«Столетие науки в Америке: С особым вниманием к Американскому журналу науки (1818–1918)»

Большой интерес вызывало использование вновь открытых сил электромагнетизма. В 1831 году Генри (20, 340, 1831) описал поршневой двигатель, основанный на магнитном притяжении и отталкивании, а К. Г. Пейдж (33, 118, 1838; 49, 131, 1845) разработал множество других. Однако наиболее важной работой последнего было изобретение катушки Румкорфа. В 1836 году (31, 137, 1837) он обнаружил, что самые сильные удары получаются от вторичной катушки со многими витками, составляющей продолжение первичной с половинным количеством витков. Усовершенствование им автоматически действующего прерывателя цепи (35, 252, 1839) расширило полезность индукционной катушки, а замена сплошного железного сердечника пучком железных проволок (34, 163, 1838) значительно повысила ее эффективность.

Сохранение энергии.—Пожалуй, наиболее важным достижением девятнадцатого века стало установление принципа сохранения энергии. Несмотря на то что «principe de la conservation des force vives» признавался французскими математиками начала века, применение этого принципа даже к чисто механическим задачам оспаривалось некоторыми учеными. Через ранние выпуски журнала проходит оживленная дискуссия о том, не происходит ли потери энергии при сообщении импульса возвратно-поступательным частям паровой машины лишь для того, чтобы затем остановить движение в ходе рабочего хода. Наконец, Исаак Дулиттл (14, 60, 1828) с Беннингтонского чугунолитейного завода завершает дискуссию уместным замечанием: «Если, как утверждает один из ваших корреспондентов, происходит потеря более трети мощности при преобразовании возвратно-поступательного прямолинейного движения в непрерывное круговое с помощью кривошипа, я хотел бы знать, каков был бы эффект, если бы предложение было обратным, как в случае обычной лесопилки и во многих других примерах в практической механике».

Осознание эквивалентности тепла и механической работы пришло только к середине века, несмотря на убедительные эксперименты американца графа Рамфорда и англичанина Дэви до 1800 года. Калорическая теория, согласно которой тепло является неразрушимой жидкостью, была настолько прочно укоренена, что свидетельства против нее принимались во внимание едва ли. Фактически успех аналитического метода, введенного Фурье в 1822 году для решения задач теплопроводности, только добавил трудностей сторонникам кинетической теории. Но признание тепла как формы энергии уже назревало, и когда оно произошло, оно появилось почти одновременно в полудюжине разных мест. Возможно, Роберт Майер из Хайльбронна был первым, кто явно сформулировал новый принцип. Его статья «О силах неорганической природы» не была принята к публикации в Annalen Поггендорфа, но ей повезло больше у другого редактора. В течение следующих нескольких лет Джоуль экспериментально определил механический эквивалент тепла с помощью ряда различных методов, некоторые из которых уже были разработаны Карно. Из использованных им наиболее привычным является взбалтывание измеренной массы воды с помощью лопастей, приводимых в движение падающими грузами, и вычисление развитого тепла по повышению температуры. Однако работа молодого манчестерского пивовара привлекла мало внимания со стороны членов Британской ассоциации, перед которыми о ней докладывалось, пока Кельвин не показал им ее значимость и не привлек к ней их интерес. Тем временем Гельмгольц завершил весьма тщательное рассуждение о сохранении энергии не только в динамике и тепле, но и в других разделах физики. Его статья «Die Erhaltung der Kraft» была встречена неодобрительно членами Берлинского физического общества, перед которыми он ее читал, и получила такое же отношение со стороны редактора Annalen Поггендорфа, как и работа Майера. «Kraft» Гельмгольца, подобно «vis viva» других авторов, представляет собой величину, которую Юнг уже окрестил энергией. Однако прошло не так много лет, прежде чем убеждения Майера, Джоуля, Кельвина и Гельмгольца стали самыми четко осознаваемыми из всех физических принципов. Еще в 1850 году Иеремия Дэй (10, 174, 1850), бывший президент Йельского колледжа, признал маловероятность создания машины, способной к вечному двигателю, даже если будут задействованы «невесомые агенты» электричества, гальванизма и магнетизма.

Термодинамика.—Важность принципа сохранения энергии заключается в том, что он объединяет под одним правилом столь разнообразные явления, как гравитация, электромагнетизм, тепло и химическое действие. Другой принцип, столь же универсальный по своему охвату, хотя и зависящий от грубости человеческих наблюдений в отношении своей достоверности, а не от неизменных законов природы, предвосхищался еще до того, как первый закон термодинамики, или принцип сохранения энергии, был четко осознан. Этот второй закон стал следствием усилий по повышению эффективности тепловых машин. В 1824 году Карно ввел концепцию циклических процессов в теорию таких машин. Предполагая невозможность вечного двигателя, он показал, что ни одна машина не может иметь КПД выше, чем у обратимой машины. Наконец, Клаузиус кратко выразил принцип, к которому вела работа Карно, заявив, что «невозможно для самодействующей машины без помощи какого-либо внешнего вмешательства передать тепло от одного тела к другому с более высокой температурой». Формулировка того же закона Кельвином гласит, что «невозможно с помощью неодушевленных материальных агентов получить механический эффект от какой-либо части материи путем ее охлаждения ниже температуры самого холодного из окружающих объектов».

Последствия второго закона быстро развивались Кельвином, Клаузиусом, Ранкином, Барнардом (16, 218, 1853 et seq.) и другими. Кельвин ввел термодинамическую шкалу температур, которая, как он показал, не зависит от таких свойств материи, которые определяют размер градуса, указываемого ртутным термометром. Эта шкала, эквивалентная шкале идеального газового термометра, впоследствии использовалась Роуландом в его исчерпывающем определении механического эквивалента тепла с помощью усовершенствованной формы метода Джоуля. Он обнаружил разные значения для разных диапазонов температур, показав, что удельная теплоемкость воды отнюдь не постоянна. С тех пор электрические методы измерения этой важной величины использовались для подтверждения результатов чисто механических определений.

Для математической формулировки второго закона термодинамики потребовалось определение новой величины — энтропии. Эта величина, служащая мерой недоступности тепловой энергии, приобрела новое значение, когда Больцман показал ее связь с вероятностью термодинамического состояния рассматриваемого вещества. Если два тела имеют сильно различающиеся температуры, большая часть тепловой энергии системы доступна для превращения в механическую работу. С макроскопической точки зрения это выражается утверждением, что энтропия мала, или, если учитывать движения отдельных молекул, вероятность состояния низка. Интерпретация энтропии как логарифма термодинамической вероятности пролила много света на смысл этой довольно сложной величины. «Элементарные принципы статистической механики» Гиббса подробно рассматривают фундаментальные предположения, вовлеченные в эту точку зрения, ее ограничения и ее последствия. В своем труде «О равновесии гетерогенных веществ» [154] он уже распространил принцип теплового равновесия на вещества, которые больше не являются однородными. Введенное им значение химического потенциала определяет, должна ли одна фаза выиграть за счет другой или проиграть ей. К сожалению, аналитическая строгость и суровость его рассуждений в сочетании с нехваткой математической подготовки у среднего химика задержали истинную оценку его работы и полное использование той новой области, которую он открыл.

Сжижение газов.—Между тем проблема сжижения газов привлекала большое внимание экспериментаторов-физиков. Фарадею удалось перевести в жидкое состояние ряд веществ, которые до сих пор были известны только в газообразном состоянии. Его метод заключается в выделении газа из химикатов, помещенных в один конец изогнутой трубки, другой конец которой погружен в охлаждающую смесь. Высокое давление, вызванное образованием газа, в сочетании с низкой температурой во многих случаях достаточно для осуществления сжижения. Неудачи с другими, более стойкими газами оставались необъяснимыми до исследований Эндрюса в 1863 году, показавших, что никакое давление не приведет к сжижению, если температура не ниже определенного критического значения. Используемый сегодня метод снижения температуры основан на факте, открытом Кельвином и Джоулем в связи со свободным расширением газа. Эти исследователи позволяли газу выходить через пористую пробку из камеры, в которой давление было относительно высоким. За единственным исключением водорода, эффект внезапного расширения заключается в охлаждении газа, и даже для водорода охлаждение происходит после того, как температура становится достаточно низкой. Этим методом были сжижены все известные газы. Гелий с температурой кипения –269 °C, или всего на 4 °C выше абсолютного нуля, последним был переведен в жидкое состояние, наконец поддавшись усилиям Каммерлинг-Оннеса в 1907 году. Этот исследователь [155] обнаружил, что при температурах, близких к абсолютному нулю, электрическая проводимость некоторых веществ претерпевает глубокие изменения. Например, катушка из свинца демонстрирует столь высокую сверхпроводимость, что ток, однажды возникший в ней, сохраняется в течение нескольких дней после прекращения действия электродвижущей силы.

Электродинамика. — Представление Фарадея об электрических и магнитных силах с помощью силовых линий имело большую ценность при предсказании результатов экспериментов в электромагнетизме. Однако для обеспечения количественного развития теории требовалась более математическая формулировка законов, управляющих этими явлениями. Она была предложена Максвеллом в его эпохальном трактате «Электричество и магнетизм». Начиная с электростатики и магнетизма, он дает полное описание математических методов, разработанных для решения задач в этих разделах предмета, а затем, обращаясь к работам Ампера, показывает, как уравнения движения Лагранжа приводят к закону Фарадея, если сделать единственное предположение о том, что магнитная энергия поля является кинетической. При рассмотрении разомкнутых цепей интуиция Максвелла привела к великому достижению — введению тока смещения. Рассмотрим заряженный конденсатор, обкладки которого внезапно соединяются проводом. По проводу от положительно заряженной обкладки к отрицательной потечет ток, но в промежутке между двумя обкладками ток проводимости отсутствует. Максвелл был настолько убежден в том, что токи всегда должны течь в замкнутых цепях, что постулировал электрическое смещение в среде между обкладками заряженного конденсатора, которое исчезает при коротком замыкании конденсатора. Таким образом, даже в так называемой разомкнутой цепи ток течет по замкнутому пути.

Теория электромагнитного поля Максвелла в основе своей опирается на представление Фарадея о деформациях и напряжениях универсальной среды с помощью силовых линий. Поэтому неудивительно, что он пришел к рассмотрению распространения волн в этой среде. Введение тока смещения придало электродинамическим уравнениям форму, позволяющую получить типичное волновое уравнение для пространства, свободного от электрических зарядов и токов. Более того, было обнаружено, что возмущение является поперечным, а его скорость оказывается тождественной скорости света. Вывод был неотвратим. Было немыслимо, чтобы свет мог состоять из чего-либо, кроме электромагнитных волн чрезвычайно малой длины. Фактически Максвелл был настолько уверен в этом теоретическом выводе, что считал совершенно излишним прибегать к экспериментальной проверке. Ведь электромагнитная теория объясняла так много деталей, выявленных в ходе экспериментов со светом, что в ее справедливости нельзя было сомневаться. Даже дисперсия получила быстрое объяснение в предположении, что диспергирующая среда состоит из вибраторов, имеющих собственный период, соизмеримый с периодом проходящего через нее света.

Книга Максвелла была опубликована в 1873 году. Пятнадцать лет спустя Герц [156] по предложению Гельмгольца преуспел в экспериментальном обнаружении электромагнитных волн, предсказанных теорией Максвелла. Его осциллятор состоял из двух металлических листов, лежащих в одной плоскости, к каждому из которых крепился короткий провод, заканчивающийся шариком. Шарики располагались на небольшом расстоянии друг от друга и соединялись с клеммами индукционной катушки. За счет отражения образовывались стоячие волны, а положения узлов и пучностей определялись детектором, состоящим из подвижной проволочной петли с воздушным зазором. Таким образом была измерена длина волны. Герц вычислил частоту своего излучателя на основе его размеров, а затем рассчитал скорость возмущения. Несмотря на ошибку в расчетах, на которую позже указал Пуанкаре, он получил скорость, очень близкую к скорости света, для волн, распространяющихся в воздухе, но значительно меньшую скорость для волн, распространяющихся вдоль проводов. Последующие работы Лехера, Саразена и де ла Рива, а также Троубриджа и Дуэна (49, 297, 1895; 50, 104, 1895) прояснили это расхождение и показали, что скорость в обоих случаях тождественна скорости света. Последние исследователи увеличили размер осциллятора настолько, что появилась возможность измерить частоту путем фотографирования искры во вторичной цепи с помощью вращающегося зеркала. Положения узлов и пучностей определялись с помощью болометра после того, как вторичная цепь была настроена в резонанс с вибратором. Найденная таким образом скорость электромагнитных волн вдоль проводов отличается от принятого значения скорости света менее чем на одну десятую долю процента. Более поздние эксперименты Герца показали, что волны в воздухе претерпевают преломление и дифракцию, и ему удалось поляризовать излучение, пропустив его через решетку, образованную параллельными металлическими проводами.

Чтобы удовлетворить закону действия и противодействия, оказывается необходимым приписать электромагнитным волнам квазиимпульс. Когда серия таких волн поглощается, их импульс передается поглощающему телу, в то время как при их отражении сообщается вдвое больший импульс. Это следствие теории, предвиденное Максвеллом и детально разработанное Пойнтингом, Абрахамом и Лармором, было подтверждено экспериментами Лебедева, а также Николса и Халла [157]. Последние использовали чувствительные крутильные весы, на которых были подвешены две посеребренные стеклянные лопасти. Чтобы устранить влияние импульсов, сообщаемых молекулами остаточного газа, подобных тем, которые Крукс наблюдал в своем радиометре, измерения проводились при множестве различных давлений, и фиксировалось баллистическое, а не статическое отклонение. После измерения давления, производимого светом от угольной дуги, интенсивность излучения определялась с помощью болометра. Предварительные эксперименты указали на существование давления ожидаемого порядка величины, а более тщательные измерения позже показали хорошее количественное согласие с теорией. Это давление уже нашло важное применение в объяснении Лебедевым солнечного отталкивания хвостов комет. Эти хвосты состоят из огромных скоплений мельчайших частиц, и при обходе кометой Солнца они испытывают отталкивание из-за давления интенсивного солнечного излучения, которое противодействует гравитационному притяжению Солнца. Следовательно, хвост, вместо того чтобы следовать за кометой по ее орбите, направлен в сторону от Солнца.

Существовала некоторая неопределенность относительно того, создает ли конвекционный ток магнитное поле. Стрелка компаса отклоняется под действием тока от элемента Дэниелла; получается ли тот же эффект, когда проводник заряжается электростатически, а затем вращается вокруг стрелки с помощью изолирующей ручки? Экспериментальные трудности, связанные с разрешением этого вопроса, становятся понятными, если принять во внимание колоссальную разницу между электростатическими и электромагнитными единицами тока. Ведь сфера радиусом один сантиметр, заряженная до потенциала 20 000 вольт и вращающаяся по кругу шестьдесят раз в секунду, создает ток чуть более миллионной доли ампера.

Эту задачу взял на себя Роуленд (15, 30, 1878) в лаборатории Гельмгольца в Берлине в 1876 году. Диск из твердой резины, покрытый с обеих сторон золотом, заряжался и вращался вокруг вертикальной оси со скоростью шестьдесят оборотов в секунду. При изменении знака электризации диска астатическая стрелка, подвешенная над его центром, показывала отклонение более пяти миллиметров. Ток вычислялся в электростатических единицах по заряду на диске и скорости его движения, а в электромагнитных единицах — по магнитному отклонению. Отношение этих двух величин дало хорошее согласие с его теоретическим значением — скоростью света.

Хотя результат этого эксперимента был подтвержден Роулендом и Хатчинсоном в 1889 году, Кремье был убежден проведенным в Париже в 1900 году исследованием в том, что эффект Роуленда не существует. Вследствие этого возникла необходимость в дальнейшем повторении эксперимента. Поэтому в следующем году Адамс (12, 155, 1901) расположил два кольца по восемь сфер каждое так, чтобы их можно было вращать вокруг их общей оси от пятидесяти до шестидесяти раз в секунду. Один набор сфер соединялся щетками с положительным полюсом батареи напряжением 20 000 вольт, другой — с отрицательным. Наблюдалось отклонение стрелки расположенного поблизости магнитометра при изменении знака электризации двух колец, и по полученному таким образом показанию вычислялось отношение электромагнитной единицы тока к электростатической. Было обнаружено, что эта величина отличается от скорости света всего на несколько процентов. Этот эксперимент и еще более исчерпывающие исследования, проведенные Пендером как независимо, так и в сотрудничестве с Кремье, окончательно убедили научный мир в том, что конвекционный ток создает такое же магнитное поле, как и ток проводимости той же величины.

Обсуждая пондеромоторную силу, испытываемую в магнитном поле проводником, по которому течет ток, Максвелл говорил: «Следует тщательно помнить, что механическая сила, которая заставляет проводник с током двигаться поперек линий магнитного поля, действует не на электрический ток, а на проводник, который его несет». Холл (19, 200, 1880), один из учеников Роуленда, поставил это утверждение под сомнение и решил подвергнуть его экспериментальной проверке. Попытки обнаружить увеличение сопротивления провода, помещенного под прямым углом к линиям магнитного поля, не увенчались успехом. Поэтому ток был пущен через умеренно широкую полоску сусального золота, и было исследовано влияние магнитного поля на эквипотенциальные линии. Полученные результаты подтвердили убеждение Холла в том, что сила, создаваемая полем, действует на сам ток и передается через него проводнику. Дальнейшие исследования (20, 161, 1880) выявили такое же отклонение эквипотенциальных линий в тонких полосках других металлов, хотя было обнаружено, что в железе этот эффект меняет знак на противоположный.

В последние годы девятнадцатого века произошли три события далеко идущего значения. В Англии Дж. Дж. Томсон выделил электрон и измерил его заряд и массу; в Германии Рентген открыл рентгеновские лучи; а во Франции Беккерель обнаружил первые признаки радиоактивности. Первые два, несомненно, в значительной степени обусловлены теми великими успехами, которые были достигнуты в получении высокого вакуума, а последние два могли бы произойти не так скоро, если бы не фотографическая пластинка.

Электрон. — Атомная теория электричества берет свое начало со времен Фарадея. Его эксперименты по электролизу показали, что каждый одновалентный атом или радикал, какова бы ни была его природа, несет одинаковый заряд, а каждый двухвалентный ион — вдвое больший заряд. Лишь отсутствие знаний о количестве атомов в грамме диссоциированной соли помешало ему рассчитать величину элементарного заряда. По мере того как разряд электричества через газы при низких давлениях становился предметом экспериментальных исследований, открывался еще один путь к изучению атома электричества. Еще в семидесятых годах Гитторф и Гольдштейн наблюдали, что тень отбрасывается экраном, помещенным перед катодом трубки Крукса. Варли предположил, что катодные лучи, создающие тень, состоят из «разреженных частиц материи, выброшенных из отрицательного полюса электричеством». Открытие того, что эти лучи отклоняются магнитным полем, привело английских физиков к выводу, что они должны состоять из заряженных частиц, причем направление отклонения требовало, чтобы заряд был отрицательным. Герц оспаривал эту точку зрения на том основании, что его эксперименты показали отсутствие влияния электростатического поля на лучи, и предположил, что они состоят из эфирных возмущений. Наконец, Перрину удалось пропустить лучи в металлический цилиндр, который получал от них отрицательный заряд, а Ленард показал, насколько чрезвычайно малы эти отрицательно заряженные частицы, действительно пропустив их через тонкий лист алюминия в стенке вакуумной трубки и обнаружив их присутствие в воздухе снаружи. Исчерпывающая информация о природе электрона, как его назвал Джонстоун Стоуни, была получена в классических экспериментах Дж. Дж. Томсона [158]. Сначала он показал, что неудача Герца в обнаружении отклонения при прохождении потока электронов между обкладками заряженного конденсатора была обусловлена экранирующим эффектом газовых ионов, образующихся в результате разряда. Используя гораздо более глубоко откачанную трубку, он без труда получил отклонение в электростатическом поле. Используя скрещенные электрическое и магнитное поля, отклонение, производимое одним полем, точно компенсировалось отклонением, вызываемым другим, и на основе использованных напряженностей полей были рассчитаны как скорость частиц, так и отношение e/m заряда к массе. Было обнаружено, что первая составляет примерно одну десятую скорости света, но самым поразительным результатом эксперимента оказалось то, что одно и то же значение e/m получалось независимо от того, какой остаточный газ содержался в трубке и из какого металла был изготовлен катод.

Для вычисления e, а затем m необходимы другие методы. К. Т. Р. Вильсон показал, что в пересыщенном воздухе капли воды легко образуются на заряженных молекулах, причем отрицательные ионы более эффективны в вызове конденсации, чем положительные. Используя результаты этого исследования, Томсон смог измерить элементарный заряд. Предположим, что поток отрицательных ионов проходит через пересыщенный воздух. На каждой заряженной частице образуется маленькая капелька, и облако конденсационного пара оседает на дно сосуда. Переносимый заряд и масса осажденной воды могут быть измерены непосредственно. Закон Стокса для скорости падения мельчайшей частицы через газовую среду позволяет вычислить средний размер капель по наблюдаемой скорости опускания облака. Отсюда сразу же следует количество образованных капель и заряд, переносимый каждой из них. Х. А. Вильсон усовершенствовал этот метод, отметив влияние электрического поля на скорость падения заряженных капель, а последующие эксперименты, предпринятые Милликеном [159], носили такой характер, который позволил ему проследить за движением отдельной капли. Вместо воды последний использует масляные капли диаметром менее одной десятитысячной сантиметра. Капля, после того как к ней присоединился один или несколько электронов, фактически взвешивается в терминах заряда на ее поверхности путем приложения восходящей электрической силы, как раз достаточной для уравновешивания силы тяжести. Затем ее вес независимо определяется из плотности масла и радиуса капли, определяемого по скорости падения при отсутствии электрического поля. Сопоставление этих двух выражений дает 4,774(10)^–10 электростатических единиц для элементарного заряда. Объединяя этот результат со значением e/m, найденным Томсоном, мы получаем массу электрона, равную примерно одной восемьсотой массы атома самого легкого из известных элементов — водорода.

То, что электрон является фундаментальной составляющей всей материи, подтверждается тем фактом, что заряд и масса одинаковы независимо от источника или способа получения. Испускается ли он нагретым металлом, под действием ультрафиолетового света, радиоактивным веществом, телом, подвергшимся воздействию рентгеновских лучей, или в результате трения — это та же самая отрицательно заряженная частица, которая составляет катодный луч разрядной трубки. Более того, он дает о себе знать косвенно во многих других явлениях, и на основе исследования некоторых из них отношение заряда к массе может быть определено независимо. Пожалуй, наиболее интересным из них является эффект Зеемана.

Спектроскопия. — В начале девятнадцатого века Фраунгофер наблюдал, что солнечный спектр пересечен большим количеством темных линий. Их присутствие оставалось необъяснимым, пока в 1859 году Кирхгоф и Бунзен не показали, «что цветное пламя, спектр которого содержит яркие резкие линии, настолько ослабляет лучи цвета этих линий при их прохождении через него, что на месте ярких линий появляются темные линии, как только за пламенем помещается свет достаточной интенсивности, в котором эти линии в противном случае отсутствуют». Ибо внутриатомные осцилляторы должны обладать естественной частотой излучения, которое они испускают, и следовательно, когда они подвергаются воздействию лучей этой частоты, поступающих из внешнего источника, будет происходить резонанс и возникать селективное поглощение. Сравнивая яркие линии в спектрах металлических паров, приведенных в состояние свечения газовым пламенем, с темными линиями в солнечном спектре, эти исследователи показали, что многие из распространенных земных элементов присутствуют на Солнце. Интерес к спектроскопии быстро рос. На смену превосходным дифракционным решеткам, изготовленным Резерфордом, пришли более совершенные вогнутые решетки Роуленда. В 1877 году Дрейпер (14, 89, 1877) объявил об открытии ярких линий кислорода в солнечном спектре, однако его интерпретация своих фотографий не была подтверждена работами более поздних исследователей. Лэнгли (11, 401, 1901) с помощью своего недавно изобретенного болометра преуспел в обнаружении излучения энергии Солнца в инфракрасной области в количествах, значительно превосходящих те, которые содержатся в видимом спектре. В 1842 году Доплер обратил внимание на то, что движение источника должно вызывать смещение спектральных линий, причем сдвиг происходит в синюю сторону, если источник приближается, и в красную, если он удаляется, а несколько лет спустя Физо предложил применить принцип Доплера для измерения скорости звезды, движущейся по лучу зрения. Таким образом, спектроскоп смог восполнить один из недостатков телескопа, и вместе они достаточны для выявления всех составляющих звездного движения. Когда сравниваются спектры, образованные светом от края солнечного диска и от его центра, тот же эффект обнаруживает вращение Солнца вокруг своей оси. (К. С. Гастингс, 5, 369, 1873; К. А. Янг, 12, 321, 1876.)

Дальнейшие доказательства существования электрона. — В 1845 году Фарадей открыл вращение плоскости поляризации при прохождении света в направлении силовых линий через кусок стекла, помещенный между полюсами электромагнита. Однако исследование спектра раскаленного пара, находящегося между полюсами магнита, не выявило никакого влияния поля. Последняя задача была заново поставлена Зееманом [160] в 1896 году, и с помощью усовершенствованных приспособлений современной науки ему удалось обнаружить уширение линий. Более поздние эксперименты с более мощной аппаратурой разделили эти уширяющиеся линии на несколько составляющих.

Лоренц [161] сразу показал, как электронная теория дает объяснение эффекта Зеемана. Он обнаружил, что если источник рассматривается под прямым углом к линиям магнитного поля, спектральная линия должна расщепляться на три составляющие. Из них он предсказал, что средняя, или несмещенная, составляющая окажется поляризованной под прямым углом к направлению поля, а остальные составляющие — параллельно полю. Когда свет исходит от источника в направлении, параллельном магнитным силовым линиям, должны образовываться только две составляющие, и они должны быть циркулярно поляризованными в противоположных направлениях. Более того, по разделению составляющих можно вычислить отношение заряда к массе электронного вибратора, который отвечает за испускание лучистой энергии. Эксперименты Зеемана подтвердили теорию Лоренца во всех деталях и дали значение e/m, в существенной степени совпадающее с тем, что было получено для катодных лучей. Однако последующие исследования показали, что во многих случаях обнаруживается больше составляющих, чем требует элементарная теория. Хейл обнаружил эффект Зеемана в свете солнечных пятен, доказав, что эти дефекты на лике Солнца представляют собой вихри, порожденные вращающимися скоплениями электризованных частиц. Недавно Штарк и Ло Сурдо обнаружили аналогичное расщепление линий в спектре, образованном светом от канальных лучей (лучей положительно заряженных частиц), проходящих через сильное электрическое поле. Это явление до сих пор не получило адекватного объяснения.

Обнаружив, что электрический ток способен создавать магнитное поле, Ампер предположил, что магнитные свойства таких веществ, как железо, можно объяснить в предположении молекулярных токов. Электронная теория считает эти токи обусловленными вращением внутри атома отрицательно заряженных частиц вокруг притягивающего ядра. Ричардсону пришло в голову, что это движение должно придавать атому свойства гиростата. Следовательно, если железный стержень вращать вокруг его оси, атомы должны сориентироваться так, чтобы сделать свои оси более параллельными оси вращения. Таким образом, его вращение должно приводить к тому, что стержень становится магнитом. Барнетт [162] проверил эту гипотезу и обнаружил предсказанный Ричардсоном эффект. По силе создаваемой намагниченности можно вычислить значение e/m. Барнетт находит значение, несколько меньшее, чем для катодных лучей, но правильного порядка величины и знака. Эйнштейн и де Хааз обнаружили обратное этому эффекту, то есть вращение железного стержня при его внезапном намагничивании.

Рентгеновские лучи. — В 1895 году при проявлении пластинки, которая лежала рядом с вакуумной трубкой, Рентген [163] с удивлением обнаружил на ней четкие следы. Поскольку пластинка никогда не подвергалась воздействию света, необходимо было предположить, что этот эффект обусловлен каким-то новым и неизвестным типом излучения. Дальнейшие исследования показали, что это излучение возникает в тех точках, где катодные лучи ударяются о стеклянные стенки трубки. Помимо способности с легкостью проходить сквозь все материальные объекты, кроме самых плотных, рентгеновские лучи обладали способностью ионизировать газы, через которые они проходят, и выбивать электроны с металлических поверхностей, по которым они ударяют. Точки, в которых образуются эти электроны, в свою очередь являются источниками вторичных рентгеновских лучей, свойства которых характерны для металла, из которого они исходят.

Открытие Рентгена вызвало огромный интерес как среди неспециалистов, так и в научных кругах. Среди множества сделанных рентгеновских снимков фотографии Райта (1, 235, 1896) из Йеля были первыми, полученными в этой стране. Его эксперименты были проведены сразу по получении известия об исследовании Рентгена и привели к публикации ряда фотографий, демонстрирующих прозрачность для этих лучей бумаги, дерева и даже алюминия.

Поскольку рентгеновские лучи не отклоняются электрическими или магнитными полями, Шустер, а позднее Вихерт и Стоукс предположили, что они могут быть электромагнитными волнами той же природы, что и свет, но гораздо более короткими и менее регулярными. Главным возражением против этой гипотезы была неспособность либо преломить, либо отдифрагировать эти лучи. Фактически Брэгг утверждал, что они вообще не являются эфирными возмущениями, а состоят из нейтральных частиц, движущихся с очень высокими скоростями. Наконец, Лауэ [164] продемонстрировал их волновой характер, показав, что при надлежащих условиях происходит дифракция. Точно так же, как расстояние между соседними линиями решетки должно быть соизмеримо с длиной волны света для образования спектра, для дифракции рентгеновских лучей необходима периодическая структура с периодом решетки, равным их гораздо более короткой длине волны. Такая структура слишком мелка, чтобы ее можно было создать человеческими орудиями труда. Однако природа уже подготовила ее для использования человеком. Расстояние между атомами кристалла как раз подходит для того, чтобы сделать его отличной рентгеновской решеткой, и Лауэ без труда получил дифракционные картины, когда рентгеновские лучи проходили через блок сфалерита. Расстояние между соседними атомами этого кубического кристалла может быть вычислено сразу из его плотности и молекулярной массы, а затем длина волны излучения рассчитана по претерпеваемому отклонению. Таким образом, было обнаружено, что длина рентгеновских лучей составляет менее одной тысячной доли длины волны видимого света. Дальнейшее изучение этого явления, в особенности двумя Брэггами — отцом и сыном, выявило многие структурные детали более сложных кристаллов.

Самым значительным исследованием в области, открытой открытием Лауэ, является исследование, предпринятое Мозли [165] всего за пару лет до того, как он расстался с жизнью в окопах Галлиполи. Используя много различных металлов в качестве антикатодов в вакуумной трубке, он измерил частоты испускаемых характерных лучей. Он обнаружил, что если элементы расположить в порядке возрастания атомного веса, квадратные корни характеристических частот образуют арифметическую прогрессию. Если каждому элементу присвоить целое число, начиная с единицы для водорода, двойки для гелия и так далее, то квадратный корень частоты характеристического излучения оказывается пропорционален этому атомному номеру. Несмотря на то что Улер недавно показал, что в широких диапазонах закон Мозли не выполняется в пределах экспериментальной ошибки, с этой простой зависимостью, несомненно, связано глубокое значение.

Радиоактивность. — На следующий год после открытия рентгеновских лучей Беккерель обнаружил, что фотопластинка аналогичным образом подвергается воздействию излучений от солей урана. Два года спустя Кюридели выделили из урановой смолки очень активные элементы полоний и радий. Прохождение лучей от этих веществ через электрическое и магнитное поля выявило существование трех типов. Было показано Резерфордом и его сотрудниками, что альфа-лучи представляют собой положительно заряженные атомы гелия; бета-лучи — это очень быстро движущиеся электроны; а гамма-лучи — электромагнитные импульсы той же природы, что и рентгеновские лучи, но несколько более короткие. В 1902 году Резерфорд и Содди выдвинули теорию атомного распада, согласно которой испускание луча является признаком распада атома до более простой формы. Таким образом, в радиоактивных веществах у нас на глазах происходит непрерывное превращение одного элемента в другой — изменение, между прочим, которое, по-видимому, ни в малейшей степени не ускоряется и не замедляется изменениями температуры (Х. Л. Бронсон, 20, 60, 1905) или внешнего электрического состояния радиоактивного элемента. Уран является родоначальником длинного ряда потомков, первым членом которого некоторое время считался радий. Однако Болтвуд (25, 365, 1908) из Йеля показал, что медленный рост радия в растворах урана несовместим с этим предположением, и вскоре выделил промежуточный продукт, который он назвали ионием. Сам радий распадается на газ, известный как эманация радия, которая в свою очередь дает начало последовательности других продуктов. Анализы радиоактивных минералов из одного и того же места, проведенные Болтвудом (23, 77, 1907), показывают столь постоянное отношение между количествами присутствующих урана и свинца, что естественно заключить, будто свинец является конечным продуктом этого ряда. Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что самые древние породы показывают относительно наибольшие количества этого элемента.

В дополнение к ряду иония-радию были открыты еще два. Из них исследования Болтвуда (25, 269, 1908) судя по всему указывают на то, что ряд, начинающийся с актиния, является боковой ветвью радиевого ряда и происходит из того же родительского урана. Другой начинается с тория и включает десять членов. До сих пор конечные продукты актиниевого и ториевого рядов не были идентифицированы, хотя имеются некоторые основания полагать, что изотоп свинца может быть последним членом последнего.

Поскольку количество радиоактивного элемента, распадающегося за данное время, пропорционально общей присутствующей массе, для полного превращения вещества потребуется бесконечное время. Следовательно, жизнь такого элемента измеряется периодом полураспада, или временем, необходимым для распада половины исходной массы. Это время сильно различается для разных радиоактивных веществ, колеблясь от малой доли секунды для актиния А до пяти миллиардов лет для урана. Первоначальное определение Болтвуда (25, 493, 1908) периода жизни радия по скорости его роста в растворе, содержащем ионий, дало в результате 2000 лет, хотя недавние измерения мисс Гледич (41, 112, 1916) ближе согласуются со значением в 1760 лет, полученным Резерфордом и Гейгером по количеству испускаемых альфа-частиц.

Под действием рентгеновских лучей или излучений радиоактивных веществ газы приобретают проводимость, которая объяснялась Томсоном и Резерфордом образованием ионов. Зеленый (Zeleny) обнаружил, что ионы противоположного знака обладают несколько различной подвижностью в электрическом поле, а эксперименты Веллиша (39, 583, 1915) показывают, что при низких давлениях некоторые из отрицательных ионов являются электронами. Т. С. Тейлор (26, 169, 1908 и след.) и Дуэн (26, 464, 1908) исследовали ионизацию, производимую альфа-частицами, а Бумстед (32, 403, 1911 и след.) изучал испускание электронов металлами, бомбардируемыми этими лучами. Исследования Франка и Герца, а также Макленнана и Хендерсона показывают значимую связь между ионизационным потенциалом (энергией, которой должен обладать электрон для производства иона при столкновении с атомом) и величиной, которая будет рассмотрена позже более подробно и которая была введена Планком в теорию излучения.

Методы науки. — Научный прогресс, судя по всему, следует более или менее четко определенному пути. Экспериментирование выводит на свет скрытые процессы природы, и выдвигаются гипотезы для корреляции обнаруженных фактов. По мере того как все большее число явлений вписывается в ту же схему, гипотезы, первоначально выдвигаемые предположительно, хотя зачастую лишь после обширных изменений, прочно утверждаются в качестве теорий. Наконец, может возникнуть фундаментальное столкновение между двумя теориями, каждая из которых в своей соответствующей области кажется представляющим единственно возможный способ корреляции большой группы явлений. Лабиринт становится все более озадачивающим на каждом шагу. Наконец, на арене появляется гений, подходит к проблеме с новой и неожиданной точки зрения, и парадокс исчезает. Такие изменения точки зрения являются вехами, которые знаменуют прогресс науки. Наука застойна, если ее единственной функцией является сбор, классификация и корреляция огромных запасов экспериментальных данных. Признаком жизнеспособности является существование четко определенных и фундаментальных проблем, любое возможное решение которых кажется непримиримым с самыми базовыми истинами рассматриваемой науки. Чем сильнее растет парадокс, тем неминуемее появление новой точки зрения, которая приблизит нас на один шаг к всеобъемлющей картине природы, являющейся целью натурфилософии.

Эфир. — С самых ранних времен философов привлекала возможность объяснения физических явлений в терминах всепроникающей среды. К середине девятнадцатого века эта тенденция стала настолько сильной, что английская школа физиков приписывала эфиру жесткость, плотность и почти все свойства материальных сред. По сути, большинство физиков, казалось, забыли, что ни один эксперимент никогда не давал прямых доказательств существования такой среды. Лишь в первое десятилетие двадцатого века стало понятно, что экспериментальные данные фактически указывают совершенно в противоположном направлении и что для работы с теми явлениями света и электромагнетизма, которые ранее описывались в терминах универсальной среды, необходима новая точка зрения. Некоторое описание развития теории эфира, а также происхождения и роста той точки зрения, главным воплощением которой является принцип относительности, имеет существенное значение для понимания современных тенденций в формулировании философской основы научной мысли.

Во времена Ньютона и в течение столетия после них велось множество споров между приверженцами двух непримиримых теорий света. Гук предположил, что свет представляет собой волновое движение, распространяющееся через однородную среду, заполняющую все пространство, а Гюйгенс показал, что закон преломления можно сразу вывести из этой гипотезы, если предположить, что скорость света в прозрачном теле меньше таковой в свободном эфире. Однако Ньютон, пораженный тем фактом, что луч, полученный путем двойного лучепреломления в исландском шпате, отличается от луча обычного света точно так же, как стержень прямоугольного сечения отличается от стержня кругового сечения, и не видя способа объяснить эту диссимметрию в терминах волнового движения, аналогичного продольным звуковым волнам, придерживался мнения, что свет состоит из бесконечно малых частиц, выбрасываемых из светящегося тела с огромными скоростями. Репутация Ньютона благодаря его открытиям в других областях была настолько велика, что эта теория света господствовала среди его современников и преемников до тех пор, пока труды Юнга и Френеля в начале девятнадцатого века окончательно не утвердили волновую теорию. Однако, несмотря на то что корпускулярная теория света делала предположение об эфире ненужным в том, что касается более простых из наблюдаемых явлений, даже Ньютон постулировал существование такой среды — отчасти для того, чтобы объяснить более сложные результаты экспериментов со светящимися телами, а отчасти для того, чтобы обеспечить носитель для распространения гравитационных сил.

Теперь эфир, если он должен хоть что-то объяснять, должен обладать по меньшей мере некоторыми из более простых свойств материальных сред. Пожалуй, самым фундаментальным из них является положение в пространстве. В качестве первого приближения при объяснении оптических явлений на поверхности Земли можно было бы предположить, что Земля покоится относительно эфира. Но установление коперниканской системы сделало Солнце центром солнечной системы и придало Земле орбитальную скорость в восемьдесят миль в секунду. Между прочим, можно отметить, что скорость точки на экваре, обусловленная суточным вращением Земли, весьма незначительна по сравнению с ее орбитальной скоростью. Следовательно, в качестве второго приближения можно считать Солнце покоящимся относительно эфира, а Землю — движущейся через эту неупругую среду.

Первым указанием на это движение стало открытие аберрации британским астрономом Брэдли в 1728 году. Брэдли заметил, что звезды вблизи полюса эклиптики описывают небольшие круги в течение года, в то время как звезды в плоскости эклиптики колеблются взад и вперед по прямым линиям, а звезды в промежуточных положениях описывают эллипсы. Удивительным, однако, было то, что время, необходимое для завершения одной из этих малых орбит, во всех случаях составляет ровно один год. Брэдли пришел к выводу, что это явление некоторым образом зависит от движения Земли вокруг Солнца, и ему не потребовалось много времени, чтобы прийти к правильному объяснению. Предположим, что Земля покоится. Тогда при наблюдении звезды на полюсе эклиптики было бы необходимо удерживать ось телескопа строго под прямым углом к плоскости орбиты Земли. Однако, поскольку Земля находится в движении, телескоп приходится направлять немного вперед, точно так же как при быстрой ходьбе под дождем зонт нужно наклонять вперед, чтобы перехватить капли дождя, которые в противном случае упали бы на то место, которое будет занято в конце следующего шага. Угол, на который приходится наклонять телескоп, известен как угол аберрации, и легко показать, что тангенс этого угла равен отношению скорости Земли к скорости света. Зная скорость Земли, можно затем вычислить скорость света. Этот метод был одним из первых способов получения значения этой важной величины.

Совсем недавно были разработаны наземные методы высокой точности для измерения скорости света. Наиболее точным из них является метод, использованный французским физиком Физо в 1862 году. Луч света отражается вращающимся зеркалом к неподвижному зеркалу, расположенному на некотором расстоянии, которое в свою очередь отражает луч обратно к движущемуся зеркалу. Последнее, однако, за время, прошедшее с момента первого отражения, поворачивается на небольшой угол, и поэтому направление луча при возвращении к источнику оказывается не совсем противоположным тому, в котором он начинал свой путь. Это отклонение в направлении определяется по смещению изображения, образованного возвращающимся светом, и по нему вычисляется скорость света. Чтобы сделать отклонение заметным, расстояние между двумя зеркалами должно быть очень большим. В первоначальной установке Физо оказалось нецелесообразным делать это расстояние больше двадцати метров, и в результате смещение изображения составило менее миллиметра. Столь малое отклонение ограничивало точность эксперимента одним процентом. Однако в 1879 году Майкельсон (18, 390, 1879), бывший тогда мичманом ВМС США, усовершенствовал оптические устройства Физо до такой степени, что смог использовать расстояние почти в семьсот метров между двумя зеркалами. При скорости вращающегося зеркала в двести пятьдесят семь оборотов в секунду полученное смещение составило более тринадцати сантиметров. Этот эксперимент дал для скорости света 299 910 километров в секунду с вероятной погрешностью одна часть на десять тысяч. Более поздние исследования Ньюкомба и Майкельсона (31, 62, 1886) дали в существенной степени тот же результат. Точность этих наземных определений была настолько велика, что в недавней практике принято вычислять из них и угла аберрации орбитальную скорость Земли, а отсюда и расстояние от Земли до Солнца. Этот косвенный метод измерения астрономической единицы имеет вероятную погрешность, не превышающую погрешность лучших астрономических методов параллакса. (Дж. Ловеринг, 36, 161, 1863.)

Аберрация представляет собой эффект первого порядка, то есть она зависит от первой степени отношения скорости Земли к скорости света, и на первый взгляд казалось, что она убедительно доказывает, что Земля должна находиться в движении относительно светоносной среды. Однако предстояло решить и другие вопросы, и одним из них было то, будет ли свет, идущий от звезды, преломляться при прохождении через оптические приборы иначе, чем свет земного происхождения. Араго подверг этот вопрос эксперименту и пришел к выводу, что во всех отношениях свет от звезды ведет себя так, как если бы Земля покоилась, а звезда действительно занимала то положение, которое она кажется занимающей из-за аберрации. Наконец, оптические эксперименты с земными источниками, казалось, никоим образом не зависели от движения Земли через эфир.

Для объяснения этих фактов Френель выдвинул следующую теорию. Чтобы объяснить преломление, происходящее при входе света в прозрачное тело, необходимо предположить, что световые волны распространяются сквозь вещество медленнее, чем в свободном эфире. Известно, что скорость звука изменяется обратно пропорционально квадратному корню из плотности материальной среды, через которую он проходит. Следовательно, естественно предположить, что эфир внутри материальных объектов сгущен до такой степени, что эта же зависимость связывает его плотность со скоростью света, распространяющегося в нем. Но когда линза или призма приводится в движение, Френель предполагал, что она увлекает за собой только избыточный эфир, который она содержит, в то время как эфир нормальной плотности остается позади. Это предположение достаточным образом объясняет результаты Араго и в то же время согласуется с явлением аберрации. Для света, распространяющегося в направлении движения через движущуюся материальную среду с показателем преломления n, оно дает абсолютную скорость, большую, чем скорость, когда среда покоится, на величину

(1 − 1/n2)v,

которая составляет лишь малую долю скорости v, которую пришлось бы добавить, если бы увлеченное вещество несло с собой весь эфир, находящийся внутри него. Это выражение было проверено непосредственно сначала Физо в 1851 году, а затем Майкельсоном и Морли (31, 377, 1886) в этой стране. Эксперимент заключается в расщеплении луча света надвое, причем половина пускается в одном направлении, а другая — в противоположном через поток бегущей воды. При воссоединении двух лучей получаются обычные интерференционные полосы. Изменение направления движения воды вызывает смещение полос, и по величине этого смещения вычисляется скорость, сообщаемая свету движением потока. Расхождение между экспериментальным значением этой величины и значением, вычисленным из коэффициента увлечения Френеля, оказалось, по данным Майкельсона и Морли, менее одного процента, что примерно соответствовало их экспериментальной погрешности. Таким образом, формула Френеля для скорости света в движущейся среде полностью подтверждается экспериментом. Однако принятый в настоящее время вывод этой формулы весьма отличен от его первоначального вывода.

Было отмечено, что явления поляризации заставили Ньютона отвергнуть волновую теорию света. Единственным известным ему типом волн была продольная волна, в которой колебания частиц среды происходят в том же направлении, что и распространение волны, и было невозможно предположить, что такая волна может иметь различные свойства в разных направлениях под прямым углом к линии ее продвижения. Но в 1817 году Юнг предположил, что это противоречие между волновой теорией и фактами поляризации может быть устранено предположением, что колебания, составляющие свет, совершаются под прямым углом к направлению распространения. Таким образом, в обычном свете колебания следует представлять себе происходящими хаотично во всех направлениях в плоскости, перпендикулярной лучу, в то время как в плоскополяризованном свете эти колебания ограничены единственным направлением. Это предположение объяснило так много озадачивающих результатов экспериментов, что оно было принято сразу и привело к полному оправданию волновой теории.

Теория упругого твердого тела. — Вскоре после этого Пуассон преуспел в решении дифференциального уравнения, определяющего движение волны через упругую среду. Его решение показывает, что такая среда способна передавать два типа волн — одну продольную, другую поперечную. Если κ обозначает объемную упругость, η — жесткость, а ρ — плотность среды, скорости этих двух волн соответственно равны

√((κ + (⁴⁄₃)η)/ρ) and √(η/ρ)

Но твердое тело обладает как сжимаемостью, так и жесткостью, и передает в общем случае оба типа волн. Жидкость же, напротив, из-за отсутствия жесткости не может поддерживать поперечные колебания. Поэтому было вполне естественно, что Грин в поисках динамического объяснения эфира предложил в докладе, зачитанном в Кембриджском философском обществе в 1837 году, считать, что эфир обладает упругими свойствами твердого тела. Возникла одна большая трудность: возмущения внутри упругого твердого тела должны давать начало как волнам сжатия, так и поперечным волнам. Но в экспериментальном изучении света ничего подобного волнам сжатия обнаружено не было. Грин попытался преодолеть эту трудность, приписав эфиру бесконечную объемную упругость. Приведенное выше выражение показывает, что продольные волны, возникающие в такой несжимаемой среде, уносились бы с бесконечной скоростью, и можно показать, что энергия, связанная с ними, была бы бесконечно малой по величине. Следующим шагом было вычисление коэффициентов пропускания и отражения для света, переходящего из одной материальной среды в другую. Здесь теория упругого твердого тела оказывается успешной далеко не во всем. Если предполагать, что эфир имеет разную плотность в двух средах, как в теории Френеля, но одинаковую жесткость, некоторые из этих коэффициентов не дают значений, требуемых экспериментом, тогда как если предполагать плотности одинаковыми, а жесткости — разными, другие коэффициенты имеют несогласованные значения. В связи с явлениями двойного лучепреломления возникают еще более серьезные трудности.

Электромагнитная теория. — Стало зарождаться мнение, что эфир должен объяснять нечто большее, чем просто оптические явления, поскольку представление Фарадея об электромагнитном действии, осуществляемом через посредство среды, значительно расширило его функции. Наконец, демонстрация Максвеллом того, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света, превратила теорию света в подраздел электродинамики. Сам Максвелл не применял электромагнитную теорию для объяснения отражения и преломления. Этот пробел, однако, был восполнен Лоренцем в 1875 году. Полученные результаты, а также результаты для двойного лучепреломления (Дж. В. Гиббс, 23, 262, 1882 и след.) и металлического отражения (Л. П. Уилер, 32, 85, 1911) обеспечили полное подтверждение электромагнитной теории света. Это становится еще более значительным, если принять во внимание крайнюю точность, достижимую в оптических экспериментах. Например, Гастингс (35, 60, 1888) проверил построение Гюйгенса для двойного лучепреломления в исландском шпате и обнаружил, что «разница между измеренным показателем преломления... под углом 30° к кристаллической оси и показателем, вычисленным из закона Гюйгенса и измерений главных показателей преломления», составляет всего 4–5 единиц в шестом десятичном знаке. Со времен Максвелла гамма электромагнитных волн неуклонно расширялась. Самые короткие волны Герца почти незаметно переходят в самые длинные тепловые волны инфракрасной области, и оттуда известный спектр непрерывно простирается через видимую область до коротких волн крайнего ультрафиолета, недавно обнаруженных Лайманом. Здесь имеется короткий промежуток до тех пор, пока не достигаются мягкие рентгеновские лучи, и наконец область излучения заканчивается гамма-лучами длиной в миллиардную долю сантиметра.

Эфир Максвелла не был динамическим эфиром в смысле среды упругого твердого тела Грина. Несмотря на то что Максвелл всегда активно изобретал механические аналоги для иллюстрации явлений электромагнетизма, он никогда не увлекался спекуляциями сторонников динамического эфира. Электродинамические уравнения обеспечивали точное представление электрического и магнитного полей, и идти дальше этого, по его мнению, было излишне. То, что Гиббс (23, 475, 1882) придерживался того же мнения, очевидно из заключительных абзацев статьи, в которой он показывает, что электромагнитная теория света объясняет в мельчайших деталях сложнейшие явления, сопровождающие прохождение света через среды с круговой поляризацией. Он говорит:

«Законы распространения света в виде плоских волн, которые были выведены таким образом из единственной гипотезы о том, что возмущение, посредством которого передается свет, состоит из соленоидальных электрических потоков, ... по существу являются теми законами, которые принимаются в качестве воплощения результатов эксперимента. Насколько известно автору, они ни в чем не противоречат результатам эксперимента и не требуют привлечения вспомогательных и вынужденных гипотез для приведения их в согласие с ними.