«Эфир и гравитация»

ГЛАВА III

МАТЕРИЯ

Ст. 29. Что такое материя? — Закон всемирного притяжения гласит: «Каждая частица материи притягивает каждую другую частицу» и т. д., и сразу же возникает вопрос о том, что подразумевается под термином «материя», каковы ее свойства и ее строение? Тэт в своей «Натуральной философии» дает следующее определение: «Материя — это то, что может быть воспринято органами чувств, или то, на что можно воздействовать силой, или что может оказывать силу».

В ст. 13 уже было указано, что сила обусловлена движением и что везде, где мы имеем движение любого вида или рода, мы получаем энергию, или то, что раньше называлось силой. Рассмотрение этой фазы вопроса будет более полно освещено в главе об энергии и движении. Достаточно сказать, что весь опыт учит нас тому, что сила является результатом движения.

Принимая, таким образом, это определение силы, определение материи Тэта будет звучать так, если его привести в соответствие с современным состоянием: «Материя — это то, что может быть воспринято органами чувств, или то, на что может воздействовать движение, или что может оказывать движение».

Обычное представление о том, что материей может быть только то, что можно увидеть или реально почувствовать, недостаточно широко для определения материи. В природе существует множество вещей, которые нельзя ни увидеть, ни почувствовать, но которые включены в термин «материя». Давайте возьмем один или два примера. Каждый признает, что азот и кислород — это материя, однако я рискну сказать, что никто на самом деле не видел и не чувствовал ни один из этих газов. Оба этих газа бесцветны, невидимы и безвкусны. Вы можете открыть рот и вдохнуть оба газа, и все же, если они чисты, вы не сможете почувствовать вкус ни одного из них. Они являются материей только в том смысле, что они воздействуют на наше чувство силы через движение, которое они могут приобрести.

Или, опять же, возьмем воздух, который представляет собой механическую смесь нескольких газов. Можете ли вы видеть воздух? Если он свободен от пара и дыма, воздух невидим, и в ясный день вы можете смотреть на мили через море или с вершины горы, и при этом ваше зрение ничем не будет затруднено атмосферой. Его также нельзя почувствовать чувством осязания. Откройте и закройте руку и посмотрите, сможете ли вы почувствовать воздух, пока вы это делаете. Подобным образом можно продемонстрировать, что воздух безвкусен. Так что нам не обязательно видеть, чувствовать, пробовать на вкус или даже обонять то, что мы называем материей, чтобы оно было включено в этот термин. До тех пор, пока то, что мы называем материей, способно принимать движение любым способом от любого тела, которое либо движется, либо находится в состоянии вибрации, и не только принимает, но и передает вибрационное или так называемое кинетическое движение движущегося тела, то то, что принимает движение, законно называется материей.

Становится совершенно ясно, почему воздух, эфир, кислород и водород называются материей. Потому что на все них может воздействовать движение, и после такого воздействия они могут оказывать движение на какое-либо другое тело. Тепло — это форма движения, и когда тепло воздействует на воздух, последний приводится в движение, и мы получаем то, что обычно называют ветрами. Мне нет необходимости доказывать, что движение ветров может передаваться другой материи, так как у нас есть многочисленные примеры из наших наблюдений и опыта в случае ветряных мельниц, приводимых в движение силой ветров, а также воздушных шаров, движимых той же причиной; не говоря уже о разрушительном эффекте, производимом в городах и сельской местности ураганом или штормом.

Мысль, которую я хочу подчеркнуть, заключается в том, что материя, строго определенная, — это то, на что может воздействовать движение, такое как тепло или электричество, оба из которых являются формами движения, и что может оказывать полученное таким образом движение на какое-либо другое тело.

Следовательно, где бы во Вселенной мы ни нашли какое-либо тело, будь то твердое, жидкое или газообразное, или любую среду, на которую может воздействовать движение и которая после такого воздействия может оказывать движение, это тело или среда могут законно быть включены в термин «материя», хотя они могут быть абсолютно невидимы для глаз или нечувствительны к чувству осязания, вкуса или обоняния. В той же работе [2] Тэт утверждает, что в физической Вселенной существует только два класса вещей: «Материя и Энергия», а затем приводит примеры того и другого. Он добавляет, что камень, кусок латуни, вода, воздух, эфир — это частицы материи, в то время как пружины, энергия воды, ветер, волны, тепло и электрические токи — это примеры энергии, связанной с материей.

Теперь я могу добавить здесь, что в этих двух утверждениях содержится зародыш физической причины гравитации, вместе с удовлетворительным объяснением всех явлений, которые Вселенная открывает нам либо путем наблюдения, либо путем экспериментов. Поэтому я намерен, прежде чем давать какие-либо подробные описания той среды, которая должна сформировать физическую основу для причины гравитации, рассмотреть термин «материя» во всех его аспектах, чтобы мы могли получить правильное представление о Вселенной и о той роли, которую материя играет в ней.

[2] Тэт, «Натуральная философия».

Ст. 30. Сохранение материи. — Теория неразрушимости материи была впервые введена Лавуазье в 1789 году. Эту теорию можно суммировать следующим образом: материя, наполняющая Вселенную, неизменна по количеству, так что общее количество всегда остается одним и тем же. Изменения могут происходить в отношении состояния материи, но совокупное количество материи во всех изменениях остается неизменным. Так, когда мы сжигаем уголь, он превращается в углекислый газ путем соединения с кислородом атмосферы; когда сахар помещают в воду, он просто переходит из твердого состояния в жидкое. Если куску железа или стали дать заржаветь, поверхность железа вступила в соединение с кислородом и водой атмосферы и образовала новое вещество. Таким образом, тело может переходить из твердого состояния в жидкое, как, например, изо льда в воду, или из жидкого в газообразное, как из воды в пар, и, вероятно, из газообразного состояния в эфирное, как мы увидим позже, но совокупное количество материи во всех этих изменениях всегда остается одним и тем же. Таким образом, во всех физических и химических изменениях, которые материя может претерпевать во Вселенной, нет фактической потери в весе или количестве. Во всем царстве природы мы не находим ни одного примера производства абсолютно новой материи. Мы можем и производим новые комбинации форм материи. Вещество, образованное таким образом путем химического соединения, может отличаться от всего, что когда-либо видели или производили раньше, но элементы, из которых оно образовано, должны были существовать в какой-то другой форме до его производства.

Этот принцип является великим основополагающим принципом всех химических исследований и изысканий и может быть доказан в любое время с помощью весов в лаборатории. Лавуазье впервые провел эксперимент с весами и доказал эту истину путем фактической демонстрации.

Ст. 31. Материя атомарна. — Гипотеза о том, что материя состоит из бесконечно малых частиц, которые называются атомами, была впервые предложена греческими философами. Эта гипотеза постепенно приобрела определенную форму, но Дальтону предстояло впервые привести гипотезу в связный вид, и эта форма теперь известна как атомная теория Дальтона.

Согласно этой теории, атом водорода был самым легким из известных атомов, но сравнительно недавние исследования сэра У. Крукса показали, что, возможно, существуют мельчайшие частицы, которые даже легче атома водорода. Так, сэр У. Крукс предположил, что существуют определенные частицы, связанные с атомом водорода, которые в 700 раз меньше по весу, чем сам атом.

Профессор Дж. Дж. Томсон далее предположил, что если бы мы могли разделить атом на тысячу частей и взять одну из этих частей, мы обнаружили бы, что эта корпускула, как он ее назвал, была бы носителем зарядов в электрическом токе, так что будет видно, что мы движемся в направлении непрерывности материи. Давайте теперь более полно рассмотрим вопрос о том, что подразумевается под атомом.

Ст. 32. Что такое атом? — Определение атома, данное Джеймсом Клерком Максвеллом, звучит так: «тело, которое нельзя разрезать пополам». Атом — это наименьшая часть простого вещества, которая может вступать в соединение с другим элементом и не способна к дальнейшему делению.

Атом водорода — это наименьшая часть этого конкретного газа, которая может вступать в соединение с любым другим элементом, например, кислородом, для образования химического соединения, такого как вода, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Более того, атом любого вида или рода сохраняет свою идентичность и остается неизменным во всех химических соединениях или физических изменениях, которые он может претерпевать. С помощью спектроскопического анализа было установлено, например, что водород существует на Солнце и звездах, и в связи с этим делается вывод, что атом водорода на любом солнце или звезде такой же, как атом водорода в нашей атмосфере или в любом из соединений, таких как вода, в которых он находится. Таким образом, стало общепринятым фактом, что каждый атом любого вещества, такого как кислород, азот и водород, существуют ли они на Земле или на Солнце, в метеоритах или в самых далеких звездах или туманностях, где бы они ни находились, обладает одной и той же идентичностью и одними и теми же физическими свойствами.

Атомы притягивают друг друга, и это атомное притяжение известно как сродство. Нет ни малейшего сомнения в том, что сродство — это форма всемирного притяжения, за исключением того, что сродство атомов избирательно. Это сродство атомов друг к другу приводит к образованию соединений атомов, известных как молекулы и химические соединения.

Размер атомов. — Лордом Кельвином и другими было подсчитано, что атом может быть размером до 1/50 000 000 дюйма в диаметре, так что если бы 50 000 000 из них были положены бок о бок, они составили бы ровно один дюйм в длину. Атомы не все одинакового размера или веса. Атом кислорода весит в 16 раз больше, чем атом водорода. Кирхгофом и Бунзеном было доказано, что 3/1 000 000 часть миллиграмма хлорида натрия достаточна, чтобы придать желтый цвет газовой горелке. Фарадей приготовил несколько листов золота, настолько тонких, что, по его оценке, они составляли лишь 1/100 часть длины световой волны. Мы должны помнить, что каждый лист золота должен был содержать молекулы золота, состоящие из атомов. Каков же тогда должен был быть размер атомов, из которых состоял этот лист?

Ст. 33. Атомная теория. — Атомная теория была возрождена Дальтоном в 1804 году, чтобы объяснить тот факт, что элементы соединяются в определенных фиксированных пропорциях. С того времени до настоящего момента теория росла и развивалась, пока в настоящее время она не рассматривается как хорошо обоснованная теория. Однако это просто теория, и по самой природе гипотезы она не поддается доказательству. Никто никогда не видел атома водорода или кислорода, или атома любого твердого, жидкого или газообразного вещества. Атомная теория предполагает, следовательно, что существует предел делимости материи. Все химические эксперименты подтверждают эту теорию, и с ее помощью мы можем дать понятный и простой метод выражения того, что в противном случае было бы труднообъяснимыми явлениями.

Древние философы были разделены в вопросе о бесконечной делимости материи. Эпикурейцы придерживались мнения, что материя неспособна к бесконечному делению и что даже если бы мы смогли произвести наименьшее возможное деление, нам было бы невозможно достичь наименьшей частицы, называемой «атомом».

Ст. 34. Виды атомов. — Философы время от времени придумывали различные формы атомов, начиная от твердого атома и простых точечных центров Бошковича, до более современного вихревого атома лорда Кельвина или деформационного атома доктора Лармора, которые будут рассмотрены отдельно. Демокрит придумал твердый атом еще в 500 г. до н. э., в то время как понятие твердого атома не отсутствует и в работах самого Ньютона. Мы находим, что Ньютон предполагал, что частицы воздуха могут быть твердыми сферическими телами, находящимися друг от друга на расстоянии около девяти их диаметров.

Твердый атом, однако, по-видимому, опровергается спектроскопическим анализом, который открывает нам, как никогда раньше, нечто о размерах и вибрациях атомов.

Из явления тепла, которое является просто материей в движении, мы чувствуем себя вынужденными принять тот факт, что атом — это не твердая частица, а нечто, что более тесно связано с вихревым атомом или деформационным атомом доктора Лармора.

Атом Бошковича. — Согласно теории Бошковича, каждый атом — это просто неделимая точка в пространстве, способная к движению и обладающая определенной массой, благодаря чему требуется определенное количество энергии для производства определенного изменения движения. В дополнение к этому любые два атома могут притягивать или отталкивать друг друга с силой, зависящей от расстояния между ними. Закон, который регулирует эти силы для всех расстояний, больших чем 1/1000 дюйма, — это притяжение, изменяющееся обратно пропорционально квадрату расстояния, и отталкивание для меньших расстояний.

Мы должны, следовательно, предположить, что вместо твердого атома существует просто геометрическая точка, которая может оказывать притягивающие или отталкивающие силы к центральной точке или от нее. Что касается внешних частиц, они вели бы себя точно так же, как вел бы себя твердый атом. Эта концепция широко поддерживалась в недавнее время Фарадеем. Это скорее математическое объяснение, чем физическое, но оно оказалось удобным для объяснения того, что происходит внутри тел в их трех состояниях, а именно: твердом, жидком и газообразном.

Вихревой атом лорда Кельвина. — Другая гипотеза, которая была предложена для строения атома, — это та, что известна как вихревой атом, который родился благодаря лорду Кельвину. Основной принцип этого вихревого атома заключается в том, что материя может быть полностью обусловлена вращающимися частями фундаментальной среды, эфира, который заполняет все пространство.

Свойства вихревого движения были впервые математически рассчитаны Гельмгольцем, но сэру Уильяму Томсону, ныне лорду Кельвину, предстояло дать физическое представление о вихревом атоме.

Прежде чем углубляться в вопрос о вихревом атоме, возможно, будет полезно объяснить, как можно создавать вихревые дымовые кольца.

Все, что требуется, — это деревянный ящик размером около одного кубического фута с круглым отверстием, проделанным в одной из сторон, и противоположной стороной, покрытой куском полотна вместо деревянной стенки. Дно ящика следует покрыть крепким раствором аммиака, а в блюдце налить немного соляной кислоты и поставить в ящик. Сочетание этих двух веществ вызовет образование густых облаков в ящике, и если резко ударить рукой по полотну, кольцо этого облака будет вытолкнуто через отверстие на противоположной стороне ящика. Кольцо, образованное таким образом, будет иметь круговую форму и будет плыть по комнате, в которой оно создано.

Когда отверстие круглое, кольца также будут круглыми, но если отверстие квадратное, то кольца будут неправильной формы. Одной из примечательных характеристик этих колец является то, что когда два кольца движутся по одной и той же прямой линии, заднее обгоняет переднее, и при этом диаметр переднего увеличивается, а диаметр заднего сокращается. Переднее также будет двигаться медленнее, в то время как заднее движется быстрее, пока не догонит первое, а затем последнее, достаточно сократившись, пройдет через диаметр первого, как показано на рисунке. Это чередование сокращения и расширения продолжается до тех пор, пока два кольца движутся в одной плоскости и пока они не будут разрушены. Однако, когда два кольца движутся в противоположных направлениях и встречаются друг с другом на одной и той же прямой линии, они будут отталкивать друг друга, вместо того чтобы притягивать.

Их скорость продвижения постепенно уменьшается по мере их сближения, и они начинают расширяться и увеличиваться, но они никогда не касаются друг друга. Другая особенность колец заключается в том, что центральное ядро воздуха в кольце остается неизменным все время, пока кольцо движется по комнате, так что оно имеет то же ядро воздуха в конце своего пути, что и тогда, когда оно покинуло ящик.

Как отметил лорд Кельвин, если бы не было трения воздуха, кольцо, будучи созданным, вращалось бы вечно. Если бы, следовательно, существовала такая вещь, как идеальная жидкость, и в ней были бы вихревые кольца, ничто не могло бы разрушить эти кольца, как только они были созданы, и это одно из самых поразительных предположений в отношении теории вихревого атома материи. Остается выяснить, есть ли во Вселенной такая среда, как идеальная жидкость.

Сэр Уильям Томсон применил теорию вихревого атома материи к эфиру, но на основе математических расчетов он не смог прийти к удовлетворительному выводу о том, что эфир состоит из вихревых атомов.

Другое замечательное свойство, присущее этим кольцам, заключается в том, что их нельзя разрезать пополам. Можно заметить, что когда нож приближается к ним, они как будто отскакивают от ножа. В этом смысле это буквально атом, вещь, которую нельзя разрезать пополам.

Вихревой атом имеет много рекомендаций в свою пользу. Он обладает многими из важнейших свойств материи, как, например, неразрушимость, эластичность, инерция, сжимаемость и невозможность быть разрезанным пополам. Более того, он может быть связан с другим кольцом, и таким образом дать основу для комбинирующих свойств атомных весов.

Теория вихревого атома проста по своей сути, поскольку она не постулирует никаких экстравагантных гипотез, а использует эфир в качестве общей основы для всей материи, просто утверждая, что это свойство вращения может быть основой всего того, что мы называем материей. Мы далее рассмотрим отношение вихревого атома к материи, когда будем иметь дело с конституцией материи и единством Вселенной.

Арт. 35. Элементы материи. — Как хорошо известно, современной химии удалось свести все сложные формы материи в природе к ряду простых веществ, которые называются элементами. Из этих элементов в настоящее время известно около семидесяти, некоторые из которых, однако, очень редки. Таким образом, элемент — это простое вещество, которое не может быть разложено никакой известной силой или процессом, такими как тепло или электричество, на другие элементы.

Существует, однако, лишь около четырнадцати таких элементов, которые в значительной степени входят в состав Земли, наиболее распространенными из которых являются кислород и кремний. С помощью спектроскопа было доказано, что многие из этих элементов, как, например, кислород, водород, натрий и кальций, существуют на Солнце и звездах, а также в самых отдаленных туманностях. Большинство элементарных тел можно обнаружить в газообразной форме, как водород, кислород, фтор и хлор, хотя было найдено возможным сжижать даже эти газы. Таким образом, мы видим, что материю можно грубо разделить на три состояния, а именно: твердое, жидкое или газообразное.

Состояние, в котором находится вещество, зависит от его температуры и давления. Пример материи в трех ее состояниях лучше всего показан на примере воды, где в твердом состоянии мы имеем ее в виде льда, в жидком состоянии — в виде воды, а в газообразном состоянии — в виде пара.

Благодаря недавним исследованиям было найдено возможным сжижать газы при очень низкой температуре и повышенном давлении, в результате чего теперь почти все известные газы, такие как водород, кислород и углекислый газ, могут быть получены в жидком виде. Благодаря еще более недавним экспериментам, проведенным профессором Дьюаром, стало возможным даже сжижать воздух, которым мы дышим, в результате чего при температуре около 270 градусов ниже точки замерзания и при повышенном давлении невидимый в обычных условиях газообразный воздух может быть превращен в жидкость и перелит из одного сосуда в другой точно так же, как можно переливать воду. Однако сосуд при обычной температуре, в который наливается такой жидкий воздух, был бы настолько горячим по сравнению с холодом жидкого воздуха, что, как только чрезвычайно холодный жидкий воздух пришел бы в соприкосновение с сосудом, сравнительно горячий сосуд заставил бы жидкий воздух закипеть.

Арт. 36. Три состояния материи. — Материя была разделена на три состояния, а именно: твердое, жидкое и газообразное. Каждое из этих состояний известно по характерным качествам, которые отделяют одно состояние от другого. В то же время материя может переходить из одного состояния в другое, как, например, в случае с водой, которая может существовать в твердой, жидкой и газообразной форме. В свете недавних исследований сэра Уильяма Крукса и профессора Дж. Дж. Томсона весьма вероятно, что вскоре нам придется добавить к материи четвертое состояние, которое мы должны были бы назвать ультрагазообразной формой, или, возможно, это может быть эфирная форма. Если подтвердится, что эфир является материей и обладает существенными качествами материи, как предполагал лорд Кельвин, то мы, безусловно, достигнем границы еще одного великого состояния материи, и наше представление о состояниях материи должно будет расшириться, чтобы включить эту форму, так что материя тогда будет разделена на четыре великих состояния, а именно: твердое, жидкое, газообразное и эфирное.

Теперь мы рассмотрим три группы, как они признаны в настоящее время.

Твердое тело. — Примеры твердых тел обычны и знакомы, и типичными представителями являются такие вещества, как железо, серебро, медь и свинец. Главная характеристика этого состояния материи заключается в том, что его состояние или форма являются фиксированными и не могут быть изменены без затраты тепла, электричества или какой-либо другой формы энергии.

Все твердые элементарные вещества, за исключением углерода, могут быть расплавлены или приведены в расплавленное состояние, хотя для осуществления этого перехода некоторым из них требуется очень высокая температура, как, например, платине. При применении еще более высокой температуры металлы могут быть испарены или переведены из расплавленного состояния в парообразное. В случае твердых тел атомы не имеют свободного пути для движения. Однако не следует думать, что атомы твердого тела неподвижны, так как во Вселенной нет ничего абсолютно неподвижного. В случае твердого тела молекулы, которые его составляют, сохраняют свое относительное положение и связаны друг с другом силой сцепления.

Жидкое тело. — Когда материя находится в жидком состоянии, как, например, вода и масло, состояние ее молекул не является столь фиксированным и стабильным, как в твердом состоянии. Молекулы могут свободно перемещаться друг относительно друга, и их свобода увеличена по сравнению с их состоянием в твердом теле.

Как уже было указано, переход твердого тела в жидкое или расплавленное состояние может быть осуществлен с помощью тепла. Когда тепло подводится к твердому телу, происходит несколько результатов, каждый из которых является следствием другого.

1. Происходит повышение температуры, что обусловлено увеличением энергии молекул за счет добавленного тепла.

2. Происходит увеличение объема или размера тела, и если добавление тепла продолжается, молекулярные силы, удерживающие молекулы вместе, разрушаются, и тогда молекулы, освободившись от тех сил, которые в твердом состоянии связывали их вместе, начинают двигаться с большей свободой, что и приводит к расплавленному состоянию металлов или жидкому состоянию воды. Таким образом, именно тепло привело в движение атомы, составляющие молекулы. Атомы твердого тела поглотили тепло, и это поглощенное тепло придало атомам вибрационную энергию, которой они не обладали ранее. Теперь, когда вещество находится в жидком состоянии, атомы этого вещества обладают не только вибрационным движением, но также и поступательным движением, так что они могут перемещаться внутрь и наружу друг относительно друга. Это доказывается явлением диффузии, когда мы имеем случай, например, взаимопроникновения двух жидкостей разного цвета, что является убедительным доказательством поступательного движения атомов в жидкостях.

Газообразное тело. — Третье состояние, в котором находится материя, — это газообразное состояние. В этом состоянии частицы материи, образующие газ, обладают максимально возможной свободой движения и способны перемещаться с невообразимой скоростью. Существует множество доказательств того, что газы состоят из частиц материи, которые совершенно свободны и способны летать во всех направлениях. Простейшее доказательство получается при смешивании двух газов, как, например, когда любому газообразному веществу позволяют смешаться с воздухом комнаты, и мы обнаруживаем, что данный газ вскоре полностью перемешивается со всем воздухом в комнате. Этот процесс смешивания известен как диффузия, и чем легче газ, тем быстрее он диффундирует. Скорость движения различных частиц варьируется из-за столкновений, которые каждая частица претерпевает время от времени. В результате экспериментов, проведенных Джоулем, он пришел к выводу, что частицы водорода достигают скорости 6055 футов в секунду при 0° C, что является скоростью, намного превышающей скорость пушечного ядра. Несмотря на огромную скорость, с которой движется частица водорода, в одном кубическом дюйме пространства находится такое большое количество частиц, что ни одна частица не имеет абсолютно свободного пути от одной стороны замкнутого пространства до другой. Этому постоянному движению отдельных частиц обязана упругость или давление газов. Внешнее давление, которое они оказывают на любое тело, заключающее в себе газ, вызвано суммарным эффектом ударов частиц и пропорционально сумме их масс, умноженной на квадрат их скоростей. Если мы уменьшим вдвое замкнутое пространство, то мы удвоим количество ударов за данное время, так что количество ударов обратно пропорционально объему газа. Это эквивалентно утверждению, что давление газа обратно пропорционально его объему, что является законом Бойля и Мариотта.

Арт. 37. Материя обладает гравитацией. — Если есть одно свойство, которое существенно характерно для всей материи, так это то, что вся материя обладает гравитацией. Из этого правила нет исключения, поскольку универсальный закон притяжения гласит, что «каждая частица материи притягивает каждую другую частицу». Таким образом, где бы во всей Вселенной ни находилась частица материи любого вида или рода, будь то твердая, жидкая или газообразная, там сила притяжения будет проявляться с силой, пропорциональной массе частицы и обратно пропорциональной квадрату расстояния между притягивающимися частицами.

Гравитация, таким образом, является свойством, которое по существу присуще материи, и любое вещество, которое называется материей или выполняет условия, управляющие материей, должно обладать гравитацией, каким бы другим свойством оно ни обладало или не обладало. Если бы это было не так, мы имели бы нарушение универсального закона гравитации, который перестал бы быть универсальным законом, ибо вместо того, чтобы читать «каждая частица материи притягивает каждую другую частицу», нам пришлось бы сказать, что «некоторые частицы материи притягивают некоторые другие частицы», что было бы нарушением того универсального закона, который благодаря гению Ньютона придал Вселенной единство с философской точки зрения, которого она не имела ранее.

Некоторая материя может быть или не быть упругой; она может быть или не быть твердой, жидкой или газообразной; но есть один факт относительно материи, который абсолютно неоспорим, и он заключается в том, что «вся материя обладает гравитацией».

То, что это верно для каждого и всех видов материи, было доказано прямым экспериментом бесчисленное количество раз, и постоянное применение этого закона ко всем формам материи является фактом, наблюдаемым из явлений, сопутствующих повседневной жизни. Астрономические наблюдения также учат нас, что все звезды, солнца, планеты, спутники и кометы подчиняются этому великому закону гравитации, как, собственно, они и должны, если они состоят из материи. То, что все они состоят из точно таких же элементов, из которых состоит Земля, было доказано снова и снова спектроскопическим анализом, который учит, что водород, железо, кальций и т. д. можно найти в далеких звездах и туманностях, так же как их можно найти в составе Земли. Таким образом, по всей широкой Вселенной, насколько нас могут научить наблюдения и эксперименты, мы узнаем, что без всякого исключения все, что называется материей, подчиняется этому универсальному закону гравитации.

Арт. 38. Материя обладает плотностью. — Плотность — это то свойство материи, которое определяет вес тела на единицу объема.

Плотность любого вещества может быть показана несколькими способами. Прежде всего, она может обозначать количество молекул в данном теле. Возьмем в качестве иллюстрации случай, когда воздух нагнетается в сосуд определенного размера, скажем, объемом в один кубический фут. Мы предположим, что в таком сосуде находится 1 000 000 молекул. Если мы накачаем количество воздуха, равное тому количеству, которое он содержал вначале, то очевидно, что мы удвоили количество молекул в том же сосуде, и поэтому мы говорим, что удвоили плотность. Мало того, вес воздуха в сосуде также удвоится. Рассматриваемая с этой точки зрения, плотность означает количество молекул в единице объема, такой как кубический дюйм или кубический сантиметр.

Опять же, как уже было показано в Арт. 35, различные элементы имеют различные атомные веса. Таким образом, атом углерода весит в двенадцать раз больше, чем атом водорода, то есть в атоме углерода содержится в двенадцать раз больше материи по весу, чем в атоме водорода, так что потребовалось бы в двенадцать раз больше атомов водорода, чтобы весить фунт, по сравнению с количеством атомов углерода. Это лишь другой способ утверждения, что плотность углерода в двенадцать раз больше плотности водорода. Если мы сравним свинец и серебро с водородом таким же образом, мы обнаружим, что плотность в 206 раз и 107 раз больше, чем у водорода.

Таким образом, можно увидеть, что вся материя обладает плотностью и что эта плотность частично зависит от ее атомного строения. Если молекула материи состоит из атомов, чьи атомные веса очень велики по сравнению с весом водорода, как железо, серебро, свинец и золото, то молекулы будут иметь гораздо большую плотность, чем молекула, образованная кислородом и водородом, т. е. водой. Это свойство плотности материи играет важнейшую роль в передаче любого вида волнового движения.

Арт. 39. Материя обладает упругостью. — Материя обладает упругостью. Упругость — это то свойство материи, которое позволяет всем телам восстанавливать свою первоначальную форму, когда давление, вызвавшее изменение формы, было снято.

Например, предположим, что шар из слоновой кости брошен на мраморный стол или любую другую твердую поверхность. Он отскочит и поднимется почти на ту же высоту, с которой был брошен. Если поверхность, на которую он упал, была предварительно покрыта графитом, на шаре из слоновой кости будет обнаружено круглое пятно от графита. Из этого факта мы приходим к выводу, что когда шар пришел в соприкосновение со столом, в момент контакта он был сплющен, а затем благодаря своей упругости снова отскочил в воздух.

Мера упругости тела пропорциональна скорости волнового движения, которое оно может передавать. Хорошая иллюстрация передачи волнового движения может быть показана с помощью ряда шаров для багателя или бильярда из слоновой кости. Если восемь или более из них поставить в ряд, чтобы все они касались друг друга, и один шар поместить на расстоянии около дюйма или около того от остальных на прямой линии с ними, то когда одиночный шар ударяется кием о другие восемь, движение одиночного шара передается каждым из восьми последовательно с такой быстротой, что крайний шар придет в движение быстрее, чем одиночный шар достиг бы крайнего шара, если бы он был свободен двигаться дальше, не встречая никакого сопротивления.

Это факт, поддающийся демонстрации, что чем меньше частица материи, тем больше будет ее вибрационное движение. Таким образом, частицы воздуха очень, очень малы, и, следовательно, воздух оказывается очень упругим и позволяет звуку передаваться через него с относительно большой скоростью, причем некоторые звуки распространяются со скоростью более 1000 футов в секунду.

Важнейшим фактором в определении распространения любого волнового движения через газ или твердое тело является отношение упругости газа или твердого тела к его плотности. Достаточно сказать, что скорость любого волнового движения определяется отношением упругости к плотности. Например, звук, который является волновым движением воздуха, может передаваться не только через газообразные тела, такие как воздух, но также через жидкости и твердые тела. Звук распространяется быстрее через твердые тела, чем через жидкости, и быстрее через жидкости, чем через газы. В жидкостях отношение упругости к плотности больше, чем в воздухе, а в твердых телах это отношение еще больше. Поэтому звук распространяется гораздо быстрее в жидкостях, чем в газах, и быстрее в твердых телах, чем в жидкостях.

Это причина, по которой можно услышать приближение поезда, если приложить ухо к железнодорожному полотну, когда атмосфера не дает уху никакого указания на его приближение. Некоторые примеры скоростей звука в различных веществах приведены ниже —

Gases O. C.

feetLiquids.

feetSolids

feet

Air1090persec. Oxygen1040""

Water4708persec.(8° C.). Alcohol4218""(20° C.).

Gold5717persec. Silver8553""

Арт. 40. Материя обладает инерцией. — Инерция — это то свойство материи, благодаря которому материя не может сама по себе изменить или изменить свое состояние движения или покоя.

Первый закон движения Ньютона гласит, что тело в состоянии покоя остается в состоянии покоя до тех пор, пока какая-либо сила или движение не подействует на него. Если камень сбросить с воздушного шара, камень падает не из-за какого-либо свойства, которым он обладает, а потому, что на него действует сила тяжести. Если бы можно было устранить эту силу тяжести, то, если бы не было никакой другой силы, которая могла бы подействовать на камень, он остался бы висеть в пространстве.

Инерция тела равна массе этого тела, или количеству материи в теле, измеренному гравитацией, так что если тело уменьшить вдвое, его инерция также уменьшится вдвое, а если удвоить, то инерция также удвоится. Поскольку инерция материи противодействует всем видам движения, количество силы, необходимое для преодоления инерции тела, пропорционально его массе. Так что если масса тела удваивается, то для его перемещения потребуется вдвое больше силы, в то время как если бы тело было уменьшено вдвое, половины силы было бы достаточно, чтобы сделать это.

Инерцией обладает в равной степени как движущееся тело, так и тело в состоянии покоя. Приведенное определение указывает на это, поскольку оно гласит, что материя не может сама по себе изменить свое состояние движения. Если тело, следовательно, находится в движении, требуется определенное количество сопротивления, чтобы привести тело в состояние покоя, или потеря равного количества энергии, путем трения или иным образом, равного количеству, которое оно поглотило для того, чтобы быть приведенным в движение.

Мы получаем многочисленные примеры этого свойства инерции тел в нашем повседневном опыте. Многие несчастные случаи, которые случаются с людьми различными путями, обусловлены этим свойством инерции материи. Велосипедист едет на машине под гору и теряет контроль над своей машиной, в результате чего он врезается в стену и погибает. Что же произошло? Велосипедист участвовал в движении машины, в результате чего, когда машина внезапно остановилась, тело было выброшено вперед из-за импульса, который оно приобрело.

Мы постоянно подвергаемся воздействию свойства инерции материи в трамвае, поезде и автобусе. Всякий раз, когда любой из них внезапно останавливается или внезапно начинает движение, нас бросает либо назад, либо вперед, из-за того, что тело либо не приобрело движения поезда, либо, приобретя его, не способно потерять свое движение так же быстро, как поезд, и поэтому выбрасывается вперед.

ГЛАВА IV

ЭФИР — ЭТО МАТЕРИЯ

Арт. 42. Эфир — это материя. — Гипотеза об эфире, который заполняет все пространство, была выдвинута для того, чтобы ученые могли объяснить определенные явления света, которые в противном случае было трудно объяснить. Его существование требуется не только для явлений света и тепла, но, в свете сравнительно недавних исследований Герца по «электрическим волнам», также и для электричества.

Эфирная среда обычно считается той фундаментальной средой, с помощью которой, возможно, должны быть объяснены все свойства материи и все явления движения во Вселенной. Было доказано, что свет и тепло обусловлены периодическим волновым движением этого универсального эфира, в то время как из исследований и изысканий таких людей, как Джеймс Клерк Максвелл, Пойнтинг, Томсон и Герц, было доказано, что электромагнитные явления обусловлены этой же средой.

Различными философами время от времени постулировались несколько различных форм эфира, но единственный эфир, который сохранился, — это тот, который был впервые задуман Гюйгенсом для объяснения явлений света, хотя именно Томас Юнг в конечном итоге преуспел в том, чтобы поставить концепцию эфира на прочную основу. Каждое открытие науки только укрепляло гипотезу и существование эфира, причем последнее открытие, открытие беспроводной телеграфии, так успешно развитое синьором Маркони, приписывается электромагнитным свойствам этого самого эфира.

Уже было указано, что Ньютон пытался объяснить гравитацию давлением эфира. Если, следовательно, гравитация действительно обусловлена этой универсальной средой, становится необходимым спросить себя: каковы свойства и характерные качества этой удивительной среды? Что же тогда такое эфир и каковы его свойства?

Уже было указано в Арт. 29, что эфир — это материя. Такое допущение строго соответствует правилам философии, приведенным в Гл. I.

Эта гипотеза не только проста, но и согласуется со всем нашим опытом и наблюдениями.

Это простое предположение, потому что, если не предполагать, что эфир является материей, тогда вместо того, чтобы Вселенная состояла из двух классов вещей, материи и движения, нам приходится добавлять третий класс, который мы называем эфиром. Легко увидеть, что введение третьего класса в состав Вселенной, такое дополнение, вместо того чтобы упростить конституцию Вселенной, добавляет к ней большую сложность.

Принимая гипотезу о том, что эфир является материей, мы избавляемся от третьего класса сущностей во Вселенной и тем самым сокращаем их количество до двух классов. Если бы мы могли сделать еще один шаг вперед и доказать, что вместо двух классов вещей во Вселенной существует только одна группа, и показать, что все материальные вещи и все явления могут подпадать под рубрику либо материи, либо движения, тогда мы свели бы Вселенную к простейшей возможной концепции. Поскольку, однако, для нас, по крайней мере в нашем нынешнем состоянии знаний, невозможно прийти к этой фундаментальной и простой гипотезе единства для всей Вселенной, мы должны принять следующее более простое решение и утверждать, что Вселенная состоит из двух классов вещей, а именно: материи и движения, и это, как я уже показал, является более простой классификацией, чем выделение эфира в отдельный класс, и поэтому согласуется с нашим первым правилом философии.

Опять же, это полностью согласуется с нашим вторым правилом философии, поскольку это никоим образом не нарушает результаты эксперимента, опыта или наблюдения. Куда бы мы ни посмотрели или на что бы мы ни посмотрели, все, что мы видим, осязаем, пробуем на вкус или обоняем, называется материей. Горящее солнце, светящаяся звезда, летящий метеор, светящаяся комета, Земля, наш собственный остров-дом, возвышающаяся скала, широкий океан, бегущая река, зеленые деревья леса, крошечное насекомое, величественный слон, все животные, растения и наше собственное физическое тело — все они состоят из материи, либо в твердой, жидкой или газообразной форме. Поэтому, когда мы утверждаем, что эфир — это материя, это утверждение строго соответствует элементарным принципам философии и никоим образом не нарушает их правил или законов. Утверждать, что эфир не является материей, — значит утверждать нечто, противоречащее всему опыту, если только не утверждать, что эфир — это движение, для чего доказательства не столь сильны или убедительны, как для того, что он является материей. Поэтому противник этого допущения сам нефилософичен, поскольку он постулирует или предполагает, что эфир — это среда с качествами, которые лежат совершенно вне диапазона нашего опыта и наблюдения.

В умах ученых мужей растет убеждение, что эфир принадлежит к той группе вещей, которую мы описываем термином «материя». Лорд Кельвин в своем обращении к Британской ассоциации в 1901 году на тему «Скопление гравитационной материи в любой части Вселенной» сказал: «Мы все убеждены вместе с нашим президентом (профессором Рюкером), что эфир — это материя. Эфир мы относим к особому виду материи, который обладает инерцией, жесткостью, упругостью, сжимаемостью, но не тяжестью».

Д-р Лармор в книге «Эфир и материя» пишет: «Материя должна состоять из изолированных частей, каждая из которых по необходимости является постоянным ядром, принадлежащим эфиру, такого типа, который представлен, например, крошечным вихревым кольцом в идеальной жидкости».

Фарадей в отношении этого предмета пишет (Exp. Res., том ii.): «Представление, изложенное сейчас о составе материи, по-видимому, влечет за собой вывод, что материя заполняет все пространство, или, по крайней мере, все пространство, до которого простирается гравитация, включая Солнце и его систему, ибо гравитация — это свойство материи, зависящее от определенной силы, и именно эта сила составляет материю». Поскольку эфир заполняет все пространство, включая Солнечную систему, следовательно, согласно Фарадею, «эфир также должен быть материей».

Благодаря гипотезе о том, что эфир является материей, со всеми свойствами, которые такая гипотеза логически придает эфиру, я осмеливаюсь предположить, что третье правило философии будет выполнено и что нет такого явления в астрономическом мире и нет такой части универсального закона гравитации, которую такая гипотеза не смогла бы объяснить на удовлетворительной физической основе. Впервые будет дано физическое объяснение законам движения Ньютона, по крайней мере тем законам, которые строго соответствуют первому и второму правилам философии. Впервые будет дано физическое представление всем законам Кеплера, и то, что математические законы гравитации сделали для законов Кеплера, придав им математическую основу, простая гипотеза о том, что эфир является материей, со всем, что логически из этого вытекает, сделает для тех же законов с физической точки зрения. Впервые будет дано физическое представление центробежной и центростремительной силам, которые являются дополнением и аналогом друг друга, причем это физическое представление будет результатом той же гипотезы, что эфир является материей.

В дополнение к этому проливается свет на такие проблемы, о которых упоминает лорд Кельвин (Phil. Mag., июль 1902 г.) в своей статье «Облака над волновой теорией света», и дальнейший свет проливается на некоторые теории электричества, выдвинутые такими людьми, как Фарадей, Джеймс Клерк Максвелл и профессор Томсон. Поэтому я осмеливаюсь думать, что выдвинутая гипотеза и представленная концепция о том, что эфир является материей, философски верны и оправданы результатами, которые вытекают из такой гипотезы.

Некоторым может показаться, что гипотеза, которую я выдвинул, уже признана и что факт того, что эфир является материей, уже признан учеными и передовыми мыслителями в целом. Но такая идея лишь отчасти верна. Некоторые из наших самых передовых ученых уже признают, что эфир является материей, но это признание лишь частично доведено до своего логического завершения.

Лорд Кельвин в своем обращении к Британской ассоциации в 1901 году высказал следующие замечания об отношении эфира к материи: «Мы убеждены вместе с нашим президентом (профессором Рюкером), что эфир — это материя, но мы вынуждены сказать, что свойства материи не следует искать в эфире, как они обычно известны нам по действию, возникающему в результате силы между атомами материи и атомами эфира. Здесь я нелогичен, когда говорю «между материей и эфиром», как если бы эфир не был материей. Эфир мы относим к особому виду материи, который обладает инерцией, жесткостью, упругостью, сжимаемостью, но не тяжестью».

Из цитаты такого рода, которая исходит из уст одного из самых острых умов настоящего времени, я думаю, я вправе сделать заявление, что не признается, что эфир является материей со всем, что это признание логически влечет за собой. Потому что, как указывает лорд Кельвин, хотя и признается, что эфир является материей, все же это признание является лишь квалифицированным признанием, а не тем, которое несет в себе все свойства, существенно принадлежащие материи, или признанием, которое включает в себя факт того, что эфир обладает гравитацией, то есть подчиняется гравитации. Чтобы быть строго логичным и философским в утверждении, что эфир является материей, необходимо признать не только то, что эфир подчиняется таким свойствам, как упругость, инерция и сжимаемость, но и то, что он также обладает гравитацией или имеет вес. Ибо эфир либо является материей, либо не является материей.

Он не может быть и тем, и другим одновременно. Такая концепция совершенно противоречит той простоте, которая является главной характеристикой природы, как указывал Ньютон.

Если, следовательно, эфир является материей, то, чтобы быть строго логичным и философским, необходимо признать, что эфир обладает гравитацией, а также обладает другими свойствами материи, такими как упругость, инерция и т. д. Если это не признается, то мы имеем в природе аномалию материи, которая не является материей, потому что она нарушает те самые принципы, которые превыше всех остальных определяют, что такое материя, а именно: «что каждая частица материи притягивает каждую другую частицу» и т. д., то есть, что она обладает гравитацией. Таким образом, предполагая, что эфир является материей, и все же не обладая гравитацией, все правила философии нарушаются, так как такая гипотеза противоречит как первому, так и второму правилам философии и противоречит всем наблюдениям и опыту. Если эфир, следовательно, является материей, как это признают самые передовые мыслители того времени, то из этого следует, что единственный логический и философский вывод, к которому можно прийти, заключается в том, что он также подчиняется тем свойствам, которые являются главными характеристиками всей материи. Эти свойства можно классифицировать следующим образом: атомарность, гравитация, плотность, упругость, инерция и сжимаемость.

Арт. 43. Эфир универсален. — Юнг в своей первой гипотезе об эфирной среде утверждает, что «светоносный эфир пронизывает Вселенную, будучи редким и упругим в высокой степени» (Phil. Tran., 1802).

Как указывает Юнг, этот невидимый и упругий эфир заполняет все пространство и наводняет Вселенную в целом. В нем пылают солнца, сияют звезды, вращаются миры и планеты, вспыхивают метеоры и кометы несутся в своем таинственном полете. В нем существуют все материальные и физические вещи, ибо он является для них не только первичной средой их существования, но, подобно тому как бесконечная и вечно активная энергия Божественного является для Вселенной в ее целостности и полноте возбуждающим и стимулирующим духом ее энергий и сил, так и этот эфирный океан является для материальной и физической Вселенной возбуждающей и стимулирующей средой всех ее активностей, энергий и сил; и без которого, хотя все материальные и физические вещи были бы наделены разнообразными способностями своего рода или жизни, все же они не могли бы ни проявлять, ни упражнять их, ни даже демонстрировать простую активность движения. Следовательно, везде, где есть материальные и физические вещи, там, как среда их существования и энергии, есть эфир; и там, где нет эфира, нет и не может быть никакой материальной или физической вещи. То, что эфир универсален, доказывается явлениями света. Световые волны имеют скорость около 186 000 миль в секунду. Теперь расстояние от Солнца до Земли составляет около 92 000 000 миль, так что свету требуется около восьми с половиной минут, чтобы дойти от Солнца до Земли.

Луч света от ближайшей неподвижной звезды достигает Земли примерно за три с половиной года, в то время как есть некоторые звезды настолько далекие, что астрономы говорят нам, что, хотя свет движется с такой огромной скоростью, все же потребовалось бы несколько тысяч лет, чтобы он достиг Земли. Этот факт подразумевает, что по всему безграничному пространству можно найти эту эфирную среду. Таким образом, межпланетное и межзвездное пространство не пусто, а заполнено этим вездесущим, всепроникающим эфиром; и не только это, но каждая частица материи во Вселенной окружена этим универсальным эфиром, который образует возбуждающую и стимулирующую среду всех активностей, энергий и движений всей материи. Таким образом, эфир является одновременно универсальным и бесконечным по своей протяженности.

Джеймс Клерк Максвелл в своей статье «Действие на расстоянии» (Collected Works, под ред. Найвена), ссылаясь на универсальность эфира, пишет: «Обширные межпланетные и межзвездные регионы больше не будут рассматриваться как пустые места во Вселенной, которые Творец не счел нужным заполнить символами многообразного порядка Своего Царства. Мы обнаружим, что они полны этой удивительной среды, настолько полны, что никакая человеческая сила не может удалить ее из самой малой части пространства или произвести малейшую трещину в ее бесконечной непрерывности. Она простирается неразрывно от звезды до звезды, и когда молекула водорода вибрирует в звезде Пса, среда принимает импульсы этих вибраций и передает их в далекие миры. Но среда имеет и другие функции, помимо переноса света из мира в мир и свидетельства абсолютного единства материальной системы Вселенной. Ее мельчайшие части могут иметь вращательные, а также вибрационные движения, и оси вращения образуют те линии магнитной силы, которые простираются в неразрывной непрерывности в регионы, которые не видел ни один глаз, и которые своим действием на наши магниты говорят нам на языке, еще не интерпретированном, что происходит в скрытом мире из века в век». Теперь я предполагаю, что в теории эфира, которая будет представлена в этой работе, физическая интерпретация этого утверждения Максвелла получит свое буквальное исполнение.

Арт. 44. Эфир атомарен. — Если есть одна фундаментальная истина, применимая ко всей материи, так это то, что вся материя атомарна.

Профессор Рюкер в своем президентском обращении к Британской ассоциации 1901 года, рассматривая этот вопрос, сказал: «Сторонник атомной теории утверждает, что материя существует в определенном состоянии, что она состоит из частей, которые отдельны и отличны друг от друга и как таковые способны к независимому движению. Несомненно, что материя состоит из дискретных частей в состоянии движения, которые могут проникать в пространства между соответствующими частями окружающих тел. Каждое большое достижение в химических знаниях за последние девяносто лет находит свое истолкование в атомной теории Дальтона».

От такого авторитета, как этот, и из фактов, которые он привел, рассматривая этот вопрос, мы обязаны признать, что вся материя атомарна. Если это признано, то, когда делается утверждение, что эфир является материей, единственный логический вывод, к которому можно прийти в отношении вопроса об атомарности эфира, заключается в том, что эфир также атомарен. Если это не признается, мы имеем нарушение первого и второго правил нашей философии, так как безатомный эфир противоречит той простоте концепции, которая является существенным требованием всех гипотез, и, более того, противоречит тем косвенным доказательствам, собранным из наблюдений и экспериментов, которые учат нас, что вся материя атомарна. Если утверждается, что невозможно решить вопрос об атомарности эфира, мой ответ заключается в том, что тот же аргумент может быть разумно применен ко всей материи. Но, как заявил профессор Рюкер, все доказательства относительно материи указывают на теорию ее атомарности и поддерживают ее, и поэтому единственный логический и философский вывод заключается в том, что эфир также атомарен. Опять же, может быть высказано предположение, что мы не можем видеть или осязать атом эфира и что он не только невидим, но, по-видимому, неспособен быть воспринятым нашими чувствами. В ответ на это, как я уже показал в Арт. 31, это возражение может быть в равной степени использовано против атома водорода или атома кислорода. Сомневается ли кто-нибудь в существовании атома водорода или атома кислорода, потому что он невидим для чувства зрения или не может быть раскрыт ограниченному чувству осязания? Конечно, нет! По той же логике, столь же нелогично отрицать существование атома эфира, потому что его нельзя увидеть или почувствовать, как и отрицать существование атома водорода или кислорода. Атом эфира обнаруживает себя чувствам так же, как атом водорода или кислорода, то есть силой или энергией, которую он проявляет. Его вибрации могут проявляться для тела в форме тепла, в то время как волновое движение, которое передают эфирные атомы в форме света, обнаруживает присутствие эфирного атома для чувства зрения. Сразу же возникает вопрос о том, что составляет эфирный атом, каковы его свойства и движения?

Теперь, для того чтобы мы могли успешно войти в эту спекулятивную область, существенно, чтобы мы, насколько это возможно, соответствовали правилам философии и стремились получить некоторое представление об эфирном атоме из результатов опыта и наблюдения. Делая это, мы сразу же сталкиваемся с трудностью, что никто никогда не видел атома или не анализировал свойства одного из них. Фактический эксперимент не выявил ничего абсолютно определенного относительно конечного характера атома, и если это верно для атомов материи, то это должно быть верно и для эфирного атома. Поэтому поначалу кажется, что у нас нет результатов эксперимента или наблюдения, которыми мы могли бы руководствоваться при формулировании правильной концепции относительно конституции эфирного атома, и поэтому мы просто брошены в области спекуляций относительно его конституции и свойств.