Статьи и речи - Максвелл Джеймс Клерк

«...представим себе существо, чувства которого настолько обострены, что оно может проследить за траекторией каждой молекулы; такое существо, атрибуты которого все ещё существенно конечны, как и наши, было бы способно делать то, что в настоящее время невозможно для нас. В самом деле, мы видели, что молекулы в сосуде, наполненном воздухом при однородной температуре, движутся с отнюдь не равномерными скоростями, хотя средняя скорость любого произвольно выбранного большого количества их почти точно равномерна. Теперь предположим, что сосуд разделён на две части A и B перегородкой, в которой имеется малое отверстие, и что существо, которое может видеть отдельные молекулы, открывает и закрывает это отверстие так, чтобы пропускать только более быстрые молекулы из A в B и только более медленные молекулы из B в A. Таким образом, это существо без затраты работы поднимет температуру в B и понизит температуру в A в противоречии со вторым законом термодинамики»28.

5. В инвентарной книге максвелловской мысли имеется как приходная, так и расходная сторона. На стороне прихода, в электромагнетизме, Максвелл ограничил свои исследования после отступления от полного динамического объяснения тем, что мы теперь называем макроскопической областью. А в кинетической теории проникновение в микроскопическую область было поддержано независимым доказательством. С расходной стороны Максвелл оставался убеждённым, что вся энергия является механической энергией. Однако его не следует слишком сильно обвинять за это убеждение. Это было не столько догмой относительно природы Вселенной, сколько программой объединения физики, создания новой теории и открытия новых физических явлений.

В «Действии на расстоянии» Максвелл заметил, что некоторые силы в природе кажутся действующими на расстоянии из отдельных центров, как, например, тяготение, в то время как другие силы кажутся действующими через промежуточную среду, как, например, круги, распространяющиеся по воде, когда бросают камень в пруд. Он также заметил, что эти два вида сил фигурируют в программах, которые намечают физики в их попытках исключить силы другого рода. Максвелл присоединялся к защитникам непосредственного действия, потому что это казалось ему более «философским», более научным29.

«Почему мы не должны тогда допускать, что знакомый нам способ передачи движения путём толчков и тяги нашими руками является примером всех действий между телами даже в тех случаях, в которых мы не можем ничего наблюдать между телами, что принимало бы участие в действии»30.

Динамическое объяснение привело физику от времён Ньютона далеко в XIX столетие. В исследованиях Максвелла оно продвинуло как теорию электричества, так и теорию материи. Но, как оказалось, это продвижение помогло установить пределы той программы, которая вызвала его.

В заключение я хочу упомянуть о комментариях Анри Пуанкаре и в новейшее время Артура Розенблюта и Норберта Винера о возможности бесконечного числа решений задачи о динамическом объяснении31. Комментарии Пуанкаре интересны не только ввиду их ясности, но и потому, что ему неоднократно приписывали открытие такой возможности32. В предисловии к «Электричеству и оптике»33, опубликованном в 1901 г., и в рассуждениях об исследованиях Максвелла в «Основаниях науки»34 Пуанкаре объяснял, как Максвелл доказал, что действие электрических токов совместимо с основными принципами динамики и как общность этого доказательства сделала возможным игнорирование как деталей механизма, так и связи между механизмом и совокупностью наблюдаемых явлений, и как это доказательство, таким образом, установило возможность бесконечного числа решений задачи о динамическом объяснении без построения в отдельности этих связей.

В статье для «Philosophy of Science» о «Роли моделей в науке», опубликованной в 1945 г., Розенблют и Винер, не упоминая о Максвелле, обобщили это наблюдение, указывая, что любой вид объяснения допускает бесконечное число решений. Вместо перезвона с канатами, ведущими к недоступному механизму, они в качестве иллюстрации предложили закрытый ящик с входами и выходами, соединёнными с системой электрических цепей, скрытых внутри ящика. Одно и то же соотношение между входами и выходами можно объяснить различными схемами цепей, различными токами, различными сопротивлениями и т. д. Возможно получить тот же самый выход для того же входа с различными физическими схемами. Если несколько различных схем такого рода заключены в ящики, к которым возможен подход только через входные и выходные клеммы, то нельзя различить между различными возможностями, не обращаясь к новым входам или выходам или к обоим»35. Для того чтобы выделить одно объяснение из бесчисленного множества других, требуется независимое доказательство.

Примечания

1 Более подробное рассмотрение взглядов Максвелла на метод физической аналогии см. в моей статье по этому вопросу [27].

2 См. Максвелл [12], 2, 418. Он писал: «... когда физическое явление может быть полностью описано, как изменение в конфигурации и движении материальной системы, говорят, что динамическое объяснение этого явления полно».

3 См. Максвелл [14], 1, 488.

4 См. Максвелл [14], 1, 490.

5 См. Максвелл [18], 1, 155.

6 См. Максвелл [20], § 567. Он писал: «Образуя представления и слова, относящиеся к какой-либо науке, которая, подобно электричеству, имеет дело с силами и их действием, мы должны постоянно иметь в виду представления, свойственные фундаментальной науке — динамике, чтобы мы могли на первой стадии развития науки избежать несовместимости с тем, что было уже установлено...»

7 См. Максвелл [20], § 861 и [12], 2, 419.

8 Письмо к Веберу было опубликовано в [3], 5, 629. Как Дж. Дж. Томсон, так и сэр Джозеф Лармор ссылаются на это письмо, переводя эту фразу соответственно как «конкретное представление» [26], стр. 1 и как «рабочее представление» [5], стр. 319.

9 Максвелл [20], § 831. См. также отзыв о лагранжевых уравнениях движения в главе «Об уравнениях движения системы со связями» [20], особенно §§ 555—557.

10 Максвелл [15], 2, 309.

11 Максвелл [17], 2, 781. Сэр Джозеф Лармор отзывался о новом способе Максвелла рассматривать физику, как об «агностической точке зрения». [5], стр. 28.

12 Максвелл [15], 2, 308 и [20] §§ 553—554. См. также [17], 2,

13 Максвелл [17], 2, 782.

14 Максвелл [17], 2, 783.

15 Максвелл [17], 2, 783—784. Он писал: «Они могут придать каждому канату любое положение и любую скорость и могут оценить его количество движения, остановив все канаты сразу и чувствуя, какое усилие натяжения даёт каждый канат. Если они возьмут на себя труд установить, какое количество работы им необходимо затратить для того, чтобы стянуть канаты вниз к заданному ряду положений, и выразить это через эти положения, то они найдут потенциальную энергию системы, выраженную в известных координатах. Если они затем найдут натяжение какого-либо каната, вызванное скоростью, равной единице, сообщённой этому или какому-нибудь другому канату, то они смогут выразить кинетическую энергию через координаты и скорости».

16 Максвелл [20], § 552. См. также §§ 110—111, в которых Максвелл рассматривает состояние натяжения в электростатическом поле. Он писал: «Необходимо тщательно усвоить, что мы сделали только один шаг в теории действия среды. Мы предположили, что среда находится в состоянии натяжения, по мы никаким путём не учитывали этого натяжения и не объясняли, как оно сохраняется. Однако этот шаг представляется мне очень важным, так как он объясняет действием последовательных частей среды явления, которые, как предполагалось ранее, объяснимы только непосредственным действием на расстоянии... Я не был в состоянии сделать следующий шаг, а именно, объяснить механическими соображениями эти натяжения в диэлектрике. Поэтому я оставляю теорию в этом пункте...»