Смекни!
smekni.com

по истории и философии науки (стр. 2 из 8)

И действительно, теория относительности была не единственным, и даже не самым естественным выходом из кризиса. Так, в начале XX века ряд физиков, включая Дж. Томсона и В. Ритца, предложили менее радикальный и более простой выход из кризиса [13, 14]. Они рассуждали так: раз классическая механика и электродинамика Максвелла несовместимы, и раз эксперимент Майкельсона показал ошибочность концепции эфира с основанной на нём электродинамикой Максвелла, то не будет ли более логичным отказаться не от механики, а именно от электродинамики Максвелла, по крайней мере, от её прежнего варианта [15]. Ведь эта теория не только противоречила опыту, но и была гораздо хуже обоснована и проверена, чем классическая механика. Классическая механика, основанная Галилеем и Ньютоном, к 1887 году существовала и всесторонне проверялась уже на протяжении более чем двух веков. Тогда как электродинамика Максвелла была опубликована автором лишь в 1860–1865 гг. и сразу столкнулась с сильной критикой и неприятием. Лишь в 1888 году электродинамика Максвелла была признана благодаря опытам Герца, который обнаружил предсказанные Максвеллом электромагнитные волны. Таким образом, момент признания теории Максвелла, благодаря опытам Герца, практически совпал с проведением опыта Майкельсона. А потому не было никакого резона предпочесть столь сырую, малоисследованную теорию как максвеллова, проверенной веками классической механике.

Именно поэтому Вальтер Ритц, Джозеф Томсон, а также некоторые другие физики предположили, что корень кризиса кроется именно в электродинамике Максвелла, противоречившей классической механике и принципу относительности. А выход из кризиса надо искать в предположении, что электромагнитные воздействия и свет подчиняются классической механике, то есть их движение является относительным, а не абсолютным. Согласно Ритцу, свет имеет постоянную скорость c лишь относительно источника, который в случае движения сообщает свою скорость электромагнитным воздействиям и свету [15]. То есть Ритц обобщил принцип относительности Галилея из классической механики на световые, электромагнитные явления. Это сразу позволяло объяснить опыт Майкельсона, где источник света двигался вместе с Землёй, а потому обнаружить изменение скорости света было невозможно [14]. В этой части выводы Ритца и Эйнштейна совпадают. Но дальше, если Эйнштейн своим вторым постулатом отвергает классическую механику для сохранения электродинамики Максвелла, то Ритц в этом не нуждается, поскольку не ставит целью сохранить, во что бы то ни стало, максвеллову электродинамику, обнаружившую свою несостоятельность.

Точка зрения Ритца и физически, и логически более последовательна, поскольку, приняв принцип относительности классической механики, он и далее продолжает следовать ему. Так, сочтя все явления и движения относительными, он и движение света рассматривает как относительное, то есть считает, что скорость света зависит от взаимного движения источника и наблюдателя. Тогда как Эйнштейн впадает в противоречие, с одной стороны принимая относительность всех движений (первый постулат), а с другой,– отвергая относительный характер движения света, который независимо от движения источника и наблюдателя летит всегда с одной и той же скоростью (второй постулат) [16].

Применение к свету принципа относительности Галилея из классической механики было более естественным, логичным ещё и по следующей причине. Уже Галилей в своих "Беседах" [17] и Ньютон в своей "Оптике" [18] пришли к выводу, что свет может представлять собой поток мельчайших частиц-корпускул, источаемых светящимися телами. Поэтому Галилей и Ньютон считали возможным применить к свету, образованному механическими частицами, принципы галилеевской механики и кинематики. Благодаря этому движущийся источник как раз должен был сообщать свою скорость выброшенным световым корпускулам и несомому ими свету, подобно тому, как движущееся орудие сообщает добавочно свою скорость выстрелянным снарядам. Этот классический баллистический принцип Ритц и положил в основу своей теории. Таким образом, Ритц, в отличие от Эйнштейна, не выдумывал новых умозрительных радикальных теорий, а объяснял опыт Майкельсона классической корпускулярной теорией. Если 2-й постулат Эйнштейна был "взят с потолка", и не только противоречил здравому смыслу, интуиции, но и не был ничем обоснован, то баллистический принцип Ритца не только естественен и давно известен, но и обоснован экспериментально. Задолго до эксперимента Майкельсона, баллистический принцип подтверждало явление звёздной аберрации, то есть смещение видимого положения звёзд на небе за счёт орбитального движения Земли. Это явление, открытое Брадлеем в XVIII веке, было объяснено им как раз на основе баллистического принципа, то есть приложения классической кинематики (правила сложения скоростей) к свету и переносящим его корпускулам [3].

Таким образом, путь выхода из кризиса, предложенный Ритцем, Томсоном и сохраняющий классическую механику, был более логичным, чем путь Эйнштейна, поскольку оптика и механика Ньютона уже содержала готовый рецепт выхода из кризиса, порождённого опытом Майкельсона. Но это касалось лишь оптики, а с точки зрения сохранения законов электродинамики Максвелла, казалось бы, более естественным был путь Эйнштейна. Однако Ритц показал, что нет никакого резона сохранять любой ценой электродинамику Максвелла, которая не только противоречила опытам (опыт Майкельсона, опыт Кауфмана), была слабо обоснованной, но и строилась изначально совершенно произвольно, как набор искусственно подобранных формальных правил. Это была чисто феноменологическая теория, то есть теория, уравнения которой не строго выводились на основании точно установленных причин, а искусственно подбирались, чтобы дать чисто внешнее описание явлений. То есть феноменологическая электродинамика Максвелла была точной аналогией феноменологической термодинамики и аэродинамики, принципы которых не были строго обоснованы и обладали ограниченной применимостью. И лишь молекулярно-кинетическая теория позволила построить строгую микроскопическую теорию термодинамических и аэродинамических явлений, из которой выводы феноменологической теории получались уже как прямые следствия, причём лишь в качестве первого приближения при малых скоростях. В случае околозвуковых скоростей, а тем более сверхзвуковых скоростей, принципы феноменологической термодинамики и аэродинамики, построенных для случая малых скоростей, оказывались уже неприменимы, и лишь использование микроскопической теории, изучавшей поведение отдельных атомов и молекул, позволило получить верные результаты. То же обнаружилось и в феноменологической электродинамике Максвелла, где были выявлены ошибки в виде малых отклонений порядка V2/c2 (в случае опыта Майкельсона), или больших отклонений (опыт Кауфмана, где реализовались большие, околосветовые скорости [4]).

Поэтому Ритц сделал вывод, что корень кризиса крылся именно в электродинамике Максвелла, построенной чисто формально, феноменологически, а потому имеющей применимость, ограниченную теми рамками, в которых эта теория строилась (случай малых скоростей). Четыре уравнения Максвелла, каждое из которых следует рассматривать как отдельную гипотезу, были не строго выведены из неких начальных строго установленных и всесторонне доказанных принципов, но искусственно подобраны, дабы наилучшим образом описывать явления. И вероятность того, что все они были угаданы правильно, причём так, чтобы быть справедливыми на любых скоростях, очень мала. Вот поэтому Ритц и предложил построить на основе классической механики строгую микроскопическую теорию электродинамических явлений, которая была бы справедлива при любых скоростях движений, и которая вскрывала бы смысл электрического и магнитного полей, так же как молекулярно-кинетическая теория вскрыла истинный смысл давлений и температур как характеристик движения больших ансамблей микрочастиц.

Необходимость построения микроскопической теории электродинамических явлений проистекала уже из ньютоновского представления света в виде потока частиц, своего рода атомов света [18]. Кроме того, по замечанию Ритца, необходимость создания микроскопической теории диктовалась тем, что феноменологическая электродинамика Максвелла, в основу которой положены дифференциальные уравнения, давала бесконечно много решений, большая часть которых не имела физического смысла [15]. И для нахождения верного решения часто было недостаточно даже известных начальных и граничных условий, приходилось принимать специально придуманные искусственные граничные условия (составляющие ещё одну гипотезу), например, условие излучения Зоммерфельда. Согласно Ритцу, фундаментальные законы физики должны иметь интегральную, а не дифференциальную форму, так чтобы давать единственное решение и не допускать лишних, физически невозможных решений, исключаемых чисто произвольно. Таким образом, Ритц предлагал вместо континуалистской феноменологической максвелловой электродинамики сплошных сред построить атомистическую электродинамику, законы которой строго выводились из законов классической механики.