Статьи и речи - Максвелл Джеймс Клерк

Такого же рода рассуждения, как и те, что привели нас к убеждению о существовании водорода на Солнце и на звёздах, приводят нас к убеждению и в том, что молекулы водорода во всех этих телах имеют общее происхождение. В самом деле, материальная система, способная к колебаниям, может иметь какой угодно ряд периодов колебаний. Следовательно, вероятность, что две материальные системы, совершенно друг от друга независимые, будут иметь один и тот же ряд периодов колебания, при высокой точности современных спектроскопических измерений так мала, что мы вынуждены допустить, что обе эти системы не независимы друг от друга. Если бы вместо двух таких систем у нас было бесчисленное множество с тем же рядом периодов, то аргумент усилился бы чрезвычайно.

Итак, допустив, что существует родство между любыми двумя молекулами водорода, мы рассмотрим, в чем оно может заключаться.

Можно представить себе взаимодействие двух тел, стремящихся к уподоблению одного другому. Так, двое маятниковых часов, соединённых деревянным стержнем, будут идти синхронно, хотя, в случае отсоединения, их ход отличен. Но если молекулы могли бы даже изменять свои свойства, подобно часам, то между Сириусом и Арктуром нет никакой физической связи соответствующего рода.

Большое число предметов, отличных друг от друга, можно разложить в сорта так, что в каждом сорте будут более или менее однородные. При изготовлении дроби ей дают скатываться с наклонной плоскости. Крупные дробинки приобретают большую скорость и падают дальше, чем мелкие. Так сортируются шарики по величине; в один сорт попадают шарики почти одинакового размера, а те, которые сверх допустимой величины, отклоняются от сферической формы и отбрасываются.

Если первоначально молекулы были бы так же разнообразны, как и дробинки и затем рассортированы, то нам пришлось бы объяснить исчезновение всех тех молекул, которые не подходят под один из весьма ограниченного числа известных нам сортов; а освободиться от некоторого числа неразрушимых тел означало бы решить одну из труднейших задач космогонии.

Известно, что можно сгруппировать живые существа в некоторое число видов, более или менее точно определённых, и что трудно или невозможно найти звенья, образующие непрерывную цепь между ними. Однако всегда появляются индивиды, отличающиеся от своих родителей. Каждый индивидуум в течение своей жизни изменяется и либо выживает и продолжает свой род, либо преждевременно умирает, в зависимости от большей или меньшей приспособленности к окружающей среде. Это позволило создать теорию происхождения видов путём естественного отбора. Но эволюционная теория неприложима к молекулам, ибо отдельные молекулы не родятся и не умирают, не имеют ни родителей, ни потомства и столь мало подвержены влиянию окружающей среды, что две водородные молекулы имеют тождественные свойства, хотя одна из них лежала тысячелетия в каменном угле под землёю, а другая была «окклюдирована» в железе метеорита и попала в руки земного химика после бесконечных странствий в небесных пространствах.

Процессы, распределившие молекулы по отдельным сортам, не из тех, аналоги которым мы могли бы найти в настоящее время, и мы не имеем о них никакого представления. Если мы предположим, что известные нам молекулы построены из ограниченного числа совершенно одинаковых атомов, то мы должны будем приписать ограниченное число сортов молекул ограниченному числу комбинаций атомов, образующих стойкую систему. Если мы примем теорию Бошковича, утверждающую, что первоначальный атом — просто силовой центр, имеющий некоторую определённую массу, то мы можем обойти трудность, возникающую из-за равенства масс всех атомов, допустив — что не противоречит опыту,— что масса не может изменяться непрерывно в сторону увеличения или уменьшения, а что она, по своей природе, дискретна, подобно числу, и что масса атома — единица и все массы суть кратные этой единицы. У нас нет доказательств, что отношение каких-либо двух масс может быть несоизмеримым; в геометрии же несоизмеримость величии — следствие предположения о непрерывности. Если материя построена из атомов, т. е. дискретна, то она непригодна для идеальных геометрических моделей, но в остальном может выполнять свои функции.

По этой теории, равенство масс различных атомов не есть результат какого-то механизма количественного приспособления, а зависит от самой природы массы. Однако соответствие периодов колебаний существующих молекул — факт иного порядка.

Известно, что существует излучение со всевозможными частотами как внутри видимого спектра, так и за пределами его в обе стороны. Самый сильный спектроскоп не может обнаружить прерывности в спектре раскалённой извести. Частота колебаний светящейся частицы, следовательно, сама по себе может принимать значения, если не непрерывные в математическом смысле слова, все же не отличающиеся друг от друга менее чем на одну десятитысячную. Значит, сама природа времени позволяет молекуле колебаться с любой из многих тысяч различных наблюдаемых частот.

Частота колебаний отдельной частицы определяется соотношением между соответствующим смещением и вызываемой им силой возврата, в которое входят постоянные пространства, времени и массы.

Рассмотрим теперь это равенство постоянных пространства и времени для всех молекул одного сорта. Мы видели, что различные условия, в которых находились эти молекулы одного рода, даже в течение многих столетий, не привели к заметной разнице в значении этих постоянных. Но если различные процессы в природе с начала мира не смогли привести к какой-либо заметной разнице, то мы должны заключить, что однообразие этих постоянных не есть следствие каких-либо естественных процессов.

Итак, образование молекул — явление, несвойственное нашему времени. Насколько известно, оно не совершается ни на Земле, ни на Солнце, ни в звёздах, ни теперь, ни с тех пор, как эти тела образовались. Мы должны его отнести к той эпохе, когда образовались существующие законы природы, и пока не распадутся не только эти тела, но и существующие законы природы, у нас нет оснований ожидать повторения подобного процесса.

При современном состоянии науки мы имеем серьёзное основание допустить, что в молекуле или в одном из составляющих её атомов есть нечто существующее вечно, или по крайней мере с эпохи, предшествующей возникновению законов природы. Но, кроме данного атома, существуют неисчислимые другие атомы того же рода, и их постоянные невозможно изменить никаким способом. Каждый из них физически независим от всех остальных.

Противоречива внутренне или нет концепция множества тел, существующих извечно, но во всяком случае эта концепция становится абсурдной, когда мы приписываем этим телам количественное равенство. Таким образом, мы вынуждены исследовать, нет ли некоторой общей причины или общего происхождения, объясняющих это странное равенство, вместо одного из бесчисленно возможных неравенств.

Наука не может рассуждать о сотворении материи из ничего. Допустив, что материя должна создаваться, так как она не может быть вечной, мы достигли предела наших мыслительных способностей. Лишь рассматривая ту форму, в которой фактически существует материя, а не материю саму по себе, наш разум может за что-то ухватиться.

То, что материя, как таковая, непременно должна иметь определённые свойства — существовать непрерывно в пространстве и времени, что всякое действие есть взаимодействие между двумя частями материи и т. д. — истины такого порядка, которые метафизики считают неизбежными. Мы можем использовать эти истины для целей дедукции, но они ничего не дают для размышления об их происхождении.

Однако равенство постоянных молекул — факт совсем иного порядка. Оно происходит от особого распределения материи — от расстановки, по выражению д-ра Чалмерса, и мы легко можем представить себе иную расстановку. Некоторые обычные формирования суть приспособления постоянных, не только произвольные по своей природе, но подвергающиеся действительно изменениям; когда указывают, что эти изменения благоприятствуют жизни живых существ и имеют благотворное значение, можно возразить, что те изменения, которые не способствуют росту и размножению, ведут к уничтожению живых существ и тем самым — к устранению доказательств существования неблагоприятных мутаций.