«Новая физика и ее эволюция»

Электронный текст подготовлен Джеффом Спирко, Джульет Сазерленд, Джимом Лэндом и командой онлайн-корректоров Project Gutenberg.

Международная научная серия

НОВАЯ ФИЗИКА

И ЕЕ ЭВОЛЮЦИЯ

АВТОР:

ЛЮСЬЕН ПУАНКАРЕ

Генеральный инспектор народного просвещения

Авторизованный перевод книги «LA PHYSIQUE MODERNE, SON ÉVOLUTION»

НЬЮ-ЙОРК D. APPLETON AND COMPANY 1909

Предисловие редактора

Люсьен Пуанкаре принадлежит к выдающейся семье математиков, которая за последние несколько лет дала Республике министра финансов, а Академии наук — президента. Он также является одним из девятнадцати генеральных инспекторов народного просвещения, в обязанности которых входит посещение различных университетов и лицеев Франции и составление отчетов о состоянии преподаваемых там дисциплин. Таким образом, он находится в превосходном положении, позволяющем оценить по достоинству те чрезвычайные изменения, которые в последнее время произвели революцию в физической науке, в то время как его официальный статус позволил ему оставаться в стороне от споров, вызванных открытием радия и недавними спекуляциями о строении материи.

Цель и метод М. Пуанкаре при написании этой книги достаточно полно объяснены в последующем предисловии; однако следует заметить, что даже у самого лучшего метода есть свои недостатки, и чрезмерная сжатость, которая одна лишь позволила включить открытия последнего десятилетия в области физической науки в объем около 300 страниц, возможно, затруднила усвоение изложенных здесь фактов неподготовленным читателем. Чтобы по мере возможности исправить это, я снабдил настоящий перевод оглавлением, настолько расширенным, что оно представляет собой довольно полное резюме книги, а также добавил полные указатели авторов и предметов. Немногочисленные примечания, необходимые либо для лучшего разъяснения используемых терминов, либо для сообщения об открытиях, сделанных в то время, когда эти страницы находились в печати, можно отличить от примечаний автора по подписи «ИЗД.».

РЕДАКТОР.

КОРОЛЕВСКИЙ ИНСТИТУТ ВЕЛИКОБРИТАНИИ, апрель 1907 г.

Предисловие автора

За последние десять лет в области физики накопилось так много работ и было выдвинуто так много новых теорий, что те, кто с интересом следит за прогрессом науки, и даже некоторые профессиональные ученые, поглощенные своими специальными исследованиями, чувствуют себя потерянными в путанице, которая скорее кажущаяся, чем реальная.

Поэтому мне пришла в голову мысль, что было бы полезно написать книгу, которая, избегая чрезмерного упора на чисто технические детали, попыталась бы ознакомить с общими результатами, к которым в последнее время пришли физики, и указать направление и значение, которые следует приписывать тем спекуляциям о строении материи и дискуссиям о природе первопринципов, которым стало, так сказать, модно посвящать себя в наши дни.

Я старался на протяжении всей книги опираться только на те эксперименты, к которым мы можем питать наибольшее доверие, и, прежде всего, показать, как сформировались преобладающие в настоящее время идеи, прослеживая их эволюцию и бегло рассматривая последовательные преобразования, которые привели их к нынешнему состоянию.

Для понимания текста читателю не нужно будет обращаться к каким-либо трактатам по физике, так как я повсюду привел необходимые определения и изложил фундаментальные факты. Более того, строго используя точные выражения, я избегал применения математического языка. Алгебра — восхитительный язык, но есть много случаев, когда ее можно использовать только с большой осторожностью.

Нет ничего проще, чем указать на многие серьезные упущения в этом небольшом томе; но некоторые из них, во всяком случае, не являются непреднамеренными.

Некоторые вопросы, которые все еще слишком запутаны, были оставлены в стороне, как и несколько других, которые составляют важную коллекцию для специального изучения, возможно, в будущем. Так, что касается электрических явлений, отношения между электричеством и оптикой, а также теории ионизации, электронная гипотеза и т. д. были рассмотрены довольно подробно; но не было сочтено необходимым распространяться о способах производства и использования тока, о явлениях магнетизма или обо всех приложениях, которые относятся к области электротехники.

Л. ПУАНКАРЕ.

Contents

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА ОГЛАВЛЕНИЕ ГЛАВА I

ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИКИ

Революционные изменения в современной физике лишь кажущиеся: эволюция, а не революция — правило в физической теории — Возрождение метафизических спекуляций и влияние Декарта: все явления сводятся к материи и движению — Современные физики оспаривают это: физические явления, в отличие от механических, редко обратимы — Две школы: одна считает экспериментальные законы обязательными, другая лишь изучает отношения величин: обе учат чему-то истинному — Третья, или эклектическая, школа — Является ли механика разделом электрической науки?

ГЛАВА II

ИЗМЕРЕНИЯ

§ 1. Метрология: взгляд лорда Кельвина на ее необходимость — Ее определение § 2. Измерение длины: необходимость единицы — Абсолютная длина — История эталона — Описание эталонного метра — Единица длин волн предпочтительнее — Международный метр § 3. Измерение массы: различие между массой и весом — Возражения против законного килограмма и его точности — Возможное улучшение § 4. Измерение времени: единица времени — секунда — Предложенные альтернативные единицы — Улучшения в хронометрии и инвар § 5. Измерение температуры: фундаментальные и производные единицы — Обычная единица температуры чисто произвольна — Абсолютная единица массы водорода при давлении 1 м рт. ст. при 0° C — Расхождение термометрической и термодинамической шкал — Гелиевый термометр для низких, термоэлектрическая пара для высоких температур — Улучшения Луммера и Прингсхайма в термометрии § 6. Производные единицы и измерение энергии: важность эрга как единицы — Калориметр — обычное средство определения — Фотометрические единицы § 7. Измерение физических констант: постоянная тяготения — Открытия Кавендиша, Вернона Бойса, Этвеша, Рихарца и Кригар-Менцеля — Улучшения Майкельсона в экспериментах Физо и Фуко — Измерение скорости света.

ГЛАВА III

ПРИНЦИПЫ

§ 1. Принципы физики: принципы механики, затронутые недавними открытиями — Неразрушима ли масса? — Эксперименты Ландольта и Гейдвейлера — Закон Лавуазье лишь приблизительно верен — Принцип симметрии Кюри § 2. Принцип сохранения энергии: его эволюция: Бернулли, Лавуазье и Лаплас, Юнг, Румфорд, Дэви, Сади Карно и Роберт Майер — Недостатки Майера — Ошибка тех, кто хотел бы сделать механику частью энергетики — Предсказания Верде — Ранкин — изобретатель энергетики — Полезность работы как стандартной формы энергии — Физики, считающие материю формой энергии — Возражения против этого — Философская ценность доктрины сохранения § 3. Принцип Карно и Клаузиуса: оригинальность принципа Карно о том, что падение температуры необходимо для производства работы теплом — Постулат Клаузиуса о том, что тепло не может переходить от холодного тела к горячему без дополнительных явлений — Энтропия как результат этого — Определение энтропии — Энтропия стремится непрерывно возрастать — Величина, измеряющая эволюцию системы — Вывод Клаузиуса и Кельвина о том, что тепло — конец всей энергии во Вселенной — Возражение против этого — Принцип Карно не обязательно относится к механике — Броуновское движение — Возражение Липпмана против кинетической гипотезы § 4. Термодинамика: историческая работа Массье, Уилларда Гиббса, Гельмгольца и Дюэма — Уиллард Гиббс — основатель термодинамической статики, Вант-Гофф — ее возродитель — Закон фаз — Раво объясняет его без термодинамики § 5. Атомизм: связь предмета с предыдущим — Эссе Аннекена об атомной гипотезе — Молекулярная физика в немилости — Поверхностное натяжение и т. д. исчезают при достижении молекулы — Размер молекулы — Кинетическая теория газов — Уиллард Гиббс и Больцман вводят в нее закон вероятностей — Средняя длина свободного пробега газовых молекул — Применение к оптике — Окончательное деление материи.

ГЛАВА IV

РАЗЛИЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ МАТЕРИИ

§ 1. Статика жидкостей: исследования Эндрюса, Кальете и других о жидком и газообразном состояниях — Эксперименты Амага — Уравнение Ван-дер-Ваальса — Открытие соответствующих состояний — Суперпозиционные диаграммы Амага — Исключения из закона — Статика смешанных жидкостей — Исследования Камерлинг-Оннеса — Критические константы — Характеристическое уравнение жидкости еще не установлено § 2. Сжижение газов и низкие температуры: методы сжижения газов Линде, Сименса и Клода — Описание аппарата Клода — Эксперименты Дьюара — Изменение электрических свойств материи под воздействием экстремального холода: магнитных и химических — Жизнеспособность бактерий не изменилась — Открытие Рамзаем редких газов атмосферы — Их распределение в природе — Жидкий водород — Гелий § 3. Твердые тела и жидкости: непрерывность твердого и жидкого состояний — Вязкость, общая для обоих — Также жесткость — Аналогии Спринга между твердыми телами и жидкостями — Кристаллизация — Жидкие кристаллы Лемана — Сомнения в их существовании — Взгляд Таммана на разрыв между кристаллическим и жидким состояниями § 4. Деформация твердых тел: упругость — Исследования Гука, Баха и Буасса — Фойгт об упругости кристаллов — Упругие и остаточные деформации — Состояния неустойчивого равновесия Бриллюэна — Дюэм и термодинамические постулаты — Экспериментальное подтверждение — Исследования Гийома о никелевой стали — Сплавы.

ГЛАВА V

РАСТВОРЫ И ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ

§ 1. Раствор: исследования Кирхгофа, Гиббса, Дюэма и Вант-Гоффа § 2. Осмос: история явления — Траубе и биологи устанавливают существование полупроницаемых стенок — Эксперименты Виллара с газами — Пфеффер показывает, что осмотическое давление пропорционально концентрации — Разногласия относительно причины явления § 3. Осмос, примененный к раствору: открытия Вант-Гоффа — Аналогия между растворенным телом и идеальным газом — Ошибки в аналогии § 4. Электролитическая диссоциация: исследования Вант-Гоффа и Аррениуса — Ионная гипотеза — Сначала яростное сопротивление — Идеи Аррениуса теперь торжествуют — Преимущества гипотезы Аррениуса — «Ионы, которые реагируют» — Выводы Оствальда из этого — Теория электролиза Нернста — Электролиз газов делает электронную теорию вероятной — Два закона Фарадея — Валентность — Последствия из законов Фарадея по Гельмгольцу.

ГЛАВА VI

ЭФИР

§ 1. Светоносный эфир: первая идея об эфире принадлежит Декарту — Эфир должен быть невесомым — Френель показывает, что световые колебания поперечны — Поперечные колебания не могут существовать в жидкости — Эфир должен быть прерывистым § 2. Излучения: длины волн и их измерения — Исследования Рубенса и Ленарда — Стоячие волны и цветная фотография — Гипотеза Френеля, оспариваемая Нейманом — Эксперименты Винера и Коттона § 3. Электромагнитный эфир: защита Ампером математического выражения — Фарадей первым показывает влияние среды в электричестве — Доказательство Максвелла, что световые волны электромагнитны — Его непонятность — Требуется подтверждение теории Герцем § 4. Электрические колебания: эксперименты Герца — Блондло доказывает, что электромагнитное возмущение распространяется со скоростью света — Открытие эфирных волн, промежуточных между герцевыми и видимыми — Эксперименты Рубенса и Николса — Контраст между герцевыми и световыми лучами — Давление света § 5. Рентгеновские лучи: открытие Рентгена — Свойства рентгеновских лучей — Неоднородны — Эксперименты Резерфорда и Мак-Кланга об энергии, соответствующей им — Эксперименты Баркла о поляризации — Их скорость равна скорости света — Являются ли они просто ультрафиолетовыми? — Теория независимых пульсаций Стокса и Вихерта, как правило, предпочтительнее — Идея Дж. Дж. Томсона об их формировании — Теории Сазерленда и Ле Бона — N-лучи — Открытие Блондло — Эксперименты не могут быть повторены за пределами Франции — Подтверждение Гюттона и Маскара — Отрицательные эксперименты ничего не доказывают — Предполагаемая длина волны N-лучей § 6. Эфир и тяготение: идеи Декарта и Ньютона о тяготении — Его скорость и другие необычные характеристики — Гипотеза Лесажа — Эксперименты Кремье с каплями жидкостей — Гипотеза эфира недостаточна.

ГЛАВА VII

БЕСПРОВОДНАЯ ТЕЛЕГРАФИЯ

§ 1. Истории беспроводной телеграфии уже написаны, и трудности предмета § 2. Две системы: та, которая использует материальные среды (землю, воздух или воду), и та, которая использует только эфир § 3. Использование земли в качестве обратного провода Штейнгейлем — Эксперименты Морзе с водой канала — Сена использовалась как обратный провод во время осады Парижа — Индийские эксперименты Джонсона и Мелхуиша — Телеграф Приса через Бристольский канал — Он приветствует Маркони § 4. Ранние попытки передачи сообщений через эфир — Эксперименты Ратенау и других § 5. Предшественники эфирной телеграфии: Клерк Максвелл и Герц — Долбир, Хьюз и Грэм Белл § 6. Телеграфия с помощью герцевых волн впервые предложена Трелфоллом — Вклад Крукса, Теслы, Лоджа, Резерфорда и Попова — Маркони первым делает ее практически применимой § 7. Приемник в беспроводной телеграфии — Исследования Варли, Кальзекки-Онести и Бранли — Объяснение когерера все еще неясно § 8. Беспроводная телеграфия вступает в коммерческую стадию — Недостаток системы Маркони — Системы Брауна, Армстронга, Ли де Фореста и Фессендена используют землю — Герц и Маркони имеют право на первое место среди первооткрывателей.

ГЛАВА VIII

ПРОВОДИМОСТЬ ГАЗОВ И ИОНЫ

§ 1. Проводимость газов: отношения материи к эфиру — главная проблема — Проводимость газов сначала была понята неверно — Забытые исследования Эрмана — Гизе первым замечает явление — Эксперимент с рентгеновскими лучами — Интерпретация Дж. Дж. Томсона — Ионизированный газ не подчиняется закону Ома — Разряд заряженных проводников ионизированным газом § 2. Конденсация водяного пара ионами: пар не будет конденсироваться без ядра — Эксперименты Вильсона по электрической конденсации — Эксперимент Вильсона и Томсона по подсчету — Двадцать миллионов ионов на кубический сантиметр газа — Оценка заряда, переносимого ионом — Скорость зарядов — Эксперименты Зелени и Ланжевена — Отрицательные ионы в 1/1000 размера атомов — Естественная единица электричества или электроны § 3. Как образуются ионы: различные причины ионизации — Эксперименты Моро со щелочными солями — Барус и Блох об ионизации парами фосфора — Ионизация всегда результат удара § 4. Электроны в металлах: движение электронов в металлах предсказано Вебером — Исследования Гизе, Рике, Друде и Дж. Дж. Томсона — Путь ионов в металлах и теплопроводность — Теория Лоренца — Объяснение Гесехусом электризации при контакте — Эмиссия электронов заряженным телом — Измерение положительных ионов Томсоном.

ГЛАВА IX

КАТОДНЫЕ ЛУЧИ И РАДИОАКТИВНЫЕ ТЕЛА

§ 1. Катодные лучи: история открытия — Теория Крукса — Лучи Ленарда — Доказательство отрицательного заряда Перреном — Катодные лучи порождают рентгеновские лучи — Каналовые лучи — Исследования Виллара и магнито-катодные лучи — Ионопластика — Измерения скорости лучей Томсоном — Все атомы могут быть диссоциированы § 2. Радиоактивные вещества: урановые лучи Ньепса де Сен-Виктора и Беккереля — Общая радиоактивность материи — Сравнение Ле Боном и Резерфордом урановых лучей с рентгеновскими — Открытие Пьером и г-жой Кюри полония и радия — Их характеристики — Дебьерн открывает актиний § 3. Излучения и эманации радиоактивных тел: исследования Гизеля, Беккереля и Резерфорда — Альфа-, бета- и гамма-лучи — Вторичные лучи Саньяка — Спинтерископ Крукса — Эманация — Исследования Рамзая и Содди о ней — Превращения радиоактивных тел — Их порядок § 4. Дезагрегация материи и атомная энергия: фактические превращения материи в радиоактивных телах — Гелий или свинец — конечный продукт — Окончательное исчезновение радия с Земли — Энергия, высвобождаемая радием: ее количество и источник — Предложенные модели радиоактивных атомов — Обобщение радиоактивных явлений — Теории Ле Бона — Баллистическая гипотеза, как правило, признается — Приходит ли энергия извне? — Эксперименты Саньяка — Противоположное мнение Эльстера и Гейтеля.

ГЛАВА X

ЭФИР И МАТЕРИЯ

§ 1. Отношения между эфиром и материей: попытки свести всю материю к формам эфира — Явления испускания и поглощения показывают взаимное действие — Законы излучения — Излучение газов — Создание спектра — Различия между световыми и звуковыми вариациями показывают различие сред — Исследования Коши, Брио, Карвалло и Буссинеска — Электромагнитные теории дисперсии Гельмгольца и Пуанкаре § 2. Теория Лоренца: механика не может объяснить отношения между эфиром и материей — Лоренц предсказывает действие магнита на спектр — Эксперимент Зеемана — Более поздние исследования эффекта Зеемана — Множественность электронов — Объяснение Лоренцем термоэлектрических явлений с помощью электронов — Теории Максвелла и Лоренца не согласуются — Теория Лоренца, вероятно, более правильна — Движение Земли по отношению к эфиру § 3. Масса электронов: взгляд Томсона и Макса Абрахама на то, что инерция заряженного тела обусловлена зарядом — Продольная и поперечная масса — Скорость электронов не может превышать скорость света — Отношение заряда к массе и его изменение — Электрон — простой электрический заряд — Явления, вызванные его ускорением § 4. Новые взгляды на эфир и материю: недостаточность взгляда Лармора — Эфир, определяемый электрическими и магнитными полями — Является ли материя только электронами? Атом, вероятно, положительный центр, окруженный отрицательными электронами — Невежество относительно положительных частиц — Вероятны последовательные превращения материи — Тяготение все еще не объяснено.

ГЛАВА XI

БУДУЩЕЕ ФИЗИКИ

Стойкость стремления открыть высший принцип в физике — Верховенство электронной теории в настоящее время — Несомненно, суждено исчезнуть, как и другим — Предсказан постоянный прогресс науки — Перед ней открыто огромное поле.

ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Новая физика и ее эволюция

ГЛАВА I

ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИКИ

Теперь многочисленная публика, которая с некоторым успехом пытается идти в ногу с движением в науке, видя, как ее умственные привычки каждый день нарушаются, и время от времени становясь свидетелем неожиданных открытий, которые производят более живое впечатление из-за их реакции на социальную жизнь, склонна полагать, что мы живем в действительно исключительную эпоху, отмеченную глубокими кризисами и проиллюстрированную необычайными открытиями, чья уникальность превосходит все известное в прошлом. Таким образом, мы часто слышим, что физика, в частности, в последние годы претерпела настоящую революцию; что все ее принципы были обновлены, что все здания, построенные нашими отцами, были разрушены, и что на поле, таким образом расчищенном, взошел самый обильный урожай, который когда-либо обогащал область науки.

Это действительно правда, что урожай становится богаче и плодотворнее благодаря развитию наших лабораторий, и что количество искателей значительно увеличилось во всех странах, в то время как их качество не уменьшилось. Мы бы отстаивали абсолютный парадокс и в то же время совершали вопиющую несправедливость, если бы стали оспаривать высокую важность недавнего прогресса и пытаться умалить славу современных физиков. И все же, возможно, не стоит поддаваться преувеличениям, какими бы простительными они ни были, и остерегаться легких иллюзий. При ближайшем рассмотрении можно увидеть, что наши предшественники могли в несколько периодов истории столь же законно, как и мы, испытывать подобные чувства научной гордости и чувствовать, что мир вот-вот предстанет перед ними преобразованным и в аспекте, до тех пор совершенно неизвестном.

Возьмем пример, который достаточно ярок; ибо, как бы произвольно ни выглядело условное деление времени в глазах физика, естественно, при сравнении двух эпох, выбирать те, которые охватывают пространство в десяток лет и отделены друг от друга промежутком в столетие. Давайте, таким образом, вернемся на сто лет назад и рассмотрим, каково было бы состояние ума эрудированного любителя, который прочитал и понял основные публикации по физическим исследованиям между 1800 и 1810 годами.

Предположим, что этот умный и внимательный зритель стал свидетелем открытия Вольтой гальванической батареи в 1800 году. Он мог с того момента почувствовать предчувствие, что в нашем способе рассмотрения электрических явлений вот-вот произойдет поразительная трансформация. Воспитанный на идеях Кулона и Франклина, он мог до тех пор воображать, что электричество раскрыло почти все свои тайны, когда совершенно оригинальный аппарат внезапно породил приложения высочайшего интереса и вызвал расцвет теорий огромного философского масштаба.

В трактатах по физике, опубликованных немного позже, мы находим следы изумления, вызванного этим внезапным откровением нового мира. «Электричество, — писал аббат Аюи, — обогащенное трудами столь многих выдающихся физиков, казалось, достигло того предела, когда наука не имеет перед собой дальнейших важных шагов и оставляет тем, кто ее культивирует, лишь надежду на подтверждение открытий своих предшественников и на пролитие более яркого света на открытые истины. Можно было бы подумать, что все исследования по диверсификации результатов эксперимента исчерпаны и что сама теория может быть дополнена лишь добавлением большей степени точности к приложениям уже известных принципов. В то время как наука, казалось, стремилась к покою, явления конвульсивных движений, наблюдаемые Гальвани в мышцах лягушки при соединении металлом, были доведены до внимания и изумления физиков... Вольта, в той Италии, которая была колыбелью нового знания, открыл принцип его истинной теории в факте, который сводит объяснение всех рассматриваемых явлений к простому контакту двух веществ различной природы. Этот факт стал в его руках зародышем того восхитительного аппарата, которому его способ бытия и его плодовитость отводят одно из главных мест среди тех, которыми гений человечества обогатил физику».

Вскоре после этого наш любитель узнал бы, что Карлайл и Николсон разложили воду с помощью батареи; затем, что Дэви в 1803 году произвел с помощью той же батареи совершенно неожиданное явление и преуспел в получении металлов, наделенных чудесными свойствами, начиная с веществ землистого вида, которые были известны давно, но чья истинная природа не была открыта.

В другом порядке идей нашего любителя ждали бы сюрпризы, столь же поразительные. Начиная с 1802 года, он мог бы прочитать восхитительную серию мемуаров, которые Юнг опубликовал тогда, и мог бы тем самым узнать, как изучение явлений дифракции привело к убеждению, что волновая теория, которая со времен работ Ньютона казалась безвозвратно осужденной, напротив, начинала совершенно новую жизнь. Чуть позже — в 1808 году — он мог бы стать свидетелем открытия Малюсом поляризации путем отражения и смог бы отметить, несомненно, со ступором, что при определенных условиях луч света теряет свойство отражаться.

Он мог бы также услышать о неком Румфорде, который тогда провозглашал весьма своеобразные идеи о природе тепла, который думал, что тогдашние классические представления могут быть ложными, что теплород не существует как жидкость, и который в 1804 году даже продемонстрировал, что тепло создается трением. Несколько лет спустя он узнал бы, что Шарль сформулировал капитальный закон о расширении газов; что Пьер Прево в 1809 году проводил исследование, полное оригинальных идей, о лучистом тепле. Тем временем он не преминул бы прочитать тома III и IV «Небесной механики» Лапласа, опубликованные в 1804 и 1805 годах, и он мог бы, несомненно, подумать, что в скором времени математика позволит физической науке развиваться с непредвиденной безопасностью.

Все эти результаты, несомненно, могут быть сопоставимы по важности с нынешними открытиями. Когда странные металлы, такие как калий и натрий, были изолированы совершенно новым методом, изумление должно было быть наравне с тем, которое вызвано в наше время великолепным открытием радия. Поляризация света — явление, несомненно, столь же уникальное, как существование рентгеновских лучей; и переворот, произведенный в натурфилософии теориями распада материи и идеями об электронах, вероятно, не более значителен, чем тот, который был произведен в теориях света и тепла работами Юнга и Румфорда.

Если мы теперь освободимся от случайностей, станет понятно, что в действительности физическая наука прогрессирует скорее путем эволюции, чем путем революции. Ее марш непрерывен. Факты, которые наши теории позволяют нам открыть, существуют и связаны друг с другом долгое время после того, как эти теории исчезли. Из материалов прежних разрушенных зданий постоянно реконструируются новые жилища.

Труд наших предшественников никогда не погибает полностью. Идеи вчерашнего дня готовят почву для идей завтрашнего дня; они содержат их, так сказать, в возможности. Наука — это в некотором роде живой организм, который дает жизнь неопределенной серии новых существ, занимающих места старых, и который эволюционирует в соответствии с природой своей среды, адаптируясь к внешним условиям и исцеляя на каждом шагу раны, которые мог нанести контакт с реальностью.

Иногда эта эволюция быстра, иногда достаточно медленна; но она подчиняется обычным законам. Потребности, навязанные окружающей средой, создают определенные органы в науке. Проблемы, поставленные перед физиками инженером, который хочет облегчить транспорт или обеспечить лучшее освещение, или врачом, который стремится узнать, как действует то или иное лекарство, или, опять же, физиологом, желающим понять механизм газового и жидкого обмена между клеткой и внешней средой, заставляют появляться новые главы в физике и предлагают исследования, адаптированные к потребностям реальной жизни.

Эволюция различных частей физики, однако, не происходит с одинаковой скоростью, потому что обстоятельства, в которых они находятся, не одинаково благоприятны. Иногда целая серия вопросов кажется забытой и живет лишь вялым существованием; а затем какое-то случайное обстоятельство внезапно приносит им новую жизнь, и они становятся объектом многообразных трудов, захватывают внимание общественности и вторгаются почти во всю область науки.

Мы в наши дни были свидетелями такого зрелища. Открытие рентгеновских лучей — открытие, которое физики, несомненно, считают логическим результатом исследований, долгое время проводимых несколькими учеными, работающими в тишине и безвестности над в остальном весьма запущенным предметом, — в глазах общественности, казалось, открыло новую эру в истории физики. Если, как это имеет место, однако, необычайное научное движение, вызванное сенсационными экспериментами Рентгена, имеет очень отдаленное происхождение, оно, по крайней мере, было необычайно ускорено благоприятными условиями, созданными интересом, проявленным к его поразительным приложениям в радиографии.

Счастливый случай таким образом ускорил эволюцию, которая уже происходила, и ранее намеченные теории получили необычайное развитие. Не желая слишком поддаваться тому, что можно считать прихотью моды, мы не можем, если мы хотим отметить в этой книге стадию, фактически достигнутую в непрерывном марше физики, воздержаться от того, чтобы отдать явно преобладающее место вопросам, предложенным изучением новых излучений. В настоящее время именно эти вопросы волнуют нас больше всего; они показали нам неизвестные горизонты, и к полям, недавно открытым для научной деятельности, ежедневно увеличивающаяся толпа искателей устремляется довольно беспорядочным образом.

Одним из самых интересных последствий недавних открытий стала реабилитация в глазах ученых спекуляций, относящихся к строению материи, и, в более общем плане, метафизических проблем. Философия, конечно, никогда не была полностью отделена от науки; но в прошлом многие физики дистанцировались от исследований, которые они рассматривали как нереальные словесные споры, и иногда не без оснований воздерживались от участия в дискуссиях, которые казались им праздными и довольно пустяковыми по своей тонкости. Они видели крах большинства систем, построенных априори дерзкими философами, и сочли более благоразумным прислушаться к совету, данному Кирхгофом, и «заменить описание фактов ложным объяснением природы».

Следует, однако, заметить, что эти физики несколько обманывали себя относительно ценности своей осторожности и что недоверие, которое они проявляли к философским спекуляциям, не мешало им признавать, сами того не зная, определенные аксиомы, которые они не обсуждали, но которые являются, собственно говоря, метафизическими концепциями. Они бессознательно говорили на языке, которому их научили предшественники, и не пытались обнаружить его происхождение. Именно так легко считалось очевидным, что физика должна обязательно когда-нибудь вернуться в область механики, и отсюда постулировалось, что все в природе обусловлено движением. Мы, далее, приняли принципы классической механики, не обсуждая их легитимность.

Это состояние ума было, даже в последние годы, состоянием самых выдающихся физиков. Оно проявляется, совершенно искренне и без малейших оговорок, во всех классических работах, посвященных физике. Так, Верде, выдающийся профессор, который оказал огромное и самое счастливое влияние на интеллектуальное формирование целого поколения ученых и чьи работы даже в настоящее время очень часто консультируются, писал: «Истинная проблема физика всегда состоит в том, чтобы свести все явления к тому, что кажется нам самым простым и ясным, то есть к движению». В своем знаменитом курсе лекций в Политехнической школе Жамен также говорил: «Физика однажды составит главу общей механики»; и в предисловии к своему отличному курсу лекций по физике М. Виоль в 1884 году так выражается: «Наука о природе стремится к механике путем необходимой эволюции, поскольку физик может установить твердые теории только на законах движения». Та же идея снова встречается в словах Корню в 1896 году: «Общая тенденция должна состоять в том, чтобы показать, как наблюдаемые факты и измеренные явления, хотя сначала объединенные эмпирическими законами, в конечном итоге, под импульсом последовательных прогрессий, подпадают под общие законы рациональной механики»; и тот же физик ясно показал, что в его уме эта связь явлений с механикой имела глубокую и философскую причину, когда в прекрасной речи, произнесенной им на церемонии открытия Физического конгресса в 1900 году, он воскликнул: «Ум Декарта парит над современной физикой, или, скорее, я должен сказать, он является их светилом. Чем дальше мы проникаем в знание природных явлений, тем яснее и развитее становится смелая картезианская концепция относительно механизма вселенной. В физическом мире нет ничего, кроме материи и движения».

Если мы примем эту концепцию, мы будем вынуждены строить механические представления материального мира и воображать движения в различных частях тел, способные воспроизвести все проявления природы. Кинематического знания этих движений, то есть определения положения, скорости и ускорения в данный момент всех частей системы, или, с другой стороны, их динамического изучения, позволяющего нам узнать, каково действие этих частей друг на друга, было бы тогда достаточно, чтобы позволить нам предсказать все, что может произойти в области природы.

Это была великая мысль, ясно выраженная энциклопедистами восемнадцатого века; и если необходимость интерпретации явлений электричества или света заставила физиков прошлого века вообразить особые жидкости, которые, казалось, с некоторым трудом подчинялись обычным правилам механики, эти физики все же продолжали сохранять свою надежду на будущее и рассматривать идею Декарта как идеал, который должен быть достигнут рано или поздно.

Некоторые ученые — особенно представители английской школы — опережая эксперимент и доводя вещи до крайностей, с удовольствием предлагали очень любопытные механические модели, которые часто были странными образами реальности. Самый выдающийся из них, лорд Кельвин, может считаться их представителем, и он сам сказал: «Мне кажется, что истинный смысл вопроса: понимаем ли мы или не понимаем конкретный предмет в физике? — заключается в следующем: можем ли мы создать механическую модель, которая соответствует ему? Я никогда не удовлетворен, пока не смог создать механическую модель объекта. Если я могу это сделать, я понимаю его. Если я не могу создать такую модель, я не понимаю его». Но следует признать, что некоторые из моделей, таким образом разработанных, стали чрезмерно сложными, и эта сложность долгое время обескураживала всех, кроме очень смелых умов. Кроме того, когда дело доходило до проникновения в механизм молекул, и мы уже не удовлетворялись тем, чтобы смотреть на материю как на массу, механические решения казались неопределенными, а устойчивость зданий, таким образом построенных, была недостаточно продемонстрирована.

Возвращаясь затем к нашей отправной точке, многие современные физики хотят подвергнуть идею Декарта строгой критике. С философской точки зрения они сначала спрашивают, действительно ли доказано, что в познаваемом не существует ничего, кроме материи и движения. Они спрашивают себя, не привычка ли и традиция в частности заставляют нас приписывать механике происхождение явлений. Возможно, здесь также возникает вопрос чувства. Наши чувства, которые, в конце концов, являются единственными окнами, открытыми к внешней реальности, дают нам вид только на одну сторону мира; очевидно, мы знаем вселенную только по отношениям, которые существуют между ней и нашими организмами, а эти организмы особенно чувствительны к движению.

Ничто, однако, не доказывает, что те приобретения, которые являются самыми древними в историческом порядке, должны в развитии науки оставаться основой нашего знания. Также никакая теория не доказывает, что наши восприятия являются точным указанием реальности. Многие причины, напротив, могут быть вызваны, которые стремятся заставить нас видеть в природе явления, которые не могут быть сведены к движению.

Механика, как ее обычно понимают, — это изучение обратимых явлений. Если дать параметру, который представляет время [1] и который принимал возрастающие значения в течение длительности явлений, убывающие значения, которые заставляют его идти в противоположную сторону, вся система снова пройдет через точно те же стадии, что и раньше, и все явления развернутся в обратном порядке. В физике обратное правило кажется очень общим, и обратимость, как правило, не существует. Это идеальный и ограниченный случай, к которому иногда можно приблизиться, но который никогда, строго говоря, не может быть встречен в своей полноте. Никакое физическое явление никогда не возобновляется идентичным образом, если его направление изменено. Это правда, что некоторые математики предупреждают нас, что можно разработать механику, в которой обратимость больше не будет правилом, но смелые попытки, сделанные в этом направлении, не вполне удовлетворительны.

С другой стороны, установлено, что если может быть дано механическое объяснение явления, мы можем найти бесконечность других, которые также объясняют все особенности, выявленные экспериментом. Но, по правде говоря, никто никогда не преуспел в создании бесспорного механического представления всего физического мира. Даже если бы мы были склонны допустить самые странные решения проблемы; согласиться, например, удовлетвориться скрытыми системами, разработанными Гельмгольцем, согласно которым мы должны разделить переменные вещи на два класса, некоторые доступные, а другие — теперь и навсегда неизвестные, мы никогда не смогли бы построить здание, чтобы вместить все известные факты. Даже очень всеобъемлющая механика Герца терпит неудачу там, где классическая механика не преуспела.

Считая этот провал неисправимым, многие современные физики отказываются от попыток, которые они рассматривают как осужденные заранее, и принимают, чтобы направлять их в исследованиях, метод, который на первый взгляд кажется гораздо более скромным, а также гораздо более верным. Они решают не видеть сразу до самого дна вещей; они больше не стремятся внезапно сорвать последние покровы с природы и угадать ее высшие тайны; но они работают благоразумно и продвигаются лишь медленно, в то время как на завоеванной таким образом почве шаг за шагом они стремятся утвердиться прочно. Они изучают различные величины, непосредственно доступные их наблюдению, не заботясь об их сущности. Они измеряют количества тепла и температуры, разности потенциалов, токи и магнитные поля; а затем, варьируя условия, применяют правила экспериментального метода и обнаруживают между этими величинами взаимные отношения, в то время как они таким образом преуспевают в формулировании законов, которые переводят и суммируют их труды.

Эти эмпирические законы, однако, сами по себе вызывают путем индукции провозглашение более общих законов, которые называются принципами. Эти принципы изначально являются лишь результатами экспериментов, и эксперимент позволяет их, кроме того, проверить, а их более или менее высокую степень общности — верифицировать. Когда они были таким образом определенно установлены, они могут служить свежими отправными точками и путем дедукции приводить к самым разнообразным открытиям.

Принципы, которые управляют физической наукой, немногочисленны, и их очень общая форма придает им философский вид, в то время как мы не можем долго сопротивляться искушению рассматривать их как метафизические догмы. Таким образом случается, что наименее смелые физики, те, кто хотел показать себя наиболее сдержанными, сами ведомы к тому, чтобы забыть экспериментальный характер законов, которые они предложили, и видеть в них властных существ, чья власть, поставленная выше всякой проверки, больше не может быть обсуждена.

Другие, напротив, доводят благоразумие до степени робости. Они желают серьезно ограничить область научного исследования и отводят науке слишком ограниченный домен. Они довольствуются представлением явлений уравнениями и думают, что должны подчинить расчету величины, экспериментально определенные, не спрашивая себя, сохраняют ли эти расчеты физический смысл. Они таким образом ведомы к тому, чтобы реконструировать физику, в которой снова появляется идея качества, понятая, конечно, не в схоластическом смысле, поскольку из этого качества мы можем аргументировать с некоторой точностью, представляя его под числовыми символами, но все же составляющую элемент дифференциации и гетерогенности.

Несмотря на ошибки, к которым они могут привести, если их довести до крайности, обе эти доктрины оказывают в целом самую важную услугу. Нет ничего плохого в том, что эти противоречивые тенденции существуют, ибо это разнообразие в концепции явлений придает актуальной науке характер интенсивной жизни и подлинной молодости, способной на страстные усилия к истине. Зрители, которые видят, как такие движущиеся и разнообразные картины проходят перед ними, испытывают чувство, что больше не существуют системы, застывшие в неподвижности, которая кажется смертью. Они чувствуют, что ничто не является неизменным; что непрерывные трансформации происходят перед их глазами; и что эта непрерывная эволюция и вечное изменение являются необходимыми условиями прогресса.

Большое количество искателей, более того, показывают себя на свой собственный счет совершенно эклектичными. Они принимают, в соответствии со своими потребностями, ту или иную манеру смотреть на природу и не колеблются использовать очень разные образы, когда они кажутся им полезными и удобными. И, без сомнения, они не ошибаются, поскольку эти образы являются лишь символами, удобными для языка. Они позволяют фактам быть сгруппированными и ассоциированными, но представляют лишь довольно отдаленное сходство с объективной реальностью. Следовательно, не запрещено умножать и модифицировать их в соответствии с обстоятельствами. Действительно существенная вещь — иметь в качестве гида через неизвестное карту, которая, конечно, не претендует на то, чтобы представлять все аспекты природы, но которая, будучи составленной в соответствии с заранее определенными правилами, позволяет нам следовать по установленной дороге в вечном путешествии к истине.

Среди временных теорий, которые таким образом охотно конструируются учеными в их путешествии, как здания, поспешно возведенные, чтобы принять непредвиденный урожай, некоторые все еще кажутся очень смелыми и очень уникальными. Отказываясь от поиска механических моделей для всех электрических явлений, некоторые физики меняют, так сказать, условия проблемы и спрашивают себя, не могут ли они, вместо того чтобы давать механическую интерпретацию электричеству, напротив, дать электрическую интерпретацию явлениям материи и движения и таким образом слить саму механику в электричестве. Один таким образом видит зарождающуюся заново вечную надежду координировать все природные явления в одном грандиозном и внушительном синтезе. Какова бы ни была судьба, уготованная таким попыткам, они заслуживают внимания в высшей степени; и желательно изучить их внимательно, если мы хотим иметь точное представление о тенденциях современной физики.

ГЛАВА II

ИЗМЕРЕНИЯ

§ 1. МЕТРОЛОГИЯ

Не так давно ученый часто довольствовался качественными наблюдениями. Многие явления изучались без особых усилий получить фактические измерения. Но сейчас становится все более понятным, что для установления отношений, которые существуют между физическими величинами, и для представления вариаций этих величин функциями, которые позволяют нам использовать силу математического анализа, крайне необходимо выразить каждую величину определенным числом.

Только при этих условиях величина может считаться эффективно известной. «Я часто говорю, — сказал лорд Кельвин, — что если вы можете измерить то, о чем говорите, и выразить это числом, вы знаете что-то о своем предмете; но если вы не можете измерить его и не можете выразить его числом, ваше знание — жалкого рода и едва ли удовлетворительно. Это может быть началом знакомства, но вы едва ли в своих мыслях продвинулись к науке, каким бы ни был предмет».

Теперь стало возможным точно измерить элементы, которые входят почти во все физические явления, и эти измерения проводятся со все возрастающей точностью. Каждый раз, когда глава в науке прогрессирует, наука показывает себя более требовательной; она совершенствует свои средства исследования, она требует все большей точности, и одной из самых поразительных черт современной физики является эта постоянная забота о строгости и ясности в экспериментировании.

Таким образом, была создана подлинная наука об измерениях, охватывающая все области физики. Эта наука имеет свои правила и методы; она указывает на лучшие способы вычислений, а также учит методам правильной оценки погрешностей и их учета. Она усовершенствовала процессы эксперимента, систематизировала большое количество результатов и сделала возможной унификацию эталонов. Именно благодаря ей была сформирована система измерений, единогласно принятая физиками.

В настоящее время мы называем метрологией ту часть науки об измерениях, которая специально посвящена определению прототипов, представляющих фундаментальные единицы измерения и массы, а также производных от них эталонов первого разряда. Если бы все измеряемые величины, как долгое время считалось возможным, можно было свести к механическим величинам, то метрология занималась бы существенными элементами, входящими во все явления, и могла бы по праву претендовать на высшее место в науке. Но даже если предположить, что некоторые величины никогда не могут быть связаны с массой, длиной и временем, она все равно занимает главенствующее положение, и ее прогресс находит отклик во всей области естественных наук. Поэтому, чтобы дать отчет об общем прогрессе физики, полезно в самом начале рассмотреть улучшения, которые были достигнуты в этих фундаментальных измерениях, и увидеть, какую точность позволили нам достичь эти улучшения.

§ 2. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ

Измерить длину — значит сравнить ее с другой длиной, принятой за единицу. Таким образом, измерение является относительной операцией и может позволить нам узнать только отношения. Если бы и измеряемая длина, и выбранная единица изменялись одновременно и в одинаковой степени, мы бы не заметили никаких изменений. Более того, поскольку единица по определению является мерой сравнения и сама по себе несравнима ни с чем, у нас теоретически нет средств установить, изменяется ли ее длина.

Если бы, однако, мы заметили, что внезапно и в тех же пропорциях увеличилось расстояние между двумя точками на Земле, что все планеты удалились друг от друга, что все предметы вокруг нас стали больше, что мы сами стали выше, и что расстояние, проходимое светом за время одной вибрации, стало больше, мы бы не колеблясь подумали, что стали жертвами иллюзии, что в действительности все эти расстояния остались неизменными, а все эти явления обусловлены укорочением линейки, которую мы использовали в качестве эталона для измерения длин.

С математической точки зрения можно считать, что обе гипотезы равноценны: либо все вокруг нас удлинилось, либо наш эталон стал меньше. Но не простой вопрос удобства и простоты заставляет нас отвергнуть одно предположение и принять другое; в данном случае правильно прислушаться к голосу здравого смысла, и те физики, которые инстинктивно доверяют понятию абсолютной длины, возможно, не ошибаются. Только выбирая нашу единицу из тех, которые во все времена казались всем людям наиболее неизменными, мы способны в наших экспериментах заметить, что одни и те же причины, действующие в идентичных условиях, всегда производят одни и те же следствия. Идея абсолютной длины выводится из принципа причинности; и наш выбор продиктован необходимостью следовать этому принципу, который мы не можем отвергнуть, не объявив тем самым всю науку невозможной.

Подобные замечания можно сделать в отношении понятий абсолютного времени и абсолютного движения. Они были выявлены и очень убедительно изложены ученым и глубоким математиком г-ном Пенлеве.

На особенно ясном примере измерения длины интересно проследить эволюцию применяемых методов и проследить историю прогресса в точности с того времени, как мы располагаем достоверными документами, относящимися к этому вопросу. Эта история была мастерски написана одним из физиков, которые в наши дни сделали больше всего своими личными трудами, чтобы добавить к ней славные страницы. Г-н Бенуа, ученый директор Международного бюро мер и весов, предоставил в различных отчетах очень полные сведения по этому предмету, из которых я здесь заимствую наиболее интересные.

Мы знаем, что во Франции фундаментальным эталоном мер длины долгое время была «Toise du Châtelet» (Шателеская туаза) — своего рода калибр, образованный железным стержнем, который в 1668 году был заделан во внешнюю стену здания Шатле, у подножия лестницы. Этот стержень имел на своих концах два выступа с квадратными гранями, и все торговые туазы должны были точно помещаться между ними. Такой эталон, грубо изготовленный и подверженный всем превратностям погоды и времени, давал очень слабые гарантии как в отношении постоянства, так и в отношении правильности своих копий. Ничто, пожалуй, не может лучше передать представление о важности модификаций, внесенных в методы экспериментальной физики, чем простое сравнение столь рудиментарного процесса с фактическими измерениями, выполняемыми в настоящее время.

Шателеская туаза, несмотря на свои очевидные недостатки, использовалась почти сто лет; в 1766 году она была заменена «Toise du Pérou» (Перуанской туазой), названной так потому, что она служила для измерения земной дуги, выполненного в Перу с 1735 по 1739 год Бугером, Ла Кондамином и Годеном. В то время, согласно сравнениям, проведенным между этой новой туазой и «Toise du Nord» (Северной туазой), которая также использовалась для измерения дуги меридиана, ошибка в одну десятую миллиметра при измерении длин порядка метра считалась совершенно несущественной. В конце XVIII века Деламбр в своей работе «Sur la Base du Système métrique décimal» ясно дает понять, что величины порядка сотой доли миллиметра кажутся ему не поддающимися наблюдению даже в научных исследованиях высочайшей точности. В настоящее время Международное бюро мер и весов гарантирует при определении эталона длины по сравнению с метром точность до двух или трех десятитысячных долей миллиметра, а при определенных обстоятельствах — и немного больше.

Этот весьма примечательный прогресс обусловлен улучшениями в методе сравнения, с одной стороны, и в изготовлении эталона — с другой. Г-н Бенуа справедливо отмечает, что возникло своего рода соревнование между эталоном, предназначенным для представления единицы с ее подразделениями и кратными, и инструментом, предназначенным для наблюдения за ним, сравнимое до некоторой степени с тем, что в другом порядке идей происходит между пушкой и броней.

Измерительный инструмент сегодняшнего дня — это инструмент сравнения, сконструированный с тщательной заботой, который позволяет нам устранить причины ошибок, ранее игнорировавшиеся, исключить действие внешних явлений и изъять эксперимент из-под влияния даже личности наблюдателя. Этот эталон больше не является, как прежде, плоской линейкой, слабой и хрупкой, а жестким стержнем, неспособным к деформации, в котором материал используется в наилучших условиях сопротивления. Вместо концевого эталона был введен штриховой эталон, который допускает гораздо более точное определение и может использоваться исключительно в оптических процессах наблюдения; то есть в процессах, которые не могут вызвать в нем ни деформации, ни изменения. Более того, штрихи нанесены на плоскости нейтральных волокон, и неизменность расстояния между ними таким образом обеспечена даже при изменении способа опоры линейки.

Благодаря таким систематически проводимым исследованиям нам удалось в течение ста лет увеличить точность измерений в пропорции тысяча к одному, и мы можем задаться вопросом, продолжится ли такой рост в будущем. Несомненно, прогресс не остановится; но если мы будем придерживаться определения длины через материальный эталон, то кажется, что его точность не может быть значительно увеличена. Мы почти достигли предела, налагаемого необходимостью делать штрихи такой толщины, чтобы их можно было наблюдать под микроскопом.

Может случиться, однако, что однажды мы придем к новой концепции измерения длины и что будут придуманы совсем другие процессы определения. Если бы мы взяли за единицу, например, расстояние, проходимое данным излучением за время одной вибрации, оптические процессы сразу бы позволили достичь гораздо большей точности.

Так, Физо, первым высказавший эту идею, говорит: «Луч света с его серией волнообразных колебаний чрезвычайной тонкости, но идеальной регулярности, может рассматриваться как микрометр величайшего совершенства, особенно подходящий для определения длины». Но в нынешнем положении вещей, поскольку законное и общепринятое определение единицы остается материальным эталоном, недостаточно измерять длину в терминах длин волн, и мы должны также знать значение этих длин волн в терминах эталонного прототипа метра.

Это было определено в 1894 году г-ном Майкельсоном и г-ном Бенуа в эксперименте, который останется классическим. Два физика измерили эталонную длину около десяти сантиметров сначала в терминах длин волн красного, зеленого и синего излучений кадмия, а затем в терминах эталонного метра. Большая трудность эксперимента проистекает из огромной разницы, существующей между сравниваемыми длинами, так как длины волн едва достигают половины микрона; использованный процесс состоял в том, чтобы отметить вместо этой длины длину, легко делаемую примерно в тысячу раз большей, а именно расстояние между интерференционными полосами.

В любом измерении, то есть в каждом определении отношения величины к единице, должно быть определено, с одной стороны, целое, а с другой — дробная часть этого отношения, и, естественно, наиболее тонким определением обычно является определение этой дробной части. В оптических процессах трудность обратная. Дробная часть легко узнаваема, в то время как высокая цифра числа, представляющего целое, становится очень серьезным препятствием. Именно это препятствие г-да Майкельсон и Бенуа преодолели с удивительной изобретательностью. Используя несколько похожую идею, г-н Масе де Лепине и г-да Перо и Фабри недавно осуществили с помощью оптических методов измерения величайшей точности, и, несомненно, дальнейший прогресс еще может быть достигнут. Возможно, когда-нибудь наступит день, когда от материального эталона откажутся, и, возможно, даже будет признано, что такой эталон со временем меняет свою длину из-за молекулярного напряжения и износа: и будет далее отмечено, что, в соответствии с некоторыми теориями, которые будут рассмотрены позже, он не является неизменным при изменении его ориентации.

На данный момент, однако, потребность в каком-либо изменении определения единицы совершенно не ощущается; мы должны, напротив, надеяться, что использование единицы, принятой физиками всего мира, будет распространяться все больше и больше. Справедливо заметить, что некоторые ошибки все еще возникают в отношении этой единицы и что эти ошибки были облегчены непоследовательным законодательством. Сама Франция, хотя она была восхитительным инициатором метрической системы, слишком долго допускала существование весьма прискорбной путаницы; и нельзя не отметить с некоторой грустью, что только 11 июля 1903 года был издан закон, восстанавливающий согласие между законным и научным определением метра.

Возможно, не будет бесполезным кратко указать здесь причины возникшего разногласия. Могут быть даны, и фактически были даны, два определения метра. Одно имело своей основой размеры Земли, другое — длину материального эталона. В сознании основателей метрической системы первое из них было истинным определением единицы длины, второе — лишь простым представлением. Однако было признано, что это представление было сконструировано достаточно совершенным образом, чтобы было почти невозможно заметить какую-либо разницу между единицей и ее представлением, и чтобы практическая идентичность двух определений была таким образом обеспечена. Создатели метрической системы были убеждены, что измерения меридиана, выполненные в их дни, никогда не смогут быть превзойдены по точности; и, с другой стороны, заимствуя у природы определенную основу, они думали лишить определение единицы некоторой доли его произвольного характера и обеспечить средства для повторного нахождения той же единицы, если по какой-либо случайности эталон изменится. Их уверенность в ценности процессов, которые они видели в применении, была преувеличенной, а их недоверие к будущему — неоправданным. Этот пример показывает, как неосмотрительно пытаться устанавливать пределы прогрессу. Ошибочно думать, что ход науки можно остановить; и в действительности теперь известно, что десятимиллионная часть четверти земного меридиана длиннее метра на 0,187 миллиметра. Но современные физики не впадают в ту же ошибку, что и их предшественники, и они рассматривают нынешний результат лишь как временный. Они догадываются, по сути, что новые улучшения будут достигнуты в искусстве измерения; они знают, что геодезические процессы, хотя и значительно улучшенные в наши дни, все еще должны многое сделать, чтобы достичь точности, проявляемой при конструировании и определении эталонов первого разряда; и, следовательно, они не предлагают сохранять древнее определение, которое привело бы к тому, что единицей стала бы величина, обладающая с практической точки зрения серьезным недостатком — постоянной изменчивостью.