например, он описывает опыт по отражению световых и
тепловых лучей от вогнутого зеркала,
покрытого черным лаком:
«Зажигательное сильное зеркало, покрытое
черным лаком, производит в
зажигательной точке свет превеликий, жа-
"О
<3*
ру — ни мало...»
'О
/>-*
<3(
S S S S S
Рис. 66. Схема распространения
световых возмущений в эфире по
Ломоносову
Ломоносов разработал также и
теорию цветов, при этом уточнив свои
представления о структуре эфира.
По Ломоносову, колебательные
движения эфира не производят
ощущения цветности; такое ощущение
производит вращательное движение
его шариков. Существуют три сорта
шариков эфира, отличающихся по
величине и шероховатости (как
шестерни отличаются друг от друга по
величине и количеству зубцов).
Вращение каждого из сортов частиц эфира
производит ощущение определенного цвета — красного, желтого или
голубого. Все остальные цвета есть комбинация этих трех основных цветов.
Частицы вещества, «обычной материи», также бывают нескольких
сортов; этих сортов, элементов, по Ломоносову, существует пять — все
они состоят из шариков и различаются по их величине и
шероховатости. При этом каждый из сортов частиц вещества может сцепляться
только с одним сортом частиц эфира и приводить его во вращение.
Согласно изложенной теории, цвет светящегося тела зависит от
его химического состава, так как наличие в нем тех или иных
элементов вызывает вращение тех или иных шариков эфира. По этой теории
способность отражения и поглощения лучей также определяется
химическим составом тел. При этом какого цвета лучи тело испускает,
такого цвета и поглощает.
Таковы — очень схематично
тов Ломоносова.
Несмотря на упрощенные (свойственные тому времени и даже
гораздо более позднему) представления, в теории Ломоносова много
замечательного. Замечательно, что Ломоносов в середине XVIII в.,
в период почти безраздельного господства корпускулярной теории,
выступил в защиту волновой теории, аргументировал ее и развивал
дальше. Ломоносов рассмотрел также распространение теплоты через
основные черты теории света и цве-
1 М. В. Л о м о н о с о в. Поли. собр. соч., т. III, 1962, стр. 123—125.
2 Там же, стр. 338.

§ 37. Работы Ломоносова по физике
213
эфир, то есть явление теплового излучения, и в этом вопросе был
предшественником Шееле, Пикте и других позднейших исследователей
теплового излучения.
Ломоносов пытался установить связь между цветом тела и его
химическим составом, и ему принадлежит идея о связи между
испускающей и поглощающей способностями тел и их химическим
составом. Эту связь он установил в какой-то степени на основе
экспериментальных исследований. Известно, что Ломоносов проделал массу
опытов ino окрашиванию стекол, в частности в целях разработки
технологии изготовления цветных стекол.
Уже в то время Ломоносов рассматривал световые волны как
поперечные, хотя физика пришла к признанию поперечности световых
волн только в первой половине XIX в.
Ломоносов не разработал сколько-нибудь подробной теории
электричества. Однако на основе отдельных высказываний, а также
незаконченной работы «Теория электричества, изложенная математически»
можно уяснить его взгляды на природу электрических явлений.
Прежде всего нужно отметить, что для выяснения природы
электричества Ломоносов не привлекал специальной электрической
«жидкости», как он не привлекал тепловой, световой и других жидкостей. По
его мнению, существо электрических явлений заключается в движении
того самого эфира, движением которого он объяснял оптические
явления.
В наэлектризованном теле, по мнению Ломоносова, частицы эфира,
которые заполняют промежутки между частицами тела, приведены во
вращение. Это вращательное движение может передаваться частицами
эфира от одной точки проводников к другой. Таким образом
получается .электрический ток. Если же такое движение передастся в
окружающую среду, так сказать выйдет наружу, возбудит движение части
эфира, находящегося вне пор этого тела, то произойдут явления,
сопровождающиеся выделением света и тепла, например искра. «Сим
орудием электрическая сила действует, — писал Ломоносов, — и ясно
представлена, истолкована и доказана быть может без помощи
непонятного вбегающих и выбегающих без всякой причины противным
движением чудотворных материй» 1.
Эти идеи о существе электрических явлений. чрезвычайно
интересны. В них мы можем видеть предвосхищение основных положений,
на базе которых Максвелл во второй половине XIX в. построил теорию
электромагнитных явлений. Как и Ломоносов, Максвелл считал, что
электрические явления есть результат движения эфира. Для этого
движения Максвелл построил определенную модель, которая хотя й была
более совершенна, чем модель Ломоносова, но так же, как эта последняя,
была основана на чисто механистических представлениях о строении
эфира и о движении, которые происходят в нем. Поэтому в области
теории электричества Ломоносова можно считать в каком-то отношении
предшественником Максвелла. Именно он предложил считать, что
электрические явления есть результат движений, происходящих
. в эфире.
Больше того, по Ломоносову, как мы видели, и свет и
электрические явления происходят от движения одного и того же эфира, так что
их природа одна и та же. Таким образом, Ломоносов задолго до
Максвелла высказал гипотезу о единой природе световых и электрических
явлений.
1 М. В. Л о м о н о с о в. Поли. собр. соч., т. III, 1952, стр. 330.

214
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
Идея о единой природе оптических и электрических явлений не
была просто догадкой Ломоносова. В заметках Ломоносова содержится
много указаний на опыты, которые он проделал или собирался
проделать с целью выяснения связи между оптическими и электрическими
явлениями. Так, например, в его документах содержится такая запись:
«...будет ли луч иначе преломляться в стекле и наэлектризованной
воде»1. Такой опыт, как известно, был поставлен в 70-х годах
прошлого столетия Керром, который установил при этом явление двойного
лучепреломления.
Ломоносов стремился установить связь не только оптических и
электрических явлений, но и ряда других явлений, а также
физических и химических явлений. Оптические и электрические явления
должны служить не только для выяснения свойств света и
электричества, но и для выяснения свойств самих тел: их молекулярного состава
и строения, их химического состава и т. д.
Ф-
Ч\\е
Ч
6
*=%£
\9
Рис. 67. Схема устройства телескопа Ньютона
Вообще экспериментальные исследования должны быть
поставлены так, чтобы явления изучались во взаимосвязи. Например, изучение
тепловых явлений может помочь выяснению сущности электричества,
изучение света может помочь выяснению химических свойств тел и т. д.
В планах опытных исследований Ломоносова мы встречаемся со
множеством подобного рода .предполагаемых экспериментов. Например:
«Расплавить наэлектризованное олово; не сделается ли оно жидким
при меньшем градусе огня»2; «Преломление солнечных лучей в
растворе сравнительно с таковым в воде»; «...содействует ли сколько-нибудь
электрическая сила растворению солей»; «Каков будет цвет
электрических искр и огоньков, вызванных в растворах солей и в соляных
жидкостях» и т. д.
Подобного рода записи Ломоносова еще раз свидетельствуют о его
убеждении в единстве природы, о связи ее отдельных явлений,
свидетельствуют о том, что он искал эту связь в своих опытных
исследованиях.
Помимо общих теоретических соображений о природе тепла, света,
электричества и т. д. Ломоносову принадлежит и целый ряд
конкретных исследований по этим и другим вопросам физики, а также по
конструированию различного рода физических приборов.
Так, известны исследования Ломоносова в области атмосферного
электричества, его работы по конструированию оптических приборов и
инструментов. Например, он работал над усовершенствованием
зеркального телескопа Ньютона.
1 iM. В. Л о м о н о с о в. Полн. собр. соч., т. III, 1962, стр. 241.
2 Там же, стр. 245.

§ 37. Работы Ломоносова по физике
215
Конструкция телескопа Ньютона заключается в следующем
(рис. 67). Лучи от рассматриваемого предмета через открытый конец
трубы попадают на вогнутое зеркало. На пути сходящегося пучка
лучей недалеко от фокуса этого зеркала ставится другое маленькое
плоское зеркальце под углом в 45° к оптической оси трубы. После
отражения лучей от этого зеркала полученное изображение
рассматривается сбоку при помощи окуляра.
Ломоносов предлагает новую конструкцию
телескопа. Большое зеркало у него имеет некоторый
наклон, так что фокус зеркала уже не лежит на оси
прибора. Маленькое зеркальце также . не лежит на
этой оси. Лучи, отряженные от маленького зеркальца,
посредством двух линз направляются в глаз
наблюдателя. В результате такого изменения конструкции
световой поток, попадающий в глаз наблюдателя,
увеличивается по сравнению с таковым в трубе
Ньютона.
Другое усовершенствование телескопа,
предложенное Ломоносовым, заключается в том, что
маленькое зеркало совсем убирается, а изображение,
получаемое от большого зеркала, прямо рассматривается
в окуляре (рис. 68). Такое видоизменение телескопа
Ньютона было впоследствии применено Гершелем.
Ломоносову принадлежит оригинальная
конструкция зрительной трубы для наблюдения при плохом
.освещении, названная им ночезрительной трубой.
Ночезрительная труба имела объектив больших
размеров, большое увеличение и выходной зрачок,
не превышающий отверстия зрачка человеческого
глаза в темноте. Такая труба давала возможность
видеть предметы ночью «яснее и явственнее».
Ночезрительная труба Ломоносова получила
резко отрицательную оценку группы академиков и
особенно Эпинуса. Противники ночезрительной трубы
не понимали, что ее действие основано на свойствах
человеческого глаза видеть в темноте (разрешающая
способность глаза уменьшается в темноте), и
полагали, что Ломоносов хочет с помощью зрительной
трубы получить изображение, имеющее большую
яркость, чем яркость предмета, что, как известно,
невозможно.
С. И. Вавилов рассмотрел проект Ломоносова и
показал, что он был прав. «В наше время, — писал
Вавилов, — ночезрительная труба (конечно, в современном виде) стала
общеупотребительным военным прибором» 1.
Ломоносов конструировал и другие оптические приборы —
различного рода зрительные трубы, фотометры, рефрактометры, микроскопы
и т. д. Много внимания он уделял усовершенствованию технологии
изготовления оптических стекол, зеркал и т. д. По словам Вавилова,
он был «одним из самых передовых оптиков своего времени»2.
Ломоносову принадлежит конструкция целого ряда приборов для
электрических, тепловых и других измерений. Так, например, его вме-
1 Цит. по кн.: Б. Н. Мен ш у тки н. Жизнеописание Михаила Васильевича
Ломоносова. Изд-во АН СССР, 1947, стр. 154.
2 Там же, стр. 161.
Рис. 6& Схема
устройства
зрительной трубы
Ломоносова

216
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
сте с Рихманом занимала идея устройства электроизмерительного
прибора. Для тепловых измерений он разрабатывал различного рода
термометры, в частности для измерения высоких температур. Для
исследования вязкости жидкостей он построил вискозиметр, для
измерения твердости тел — специальный прибор и т. д. Ломоносов изобрел
многие метеорологические, навигационные, гравиметрические и другие-
приборы.
Остановимся теперь на работах Ломоносова, посвященных
исследованию тяготения и некоторым общим вопросам физики.
Эти работы, отвечая его плану построения системы всей физики,
посвящены таким свойствам материи, как удельный вес, сила тяжести,
а также рассматривают такие вопросы, как инертная мясса, количество
движения и мера движения вообще.
В наиболее полной форме свои взгляды на эти вопросы Ломоносов
изложил в работе «Об отношении количества материи и веса»,
написанной им в 1757—1758 гг. и оставшейся в свое время ненапечатанной.
Ломоносов исходил из гипотезы о существовании «материи
тяжести» и отрицал силу тяготения, как дальнодействующую силу. Эта»
«материя тяжести» своим действием на весомые тела обусловливает их
вес. В связи с этим вес тела, по мнению Ломоносова, должен зависеть
не от количеств материи, заключенной в частичках, образующих это
тело, а от величины поверхности этих частичек, на которые действует
«материя тяжести». В связи с этим количество материи тела может
быть пропорционально его весу только при определенном расположении
частиц при их определенной форме и т. д., что противоречит
«изумительному разнообразию тел природы».
Эти соображения Ломоносов иллюстрирует на примере воды и
золота. По его мнению, вода и золото имеют в одном и том же объеме
примерно одинаковое количество материи (это следует, по Ломоносову,,
из того, что и вода и золото практически несжимаемы и, значит,
расположение их частичек самое тесное), тем не менее их удельный вес
сильно отличается друг от друга. Это противоречит, указывает
Ломоносов, положению о пропорциональности количества материи и веса..
Объяснить же этот факт можно тем, что корпускулы золота так
расположены, что они предоставляют действию материи тяжести
поверхность гораздо большую, нежели корпускулы воды.
Продолжая рассуждать таким образом, Ломоносов приходит к
заключению, что масса тела (имеется в виду инертная масса) должна
зависеть не только от количества материи данного тела, но и от эфира,
который, как он полагает, окружает тело и пронизывает поры между
частичками, образующими это тело, так как при движении тела
приходит в движение и часгь этого эфира. Последнее обстоятельство не
было учтено Ньютоном.
Ломоносов пишет: «Действительно, допустив плотный эфир,
окружающий все тела и наименьшие частицы тел, никоим образом нельзя
решить и точно определить, сколько сопротивления надо приписать
собственной материи движущего тела и сколько сопротивляющемуся
эфиру» К
Что же касается вопроса о пропорциональности массы тела и веса,
то Ломоносов считает, что эта «гипотеза может быть применена без-
опасения ошибки в обыкновенной механике, которая занимается
большими доступными чувствам телами, для которых заметным образом не
1 М. В. Ломоносов. Полн. собр. соч., т. III, 1952, стр. 353.

$ 37. Работы Ломоносова по физике
21?
нарушается, отношение сопротивляемости и веса в пространстве
не слишком большом»1.
Таковы в несколько модернизированной форме основные идеи,
высказанные Ломоносовым в данной работе. Эти идеи представляют
безусловный интерес. Они предвосхищали в какой-то мере идеи,
высказанные в физике в последующее время. Мы увидим дальше, что а
самом конце XIX в. основная гипотеза Ломоносова о том, что при
движении тела нужно учитывать не только собственную материю тела, но.
Рис. 69. «Универсальный барометр» Ломоносова
(рисунок Ломоносова)
и эфир, окружающий это тело и проникающий его, в новой форме
возродилась в электродинамике движущихся тел и была первой
гипотезой, при помощи которой старались объяснить зависимость массы
от скорости и природу электромагнитной массы.
^Самого механизма действия «материи тяжести» Ломоносов ни в
этой, ни в какой-либо другой работе не касался. Не говорил он и о том,
чтб^это за материя тяжести. Мы только можем предполагать, что под
этой материей он понимал тот же самый эфир.
Ломоносов интересовался не только природой и происхождением
силы тяжести, но и вопросом изменения ее. Этот вопрос он считал
важным для мореплавания. Ломоносов провел целый ряд
экспериментальных исследований изменения силы тяжести. Для определения
изменения направления силы тяжести он употреблял «пендул», то есть
маятник или отвес. Для измерения же изменений силы тяжести ов
изобрел специальный прибор, названный им универсальным
барометром (рис. 69).
1 М. В. Л о м о н о с о в. Поли. собр. соч., т. III, 1952, стр. 355.

218
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
Этот прибор состоял из двух стеклянных баллонов, соединенных
тонкой стеклянной U-образной трубкой. Больший баллон наполняли
ртутью и из пространства над ртутью удаляли воздух настолько, чтобы
нижний мениск ртути занимал примерно среднее положение в нижней
части U-образной трубки. При изменении силы тяжести центр
тяжести ртути должен изменять свое положение, а вместе с этим должно
было изменяться и положение мениска; по смещению мениска можно
наблюдать и даже измерять изменение силы тяжести. Прибор
помещался в тающий лед для поддержания постоянной температуры.
Прибор Ломоносова имел ряд недостатков и в таком виде не мог
служить для измерения вариаций силы тяжести на поверхности Земли.
Однако сам принцип его построения был правилен. Известно, что
приборы, построенные по такому же принципу, употребляются в
настоящее время для гравиметрических измерений.
Наконец, к рассматриваемой группе работ нужно отнести
рассуждения и работы Ломоносова, посвященные вопросу о законах
сохранения. Выше мы уже отмечали, что Ломоносов считал материю и ее
движение несотворимыми и неуничтожимыми. Это положение он
сформулировал в письме к Эйлеру в виде всеобщего естественнонаучного
закона. Эту формулировку мы также приводили выше.
Но Ломоносов не только сформулировал это общее положение, но и
конкретизировал его.
Идея о несотворимости и неуничтожимости материи, высказанная
в наиболее отчетливой форме еще древними атомистами, была
воспринята естествоиспытателями уже в XVII и XVIII вв. Однако это
положение продолжало оставаться гипотезой и не оформилось еще как
естественнонаучный закон. Кроме того, в связи с признанием
существования невесомых материй не было ясным, как это представление о
невесомых согласуется с общей идеей о несотворимости и
неуничтожимости материи. Ломоносов сделал первую попытку конкретизации
этого общего положения — установил закон сохранения вещества при
химических реакциях.
В 1673 г. Роберт Бойль сообщил о своих опытах, которые, по его
мнению, доказывали весомость огня, то есть особой материи,
обусловливающей нагретость тела. Он нагревал запаянные реторты со
свинцом, взвешивал свинец до нагревания и после и обнаружил, что вес
свинца после нагревания увеличился. Этот факт он объяснил тем, что
во время нагревания свинца через стенки реторты проникала материя
огня и, соединяясь со свинцом, увеличивала его вес. ♦
В последующем в связи с теорией флогистона результат опыта
Бойля пришлось объяснять тем, что при нагревании свинца из него
уходит флогистон, который обладает отрицательным весом.
Ломоносов, будучи противником невесомых материй, не
согласился с Бойлем. Он указывал, что увеличение веса свинца можно
объяснить, например, соединением его с воздухом, заключенным в реторте.
В 1756 г. он повторил опыт Бойля. Но он взвешивал не металл, а
реторту вместе с металлом до и после прокаливания. При этом он
нашел, что общий вес не изменился. В отчете о своей работе за этот
год он писал: «...между разными химическими опытами... деланы опыты
в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать,
прибывает ли вес металлов от чистого жару: оными опытами нашлось,
что славного Роберта Боила мнение ложно, ибо без пропущения
внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере» К
1 М. В. Ломоносов. Поли. собр. соч., 1957, т. X, стр. 392.

g 37. Работы Ломоносова по физике
219
Таким образом, одновременно была опровергнута гипотеза
флогистона и гипотеза Бойля и был установлен один из самых общих
естественнонаучных законов — закон сохранения вещества при химических
реакциях.
После Ломоносова, спустя 17 лет, подобного рода опыты проделал
Лавуазье, который не только взвесил сосуд с металлом до и после
обжига, но и определил увеличение веса металла и уменьшение веса
воздуха при окислении этого металла. Свои опыты и выводы из них
Лавуазье опубликовал и они стали хорошо известны. Ломоносов же
этого не сделал. Его опыты стали известны значительно позднее.
Поэтому долгое время приоритет в открытии закона сохранения
вещества полностью .приписывали Лавуазье.
Почему Ломоносов не опубликовал результатов своих опытов —
трудно сказать. Возможно, в этом отношении играл определенную роль
fcro общий взгляд на проблему о количественной мере материи, за
которую он не мог принять вес тела, как мы выше говорили.
Идеей сохранения движения в природе Ломоносов пользовался во
многих своих исследованиях как руководящей и бесспорной. Так,
например, обосновывая свою теорию теплоты, Ломоносов исходил
именно из положения, что движение не уничтожается и не творится из
ничего. «Очень хорошо известно, — говорил Ломоносов, — что теплота
возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются,
дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются
искры; железо накаливается от проковывания частыми и сильными
ударами...». «Далее, восприняв теплоту, тела или превращаются з
нечувствительные частицы и рассеиваются по воздуху, или
распадаются в пепел, или в них настолько уменьшается сила сцепления, что они
плавятся» К Приведя эти и еще ряд примеров превращения, как бы
мы теперь сказали, макроскопического движения в невидимые
микроскопические и обратно, Ломоносов делает заключение, что сущность
тепла заключается в движении.
Для объяснения передачи тепла от более нагретого тела к менее
нагретому Ломоносов привлекает закон сохранения движения. Он
лишет: «Если более теплое тело А находится в соприкосновении с
другим телом В, менее теплым, то находящиеся в точках соприкосновения
частицы тела Л, вращаясь быстрее, чем соседние с ними частицы
тела В.., более быстрым вращением ускоряют вращательное движение
частиц тела В, т. е. передают им часть своего движения; столько же
движения уходит от первых, сколько прибавляется у вторых; т. е. когда
частицы тела А ускоряют вращательное движение частиц тела В, то
замедляют свое собственное. Вследствие этого, когда тело А при
соприкосновении нагревает тело В, то само оно охлаждается»2.
В целом ряде других своих научных исследований Ломоносов
опирался на положение о несотворимости и неуничтожимости движения, в
частности при опровержении дальнодействующих сил. По мнению
Ломоносова, если два покоящихся тела под действием тяготения приходят
в движение, то движение возникает не из движения, что нелепо, так
как нарушается закон сохранения движения.
Ломоносов ставил перед собой задачу найти количественную
конкретную формулировку для закона сохранения движения, выяснив при
этом и вопрос о мере движения, а также дать этому закону
экспериментальное доказательство. Ломоносов указывал, что вопрос о мере
движения не является решенным. В работе «Об отношении количества
1 М. В. Ломоносов. Поли. собр. соч., т. II, 1951, стр. 9.
2 Там же, стр. 29.

220
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова
матерки и веса» он писал, «что самые первые начала механики, а тем
самым и физики, еще спорны, и что наиболее выдающиеся ученые
нашего века не могут придти к соглашению о них. Самый явный
пример этого — мера сил движения, которую одни принимают в простом,
другие — в двойном отношении скорости» К Известно, что Ломоносов
считал вопрос о мере движения одним из актуальных вопросов и что
сам много работал в этом направлении. Ученик Эйлера Румовский в.
письме к Эйлеру писал: «Г. советник Ломоносов намерен предложить
ученым три вопроса: «третий — количество движения пропорционально
ли массе, (помноженной на скорость или на квадрат скорости?». И
далее: «Г. Ломоносов хочет издать рассуждение, которым намеревается
ниспровергнуть все, что до сих пор успели открыть, потому что о»
доказывает... что количество движения не пропорционально массе,
помноженной на квадрат скорости»2. По свидетельству того же Румов-
ского известно также, что Ломоносов для решения вопроса о мере
движения проделал какой-то опыт с маленьким колесом, помещенным!
в канал с водой3.
Из известных документов нельзя сделать определенного вывода о
том, к какому заключению пришел Ломоносов в вопросе о мере
движения. По-видимому, Ломоносов не просто разделял картезианские
или лейбницевские представления о мере движения, а вводил свои,
коррективы. Судя по его соображениям о пропорциональности массы
и веса, о которых мы выше говорили, можно полагать, что Ломоносов,
для оценки меры движения тела считал необходимым учитывать не
только движение его самого, но и движение среды, окружающей это тело.
§ 38. Общая оценка Ломоносова как физика
Как мы видели, Ломоносов по физическим воззрениям, по
устремлениям в области физики, по методологическим взглядам коренным-
образом отличался от подавляющего большинства физиков — своих
современников.
В отличие от ньютонианцев, Ломоносов в своих физических
исследованиях широко пользовался гипотезами. Он был противником
концепции невесомых, которой придерживалось большинство физиков его
времени.. Он не признавал дальнодействующих сил, которые все в.
большей и большей степени применялись для объяснения физических
явлений.
Ломоносов выработал новую методологию, выработал новые
принципы, на основе которых он старался строить все здание физической
науки. В своем методе он сочетал и теорию и эксперимент, и индукцию
и дедукцию, а также широко пользовался научной гипотезой. Он искал
общее в различных физических процессах, исходя из идеи единства
физического мира.
«В наше время такие умы весьма редки, — писал о Ломоносове
Эйлер, — ибо большинство остается при одних опытах и нисколько не
хотят о них рассуждать, другие же пускаются в такие нелепые
рассуждения, которые противны всем основам здравого естествознания»4.
1 М. В. Ломоносов. Поли. собр. соч., т. HI, 1952, стр. 351.
2 П. Пекарский. История императорской академии наук в Петербурге, т. II,
1873, стр. 599—600.
3 Там же, стр. 601.
4 П. С. Билярский. Материалы для биографии Ломоносова. СПб., 1865„
стр. 248.

§ 38. Общая оценка Ломоносова как физика
221
Своеобразие Ломоносова как ученого определялось, как мы уже
подчеркивали выше, своеобразием русской действительности того
времени, а также особенностями его развития как ученого.
Ломоносов пришел в науку уже зрелым человеком. Его научное
мировоззрение складывалось иначе, чем мировоззрение других ученых
«его времени. Он не был связан обычными традициями нормального
обучения с детских лет. Поэтому при знакомстве с наукой своего
времени он мог оценить ее состояние с более независимых позиций, нежели
его современники.
Далее, в Академии наук в Петербурге он не мог не почувствовать
себя первым русским академиком, перед которым стоит задача
изменить положение науки в России. Правда, первые академики в
Петербурге, такие, как Эйлер, Даниил Бернулли и др., уже вели научные
исследования в академии на высоком уровне, однако они не ставили
задачи стать основоположниками естествознания в России, а лишь
продолжали развитие науки в тех направлениях, в которых она
сложилась к этому времени на Западе. Работая над теми же
проблемами, следуя тем же традициям, что и их коллеги на Западе,
иностранные академики были отгорожены стенами академии от русского народа,
от его интересов, от борьбы русских передовых людей за развитие
своей русской культуры, за развитие экономики России. Некоторые из
них, после того как условия работы в академии в результате
вредительской деятельности Шумахера осложнились, уехали из России,
бросив свою работу в академии.
Ломоносов же всю жизнь боролся с «неприятелями наук
российских», вел борьбу против иностранного, засилья в Академии наук,
против царских бюрократов и чиновников, тормозивших развитие науки
и образования в России, против попов и монахов, мешавших
распространению естественнонаучных знаний среди русского народа и т. д.
Но для успешного развития науки и просвещения в России
необходимо было не только решение организационных вопросов, не только
защита науки от ее врагов — немецких чиновников, самодержавия,
попов и т. д. Успех ее развития зависел также и от ее теоретического
фундамента, от традиций, на основе которых она должна развиваться
в дальнейшем. Ломоносов и ставил перед собой задачу заложить
такой теоретический фундамент, такие традиции. .
Но вместе с этим Ломоносов пересмотрел всю совокупность
современных ему наук, в частности и физику, подвел итог всему, что было
сделано в ней до него, и одновременно наметил для нее дальнейший
путь развития. При этом его взгляды на состояние физики того
времени были шире, чем у его современников. Он опередил свое время.
В овоих работах он предвосхитил последующее развитие физики,
выбрал для ее развития путь, на который, как мы увидим в
дальнейшем, физика встала лишь в последующее столетие и достигла больших
успехов.
Современники Ломоносова не понимали и не могли оценить его
основных физических идей, оценить правильность намеченного им
направления в науке. Только взгляды Эйлера были близки Ломоносову.
Современники не могли оценить его работ по кинетической теории
теплоты и газов, для них были чужды идеи Ломоносова, относящиеся к
области оптики, теории электричества и т. д. Им были чужды
основные принципы, следуя которым Ломоносов развивал свои физические
исследования.

%J
»M
Фшяшшшшяшт шшшшшшшшт шшшшшшшшшшшт шшшшшшшшшшшш шшшшшшшшшшшшт шшшшшшшшт шшшшшшшгшшшшшт
Раздел четвертый
ПЕРИОД ПОДГОТОВКИ И УСТАНОВЛЕНИЯ ЗАКОНА
СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ
(первая половина XIX в.)
ГЛАВА 11
ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРИОДА
§ 39. Общая характеристика исторических условий
Первая половина XIX в. характеризуется дальнейшим все более
и более убыстряющимся развитием капитализма в Европе и Америке.
К Голландии и Англии, уже развитым капиталистическим странам
Европы, присоединилась Франция, в которой после буржуазной
революции полностью победил капитализм. В других европейских странах
продолжался рост капиталистических элементов, более быстрый, чем
прежде. Французская революция, а затем наполеоновские войны
способствовали разложению феодализма и развитию капитализма в.
Европе. К концу рассматриваемого периода буржуазные революции
произошли в ряде европейских стран.
В начале XIX в. в передовых странах Европы капитализм вступил
в фазу своей зрелости. Завершился переход от мануфактуры к крупной
машинной индустрии. Все более и более сильно проявлялись
противоречия, свойственные буржуазному обществу. «Вот уже несколько
десятилетий история промышленности и торговли представляет собой лишь
историю возмущения современных производительных сил против
современных производственных отношений...» х — писали Маркс и Энгельс
в 1848 г. Эти возмущения производительных сил против
производственных отношений уже в 1825 г. вылились в промышленный кризис
в Англии. Кризисы стали необходимым спутником капитализма.
Основным моментом политической борьбы в передовых
капиталистических странах становится борьба пролетариата против буржуазии.
Уже в 30—40-е годы «Англия дала миру первое широкое,
действительно массовое, политически оформленное, пролетарски-революционное
движение...»2 (чартистское движение).
В июньские дни 1848 г. пролетариат Франции вступил в жестокую
битву с буржуазией. Эти дни, по словам Маркса, были «первой великой
битвой между обоими классами, на которые распадается современное
общество. Это была борьба за сохранение или уничтожение
буржуазного строя»3.
Наконец, пролетарское движение в 40-х годах получило свою
научную теорию. В 1848 г. в свет вышел «Манифест Коммунистической
партии», написанный великими учителями рабочего класса Марксом и
Энгельсом. Открытие научного коммунизма было величайшим событием
в истории народов.
1 К. МаоксиФ. Энгельс. Соч., т. 4, стр. 429.
2 В. И. Л е н и н. Соч., т. 29, стр. 282.
3 К. Маркс и Ф. Энгельс. Избр. произв., т. I, 1955, стр. 131.

§ 40. Основные черты техники первой половины XIX века 223
§ 40. Основные черты техники первой половины XIX века
Уже в первой половине XIX в. началось быстрое развитие крупной
машинной индустрии. Ее энергетической основой является паровая
машина, которая становится основным универсальным двигателем не
только на предприятиях, но и на транспорте, приобретая все большее и
большее значение в технике.
В 1807 г., после многократных попыток применить паровой
двигатель для кораблевождения, в Америке был построен Фултоном первый
Рис. 70. Пассажирский пароход, построенный Фултоном
практически пригодный пассажирский пароход (рис. 70). После этого
пароходство быстро развивается и совершенствуется, и к 30-м годам
налаживаются уже регулярные речные, морские и океанские
пароходные сообщения. Паровая машина устанавливается и на военных
кораблях, приобретая тем самым и военное применение.
Паровая машина используется в качестве двигателя на
сухопутном транспорте: появляется железная дорога. Первая железная дорога
с локомотивом Стефенсона была открыта в 1825 г. в Англии (рис. 71),
затем и в других странах. В течение короткого времени железные,
дороги покрыли территорию Европы, а также Северной Америки.
Вместе с усовершенствованием и все более широким применением
парового двигателя развивается зародившаяся еще в предыдущем веке
новая отрасль техники — теплотехника, которая начинает оказывать
существенное влиянием на развитие физики.
Еще быстрее, чем в XVIII в., развиваются различные отрасли
промышленности: металлургическая, горная, химическая,
металлообрабатывающая и т. д. Непрерывное усовершенствование техники — внедре-

224
Глава П. Характеристика периода (пере. пол. XIX в.)
ние новых технологических методов, улучшение организации
производства — является характерным для машинной индустрии.
Важным фактором для развития физики в первой половине XIX в.
является применение электричества в технике. Именно в это время
начинает зарождаться электротехника. Прежде всего электричество
используется для связи.
В 1832 г. демонстрировался в Петербурге первый практически
пригодный электромагнитный телеграф, изобратателем которого был
русский физик и востоковед П. Л. Шиллинг.
Скоро телеграф появился и в других странах. В 1844 г. в
Соединенны* Штатах Америки Морзе была построена телеграфная линия,
Рис. 71. Один из первых паровозов английской железной дороги,
построенных Стефенсоном
а в конце 40-х годов в Америке было уже несколько десятков
телеграфных компаний.
В этот период были сделаны также первые попытки применения
электричества в качестве двигателя в химической npoi\ ышленности
и т. д. Появляется новая область электротехники — гальванопластика,
основателем которой был русский академик Б. С. Якоби.
Говоря о технике первой половины XIX в., следует упомянуть
также о фотографии. Первый практически применимый метод получения
фотографических снимков, так называемых дагерротипии, был изобретен
французом Дагером (1839). Изображение при этом методе получалось
сразу в виде позитива на стеклянной пластинке, покрытой
светочувствительной пленкой. Метод Дагера, несмотря на его недостатки и
несовершенство, быстро получил распространение. Только в 50-х годах
метод дагерротипии был заменен обычным теперь методом
фотографирования. Изобретение фотографии и ее развитие оказали несомненное

§ 41. Развитие капитализма и естествознание
225
влияние на развитие оптики в XIX в., в дальнейшем же — и на другие
отрасли физики, особенно после того как фотография стала одним из
существенных методов научного исследования.
Рис. 72. Общий вид телеграфа Морзе, употреблявшегося первыми телеграфными
компаниями
§ 41. Развитие капитализма и естествознание
Быстрое развитие капитализма способствовало прогрессу
естествознания и особенно физико-математических наук. Крупная машинная
индустрия все более нуждалась в услугах естественных и точных наук,
ставших подлинной «духовной потенцией» производства.
Наука целиком становится на службу капитала. Философы и
социологи того времени ясно понимали это. Так, например, виднейший
представитель утопического социализма Сен-Симон в «Катехизисе
промышленников» писал, что «ученые оказывают чрезвычайно важные
услуги промышленному классу; но они получают от него еще более
важные услуги; они получают от него существование; не кто
иной, как промышленный класс удовлетворяет все их примитивные
потребности, равно как их разнородные физические наклонности; он
же доставляет им инструменты, необходимые им для выполнения своих
работ» 1.
0 положении науки в буржуазном обществе впервые ясно и четко
сказано в «Манифесте» Маркса и Энгельса: «Буржуазия, — писали
они, — лишила священного ореола все роды деятельности, которые до
тех пор считались почетными и на которые смотрели с благоговейным
трепетом. Врача, юриста, священника, поэта, человека науки (курсив
мой.—Б. С.) она превратила в своих платных наемных работников»2.
Буржуазия, понимая значение естествознания для
промышленности, транспорта, связи, военной техники и т. д., снабжала науку
средствами, материально и организационно способствуя ее развитию.
1 «Родоначальники позитивизма», вып. 2. Сен-Симон, Ог. Конт. СПб., 1910,
стр. 162.
2 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 4, стр. 427.

226
Глава 11. Характеристика периода (пере. пол. XIX в.)
Создавались различного рода научные и научно-технические
общества, комиссии и т. д., субсидируемые правительством и
капиталистами; быстро увеличивалась сеть технических учебных заведений,
готовящих инженеров и техников, удовлетворяя потребности производства
в инженерно-технических работниках. Возник новый слой
интеллигенции — научно-техническая интеллигенция, игравшая все большую и
большую роль в производственной практике.
В Англии наряду с Королевским обществом — старейшим научным
учреждением — возник в 1799 г. организованный Румфордом на
средства богачей Королевский институт, имевший своей целью
«распространение познания и облегчение широкого введения полезных
механических изобретений и усовершенствований и обучение посредством курсов
философских лекций и экспериментов приложению науки к общим
целям жизни» К
Первый директор этого института английский химик и физик Дэви
организовал при институте единственную в своем роде
химико-физическую лабораторию, в которой проводил свои экспериментальные
исследования. В этой же лаборатории впоследствии работал Фарадей.
Здесь он сделал свои знаменитые открытия по электричеству и
магнетизму, л также и по электрохимии.
В 1831 г. в Англии организовалась «Британская ассоциация
содействия прогрессу науки», имевшая в своем составе несколько тысяч
членов. Ассоциация финансировала научно-исследовательские работы
по различным отраслям естествознания.
Особенно ярко значение буржуазного строя в рассматриваемый
период для развития науки можно видеть на примере Франции
революционного и послереволюционного времени. Оценивая значение
французской революции, Ленин писал, <что «она сделала так много, что весь
XIX век, тот век, который дал цивилизацию и культуру всему
человечеству, прошел под знаком французской революции» 2.
Французская революция, давшая могучий толчок
производительным силам страны, уже тем самым необычайно способствовала
развитию науки, особенно естествознания, во Франции. Однако дело не
только в этом. Освободив Францию от оков феодализма, Французская
революция освободила от них и науку, расчистив новый путь для ее
развития.
Уже в период революции революционное правительство Франции
взялось за реорганизацию научных и учебных учреждений страны и
прежде всего Французской академии. До этого времени Французская
академия наук была аристократическим, привилегированным
учреждением, находившимся на службе короля. Король назначал академиков,
исключал неугодных, распоряжался финансами и т. д. Народ Франции
относился к Академии наук враждебно. Эта враждебность еще больше
усилилась в связи с тем, что некоторые академики стали на сторону
контрреволюции и даже эмигрировали за границу во время революции.
В 1792 г. Академия наук была закрыта, а вместо нее и ряда
других академий (живописи и скульптуры, архитектуры и др.) в 1795 г.
был открыт Национальный институт наук и искусств, переименованный
в 1806 г. в Институт Франции. Ведущее место в Институте занимали
физико-математические науки. Положение об Институте и его
деятельности свидетельствует о том, что он был несравненно демократичнее
и ближе к практической жизни, нежели старая академия.
1 Цит. по кн.: Дж. Б е р н а л. Наука в истории общества. ИЛ, М., 1956, стр. 300.
2 В. И. Л е н и н. Соч., т. 29, стр. 342.

§ 42. Философские идеи, оказавшие влияние на развитие физики 227
Коренная реорганизация была проведена и в области
образования. На первый план были выдвинуты учебные заведения, дававшие
начальное, среднее или высшее техническое образование. Они были
отделены от церкви и основное место в них было отведено
естественным дисциплинам.
В 1796 г. была открыта знаменитая политехническая школа,
заслужившая всемирную славу. Она была прекрасно оборудована и
укомплектована лучшими педагогическими кадрами. Среди первых
профессоров ее были известные ученые Франции, в том числе Лагранж, Монж,
Бертолле и др. Школа готовила инженеров и ученых, из нее вышли
крупнейшие французские математики, физики и представители других
естественных наук, доставившие славу французской науке, такие, как
Араго, Гей-Люссак, Коши, Пуассон, Френель и др.
Все эти мероприятия французского правительства периода
революции, а затем и послереволюционной Франции, направленные на
развитие естественных наук, на укрепление связи их с практикой,
способствовали блестящему расцвету естествознания во Франции в
первой половине XIX в. Не случайно, конечно, что в этот период в области
развития естественных наук Франция вышла на первое место в мире.
«Невозможно исчислить, — писал один из французских историков
первой половины XIX в., — все благодетельные последствия системы,
которая стремится поддержать науки и технические искусства (arts)
в постоянной близости между собою и подчинить их обычно взаимному
воздействию прогресса и пользы»1.
Развитие естественных наук в Германии, России и других странах,
где еще не произошли буржуазные революции, тормозилось
феодальным строем. Несмотря на то что в Германии в первой половине XIX в.
жили и работали выдающиеся ученые того времени, такие, как Гаусс,
Риман, Якоби, Гумбольдт и др., успехи естествознания, включая и
физику, в этот период в ней не могут идти ни в какое сравнение с
успехами этих наук во Франции.
То же следует сказать и о крепостнической России первой
половины XIX в. Хотя и в этот период русский народ выдвинул из cBoeff
среды 'крупнейших ученых, среди которых достаточно назвать
Лобачевского, Остроградского, Петрова, Ленца и др., тем не менее Россия
з развитии физико-математических и других наук продолжала
отставать от Англии и особенно от Франции.
§ 42. Философские идеи, оказавшие влияние на развитие физики
в первой половине XIX века
Существенное влияние на развитие физики рассматриваемого
периода оказала философия XVIII и первой половины XIX в.
Прежде всего нужно отметить положительное влияние
французского материализма. Во-первых, боевой материалистический и даже
атеистический дух французских материалистов, воспринятый
передовыми естествоиспытателями в той или иной степени, оказал сильное
воздействие на развитие всех областей естествознания первой половины
XIX в., в том числе и физики. Выдающиеся естествоиспытатели
Франции конца XVIII и первой половины XIX в. были ярко выраженными
материалистами. Несомненно, что знаменитое заявление, сделанное
Наполеону Лапласом о том, что в своей небесной механике он не
1 Цит. по кн.: О. А. С т а р о се л ь с к а я-Н и кит и н а. Очерки по истории
науки и техники периода французской буржуазной революции 1789—1794 гг. Изд-во
АН СССР, М.—Л., 1946, стр. 173.

228 Глава 11. Характеристика периода (пере. пол. XIX в.)
нуждался в гипотезе о боге, является характерным для французского
ученого-атеиста того времени.
Во-вторых, положительное влияние французских материалистов на
естествоиспытателей того времени сказалось и в том, что большинство
из них глубоко верило в неограниченные возможности человеческого
познания и не признавало агностицизма. В этом отношении влияние
философии французских материалистов оказалось гораздо более
сильным, нежели влияние субъективного идеализма Беркли и Юма, а также
философии Канта и, наконец, зародившегося в то время позитивизма.
Определенную положительную роль в развитии физики первой
половины XIX в. сыграли диалектико-материалистические идеи,
зародившиеся также еще в XVIII в..
В XVIII в., как мы уже подчеркивали, господствовал
метафизический взгляд на природу, однако в результате целого ряда научных
открытий и исследований уже тогда были пробиты первые бреши в
этом метафизическом мировоззрении.
Это прежде всего произошло в астрономии. В 1755 г. немецкий
философ Кант в своем сочинении «Общая естественная история и
теория неба» предложил материалистическую теорию происхождения
вселенной. Солнечная система возникла, по Канту, из первоначальной
туманности, в которой под влиянием сил притяжения и отталкивания
возникли сгущения, образовавшие затем солнце и планеты.
«Кант обратил неизменную солнечную систему, которую
предполагал Ньютон, — писал Энгельс, — и вечное — с тех пор как был дан
первый толчок — пребывание этой системы в исторический процесс
возникновения солнца и всех планет из первоначальной туманной
массы...» К
Спустя полвека Лаплас развил аналогичную космогоническую
гипотезу о возникновении солнечной системы, опираясь на небесную
механику и учитывая все достижения современной ему астрономии.
В XVIII в. были высказаны первые идеи развития в геологии
М. В. Ломоносовым, который, опираясь на накопленный
экспериментальный материал, развил учение о непрерывном изменении земной
коры и дал теорию образования целого ряда ископаемых. В своих
.исследованиях по этим вопросам Ломоносов во многом предвосхитил
последующее развитие геологии.
К этому же периоду относятся первые важные открытия в
биологии. Вопреки существовавшему мнению об абсолютной неизменности
твидов растений и животных ученые приходят к выводу об
изменчивости и развитии органических форм в природе. Во второй половине
XVIII в. эту мысль высказал француз Бюффон. В конце XVIII в. с
подобной идеей выступил также немецкий поэт и мыслитель Гете. Гете
считал современные органические формы, как животные, так и
растительные, результатом длительного развития превращения первичных
.форм.
Наконец, как мы видели выше, М. В. Ломоносов в своих работах
резко выступал против господствовавшей метафизической концепции
невесомых. Он строил физику исходя из мысли о единстве всех
физических явлений, руководствуясь идеей о существовании связей между
явлениями природы.
В развитии диалектико-материалистических элементов в
мировоззрении передовых мыслителей XVIII, а затем XIX в. сыграла известную
роль и математика.
1 К-Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. XIV, стр. 379.

§ 42. Философские идеи, оказавшие влияние на развитие физики 229
Еще в XVII в. вместе с открытием аналитической геометрии, а
также дифференциального и интегрального исчислений математика
восприняла движение и диалектику. О высшей математике Энгельс
писал, что в ней «затвердевшие категории расплавились, математика
вступила в такую область, где даже столь простые отношения, как
отношения абстрактного количества, дурная бесконечность, приняли
совершенно диалектический вид и заставили математиков стихийно и
против их воли стать диалектиками» К
Все эти успехи естествознания отразились и в философии, которая,
закрепив их, оказала со своей стороны влияние на естествознание
последующего периода.
Прежде всего диалектико-материалистические идеи естествознания
оказали влияние на философию французских материалистов, которая,
хотя в основном и оставалась метафизической, тем не менее в общей
форме уже восприняла некоторые диалектико-материалистические идеи
во взгляде на природу и на процесс познания.
Французские материалисты в своих сочинениях писали о
непрерывном изменении в природе, об естественном возникновении и развитии
растительных и животных организмов.
Такие идеи содержались в сочинениях Ламетри, Робине и в
наиболее развитой форме у одного из самых крупных представителей
французского материализма — Дидро. Так, например, Дидро, писал:
«...все беспрерывно изменяется... Все существа взаимно скрещиваются,
следовательно и все виды их... и все находится в состоянии
беспрерывного изменения»2.
Французские материалисты утверждали также единство
материального мира и существование связи между силами природы и ее
явлениями. Дидро, признавая несотворимость и неуничтожимость
движения в природе, .полагал, что развитие науки приведет к тому, что будут
открыты связи между всеми явлениями природы и образуется
«замкнутый круг явлений, в котором нельзя будет распознать, где находится
первое явление и где — последнее»3.
Прогрессивной для своего времени была и теория познания
французских материалистов. В этой области они также явились
предшественниками диалектического материализма. Они принципиально
правильно ставили вопрос о соотношении мышления и бытия.
Так, например, Ламетри считал, что духовные переживания
человека обусловлены материальными процессами в его организме.
А Дидро прямо писал, что «мы — инструменты, одаренные
чувствительностью и памятью. Наши чувства — клавиши, по которым ударяет
окружающая нас природа и которые часто ударяют сами себя...» 4.
Французские материалисты считали мир познаваемым, но сам
процесс познания представлялся им сложным процессом, ибо природа не
открывает свои тайны сразу. Она, как писал Дидро, «подобна
женщине, которая любит наряжаться и которая, показывая из-под своих
нарядов то одну часть тела, то другую, подает своим настойчивым
поклонникам- некоторую надежду узнать ее когда-нибудь всю»5.
Прогрессивные идеи французских материалистов были восприняты
передовыми естествоиспытателями первой половины XIX в., главным
1 Ф. Э н г е л ь с. Диалектика природы, стр. 160.
2 Д. Д идр о. Собр. соч., т. I. «Academia», 1935, стр. 397.
3 Там же, стр. 335.
4 Там же, стр. 375.
5 Там же, стр. 307. Интересно отметить, что Дидро пользуется тем же образом,,
что и Ломоносов, сравнивая природу с женщиной, не открывающей поклонникам
сразу всех своих качеств.

230 Глава 11. Характеристика периода (пере. пол. XIX в.)
образом французскими. И хотя эти идеи постепенно утрачивали свое
влияние в связи с появлением других философских систем, в частности
позитивизма, тем не менее они сыграли положительную роль в
развитии физики в этот период.
Среди прогрессивных мыслителей конца XVIII в. следует назвать
русского революционного просветителя и писателя А. Н. Радищева.
В своих сочинениях Радищев вслед за Ломоносовым высказал целый
ряд диалектико-материалистических идей: о материальном единстве
мира, о непрерывном движении и изменении в природе, о
неуничтожимое™ этого движения. Он писал: «Безрассудный! Когда... видишь
обращение тел лучезарных; когда смотришь окрест себя и видишь жизнь,
рассеянную в тысящи тысящей образах повсюду, ужели можешь
сказать, что бездействие вещественности свойственно, и. движение ей
несродно? Когда все движется в природе и все живет, когда малейшая
пылинка и тело огромнейшее подвержены переменам неизбежным,
разрушению и паки сложению, ужели найдешь место бездействию и
движение изымешь вон?» К
Отвечая правильно на основной вопрос философии, Радищев
развивал материалистическую теорию познания подобно французским
материалистам. «...Душа или то, что мысленным существом называем,
есть свойство искусно сложенного тела, подобно как здравие или жизнь
суть свойства тел органических»2.
Прогрессивные идеи русской материалистической философии,
высказанные Ломоносовым, Радищевым, а затем развитые рядом
русских мыслителей и ученых первой половины и середины XIX в., сыграли
существенную роль в развитии русского естествознания, и в частности
физики, XIX в., несмотря на неблагоприятные условия в феодально-
крепостнической России.
Говоря о прогрессивной материалистической философии,
сыгравшей положительную роль в развитии физики первой половины XIX в.,
следует упомянуть об английском философе и ученом второй половины
XVIII в. Пристли. Философия Пристли, по-видимому, оказала
известное положительное влияние на мировоззрение Фарадея, о чем будет
подробнее сказано ниже при изложении работ последнего.
На развитие естествознания, и физики в частности, первой
половины и середины XIX в. определенное влияние оказала немецкая
классическая философия, в рамках которой, как известно, получила
развитие диалектика. Однако влияние этой философии на развитие
физики было противоречивым и привело к отрицательным результатам.
Выдающимся представителем немецкой философии был Кант.
В 70-е годы XVIII в. он выступил с рядом философских сочинений, в
которых изложил свою философскую систему.
Мы не имеем возможности сколько-нибудь подробно излагать
основные положения учения Канта и остановимся только на тех
сторонах этого учения, которые в той или иной степени оказали влияние
в дальнейшем на развитие физики.
Основой философии Канта была идея противопоставления мира
вещей и мира явлений. Кант отрицал возможность познания сущности
вещей, возможность познания «вещи в себе». Он полагал, что разум,
познавая мир явлений, облекает полученный материал в определенную
логическую чувственную форму. Основная идея философии Канта
впоследствии неоднократно использовалась для идеалистического
1 А. Н. Радищев. Поли. собр. соч., т. 2. Изд-во АН СССР, М.—JL, 1941,
стр. 81.
2 Там же, стр. 103.

§ 42. Философские идеи, оказавшие влияние на развитие физики 231
истолкования данных физики в духе агностицизма. Эта идея жива и
до настоящего времени в теориях ряда зарубежных физиков, стоящих
на позициях идеализма.
Кант считал понятия пространства и времени чисто
субъективными. Они, по его мнению, являются результатом особого свойства
человеческого разума облекать мир явлений в определенные
логические формы. Пространство и время, по Канту, есть не что иное, как
априорные формы чувственного восприятия, предшествующие всякому
опытному познайию, то есть восприятию действительных предметов.
Учение Канта о пространстве и времени сыграло тормозящую
роль в развитии науки. Согласно этому учению, поскольку
пространство и время есть лишь априорные формы наших чувств, а эти формы
определяются неизменными особенностями человеческого мышления, то
и представления о пространстве и времени являются неизменными.
В связи с этим Кант и его последователи не допускали
возможности каких-либо принципиально новых взглядов на пространство и время
по сравнению с существовавшими в его время. Поэтому когда возникла
геометрия Лобачевского, а затем Римана, то они были приняты
враждебно кантианцами, что препятствовало развитию математики
неэвклидовых пространств и общих представлений о пространстве и времени.
Причинность, по Канту, как и пространство и время, не является
объективной категорией, а выражает лишь способность нашего разума
организовывать впечатления, устанавливать связи между данными
чувств и понятиями рассудка, как возможность «специального
соединения восприятий в сознании». Учение Канта о причинности было
реакционным и сыграло также отрицательную роль в развитии физики.
Канту* принадлежит также учение о так называемых антиномиях.
Антиномии — это взаимоисключающие положения, которые тем не
менее одинаково доказуемы и одинаково неопровержимы разумом.
Таких антиномий, по Канту, существует четыре: 1) Мир имеет начало
(границу) во времени и пространстве и одновременно мир во времени
и в пространстве бесконечен. 2) Все в мире состоит из простого
(неделимого) и одновременно нет ничего простого, а все сложно. 3) «В мире
существуют свободные причины и одновременно нет никакой свободы,
а все есть природа (то есть необходимость). А) В ряду мировых
причин есть некое необходимое существо и одновременно в этом ряду нет
ничего необходимого, а все случайно.
В каждой из этих антиномий и положение и противоположение
одинаково доказуемы и неопровержимы разумом. И таким образом,
несмотря на то что они взаимно исключают друг друга, они
одновременно должны быть признаны истинными.
В учении об антиномиях Кант вскрывал объективную
противоречивость реального мира, что было шагом вперед в развитии
диалектического воззрения на природу. Однако сам Кант на основе
рассмотрения антиномий приходил лишь к выводу о противоречивости понятий
конечного и бесконечного, делимости и неделимости материи, свободы
и необходимости (что касается четвертой антиномии, то она является
ложной). Сама же природа, по Канту, не может заключать в себе
противоречий. В существовании антиномий Кант видел подтверждение
своей философии. Так как, по его мнению, «вещам в себе» нельзя
приписать никаких противоречий, то противоречия относятся не к самим
вещам, а лишь к свойствам нашего мышления и доказывают
невозможность разума познать действительные свойства вещей, а также
подтверждают субъективный смысл понятий пространства, времени и
причинности.

232 Глава 11. Характеристика периода (пере. пол. XIX в.)
Учение Канта об антиномиях также сыграло отрицательную роль
в развитии физики, особенно в самое последнее время в связи с
интерпретацией квантовой механики. Как мы увидим ниже, вскрывая
объективную противоречивость микрообъектов и в то же время, так же
как Кант, не признавая того, что вещам свойственны такого рода
противоречия, физики идеалистического толка стали утверждать
непознаваемость явлений микромира и даже отвергать реальность
микрообъектов.
В 1786 г. Кант издал сочинение «Метафизические основы
естествознания», в котором изложил свои взгляды на материю, на силу, на
законы механики и т. д. Здесь Кант выступил против атомизма,
полагая, что материя делима до бесконечности. Основной сущностью
материи, считал Кант, являются силы отталкивания и силы притяжения,
действующие на расстоянии, и сама материя является единством
этих сил.
Мысль о том, что материи присущи и силы притяжения, и силы
отталкивания, была прогрессивной. Ее в более конкретной форме
высказывал еще югославский ученый Бошкович в середине XVIII в., полагая»
что материя состоит из непротяженных точек, между которыми
действуют центральные силы, меняющие свой знак в зависимости от
расстояния. Затем Пристли развил эту же мысль в своих работах.
Однако отказ Канта от атомистической гипотезы строения вещества
отрицательно сказался на развитии науки. Последующие представители
немецкой классической философии вслед за Кантом отказались от
атомистики, что несомненно оказало отрицательное влияние на
развитие физики XIX в.
Непосредственное влияние на развитие физики первой половины
XIX в. оказала философия Шеллинга. Шеллинг, в отличие от Канта,
был представителем объективного идеализма. Он рассматривал
природу как проявление некой иррациональной духовной силы — некоего
мирового духа. Все тела, все качества природы он считал ощущением
этого мирового духа, переходящего от бессознательного состояния к
самосознанию.
Несмотря на крайний идеализм философии Шеллинга, она
содержала и положительные элементы. Шеллинг довольно широко применял
в своей философской системе диалектику. Он считал, что природе и ее
вещам свойственны противоречия, и в связи с этим полагал, что
необходимым условием исследования природы является отыскание в ней
таких противоречий. В природе во всех ее явлениях действуют
раздвоенные противоположные силы, которые, объединяясь в каждом
теле, сообщают ему определенного рода «полярности».
Рассматривая различные формы движения как «чистые» силы,
Шеллинг пришел к выводу о существовании связей между этими
силами и высказал мысль об универсальной связи между ними, о их
единстве.
В первый период своей деятельности Шеллинг много занимался
вопросами естествознания. В целом ряде его натурфилософских
сочинений диалектика распространялась на вопросы физики, химии и
других естественных наук. Так, например, он проводил идею о единстве
электрических, магнитных и химических явлений. В одном из
сочинений он, например, писал: «Следовательно, теперь можно в качестве
доказанного положения зафиксировать, что все эти явления (речь
идет об электрических, химических и магнитных явлениях. — Б. С.)
вызывает одна и та же причина и что только благодаря различным
условиям... она способна также и на различные действия... Отныне бу-

§ 42. Философские идеи, оказавшие влияние на развитие физики 233
дут обращать больше внимания и ставить действительные опыты для
обнаружения следов магнитного момента в химическом процессе...
Отныне также детальнее остановятся на сопровождающих химические
процессы, например разложение воды, и на, многими химиками
замеченных, электрических явлениях и даже может быть смогут различить
в конде. концов переходы одной и той же силы сначала в
плоскостную, а, наконец, и в проникающую силу» 1 (плоскостная сила, по
Шеллингу, — электрическая сила, проникающая сила — сила тяготения).
Эти представления о единстве сил природы, о их связи были
прогрессивными. Они сыграли в развитии физики известную
положительную роль, ориентируя физиков на установление связей между
различными физическими процессами. Так, известно, что Эрстед, находясь
под влиянием философии Шеллинга, искал связь между электричеством
и магнетизмом. В результате этих поисков он и открыл действие
электрического тока на магнитную стрелку.
Однако влияние философии Шеллинга на естествознание вообще
было противоречивым. В отличие от естествоиспытателей, признавших
в качестве основы познания опыт, Шеллинг в своей натурфилософии
по существу игнорировал экспериментальный метод исследования.
Наряду с блестящими идеями о единстве сил природы, в частности о
единстве электрических, магнитных и химических явлений, в его
натурфилософии содержались фантастические и бездоказательные
положения и вся его натурфилософия носила чисто умозрительный характер.
Помимо этого, Шеллинг, был противником атомистики, занимался
фантастической теорией животного магнетизма, выступал в защиту
«метода» отгадывания металлов и воды под землей с помощью
«палочки-гадалки» и т. д.
Постепенно у Шеллинга эти отрицательные стороны его
мировоззрения начали принимать доминирующий характер. Одновременно он
стал отходить от вопросов естествознания. «...Физики, — справедливо
пишет Розенбергер, — начали относиться к сочинениям Шеллинга с
возрастающим недоверием, и по мере того, как он сам стал отходить
от природы, исследователи последней стали отворачиваться от его
философии»2.
Одновременно с этим философия Шеллинга стала приобретать
чисто спекулятивный и даже мистический характер, смыкаясь с прямой
поповщиной, и Шеллинг, по выражению Энгельса, превратился в
«философа во Христе».
Вершиной немецкой классической философии была философия
Гегеля. Гегель пошел дальше Шеллинга, создав наиболее
последовательную систему диалектического идеализма. Разработанный Гегелем
диалектический метод явился исторически одним из теоретических
источников диалектического материализма Маркса и Энгельса.
Однако диалектика Гегеля была неразрывно связана с его
философской системой объективного идеализма и в связи с этим она не
могла быть воспринята естествоиспытателями XIX в. Нужен был гений
Маркса и Энгельса, чтобы увидеть в философии Гегеля ее
рациональное зерно — диалектику.
Более того, поскольку диалектика Гегеля была неразрывно
связана с его идеалистической системой, естествоиспытатели, отнесясь
отрицательно к этой системе, стали отрицательно относиться и к диа-
1 Цит. по ст.: А. А. Максимов. Немецкая классическая натурфилософия и
«философия природы» Гегеля, в кн.: Гегель. Соч., т. II. Соцэкгиз, М. — Л., 1934,
стр. XLIV.
2 Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. I, стр. 62.

234 Глава 11. Характеристика периода (пере. пол. XIX в.)
лектике вообще. В этом отношении философия Гегеля сыграла
отрицательную роль в развитии естествознания, и в частности физики,
XIX в.
Это обстоятельство усугублялось еще и тем, что Гегель в своих
работах определенное место отвел и методологическим вопросам
естествознания, написав специальное натурфилософское сочинение
«Философия шрироды». Натурфилософия Гегеля имела безудержно
спекулятивный характер. В ней он рассматривал природу как
воплощение абсолютной идеи. Он выступал против атомистики и защищал уже
давно опровергнутую химией теорию четырех элементов (земля, вода,
воздух и огонь). В качестве основы явлений природы Гегель
рассматривал «внутренние цели», «разум» и т. д.
Взгляды Гегеля на конкретные вопросы естествознания были
далеки от представлений естествоиспытателей того времени. По форме
они часто были выражены весьма туманным эзоповским языком. Вот,
например, образцы его определений: «Всеобщая самость материи есть
свет», или «электричество есть чистая цель формы, освобождающаяся
от нее» и т. д.
Такого рода рассуждения расценивались естествоиспытателями
того времени как некая тарабарщина и игра в слова, и еще сильнее
отталкивали их от учения Гегеля, от того, что было рационального у Гегеля,
от его диалектики и диалектики вообще.
Таким образом, если в начале XIX в. диалектические идеи,
содержащиеся в сочинениях Шеллинга, и были в какой-то степени
восприняты некоторыми учеными, то в дальнейшем философия Гегеля встала
между естествознанием и диалектикой. И, следовательно, философия
Гегеля не только не способствовала развитию диалектического
подхода к явлениям природы у естествоиспытателей, а, наоборот, явилась
для этого тормозом.
Отвернувшись от Гегеля, естествоиспытатели, как писал Энгельс,
«вместе с гегельянством выбросили за борт и диалектику — как раз
в тот самый момент, когда диалектический характер процессов
природы стал непреодолимо навязываться мысли и когда, следовательно,
только диалектика могла помочь естествознанию выбраться из
теоретических трудностей. В результате этого снова оказались
беспомощными жертвами старой метафизики» х.
§ 43. Общие характерные черты развития физики в первой половине
XIX века
В условиях развитого капитализма физическая наука продолжает
свое развитие более ускоренными темпами. Крупная машинная
индустрия непрерывно ставит перед ней все новые и новые проблемы,
доставляя одновременно и новый экспериментальный материал,
недоступный для физической науки ранее.
Капиталистические производственные отношения и весь
капиталистический базис способствуют прогрессу физической науки и
научных исследований, связывают физику теснее с производством, тем
самым ускоряя ее дальнейшее развитие.
Быстро развиваются в первой половине XIX в. все разделы физики
и особенно оптика, а также учение об электричестве и магнетизме.
В этот период складываются основы волновой оптики, теория
дифракции, интерференции и поляризации.
1 Ф. Э н г е л ь с. Диалектика природы, стр. 23.

§ 43. Общие характерные чррты развития физики 235
Что же касается учения об электричестве и магнетизме, то здесь
возникает новый раздел учения об электромагнетизме, которое
начинает быстро развиваться и достигает решающих успехов.
Весь этот период завершается установлением закона сохранения
и превращения энергии — одного из самых общих законов физики и
естествознания вообще, который вместе с законом сохранения массы
образует фундамент всего естествознания.
Однако дело не только в количественном росте достижений
физической науки. Наряду с таким ростом, наряду с убыстряющимся ходом
развития физики меняется характер этой науки.
Производство, в частности теплоэнергетика в связи с развитием
парового двигателя, электротехника и т. д., толкает теперь физику на
исследование не просто отдельных форм движения, а изучения их
взаимных превращений и переходов.
В результате этого под влиянием самой практики физики изучают
не только отдельные физические явления, но и связи между ними,
превращения одних форм движения в другие, превращения тепла в
механическое движение и наоборот, связи между электричеством и магне-
тизмом, между химическими и электрическими процессами и т. д.
Кроме того, развитие физики направляется и философскими идеями,
включающими диалектику. В результате этого постепенно разрушается
взгляд на физические явления, основанный на представлении о
невесомых. Сначала исключается световая материя, затем магнитная
жидкость, а электричество и магнетизм оказываются связанными между
собой, способными превращаться друг в друга. Выясняется, что
теплота есть движение, которое требует затраты механической или
электрической, или, наконец, химической энергии.
Все эти открытия, весь ход развития физических наук по пути изу- -
чения связей межд> различными физическими явлениями, взаимных
превращений различных форм энергии завершается в конце
рассматриваемого периода установлением закона сохранения и превращения
энергии. Теперь окончательно рушится метафизическая концепция
невесомых. Силы и их носители — невесомые — эти «неизменные «виды»
физики, — по выражению Энгельса, — превратились в различно
дифференцированные и переходящие по определенным законам друг в
друга формы движения материи» К
Физика, как и естествознание в целом, начинает требовать теперь
диалектического подхода к изучаемым явлениям. Однако если элементы
диалектического взгляда на природу и проникают в сознание физиков
и некоторые из них даже сознательно руководствуются ими, то
большинство из них в основном остается на позициях метафизического и
механистического материализма. Более того, как мы говорили выше,
в результате влияния немецкой классической философии
метафизические воззрения у большинства физиков даже закрепляются.
Вместе с этим уже начиная с середины XIX в. в физической науке
начинает зарождаться противоречие между объективным содержанием
этой науки и метафизическими и механистическими взглядами
физиков. Это противоречие во второй половине XIX в. непрерывно
усугубляется и в конце концов выливается в кризис, охвативший физику на
рубеже XIX и XX столетий.
Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 10.

ГЛАВА 12
РАЗВИТИЕ ОПТИКИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX века
(до возникновения электромагнитной теории света)
§ 44. Установление волновой теории света
В XVIII в. корпускулярной теории света придерживалось
подавляющее большинство ученых и только единицы высказывались в
пользу волновой теории. Среди этих последних мы называли имена
Ломоносова и Эйлера. Корпускулярная теория света, подкрепленная
авторитетом Ньютона, казалась незыблемой.
Корпускулярная теория света хорошо гармонировала с общим
взглядом на физические явления, основанным на представлении о
невесомых, и, кроме того, соответствовала тогдашнему уровню развития
оптики. В оптике вплоть до начала XIX в. явления, в которых
проявляются волновые свойства света, еще. не подвергались количественному
анализу, если не считать единственного случая интерференции света
в тонких пластинках — колец Ньютона. В связи с этим оптика XVTII в.
была геометрической оптикой и служила теоретической основой
расчета существовавших тогда оптических систем. Корпускулярная теория
света хорошо гармонировала с геометрической оптикой.
В первой половине XIX в. положение в оптике начинает
изменяться, темпы развития физической науки ускоряются. В поле зрения
физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации.
Поверженные, казалось, идеи волновой оптики возрождаются. Между
корпускулярной и волновой теориями света развертывается борьба,
которая приводит к победе* последней.
Первым выступил в защиту волновой теории света английский
ученый Томас Юнг (1773—1829). Врач по профессии, Юнг
занимался исследованиями в области математики, физики, механики,
ботаники. Он обладал широкими познаниями в области литературы и
музыки, был первоклассным музыкантом. Юнг занимался также
историческими исследованиями; ему принадлежит серьезная заслуга в
изучении и расшифровке египетских иероглифов.
Мировоззрение Юнга было передовым для того времени. В целом
ряде вопросов оно выходило за рамки теории невесомых. Он был
противником вещественной теории теплоты и считал теплоту, так же как и
свет, колебательным движением частиц тел или эфира. «Если теплота
не есть субстанция, — писал Юнг, — то она должна быть качеством;
и это качество может быть только движением... Мнение Ньютона, что
теплота состоит в мелких колебаниях частичек тел, которая может пе-

§ 44. Установление волновой теории света
237
редаваться и через вакуум колебаниями упругого эфира, находится в
согласии с явлениями света» 1.
Юнг высказал также идею о связи электричества и оптических
явлений. Он писал: «Быстрая передача электрического удара
показывает, что электрическая среда обладает столь большой упругостью,
какую необходимо допустить для распространения света. Следует ли
полагать, что электрический эфир представляется тем же самым, что и
световой, если подобная жидкость существует, — это вероятно удастся
выяснить в будущем. До сих пор я еще не наблюдал, чтобы
преломляющая сила жидкости изменялась бы под влиянием электричества»2.
Юнг рассчитывал обнаружить связь
электрических и оптических явлений
на опыте, подобно тому как это
рассчитывал сделать Ломоносов.
Нет сомнения, что взгляды Юнга
на оптические явления были связаны
с его общими физическими
представлениями, и эти последние определили
го обстоятельство, что Юнг не только
активно выступал в защиту волновой
теории света, но и развил ее дальше.
В 1800 г. в сочинении «Опыты и
проблемы по звуку и свету» Юнг,
касаясь вопроса о природе света, привел
ряд аргументов против
корпускулярной теории. Одним из этих
аргументов являлся следующий: с точки
зрения корпускулярной теории совершен
но непонятно, почему скорость света
не зависит от интенсивности источника.
Но это свойство света вполне
понятно с точки зрения волновой теории.
Согласно волновой теории, скорость
распространения световых
возмущений должна зависеть только от свойств Томас Юнг
световой среды, а не от свойств
источников света.
В последующие годы Юнг занялся разработкой волновой теории
света. В ряде докладов и статей он изложил свои открытия и
исследования по физической оптике, подтверждающие и развивающие
волновую теорию света. В 1807 г. вышло большое сочинение Юнга по
физике под названием «Лекции по натуральной философии». Здесь были
систематически изложены его воззрения на физические явления, а
также достижения в области оптики.
Самым важным вкладом Юнга в развитие волновой теории света
была разработка им принципа интерференции применительно к
световым явлениям. Занимаясь физическими исследованиями, Юнг обратил
внимание на явление интерференции водяных волн, исследовал это
явление и пришел к мысли, что оно должно наблюдаться и для света.
Юнг назвал это явление интерференцией.
1 Цит. по изд.: Т. Young. A Course of Lectures on Natural Philosophy and the
Mechanical Arts, a new edition, vol. 1. London and Edinbourg, 1845, p. 502.
2 Цит. по кн.: Е. Whittaker. A History of the Theories of Aether and
Electricity, vol 1. Dublin, 1910, p. 105.

238
Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
«Представим себе, — говорил Юнг, — что некоторое количество
одинаковых водяных волн движется по поверхности гладкого озера
с некоторой постоянной скоростью и попадает в узкий канал,
выходящий из озера. Представим себе также, что под действием другой
причины образовался такой же ряд волн, который, как и первый,
доходит до этого канала с той же скоростью. Ни один из этих рядов волн'
не разрушит другого, а их действия соединятся. Если они вступают в
канал так, что гребни одного ряда совпадают с гребнями другого, то
образуется ряд волн с увеличенными гребнями. Но если гребни одного
ряда будут соответствовать впадинам другого, то они в точности
заполнят эти впадины и поверхность воды останется гладкой. Я полагаю,
что подобные эффекты имеют место всякий раз, когда подобным
образом смешиваются две части света. Это явление я называю общим
законом интерференции света» К
Свои теоретические соображения Юнг подтвердил опытами. Он
прежде всего объяснил интерференционные явления в тонких пленках.
В противовес ньютоновской теории «приступов» Юнг рассматривал эти
явления как результат интерференции лучей, отраженных от верхней
и нижней поверхностей пленки. Разработанная Юнгом теория
хорошо согласовалась с экспериментальными данными, что являлось ее
подтверждением. Единственно серьезным затруднением этой теории
была необходимость введения дополнительного предположения о
потере полуволны при отражении света от поверхности оптически более
плотной среды. Не имея возможности обосновать это предположение,
Юнг, однако, высказал ряд соображений в его пользу.
Юнг поставил и другие опыты, подтверждающие его теорию.
Одним из них был опыт интерференции световых волн от двух малых
отверстий или щелей, являющихся источниками света. В опыте Юнга
пучок света падал на экран Л, имеющий два очень малых и близко
расположенных отверстия или щели а и Ь. Когда за этими отверстиями
ставили другой экран В, то на нем наблюдалась система полос (рис. 73).
Образование этих полос Юнг объяснял интерференцией двух
световых лучей, исходящих от отверстий или щелей в первом экране. При
этом размещение полос, расстояние между ними подтверждали теорию
Юнга. Возможность объяснения этих полос с позиций ньютонианской
теории света действием краев отверстий на световые частицы,
проникающие через отверстия, исключалась, так как, если одно из отверстий
было закрыто, интерференционные полосы исчезали.
Юнг рассмотрел также некоторые случаи дифракции света от
щели, от волоса и т. д. Юнг полагал, что дифракционные полосы
являются результатом интерференции опять-таки двух лучей: одного,
проходящего прямо, и другого, отраженного от края экрана или препятствия.
Теория, разработанная Юнгом, принята была весьма холодно. Его
исследования хотя и печатались, но на них либо не обращали
внимания, либо возражали.
Английский журнал «Edinburg Review» напечатал в 1803 г.
довольно резкую статью, направленную против работ Юнга. Автор этой
статьи английский физик Бругем даже выразил претензии
Королевскому обществу, считая, что оно печатает поверхностные и
бессодержательные статьи, каковыми он считал работы Юнга.
Таким образом, хотя Юнг и выступил с новым оружием в защиту
волновой теории света, тем не менее он не смог еще изменить к ней
отношение. Корпускулярная теория пока еще была незыблема, а тео-
1 Е. Whittaker. A History of the Theories of Aether and Electricity, vol. 1,
pp. 106—107.

§ 44. Установление волновой теории света 239
рия Юнга имела серьезные изъяны и не могла нанести ей решающий
удар.
Наиболее серьезным недостатком волновой теории света Юнга
была ее неспособность объяснить двойное лучепреломление и явления
поляризации, тем более что в скором времени в этой области были
открыты новые важные факты.
Рис. 73. Схема опыта Юнга
Рис. 74. Схема «микрометра» Рошона
Нужно отметить, что явление двойного лучепреломления весьма
живо интересовало физиков в начале XIX в. Оно даже получило
первое практическое применение. Француз Рошон, используя свойство
двойного лучепреломления исландского шпата, построил
«микрометр» — прибор, который мог служить в качестве измерительного
прибора. «Микрометр» Рошона имел две прямоугольные призмы из
двоякопреломляющего кристалла, вырезанные определенным образом
относительно оптической оси и расположенные так, как показано на
рис. 74.

240 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
Будучи поставлены за объективом, они давали два изображения
предмета Л', В' и А", В". Изменяя положение призм, можно было
добиться, чтобы вершина одного изображения В' совпала с подножием
другого изображения А". В этом случае, зная размеры предмета АВ,
можно было определить расстояние до него.
В 1808 г. Французская академия предложила в качестве темы для
исследования «дать математическую теорию двойного преломления и
подтвердить ее экспериментально». Премия была присуждена в 1810 г.
французскому военному инженеру Малюсу, который сделал целый ряд
важных открытий, относящихся к явлению поляризации света.
Главным из них было открытие поляризации при отражении.
Как рассказывает современник Малюса Араго1, Малюс однажды,
работая над предложенной академией темой, рассматривал через
кристалл исландского шпата отражение лучей заходящего солнца от стекла
Люксембургского дворца. При этом Малюс заметил, что через кристалл
видно не два изображения, а одно. Обнаружив это явление, он стал
исследовать с помощью двоякопреломляющего кристалла свет разных
источников, отраженный от поверхности воды или стекла. При этом им и
было открыто явление поляризации света при отражении.
Малюс был сторонником корпускулярной теории света. Поэтому
и свое открытие он попытался объяснить с точки зрения этой теории.
При этом он прямо следовал Ньютону, который еще в своей «Оптике»
писал о том, что свет, проходящий через двоякопреломляющий
кристалл, имеет «стороны».
Малюс полагал, что частицы света асимметричны и имеют как бы
«полюсы». В обычном, естественном свете эти частицы ориентированы
хаотично, при поляризации же они принимают совершенно
определенное расположение. Основываясь при этом на представлении о
существовании у световых частиц «сторон» — «полюсов», Малюс и назвал
такой свет поляризованным.
«Я называю этим именем (поляризованным), — писал Малюс, —
световой луч, который при одинаковом угле падения на прозрачное
тело обладает свойством или быть отраженным, или оюе уклониться от
отражения, обратившись к телу другой своей стороной; эти стороны
или полюсы светового луча расположены всегда под прямым углом
друг к другу»2.
Открытия Малюса не способствовали признанию волновой теории
света. Волновая теория света, основываясь на представлениях об
упругом эфире, считала само собой разумеющимся, что световые волны
являются продольными волнами. А в этом случае, конечно,
никакого разумного'объяснения явлению поляризации света волновая
теория дать не могла. Это фактически признал Юнг, отказавшись
первоначально дать сколько-нибудь удовлетворительное объяснение
открытиям Малюса. Однако Юнг при этом отметил, что в ходе развития
теории иногда приходится идти влеред, оставляя отдельные вопросы
нерешенными, в расчете, что они будут разъяснены дальнейшими
исследованиями. Так обстояло, по его мнению, дело и с объяснением явления
поляризации света волновой теорией.
Для большинства физиков открытия Малюса и его теория явились
новым подтверждением корпускулярной теории света. Были попытки
дать более подробное и развернутое объяснение явлению поляризации
1 См. Ф. Араго. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров, т. II.
СПб., I860.
2 Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. I, стр. 149.

§ 44. Установление волновой теории света
241
света и двойного лучепреломления с позиций корпускулярной теории
света. Такую теорию, например, развивал Лаплас (1819). Он
основывался на гипотезе об особого рода силах, действующих на световые
частицы (при прохождении ими двоякопреломляющего кристалла.
Подобными же вопросами занимался французский физик Био, который был
наиболее последовательным защитником ньютонианского направления
в физике и концепции невесомых.
После Малюса были сделаны новые открытия, относящиеся к
явлениям поляризации света. Французский физик Доминик Араго
(1786—1853) открыл явление хроматической поляризации, наблюдая
интерференцию поляризованных лучей, проходящих через слюдяную
или гипсовую пластинку, помещенную между поляризатором и
анализатором.
Вскоре были открыты явления вращения плоскости поляризации,
эллиптически поляризованный свет, существование двуосных
кристаллов и т. п. Все эти открытия были восприняты как дальнейшее
подтверждение корпускулярной теории света, хотя для них пришлось
вводить новые и чем дальше, тем все более и более искусственные
дополнительные гипотезы.
Наиболее остроумное и убедительное объяснение с точки зрения
корпускулярной теории света указанным явлениям дал Био. Он ввел
гипотезу подвижной поляризации, согласно которой ось поляризации
световых частичек совершает периодические колебания.
С помощью этой гипотезы он объяснял интерференцию
поляризованных лучей, а также явление эллиптической поляризации.
Явлениям, связанным с поляризацией света (вращение плоскости
поляризации, поляризация света при отражении от металлов), Био дал
другие, более сложные объяснения, обнаружив при этом большую
изобретательность и остроумие.
Конечно, объяснения Био и других приверженцев корпускулярной
теории света, подобно объяснению видимого движения небесных
светил последователями Птолемея, становились с течением времени все
более и более искусственными и натянутыми. Однако они еще
удовлетворяли современников, и корпускулярная теория света не только не
теряла своего престижа, а, наоборот, казалось, укрепляла его.
Изменение положения наметилось с 1815 г., когда на арену
борьбы вступил французский ученый Огюст Френель (1788—1827) с
новыми исследованиями по интерференции и дифракции,
подтверждавшими волновую теорию света.
Френель с самого начала руководствовался представлением о
свете как о волновом процессе и считал, что корпускулярная теория
является неверной. Подобно Юнгу, но независимо от него Френель
пришел к идее об интерференции лучей -света и с ее помощью объяснил
некоторые оптические явления. Он исследовал также явление
дифракции. Первоначально Френель, так же как и Юнг, полагал, что
дифракционные полосы получаются в результате интерференции лучей света,
проходящих и отраженных от краев препятствий.
Свои первые исследования • Френель описал в мемуаре, который
представил в .1815 г. на рассмотрение Французской академии наук. Не
зная ничего о работах Юнга, Френель писал в сопроводительном
письме в академию: «Теория Ньютона пока еще повсюду принята. Мне
неизвестна ни одна работа, в которой эта теория подвергалась бы
прямой критике, и в которой были бы даны, как это сделано мной,
формулы для расчета ширины цветных каемок, наблюдающихся у теней.
Эти формулы, вместе с наблюдениями, которыми я- проверил их точ-

242 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
ность, мне представляются значительно увеличивающими вероятность
системы, в которой свет рассматривается как результат колебаний
теплорода» 1.
Вскоре Френель продвинулся дальше в изучении явлений
интерференции и дифракции света. Для этого он сконструировал специальную
установку. За источник света Френель принимал изображение Солнца
или свечи, даваемое короткофокусной линзой, в качестве которой слу^
жил либо маленький стеклянный шарик, либо просто капля меда. Таким
образом, изображение Солнца можно было считать точечным.
Вместо того чтобы рассматривать интерференционные и
дифракционные полосы на экране или матовом стекле, Френель применял для
этой цели сконструированный им
простейший окулярный микрометр.
Этот микрометр состоял из лупы,
прикрепленной к
микрометрическому винту, который можно было
передвигать перпендикулярно к
направлению, в котором велось
наблюдение. На фокусном расстоянии от
лупы располагалась тонкая нить,
перемещающаяся вместе с
последней. С помощью такого окулярного
микрометра Френель мог измерять
расстояния между
интерференционными или дифракционными
полосами с точностью до сотых долей
миллиметра.
С помощью своей установки
Френель наблюдал прежде всего
интерференцию лучей от точечного
источника, отраженных от двух
зеркал, поставленных друг к другу
под углом, близким к 180°, то есть
Огюст Френель использовал устройство, известное
под названием зеркал Френеля.
Этот метод Френель выбрал
потому, что в данном случае всякое влияние краев экрана или отверстий
полностью исключалось и, следовательно, объяснить появление
интерференционных полос влиянием краев экранов или отверстий, как это
делали последователи Ньютона, было нельзя.
По поводу этого опыта Френель писал: «...чтобы устранить всякое
представление о действии краев тела экрана или маленьких отверстий
на образование и исчезновение внутренних каемок, я попробовал
получить подобного рода полосы при помощи перекрещивания двух лучей,
отраженных двумя зеркалами»2. И затем, проанализировав
результаты данного опыта, Френель делает заключение: «Если теперь, как мне
кажется, доказано, что каемки образуются в результате того действия,
которое световые лучи оказывают друг на друга, нельзя уже более
сомневаться в том, что свет действительно распространяется путем
волновых колебаний тончайшей жидкости, разлитой в пространстве; и тогда
следует отбросить эмиссионную гипотезу...»3.
1 О. Френель. Избр. труды по оптике. ГТТИ, М., 1955, стр. 552.
2 Там же, стр. 111.
3 Там же, стр. 116.

§ 44. Установление волновой теории света
243
Исследуя явления дифракции, Френель пришел к выводу, что эти
явления нельзя объяснить интерференцией прямопроходящих и
отраженных от края диафрагмы или экрана лучей, как полагал Юнг и
первоначально он сам. Это следовало из того, что характер края экрана
не влияет на размеры и положение дифракционных полос. Френель
установил, что «нить и обушок бритвы дают соврешенно одинаковые
каемки. Свет совершенно одинаковым образом расширяется, проходя
как через маленькое отверстие в тонком слое китайской туши, которой
покрыто стекло, так и через промежуток между двумя металлическими
цилиндрами значительного диаметра» 1.
Для объяснения явлений интерференции и дифракции Френель
развил теорию, основанную на представлении о световых волнах,
образующихся во всепроникающей среде — эфире.
Основные положения этой теории следующие. Молекулы
светящихся тел находятся в колебательных движениях. В результате этого
они возбуждают в окружающем их эфире сферические волны. Так как
колебания молекул малы, то их можно считать гармоническими и
соответственно волны в эфире синусоидальными. Однако вследствие
того, что силы, действующие на молекулы тел, чрезвычайно
разнообразны, излучающее тело, вообще говоря, излучает свет, состоящий из
синусоидальных волн всевозможной частоты. Так как колебания
отдельных молекул никак между собой не согласованы и меняются
непрерывно и хаотично, то невозможно наблюдать интерференцию от двух
различных источников света, то есть нельзя, говоря современным
языком, иметь два различных источника света, когерентных между собой.
Интерференционные явления возможно наблюдать лишь для лучей,
исходящих от одного и того же источника.
Процесс распространения световых волн протекает согласно
принципу, установленному Гюйгенсом с учетом интерференции, играющей
важнейшую роль в законах распространения света, в том числе и в
явлении дифракции. В связи с этим принцип Гюйгенса нужно, как
указывает Френель, формулировать следующим образом: «...колебания
световой волны в каждой из ее точек могут рассматриваться как сумма
элементарных движений, которые были бы посланы в тот же момент
всеми действующими изолированно частями этой волны,
рассматриваемой в каком-либо из своих предыдущих положений»2.
Принцип Гюйгенса, дополненный принципом интерференции,
позволил Френелю произвести расчет различных случаев дифракции
света — дифракции от экрана, отверстия и т. д.
Чтобы определить световые возмущения в какой-либо точке,
находящейся за отверстием или экраном, Френель рассматривал
поверхность волнового фронта в той положении, в котором она как раз
совпадает с поверхностью отверстия или экрана. Затем, суммируя действие
всех элементарных волн, посылаемых каждым элементом поверхности
волнового фронта, он находит световое возмущение в любой точке
пространства за экраном или отверстием.
Для такого суммирования Френель разработал два способа. Пер-
1 О. Френель. Избр. труды по оптике, стр. 118. Позже было показано, что
объяснение Юнгом явления дифракции интерференцией проходящих и отраженных
от краев препятствий лучей света может быть использовано как вычислительный
прием при расчетах дифракционной картины для ряда случаев. Оказалось, что такой
метод расчета приводит к тем же результатам, что и метод расчета, основанный на
принципе Гюйгенса — Френеля, и даже в некоторых случаях является более
совершенным. По этому вопросу см.: Г. Д. М а л ю ж и н е ц. Развитие представлений о
явлениях дифракции. УФН, 1959, т. 69, стр. 321.
2 О. Френель. Избр. труды по оптике, стр. 185.

244 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
вый — простой способ, заключающийся в разбиении волнового фронта
на малые части — зоны, расстояния которых от точки, в которой
ищется световое возмущение, отличаются друг от друга на V2. Этот способ,
известный как способ зон Френеля, дает возможность определить
положение дифракционных полос (максимумов и минимумов).
Второй способ заключается в аналитическом суммировании
действия всех участков волнового фронта и дает возможность рассчитать
не только положение дифракционных полос, но и распределение
интенсивности света. Аналитический расчет в этом случае сводится к
вычислению определенного рода тригонометрических интегралов,
получивших название интегралов Френеля.
Полагая, что принцип Гюйгенса, дополненный 'принципом
интерференции, является не просто методом расчета, а отражает механизм
распространения волн, Френель столкнулся с затруднением, которое
заключается в исключении так называемой обратной волны. Перед ним
встал вопрос: почему элементарная сферическая волна, излучаемая
точками поверхности волнового фронта, дает бегущую волну только
вперед и не дает волны, бегущей назад? Френель объяснил это тем, что,
хотя «расширяющая сила стремится толкать молекулы во всех
направлениях», тем не менее «их начальные скорости, направленные вперед,
уничтожают те скорости, которые расширение стремится придать им
в обратном направлении...» К Таким образом, по Френелю, хотя
возмущение от каждой точки волнового фронта и стремится
распространяться во все стороны, но впереди возмущения еще нет и дорога, так
сказать, свободна, сзади же возмущение уже пришло и действие от
данной точки волнового фронта сводится к тому, чтобы
скомпенсировать пришедшее возмущение. То есть здесь происходит нечто
аналогичное тому, что имеет место при упругом ударе одного шара о ряд
шаров, когда отскакивает только передний, остальные же остаются в
покое, хотя каждый из них испытывает сжатие и расширение и вперед
и назад.
В с^язи с вопросом об обратной волне стоял и более общий вопрос
о зависимости интенсивности суммируемых в данной точке
элементарных волн от угла между направлением на эту точку и нормалью к
волновому фронту. Предполагалось, что интенсивность эта должна
убывать с возрастанием этого угла, становясь равной нулю, по крайней
мере когда этот угол будет равен 90° и больше (то есть как раз для
обратной волны). Френель указывал, что эту зависимость найти
трудно, но, к счастью, при решении конкретных задач на дифракцию ее не
нужно знать, так как при суммировании действия элементарных волн
автоматически получается так, что нужно учитывать роль лишь тех
лучей, направление которых совпадает или очень мало отличается от
направления нормали к поверхности волнового фронта.
Результаты своих исследований по оптике, содержащие теорию
интерференционных и дифракционных явлений, Френель представил
во Французскую академию наук в 1818 г. в качестве работы на
конкурс, объявленный академией на тему по дифракции.
Работы Френеля были встречены большинством членов комиссии,,
на рассмотрение которой они были переданы, не совсем дружелюбно.
Крупнейшие ученые, состоявшие ее членами, — Араго, Лаплас, Пуассон,
Био, Гей-Люссак — были последователями корпускулярной теории
света. Поэтому направление, на котором строил свою теорию Френель,
было для них чуждым. Однако они не могли возражать против хоро-
1 О. Френель. Избр. труды по оптике, стр. 187.

§ 44. Установление волновой теории света
245
шего совпадения результатов теории Френеля с опытом и отрицать ее
эвристическую ценность.
При рассмотрении мемуара Френеля произошел интересный
случай. Пуассон, проверяя расчеты Френеля, заметил, что его теория
приводит к парадоксальному результату, будучи применена к случаю
дифракции от круглого экрана. Расчеты показывали, что в данном случае
в центре тени должно наблюдаться светлое пятно. Эта «несообразность»
подверглась проверке на опыте, который подтвердил выводы из теории.
В конце концов комиссия признала правильность результатов и
вместе с тем эвристическую ценность теории Френеля, и ему была
присвоена премия Академии наук.
Однако признание ценности работы Френеля далеко еще не
означало признания волновой теории света. Большинство физиков
продолжало держаться старых воззрений на природу света. Они признавали
заслуги Френеля в теоретической области лишь в удачной разработке
чисто математической теории дифракции. Так, например, Био писал:
«Исходя из такого воззрения, Френель сумел с исключительной
строгостью подвести под одну общую точку зрения все случаи дифракции
и охватить их формулами, которыми отныне и навсегда
устанавливается их взаимная зависимость» 1. Что же касается физической сущности
явления, то Био отказывался признать волновую теорию света и, не
имея возможности объяснить целый ряд явлений (например, опыт с
зеркалами Френеля), объявлял интерференцию света не объективным
явлением, а субъективным, происходящим якобы от того, что на сет-'
чатке нашего глаза одни световые лучи усиливают, другие же
ослабляют друг друга.
Отрицательное отношение к волновой теории света, продолжавшее
существовать несмотря на успехи в объяснении явлений интерференции
и дифракции, нельзя было объяснить, конечно, только влиянием старых
традиций.
Прежде всего сама теория дифракции Френеля далека была еще
от совершенства и математической строгости. Так, представление о
распространении волн согласно принципу Гюйгенса—Френеля с
дополнительным предположением об отсутствии обратной волны не могло
быть признано строго обоснованным и вследствие этого подвергалось
критике. Пуассон, например, возражал против применения этого
принципа, считая, что исключение обратной волны находится в
противоречии с законами механики.
Во-вторых, и это главное, волновая теория света совсем проходила
мимо большого класса явлений, связанных с поляризацией и двойным
лучепреломлением.
Таким образом, исследования Френеля по интерференции и
дифракции, хотя и значительно развивали волновую теорию света, тем
не менее, несмотря на всю их убедительность, еще не привели к ее
победе и общему признанию. Для этого необходимо было объяснить с
точки зрения волновой теории света явления, связанные с
поляризацией. Но это стало возможным лишь после того, как световые волны
стали рассматривать как поперечные, то есть было введено такое
представление, которое казалось для того времени по меньшей мере
несуразным.
Идея о том, что световые волны следует рассматривать как
поперечные, зародилась, по-видимому, одновременно и независимо и у
Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. I, стр. 176.

246 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
Юнга, и у Френеля. Ее возникновение связано с открытием, сделанным
Араго и Френелем в 1816 г.
Араго и Френель проделали ряд опытов по изучению
интерференции поляризованных лучей. Они установили, что лучи,
поляризованные в одной плоскости, интерферируют так же, как лучи обычные, но
картина интерференции пропадает, если плоскости поляризации лучей
расположены под прямым углом.
Араго сообщил Юнгу о результатах этих исследований.
Обдумывая эти результаты, Юнг пришел к выводу, что данный эксперимент
может быть объяснен, если признать световые волны поперечными, о
чем он сообщил Араго. При этом Юнг указал, что эта идея не может
быть обоснована физически и должна рассматриваться как
«математический постулат».
Примерно в то же время, а может быть и раньше, Френель также
пришел к мысли о поперечности световых волн. Впоследствии он
писал: «Когда г-н Араго и я заметили, что поляризованные под прямым
углом лучи всегда производят при своем соединении одинаковое
количество света, какова бы ни была разность хода этих лучей, я
полагал, что можно легко объяснить этот специфический закон
интерференции поляризованных лучей, предполагая, что световые колебания
вместо того, чтобы перемещать эфирные частицы параллельно лучам,
заставляют их вибрировать в перпендикулярных направлениях и что эти
направления перпендикулярны для обоих пучков, поляризованных под
'прямым углом.
Но это (предположение настолько противоречило принятым
представлениям о вибрациях упругих жидкостей, что я долго колебался,
прежде чем его полностью признать. И хотя совокупность фактов и
новых размышлений убеждали меня, что оно необходимо для объяснения
оптических явлений, я все же выжидал, прежде чем представить его
на рассмотрение физиков, до тех пор, пока не уверился, что оно не
противоречит принципам механики. Г-н Юнг, более смелый в своих
предположениях и менее доверявший точкам зрения геометров,
опубликовал такое предположение раньше меня (хотя он, быть может, пришел
к нему позже)» 1.
Френель действительно долгое время воздерживался от
публикации этой идеи и работал над ее обоснованием. Только в 1821 г. он
выступил в первый раз в печати с теорией двойного лучепреломления,
основанной на представлении о поперечности световых волн. Затем
этот же вопрос был более подробно разработан им в ряде новых работ,
представленных в академию.
Френель старался доказать, что предположение о поперечности
световых волн не противоречит механике. Он полагает, что эфир, в
отличие от обычных упругих жидких сред, сопротивляется не только
сжатию, но и смещению одного слоя относительно другого. В результате
этого в эфире и возможны поперечные волны. При этом, так как, по
мнению Френеля, сопротивление эфира сжатию много больше, нежели
сопротивление этим смещениям («несжимаемый» эфир), то продольные
волны в нем будут совсем незаметны и частицы эфира могут обладать
заметными колебаниями лишь параллельно поверхности световых волн.
Таким образом, световые волны являются поперечными волнами,
и каждая простая волна обладает совершенно определенным
направлением колебаний, или плоскостью колебаний, по отношению к
направлению распространения волны.
О. Френель. Избр. труды по оптике, стр. 397—398.

§ 44. Установление волновой теории света
247
Обычный (естественный) свет не является поляризованным.
Каждая молекула светящегося тела излучает в каждый момент
поляризованный свет, но вследствие хаотичности в движениях молекул
каждая из них будет колебаться в различных направлениях, да и
направление колебаний каждой молекулы будет непрерывно меняться в
результате беспорядочных толчков, испытываемых ею.
«Если рассмотреть теперь эффект, — писал Френель, —
производимый совокупностью всех волн, исходящих из различных точек
светящегося тела, нетрудно заметить, что в каждый момент в определенной
точке эфира общая составляющая всех движений, пересекающихся в
ней, будет иметь определенное направление, но это направление будет
изменяться во времени. Таким образом, обычный свет можно
рассматривать как совокупность или, точнее, как быструю последовательность
систем, поляризованных по различным направлениям волн» К
Поляризация света в кристалле заключается в разложении
колебаний естественного света по двум взаимно перпендикулярным
направлениям. «С этой точки зрения, — пишет Френель, — сам акт
поляризации состоит не в создании этих поперечных движений, а в
разложении их по двум перпендикулярным неизменным направлениям и в
отделении составляющих друг от друга, поскольку в каждой из них
колебательные движения будут происходить все время в.одной плоскости»2.
Основываясь на изложенных представлениях, Френель легко
объяснил целый ряд явлений и закономерностей, свойственных
поляризованным лучам: закон Малюса, интерференцию поляризованных лучей,
круговую и эллиптическую поляризации и т. д. Затем Френель
разработал теорию прохождения света через двоякопреломляющий кристалл,
рассматривая распространение упругих поперечных колебаний в
анизотропной среде, и пришел к важным результатам. Он получил, что в
анизотропной среде могут распространяться волны, имеющие лишь
совершенно определенные взаимно перпендикулярные направления
колебаний; все остальные должны при входе в данную среду
поляризоваться в двух соответствующих взаимно перпендикулярных плоскостях. Эти
две волны будут распространяться с различной скоростью, так что
поверхность волнового фронта расщепляется на две. Причем если
считать, что источник света находится внутри среды, то поверхность
волнового фронта будет представлять собой сферу и эллипс, как это
следует по теории Гюйгенса.
В Академии наук работы Френеля по поляризации были приняты
еще более настороженно, чем предыдущие. С одной стороны, было
признано, что теория Френеля безусловно дает результаты, согласные с
экспериментом; с другой стороны, ее основа — признание
существования поперечных световых волн в эфире — казалась сомнительной. В
отзыве комиссии, назначенной для рассмотрения этих работ, говорилось,
что хотя теория Френеля и подтверждается самыми тонкими
наблюдениями, тем не менее «о теоретических идеях Френеля об особенном
роде волнообразных движений, из которых, по его мнению, состоит
свет, невозможно еще в настоящее время произвести решительное
суждение...»3.
Наиболее серьезными оппонентами Френеля были академики Био
и Пуассон. Био отстаивал свою теорию поляризации, основанную на
1 О. Ф р е ц е л ь. Избр. труды по оптике, стр. 314.
2 Там же.
3 Цит. по кн.: В. Уэвелль. История индуктивных наук, т. II. СПб., 1867,
стр. 606.

248 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
корпускулярной теории света, одобренную в свое время большинством
физиков. Пуассон же выступил против теоретических соображений
Френеля; эти возражения касались ряда пунктов, относящихся к
вопросу о распространении возмущений в упругой среде, в том числе и
вопроса об обратной волне, о чем мы говорили выше.
Главным препятствием для признания волновой теории света
была необходимость признания поперечности световых волн. Эфир
представлялся как упругая жидкость, а в такой жидкости можно было
предполагать существование только продольных колебаний, на что,
между прочим, и опирался Пуассон в своих возражениях.
Таким образом, и эти новые работы Френеля не привели еще к
всеобщему изменению взглядов на природу света. Насколько упорно
держались старые представления о свете, можно судить по тому
обстоятельству, что еще вплоть до начала 30-х годов вопрос о том, какая
теория света справедлива, оставался открытым, и существовали
физики, которые продолжали цепляться за старую теорию. Так,
например, английский физик Брюстер писал уже в 1833 г.: «...я еще не
решился преклонить колени перед новым алтарем (речь идет о волновой
теории света. — Б. С.) и должен сознаться, что национальная слабость
все еще побуждает меня чтить и поддерживать разрушающийся храм,
который некогда был ареной деятельности Ньютона» 1.
Однако время шло и волновая теория света получала все новые
подтверждения, что заставляло противников ее постепенно сложить
оружие и волей-неволей становиться на ее позиции.
Подтверждением волновой теории света было, собственно
говоря, все дальнейшее развитие аптики в XIX в. Однако известную роль
сыграли здесь два факта, которые оказали сильное влияние на
признание этой теории.
Одним из этих фактов было предсказание английским
математиком Гамильтоном явления конической рефракции. В 1832 г.,
теоретически исследуя прохождение волн через двоякопреломляющий
кристалл, имеющий две оптические оси, Гамильтон математически доказал
с 'помощью метода Френеля, что в определенном случае узкий
параллельный пучок естественного света, преломляясь в этом кристалле,,
образует особую форму, то есть предсказал так называемую
коническую рефракцию. Расчеты Гамильтона были проверены на опыте и
полностью подтвердились. Этот факт произвел впечатление на
ученых того времени и сыграл определенную роль в утверждении волновой
теории света.
Вторым фактом, -сыгравшим известную роль з окончательном
поражении корпускулярной теории света, явилось экспериментальное
подтверждение того, что- скорость света в воде меньше, чем в воздухе.
Согласно корпускулярной теории, скорость света в оптически более
плотной среде должна быть больше, чем в оптически менее плотной,
а по волновой теории наоборот. Нужно было измерить скорость света
в какой-либо среде, так как скорость света в пустоте была уже
известна. В 40-х годах были разработаны новые методы измерения скорости
света. В 1849 г. Физо разработал метод измерения скорости света с
помощью вращающегося колеса, а несколько позже подобного рода
способ с вращающимся зеркалом был разработан Фуко. Метод Фука
давал возможность измерить скорость света в воде, что и было
сделано им в 1850 г. Измерение показало, что скорость света в воде
меньше, чем в воздухе, что подтверждало волновую теорию света. Резуль-
1 Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. I, стр. 183.

§ 45. Дальнейшее развитие оптики
[249
тат Фуко мог расцениваться как experimentum cruris в вопросе о том,
какая теория света правильна, как окончательное подтверждение
волновой теории.
§ 45. Дальнейшее развитие оптики
Рассмотрим теперь кратко дальнейшее развитие оптики в XIX в.
Последующее развитие оптических исследований* в значительной
степени было связано с разрешением тех или иных вопросов,
постановка которых определялась задачами инструментальной оптики, а
значит и практики вообще.
Прежде всего следует отметить, что последующее исследование
интерференции и дифракции было связано с разработкой методов
изучения дисперсии различного рода оптических стекол и других веществ.
Что же касается указанной проблемы, то она непосредственно
связывалась с задачей дальнейшего усовершенствования зрительных труб и
особенно с задачей конструирования более совершенных
ахроматических объективов.
Важные исследования в этом направлении принадлежат Фраунго-
феру, первоначально оптику-механику, а затем профессору в Мюнхене.
Цель исследований Фраунгофера ясна уже прямо из заглавия его
первого сочинения, напечатанного в мемуарах Мюнхенской академии за
1814—1815 гг., — «Определение преломляющей способности и дисперсии
разных сортов стекла в связи с усовершенствованием ахроматических
зрительных труб». В этом сочинении автор 'пишет: «Расчеты
ахроматических зрительных труб необходимо предполагают точное знание
преломляющей способности и дисперсии стекол. Средства, которые
применялись для этой цели, давали до сих пор результаты, которые часто
очень сильно отличались друг от друга. Поэтому, при всей точности
в расчете ахроматических объективов, не было достаточной уверенности
в их качестве» *.
Прежде всего для точного исследования дисперсии оптических
стекол Фраунгофер построил простейший спектрометр. Спектрометром
служил теодолит со столиком, на который устанавливалась призма из.
исследуемого вещества. Вращая теодолит, Фраунгофер измерял
коэффициенты преломления для призм из разных стекол, а также для
различных участков спектра. Он разделил весь спектр на несколько
участков разных цветов, начиная от красного и кончая фиолетовым. При
этом Фраунгофер встретился с определенной трудностью, которая
заключалась в точном фиксировании границ этих участков.
Первоначально для установления таких границ он применил
следующий прием. Перед призмой А попеременно ставилось несколько
ламп (рис. 75). Свет от каждой из них после прохождения призмы
разлагался в спектр и, проходя щель, падал на исследуемую призму Н,
так что на нее попадал только небольшой участок спектра GE. Лампы
перед призмой А располагались так, чтобы от каждой из них на призму
Н попадал бы новый участок спектра с таким расчетом, чтобы весь
спектр был перекрыт. Таким образом Фраунгофер и делил весь спектр
на отдельные участки.
Естественно, что этот способ фиксирования спектральных
интервалов и отдельных участков спекгра являлся далеко не совершенным, и
Фраунгофер отказался от него, как только смог придумать другой. На
1 J. Fraunhofer. Bestimmung des Brechnungs- und Farbenzerstreuungs
Vermogens verschiedener Glasarten, in bezug auf die Vervollkommnung achromati-
scher Fernrohre. Ostwald's Klassiker. Leipzig, 1905, S. 3.

250 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
ь\
£
этот другой способ фиксирования спектральных участков его
натолкнуло открытие темных линий в спектре Солнца, получивших название
фраунгоферовых линий. Эти линии всегда занимали одно и то же
положение в спектре и оказались очень удобными для указанной цели.
Фраунгофер зафиксировал положение темных полос тем, что
определил их длину волны. Для этого он решил использовать явление дифракции,
за исследование которого и принялся. Результаты этого
исследования он опубликовал в 20-х годах.
В отличие от Френеля, Фраунгофер
производил исследования дифракции в
параллельных лучах (в связи с этим до
сих пор сохранились термины
«дифракция Френеля» — дифракция в
расходящихся лучах и «дифракция Фраунгофе-
ра»—дифракция в параллельных лучах).
Первоначально Фаунгофер изучал
дифракцию от щели. Он направлял
параллельный пучок лучей на зрительную
трубу, перед объективом которой ставил
диафрагму с узкой щелью, и
рассматривал дифракционную картину в окуляр.
Затем Фраунгофер изучил дифракцию
в параллельных лучах от многих щелей
и изобрел первую дифракционную
решетку. Она состояла из двух параллельных
винтов, на которые наматывалась тонкая
проволока. В дальнейшем же
Фраунгофер брал стеклянную пластинку, на
которой нарезал алмазом тонкие штрихи.
Применение дифракционных
решеток, которые давали простую
дифракционную картину, легко поддававшуюся
расчету, и дало возможность Фраунго-
феру определить длину волны главных
темных линий в спектре Солнца.
В дальнейшем техника изготовления
дифракционных решеток
усовершенствовалась и они стали одним из важнейших
оптических инструментов. В середине
прошлого столетия, пользуясь
дифракционными решетками, Ангстрем сумел
составить весьма точный атлас темных по-
, лос солнечного спектра.
Вместе с усовершенствованием дифракционных решеток и все
более и более широким их применением развивалась и их теория. Уже
в 1835 г. вышла работа немецкого физика Шверде, в которой
содержалась подробная теория дифракционной решетки. Основываясь на
принципе Гюйгенса—Френеля, Шверде провел расчет распределения
интенсивности в спектре, даваемом дифракционной решеткой.
Параллельно со все увеличивающимся применением
дифракционных явлений в практике оптических исследований шло и дальнейшее
изучение интерференции света и усовершенствовалась техника ее
наблюдения.
После того как Френель предложил свой метод наблюдения
интерференции с помощью двух зеркал, были 'предложены другие способы.
Рис. 75. Спектрометр Фраун-
гофера (рисунок из сочинения
Фраунгофера)

§ 45. Дальнейшее развитие оптики
251
Прежде всего сам же Френель помимо двух зеркал разработал
известный способ бипризмы. Затем в 1837 г. свою схему наблюдения
интерференции света предложил английский физик Ллойд (зеркало Ллойда),
а позднее француз Билье использовал метод двух полулинз (билинза
Билье).
В 1831 г. Брюстер предложил метод наблюдения интерференции
света, используя явление интерференции в пластинках, и построил
интерферометр, состоящий из двух плоскопараллельных пластинок,
поставленных под малым углом друг к другу. Эта схема с некоторыми
изменениями была использована в 50-х годах Жаменом в известном
интерферометре Жамена. Еще позже, во второй половине XIX в.,
появились другие интерферометры, из которых наиболее известны
интерферометр Майкельсона, пластинка Луммера — Герке, эталон
Фабри—Перо и др.
Уже Френель и Араго высказали мысль о возможности
практического применения интерферометров для измерения небольших
изменений показателя преломления и сами осуществили измерение
зависимости показателя преломления воздуха от наличия в нем водяных паров.
В их схеме интерференционные лучи, исходящие от одного и того же
источника света, проходили две трубы, наполненные воздухом, и
попадали в окулярную трубку, где наблюдались интерференционные
полосы. При замене в одной трубе сухого воздуха влажным
происходило смещение этих полос.
Кроме измерения показателя преломления интерферометры
применялись для других целей. С помощью интерферометров, например,
стали измерять с большой точностью линейные размеры 'предметов,
использовать интерференционные приборы для контроля
поверхностей и т. п.
Отметим здесь еще два момента в последующем развитии
теоретической оптики. Во-первых, это усовершенствование метода решения
задач на дифракцию Кирхгофом.
До 80-х годов решение этих задач основывались исключительно на
принципе Гюйгенса — Френеля в формулировке последнего с
применением разработанных им методов. В 1882 г. Кирхгоф дал более строгую
формулировку этого принципа и предложил более строгий метод его
применения.
Кирхгоф обратил внимание, что принцип Гюйгенса—Френеля в
оптике имеет определенную аналогию с известным положением теории
потенциала, согласно которому значение потенциала фр в какой-нибудь
точке Р определяется его значением и значением его градиента на
какой-либо поверхности, окружающей эту точку, путем суммирования
или интегрирования по этой поверхности. Это положение выводится
при использовании теоремы Грина, с учетом, что потенциал
удовлетворяет уравнению Лапласа или Пуассона.
Световое возмущение г|) удовлетворяет волновому уравнению
с2 а/2
Общее решение этого уравнения можно представить как сумму
монохроматических волн и(х, у, г) еш , причем и(х, у, г) будет
удовлетворять уравнению, не содержащему времени, а именно:
Аи + k2u = 0.
Для этого уравнения, так же как и для уравнения Лапласа, можно
применить теорему Грина и получить выражение для up в любой точке

522 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
Раи
__х.___х. через значение и и ее градиента на некоторой
dn
заданной замкнутой поверхности 5. Для значения иР получается:
р 4я J L дп \ г ) г дп J
S
где г есть расстояние от точки Р до элемента поверхности, по которой
производится интегрирование.
Данная формула и является выражением принципа Гюйгенса—
Френеля в формулировке Кирхгофа.
При практическом применении этого принципа приходится, однако,
du
делать дополнительные предположения, так как значения и и
dn
на поверхности экранов неизвестны. Кирхгоф предположил, что на
поверхности экранов эти величины равны нулю, а там, где экранов нет,
они будут такими же, как при свободном распространении светового
возмущения, как будто экранов совсем нет.
Более точная теория дифракции света начала развиваться позже
на основе электромагнитной теории света.
Во-вторых, говоря об успехах теоретической оптики в первой
половине и середине XIX в., следует отметить и продолжавшееся развитие
геометрической оптики. Совершенствование оптических инструментов,
таких, как зрительные трубы, телескопы и т. д., а после изобретения
фотографии и фотообъективов, требовало развития теории этих
приборов. Важную роль в этом вопросе сыграл Гаусс, который в 1841 г.
разработал теорию изображений в сложных идеальных оптических
системах, затем получившую дальнейшее развитие в работах ряда
ученых.
В заключение следует также сказать о новых важных идеях,
высказанных еще в первой половине XIX в., которые привели в
дальнейшем к разработке спектрального анализа.
В связи с изучением спектров накапливался все новый и новый
экспериментальный материал, благодаря которому было установлено
постоянство спектров некоторых раскаленных газов и даже были
высказаны первые идеи о возможности спектрального анализа. Так,
например, Тальбот в 1834 г. указал на возможность применения
спектрального анализа, который позволит различать малые количества веществ
с большой точностью. Однако это были еще не оформленные идеи и
действительное развитие спектрального анализа относится уже ко
второй половине XIX в.
Наконец, в первой половине XIX в. были сделаны открытия в
области люминесценции и химического действия света, а также были
произведены первые исследования с инфракрасными и
ультрафиолетовыми лучами.
§ 46. Развитие теории светового эфира
Первое время волновая теория света связывалась с
представлением об эфире как о некоей тонкой жидкости, подобной обычной
жидкости или газу. Свет, согласно этой теории, рассматривался как
продольные волны, распространяющиеся в этом эфире, как волны
сгущения и разрежения, подобные звуковым волнам в воздухе.
Однако вскоре было установлено, что свет является поперечными
волнами, и от такой простой гипотезы пришлось отказаться. В связи

§ 46. Развитие теории светового эфира
253
с этим в физике возникла проблема построения теории эфира, которая
с успехами оптики становилась все более и более актуальной и
одновременно все более и более трудной. Эта проблема не была решена,
однако попытки ее решения не оказались бесплодными, так как в
значительной степени способствовали развитию нового раздела
физико-математических наук — механики сплошных сред, которая к началу XIX в.
была еще в зачаточном состоянии. Для подтверждения этого
положения достаточно указать, что работы основоположников механики
сплошных сред Пуассона, Навье, Коши и др. были сделаны в значительной
-степени под влиянием попыток построения теории светового эфира.
Первый набросок теории эфира дал сам Френель. Он подчеркнул,
что хотя признание поперечных волн в эфире и противоречит
установившимся взглядам на свойства жидких упругих сред, тем не менее
оно вытекает из опыта. Противоречие же это возникает, по его мнению,
вследствие примитивного представления о распространении движений
в упругих телах. Он писал: «Что касается гипотезы о природе
световых колебаний, то ее, с первого взгляда, гораздо труднее принять, так
как не легко понять, каким образом в жидкости могут бесконечно
распространяться поперечные колебания. Тем не менее, если факты,
которые делают столь вероятной волновую систему и доставляют
столько возражений против системы эмиссии, заставляют нас признать
этот характер световых колебаний, то более надежно основываться
здесь на опыте, нежели на слишком, к сожалению, несовершенных
понятиях, которые нам до сих пор дали вычисления геометров
относительно колебаний упругих жидкостей» К
Это несовершенство представлений «геометров» заключается, по
Френелю, в предположении, что в эфире возможны только упругие
силы, возникающие при сжатиях или растяжениях, тогда как эфиру
нужно приписать способность сопротивления изменению формы,
сопротивление сдвигу одного слоя относительно другого.
Эфир, по мнению Френеля, не является сплошной средой, а
состоит из частиц, между которыми действуют силы притяжения и
отталкивания. В таком эфире сила упругости должна возникать не только
при сжатии и растяжении, но и в результате сдвига слоев эфира одних
относительно других. А в таком случае в нем должны
распространяться волны не только продольные, но и поперечные.
Но так как продольных волн в эфире не существует, то
сопротивление эфира сжатию несравненно больше, нежели сопротивление
небольшим смещениям слоев его вдоль их плоскостей. При помощи
этой гипотезы, по мнению Френеля, и возможно понять, каким образом
частицы эфира могут обладать заметными колебаниями лишь
параллельно поверхности световых волн.
В 1827 г. француз Навье2 опубликовал работу о распространении
возмущений в упругом теле, состоящем из частиц, связанных между
•собой центральными силами. Расчеты Навье привели его к
установлению уравнения распространения возмущений в такой среде. Если г —
смещение частицы из положения равновесия в точке х, у, z, a p —
плотность среды, то уравнение Навье, записанное в современной форме,
-будет иметь вид:
р = — 3k grad бхч г — k rot rot r.
1 О. Френель. Избр. труды по оптике, стр. 397.
2 Подробно историю развития представлений о световом эфире см. Е. W h i 11 a-
ker. A History of the Theories of Aether and Electricity, The Classical Theories, 1961

254 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
Здесь k — постоянная, характеризующая упругие свойства данной
среды.
Несколько позже Навье указанной (проблемой занялся .
французский математик Огюстен Кош и (1789—1857), который развил общую
теорию распространения возмущений в упругой, но уже в сплошной
среде. При этом Коши и разработал основы теории упругости. Коши
рассмотрел напряжения, возникающие в каждой точке упругого тела
при малых деформациях, установил, обобщив закон Гука,
соотношения между напряжениями и деформациями и вывел целый ряд
основных положений теории упругости. Коши (получил затем общее
уравнение распространения возмущений в изотропной упругой сплошной
среде:
о —— = — (п ^ k] grad div r—k rot rot r.
Это уравнение отличается от уравнения Навье введением двух
постоянных: п — модуля сжатия и k — модуля сдвига.
Исследование решения уравнения, полученного Коши, показало,
что в упругой сплошной среде могут распространяться волны двух
родов — продольные и поперечные с соответствующими скоростями
распространения:
"прод
Таким образом, строгая математическая теория подтверждала
мнение Френеля о возможности поперечных волн в упругой среде.
Однако эта же теория указывала на одновременное существование и
продольных волн, которые в случае оптических явлений на опыте никак
не обнаруживались. Чтобы согласовать теорию с действительностью,
пришлось применять различного рода дополнительные гипотезы,
которые и вводились авторами, разрабатывавшими теорию эфира.
Первой такой гипотезой была как раз гипотеза твердого эфира
Френеля, согласно которой эфир является абсолютно несжимаемым.
Это значит, что модуль сжатия п=оо,и тогда, оказывается, существует
только одна поперечная волна.
Гипотеза Френеля, принятая рядом других ученых, вызывала
серьезные возражения. Действительно, согласно этой гипотезе, эфир
представлялся телом, во-шервых, совсем несжимаемым, а во-вторых,
так как скорость света очень большая, несравненно более твердым,
чем все известные тела. Как же, спрашивается, такая сверхтвердая
несжимаемая среда, заполняющая все пространство, не оказывает
никакого сопротивления при движении в ней обычных тел? В 1845 г.
английский ученый Стоке сделал попытку разрешить эту трудность.
Он предложил считать, что эфир подобен смоле, которая, обладая
свойствами твердого тела для быстро меняющихся деформаций, становится
совершенно пластичной при медленно изменяющихся деформациях, так
что может течь, заполнять объем и вообще вести себя в данном случае
подобно жидкости. Поскольку эфир для быстро меняющихся
деформаций является твердым телом, в нем могут распространяться упругие
волны. Для малых же скоростей, которыми являются скорости
движения планет и скорость обычных тел, эфир представляет собой жидкую
среду, в которой эти тела могут свободно двигаться без трения.
Но теория эфира должна была не только показать, что в нем
могут распространяться поперечные волны, и дать способ избавить-

§ 46. Развитие теории светового эфира
255
ся от продольных волн. Эта теория должна была объяснить
многочисленные световые явления. В частности, нужно было объяснить
закономерности при отражении и преломлении света на границе двух сред.
Этот вопрос оказался весьма трудным для теории эфира.
Начало исследованию данного вопроса положил Френель, который
поставил задачу определить интенсивность отраженного и
'преломленного света в зависимости от угла падения, поляризации и показателей
преломления двух сред. При этом Френель и получил формулы,
известные под именем формул Френеля.
Френель исходил из теории твердого эфира. Ему прежде всего
пришлось решать, чём отличается эфир в средах с различной
преломляемостью. Полагая, что скорость света с
принять, что эфир в разных телах отличается
упругостью, или тем и другим.
Френель избирает гипотезу, в
которой неизменна упругость эфира, а его
плотность в различных телах различна.
Таким образом, по Френелю, будем иметь
для двух тел с показателями
преломления П\ и п2 соотношение
-Vt-
нужно было
или плотностью, или
"1 ^ Pi
п\ 'Р.'
где pi и р2 — плотности эфира в данных
телах.
Далее для решения задачи Френель
применяет закон сохранения энергии,
называя его законом сохранения живых
сил, и гипотезу о непрерывности
тангенциальных составляющих смещения
эфира на границе двух сред.
Применение этих двух положений дает
решить задачу. Рассмотрим падающий, отраженный и преломленный
пучки света. Пусть угол падения будет i, а угол преломления г (рис.76).
Запишем уравнение, являющееся следствием закона сохранения
энергии:
ABvxpx = acvxp-Ji* + abv2p2k%y
Рис. 76. Схема к выводу формул
Френеля
возможность Френелю
где V\ и v2 — скорости света в первой и во второй средах; pi и р2 —
плотности эфира в первой и во второй средах; k\, k2 — коэффициенты
отражения и преломления.
sin i V?2 vi
Учитывая, что п =
а также п = -^-^ = — , и проведя
sin г V?i v2
простые тригонометрические преобразования, получим
cos i
sin i
cos r i0 , cos i ,0
—— Ц H—— ki.
sin г
sint
Для случая, когда колебания в падающем свете происходят
перпендикулярно к плоскости падения, применение гипотезы Френеля даст
равенство
1 +&1 = &2>

256
Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
которое вместе с предыдущим равенством приводит, например для k\,
к формуле
, __ sin (г — г)
1 sin(/ + r)
то есть к одной из известных формул Френеля. Таким же образом
получаются и остальные формулы Френеля.
Рассуждения Френеля, как мы видим, далеки от строгости. Но это
в данном случае не является недостатком.' Наоборот, только это
обстоятельство привело Френеля к формулам, которые оказались
правильными. Как выяснилось позже, если бы Френель следовал строгой
теории твердого упругого'эфира, то он не смог бы прийти к формулам,
которые были бы правильными. Последующий анализ показал это.
Успех Френеля понятен. Дело в том, что, как известно из
электродинамики, одно из граничных условий, выбранных Френелем, является
правильным (равенство тангенциальных составляющих на границах
двух сред светового вектора). Что же касается другого положения, на
котором основывался Френель, то оно, являясь выражением закона
сохранения энергии, также правильно. Это и было причиной того,
почему, основываясь на неправильной теории твердого упругого эфира,
Френель пришел к правильным результатам.
В последующем рядом физиков и математиков был проведен
строгий анализ вопроса, который решал Френель. При этом были
исследованы различные исходные предположения: меняется ли при переходе
из одной среды в другую плотность эфира, как это полагал Френель,
или его упругость, или изменение претерпевает и то и другое.
Такой анализ в конце концов показал, что в точности те же
результаты, которые получил Френель и которые были подтверждены
опытом, не получаются. Было установлено, что даже в лучшем случае
(гипотеза о различных плотностях эфира в различных средах при
постоянстве его упругости) результат, полученный строгой теорией,
несколько отличается от результатов Френеля для света, колебания
которого лежат в плоскости падения.
Помимо теории твердого эфира возникли и другие предположения
и гипотезы о светоносной среде. Так, например, Коши в 1839 г.
предложил теорию «сжимающегося» эфира. Для того чтобы избавиться от
продольной волны, не обязательно нужно было предположить, что
п = оо и апрод= оо; можно было, наоборот, считать, что ипр0д =0. Но
тогда, так как vnWR = I/ , модуль сжатия п должен быть от-
" Р
рицательным, то есть эфир должен быть средой, обладающей
отрицательным сопротивлением сжатию. Эта гипотеза, как оказалось, приво-'
дила к хорошим результатам. Однако она казалась слишком странной,
так как представляла эфир как неустойчивую среду.
В последующем В. Томсон возродил гипотезу Коши и в качестве
модели сжимающегося эфира предложил рассматривать мыльную
пену, свободную от воздуха и удерживаемую от сжатия тем, что она
прилипает к стенкам сосуда.
В последующем теория сжимающегося, или так называемого
лабильного, эфира разрабатывалась некоторыми учеными, в частности
Гиббсом, который показал, что эта теория может приводить к
положительным результатам К
1 См. J. W. G i b b s. Phil. Mag., 1889, vol. 27, p. 238.

§ 46. Развитие теории светового эфира
257
В 1839 г. английский ученый Мак-Куллах предложил оригинальную
теорию светового эфира. Он исходил из того, что эфирная среда
обладает особыми свойствами, а именно — упругостью только в отношении
вращения, и не оказывает никакого сопротивления другим видам
деформации.
В эфире Мак-Куллаха потенциальная энергия деформации
единицы объема выражается формулой
U = ±-»(rotr)\
где г—смещение частицы в точке (х, у, z), a jx — коэффициент,
характеризующий упругость среды. Применяя затем для такой среды общие
принципы механики, можно получить уравнение распространения
возмущений в ней, а именно:
р = — u rot rot г.
Если в начальный момент divr=0, то это условие остается
выполненным в любой последующий момент времени. Тогда уравнение
распространения возмущений примет вид:
которое представляет собой уравнение распространения поперечных
волн. Исследование вопроса о граничных условиях в теории Мак-
Куллаха также приводит к следующим условиям: равенство трех
составляющих г на границе раздела и равенства двух составляющих rot г,
параллельных поверхности раздела.
Теория Мак-Куллаха давала правильные результаты. В ней
автоматически отсутствовали продольные волны, она приводила к
правильным формулам для интенсивности отраженного и преломленного
света.
Эфир Мак-Куллаха был необычной средой и на его теорию в свое
время не обратили внимания. Отношение к этой теории изменилось,
когда стало ясно, что она приводит к уравнениям, тождественным с
уравнениями Максвелла. Для эфира Мак-Куллаха была даже
придумана механическая модель, которая представляла специальную
систему гироскопов, соединенных определенного рода шарнирами.
Перед теорией эфира кроме объяснения явлений отражения и
преломления стояли и другие проблемы. Одной из них была проблема
построения кристаллооптики. С этой задачей теория эфира, несмотря на
усилия таких крупных ученых, как Коши, Грин, Ф. Нейман и др., не
смогла сколько-нибудь удовлетворительно справиться.
Важной и трудной задачей было объяснение дисперсии света. Если
признать существование сплошного эфира, то совершенно непонятна
была зависимость показателя преломления от частоты. Ведь из теории
эфира вытекало, что скорость колебаний любой частоты одинаковым
образом зависит от плотности и упругости эфира.
В разработке этого вопроса начало было положено Френелем. Он
видел возможность объяснения дисперсии в гипотезе, согласно которой
эфир не непрерывная среда, а состоит из частиц, расстояние между
которыми сравнимо с длиной световой волны. В этом случае нужно
ожидать зависимости скорости распространения волн от их частоты.
Г.ГТО^ГЧАТТЙ

258 Глава 12. Развитие оптики в первой половине XIX века
Эта идея была разработана Коши, который в 30-х годах,
основываясь на такого рода представлении об эфире, дал аналитическое
доказательство, что в таком эфире скорость распространения волн
действительно должна зависеть от частоты, то есть должна иметь место
дисперсия.
Основываясь на своей теории, Коши получил формулу,
выражающую зависимость скорости света от длины волны, известную под
названием формулы Коши:
'—К-гГиС-г)'--
Здесь X — длина волны, а а, р, у — коэффициенты, постоянные для
данной среды.
Иначе к вопросу о дисперсии подошел, правда позже, француз
Буссинеск. В отличие от предшественников, Буссинеск отказался от
гипотезы, что упругость или плотность эфира зависит от вещества, в
котором он находится. Буссинеск предположил (1868), что эфир
повсюду, и внутри тел, и в вакууме, имеет одни и те же упругость и
плотность. Особенности же прохождения света через тела объясняются
взаимодействием световых волн, распространяющихся в эфире, с
молекулами этих тел.
Отправляясь от этих предположений, Буссинеск разработал
математическую теорию дисперсии. Теория Буссинеска была шагом вперед
и предвосхищала некоторые идеи возникшей позднее электронной теории
хотя и исходила еще из представления об упругом эфире.
Дальнейшие новые шаги в развитии теории эфира относятся к
периоду установления электромагнитной теории света, когда вопрос стал
уже о построении не только теории светового эфира, но и теории
эфира, объединяющей световые и электромагнитные явления.
В заключение обзора развития оптики в XIX в. следовало бы
остановиться на первых теориях оптики движущихся тел, начало
развития которой относится также к первой половине прошлого столетия.
Однако изложение этого вопроса будет дано позже, при рассмотрении
истории возникновения и развития теории относительности.

ГЛАВА 13
РАЗВИТИЕ УЧЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЯХ
В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX века
§ 47. Открытие гальванического элемента и первые шаги в изучении
действий электрического тока
Первый этап в развитии учения об электричестве и магнетизме,
охватывающий XVIII -в., заключался в исследовании законов
равновесия электрических зарядов и магнитов. За это время были
установлены основные законы
взаимодействия электрических зарядов и магнитов,
а затем уже, в первой половине XIX в.,
был создан соответствующий
математический аппарат.
В первой половине XIX в.
началось изучение действий электрического
тока. Был создан источник
постоянного электрического тока -+-
гальванический элемент, исследовались
химические, тепловые, магнитные его
действия. Возникла и начала
развиваться новая область учения об
электричестве и магнетизме, названная одним
из ее основоположников Ампером
электродинамикой.
Открытие итальянским врачом
Гальвани так называемого
«гальванизма» привело к изобретению
гальванического элемента, а затем сделало
возможным исследования действий
электрического тока.
Луиджи Гальвани (1737- жи Гальвани
1798) был профессором медицины в
Болонье. Занимаясь физиологией и
медициной, Гальвани заинтересовался физиологическим действием
электрического тока и ролью электричества в деятельности живого
организма.
Первым наблюдением Гальвани в этой области, давшим начало
его дальнейшим открытиям, было наблюдение сокращения мышц
препарированной лягушки при прикосновении к ним металлических пред-

260 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
метов, когда вблизи проскакивали искры от кондуктора электрической
машины или от лейденской банки. Такое же сокращение мышц у
лягушки Гальвани наблюдал при грозовых разрядах и решил проверить
влияние на них атмосферного электричества в ясную погоду. Для
этого он развесил препарированных лягушек на железной решетке
сада за медные крючки, продернутые через спинной мозг. При этом
Гальвани заметил, что прикосновение медных крючков к железной
ограде при известных условиях приводит к сокращению мышц
лягушки.
Желая решить вопрос, является ли это результатом действия
атмосферного электричества, Гальвани проделал подобного же рода
опыты в закрытой комнате (рис. 77). Он установил, что, когда
Рис. 77. Одыты (Гальвани с лягушками (рисунки Гальвани)
нервы и мускулы лягушки соединяются посредством двух
металлических проводников, происходит судорожное сокращение ее мышц.
Своему открытию Гальвани пытался дать объяснение. При этом
он подошел к нему прежде всего как врач. Он считал, что открыл
«животное» электричество, вырабатываемое организмом лягушки
и являющееся одновременно «нервным флюидом». При замыкании
нерва и мускула лягушки проводником, образующим замкнутую цепь,
животное электричество свободно протекает по этой цепи и вызывает
сокращение мышцы, играющей роль чувствительного регистратора.
Открытие Гальвани и его теория животного электричества,
опубликованная им в 1791 г., вызвали большой интерес ученых. Некоторые из
них повторили его опыты. Среди этих ученых был и итальянский физик
Алессандро Вольта (1745—1827), который не только
подтвердил результаты опытов Гальвани, но и сделал новый шаг в изучении
открытого им явления.
Вольта как физика прежде всего интересовала физическая
сторона явления. Проводя целый ряд исследований, он пришел к иному
выводу, чем Гальвани. Экспериментируя с различными металлами, он
заметил, что сокращение мышц лягушки определяется главным
образом тем, какие употребляются металлы, и что однородные металлы или
не вызывают, или почти не вызывают реакции.
Отсюда Вольта заключил, что источником электричества являются
не процессы, происходящие в организме лягушки: оно возникает
в результате соединения разнородных металлов, лягушка же в данном

§ 47. Открытие гальванического элемента
261
случае играет роль только регистрирующего прибора. Он предложил
гипотезу, согласно которой металлические тела обладают свойством
действовать на заключенный в них электрический флюид, отталкивая
или притягивая его. А так как каждый металл обладает определенной
силой действия на электрические флюиды, то соприкосновение
различных металлов приводит этот флюид <в движение и возникает
электрический ток, который и действует на нервы и мышцы лягушки. Высказав
эту гипотезу, Вольта предложил изменить название «животное»
электричество на «металлическое» электричество.
После того как Вольта опубликовал свою гипотезу, разгорелась
дискуссия о природе «гальванизма». Нужно отметить, что
приверженцы теории «животного»
электричества добились некоторого успеха.
Самому Гальвани удалось наблюдать
явление сокращения мышцы
лягушки без участия двух металлических
проводников. Позднее итальянец
Нобили доказал с помощью
чувствительного гальванометра
наличие токов в цепи, замыкающей
туловище и лапки лягушки. Таким
образом, уже в то время было
обнаружено наличие электрических
токов в живом организме, хотя, как
выяснилось позднее, их
происхождение и роль оказались иными, чем
думал Гальвани.
Гораздо больших успехов, чем
последователи теории «животного»
электричества, добился Вольта. Он
прежде всего «проверил свою
гипотезу о «металлическом» электричестве,
исключив из опытов лягушку и
вообще какой-либо живой организм
и ограничившись лишь
физическими приборами. Вольта показал, что Алессандро Вольта
простое соприкосновение
разнородных металлов приводит к их электризации, как будто электричество
под действием какой-то силы перегоняется из одного металла в другой,
в результате чего один металл заряжается положительно, а другой —
отрицательно.
Это было не что иное, как открытие контактной разности
потенциалов у металлов (этот термин Вольта не употреблял). Для обнаружения
контактной разности потенциалов Вольта употребил сконструированный
им электрометр с конденсатором (рис. 78). Электрометр Вольта
представлял собой электроскоп, снабженный шкалой, в котором
бузиновые шарики были заменены тонкими соломинками или листочками
золота. Электрометр заключался в сосуд, и к нему прикреплялся
конденсатор, то есть две круглые металлические пластинки,
разделенные тонкой изолирующей прокладкой. Чтобы обнаружить и даже
измерить контактную разность потенциалов между двумя разнородными
металлами, например цинком и серебром, Вольта соединял одну
пластинку конденсатора с землей, а другую (нижнюю), например, с
серебряной пластиной, прижатой к цинковой, соединенной, в свою очередь,
с землей. Убирая затем цинковую и серебряную пластины и

262 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
раздвигая пластины конденсатора, Вольта по углу между листочками
электроскопа мог определить в произвольных единицах контактную
разность потенциалов.
Другой способ измерения контактной разности потенциалов
Вольта был еще проще. Он соединял серебряную пластинку с
электрометром и накладывал на нее цинковую. Эти пластинки соединяются
в ряде точек и одновременно образуют
конденсатор, обладающий довольно значительной
емкостью. Вследствие контактных явлений эти
пластинки зарядятся, и, раздвинув их, этот заряд
можно обнаружить по расходящимся листочкам
электрометра. (Способ, который используется и
до сих пор при демонстрации контактной
разности потенциалов.) «Две хорошо отполированные
пластинки с изолирующими ручками, — писал
Вольта, — одна из цинка, другая из серебра,
будучи положены друг на друга... будут
действовать так же, как конденсатор... при
разъединении покажут на моем электрометре с
соломинками примерно 3° электричества, цинк —
положительного, а серебро — отрицательного» К
С помощью подобного рода опытов Вольта
не только обнаружил существование контактной
разности потенциалов у металлов, но л
установил, что металлы можно расположить в
определенный ряд, в котором каждый стоящий справа
металл при соприкосновении со стоящим слева
металлом электризуется отрицательно2. Вольта
даже попытался дать количественную оценку
способности металлов при соприкосновении
«приводить в движение электрический флюид». При
этом ему удалось показать, что эта способность
для любых металлов, расположенных в его ряду
не рядом, равна сумме «способностей» всех
промежуточных металлов.
Исследования Вольта гальванического элек-
Рис. 73. Электрометр с тричества привели его к изобретению первого
конденсатором, употреб- гальванического элемента, получившего название
лявшийся Вольта вольтова столба. О своем изобретении Вольта
впервые сообщил в 1800 г.
Вольтов столб состоял из нескольких десятков наложенных друг
на друга круглых пластинок из серебра и цинка или меди и олова,
между которыми были проложены картонные прокладки, пропитанные
соленой водой. Вольта установил, что такой прибор, при замыкании
крайних пластинок подобно лейденской банке, дает электрическую
искру и при прикосновении к нему рукой, подобно прикосновению к
лейденской банке, ощущаются удар и покалывание. Однако, в отличие
от лейденской банки, действие столба непрерывно. Если замкнуть
крайние пластинки вольтова столба через тело, то сначала, как и в
случае лейденской банки, чувствуются удар и покалывание, но затем,
в отличие от последней, действие не прекращается, возникает
ощущение постоянного жжения, «которое не только не утихает, но делается
1 A. Vo 11 a. Ann. Phys., В. 10, 1802, S. 433.
2 Ряд металлов Вольта следующий: цинк, свинец, олово, железо, медь, серебро,
золото, графит.

§ 47. Открытие гальванического элемента 263
все сильнее и сильнее, становясь скоро невыносимым, до тех пор, пока
цепь не разомкнётся» К
Для объяснения действия гальванической батареи Вольта
применил открытое им явление контактной разности потенциалов при
соприкосновении металлов. Его рассуждения сводились к следующему.
Если бы мы составили замкнутую цепь из металлов цинка и серебра,
то никакого тока в этой цепи не возникло бы. В цепи одинаковое
число раз встречались бы соединения: цинк — серебро и серебро — цинк,
действие которых на электричество противоположно и поэтому
никакого тока не возникло бы.
Рис. 79. Вольтовы столбы, изготовленные Вольта
Но в гальванической батарее каждая пара металлических пластин
разделена жидким проводником; между ним и металлом, как полагал
Вольта, контактной разности потенциалов не возникает. Поэтому
контактное действие, например цинк — серебро, не компенсируется
обратным действием серебро — цинк и в цепи непрерывно циркулирует
электричество, то есть электрический ток.
Теория действия гальванического элемента, предложенная Вольта,
получила название контактной. В противовес ей возникла другая
теория, согласно которой электрический ток возникает в результате
химических действий, происходящих в гальваническом элементе, и между
последователями контактной и химической теорий возникла дискуссия.
Открытие гальванического элемента явилось важнейшим этапом
в развитии учения об электричестве и магнетизме. С этого времени
стало возможным исследование явлений, связанных с протеканием
электрического тока.
Первые успехи в этом направлений касались исследования
химических действий тока. Это объясняется отчасти тем обстоятельством,
что постоянный ток сейчас же стал наряду с другими средствами
орудием химических исследований. Это привлекло весьма живой интерес
к изучению химического действия тока и вообще к гальваническому
элементу со стороны химиков, а также и врачей, которые продолжали
1 А. V о 11 a. Galvanismus und Entdeckung des Saulenapparates. Ostwald's Klas-
siker. Leipzig, 1900, SS. 90—91.

264> Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
интересоваться гальванизмом, и в частности связью его с химическими
процессами. Поэтому не случайно, что в числе первых исследователей
гальванического элемента и постоянного тока было много химиков и
врачей.
Уже в 1800 г., очень скоро после того как стало известно
изобретение Вольта, англичанами Никольсоном и Карлейлем (последний был
врачом) была открыта способность электрического тока разлагать воду
на кислород и водород. В том же году английский врач и химик
Крюикшенк разложил электрическим током целый ряд растворов
солей, а в 1807 г. английский химик Дэви, производя разложение
расплавленных едких щелочей, открыл новые элементы — металлы натрий и
калий.
Богатый фактический материал, накопленный в области
электрохимии, потребовал новых теоретических обобщений. Важным шагом в
этом отношении была разработка в 1805 г. теории электролиза
литовским физиком и химиком Гроттгусом. Согласно Гроттгусу, частицы
воды в электролите под действием электродов вблизи их разлагаются
на положительно заряженный водород и отрицательно заряженный
кислород.
«Допустим, — писал Гроттгус об электролизе воды, — что в
момент раздельного возникновения водорода и кислорода происходит
между обоими этими веществами — будь то от прикосновения, будь то
от взаимного трения — также разделение присущего им электричества,
так что водород приходит в состояние положительное, а кислород —
отрицательное; отсюда следует, что полюс, от которого непрерывно
исходит смоляное электричество, притягивает водород и отталкивает
кислород, в то время как полюс со стеклянным электричеством
притягивает кислород и отталкивает водород. Если же гальванический
ток пронизывает часть воды, то каждая из двух ее составных частей
подвергается действию 'притягательной силы и отталкивательной силы,
центры действия которых находятся на противоположных сторонах; их
действие, происходящее в одинаковом направлении, вызывает
разложение этой жидкости» 1.
Подобную же теорию электролиза изложил также Дэви.
Полагая, что положительный полюс притягивает кислород и «кислые
вещества», а отрицательный полюс — водород, металлы и другие
вещества, Дэви полагал, что в электролитической ванне «энергия
притяжения и отталкивания передается от одной частицы к другой
частице того же рода таким образом, что в жидкости устанавливается
проводящая цепь и что соответственно этому происходит и
продвижение» 2.
Одновременно с теорией электролиза развивалась и химическая
теория действия гальванического элемента, противопоставившая себя
контактной теории.
Как указывалось выше, почти непосредственно после открытия
Вольта было высказано мнение, что в вольтовом столбе происходят
химические процессы, которые являются причиной электричества и его
циркуляции в цепи. Возникла химическая теория действия
гальванического элемента, начало которой положил профессор физики в
Дерите Паррот, впоследствии член Петербургской академии наук.
1 В. В. Петров, Т. Гроттгус и др. Избр. труды по электричеству. Гостех-
издат, М, 1966, стр. 151—152.
2 Г. Дэви. О некоторых химических действиях электричества. Гостехиздат^
М,— Л., 1933, стр. 59.

§ 47. Открытие гальванического элемента
265
Борьба между приверженцами контактной и химической теорий
длилась довольно долгое время и закончилась окончательно победой
последней вместе с установлением закона сохранения и превращения
энергии.
Исследования химических действий электрического тока и
химических процессов, протекающих в гальваническом элементе, привели
к созданию электрической теории химического сродства.
В 1806 г. Дэви высказал мнение об электрической природе
химического сродства. Подобная же электрическая теория химического
сродства была развита в 1812 г. шведским ученым Берцелиусбм.
Согласно Берцелиусу, в каждом
атоме имеются два противоположных
электрических полюса,
положительный и отрицательный. Возникаю- .
щие в результате этого между
атомами электрические силы и
обусловливают способность атомов
соединяться — их химическое сродство.
В первые два десятилетия
XIX в. были получены первые
результаты и в изучении тепловых и
световых действий тока, а также
результаты, относящиеся к законам
постоянного тока.
Целый ряд заслуг в этом
отношении принадлежит русскому
физику и химику Василию
Владимировичу Петрову (1761—
1834).
Свою научную деятельность
В. В. Петров начал в конце XVIII в.,
будучи профессором Петербургской _____-^=^_^^
медико-хирургической академии, где Рис- ^ 'Примерный вид батареи
им был создан физический кабинет. етрова
В 1803 г. он опубликовал
результаты своих исследований по электричеству в книге «Известия о Гальва-
ни-Вольтовых опытах».
Источником электрического тока в опытах Петрова служила
огромная для того времени гальваническая батарея. Наибольшие
батареи за границей тогда достигали обычно нескольких сотен элементов.
Так, например, Дэви пользовался в 1808 г. для разложения едких
щелочей батареей из 100—250 элементов и только в 1810 г. он
воспользовался батареей, состоящей из 2000 элементов, считавшейся
громадной для своего времени. Петров уже в 1802 г. имел в своем
распоряжении построенную им батарею, состоящую из 4200 цинковых и
медных кружков. Цинковые и медные кружки укладывались в четыре
ряда в деревянном ящике горизонтально и разделялись бумажными
прокладками, пропитанными нашатырем.
С помощью своей батареи Петров проделал много опытов по
изучению химических, а также тепловых действий электрического тока.
Один из его опытов представляет собой осуществление электрической
дуги. Вот как описывает этот опыт В. В. Петров: «Естьли на
стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут
положены два или три древесных угля, способные для произведения
светоносных явлений посредством Гальвани-Вольтовской жидкости, и

266 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
есть ли потом металлическими изолированными направлятелями (di-
rectores), сообщенными с обоими полюсами огромной баттареи,
приближать оные один к другому на расстояние от одной до трех линий,
то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя,
от которого оные скорее или медлительнее загораются и от которого
темный покой довольно ясно освещен быть может» 1.
Открыв явление электрической дуги, Петров указал, в частности,
на возможное ее применение для расплавления металлов, а также для
восстановления с ее помощью окислов металлов.
Изучая химические, тепловые и другие действия тока, Петров
пришел к некоторым результатам, относящимся к законам постоянного
тока. Так, например, он совершенно определенно представлял себе,
что проводники обладают различной проводимостью и что
свойства проводника определяют вместе с самой батареей ее действие в цепи.
При этом он подчеркивал, что чем больше сечение проводника, тем
сильнее действие «Гальванй-Вольтовской жидкости». Подобного рода
выводы делают Петрова предшественником Ома, установившего закон,
носящий его имя.
Петрову принадлежит целый ряд других исследований по
электричеству, в частности по электризации проводников и т. д. Занимаясь
исследованием электрических явлений, Петров усовершенствовал
экспериментальную технику. Кроме того, что он сконструировал самую
большую для своего времени гальваническую батарею, он разработал
технологию изготовления соединительных проводников, применяя
гибкие проводники, скрученные' из тонких серебряных нитей, или просто
тонкие струны из кишок, обвитые плотно медной проволокой. Петров
применял изоляцию для соединительных проводников, помещая их
в стеклянные трубки или же покрывая их тонким слоем сургуча или
воска, оставляя непокрытыми только их концы.
Об исследованиях Петрова не было известно за границей и мало
известно на родине. Частично это объясняется тем, что все свои работы
Петров печатал только на русском языке. Другой причиной этого
было недоброжелательное отношение к Петрову со стороны реакционных
академиков во главе с президентом академии, которым в 1818 г. стал
известный реакционер С. С. Уваров.
Поэтому научные достижения Петрова, в частности открытие им
электрической дуги, не были известны, и когда в 1812 г. Дэви
опубликовал свои эксперименты с электрической дугой, то приоритет в ее
открытии был полностью приписан ему.
§ 48. Открытие электромагнетизма и первые исследования
электромагнитных явлений
В 1819 г. датский физик и химик Ханс Кристиан Эрстед
(1777—1851) открыл действие электрического тока на магнитную
стрелку. Уже задолго до этого были известны факты, указывающие на
существование связи между электричеством и магнетизмом. Еще в XVII в.
было замечено изменение намагниченности корабельных компасов под
действием молнии. Позднее Франклин даже пытался наблюдать
подобное явление в лаборатории, пропуская разряд лейденской банки через
стальную иглу.
Подобного рода опыты описывались уже в конце XVIII и начале
XIX в. в ряде книг и даже в учебниках. Так, например, профессор
1 В. В. Петров, Т. Г р о т т г у с и др. Избр. труды по электричеству, стр. 82.

§ 48. Открытие электромагнетизма
267
Московского университета И. Двигубский перевел с французского
учебник Жакото по физике и издал его с изменениями и дополнениями
в 1808 г. В этом учебнике говорилось о «сходстве магнетизма с
электричеством» и описывались опыты намагничивания магнитной стрелки
пропусканием через нее электрического разряда от лейденской
банки1.
В начале XIX в. были сделаны некоторые новые наблюдения,
касающиеся связи электричества и магнетизма. Так, например, Дэви
наблюдал, что электрическая дуга отклоняется под действием
магнита. Наблюдались и другие подобные
явления, указывающие на
существующие связи между электричеством и
магнетизмом. Однако факт действия
электрического тока на магнитную
стрелку был впервые твердо
установлен и описан Эрстедом в 1819 г.
Эрстед не случайно пришел к
своему открытию. Он совершенно
сознательно искал связь между
электричеством и магнетизмом,
руководствуясь идеей о существовании
универсальной связи между физическими
явлениями, между «силами природы»,
как говорили тогда. Он неоднократно
указывал в своих многочисленных
сочинениях, что в природе «глубоко
проникающий взгляд открывает нам
во всем се многообразии
замечательное единство» 2.
Эта идея была руководящей для
Эрстеда. В этом несомненно сказа- v „ _
лось влияние философских идей Ханс Кристиан Эрстед
XIX в.
Эрстед был хорошо знаком с натурфилософскими сочинениями
Шеллинга, в которых последний, как мы говорили, утверждал
единство электрических, магнитных и химических сил.
Можно также упомянуть о малоизвестном венгерском ученом Вик-
терле. Одним из основных положений Винтерла была идея о том, что
все силы природы возникают от единого источника. В отличие от
Шеллинга, Винтерл не отрицал существования материи, хотя и не
считал ее деятельной субстанцией.
Работы Винтерла были известны Эрстеду, а сам Винтерл знал
Эрстеда и даже посвятил ему одно из своих сочинений3.
Вот как сам Эрстед описал историю своего открытия: «Так как я
уже давно рассматривал силы, проявляющиеся в электрических
явлениях всеобщими природными силами, то я должен был > отсюда
вывести и магнитные действия. Я высказал поэтому гипотезу, что
электрические силы, когда они находятся в сильно связанном состоянии,
должны оказывать на магнит некоторое действие, подобное магниту.
Я не мог тогда проделать опыт для проверки, так как совершал пу-
1 См. И. Двигубский. Физика. М., 1808, стр. 307.
2 Н. €h. О е г s t e d. Der Geist und der Natur, B. 2. Miinchen, 1851, S. 435.
3 Cm. J. W i n t e r 1. Darstellung der vier Bestandtheile der anorganischen Natur.
Jena, 1804.

268 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
тешествие, и внимание мое было занято целиком разработкой
химической системы» *. Затем Эрстед описывает свои экспериментальные
исследования в этой области, которые в конце концов через ряд лет
увенчались успехом. В результате многочисленных опытов Эрстед
обнаружил, что если над магнитной стрелкой поместить
прямолинейный проводник, ориентированный вдоль магнитного меридиана, и,
соединив его концы с источником э. д. с, пропустить через него ток, то
магнитная стрелка испытает отклонение (у Эрстеда источником э. д. с.
был вольтов столб).
В
Рис. 81. Опыт Био и Савара
Величину момента силы,
действующего на магнитную стрелку под
влиянием электрического тока,
Эрстед не определил. Он только
отметил, что угол, на который
отклоняется стрелка под действием тока,
зависит от расстояния между ней и
током, а также, говоря
современным языком, от силы тока (во
времена Эрстеда еще не было понятия
силы тока).
Эрстед также не смог
разработать сколько-нибудь
удовлетворительную теорию, объясняющую его
открытие, хотя и пытался его
истолковать исходя из гипотезы о неких
вихревых областях вокруг тока.
Открытие Эрстеда чрезвычайно
заинтересовало многих ученых,
которые немедленно приступили к его
дальнейшему изучению. Вскоре был
сделан ряд новых открытий в
области электромагнетизма. Так, Араго открыл в 1820 г., что проволочная
спираль с током действует на железные опилки подобно магниту и
способна их намагничивать. В этом же году немецкий физик Зеебек
начал изучение «магнитной атмосферы» (то есть магнитного поля)
вокруг различной формы проводников с током. Для этой цели Зеебек
использовал магнитную стрелку и железные опилки. В результате своих
исследований он получил картины силовых линий магнитного поля для
различных случаев.
Наконец, тогда же Био и Саваром был установлен
количественный закон действия прямого тока на магнитную стрелку. Они
помещали подвешенный магнит на разных расстояниях от прямолинейного
проводника с током длиной около трех метров (рис. 81). Недалеко от
стрелки находился магнит, компенсирующий магнитное поле Земли.
Изучая колебания магнита, Био и Савар определили силы,
действующие на него со стороны прямолинейного тока, и пришли к
заключению, что сила, действующая на северный или южный полюс
магнита со стороны прямолинейного бесконечно длинного тока,
направлена перпендикулярно к расстоянию между проводником и магнитом
и по величине обратно пропорциональна этому расстоянию. Позднее
был установлен и дифференциальный закон действия элемента тока
на магнитный полюс, известный в настоящее время под именем закона
Био и Савара.
1 См. Н. Ch. Oersted. J. Chem. Phys., В. 32, 1821, SS. 200—201.

§ 48. Открытие электромагнетизма
269
В том же 1820 г. электромагнитными явлениями заинтересовался
француз АндреМари Ампер (1775—1836).
Ампер был разносторонним ученым. Ему принадлежат
выдающиеся работы по физике, математике, химии. Он занимался также
исследованиями в области биологии и геологии. Наконец, Ампер уделял
много внимания философии и в конце жизни написал большой труд
«Исследование по философии наук», посвященный вопросу
классификации наук.
Мировоззрение Ампера было противоречивым. Известно, что в
молодости он увлекался энциклопедистами, в число которых входили
материалисты XVIII в. Дидро,
Гельвеций, Гольбах.
Впоследствии он был близок
с французским философом Кабани-
сом, предшественником вульгарного
материализма, общался с Дестют де
Траси, ' мировоззрение которого
склонялось к идеализму, и даже со
спиритуалистом Мен де Бираном и,
наконец, отдавал дань богословию.
Не останавливаясь подробно на
мировоззрении Ампера, отметим те
черты его, которые были наиболее
прогрессивными и сыграли
определенную положительную роль в
научных исследованиях.
Прежде всего Ампер пытался
искать в явлениях природы общие
черты, общие закономерности. Он
был противником концепции
невесомых. «Разве надо для каждой
новой группы явлений придумывать
специальный «флюид», — говорил
Ампер. Ампер довольно скоро при- Андре Мари Ампер
нял волновую теорию света,
разработанную Френелем, которая, по свидетельству Араго, наряду с теорией
самого Ампера, объясняющей свойства магнита электрическими токами,
стала его любимой теорией 1.
Ампер был также противником вещественной теории тепла и
считал, что сущность тепла заключается в движении атомов и молекул.
Он даже написал работу, посвященную волновой теории света и
теории тепла, рассматриваемой как волновое движение частиц тела2.
Амперу не были чужды и идеи развития. Когда возникла дискуссия
по вопросу об эволюции живых организмов на Земле между
французскими учеными Кювье и Жоффруа Сент-Илером, Ампер активно
защищал мнение последнего об изменяемости органических форм под
воздействием внешних условий.
Ко времени открытия Эрстеда Ампер был уже сложившимся
ученым, членом Академии наук. Об открытии Эрстеда он узнал 4
сентября 1820 г. на заседании академии из доклада Араго. Это сообщение
1 См. Ф. Араго. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров, т. II.
СПб., 1860, стр. 304.
2 А. М. A m р е г е. Ann. Chim. Phys., 1835, t. 58, p. 432.

270 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
произвело на Ампера большое впечатление и заставило его задуматься
над новым явлением, установленным Эрстедом. Будучи противником
невесомых материй, он увидел, что это открытие дает возможность
отказаться от признания одной из таких материй. Следуя этой идее,
Ампер выдвинул гипотезу об электрическом происхождении магнетизма.
Он предположил, что все магнитные и электромагнитные
взаимодействия в конечном счете сводятся к взаимодействиям между токами.
Согласно его гипотезе, каждый магнит есть тело, в котором имеют
Рис. 82. Опыт Ампера с рамкой тока Рис. 83. Опыт Ампера с соленоидом
место электрические токи (молекулярные токи). Взаимодействие
магнитов обусловливается взаимодействием, которое всегда имеет место
между токами.
Свои первые теоретические соображения в связи с открытием
Эрстеда Ампер доложил на заседании Академии наук 18 сентября
1820 г., а через неделю, то есть 25 сентября, он уже смог представить
академикам и свое первое доказательство существования сил
взаимодействия между токами.
Ампер показал, что замкнутый контур, а также спиралевидный
проводник с током (соленоид) во всех отношениях подобен магниту и что
два таких проводника притягиваются или отталкиваются подобно двум
магнитным стрелкам. В последующем Ампер обнаружил на опыте и
продемонстрировал взаимодействие прямых токов, а также
взаимодействие токов различной формы (рис. 82, 83, 84).
Гипотеза Ампера о том, что магнитные взаимодействия
объясняются взаимодействием между электрическими токами, встретила
возражения со стороны некоторых ученых. Она противоречила общепринятым
взглядам, отрицала одну из невесомых жидкостей — магнитную. Кроме
того, гипотеза Ампера, казалось, напоминала старые картезианские
гипотезы о вихрях. Во всяком случае представления Ампера могли
быть поняты как возвращение к картезианству.

§ 48. Открытие электромагнетизма
271
Правда, Ампер не связывал свою гипотезу с картезианскими
представлениями, однако и ,не отрицал возможности при их помощи
объяснить открытые им явления. Даже позже, уже после того как он
свел силы взаимодействия между токами к центральным дальнодей-
ствующим силам, Ампер не высказывался против возможности
объяснения этих сил в картезианском духе. Он, например, наряду с
другими соображениями указывал на возможность объяснения сил,
действующих между токами, реакцией, простирающейся по всему
пространству упругой жидкости, колебания крторой вызывают явления
света и которая «приводится в движение электрическими токами» 1.
Рис. 84. Опыт Ампера по взаимодействию токов
Таким образом, естественно, что гипотеза Ампера о молекулярных
токах могла быть воспринята некоторыми учеными как возвращение
к картезианским взглядам и продвергалась критике.
Особенно энергичным противником гипотезы Ампера был Био,
наиболее последовательный противник и волновой теории света. Био
прямо указывал, что молекулярные токи Ампера напоминают
декартовские вихри и сама его гипотеза, по его мнению, представляется
путаной, полной произвольных допущений.
Био предложил другую теорию, объясняющую, по его мнению,
взаимодействие между токами, а также между токами и магнитами.
Когда по проводнику протекает электрический ток, то под его
влиянием магнитные жидкости, которые имеются в проводнике, разделяются
на положительные и отрицательные и образуют магнитные диполи.
Магнитные взаимодействия между этими диполями, которые
располагаются в определенном порядке, и вызывают те силы, которые
действуют между токами, а также между током и магнитом.
1 См. Е. Whittaker. A History of the Theories of Aether and Electricity, vol. I,
pp. 87—88.

272 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
Конечно, недоверие к гипотезе Ампера о молекулярных токах
основывалось не только на нежелании некоторых ученых расстаться
с уже сложившимися традиционными взглядами. Гипотеза Ампера
имела много уязвимых мест. Не было ясно, почему в теле возникают
молекулярные токи, особенно в намагниченных телах, какова природа
этих молекулярных токов, какими силами они поддерживаются в
магнитах в определенных положениях. Таким образом, гипотеза
Ампера не могла не казаться современникам произвольной и
недостаточно обоснованной.
Вскоре Ампер нашел подтверждение своей гипотезы в открытом
Фарадеем в 1821 г. явлений так называемого электромагнитного
вращения. Фарадей установил факт
непрерывного вращения магнита
вокруг тока и тока вокруг
магнита при помощи прибора,
устройство которого ясно из рис. 85.
В этом явлении Ампер
справедливо усмотрел опровержение
взглядов, подобных взглядам
Био, и подтверждение своей
гипотезы. «Как только было
опубликовано открытие первого
непрерывного вращательного движения,
сделанное Фарадеем, — писал
Ампер, — я сразу же увидел, что
оно целиком опровергает эту
гипотезу, и вот в каких выражениях
я изложил мою мысль...
Движение, продолжающееся постоянно
в одном направлении, несмотря на
трение, несмотря на
сопротивление среды, и притом движение,
вызываемое взаимодействием
двух тел, остающихся все время
в одном состоянии, —
беспримерный факт среди всего, что мы
знаем о свойствах
неорганической материи. Он доказывает, что действие, исходящее из
гальванических проводников, не может быть вызвано особым распределением
некоторых жидкостей, находящихся в этих проводниках в состоянии покоя,
которому обязаны своим происхождением обыкновенные электрические
притяжения и отталкивания. Это действие можно приписать только
жидкостям, которые движутся в проводнике, быстро переносясь от
одного конца к другому» 1.
Действительно, ни при каком постоянном расположении силовых
центров (каковыми являются и магнитные диполи Био) нельзя добиться
непрерывного их движения так, чтобы они все время возвращались в
первоначальное положение. Иначе опровергался бы принцип
невозможности вечного двигателя.
Открыв явление взаимодействия токов и высказав ряд гипотез,
Ампер поставил перед собой задачу определить количественные законы
этого взаимодействия.
Для этой цели естественно было рассматривать взаимодействие
конечных проводников с током как результат взаимодействия беско-
» А. М. Ампер. Электродинамика. Изд-во АН GCGP, М., 1964, стр. 127—128.
Рис. 85. Схема установки Фарадея для
демонстрации электромагнитного вращения
(рисунок Фарадея)

§ 48. Открытие электромагнетизма
273
нечно малых элементов тока. Таким образом, задача нахождения
законов взаимодействия электрических токов сводилась к задаче
нахождения одного элементарного закона — закона взаимодействия
элементарных токов или элементов тока.
В согласии со своим временем Ампер предположил, что сила
взаимодействия двух элементов тока, так же как силы взаимодействия
между зарядами и магнитами, является центральной силой, то есть
силой, направление которой совпадает с прямой, соединяющей
элементы тока, и по величине обратно пропорцио- *
нальной некоторой степени расстояния.
Далее естественно было предположить, что
эта сила должна быть пропорциональна силам
токов и зависеть еще от углов, определяющих
взаимное расположение элементов токоз.
Таким образом, с учетом всего сказанного
можно было полагать, что эта сила определяется
формулой
dF = I1I%dslds%^(B9QltQt),
где I\dsi и I2ds2 — элементы токов, г —
расстояние между ними, а Ф — неизвестная покуда
функция углов е, Эь Э2, определяющих взаимное
расположение элементов токов (рис. 86), и, наконец,
л — неизвестное число.
Теперь надо было определить п и Ф (е, 0ь
62).Для этого следовало бы измерить силы
взаимодействия между токами различной • величины,
различно расположенных друг относительно
друга. Однако во времена Ампера это было очень
. трудно, так как токи были невелики и силы
между ними были ничтожны.
Ампер вышел из положения, исследовав случаи равновесия
различно расположенных токов. Это и дало ему возможность определить
я и вид функции Ф (е, 0ь 0г).
Значение п, а также Ф (е, 0ь 0г) Ампер определял довольно
сложным путем, и мы, не имея возможности излаг&ть ход его рассуждений,
отсылаем интересующихся к оригинальному труду Ампера 1. Приведем
сразу окончательный результат, полученный Ампером для закона
взаимодействия двух элементов токов:
dF = Ilh ** ds* ( cos в — -|- cos 0! cos02V
Причем сила направлена по прямой, соединяющей эти элементы
токов, и может быть положительной или отрицательной в зависимости
от величины углов е, 0i и 02. В современной векторной форме и в
соответствующих единицах этот закон запишется следующим образом:
dF12 = /Лгц{-^(^Ги) {ds2r12) — A (ds± dsA ,
где dF i2 — сила, действующая на второй элемент тока.
Рис. 86. Схема к
выводу закона взаимодей-
элементов
Ампера
ствия
токов
1 См. А. М. А м п е р. Электродинамика.
1Q R Ы Г\п

274 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
Как видим, закон, установленный Ампером, отличается от
действительного закона взаимодействия двух элементов токов, носящего
в 'настоящее время название закона Ампера и выражающегося
формулой FF
dF* = -^[d8%(d81rJA)l
Причина ошибки Ампера заключалась в том, что он вопреки
своему намерению основываться только на опыте следовал гипотезе о
том, что все силы природы должны быть центральными, которая в то
время была общепризнанной.
Ошибка Ампера не была обнаружена «и им самим, ни его
современниками. Она выяснилась позже вместе с развитием
электродинамики, в частности вместе с
развитием теории
электромагнитного поля. Это
обстоятельство объясняется тем, что
формула Ампера всегда
применялась к расчету и
экспериментально проверялась для
случая взаимодействия конечных
и замкнутых проводников с
током, а в этом случае при
расчетах она дает те же
результаты, что и правильная
ссаяахяг.
Рис. 87.
шиеся
Первые электромагниты, употребляв-
Стердженом (рисунок Стерджена)
формула. Два приведенных выше выражения отличаются друг от
друга на величину, которая при интегрировании по замкнутому контуру
дает нуль. Следовательно, при расчетах силы взаимодействия
замкнутых токов эти формулы дают всегда одно и то же значение.
В 1826 г. Ампер выпустил свой основной труд под названием
«Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из
опыта». В этой книге Ампер систематически изложил свои
исследования по электродинамике и, в частности, вывод закона взаимодействия
элементов токов.
Давая такое название своей книге, Ампер как бы следует
Ньютону и, как и он, декларирует отказ от гипотез и ставит на первое место
индуктивный метод. Однако Ампер пользовался гипотезами еще более
широко, чем это имело место у Ньютона. Ампер опирался, как мы
видели, и на гипотезу, что силы взаимодействия между элементами токов
центральные, и на гипотезу о невозможности вечного двигателя; он
также высказал гипотезу о молекулярных токах и т. д.
Открытие Эрстеда послужило толчком не только к изучению
взаимодействия электрических токов, но и к целому ряду других
исследований и открытий. В 1820 г. Араго, занимавшийся изучением
электромагнитных явлений, установил, что с помощью проволочной спирали, по
которой протекает электрический ток, можно намагнитить
стальную иглу. В дальнейшем подобного рода исследования привели к
изобретению электромагнита. В 1825 г. англичанин Стерджен построил
один из самых первых электромагнитов (рис. 87). Уже к 30-м годам
были построены довольно мощные электромагниты, способные
поднимать большие грузы. Так, например, электромагнит американского
физика Генри, построенный им в 1832 г., имел подъемную силу,
равную двум тоннам 1 (рис. 88).
1 См. М. М а с 1 а г е п. The Rise of the electrical Industry during the nineteenth
Century. Princeton, 1943, p. 27.

§ 48. Открытие электромагнетизма
275
Новым в развитии учения об электричестве было открытие
термоэлектричества. В 1821 г. немецкий физик Зеебек с помощью магнитной
стрелки изучал явление контакта двух разнородных металлов,
включенных в электрическую цепь. Зеебек клал две пластинки — одну из
меди, другую из висмута — друг на друга и соединял их с медной
полосой, свернутой в виде спирали, внутри которой помещалась магнитная
стрелка.
Он обнаружил, что магнитная стрелка в некоторых случаях дает
отклонение. Причиной отклонения стрелки, как было установлено,
является разность температур в ме-
Рис. 88. Общий вид большого элек- Рис. 89. Рисунок одной из первых кон-
тромагнита Генри струкций гальванометра
действующий на магнитную стрелку. В связи с таким предположением
он и назвал открытое им явление «термомагнетизм», впоследствии оно*
получило современное название — «термоэлектричество».
Важным следствием открытия Эрстеда было начало
количественных исследований электрического тока. Уже Ампер в 1820 г. указал,,
что магнитное действие электричества можно использовать для
измерения силы тока (термин, впервые введенный Ампером). «Обычный
электрометр, — писал Ампер, — показывает, есть ли напряжение и какова
его интенсивность. Недоставало прибора, который показывал бы
наличие тока.... его энергию и направление. Такой прибор теперь существует:
достаточно расположить горизонтально, приблизительно в направлении
магнитного меридиана, вольтов столб или какой-нибудь участок провод-

276 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
ника и поместить над столбом или сверху, или снизу от проводника
прибор, схожий с буссолью и отличающийся от нее лишь своим
назначением... Я думаю, что этот прибор в отличие от обычного- электрометра
следует назвать гальванометром и им следует пользоваться при всех
опытах с электрическими токами, как принято пользоваться
электрометром при электрических машинах, чтобы видеть в каждый момент,
существует ли ток и какова его энергия» К
К идее об использовании магнитного действия тока для измерения
его силы пришел в Германии Поггендорф, который в 1821 г. построил
один из первых гальванометров. Гальванометр Поггендорфа
состоял из проволочной катушки, внутри которой помещалась
магнитная стрелка. Прибор был снабжен
шкалой, которая давала
возможность количественных отсчетов.
Еще В. В. Петров установил,
что действие гальванического
элемента зависит от проводников,
составляющих цепь, замыкающую этот
элемент, и это действие тем больше,
чем больше поперечное сечение
проводников.
После Петрова на зависимость
величины электрического тока от
проводников обратил внимание
Дэви. Он установил, что химическое
действие тока тем значительнее, чем
короче соединительные проводники
и чем больше их поперечное сечение,
а также зависит от свойств самого
материала проводника.
Начиная с 1825 г. немецкий
физик Георг Ом (1787—1854)
занялся экспериментальными
исследованиями законов цепи постоянного
тока.
г 0 Для количественной характери-
еорг м стики электрического тока Ом
воспользовался его магнитным
действием, построив для этой цепи специальный гальванометр, который
состоял из крутильных весов, на нити которых была подвешена
магнитная стрелка. Под стрелкой располагался проводник. Когда по
проводнику протекал электрический ток, то магнитная стрелка отклонялась.
Поворачивая головку крутильных весов, Ом приводил стрелку в
первоначальное положение и по углу этого поворота определял момент силы,
действующей на магнитную стрелку со стороны электрического тока.
Первоначально Ом применял для измерений в качестве источника
тока элементы Вольта, но вследствие непостоянства их э. д. с. он
заменил их термоэлементом, составленным из висмута и меди. Висмутовый
стержень ев' (рис. 90) сгибался в виде буквы П и соединялся с
медными полосами ас и а'с'. Один конец термоэлемента поддерживался при
температуре кипения воды, а другой при температуре таяния льда.
Пользуясь указанной установкой, Ом нашел, что «сила магнитного
1 А. М. А м п е р. Электродинамика, стр. 230—231.

§ 48. Открытие электромагнетизма
277
действия» тока X исследуемого проводника будет выражаться
формулой
Ь + х
где х — длина исследуемого проводника, по которому пропускается
электрический ток, а а и Ь — постоянные. Причем а зависит от
возбуждающей силы термоэлемента (erregende Kraft), a b — от особенностей
всего остального участка цепи,
включая термоэлемент.
Продолжая далее свои
исследования, Ом установил, что
если в цепь включается не
один, a m одинаковых
источников тока, то в случае, когда
сопротивление каждого из них
будет велико по сравнению с
сопротивлением остального
участка цепи, включая и
исследуемый проводник (что будет
справедливо, когда
источниками тока служат элементы
Вольта), «сила магнитного
действия тока» будет равна
mb + х
Ом определил также, как
зависит сила тока X в
проводнике от его длины и
поперечного сечения (в своих работах
Ом постепенно начал
пользоваться термином «сила тока»).
Он нашел, что
Рис. 90. Прибор Ома
X = kw — (рисунок Ома)
/
где k — коэффициент проводимости проводника (Leitungsvermogen),
w — поперечное сечение его, / — длина проводника, а а — электрическое
напряжение на его концах (Electrische Spannung).
Затем Ом исследовал распределение электрического потенциала
вдоль однородного проводника с током. Для этого он применил
электрометр, который присоединял к различным точкам проводника; одна из
точек проводника была заземлена. При этом Ом установил следующее
соотношение:
и —с = ± —а.
Здесь и—показание электрометра в какой-либо из точек
проводника, расположенной на расстоянии х от некоторой начальной точки
(эту величину Ом назвал «электроскопической силой»), / — расстояние
от начальной точки до точки, где показание электрометра равно a, a
с — показание электрометра в начальной точке, когда х = 0.
Наконец, в 1827 г. Ом дал теоретическое обоснование
обнаруженным им закономерностям. Он исходил из представления об электри-

278 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
ческом токе как о течении электрической жидкости вдоль проводника.
При этом он основывался на аналогии с теплопроводностью и в своих
теоретических построениях следовал Фурье.
Подобно теплоте, электричество передается от одного элемента
тела к другому — близлежащему, и количество передаваемого
электричества пропорционально разности «электрических сил», которыми
обладают эти два элемента, так же как передаваемое количество теплоты
пропорционально разности температур. «Я полагаю, — писал Ом, — что
величина передачи (электричества. — Б. С.) между двумя
близлежащими элементами при всех других равных обстоятельствах
пропорциональна разности электрической силы в этих элементах, подобно тому как в
учении О1 теплоте принимается, что тепловая передача между двумя
элементами тела пропорциональна разности их температур» К
Под электрической силой, о которой говорил Ом, он понимал ту
величину, которую показывает электроскоп, и назвал ее также «элек-
троскопической силой». Проводя аналогию с тепловыми явлениями, Ом
считал, что подобно тому, как температура тела пропорциональна
количеству тепла, заключенного в нем, так и «электроскопическая сила»
пропорциональна количеству электричества, заключенного в теле.
Поэтому в своей теории, решая вопрос о распределении по проводнику
«эл,ектроскопической силы», то есть фактически потенциала, Ом думал,
что он находит распределение в нем электрической жидкости. Однако
ошибочные взгляды Ома на соотношение между количеством
электричества и потенциалом не повлияли на окончательные результаты и
ему удалось теоретически вывести полученные им ранее
закономерности. По аналогии с явлением теплопроводности Ом получил также, что
для случая призматического тела, то есть для одномерного случая,
«величина электрического тока» S выражается формулой
dx
где / — коэффициент электропроводности, w — поперечное сечение
проста
водника, а и — «электроскопическая сила», так что — есть не что иное,
как градиент потенциала или напряженность электрического поля в
проводнике.
Закон, открытый Омом, далеко не сразу получил свое признание.
Еще в 30-х годах высказывались сомнения по поводу этого закона и
указывалась ограниченность его применения. Однако после ряда работ
различных физиков, применявших более совершенные методы
измерения и подтвердивших выводы Ома, закон Ома получил всеобщее
признание. Были исправлены и ошибочные взгляды Ома на «электроско-
пическую силу». В этом отношении особая заслуга принадлежит
немецкому физику Кирхгофу, который в ряде работ, относящихся к 1845—
1849 гг., устранил допущенную Омом ошибку в понимании
электрического потенциала в цепи и, воспользовавшись теорией потенциала,
разработанной в электростатике, сформулировал в общей форме закон
Ома. Кроме того, Кирхгоф установил известные правила для
электрической цепи, носящие его имя.
Новым важнейшим шагом в развитии электродинамики было
открытие Фарадеем электромагнитной индукции.
Еще в 1824 г. Араго, пытаясь с помощью магнитной стрелки
определить присутствие железа в полосе красной меди, обнаружил, что
1 G. О h m. Gesammelte Abhandlungen. Leipzig, 1892, S. 63.

§ 48. Открытие электромагнетизма
279
немагнитные вещества, будучи помещены возле подвешенной
магнитной стрелки, совершающей колебательное движение, сильно тормозят
это движение. В последующем году Араго установил, что при
вращении медной пластинки возле подвижного магнита последний
стремится вращаться в том же направлении, и наоборот, если вращать магнит,
то пластинка, в свою очередь, следует за его движением.
Араго не сумел объяснить открытое им явление, и некоторое время
оно не получало объяснения. И только в 1831 г. Фарадей, открыв
явление электромагнитной индукции, объяснил опыт Араго.
История открытия Фарадеем электромагнитной индукции
напоминает историю открытия действия электрического тока на магнитную
стрелку Эрстедом. Эрстед руководствовался идеей о связи между
электричеством и магнетизмом, а Фарадей — идеей о взаимной
превращаемости «сил природы». Поэтому вскоре после того, как Фарадей
узнал об открытии Эрстеда и Ампера, у него возникла мысль, что если
электрический ток способен вызывать магнитные действия, то и
обратно— магнетизм должен вызывать электрические явления. Уже в 1823 г.
Фарадей записал в своем дневнике эту мысль: «Обратить магнетизм в
электричество»*. В течение восьми лет он настойчиво работал над
разрешением поставленной задачи и в 1831 г. решил ее.
Впервые явления электромагнитной индукции Фарадей наблюдал
на следующем опыте: «Двести три фута медной проволоки в одном
куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести
три фута такой же.проволоки были проложены в виде спирали между
витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде
устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была
соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряженной батареей из
ста лар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными
пластинами. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но оч.ень
слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело
место при размыкании контакта с батареей. Но в дальнейшем при
прохождении гальванического тока по одной из спиралей, не
удавалось обнаружить отклонения гальванометра или иного действия на
вторую спираль, похожего на индукцию, хотя мощность батареи и
была явно велика, о чем можно было судить по нагреванию всей
присоединенной к ней спирали и по яркости разряда, если он пропускался
через древесный уголь»2.
На основе этого опыта Фарадей сделал вывод, что «ток от батареи
при пропускании его через один проводник действительно
индуцирует подобный же ток в другом проводнике, но что этот ток длится
всего один момент...»3.
Проводя дальнейшие экспериментальные исследования, Фарадей
открыл и другие случаи электромагнитной индукции, в частности
случай «образования электричества из магнетизма», когда в проволочной
катушке возникал электрический ток в результате движения в ней
магнита. #
После открытия электромагнитной индукции развитие
электродинамики еще более ускорилось. Решающее значение в этом отношении
имело то обстоятельство, что начиная с 30-х годов электромагнитные
явления, наконец, стали получать практическое применение, в
результате чего возникла новая отрасль техники — электротехника.
* Цит. по кн.: В. Jones. The life and letters of Faraday, vol. I. London, 1870,
p. 301.
2 M. Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству, т. I. Изд-во
АН СССР, М., 1947, стр. 13—14.
3 Там же, стр. 14.

280 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
§ 49. Первые шаги в практическом применении открытий в области
электричества и магнетизма; развитие техники эксперимента
Впервые достижения в области электричества и магнетизма нашли
практическое использование в связи. Нужно отметить, что сразу же
после того как был изобретен гальванический элемент и началось
изучение действий электрического тока, возникла идея об использовании
электрического тока для передачи сообщений на расстояние. Однако
только открытие магнитного действия тока сделало возможным
практически реализовать эту
идею.
Первый практически
пригодный электромагнитный
телеграф был сконструирован
русским изобретателем П. Л.
Шиллингом. Приемная часть
телеграфа Шиллинга
состояла из шести так
называемых «мультипликаторов» (рис.
91). Каждый из
мультипликаторов представлял собой
астатическую систему из двух
подвешенных на тонкой нити
магнитных стрелок, одна из
которых помещалась внутри
проволочной катушки. На нити
прикреплялся кружок, с одной
стороны окрашенный в белый,
а с другой — в черный цвет.
Кроме того, имелся
еще,седьмой мультипликатор, который
был соединен со звонком.
К приемному аппарату от
передающей станции шло
восемь проводов: шесть было
соединено с мультипликаторами,
один служил для обратного
тока и один был соединен с
вызывным мультипликатором.
При нажатии соответствующей
клавиши на передающей
станции электрический ток
поступал в катушку нужного мультипликатора и под его действием магнитная
стрелка поворачивалась, а вместе с ней поворачивался и кружок на
нити, показывая либо белую, либо черную сторону. При этом каждой
букве алфавита соответствовала определенная комбинация из верных и
белых кружков (рис. 92).
Впоследствии Шиллинг усовершенствовал свой аппарат и
ограничился одной магнитной стрелкой, разработав более сложный
передаточный код.
В 1833 г. в Германии Гауссом и Вебером был построен
электромагнитный телеграф, который, однако, был мало пригоден для
эксплуатации. В 1837 г. в Англии усовершенствованная Уитстоном
конструкция телеграфа Шиллинга стала применяться на железных дорогах.
Рис. 91. Мультипликатор, употребляемый
в телеграфе Шиллинга

§ 49. Практическое применение открытий в области электромагнетизма 28!
В 30-е годы над конструкцией телеграфа начал работать
американский физик Генри, использовавший для приемника сигналов
электромагнит, который при пропускании тока в его катушку
притягивал специальный рычажок. Используя это устройство, Генри в 1836 г.
построил телеграф, который действовал на территории Принстонского
университета *. Тот же принцип приема сигналов использовал Морзе,
который после нескольких лет работы предложил в 1837 г. свою первую
удачную конструкцию телеграфа.
В телеграфе Морзе (рис. 93) при замыкании ключа электрический
ток поступал в обмотки электромагнита, который притягивал висящий
маятник с закрепленным на конце карандашом. При этом карандаш
касался бумажной ленты, непрерывно передвигающейся с помощью
часового механизма в горизонтальном направлении перпендикулярно
плоскости качания маятника. Замыкание ключа на короткое время да-
Рис. 92. Общий вид телеграфа Шиллинга
вало изображение точки на бумажной полосе, а более длительное —
тире. С помощью комбинации точек и тире Морзе разработал
специальный телеграфный код, носящий его имя.
В 1844 г. Морзе построил первую телеграфную линию в Америке
между Вашингтоном и Балтиморой. С этого времени началась
организация телеграфных компаний, первая из которых, организованная
Морзе, «Магнитная телеграфная компания» принесла ему огромный капитал.
В Европе в 40-х годах получил широкое распространение так
называемый стрелочный телеграф, построенный в 1845 г. в России
академиком Борисом Семеновичем Якоб и (1801 — 1874) (рис. 94).
Приемный аппарат телеграфа Якоби имел циферблат с
расположенными на нем буквами и цифрами. По циферблату двигалась стрелка
в соответствии с сигналом, посланным передающей станцией.
Впоследствии Якоби построил еще более совершенный телеграф, который имел
приемный аппарат с печатным шрифтом. Это был первый буквопечат-
ный телеграф.
Идеей Якоби воспользовался немецкий изобретатель Вернер
Сименс. В 1847 г. Сименс совместно с Гальске открыл небольшое
предприятие для изготовления телеграфных аппаратов, выросшее затем
в известную немецкую электротехническую фирму Сименса и Гальске.
1 См. М. М а с 1 а г е п. The Rise of the electrical Industry during the nineteenth
Century, p. 37.

282 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
Первая половина XIX в. отмечена также начальными попытками
практического применения электричества в качестве источника
движущей силы.
В 1822 г. англичанин Барлоу, воспользовавшись открытием Фара-
деем «электрического вращения», построил прототип
электродвигателя— «звездное колесо». Прибор Барлоу (рис. 95) состоял из
звездообразного колеса, помещенного между полюсами магнита и имеющего
контакт через свои острия с ртутью. Когда через колесо пропускался
ток, оно вращалось.
Рис. 93. Устройство первого телеграфа Рис. 94. Общий вид стрелоч-
Морзе ного телеграфа Якоби
В 30-х годах был предложен целый ряд конструкций приборов, в
которых электромагнитные явления использовались для получения
непрерывного механического движения. Эти приборы, хотя и не
выходили в основном за рамки лаборатории, тем не менее их конструкторы
-стремились найти возможность их практического применения в
будущем.
Так, итальянец Сальвадоре даль Негро, построивший в 1831 г.
электромагнитную машину (рис. 96), писал, что на нее нужно смотреть
«с двух различных точек зрения: во-первых, как на прибор или
машину, которая с самого момента своего зарождения полезна в области
Физики; во-вторых, как на прибор, который сможет оказаться полезным
также и в области Механики» К
Первый практически пригодный электродвигатель был построен
Якоби и описан впервые в 1834 г., а затем более подробно в работе
1 Электродвигатель в его историческом развитии. Документы и материалы.
Мзд-во АН CGCP, М.—Л., 1936, стр. 118.

§ 49. Практическое применение открытий в области электромагнетизма 283
о
а.
к
a
2
о
о«
н
О)
ч
s
а,
о
ч
а.
а,
о
ч
а.
ч
о

284 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
1835 г. под названием «О применении электромагнетизма для
приведения в движение машин».
Электродвигатель Якоби состоял из системы железных стержней
с проволочными обмотками на неподвижной и вращающихся частях
мотора.
Устройство двигателя Якоби видно из рис. 97. Источником
питания двигателя служила батарея гальванических элементов.
Свой электродвигатель Якоби применил для приведения в
движение лодки. Первый опыт был поставлен в 1838 г., а затем в 1839 г.
на Неве в Петербурге.
Большое число изобретателей и
конструкторов работало над
проблемой построения электродвигателя.
В Америке пригодный для
практических целей электродвигатель
построил кузнец Дэвенпорт (первый
патент им был взят в 1837 г.),
использовав его для приведения в движение
станков (рис. 98). В Англии
строительством электродвигателей начиная с
1838 г. занимался Джоуль. В
Шотландии Дэвидсон в конце 30-х годов
сконструировал электродвигатель, а затем
применил его на железнодорожном
транспорте (рис. 99).
Таким образом, хотя широкое
применение электродвигателя в
практической жизни началось уже во второй
половине XIX в., тем не менее уже с 30-х
годов изобретатели работали над
конструированием и применением машин
и приборов с использованием электри-
Борис Семенович Якоби чества в качестве двигательной силы.
Одно из ранних применений
электричество нашло в гальванопластике. Гальванопластика была изобретена
Якоби. В 1837 г. он уже получал металлические отпечатки в
гальванической ванне. В 1838 г. о своем изобретении Якоби сообщил
Петербургской академии наук, а в 1839 г. в России применили гальванопластику
для печатания кредитных билетов. В дальнейшем гальванопластика
использовалась в различных областях техники.
Одновременно с развитием телеграфа, гальванопластики и
попыток применения электричества в качестве двигательной силы возникли
первые конструкции динамо-машины.
Прототип генератора электрического тока, основанный на принципе
электромагнитной индукции, был построен Фарадеем и описан им
вместе с первыми опытами по электромагнитной индукции.
Этот генератор (рис. 100) состоял из медного диска,
вращающегося между полюсами постоянного магнита. При таком вращении в диске
индуцировалась э. д. с; полюсами генератора служили ось диска и
неподвижная щетка, имеющая скользящий контакт с краем диска.
Возможность использовать электромагнитную индукцию для
получения источника электрического тока была весьма привлекательной.
Были предложены различные конструкции электромагнитных
генераторов (рис. 101 — 103). В 1842 г. англичанин Вульрич взял патент на
«магнитоэлектрическую машину» (рис. 104) с целью применить ее для галь-

§ 49. Практическое применение открытий в области электромагнетизма 285
ванопластики. В 1846 г. Якоби посвятил специальный доклад в
Академии наук вопросу о теории «магнитоэлектрической машины», имея
в виду ее практическое применение. Однако промышленное применение
динамо-машины началась уже во второй половине XIX в.
Рис. 97. Электродвигатель Якоби Рис. 98. Электромагнитная машина
Дэвенпорта
Рис. 99. Электромагнитный локомотив Дэвидсона
Несомненно, что существенную роль в последующей истории
физики электромагнитных явлений сыграл прогресс в развитии
экспериментальной техники. Развитие экспериментальной техники шло вместе с
общим развитием учения об электричестве и магнетизме, а затем
ускорилось вследствие появления электротехники. Появление электрического

286 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
телеграфа, электродвигателей и т. п. требовало конструирования более
совершенной электрической аппаратуры, различного рода приборов и
прежде всего измерительных.
Как говорилось выше, идея первого измерительного прибора —
гальванометра была высказана еще в начале второго десятилетия XIX в.>
Рис. 101. Магнитоэлектрическая маши- Рис. 103. Магнитоэлектрическая
машина Пикси на Кларка
тогда же был построен и первый вариант этого прибора. В 1825 г.
итальянец Нобили сконструировал более совершенный гальванометр
(рис. 105), применив астатическую систему, состоящую из двух
магнитных стрелок с противоположно направленными полюсами. Магнитные
стрелки были подвешены на тонкой нити так, что одна из них помета-

§ 49. Практическое применение открытий в области электромагнетизма 287
^4^ч о^>ьС1 Ss»
Рис. 104. Магнитоэлектрическая машина Вульрича
Рис. 105. Гальванометр Нобили

288 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
Рис. 106. Гальванометр Гаусса и Вебера с зеркальным отсчетом
Рис. 107. Тангенс-буссоль

§ 49. Практическое применение открытий в области электромагнетизма 289
лась внутри проволочной катушки, другая -=— снаружи. Последняя
являлась указателем, располагаясь над кругом с делениями.
Гальванометр быстро совершенствовался. Для более точных
измерений стали применять зеркальный отсчет. В частности, метод
зеркального отсчета был .применен Гауссом и Вебером в гальванометрах,
служивших приемниками в их телеграфе (рис. 106).
В 1837 г. для измерения силы тока француз Пулье предложил
прибор, получивший название тангенс-буссоли (рис. 107). Этот прибор,
имевший ряд преимуществ,
наравне с гальванометром
получил широкое применение для
электрических измерений.
В 1846 г. Вебер построил
«электродинамометр», прибор
для измерения силы тока,
состоящий из двух катушек,
соединенных последовательно,
одна из которых помещалась
внутрь другой и могла
вращаться относительно первой
(рис. 108). При протекании
тока эта внутренняя катушка
поворачивалась и по углу
поворота определялась сила тока.
Электродинамометр
применялся как для измерения силы
постоянного, так и
переменного тока.
В первой половине XIX в.
были также разработаны
методы измерения сопротивления.
Были построены в начале 40-х
годов (Уитстон, Якоби)
первые переменные реостаты с
отсчетом (в произвольных
единицах) включенного
сопротивления (рис. 109—110). Якоби
впервые предложил единицу
сопротивления, приготовив
эталон сопротивления и разослав
его целому ряду ученых.
Исследованиями по измерению
сопротивления много
занимался английский физик Уитстон.
Уитстон разработал
специальный метод для измерения
сопротивления, построив так
называемый мостик Уитстона, ставший затем основным прибором для
измерения сопротивлений.
Для усовершенствования экспериментальной техники в области
электричества важное значение имело усовершенствование
гальванических элементов. Долгое время единственным гальваническим элементом
были элементы Вольта. Они были весьма несовершенны, так как их
э. д. с. быстро уменьшалась вследствие поляризации электродов.
В 1836 г. Даниелем был построен первый «постоянный» элемент
Рис. 108. Электродинамометр Вебера
Т JT Г*

290 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
(нужно указать, что попытки усовершенствовать элементы были
стимулированы необходимостью улучшить питание для телеграфных
установок) .
В 1839 г. другую конструкцию «постоянного» элемента разработал
Гров.. Позднее были предложены конструкции элементов с более или
менее постоянной э. д. с. Распространению постоянных элементов в
Рис. 109. Переменный реостат Уитстона
Рис. ПО. Переменный реостат Якоби
значительной степени способствовало развитие количественных
исследований по электричеству и магнетизму.
В заключение нужно отметить, что хотя в первой половине XIX в.
в значительной степени усовершенствовалась техника измерений в
области электричества и магнетизма, тем не менее еще никакой
определенной системы единиц не было. Правда, уже в 30-х годах Гаусс,
занимаясь исследованием по земному магнетизму, предложил
«абсолютную систему» для магнитных величин и для физических единиц
вообще, положив в основу их единицу длины, времени и массы, однако
прошло еще некоторое время, пока были установлены общепризнанные
единицы для электрических- и магнитных величин. Произошло это уже
во второй половине XIX в.

§ 50. Дальнейшее развитие электромагнетизма
291
§ 50. Дальнейшее развитие электромагнетизма
в первой половине XIX века
После открытия электромагнитной индукции встала задача
более детального и количественного изучения этого явления. В этом
направлении первый шаг был сделан петербургским академиком Эми-
лием Христиановичем Лен-
цем (1804—1865).
Ленд занялся изучением
электромагнитной индукции с 1832 г., после
получения в Петербурге известий об
открытии Фарадея.
Начав с изучения зависимости
величины э.д.с. индукции в проволочной
катушке от ее параметров, Ленц
разработал оригинальную установку и
новый метод измерения (рис. 111). Он
брал катушки из различной проволоки
с разным количеством витков и
разными диаметрами, намотанной на
железный якорь, который соприкасался с
подковообразным магнитом или с
разноименными полюсами двух магнитов.
Когда магнит или магниты быстро
отрывались от якоря, то в исследуемой
катушке индуцировался ток, и
стрелка гальванометра, присоединенная к
концам катушки, отклонялась.
Измеряя отброс стрелки
гальванометра для различных катушек, Ленц
пришел к выводу, что величина э.д.с,
индуцируемая в катушке,
пропорциональна числу витков и не зависит от величины витка, толщины
проволоки и материала, из которого сделана катушка.
Результат, полученный Ленцем, был первым количественным
результатом в изучении явления
электромагнитной индукции. Кроме того, в эти*
исследованиях Ленц показал, что для
индукционных токов применим закон
Ома, что в то время еще не было вполне
ясным.
Исследуя явления электромагнитной
индукции, Ленц дал первое правило для
определения направления индукционного
тока. Фарадей, открыв электромагнитную
индукцию, в своих первых работах
установил несколько правил для различных
частных случаев, по которым можно
было определять направление
индукционного тока. Исследуя явления
электромагнитной индукции, Ленц установил общее
правило. В его редакции это правило
формулируется так: «Если металлический
проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то
в нем возбуждается гальванический ток такого направления, что [если
бы данный] проводник был неподвижным, то ток мог бы обусловить
Эмилий Христианович Ленц
Схема
Ленца
установки

292 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается,
что покоящийся проводник может перемещаться только в направлении
движения или в противоположном направлении» К
Ценность формулировки, данной Ленцем, заключается не только в
там, что она давала возможность довольно легко установить во всех
случаях направление индукционного тока, но и в том, что в ней
устанавливалась связь между явлением электромагнитной индукции и явлением
взаимодействия токов или токов и магнитов. Установление этой связи
имело значение для последующего развития электродинамики и явилось
одним из отправных пунктов для установления количественного закона
электромагнитной индукции.
Кроме указанных работ Ленца по электромагнетизму ему
принадлежит целый ряд других исследований, часть которых он проводил
совместно с Якоби. Эти исследования, в частности, были связаны с
разработкой теории электродвигателя и динамо-машины. В этом вопросе
Ленц имеет большие заслуги перед электротехникой.
Ленц сыграл важную роль и в другой области развития учения об
электричестве и магнетизме — в установлении связи между тепловыми
и электрическими явлениями. Во-первых, Ленц, применяя в качестве
источника тока индукционный ток и используя баллистический метод
измерения, установил зависимость проводимости металлов от
температуры.
Во-вторых, независимо от английского физика Джоуля, Ленц
решил более важный вопрос о количестве тепла, выделяемого
электрическим током.
Джоуль опубликовал свою работу раньше. Однако его измерения
не были точны. Ленц, разработав более совершенный метод измерения,
получил более точные результаты. Работы Джоуля и Ленца установили,
что количество выделяющегося тепла в проводнике
пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника.
Установление закона Джоуля—Ленца имело принципиальное значение и явилось
одной из предпосылок к установлению закона сохранения и
превращения энергии2.
Успехи в исследовании электромагнитных явлений вызвали в 40-х
годах дальнейшее развитие теории этих явлений.
После того как был установлен закон Био и Савара и развита
Ампером теория взаимодействия токов, некоторое время никаких новых
шагов в области теории электромагнитных явлений сделано не было.
Между тем в связи с открытием электромагнитной индукции возникла
необходимость дальнейших теоретических обобщений. Нужно было
дать этому явлению математическое оформление, а также связать его
с уже известными явлениями в области электромагнетизма.
Первую математическую теорию электромагнитной индукции дал
немецкий ученый Ф. Нейман в работах 1845 и 1847 гг.3.
Смысл теории Неймана в современных понятиях заключается в
следующем. Нейман вводит две основные гипотезы. Согласно первой
из них, э. д. с. индукции в элементе проводника dtt наведенная в резуль-
1 Э. X. Л е нц. -Избр. труды. Изд-во АН ССОР, М, 1950, стр. 148—149.
2 Сам Ленц не сделал из установленного им и Джоулем закона никаких общих
выводов, тогда как Джоуль впоследствии пришел к установлению закона сохранения
энергии. Причиной этого является, по-видимому, общий характер мировоззрения
Ленца. Ленц стоял на материалистических позициях, но он старался воздерживаться от
слишком общих выводов, не вытекающих непосредственно из эксперимента.
3 См. F. Neumann. Die mathematischen Gesetz der inductierten electrischen
Strome (1845). TJber eine algemeines Princip Mathematischen Theorie inductierten
electrischen Strome (1847). Ostwald's Klassiker, Leipzig, 1889.

§ 50. Дальнейшее развитие электромагнетизма
293
тате его движения относительно источника магнитного поля, будь то
магнит или контур с током, пропорциональна скорости этого
относительного движения.
По второй гипотезе эта э. д. с. пропорциональна также проекции на
направление перемещения силы Fvdl (здесь F—сила, действующая
на единице длины проводника), которая действует на него со стороны
источника магнитного поля, когда по нему протекает индукционный
ток, равный единице, взятой с обратным знаком.
Вторая гипотеза была принята Нейманом под влиянием правила
Ленца, которое, как мы видели, указывало на связь между
электромагнитной индукцией и взаимодействием токов или тока и магнита.
Таким образом, по Нейману, э. д. с. в элементе проводника dcp
может быть записана в виде равенства
dy = —kFvvdl,
где k — некоторый коэффициент.
Если выразить силу F, пользуясь законом Ампера или, для случая
тока и магнита, законом Био и Савара, то можно получить, что
количество электричества dq, протекшее через сечение проводника за
время его- бесконечно малого перемещения (Нейман называет эту
величину «дифференциальным током»), равно
dq = — — d<$>\
4 R
где а — постоянная, ^ — сопротивление проводника, в котором
индуцируется ток, а Ф — функция, зависящая от конфигурации и
взаимного расположения проводников или проводника и магнита, а также от
величины индуцирующего тока или магнитной массы.
Для случая двух линейных контуров Lx и L2 {Lx — контур, в котором
индуцируется э. д. с. индукции) Нейман нашел, что
Lx U
где h — сила тюка в контуре L2, а г — расстояние между точками двух
контуров. Тогда для контура Lu в котором индуцируется ток, получим
для «дифференциального» тока
и и
Нейман определил, что изменение функции Ф определяет работу,
производимую при изменении взаимного расположения двух контуров с
токами 1\ и h при условии, что силы токов при этом остаются
неизменными. Он нашел, что работа dA при бесконечно малом перемещении
контуров будет равна
Lx L2
В связи с этим Нейман назвал функцию Ф потенциальной
функцией токов. Эта функция, как легко видеть, есть поток напряженности
магнитного поля, пронизывающий замкнутый проводник.
Дальше указанных теоретических выводов Нейман не пошел. Он
не ввел понятие напряженности и потока напряженности магнитного
поля и не смог установить в связи с этим общего закона
электромагнитов
1 Отсюда, как легко видеть, для э. д. с. индукции получался £Инд = — о, — .
at

294 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
ной индукции. Ему помешало его общее представление об
электрических и магнитных явлениях. Он был сторонником теории дальнодействия.
Новые соображения в теории электромагнитной индукции были
высказаны немецким ученым Фехнером 1. Он объяснял электромагнитную
индукцию исходя из сил взаимодействия между движущимися зарядами.
По его представлениям, электрический ток есть одновременное
движение по проводнику положительных и отрицательных электрических
частиц в противоположных направлениях с одинаковой по абсолютной
величине скоростью. Электрические частицы взаимодействуют между
собой по закону Кулона, только если они находятся в покое. Если же
они движутся, то силы, действующие между ними, будут иными,
зависящими от их скоростей и направления движения. Это следует, по его
мнению, из закона Ампера, из которого можно определить и
зависимость таких сил от их скорости и направления движения.
Фехнер полагает, например, что если два одноименных заряда
движутся в одном направлении или их движение имеет направление
в одну точку, то они должны притягиваться. Также должны
притягиваться два разноименных заряда, если они движутся в
противоположных направлениях или по прямым, расходящимся из одной точки.
В противоположных случаях действуют силы отталкивания.
Если принять предположение Фехнера, то действительно можно
дать качественное объяснение явлению электромагнитной индукции.
Пусть, например, по проводнику I течет ток, что значит вдоль него в
противоположных направлениях движутся положительные и
отрицательные заряды. Если теперь вблизи проводника поместить
проводник II без тока, то на содержащиеся в нем в покое положительные и
отрицательные заряды начнут действовать силы со стороны
движущихся в первом проводнике зарядов. Однако равнодействующая этих
сил на каждый из зарядов будет равна нулю и никакого тока во
втором проводнике не возникнет. Иначе будет обстоять дело, если второй
проводник заставить двигаться, например приближаться к первому.
Тогда равновесие сил, действующих на его заряды, нарушится, они
придут в движение и по проводнику потечет ток, в данном случае,
как легко видеть, в противоположную сторону.
Подход Фехнера к построению теории электромагнитной'индукции
несомненно интересен; он предвосхищает последующее объяснение
этого явления с точки зрения электронной теории, исходя из сил,
действующих между движущимися электрическими зарядами.
Идеи Фехнера были развиты Вебером, который, исходя из них,
построил общую теорию электромагнитных явлений. В основу этой
теории Вебер положил предложенный им элементарный закон
взаимодействия для движущихся электрических зарядов. Вебер исходил из
предположения, что должен существовать единый закон
взаимодействия электрических зарядов, применимый как для случая их покоя, так
и для случая их движения.
Основываясь на целом ряде соображений, Вебер в 1846 г.
предложил такой закон2. Если обозначить через F силу взаимодействия
двух зарядов е и е\ а расстояние между ними через г, то, по Веберу,
эта сила равна
где а — постоянная, а сила направлена по прямой, соединяющей заряды.
i См. G. Th Fee h пег. Ann. Phys., В. 64, 1845, S. 337.
2 См. W. Weber. Electrodynamische Maassbestimmungen, Leipzig, 1846.

§ 51. Фарадей
295
Из закона Вебера действительно получается закон Ампера для
элементов токов, если принять, что электрический ток представляет
собой два противоположных потока отрицательных и положительных
электрических зарядов, как предполагал Фехнер. Веберу также удалось
показать, что из его закона вытекает и закон электромагнитной
индукции, полученный Нейманом для замкнутых проводников.
Теория Вебера объединила все известные тогда электрические и
магнитные явления и явилась вершиной развития учения об
электричестве и магнетизме, основанного на представлении о дальнодействии.
В дальнейшем эта теория начала испытывать затруднения.
Попытки как-то разрешить возникшие трудности или построить
новую теорию, основанную на принципе дальнодействия, не привели к
положительным результатам, и в развитии электродинамики возник
кризис, который смог разрешить Максвелл, отказавшийся от
представления о дальнодействии и разработавший новую теорию
электромагнитных явлений.
Однако уже в первой половине XIX в., в период, когда теория
дальнодействия не испытывала еще никаких трудностей, Фарадей
вопреки общему мнению выступил против этой теории. Он основывал
теорию электричества и магнетизма на своих оригинальных
представлениях, которые впоследствии были развиты Максвеллом.
§ 51. Фарадей
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 г. в предместье Лондона
в семье кузнеца. Тринадцати лет, получив самое начальное
образование, он был отдан в обучение книготорговцу и переплетчику, у
которого пробыл до 1812 г. Работая в книжной лавке, Фарадей
пристрастился к чтению. Особый его интерес вызвали книги по физике, химии
и философии. В своих воспоминаниях Фарадей указывал, что особенно
полезны ему были две книги: «...во-первых, «Encyclopedia Britanica», из
которой я получил первые понятия об электричестве, и во-вторых
«Разговоры о химии» г-жи Марсе, положившие начало моим познаниям в
этой науке» !. В дальнейшем Фарадей прочел множество книг и
несомненно познакомился с сочинениями виднейших современных ему
ученых, а также ученых и философов XVIII в.2.
Чтение научных и философских книг пробудило у Фарадея желание
заняться наукой. Это желание непрерывно росло и получило новый
-стимул после посещения лекций Дэви. В 1812 г. Фарадей написал
письмо Дэви, который (правда, не сразу) взял Фарадея к себе сначала
переписчиком, а затем лаборантом. В 1815 г. Фарадей получил уже
место ассистента. С 1816 г. Фарадей начинает вести самостоятельную
научную работу. Первоначально он работал в области химии, а затем,
•с 1821 г., узнав об открытии Эрстеда, главное внимание обратил на
исследования электрических и магнитных явлений.
В 1821 г. Фарадей открыл, как уже было указано выше, явление
вращения магнита вокруг тока или тока вокруг магнита и начал свои
1 Фарадей и его открытия. Воспоминания Джона Тиндаля. СПб., 1871, стр. 6.
2 3. А. Цейтлин указывает, что на Фарадея в молодости большое впечатление
оказала книга Л. Эйлера «Письма к немецкой принцессе», это повторяет и П. С.
Кудрявцев в своей книге «История физики», делая из этого заключение о
преемственности Ломоносов — Эйлер — Фарадей. Однако, к сожалению, ни 3. А. Цейтлин, ни
П. С. Кудрявцев не указывают источника, откуда следует, что на Фарадея в
молодости особое впечатление оказала книга Эйлера (см. М. Фарадей. Избранные работы
«о электричеству. ГОНТИ, М. — Л., 1939, стр. 285—286; П. С. Кудрявцев. История
физики, т. 1. Учпедгиз, М., 1956, стр. 450).

296 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
исследования, приведшие его к открытию электромагнитной индукции.
После этого последовал ряд новых блестящих экспериментальных и
теоретических работ Фарадея по электричеству и магнетизму, которые
публиковались в трудах Королевского общества «Philosophical
Transaction» в течение многих лет.
Фарадей был оригинальным ученым и мыслителем своего времени.
Оригинальны были и его взгляды на материю и движение, и метод
Фарадея 'как физика, и его взгляды на эту науку и ее задачи.
Оригинальность Фарадея, конечно, не случайна. Его жизненный путь
необычен для ученого того времени. Выйдя из простой рабочей среды, не
получив воспитания и образования в
каком-нибудь колледже, он
самостоятельно дошел до вершин тогдашней
науки. Очутившись среди книг со
множеством разнообразных и иногда
противоречивых идей, Фарадей сам
выбирал, каким идеям следовать, а какие
идеи отбросить. В этом отношении
биография Фарадея напоминает нам
биографию М. В. Ломоносова, и не
случайно, что, так же как последний,
Фарадей по своим научным взглядам
сильно отличался от своих
современников.
Как естествоиспытатель Фарадей
был материалистом. Правда, он не
был атеистом и даже состоял членом
религиозного общества, однако
отрицал какое-либо вмешательство религии
в дела науки. В своих научных работах
он руководствовался идеей о
единстве природы и всеобщей связи ее вещей
и явлений. Конкретным воплощением
Майкл Фарадей это£ идеи было его мнение о
единстве и превращаемости «сил природы».
Так, еще в 1832 г., до работ Майера, Джоуля и Гельмгольца,
установивших закон сохранения и превращения энергии, Фарадей писал:
«Рассмотрим же теперь в несколько более общем виде соотношение между
всеми этими силами. Мы не можем сказать, что одни из них являются
причиной других; мы должны полагать, что все они находятся во
взаимной между собой зависимости и имеют общую причину. Эта зависимость
сказывается в возникновении одной из других или в превращении одной
в другие» К
Фарадей держался оригинальных взглядов на природу материи и
«силы». Он полагал, что материя активна и немыслима без движения..
В этом отношении на Фарадея, возможно, оказал влияние Пристли,
который был противником взгляда на материю, как на косную
субстанцию, состоящую из абсолютно твердых и непроницаемых атомов,
разделенных пустым пространством, в котором действуют дальнодейстзу-
ющие силы.
Материя, по Пристли, активная и деятельная субстанция, она
заполняет все пространство и представляет из себя «физические» точки, явля-
1 Цит. по кн.: (В. Оствальд. Великие люди. СПб., 1910, стр. 128.

§ 51. Фарадей
297
ющиеся центрами «притяжений и отталкиваний, распространяющихся
бесконечно по всем направлениям со всеми воздействиями их друг на
друга» 1. Пристли пишет, что он «исключил свойство непроницаемости,
которое вообще считается существенным свойством всякой материи», и
защищает «существование свойств притяжения или отталкивания,
которые, по моему мнению, не являются чем-то сообщенным материи, но на
самом деле составляют то, чем она является в действительности»2.
Взгляды Фарадея на материю имели много общего с
представлениями Пристли и являлись развитием последних. Фарадей возражал
против обычного взгляда на атомистическое строение вещества,
согласно которому атомы являлись малыми тельцами, разделенными пустым
пространством с действующими в нем центральными и дальнодей-
ствующими силами, которыми эти атомы наделены. Материя, по Фа-
радею, занимает все пространство. Ее основными свойствами являются
силы притяжения и отталкивания. При этом Фарадей под силой
подразумевает характеристику активности тела или материи вообще, так
что его понятие силы скорее ближе к понятию движения, чем
собственно силы (не случайно, что Фарадей наряду с английским словом force
употреблял часто и слово power, что значит сила, способность,
мощность, энергия...).
Атомы, по Фарадею, являются центрами этих сил притяжения и
отталкивания. Они проницаемы и простираются на бесконечно большое
пространство. Излагая свой взгляд на материю, Фарадей пишет:
«...материя присутствует везде, и нет промежуточного пространства, не
занятого ею. В газах атомы касаются друг друга точно так же, как и в
твердых телах. Отсюда следует, что атомы воды касаются друг друга,
в каком бы виде, они ни находились: в виде льда, воды или пара;
пустого промежуточного пространства вовсе нет. Без сомнения,
расстояния между центрами сил меняются, но то, что является сущностью
материи одного атома, касается материи его соседей...»3.
Общие взгляды Фарадея на материю нашли конкретное выражение
в его понимании физической природы электромагнитных явлений,
основанном на представлении о поле.
В вопросах теоретико-познавательных Фарадей держался
передовых для своего времени взглядов. Будучи замечательным
экспериментатором, он большое место уделял теории, в частности научной
гипотезе.
Научная гипотеза играла важную роль в исследованиях Фарадея,
являясь руководством к дальнейшей работе. При этом Фарадей не
придавал своим гипотезам характер абсолютной законченности. Тиндаль
пишет, что Фарадей «постоянно пользуется ими, имея в виду
приобрести цель для новых опытов, и постоянно покидает их, как архитектор,
разбирающий свои леса, по окончании постройки»4.
Фарадей не пытался устанавливать полностью законченных теорий
или моделей тех или иных физических явлений. Разрабатываемые им
физические представления отличались гибкостью, способностью к
дальнейшему развитию и исправлению и не являлись чем-то законченным и
закостенелым. Таковой была и концепция Фарадея о линиях сил и т. п.
Перейдем теперь к рассмотрению исследований Фарадея в области
учения об электромагнитных явлениях.
1 Дж. /П.р истли. Избр. соч. Соцэкгиз, М., 1934, стр. Г27.
2 Там же, стр. 126.
3М. Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству, т. Н„
стр. 400—401.
4 Фарадей и его открытия. Воспоминания Джона Тиндаля, стр. 110.

298 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
Как уже было сказано, после того как Фарадей открыл явление
электромагнитного вращения, он, руководствуясь идеей о
взаимопревращаемости сил природы, стал работать над проблемой «превращения
магнетизма в электричество», в результате чего и открыл явление
электромагнитной индукции. Пытаясь осмыслить открытое им явление,
Фарадей увидел в нем то новое, специфическое, что отличало его от
уже известных электрических и магнитных явлений. Это новое
заключалось в том, что индукционный ток вызывался не расположением
материальных тел, а изменением в их расположении, то есть движение
возникало не в результате действия силы, а в результате изменения
силы. Это было ново и по существу не укладывалось в старые
представления и требовало подхода с новых позиций.
Уже в первом своем сообщении Фарадей дал оригинальную
теоретическую концепцию нового явления. Согласно этой концепции,
вокруг магнита или проводника с током существует особое электрическое
состояние материи, названное им электротоническим, возникающее и
в проводящих и в непроводящих телах. Это электрическое состояние
проявляет себя лишь в случае своего изменения, вызывая в
проводниках электрический ток. Само же по себе это состояние не
обнаруживается.
Следующая группа работ Фарадея по электричеству относится к
изучению электрохимических явлений. Эти исследования, во-первых,
привели Фарадея к установлению известных законов электролиза,
носящих название законов Фарадея, а во-вторых, имели определенное
значение в выработке им представления об электрических и
магнитных силовых линиях.
Распространенная тогда теория электролиза была основана на
представлении о действии полюсов на расстоянии на молекулы электролита.
Фарадей высказал другую точку зрения. Он считал, что каждая
молекула электролита поляризуется под действием только рядом
находящейся и электрическое действие — «сила» передается непрерывно от
одного электрода к другому через каждую молекулу.
В электролите при прохождении в нем электрического тока вдоль
линий этого тока создается определенное полярное состояние частиц
(они поляризуются). Возникает ось силы, действующей через весь
электролит, от частицы к частице непрерывно.
Дальнейшая конкретизация взглядов Фарадея на природу
электричества и магнетизма связана с 'исследованием электростатической
индукции. Проводя эти исследования, Фарадей интересовался прежде
всего влиянием среды на индукцию.
Фарадей поставил целый ряд экспериментов. Он исследовал
распределение электричества между двумя одинаковыми специально
построенными сферическими конденсаторами, пространство между
пластинками которых заполнено различными диэлектриками, и
установил их различную емкость, что показывало влияние среды на
электрические явления. Фарадей исследовал диэлектрическую постоянную
различных диэлектриков, называя ее «удельной индуктивностью». Для
определения влияния среды Фарадей проделал также следующий опыт
(рис. 112). Три одинаковые металлические пластинки подвешиваются на
одинаковых расстояниях параллельно друг другу. Средняя пластинка
заряжается, например, положительно, а крайние заземляются и
соединяются с тонкими металлическими листочками, помещенными в
банке. Очевидно, что листочки будут висеть параллельно, не
отталкиваясь и не притягиваясь. Если убрать заземление, то и тогда
положение листочков не изменяется. Но положение листочков сейчас же из-

§ 51. Фарадей 299
менится, если между какими-нибудь двумя металлическими
пластинками поместить диэлектрик.
Используя полученные экспериментальные результаты, говорящие
о зависимости индукции от среды, а также опираясь на известный
факт невозможности получить заряд только одного знака, Фарадей
построил теорию электростатической индукции. Согласно этой теории,
индукция есть особое состояние среды, окружающей заряженное тело,
такое, что в каждой точке среды образуется разделение
положительного и отрицательного электричеств. При этом поляризация в данной
точке вызывает поляризацию соседней, так что состояние поляризации
передается через среду последовательно от
точки к точке.
Индукции Фарадей придавал
первостепенное значение в электрических явлениях. При
ломощи индукции, по Фарадею, вообще
осуществляется электрическое взаимодействие
зарядов. Само появление этих зарядов
связано с индукцией, с поляризацией среды. Когда
среда поляризуется, то на границах этой среды
появляются положительные и отрицательные
заряды и обязательно в равных количествах.
Уничтожение же зарядов есть прежде всего
уничтожение поляризации среды. С этой точки
зрения зарядка лейденской банки есть процесс
поляризации частиц стекла, а разряд ее — воз- рИс. 112. Схема опыта
вращение их в неполяризованное состояние. Фарадея
«Явление индукции, — пишет Фарадей, —
обладает наибольшей общностью в электрическом действии. Оно образует
заряд во всех обычных, а вероятно и во всех вообще случаях; оно, по-
видимому, является причиной каждого возбуждения и предшествует
каждому току» 1.
Явление индукции, по Фарадею, имеет место и в диэлектриках и в
проводниках, только в последних оно непрерывно нарушается
вследствие проводимости. Это нарушение .и есть электрический ток. В
качестве поясняющего примера Фарадей рассматривает случай льда и воды.
В электролитическую ванну наливается вода, которая замораживается,
и к электродам подводится напряжение. Пока лед не тает, он
действует как диэлектрик и его частицы находятся в поляризованном
состоянии. Затем лед превращается в воду, и через ванну начинает
протекать электрический ток. Но и в этом случае частицы воды находятся
в том же поляризованном состоянии, только теперь это состояние
непрерывно нарушается и непрерывно возобновляется.
С этой точки зрения Фарадей рассматривал и различные случаи
газового разряда. При прохождении электричества через газы сначала
возникает индукция, то есть поляризация частиц. Затем при увеличении
напряжения наступает момент, когда частицы газа уже не могут
существовать в возбужденном состоянии без разрушения. Возникает ток,
являющийся непрерывным нарушением и восстановлением
поляризации этих частиц.
В теории индукции Фарадей значительно продвинулся вперед в
развитии новых взглядов на природу электричества и магнетизма, но
еще оставались неразрешенными два фундаментальных вопроса: проб-
1 М. Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству, т. I,
стр. 541.

300 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
лема индукции в случае отсутствия обычной среды, то есть в вакууме
или в эфире^, и магнитная индукция, передача магнитных сил.
Фарадей прежде всего занялся решением второго вопроса. Он
пытался выяснить, каково влияние магнита или тока на окружающую их
среду. В случае «магнитных» веществ это влияние аналогично влиянию
электрических зарядов на диэлектрик, и можно считать, что оно
заключается в поляризации частиц среды. Для случая же диамагнитных
веществ дело обстоит иначе. Никакого влияния со стороны магнитного
поля они, как казалось, не испытывают. Однако такое влияние, по
Фарадею, должно иметь место. После многих исследований Фарадей
нашел первое указание на действие магнитного поля на немагнитную
среду в открытом им в 1845 г. явлении вращения плоскости
поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). (Между прочим,
к этому открытию Фарадей пришел так же, как и к открытию
электромагнитной индукции, сознательно руководствуясь идеей о связи между
силами природы. Это обстоятельство он специально подчеркнул,
указывая, что егю убеждение о связи сил природы «распространилось на
свойства света и привело ко многим исследованиям с целью открыть
прямую связь света и электричества и их взаимодействие в телах...»1.)
Это открытие, как предположил Фарадей, говорит за то, что магнитные
силы действуют на свет не непосредственно, а через посредство среды.
Они приводят вещество, помещенное в магнитное поле, в некое
состояние, которое обнаруживается в том, что оно становится способным
вращать плоскость поляризации. Таким образом, им установлено, чта
магнитные силы действуют не только на магнитные материалы, но и
на другие немагнитные среды.
В том же году Фарадей открыл диамагнетизм. Он установил, что
«магнитное состояние» тел, состоящих из «немагнитных» веществ,
проявляется не только в способности вращения плоскости поляризации
света, но и в том, что на эти тела действуют определенного рода силы
в магнитном поле. В противоположность парамагнетикам диамагнетикн
стремятся перемещаться в сторону уменьшения его напряженности.
Таким образом, вопрос о наличии влияния среды на действие
«магнитной силы» для Фарадея был решен. Он сделал вывод, что так
же, как и электрическое действие, магнитное действие передается от
точки к точке вещества, от частицы к частице. Вспоминая свои
прежние попытки установить влияние среды на магнитные явления,
Фарадей пишет: «...теперь, когда диамагнитные тела оказываются не
индифферентными телами, я с большой уверенностью повторяю ту же мысль
и спрашиваю, не переносится ли м.агнитная сила действием сложных
или близлежащих частиц и не обусловлено ли распространение этой
силы особенным состоянием, приобретаемым диамагнитными телами,
подверженными магнитному действию?»2.
После того как Фарадей установил, что среда влияет на
передачу «магнитной силы», остался нерешенным один вопрос — вопрос об
индукции в вакууме или эфире.
В пустоте также существует электрическое влияние — индукция,
но в вакууме или в эфире нет обычных частиц, о поляризации которых
идет речь при .индукции в обычной среде. Как же передается
электрическое действие в вакууме? Справедлива ли здесь теория
дальнодействия или нет?
1 М. Фарадей. Избранные работы по электричеству. ГОНТИ, М. — Л., 1939,
стр. 224.
2 Там же, стр. 23(7—038.

§ 51. Фарадей
301
Работая над этими проблемами, Фарадей в конце концов пришел
к представлению о силовых линиях. Представлением о силовых
линиях Фарадей пользовался почти с самого начала своих исследований по
электричеству и магнетизму. Однако сначала это представление он
считал чисто вспомогательным, пользовался им лишь для наглядности
и подчеркивал, что «эти линии лишь воображаемы». Но в 1852 г.
Фарадей уже говорит о реальных силовых линиях. Он специально
посвятил этому вопросу сочинение «О физических линиях магнитной силы»
и прямо подчеркивал, что исследование касается ныне возможного и
вероятного физического существования таких линий К Силовые линии
представляют собой реальное образование в эфире и по своему
поведению подобны резиновым трубкам. Начинаются они у одного полюса,
кончаются у другого.. Густота их пропорциональна магнитной или
электрической силе. Сами заряды являются только лишь окончаниями
силовых линий.
Развивая представление о силовых линиях, как представление о
действительной структуре поля, Фарадей, однако, не решал вопроса,
что представляют эти силовые линии, оставляя его открытым для
дальнейшего исследования. «Сторонники теории эфира,— пишет
Фарадей, — могут рассматривать эти линии как токи или
распространяющиеся вибрации, или стационарные колебания, или же, наконец, как
состояния напряжения»2. Здесь мы встречаемся с указанной выше
чертой научного творчества Фарадея, заключающейся в отказе строить
законченные гипотезы или модели, не допускающие дальнейшего
развития и изменения.
Развивая концепцию силовых линий и для магнитного и для
электрического полей, Фарадей обращает внимание и на явление
электромагнитной индукции. Уже раньше, пытаясь установить закономерности
этого явления, Фарадей пользовался представлением о пересечении
силовых линий, но в то время он еще не воспринимал эти линии как
физическую реальность. Теперь же Фарадей рассматривает процесс
пересечения проводником силовых линий как реальный процесс и считает
его причиной возникновения индукционного тока. При этом он и
устанавливает закон электромагнитной индукции, определяющий
электродвижущую силу индукции количеством пересеченных линий. Он пишет:
«Будет ли двигаться проводник сквозь линии сил прямо или наклонно, в
одном или другом направлении он суммирует как итог количество всех
сил, которые пересекает»3. При этом получается, что «количество
электричества, вовлеченное в движение, прямо пропорционально
количеству пересеченных линий»4. Это положение, будучи переведено
на язык современной теоретической физики, и представляет собой
известный закон электромагнитной индукции.
Вводя понятие о силовых линиях, определяющих структуру
электромагнитного поля, Фарадей завершил первый этап в построении
электродинамики, основанной на принципе близкодействия.
Дальнейшее развитие электродинамики, основанной на этом принципе,
принадлежит уже Максвеллу.
До Максвелла идеи Фарадея оставались чуждыми для физиков
его времени. Они высоко ставили Фарадея как экспериментатора, вос-
1 См. М. Фарадей. Избранные работы по электричеству, стр. 251.
2М. Faraday. Experimental researches in electricity, vol. II. London, 1885,
p. 332.
3 Ibid., p. 346.
4 Ibid.

302 Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях
хищаясь его открытиями, но не принимали его теоретические взгляды
или, в лучшем случае, оставались безразличными к ним.
Английский физик Джордж Эйри писал, например, о взглядах.
Фарадея: «Я заявляю, что мне трудно себе представить, чтобы кто-
нибудь знающий практическое и численное совпадение данных
наблюдения с результатами вычисления, основанного на действии на
расстоянии, мог хотя бы одно мгновение колебаться между этим простым и
точным действием, с одной стороны, и чем-то столь расплывчатым и
изменчивым, как линии сил, с другой»1.
Идея о единстве природы, о связи, существующей между ее
явлениями, подвела Фарадея к гипотезе об электромагнитной природе
света. Эта гипотеза сложилась у Фарадея уже к 1832 г. Об этом
свидетельствует письмо Фарадея, найденное уже в наше время (в 1938 г.)
в архивах Английского королевского общества.
В этом письме Фарадей пишет, что «распространение магнитных,
сил от магнитного полюса похоже на колебания взволнованной водной
поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха... По
аналогии я считаю возможным применить теорию колебаний к
распространению электрической индукции»2.
Желая закрепить за собой приоритет в этом вопросе и не имея
возможности заняться проверкой гипотезы на опыте, он написал
данное письмо, которое отдал в закрытом виде на хранение Королевскому
обществу.
В работе «Мысли о лучевых вибрациях» (1846) Фарадей высказал
предположение, что свет есть колебательное движение,
распространяющееся вдоль силовых линий.
«Воззрение, которое я осмеливаюсь выставить, — пишет
Фарадей,— рассматривает излучение как мощный вид колебаний в силовых
линиях, которые, как известно, связывают вместе частицы и массы
материи... Мне кажется, что равнодействующая двух или более
силовых линий находится в состоянии, пригодном для проявления того
действия, которое, можно считать эквивалентным поперечному
колебанию...»3.
1 Цит. по кн.: «Из предыстории радио». Сборник оригинальных статей и мате-
риалов, вып. 1. Изд-во АН СССР, М. — Л., 1948, стр. 17.
2 «Электрические колебания и волны», вып. 1. Связьиздат, 1941, стр. 33.
3 М. Фарадей. Избранные работы по электричеству, стр. 220—221.

ГЛАВА 14
РАЗВИТИЕ МЕХАНИКИ И ТЕПЛОФИЗИКИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ
XIX века. УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ
И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ
§ 52. Развитие механики
В развитии механики в первой половине XIX в. наиболее важными
моментами были, во-первых, дальнейшая разработка общих
принципов механики, во-вторых, установление понятия работы и связанных с
этим понятием представлений и соотношений.
В разработке общих принципов механики лосле Лагранжа
известны работы английского математика ВильямаГамильтона (1805—
1865). Исследования Гамильтона по механике были связаны с его
трудами по оптике, относящимися к 20—30-м годам прошлого столетия.
Занимаясь оптическими исследованиями, Гамильтон разработал
новый математический метод для решения задач геометрической оптики.
Он исходил из принципа Ферма, согласно которому для истинного
в
пути светового луча между точками А и В интеграл \ nds
А
(где п — показатель преломления) должен иметь экстремальное
значение.
Этот интеграл можно рассматривать как функцию начальной
в
A(xQy у0, 20) и конечной В(ху у, z) точек, то есть Г nds = v (x0y0zQxyz).
л
Эта функция, которую Гамильтон назвал характеристической, удовлет-
ьоряет дифференциальному уравнению в частных производных,
получившему позже название уравнения эйконала:
(£)•+(#)■+(£)"-*•
Исследуя эту функцию, Гамильтон показывает, что знание ее дает
возможность определить направляющие косинусы светового луча а,
P. Г-
__ 1 dv ft __ _L dp __ 1 dv
n дх п ду п dz

304
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
или в начальной точке, полагая v функцией лг0, у о, zQ
1 dv q 1 dv 1 dv
л ал-0 л dt/0 n dzQ
и что Bice проблемы геометрической оптики могут быть сведены к
изучению этой единственной функции, определение которой дает
возможность решить все ее задачи.
Математический аппарат для решения задач геометрической оптики,
основанный на применении характеристической функции, может быть
интерпретирован, как показал Гамильтон, и на языке волновой теории.
Именно с точки зрения этой теории условие v = const, если
рассматривать v как функцию х, у> г, является условием, определяющим
семейство поверхностей волнового фронта или -семейство поверхностей
равной фазы. Далее, частные производные этой функции по х, уу z,
поделенные на с, дают компоненты «нормальной медленности», то есть
обратной величины скорости распространения волнового фронта.
Если функция v рассматривается как функция конечных х, у, z и
начальных координат х0у у0, z0, то тем самым определяется переход
от одной волновой поверхности к другой. Этот переход является
аналитическим выражением построений волновых поверхностей Гюйгенсом.
Метод исследования, приме^цный для лучевой оптики, Гамильтон
распространил на механику и разработал новые общие принципы
аналитической механики. Не рассматривая всего хода рассуждений
Гамильтона, укажем лщпъ основные его результаты, вошедшие в науку и
отшлифованные ее дальнейшим развитием.
Гамильтон рассматривал динамику- системы материальных точек,
между которыми действуют центральные силы. В этом случае, как
показывает он, задача динамики, подобно задаче лучевой оптики, сводится
к отысканию и исследованию некоторой функции S, определяемой
следующим образом:
U
S=^(T — U)dt.
Здесь Т — кинетическая энергия системы (живая сила, по
терминологии Гамильтона), U — ее потенциальная энергия (Гамильтон
пользовался силовой функцией, равной —U). Функция 5, названная
Гамильтоном «главной», является функцией начальных и конечных координат
и времени. С ее помощью можно прежде всего получить уравнения
движения Лагранжа. Для этого следует потребовать, чтобы интеграл,
определяющий функцию S, имел экстремальное значение при условии
постоянства начальных и конечных координат и времени, то есть чтобы
и
b\(T — U)dt = 0.
и
Тогда обычным образом получаются дифференциальные уравнения
движения, выведенные впервые Лагранжем. Это и есть известный
вариационный принцип механики, называемый часто принципом
стационарного действия, в отличие от принципа наименьшего действия,
установленного ранее.
Функция S напоминает характеристическую функцию v, введенную
Гамильтоном в оптике. Так же как vt эта функция, рассматриваемая как
функция начальных (xi0> yi0> 2i0 ) и конечных (xt, yi9 zt ) значений
координат системы материальных точек, удовлетворяет двум диффе-

§ 52. Развитие механики
305
ренциальным уравнениям в частных производных, являющимся
известным аналогом уравнения эйконала в оптике1:
f+?i{(t),+(f),+(t),}-tf-
dt ^J 2пц \\ dxj ^ \ dyl0 J ^ \ dzi0 ) J °'
Из этих уравнений получается решение механической проблемы, так как
частные производные этой функции по xiy xi0i yit yi0, zt, ziQ дают
необходимое число интегралов движения.
В последующем было показано, что для решения механической
проблемы достаточно одного уравнения, которое обычно пишется
теперь в виде:
dt [ dq ' V
и носит название уравнения Гамильтона — Остроградского — Якоби.
Гамильтон также показал, что решение механической проблемы
системы п материальных точек, между которыми действуют
консервативные силы, может быть сведено к интегрированию 6/?
дифференциальных уравнений первого порядка, получивших название уравнений
Гамильтона, которые, как известно, имеют вид:
дН • дН
dpt dq
где Н — общая энергия всей системы, выраженная как функция
обобщенных координат и импульсов и называемая в настоящее время
гамильтонианом.
Аналитический аппарат механики, открытый Гамильтоном, получил
дальнейшее развитие и обобщен в трудах немецкого математика
Карла Я ко б и (1804—1851), а также в работах русского математика и
механика Михаила Васильевича Остроградского (1801 —
1861).
При этом ряд положений, полученных Гамильтоном для частного
случая системы материальных точек, находящихся под действием
центральных сил, был получен Остроградским независимо от последнего^
причем для более общих случаев.
Более подробно о развитии аналитического аппарата механики мы
не имеем возможности говорить и это не входит в нашу задачу.
Остановимся теперь на втором моменте в развитии механики
рассматриваемого периода — на установлении понятия работы.
1 Первоначально Гамильтон употреблял вместо функции S функцию S*, которая
определялась как S* = \ Т dt и которая удовлетворяет уравнениям:
— V — If— У (dS* V 4- (ds* Y\ = т
i
В данном случае аналогия с оптикой будет еще более полной.

306
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
Понятие «работа» развивалось в рамках прикладной механики.
Возникновение его было вызвано необходимостью найти способ оценки
и подсчета работоспособности машин. Уже в XVIII в. для оценки
работоспособности водоподъемных машин начинают принимать количество
воды, поднимаемой на определенную высоту за определенный промежу-.
ток времени.
Так, Сэвери, характеризуя изобретенную им машину, прибегает к
такого рода оценке, сравнивая при этом работоспособность машины с
работоспособностью лошади. Сэвери пишет: «Вода при своем падении
с некоторой определенной высоты имеет силу, как раз равную той,
которая нужна, чтобы ее поднять. Таким образом, если машина будет
поднимать столько воды, сколько поднимают две лошади, работающие
одновременно, для чего нужно постоянно держать десять или двадцать
лошадей, то я говорю, что такая машина выполняет работу или труд
десяти или двадцати лошадей» К
В довольно распространенном в России руководстве по горному
делу Шлаттера, вышедшем в 1760 г., используется понятие мощности
для характеристики водоподъемных' машин. Описав водоподъемную
паровую машину конструкции Ньюкомена, Шлаттер пишет: «Когда
оная машина исправно учреждена, то каждый час вышиною на сорок
шесть сажень пятьсот восемьдесят ведер воды поднимает»2.
Постепенно описанный метод оценки мощности машин начинает
употребляться и в теоретических курсах, посвященных механике. Так,
например, в курсе механики, составленном русским ученым С. Котель-
киковым (1774), говорится: «Действие махины, или действующая
посредством ея силы, равно тягости умноженной на перейденный ею
путь.
Действие махины состоит в произведенном количестве движения
в тягости во время данное. А оное количество движения равно тягости
помноженной на путь ею перейденный. Следовательно и действие силы
равно тягости, помноженной на перейденный ею путь»3.
В 1783 г. французский инженер, математик и общественный
деятель Л. Карно выпустил сочинение «Опыт о машинах вообще»,
переизданное в 1786 г., в котором он ввел понятие работы под названием
«moment d'activite». Вводя это понятие, Карно писал: «Если сила Р
движется со скоростью иу и угол, образованный и и Р, будет g, то величина
Pcosludiy где dt— элемент времени, будет названа моментом
деятельности (moment d'activite), произведенным силой Р в течение
времени dt» 4.
В последующем своем сочинении «Основные принципы равновесия
и движения» (1803) Карно уточнил определение'работы: «Я буду
называть произведенным моментом деятельности мертвой силы, — писал
он, — произведение этой силы на путь, который описала точка ее
приложения в направлении действия силы, то есть произведение этой силы
на путь, описываемый точкой приложения силы и на cosinus угла
проекции или угла, образованного направлением данной силы и
направлением скорости»5.
1 С. Matschoss. Die Entwicklung der Dampfmaschine. Berlin, 1908, S. 296.
2 И. Шлаттер. Обстоятельное наставление рудному делу, 1760, стр. 168.
3 С. Котельников. Книга, содержащая в себе учение о равновесии и
движении тел. СПб., 1774, стр. 10—11.
4 Цит. по изд.: L. С а г п о t. Essai sur les Machines en general, jiouvelle edition,
a Digeon, 1786, p. 65.
5 L. С a r n о t. Principes fondamentaux de requilibre et du mouvement. Paris,
1803, pp. 38—39.

§ 52. Развитие механики
307
Карно показал, что введенная им величина связана с живой
силой так, что изменение живой силы тела равно, говоря современным
языком, совершённой работе. В связи с этим Карно считал, что в
случае силы тяжести величина phy где р— вес, a h — высота поднятия,
выражает скрытую живую силу.
Карно придавал большое значение введенной им величине в
теории машин. Машины он рассматривал как систему тел, в которой
осуществляется передача движения от одного тела к другому; при этом
экономичность машин заключается в том, чтобы при такой передаче
работа не терялась, то есть чтобы работа, совершаемая приложенной к
машине силой, была равна той работе, которую машина совершает,
или, что то же самое, в частях машины при передаче движения не было
бы потери в живой силе. Карно писал, что «величина, которую я назвал
moment d'aclivite, играет большую роль в теории движущихся машин:
это та величина, которую максимально берегут, чтобы извлечь из
действующей силы весь эффект, на который она способна» [.
В своих работах Карно исследовал вопрос о потере энергии при ее
передаче в машинах; он установил, что такая потеря происходит
в результате трения или удара. Для последнего случая Карно
доказал специальную теорему о потере живой силы при неупругом
ударе, известную под именем теоремы Карно. На основании этой
теоремы .Карно пришел к выводу, что в машинах нужно избегать таких
конструкций, при которых изменение скорости происходит скачком.
Араго в своих «Биографиях» писал, что «Карно нашел математическое
выражение потери живой силы. Теорема Карно необходима для
вычисления действия машин, необходима для инженеров, желающих
избежать грубых ошибок» и что поэтому «обнаруживается великая
польза теоремы Карно в искусстве и промышленности»2.
В первые десятилетия XIX в. опять-таки в рамках прикладной
механики понятие работы получает свое дальнейшее развитие и
обобщение. В это время появляется и сам термин «работа». Известное
обобщение вопроса сделал французский инженер Корколис в «Трактате по
механике», вышедшем в 1829 г. В предисловии Кориолислисал: «Я
употребил в этом сочинении некоторые новые термины: я обозначил словом
работа (travail) количество, которое называют обычно механической
мощностью, количеством действия и динамическим эффектом. Это слова
работа так естественно в том смысле, который я ему придаю, что, хотя
оно и не было предложено как технический термин, тем не менее оно
применялось М. Навье в его замечаниях к Белидору и Прони в era
Мемуарах»3.
Введя термин «работа», Кориолис сформулировал также теорему
живых сил почти в том виде, как это затем стало принято в
теоретической механике (см., например, Н. Е. Жуковский. Теоретическая
механика), и одновременно вопреки уже установленной традиции стал
1 L. С а г п о t. Principes fondamentaux de l'eguilibre et du mouvement, p. 257.
2 Д. Араго. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров, т. К
СПб., 1859, стр. 431—433.
3 Цит. по изд.: G. С о г i о 1 i s. Traite de la Mechanique des Corps solides et
du Calcul de l'Effet des Machines. Paris, 1844, p. IX. Кориолис называет не все
случаи, когда до него применялся термин «работа». Так, например, такой термин
применял Юнг. В своих «лекциях», изданных впервые в 1808 г., он писал: «Почти
во всех случаях применения сил в практической механике работа (labour),
расходуемая для произведения движения, пропорциональна не моменту, но энергии,
которая получена». Цит. по изд.: Т. Young. A Course of Lectures on Natural
Philosophy and the Mechanical Arts by Tomas Young, a new edition. London and Edin-
bourg, 1845, p. 60. При этом энергией Юнг называет живую силу, введя, таким
образом, не только термин «работа», но и термин «энергия».
20V» Б. И. Спасский

308
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
называть живой силой не произведение массы на квадрат скорости, а
половину этого произведения. Для случая материальной точки теорема
живых сил у Кориолиса формулируется следующим образом 1: «В
течение движения разность между работой двигателя и работой
сопротивления, совершаемых силами, приложенными к материальной точке,
равна приращению живой силы за этот промежуток времени»2.
Хотя уже к 30-м годам прошлого столетия в рамках прикладной
механики сложилось понятие работы и была дана новая формулировка
принципа или теоремы живых сил, тем не менее ученые, занимавшиеся
исследованием по теоретической механике, мало интересовались этим
обстоятельством. Однако понятие работы постепенно начинает
фигурировать и в сочинениях по теоретической механике.
Как пример можно привести лекции математика К. Якоби по тео-
ретической механике, прочитанные, им в 1842—1843 гг. В этих лекциях
Якоби, хотя и мельком, но все же упоминает о понятии «работа» и о
соответствующей формулировке теоремы живых сил, относя эту
теорему к машиноведению. «Происхождение выражения «живая сила»
объясняется тем значением, которое этот принцип (принцип сохранения
живых сил. — Б. С.) имеет в машиноведении, основой которого он стал
со времени Карно, — говорит Якоби. — В этой дисциплине установлено,
что половина живой силы, т. е.—Ът1 v?, равна работе машины или, как
выражаются в этих практических вещах,—2/я4. vt2 есть то, что
оплачивается в машине. Дело обстоит так. В машиноведении принимают как
принцип, поскольку не берется в расчет трение, что работа требуется
только для передвижения массы в направлении действующей на нее
силы (притом в сторону, обратную ее действию), в то время как
движение в направлении, перпендикулярном этому, происходит без работы.
Далее предполагают, что работа машины измеряется произведением
движущей силы на путь, который пройден приводимой ею в движение
массой»3.
Развитие понятия «работа» и связанных с ним закономерностей
сыграло самую непосредственную роль в процессе подготовки и
установления закона сохранения энергии. Уточнилась связь между работой
и живой силой, то есть кинетической энергией, уточнился смысл
закона или принципа сохранения живых сил, исследовался вопрос о работе
силы трения и т. л. Наконец, чрезвычайно важным было то
обстоятельство, что вместе с развитием понятия работы и применения его для
прикладной механики получал более определенный фундамент принцип
невозможности создания вечного двигателя, невозможности построения
такой машины, которая могла бы совершать работу сама по себе без
использования какого-либо источника энергии.
§ 53. Развитие теплофизики
Ранее мы уже частично рассматривали развитие учения о теплоте
в первой половине XIX в. Сейчас мы остановимся лишь на
исследованиях превращения теплоты в механическую работу и превращения
работы в теплоту.
1 Этот закон Кориолис предлагает назвать не «уравнением живых сил», а
«уравнением передачи работы».
2 G. Coriolis. Traite de la Mechanique des Corps solides et du Calcul de l'Ef-
fet des Machines, p. 38.
3 К. Я к о б и. Лекции по динамике. Л. — М., 1936, стр.*20.

§ 53. Развитие теплофизики
309
Основным трудом в этом направлении было посвященное теории
тепловых машин сочинение французского инженера Сади Карно
(1796—1832) «Размышление о движущей силе огня» (1824). Карно
поставил задачу исследовать работоспособность тепловых машин.
Он видел, что паровые машины получают все большее и большее
распространение, и считал, что, «по-видимому, им суждено сделать
большой переворот в цивилизованном мире» К Поэтому необходима
развитие теории этих машин.
Первый вопрос, который должна решить такая теория,
заключается в том, «ограничена или бесконечна движущая сила тепла,
существует ли определенная граница для
возможных улучшений, граница, которую
природа вещей мешает перешагнуть
каким бы то ни было способом, — или,
напротив, возможны безграничные
улучшения? Также долгое время искали и ищут
теперь, не существует ли агентов,
предпочтительных водяному пару, для
развития движущей силы огня; не
представляет ли, например, атмосферный воздух в
этом отношении больших преимуществ» 2.
Анализируя работу тепловой
машины, Карно исходит из того, что для ее
работы необходимо наличие разности
температур и затем их выравнивание.
Подчеркивая это обстоятельство, Карно,
признававший теорию теплорода, видит
в нем аналогию с работой водяных
машин. Как вода, падая с большей высоты
на меньшую, совершает работу, так и
теплород, переходя от тела с более
высокой температурой к телу с более
низкой температурой, может совершать
работу. Он отмечает: «Возникновение
движущей силы обязано в паровых ма- Сади Карно
шинах не действительной трате
теплорода, а его переходу от горячего тела к холодному, т. е.
восстановлению его равновесия...»3.
От чего же зависит количество работы, получаемой при передаче
теплорода от теплого тела холодному? Прежде всего это количество не
определяется точно разностью температур. Более того, работа может
быть совсем не произведена, хотя процесс передачи теплорода и
происходит. Это, например, имеет место, если теплород перетекает от одного
тела к другому непосредственно при тепловом контакте. В этом случае
происходит бесполезное восстановление теплового равновесия.
Для того чтобы производилась работа, должно существовать
рабочее вещество, которое отбирает теплоту у нагревателя при более высокой
температуре*—лучше всего при температуре нагревателя — и отдает
теплоту холодильнику при температуре более низкой — опять-таки
лучше всего при температуре холодильника. Этого можно достигнуть, если
1 С. Карно. Размышление о движущей силе огня и о машинах, способных
развивать эту силу. В кн.: «Второе начало термодинамики». Гостехизда-т, М. — Л.,
1934, стр. 17.
2 Там же, стр. 19.
3 Там же, стр. 20.
20*

310
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
в качестве рабочего тела взять газ, который забирает и отдает теплоту,
совершая изотермический процесс.
Изменение температуры самого рабочего вещества происходит з
результате изменения его объема адиабатически. В этом случае,
говорит Карно, мы получаем максимально возможную работу. Во всех же
других случаях при несоблюдении этого условия получается меньшая
работа и даже она может быть, как сказано выше, совсем не
произведена.
Выяснив это важное положение, Карно доказывает теорему для
такой идеальной машины: «Движущая сила тепла не зависит от
агентов, взятых для ее развития-, ее количество исключительно
определяется температурами тел, между которыми, в конечном счете,
производится перенос теплорода» К
Для доказательства этой теоремы Карно употребляет известный
метод, ставший классическим. Он рассмативает две тепловые
обратимые идеальные машины с различным рабочим веществом, работающие
по циклу, получившему название цикла Карно. При работе этих
машин одна из «их осуществляет передачу теплоты от нагревателя Л
к холодильнику В, совершая при этом работу а\. Вторая, наоборот,
Еозвращает телу А взятую у него теплоту в том же количестве; при
этом требуется, чтобы совершалась работа а2.
Карно доказывает, что работа а2 должна быть равна а\. Это
доказательство основывается на принципе сохранения теплорода и прин-'
ципе невозможности вечного двигателя.
Теплота, возвращенная нагревателю А, и теплота, взятая у
холодильника В за один цикл, должны быть равны. Следовательно, в
результате этого цикла нагреватель А и холодильник В, а также
рабочее тело возвратились в первоначальное положение. Но если при этом
0\ > а2, тогда вся система совершила в итоге положительную работу,
хотя в ней и в окружающей среде не произошло никаких изменений.
А такая система есть не что иное, как вечный двигатель, что
невозможно. Таким образом, предположение ах > а2 неправильно. Таким же
образом, рассмотрев работу всей системы в обратном направлении,
можно прийти к выводу, что предположение а2>ах неверно.
Следовательно, а\ = а2у что и доказывает сформулированную выше теорему.
После того как доказано, что «движущая сила теплоты» зависит
только от температур нагревателя и холодильника, нужно найти
выражение для этой зависимости. Или, говоря другими словами,
определить коэффициент полезного действия идеальной машины Карно как
функцию этих температур.
Карно не решил этой задачи, но он нашел, что «движущая сила
теплоты» при падении единицы теплорода с температуры t до 0° будет
пропорциональна /, то есть что коэффициент полезного действия в
данном случае равен
1\ = t-C,
где с—неизвестная функция температур нагревателя и холодильника.
Эта функция, равная, как выяснилось позже, просто — (где Т —
абсолютная температура нагревателя), некоторое время называлась
функцией Карно.
Таковы основные результаты, полученные Карно в исследовании
теории тепловых машин. Как мы видим, несмотря на неверное пред-
1 «Второе начало термодинамики», стр. 30.

§ 53. Развитие теплофизики
311
ставление о природе теплоты и самом процессе работы тепловой
машины, основываясь на одном ложном (закон сохранения теплорода), а
па другом применяемом неправильно (невозможность вечного
двигателя 1*-го рода) принципе, он получил правильный и важный вывод.
В этом отношении случай с Карно является одним из интересных
примеров, когда, опираясь на неверные положения, получают правильные
результаты.
Работа Карно первое время не обращала на себя должного
внимания. Только в 1834 г. вышло сочинение французского инженера
Клапейрона1 под названием «Мемуар о движущей силе теплоты».
В этом сочинении впервые после Карно обсуждались результаты,
полученные последним, и были сделаны некоторые новые шаги в
развитии термодинамики.
Клапейрон ставил своей задачей перевести рассуждения Карно на
•строгий математический язык. Он писал: «Карно избежал
употребления математического языка формул и пришел к своим результатам
посредством ряда тонких, но трудно понимаемых заключений,
которые можно получить без труда из общих законов, что я и буду
устанавливать»2.
Как и Карно, Клапейрон в основу своих рассуждений положил
рассмотрение и анализ круговых процессов. При этом он впервые
употребил графическое изображение обратимых круговых процессов и
вычислял получаемую при таких- процессах работу, как
соответствующую площадь на графике. Графический метод Клапейрона нашел в
последующем широкое применение в термодинамических
исследованиях и оказался чрезвычайно полезным при различного рода расчетах
и теоретических построениях.
Клапейрон рассмотрел цикл Карно, когда разность температур
между нагревателем и холодильником dt бесконечно мала, и
установил, что отношение полученной работы dA к взятому от нагревателя
количеству теплоты Q равно
где с— функция Карно. Эта функция, по мнению Клапейрона, имеет
большое значение, так как она не зависит от природы рабочего тела,
я. только от температуры.
Кроме обычного цикла Карно с газом Клапейрон рассмотрел цикл,
в котором работающим веществом является система из жидкости и
насыщенного пара. Исследуя в данном случае соотношение между
полученной работой и использованной теплотой, Клапейрон вывел
уравнение
dt с
-изменение удельного объ-
производная, выражающая
температурой, с — функция
1 Клапейрон некоторое время (1820—1830 гг.) работал в Петербурге в
институте инженеров путей сообщения, был членом-корреспонденгом Петербургской
академии наук.
2Е. Clapeyron. Abhandlung uber die bewegende Kraft der Warme. Ost-
wald's Klassiker. Leipzig, 1926, S. 2.
где А, — удельная теплота испарения, Av —
dp
ема при превращении воды в пар, —- —
dt
изменение давления насыщенного пара с
Карно.

312
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
Впоследствии это уравнение с учетом, что с= —, было получено
Клаузиусом, который пользовался при его выводе вторым законом
термодинамики; оно известно под названием уравнения Клапейрона —
Клаузиуса.
В своих работах Клапейрон впервые применил запись
объединенного закона Бойля—Мариотта и Гей-Люссака в виде
pV = R (267+ ty,
где R — постоянная для данной массы газа. Впоследствии Д. И.
Менделеев обобщил это выражение, учтя закон Авогадро—Ампера—Же-
papa, и получил уравнение в более общем виде:
pV= — RT,
где m — масса газа, ji— его молекулярный вес, a R — универсальная
газовая постоянная. В настоящее время это уравнение называется
уравнением Клапейрона—Менделеева.
Клапейрон продолжал держаться теории теплорода и считал, что
работа тепловых машин происходит за счет перехода теплорода от
тела € более высокой температурой к телу с более низкой
температурой. Такой взгляд привел Клапейрона к необходимости признать,
что «живая сила» в природе непрерывно теряется. Действительно, для
того чтобы создать разность температур, необходимо затратить
определенную работу, тогда как эта разность температур может исчезнуть
без произведения какой-либо работы, например при непосредственном
теплообмене между телами. «Каждый раз когда два тела разной
температуры приходят в соприкосновение и теплота перетекает
непосредственно от одного к другому, имеет место потеря живых сил»2, —
писал Клапейрон.
Неправильное представление Клапейрона о природе теплоты и о
процессах, происходящих в тепловой машине, не позволило ему уйти
сколько-нибудь далеко вперед по сравнению с Карно. Как и Карно,
Клапейрон не смог до конца разрешить поставленный вопрос и
определить коэффициент полезного действия тепловых машин. Функция с,
определяющая этот коэффициент, оставалась неизвестной. Для того
чтобы определить эту функцию, нужно было изменить взгляд на
природу теплоты и на процесс совершения теплотой работы.
Следует, однако, отметить, что в конце своей жизни Карно
переменил взгляд на природу тепла, признал кинетическую теорию
теплоты и пришел к мысли о сохранении и превращении энергии в природе.
В опубликованных после смерти Карно записках указывается: «Тепло
не что иное, как движущая сила или, вернее, движение, изменившее
свой вид; это движение частиц тел; повсюду, где происходит
уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве,
точно пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы.
Обратно: всегда при исчезновении тепла возникает движущая сила.
Таким 'образом, можно высказать общее положение: движущая
сила существует в природе в неизмененном количестве; она,
собственно говоря, никогда не создается, никогда не уничтожается; в действи-
1
1 Клапейрон принимал коэффициент расширения газов равным —■.
2 Е. Clapeyron. Abhandlungen uber die bewegende Kraft der Warme, S. 3.

§ 53. Развитие теплофизики
313
тельности она меняет форму, т. е. вызывает то один род движения, то
другой, но никогда не исчезает» 1.
Далее Карно не только пришел к общей идее о сохранении и
превращении «сил» и о теплоте как движении, но и определил впервые
механический эквивалент тепла. В тех же записках сказано: «По
некоторым представлениям, которые у меня 'сложились относительно
теории тепла, создание единицы движущей силы требует затраты
2,70 единиц тепла» 2. Если единицы, которые Карно употреблял в
своей первой работе, перевести в современные, то механический эквивалент
теплоты, по его подсчетам, равен примерно 370 кГм на 1 большую
калорию, что не так уж сильно отличается от действительности.
Рассматривая исследования, посвященные изучению процессов
превращения теплоты в механическую работу и обратно, следует
указать, что они не ограничиваются только исследованием
работоспособности тепловых машин. Например, Румфорд еще в конце XVIII
столетия заметил, что при сверлении металла выделяется большое
количество теплоты. Чтобы исследовать это явление, он проделал опыт,
-заключавшийся в рассверливании тупым сверлом круглого канала,
проделанного в металлической болванке, помещенной в сосуд с водой.
Опыт показал, что в результате сверления воду можно нагреть до
кипения и затем непрерывно обращать ее в пар, так что в установке
-можно получать неограниченное количество теплоты. Из этого опыта
Румфорд сделал вывод, что теория теплового вещества является
неверной и что теплота есть движение.
Подобными этим были опыты Дэви (1799). Он посредством трения
-получал значительное количество теплоты, простым трением он
расплавил два кусочка льда, плавил воск, используя исключительно теплоту,
образовавшуюся в результате трения, и т. п. Дэви, так же как и
Румфорд, пришел к мысли, что полученные им результаты
несовместимы с вещественной теорией теплоты. Взгляда на теплоту как на
движение* придерживались и другие ученые первой половины XIX в., как мы
уже указывали выше, — Ампер, Юнг и др. Позднее, как мы видели,
Карно также пришел к этому мнению. Однако господствующее
положение занимала вещественная теория теплоты. И так продолжалось
вплоть до установления закона сохранения и превращения энергии.
Рассматривая термодинамические исследования в середине XIX в.,
следует упомянуть также о термохимических работах русского
академика Гесса. Занимаясь исследованием тепловых эффектов различных
реакций, Гессв 1840 г. опубликовал следующий закон, носящий его имя:
«При соединении (химическом —Б. С.) развиваемое количество
теплоты постоянно и не зависит от того, происходит ли это соединение прямо
или не прямо, или повторяется несколько раз»3.
Однако Гесс, признавая существование «теплового вещества», не
-проанализировал установленный им закон и не раскрыл его как
проявление закона сохранения и превращения энергии. Такой анализ был
произведен позже. Нужно отметить, что закон, установленный Гессом,
не противоречил теплородной теории; наоборот, он мог казаться в свое
время ее подтверждением. С точки зрения этой теории при химических
реакциях наряду с 'неразрушимостью материи-вещества должно было
иметь место сохранение теплорода, что и подтверждал, казалось, закон
1 «Второе начало термодинамики», стр. 62—63.
2 Там же, стр. 63.
3 G. H. Hess. Thermochemische Untersuchungen. Oswald's Klassiker, Leipzig,
1890, S. 11.

314
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
Гесса. Таким образом, закон Гесса с этой точки зрения мог быть
воспринят не как выражение закона сохранения и превращения энергии,,
а как закон сохранения и превращения вещества, включая и тепловое.
§ 54. История установления закона сохранения и превращения энергии
Как мы видели выше, в течение всей первой половины XIX в. в
различных областях физики все большее и большее значение
приобретали исследования превращений различных «сил» природы друг в
друга: превращение механического движения в теплоту и электричество;
превращение электричества в магнетизм, в теплоту и в механическое
движение; превращение теплоты в механическое движение и т. д.
Одновременно в рамках прикладной механики, а затем и в теоретической
механике, а также и в термодинамике возникло и развивалось
понятие работы, которое получило применение в теории тепловых машин,
исследовавшей процесс превращения теплоты в механическую работу.
Одновременно среди некоторых физиков развивалась и общая идея
единства «сил природы» и их неуничтожимости, их превращаемости
друг в друга. Эта идея получала все большее и большее конкретное
выражение в непрерывно добываемом новом фактическом материале.
Одна из первых попыток систематического обобщения такого
материала принадлежит английскому физику Грову, который, так же как и
другие, пришел к мысли о взаимопревращении и неуничтожимости
«физических сил».
В 1842 г. Гров 1 прочел курс лекций о взаимном отношении
различных физических сил, а затем опубликовал эти лекции. Гров писал, что
«под словом сила, которое различными учеными принимается в
различных значениях, мы можем в определенном смысле понимать то, что
производит движение, или, что противодействует движению»2.
Физическими силами, но Грову, являются движение, теплота, свет,
электричество, магнетизм, химическое сродство. Они представляют собой
определенное состояние материи. Эти силы «находятся во взаимной
зависимости; ни одно из этих свойств, будучи взято в отвлеченном смысле,
не может быть названо существенною или непосредственною причиною
других; но каждое из них, будучи рассматриваемо как сила, может
быть в свою очередь причиною других; таким образом теплота
посредственно или непосредственно может произвести электричество;
электричество же может произвести теплоту и т. д.»3. «Но одно из самых
основных начал, — писал Гров, — которые я намерен изложить в этом
обзоре моих лекций, состоит именно в том, что сила не может быть
уничтожена, но что она только подразделяется, — изменяется в своем
направлении и в своем характере»4.
Однако Гров, рассмотрев и проанализировав многочисленные
случаи превращения различных форм энергии друг в друга, не сумел
установить наличие количественных соотношений между различными видами
энергии. Нужен был последний и решающий шаг, чтобы общая идея о
сохранении и взаимопревращаемости «физических сил» оформилась как
естественнонаучный закон — нужно было установить наличие таких
количественных соотношений.
1 'См. русский перевод первого издания лекций Грова, сделанный профессором
Московского университета М. Ф. Спасским. «Москвитянин», 1848, ч. 4, № 8,.
стр. 96—113; ч. 5, № 9, стр. '28—45; ч. 6, № 11, стр. 11—24.
2 «Москвитянин», 1848, ч. 4, N° 8, стр. 105.
3 Там же.
4 Там же, стр. 106.

§ 54. История установления закона сохранения энергии
315
Этот последий шаг был сделан в 40-х годах прошлого столетия.
Наиболее важную роль сыграли здесь исследования немецких, ученых
Майера и Гельмгольца, а также английского физика Джоуля.
Немецкий врач и физиолог Роберт Майер (1814—1878),
занимаясь медициной и физиологией, пришел к общей идее о
неразрушимости «сил природы» и о способности их превращаться друг в друга.
Подтверждение этой идеи Майер нашел, исследуя физические явления. Свои
взгляды он впервые изложил в статье «О количественном и качественном
определении сил» (1841). Здесь Майер называет силами причины,
изменяющие взаимоотношения между веществами тел и, исходя из
закона логического основания, утверждает,
что наука, «изучающая вид бытия сил
,(физика), должна считать количество
своих объектов (то есть сил. — Б. С.)
неизменным и только качество их
изменяющимся» К «Движение, теплота и, как
:мы намерены показать с дальнейшем,
электричество, — пишет Майер, —
представляют собою явления, которые могут
•быть сведены к одной силе, которые
измеряются друг другом и переходят друг
в друга по определенным законам»2.
В этой работе Майер допустил целый
ряд путаных, неверных и нечетких
рассуждений. В качестве меры
механического движения Майер, например, принимал
не кинетическую энергию, а количество
движения, придавая особое значение
тому факту, что для системы двух тел
общее количество движения может быть
равно нулю, тогда как каждое из тел
обладает движением. Многие
рассуждения Майера были слишком абстрактны
и напоминали натурфилософские по- Роберт Майер
строения, малоприемлемые для
естествознания. В конце Майер высказал мнение
ю происхождении света, которое противоречило всем основным
положениям его статьи. Он писал, что «в звездных системах природой
разрешена неразрешимая для нас задача постоянного образования силы...
Плодом этого является самая великолепная вещь материального
мира — вечный источник света» 3.
Указанную статью Майер послал .в издаваемый Поггендорфом
физический журнал «Ann. der Physik». Естественно, что Поггендорф, не
стал печатать статью Майера, имевшую полуфилософский,
полуфизический характер, содержащую общие рассуждения без каких бы то
ни было конкретных экспериментальных или теоретических результатов.
В том же 1841 г. Майер написал новую работу по тому же вопросу
и, учитывая свой неудачный опыт, послал ее в
химико-фармацевтический журнал «Ann der Chemie und Pharmacie», где она и была
напечатана в 1842 г. под названием «Замечания о силах неживой природы».
Эта статья в основном также носила общий характер, но в ней Майер
1 Р. Майер. Закон сохранения и превращения энергии. ГТТИ, М. — Л., 1933,
стр. 62.
2 Там же, стр. 68—69.
3 Там же, стр. 71.

316
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
уже не допускал тех ошибок, которые имели место в его первой статье.
Новым важным моментом в этой работе было то, что, говоря о
превращении механической энергии в тепловую, Майер впервые
утверждает существование механического эквивалента теплоты.
«...Необходимо ответить на вопрос, как велико соответствующее определенному
количеству силы падения или движения количество тепла, — писал
Майер. — Например, мы должны были бы определить, как высоко должен
быть поднят определенный груз над поверхностью земли, чтобы его
сила падения была эквивалентна нагреванию равного ему по весу
количества воды с 0 до Г» К Майер сообщает далее, что он проделал такого
рода расчет. Он получил, исходя из того что отношение теплоемкостей
воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме равно 1,421,
значение механического эквивалента теплоты 365 кГм/ккал.
После указанных статей Майер издал в 1845 г. отдельной книгой
сочинение под названием «Органическое движение в его связи с обменом
веществ» 2, в котором более последовательно и систематично изложил
учение о сохранении и превращении энергии («силы», по терминологии
Майера).
Основные положения учения Майера о сохранении и превращении
энергии заключаются в следующем.
В природе имеются два рода причин: одним причинам присуще
свойство весомости и непроницаемости — это материя, другая группа
причин — это силы. Материя и сила неразрушимы. Это следует из
принципа, что причина всегда равна действию, которое, в свою очередь,
является причиной для последующего действия. Одновременно причины
способны принимать различные формы. «Причины суть (количественно)
неразрушимые и (качественно) способные к превращениям объекты».
В связи с этим, по Майеру, и силы — неразрушимые, способные к
превращениям, объекты.
Согласно Майеру, в природе существует несколько качественно
различных сил. Во-первых, движение. «Движение есть сила». Эта сила
измеряется величиной живой силы. При соударении упругих тел общая
сумма живых сил остается постоянной.
Другой силой является «сила падения». Под этой силой Майер
подразумевает потенциальную энергию поднятого груза. Он разделяет
понятие «силы падения» и силы тяжести, или тяготения; последнюю он
не считает возможным назвать силой. Это не сила, а свойство, говорит
Майер, к ней неприложимо понятие неразрушимости. Сила падения
измеряется произведением веса на высоту. При движении
тела в поле тяжести сила падения и сила движения взаимно
превращаются друг в друга. Общая же их сумма остается постоянной.
Тепло является также силой. Оно может быть превращено в
механическое движение, и наоборот. Превращение механического эффекта
(общее название, по Майеру, для кинетической и потенциальной
энергии) в теплоту, и наоборот, происходит всегда в строго эквивалентных
количествах. В работе «Органическое движение и обмен веществ»
Майер приводит более точное значение механического эквивалента теплоты
425 кГм/ккал, и дает его расчет исходя из различий теплоемкости газа
при постоянном давлении и постоянном объеме.
Четвертая форма проявления физической силы есть электричество.
В случае трения механическая энергия превращается в
электричество, то же самое происходит при индукции. Здесь в качестве примера
Майер приводит электрофор, справедливо замечая, что для отделения
1 Р. М а й е р. Закон сохранения и превращения энергии, стр. 85—86.
2 См. там же, стр. 89—222.

§ 54. История установления закона сохранения энергии
317
при электролизации верхней пластинки надо затратить механическую
работу против электрических сил, помимо работы против сил тяжести.
В этом случае механический эффект превращается в электричество.
Кроме перечисленных сил существует еще химическая сила. Этой
силой, по Майеру, обладают химические вещества, способные
соединяться, будучи разобщенными: химически раздельное существование, или
химическая разность веществ, есть сила.
Майер рассматривает различные примеры взаимопревращаемости
сил: механического движения —в теплоту и электричество,
электричества — в теплоту и «механический эффект», теплоты — в электричество
и т. д.
Майер понимает, что его учение противоречит существующим
взглядам и опровергает представление о невесомых.
«Выскажем великую истину, — пишет Майер, — «Не существует
никаких нематериальных материй». Мы прекрасно сознаем, что мы ведем
борьбу с укоренившимися и канонизированными крупнейшими
авторитетами гипотезами, что мы хотим вместе с невесомыми жидкостями
изгнать из учения о природе все, что осталось от богов Греции; однако
мы знаем также, что природа в ее простой истине является более
великой и прекрасной, чем любое создание человеческих рук, чем все
иллюзии сотворенного духа»1.
Первые работы Майера не обратили на себя внимания физиков.
Напечатаны они были не в физических журналах и в значительной степени
носили общий характер, не содержали конкретных экспериментальных
или теоретических результатов, не говоря уже о том, что они находились
в противоречии с еще господствовавшим представлением о невесомых.
Чтобы дать .представление о том, насколько далеки были от идей
Майера некоторые физики того времени, приведем возражения некоего
Пфаффа против учения Майера о сохранении силы. Пфафф выступил
против Майера (1845) в связи с защитой контактной теории
гальванического элемента. Пфафф утверждал, что силы характеризуются не
столько неразрушимостью, сколько неисчерпаемостью. Они способны
непрерывно вызывать движение. Таковы сила тяготения, контактная сила и
т. п. Конечно, в какой-то степени возможность подобного рода
возражения была обусловлена путаницей, существовавшей в понятии силы: под
силой подразумевали и собственно силу, и энергию. Однако дело не
столько в этом обстоятельстве, сколько в том, что Пфаффу и другим
подобного рода физикам были чужды идеи, на которых основывался
Майер.
Английский физик Джемс Прескотт Джоуль (1818—1889),
в отличие от Майера, не руководствовался в своих исследованиях какой
бы то ни было априорной идеей о сохранении «сил» в природе.
Проводя экспериментальные исследования, связанные с выделением теплоты
электрическим током, он обнаружил существование механического
эквивалента теплоты и пришел к выводу о сохранении и превращении
энергии.
В 1841 г. Джоуль напечатал работу «О теплоте, выделяемой
металлическим проводником электричества и в элементе батареи в процессе
электролиза». Главным результатом описанных в этой работе
экспериментальных исследований было установление Джоулем закона, по
которому количество теплоты, выделенной электрическим током,
пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению. Этот закон был
получен, как было сказано выше, независимо Э. X. Ленцем. Помимо
1 Р. -Майер. Закон сохранения и превращения энергии, стр. 130.
91 К ЛЛ Г.пплл!/,»,",

318
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
этого, в данной работе, опираясь на измерения количества теплоты,
выделяемой в различных участках цепи, Джоуль высказал мысль о
существовании связи между количеством этой теплоты и тепловым эффектом
реакции окисления, к которой сводятся химические процессы в
гальванической батарее.
В последующих- работах, посвященных исследованию тепловых
явлений в гальванических цепях, а также изучению процесса выделения
теплоты при протекании некоторых химических реакций, Джоуль
развил эту мысль и пришел к важному выводу. Этот вывод заключался
в том, что теплота, выделяемая э гальванической цепи, определяется
химическими изменениями, происходящими в гальванических батареях,
включенных в цепь, и равна теплоте химических реакций,
происходящих в этих батареях. В связи с этим на первых порах Джоуль
заключил, что теплота, выделяемая в
гальваническом элементе в результате
химических реакций, происходящих в
нем, распространяется по всей
электрической цепи и выделяется в
различных участках этой цепи. Поэтому он
писал, что «электричество может быть
рассмотрено, как важный агент,
который переносит, упорядочивает и
изменяет химическое тепло»1.
Придя к такому заключению,
Джоуль натолкнулся на вопрос, как
будет распределяться теплота в цепи,
если в-нее включена
«электромагнитная машина»? Учитывая, что
«электромагнитная машина», работая как
источник тока, преобразует в конечном
счете «механическую силу» в теилоту,
выделяемую возбуждаемым током,
можно было ожидать, что если такую
машину включить в электрическую
Джемс Прескотт Джоуль цепь батареи (так, что она будет
работать как двигатель), то количество
тепла в цепи, выделенного «одним эквивалентом химического
изменения», уменьшится на величину, пропорциональную полученной
«механической силе».
Эту гипотезу Джоуль и решил проверить экспериментально и в
1843 г. опубликовал полученные результаты в работе «Тепловой эффект
магнитоэлектричества и механическая ценность теплоты».
Прежде всего Джоуль исследовал вопрос о количестве теплоты*
выделяемой индукционным током. Для этого Джоуль взял проволочную
катушку, намотанную на железный стержень, поместил ее в стеклянную
трубку, наполненную водой, и вращал ее в магнитном поле,
образованном полюсами магнита (рис. 113). Измеряя величину индукционного
тока гальванометром, соединенным с концами проволочной катушки
при помощи ртутного коммутатора, и одновременно определяя
количество теплоты, выделенной током в стеклянной трубке, Джоуль пришел
к заключению, что индукционный ток, как и гальванический, выделяет
теплоту, количество которой пропорционально квадрату силы тока и
сопротивлению. .
После этого Джоуль включил индукционную спираль в гальвани-
. 1 J. Joule. The spientific papers^vol. I. London, 1884, p. 120.

§ 54. История установления закона сохранения:энергии 319
ческую цепь. Вращая ее в противоположных направлениях, он измерял
силу тока в цепи и выделенную при этом теплоту за определенный про<-
межуток времени. В одном случае индукционная катушка играла роль
мотора, в другом случае—генератора электрического тока. Если э. д. с;
батареи была е, а э. д. с. индукции в индукционной спирали £, то силы
тока 1\ и /г в первом и втором случаях при вращении катушки' с одной
и той же угловой скоростью будут:
Л = ^ и /% = !+*-,
1 R 2 R '
где R — сопротивление цепи, приблизительно равное сопротивлению
катушки.
Рис. 113. Установка Джоуля (магнит на чертеже не указан)
Если теперь подсчитать работу батареи W в первом и втором
случаях за время dt, то получим:
Wi = Qi + 'iEdt,
W2 = Q2 — I2Edt,
где Qi и Q2 — количество теплоты, выделенное в первом и втором слу4
чаях.
Но величины I\Edt и I2Edt равны соответственно полученной от
аппарата работе в первом случае и затраченной на вращение работы —
во втором. Таким образом, получаем, что в первом случае энергия
батареи расходовалась и на выделенную теплоту и на совершённук!)
работу, во втором же случае и работа батареи и работа, затраченная на
вращение катушки, равна выделенной теплоте, то есть химическая
энергия батареи и механическая энергия, потраченная на вращение катушки;
в конечном счете трансформировались в выделенную.током теплоту.
К такому выводу пришел Джоуль, конечно, в форме современных
для него представлений. Подводя итог данным исследованиям,, он писал-
«Следовательно^ теплота, обусловленная химическим действием,
подвержена увеличению или уменьшению, которое пропорционально напря*
жению магнитоэлектричества, способствующему или мешающему, воль-
таическому току.
Мы имеем, следовательно, в магнитоэлектричестве агента, способ-
Г» 1 -it

320
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
ного обычным механическим средством уничтожать или возбуждать
теплоту» *.
После этого Джоуль и приходит к выводу о необходимости
существования постоянного соотношения между «механической силой» и
теплотой и доказывает его при помощи следующего эксперимента.
На той же самой установке он производит вращение индукционной
катушки уже не рукой или током гальванической батареи, включенной
в цедь, а падающими грузами. Измеряя выделившуюся теплоту в трубке
с индукционной катушкой и совершаемую грузами при их опускании
работу, Джоуль и получил механический эквивалент теплоты, который,
по его данным, был равен 460 кГм/ккал.
Кроме того, Джоуль проделал опыт, в котором механическое
движение непосредственно превращалось в теплоту. Он измерил теплоту,
развиваемую водой при продавливании ее через узкие трубы. По
данным эксперимента, в этом случае механический эквивалент получался
равным 423 кГм/ккал. В 1844 г. Джоуль выступил по вопросу о
природе теплоты в небольшом сообщении Манчестерскому обществу
литературы и философии. Здесь он отверг субстанциальную теорию
теплоты и объявил себя приверженцем кинетической теории тепла. При
этом Джоуль развил целый ряд гипотез о характере теплового
движения молекул и атомов, дал молекулярно-кинетическое толкование
скрытой теплоте плавления и т. д.
Джоуль высказывает и общие положения о сохранении и
превращении «сил» природы; особенно подробно этот вопрос он разбирает в
1847 г. в своей лекции, посвященной общим вопросам физики. В этой
лекции Джоуль формулирует и закон сохранения силы. «Вы видите,—
говорит Джоуль — теплота, живая сила и притяжение на расстоянии
(к которым я могу прибавить свет, продолжая последовательно
расширять кругозор нашей лекции) взаимно превратимы друг в друга.
Причем в этом превращении ничего не теряется»2.
В последующее время Джоуль применил различные методы для
измерения механического эквивалента теплоты, пытаясь получить
наиболее точные результаты. В 1849 г. он произвел свой классический опыт
(рис. 114) по измерению механического эквивалента теплоты,
известный в настоящее время каждому школьнику. С помощью падающих
грузов Джоуль заставил вращаться колесо с лопастями внутри
калориметра, наполненного жидкостью. Измеряя совершенную грузами
работу и выделенную теплоту в калориметре, Джоуль получил
механический эквивалент равным 424 кГм/ккал.
Помимо Джоуля экспериментальными исследованиями по
определению механического эквивалента теплоты занимался датский инженер
Кольдинг. Кольдинг руководствовался общей идеей о неуничтожимое™
«сил» природы. Но, в отличие от Майера, он прибегал к
полумистическим представлениям, полагая силы духовными объектами,
связанными с божественной силой. Однако, несмотря на мистику, Кольдинг
решил проверить идею о неуничтожимости природных сил
экспериментально, для чего исследовал явление превращения механической
работы в теплоту. Он двигал повозку по металлическим рельсам,
которые нагревались и поэтому удлинялись. Измеряя работу,
произведенную при движении тележки, и удлинение рельсов, Кольдинг получил
в 1843 г. значение механического эквивалента тепла 350 кГм/ккал. После
некоторых технических усовершенствований в 1847 г. Кольдинг улучшил
этот результат и получил более точное число 370 кГм/ккал.
1 J. J о и 1 е The scientific papers, vol. I, p. 146.
2 Ibid., pp. 270 — 271.

§ 54. История установления закона сохранения энергии 321
Можно отметить также попытку немецкого ученого Гольцмана,
относящуюся к 1845 г., определить механический эквивалент теплоты.
Он нашел его равным 374 кГм/ккал. Однако Гольцман придерживался
теории теплорода и разделял взгляды Клапейрона на вопрос о
превращении теплоты в работу.
Первые работы Джоуля (как и других ученых, определявших
механический эквивалент теплоты), подобно работам Майера, сначала не
обратили на себя серьезного внимания физиков, несмотря на то, что эти
Рис. 114. Установка для определения механического эквивалента тепла в
классическом опыте Джоуля
работы в основном были экспериментальными и их результаты не могли
быть признаны основанными на натурфилософских спекуляциях.
Тем временем в 1847 г. появилась новая работа, посвященная
обоснованию закона сохранения и превращения энергии, принадлежавшая
молодому немецкому врачу и естествоиспытателю Г. Гельмгольцу, под
названием «О сохранении силы».
Герман Гельмгольц (1821 —1894) пришел к идее о
сохранении энергии, как он сам писал, занимаясь изучением физиологических
процессов. В его время имело значительное распространение учение о
так называемой «жизненной силе», управляющей якобы деятельностью
живого организма. Будучи противником учения о жизненной силе,
Гельмгольц пришел к вопросу: «какие отношения должны существовать
между различными силами природы, если принять, что perpetuum mobile
вообще невозможно?» х.
Гельмгольц исходил из мнения, что все окружающие нас вещи
состоят из материальных частиц или материальных точек, между
которыми действуют центральные силы, поэтому «задача физического
естествознания, — пишет он, — в конце концов заключается в том, чтобы свести
явления природы на неизмененные притягательные или отталкиватель-
ные силы, величина которых зависит от их расстояния» 2.
1 См. Г. Гельмгольц. О сохранении силы. М., 1922, стр. 69—70.
2 Там же, стр. 8.

£22 Глава 14, Развитие механики и теплофизики
Но для системы материальных точек, между которыми действуют
центральные силы, как уже давно установлено, действует закон
сохранения живых сил. Этот закон исключает возможность для такой
системы вечного двигателя, ибо -при всяких процессах в ней, приводящих ее
в первоначальное состояние, общая живая сила системы остается без
изменения и произведенная работа должна равняться нулю.
Гельмгольц несколько изменяет формулировку закона сохранения
живых сил. Он вводит понятие потенциальной энергии под названием
«силы напряжения» (Spannkraft). В связи с этим он формулирует закон
сохранения живых сил как неизменность суммы (кинетической энергии
(живая сила) и потенциальной энергии
(сила напряжения). «Когда тела
природы, — пишет Гельмгольц,
—действуют друг на друга притягательными и
отталкивательными силами, не
зависящими от времени и скорости, то сумма
их живых- сил и сил напряжения
остается постоянной, так что максимум
полученной работы будет,
следовательно, величиной определенной и
конечной» К
Непосредственным выражением
эхого принципа живых сил и
является, по Гельмгольцу, принцип
сохранения силы, который может быть
применим к любому физическому процессу,
если известны выражения в данном
процессе для «живой силы» и «силы
напряжения».
После общей части работы «О
сохранении силы» (1847), в которой
утверждается существование общего
Герман Гельмгольц принципа сохранения «силы»,
Гельмгольц переходит к рассмотрению
применения этого принципа к конкретным физическим явлениям.
К ряду физических процессов этот принцип, как указывает
Гельмгольц, уже применялся. Его применяли в механике в тех случаях, когда
не действуют силы трения или другие не консервативные силы; в теории
упругих волн, когда волновое движение не поглощается и не
превращается в тепло. В частности, Гельмгольц указывает, что этот принцип
применялся Френелем при выводе законов отражения и преломления
световых волн.
В общем случае, в физических процессах живая сила видимых
движений теряется. Она может превращаться в теплоту. При этом ее
исчезновению всегда соответствует появление определенного
количества тепла. Из факта превратимости живой силы в теплоту, по
Гельмгольцу, следует справедливость кинетической теории тепла.
Гельмгольц применяет принцип «сохранения силы» к электрическим
явлениям. Он рассматривает потенциал электрических зарядов как их
энергию, способную превратиться в кинетическую энергию заряженных
тел, притягивающих или отталкивающих друг друга.
1 Н. Helmholtz. Wissenschaftliche Abhandlungen, В. I. Leipzig, 1882,
SS. 26—27. Цитирую по,-немецкому подлиннику, так как в русском переводе
термины Гельмгольца модернизированы.

§ 54. История установления закона сохранения энергии 323
Он вычисляет энергию конденсатора, которая получается равной
-г—, где q — заряд, а с — емкость конденсатора. При разрядке
конденсатора вся эта энергия может превратиться в теплоту, выделенную
в проволоке замыкающей пластины конденсатора.
Гельмгольц рассматривает также энергетические процессы в
гальванической цепи. Он показывает, что количество выделенной теплоты Q
в гальванической цепи с сопротивлением R в результате протекания
электрического тока силы / равно I2Rt=EIty где Е— э.д.с. батареи.
Следовательно, Е It есть работа батареи, равная в соответствующих
единицах теплоте химических реакций, протекающих в батарее.
После рассмотрения энергетических процессов в гальванической
цепи, а также в случае, когда в цепь включен термоэлемент, Гельмгольц
переходит к рассмотрению магнитных и электромагнитных явлений.
Здесь особо интересен вывод из принципа «сохранения силы»
закона электромагнитной индукции. Гельмгольц рассматривает
замкнутый контур с током и движущийся под действием этого тока магнит.
За малый промежуток времени происходят следующие процессы:
во-первых, батарея, поддерживающая в контуре ток силой 1 /, производит
работу, равную Е Idt, где Е — э.д.с. батареи. За этот же промежуток
времени в цепи выделяется количество тепла, равное PRdt, где R—
сопротивление цепи. И, наконец, изменяется живая сила магнита на
величину, которая, по Гельмгольцу, равна IdV, где V—потенциал для
магнита и тока, введенный Нейманом. Согласно закону сохранения
«силы», должно выполняться равенство
EIdt = PRdt + IdV.
Откуда имеем:
R
Из этого равенства следует, что в цепи индуцируется э.д.с. ин-
дукции, равная по величине . Если учесть, что V есть не что иное,
dt
как поток напряженности магнитного поля через контур с током / в
соответствующих единицах, то получен правильный результат.
В конце работы Гельмгольц останавливается на вопросе о
применимости принципа сохранения «силы» к органическим процессам и решает
его положительно. В заключение он пишет: «Я думаю, что
приведенные данные доказывают, что высказанный закон не противоречит ни
одному из известных в естествознании фактов и поразительным образом
подтверждается большим числом их...»2. И заканчивает словами:
«...полное подтверждение (закона. — £. С.)... должно быть
рассматриваемо, как одна из главных задач ближайшего будущего физики»3.
Работа Гельмгольца также была встречена более чем прохладно.
Подобно работам Майера, она не была принята для напечатания
редактором «Ann. der Physik» Поггендорфом и вышла отдельным
изданием в 1847 г.
1 В своей работе Гельмгольц не сделал оговорки, что сила тока должна
оставаться Постоянной; в связи с этим вывод Гельмгольца шодвергся критике со стороны
Максвелла. См. Дж. Максвелл. Набранные сочинения по теории электромагнитного
поля. Гостехиздат, М., 1952, стр. 403—405.
2 Г. Гельмгольц. О сохранении силы, стр. 56.
3 Там же.

324
Глава 14. Развитие механика и теплофизики
Сам Гельмгольц в своих воспоминаниях писал: «Я был... до
некоторой степени удивлен тем сопротивлением, которое я встретил в кругу
специалистов; мне было отказано в приеме работы в Poggendorf's An-
nalen и среди членов берлинской академии был только математик
К. Г. И. Я ко б и, принявший мою сторону»1.
Однако, несмотря на этот прием, оказанный сначала работам Май-
ера, Джоуля и Гельмгольца, их отдельные мысли, а затем и общая
идея стали получать все большее и большее распространение и
применение в практике физических исследований. Постепенно мысль о том*
что установлен новый очень важный физический и даже вообще
естественнонаучный закон, овладела умами ученых.
В развитии основных положений Майера, Джоуля и Гельмгольца
важную роль сыграли работы английского физика Вильяма Томсона,
немецкого физика Клаузиуса и английского ученого Ранкина.
Томсон уже в 1848 г., опираясь на работы Джоуля, применял по
существу закон сохранения и превращения энергии к электродинамике.
Не зная о работе Гельмгольца, он аналогичным методом вывел закон
электромагнитной индукции.
В работе «К теории электромагнитной индукции» (1848) Томсон
указал, что закон электромагнитной индукции, установленный Нейманом,
может быть получен из «аксиомы, что общая работа, потраченная на
произведение движения, вызывающего электромагнитную индукцию,
должна быть эквивалентна механическому эффекту, потерянному
током» 2.
Так как работа, потраченная на движение проводника за время dty
может быть выражена в виде IdU, где / — сила тока, U —
потенциальная функция токов или тока и магнита, а «механический эффект»,
израсходованный током, равен kPdt (k — постоянная), то, согласно
упомянутой выше аксиоме
IdU = kPdt
и
/== 1 аУ
k dt
В 1852 г. Клаузиус применил закон сохранения и превращения
энергии к электрическим явлениям. В работе «О механическом эквиваленте
электрического разряда и происходящем при этом нагревании
проводников» Клаузиус писал, что «подобно тому как посредством теплоты
может быть произведена механическая работа, электрический ток способен
вызывать частично механическое действие, частично теплоту»3.
В том же году Клаузиус применил закон сохранения энергии к
энергетическим процессам в цепи постоянного тока, а ъ- следующем
году — к термоэлектрическим явлениям.
В 1852 г. Томсон считал возможным применить закон сохранения и
превращения энергии к световым явлениям, к химическим процессам
и даже к жизнедеятельности живых организмов. Что касается
последнего пункта, то он писал, что «как животная теплота, так и поднятие
тяжестей или преодоление препятствий, представляют собой
механическую работу химических сил, действующих во время соединения пищи
с кислородом»4.
1 Г. -Гельмгольц. О сохранении силы, стр. 61..
2 W. Thomson. Mathematical and Physical papers, vol. I. Cambridge, 1882, p. 19.
3 R. С 1 a u s i u s. Ann. Phys., B. 86, 1852, S. 337.
4 В. Т о м с о h-iK ельвин. О механическом действии лучистой теплоты или света;
о власти одушевленных существ над материей; о полезных для человека источниках
механической работы. В кн.: «Второе начало термодинамики», стр. 177.

§ 54. История установления закона сохранения энергии 325
В последующем Томсон применил закон сохранения и
превращения энергии и к электрическим, и магнитным явлениям. Он
рассмотрел вопрос о «механическом значении электризации проводника»
(то есть энергии проводника), которая равна половине произведения
квадрата количества электричества на емкость проводника. При этом он
ссылался и на работу Гельмгольца «О сохранении силы». Томсон
также установил выражение для энергии магнитного поля в виде
интеграла, взятого по объему.
Независимо от Клаузиуса и Томсона над разработкой идеи о
сохранении и превращении энергии работал Ранкин. Он первый начал
широко пользоваться понятием энергии и попытался дать этому понятию
общее определение. Под энергией Ранкин понимает способность
производить работу. Определяя понятие энергии, он писал в 1855 г.: «Термин
«энергия» предполагает любое состояние субстанции, которое
заключается в способности производить работу» 1. «Количество энергии
измеряется количеством работы»2, которую она способна произвести,
писал Ранкин. Еще раньше, в 1853 г., Ранкин разделил энергию на
«актуальную» и «потенциальную». «Актуальная или Ощутимая
(sensible) Энергия — это измеримое, переносимое и превратимое
состояние, побуждающее субстанцию изменять свое состояние». «Когда
такое изменение происходит, то актуальная энергия исчезает и
заменяется Потенциальной или Скрытой (Latent) Энергией,
которая измеряется величиной изменения состояния, сопротивлением
против которого это изменение совершается»3. К «актуальной» энергии
Ранкин относит «живую силу», теплоту, лучистую теплоту, свет,
химическое действие и электрический ток, которые являются ее различными
формами. К потенциальной энергии—«механическую силу гравитации»,
упругость, химическое сродство, статическое электричество и магнетизм.
В природе, по Ранкину, действует общий закон сохранения и
превращения энергии, в результате которого общая сумма актуальной и
потенциальной энергии во вселенной неизменна.
В последующем Ранкин несколько уточнил определение актуальной,
то есть кинетической, и потенциальной энергии4.
Томсон, который первоначально пользовался введенными Ранки-
ном терминами «актуальная» и «потенциальная» энергия, впоследствии
заменил термин «актуальная» энергия на «кинетическая» энергия.
В 50-х годах новая теория получила право гражданства. Закон
сохранения и превращения энергии был признан как общий закон
природы, охватывающий все физические явления, как закон, действию
которого подчиняется не только мертвая, но и живая природа.
К этому времени борьба за признание закона может считаться
законченной. Начинается период осмысления этого закона, а также и
споры о приоритете в открытии этого закона.
Впрочем, споры о приоритете возникли еще раньше, до того как
закон сохранения и превращения энергии получил всеобщее признание
как всеобщий естественнонаучный закон. Началось с небольшой
полемики на страницах французского журнала «Comptes rendus»
в 1847—1849 гг. между Майером и Джоулем о приоритете в открытии
механического эквивалента тепла. Джоуль считал, что приоритет в этом
открытии принадлежит ему, Майер оспаривал это утверждение.
1 W. R а п k i n е. Miscellaneous scientific papers. London, 1881, p. 217.
2 Ibid.
3 Ibid., p. 203.
4 Ibid., p. 217.

326
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
В 1849 г. довольно распространенная >в Германии «Аугсбург-
ская всеобщая газета» (Allgemeine Zeitung») специально выступила
(приложение от 21 мая 1849 г.) против Майера, охарактеризовав его как
дилетанта, и предостерегала публику от «мнимого открытия г-на
доктора Майера», указывая, что якобы несостоятельность его рассуждений
уже доказана авторитетными научными кругами.
В 1851 г. Майер в статье «О механическом эквиваленте теплоты»
старался защищаться от своих противников и утверждал свой
приоритет. В этом сочинении он, излагая историю открытия, писал: «Новая
теория начала вскоре привлекать к себе внимание ученых. Но так как
ее стали рассматривать и у нас в Германии и за границей как
исключительно иностранное открытие, то это побудило меня выставить свои
права на приоритет» 1.
. В 1850 г. Гельмгольц, ранее совсем не обративший внимания на
работы Майера, впервые упомянул о них, а в 1852 г. он подтвердил
приоритет последнего в открытии закона сохранения и превращения
энергии. «Утверждение о неразрушимости работы механических сил и
эквивалентности различных естественных сил с определенной величиной
механической работы, — писал Гельмгольц, — впервые высказал
Майер» 2.
Во весь голос в защиту приоритета Майера выступил в 1862 г.
Тиндаль в публичной лекции; он с помощью Клаузиуса3 познакомился
с сочинениями Майера и составил о них правильное мнение. Клаузиус
писал: «Темой для своего доклада он (Тиндаль. — Б< С.) избрал
сочинения Майера и в обычной для него увлекательной форме изложил все
основные выводы работ Майера. Когда публика, в сильнейшей степени
заинтересовавшаяся данным вопросом, естественно, пожелала узнать,
кому принадлежат все эти исследования, Тиндаль назвал имя человека,
который, живя в маленьком немецком городке, без всякой научной
поддержки и поощрения с удивительной энергией и настойчивостью
работал над развитием своих гениальных;.мыслей»4.
Против приоритета Майера резко выступил английский физик Тэт
в журнале «Good Words». Возражая Тиндалю, он отказался признать
какие бы то ни было заслуги Майера, Между Тэтом и Тиндалем
развернулась острая полемика. На эту полемику отозвались Гельмгольц
и Клаузиус. Если Гельмгольц весьма осторожно защищал Майера, то
Клаузиус резко возразил Тэту по поводу одной из его статей. Он
писал, что эта статья может только повредить «Вашей собственной столь
высокой научной репутации. Любой читатель с первого взгляда увидит,
что это не нелицеприятное историческое изложение вопроса, чего бы
следовало ожидать от ученого вашего ранга, а проникнутая
партийностью статья, написанная только для прославления некоторых немногих
лиц»5.
В дальнейшем Тэт продолжал нападать на Майера и даже в
1876 г. писал, что «уже пришло время поставить Майера... на соответ-
1 Р. М а й ер. Закон сохранения и превращения энергии, стр. 279.
2 Н. Н el mho Its. Fortschritte der Physik, V. Jahrgang, 1853, S. 241.
3 Что касается (Клаузиуса, то .он до 1862' г. держался невысокого мнения
о Майере. Письмо Тиндаля, в котором он просил сообщить ему о сочинениях Майера,
заставило Клаузиуса подробно познакомиться с работами Майера, в результате
чего он резко изменил свое мнение о Майере. Об этом он сообщил Тиндалю, посылая
ему работы, написанные Майером. 1
4 Цит. по кн.: Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. II. ОНТИ,
М. — Л., 1936, стр. 55—56.
6 Там же, стр. 57.

§ 54. История установления закона сохранения энергии 327
ствующее ему место... Создан и экспериментально доказан был закон
сохранения энергии в его общем виде бесспорно Кольдингом в
Копенгагене и Джоулем в Манчестере» 1.
В Германии, хотя на сторону, Майера встал Клаузиус и в какой-то
степени Гельмгольц, Майера продолжали подвергать нападкам,
которые иногда принимали форму сплетён и клеветы. В 1858 г. начали
распространяться слухи о мнимой смерти Майера. Эти слухи поддержал
Поггендорф, который в своем большом биографическом словаре (1862)
в заключение более чем скромной статьи о Майере писал: «...кажется
около 1858 г. умер в доме умалишенных». Правда, в конце книги он
поместил дополнительную справку о Майере: «Не умер... но еще жив»2.
Наконец, в защиту Майера выступил Дюринг3. Пытаясь защитить
Майера, Дюринг принизил роль Джоуля, Гельмгольца и других в
открытии закона сохранения и превращения энергии. Естественно, что
такая защита не способствовала укреплению приоритета Майера.
Борьба вокруг Майера была, конечно, связана с борьбой вокруг
понимания существа самого закона сохранения и превращения энергии.
Майер не был обычным ученым-физиком того времени и подходил к
пониманию этого закона с более широких философских позиций, чем
многие из его современников и особенно ученые типа Тэта, придержи-
вавшиесй узко эмпирических представлейий о познании и боявшиеся,
по выражению Энгельса, мышления. Майер был несомненно
революционером в науке, придерживался в ряде пунктов стихийно диалектических
позиций, непонятных для многих из его современников — физиков,
которые не могли отойти от метафизического мировоззрения.
Впервые правильную оценку Майера дал Энгельс. Отдавая дань
Гельмгольцу, Энгельс тем не менее указывал, что «уже в 1842 г. Майер
утверждал «неуничтожимость силы», а в 1845 г. он, исходя из своей
новой точки зрения, сумел сообщить гораздо более гениальные вещи об
«отношениях между различными процессами природы», чем Гельмгольц
в 1847 г.»4.
В другом месте Энгельс раскрывает эту мысль и указывает, что
< количественное постоянство движения было высказано уже Декарюм
и почти в тех же выражениях, что и теперь (Клаузиусом, Робертом
Майером?). Зато превращение формы движения открыто только в
1842 г., и это, а не закон количественного постоянства, есть новое»5.
Именно Майер подчеркивал впервые существование качественных
превращений различных форм энергии друг в друга, а не просто
утверждал ее количественное постоянство. Это и было наиболее важным с
точки зрения общего мировоззрения в установленном законе сохранения
и превращения энергии, и как раз это обстоятельство ускользало от
понимания многих ученых того времени, которые пытались просто
подвести новый закон под общее механическое мировоззрение, толкуя его,
подобно Гельмгольцу, как закон сохранения «живых сил».
Установление закона сохранения и превращения энергии было
революционным шагом в развитии физической науки и науки вообще. Этот
закон связывал воедино все физические явления, ликвидируя
метафизические перегородки между отдельными областями физики,
закрепленные учением о невесомых, которому теперь пришел конец. Невесомые
1 Цит. по кн. Ф. Розенбергер. История физики, ч. III, вып. II, стр. 57.
2 Там же.
3 См. Е. During. Robert Mayer, der Galilei des 19. Jahrhunderts. Chenmnitz,
1880.
4 Ф. Энгельс. Диалектика природы, стр. 52.
6 Там же, стр. 224—225.

328
Глава 14. Развитие механики и теплофизики
материи теперь были окончательно ликвидированы, «физические силы —
эти, так сказать, неизменные «виды» физики — превратились в различно
дифференцированные и переходящие по определенным законам друг в
друга формы движения материи. Из науки была устранена
случайность наличия такого-то и такого-то количества физических сил, ибо
были доказаны их взаимная связь и переходы друг в друга»1.
Энгельс придавал большое значение установлению закона
сохранения .и превращения энергии для правильного диалектико-материалисти-
ческого воззрения на мир, ставя его в один ряд с открытием клетки и
теорией Дарвина. «Благодаря этим трем великим открытиям и прочим
громадным успехам естествознания, — писал он, — мы можем теперь
обнаружить не только ту связь, которая существует между процессами
природы в отдельных ее областях, но также, в общем и целом, и ту,
которая объединяет эти отдельные области. Таким образом, с помощью
данных, доставленных самим эмпирическим естествознанием, можно в
довольно систематической форме дать общую картину природы как
связного целого»2.
1 Ф. Э н г е л ь с. Диалектика природы, стр. 10.
2 К. Маркс, Ф. Энгельс. Избр. произв., т. II. Госполитиздат, М., 1952,
стр. 370.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение 5
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД В РАЗВИТИИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК
Глава 1. Античная натурфилософия 19
§ 1. Условия возникновения и развития античной науки 19
§ 2. Возникновение науки 21
§ 3. Первые натурфилософские системы Древней Греции 23
§ 4. Учение древних атомистов 26
§ 5. Натурфилософия Аристотеля 28
§ 6. Общая характеристика античной натурфилософии 31
Глава 2. Начало дифференциации науки и первые исследования в области
физики в период эллинизма 33
§ 7. Общая характеристика развития науки в период эллинизма ... 33
§ 8. Развитие астрономии и математики 34
§ 9. Развитие учения о равновесии твердых и жидких тел .... 37
§ 10. Начало исследований в других областях физики .... . 41
Глава 3. Развитие науки в средние века до научной революции XIV века 45
§ 11. Упадок науки в средние века 45
§ 12. Развитие науки у арабов и среднеазиатских народов .... 46
§ 13. О науке Дальнего Востока 49
§ 14. Развитие науки в Европе в средние века до начала научной
революции 53
Глава 4. Научная революция XVI века 58
§ 15. Первые шаги научной революции 58
§ 16. ручная революция в астрономии 61
§ 17. Галилей как один из основоположников естествознания .... 66
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАУКИ (XVII век)
Глава 5. Характеристика периода 77
§ 18. Общая характеристика условий развития физических исследований
в XVII веке 77
§ 19. Развитие физики в XVII веке и философия 82
Глава 6. Обзор развития физических наук в XVII веке 94
§ 20. Развитие статики . 94
§ 21. Развитие динамики 98
§ 22. Развитие оптики 112
§ 23. Развитие других областей физики в XVII веке 115
Глава 7. Исаак Ньютон и его роль в развитии физики 119
§ 24. Биографические сведения 119
§ 25. Оптические исследования Ньютона 123
§ 26. Обоснование механики Ньютоном 126
§ 27. Открытие закона всемирного тяготения и начало борьбы вокруг
понимания этого закона 131
§ 28. Мировоззрение Ньютона, роль Ньютона в развитии физики ... 136

330
Оглавление
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ПЕРИОД НЕВЕСОМЫХ
Глава 8. Характеристика периода 140
§ 29. Характеристика исторических условий; технический прогресс . . 140
§ 30. Характеристика исторических условий (продолжение) . ... 144
§31. Общая характеристика развития физики в XVIII веке . . . . 147
Глава 9. Обзор развития физических наук в XVIII веке 153-
§ 32. Механика и оптика 153
§ 33. Развитие учения о теплоте 170
§ 34. Развитие учения об электричестве и магнетизме 182
Глава 10. Физика М. В. Ломоносова 20О
§ 35. Биографические сведения о М. В. Ломоносове ..... 20О
§ 36. Мировоззрение Ломоносова 205
§ 37. Работы Ломоносова по физике 209
§ 38. Общая оценка Ломоносова как физика ' 220
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
■ ПЕРИОД ПОДГОТОВКИ И УСТАНОВЛЕНИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ
И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ (первая половина XIX в.)
Глава 11. Характеристика периода 222
§ 39. Общая характеристика исторических условий . . ... . . . 222
§ 40. Основные черты техники первой половины XIX века . . . . . 223
§ 41. Развитие капитализма и естествознание 225
§ 42. Философские идеи, оказавшие влияние на развитие физики в первой
половине XIX века 227
§ 43. Общие характерные черты развития физики в первой
половине XIX века 234
Глава 12. Развитие оптики в первой полавине XIX века (до возникновения
электромагнитной теории света) . 236
§ 44. Установление волновой теории света 236
§ 45. Дальнейшее развитие оптики 249
§ 46. Развитие теории светового эфира . . ■ 252
Глава 13. Развитие учения об электромагнитных явлениях в первой половине
XIX века 259
§ 47. Открытие гальванического элемента и первые шаги в изучении
действий электрического тока 259
§ 48. Открытие электромагнетизма и первые исследования
электромагнитных явлений 266
§ 49. Первые шаги в практическом применении открытий в области
электричества и магнетизма; развитие техники эксперимента 280
§ 50. Дальнейшее развитие электромагнетизма в первой половине XIX века 291
§ 51. Фарадей 295
Глава 14. Развитие механики и теплофизики в первой половине XIX века.
Установление закона сохранения и превращения энергии 303
§ 52. Развитие механики 303
§ 53. Развитие теплофизики 308
§ 54. История установления закона сохранения и превращения энергии . 314

ОПЕЧАТКИ
Страница
39
127
174
196
205
224
277
317
Строка
10 сверху
5—6 снизу
24 сверху
5 сверху
8 снизу
12 снизу
4 снизу
1 сверху
Напечатано
подвешенных
плотности
т и mi
за их пределы.
много
двигателя в
химической
начальной
электролизации
Следует читать
подвешенным
плотностью
Шх и т2
за его пределы.
мною
двигателя, в
химической
заземленной
электризации

Борис Иванович Спасский
ИСТОРИЯ ФИЗИКИ, ч. I
Редактор Г. С. Гольденберг
Технич. редактор Л. В. Мухина
Корректоры Л. С. Гришаева,
М. И> Эльмус, В. Г. Щербакова
Художник Я. С. Клейнард
Художественный редактор К. И. Журинская
Сдано в набор 27/VI 1963 г.
Подписано к печати 30/XI 1963 г.
Л-32205 Формат 70Xl08/i6 Печ. л. 20,75
Привед. печ. л. 29,05 Уч.-изд. л. 27,92
Изд. '№ 201 Заказ № 596
Тираж 12500 экз. Цена 1 руб.
Издательство Московского университета
Москва, Ленинские горы
Административный корпус
Типография Издательства МГУ^
Москва, Ленинские горы

>♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦:!:
♦ ♦
! Щ
♦ ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ♦
♦ им. М. В. ЛОМОНОСОВА ♦
♦ Щ
Ш имеет в наличии и высылает наложенным платежом книги по ш
'! МАТЕМАТИКЕ, МЕХАНИКЕ И ФИЗИКЕ |
♦ ♦
^ Вычислительные методы и программирование. 1962, 1^1
♦I 305 стр., ц. 1 р. 30 к. +
ф| ГРЯЗНОВ И. М. и др. Лабораторный практикум по сопро- Ш
+1 тивлению материалов, деформированию. Учебное пособие для (♦I
♦ университетов и втузов. 1961, 198 стр., ц. 50 коп. ♦
♦ ГРИГОРЬЯНЦ В. Г. Введение в курс радиолокационной +
♦ аппаратуры. 1961, 178 стр., ц. 40 коп. ♦
♦| История и методология естественных наук. Вып. I. Физика. ♦
♦ 1960, 222 стр., ц. 1 р. 50 к. ♦
♦I Лабораторный практикум по общей и прикладной меха- ♦
♦ иике. 1963, 234 стр., ц. 58 коп. ♦
♦ ЛИТВИН-СЕДОЙ М. 3., ЛЕНСКИЙ В. С. Механика U
♦ (О специальности «механика» на механико-математическом фа- ♦
J культете Московского университета). 1962, '42 стр., ц. 8 коп. ^
IJ МОДЕНОВ П. С, ПАРХОМЕНКО А. С. Геометрические ♦
J преобразования. 1961, 232 стр., ц. 1 руб. J
♦ МОИСЕЕВ Н. Д. Очерки развития механики. 1961, ♦
1} 478 стр., ц. 1 р. 10 к. J
♦ Некоторые математические задачи нейтронной физики. ♦
♦ I IQfiO 99П птхл тт 4Я ™п J
♦
1960, 220 стр., ц. 48 коп.
САГОМОНЯН А. Я. Пространственные задачи по неуста- ♦
новившемуся движению сжимаемой жидкости. 1962, 80 стр., ^
ц. 20 коп. 1+
Ф| ТЮЛИНА И. А, РАКЧЕЕВ Е. Н. История механики. J
ф| Учебное пособие. 1962, 228 стр., ц. 40 коп. 1+
♦ Труды ГАИШ, т. 31. 1962, 244 стр., ц. 1 р. 15 к. }
♦ Труды семинара по векторному и тензорному анализу ♦)
*' с их приложениями к геометрии, механике и физике. Вып. XII, ^
1963, 452 стр., ц. 1 р. 86 к. 1+
ФИНИКОВ С. П. Дифференциальная геометрия. 1961, ^
ф| 158 стр., ц. 30 коп. 1+
ц ♦
♦ Заказы следует направлять по адресу: Москва, В-234, ♦
♦ Издательство МГУ. Отдел распространения ^
'♦!_ kl
^♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦^: