Несколько лет назад я ехал в автомобиле по улицам Лондона, вновь посетив Англию после многолетнего отсутствия. Внезапно я увидел толпу, наблюдавшую за шотландским танцором. Танцором оказалась молодая женщина в шотландском костюме, и она изысканно танцевала танец с мечами; ее муж играл на волынке, вышагивая туда-сюда со всей спесью шотландского горца. Я остановил кэб, вышел и стал смотреть. Воспоминания о Корри, Обане и происходивших там сборах кланов, свидетелем которых я был во время пребывания на Арране, ожили, и я испытал трепет. Вскоре танцовщица в своем обходе добралась до меня, собирая добровольные пожертвования. Я бросил в ее тарелку соверене, она удивленно посмотрела на меня и спросила, не ошибся ли я. «Да, — сказал я, — я действительно совершил ошибку, отправившись на прогулку всего с одним совереном в кармане. Если бы у меня их было два, вы получили бы оба». «Вы шотландец, сэр?» — шутливо спросила она, и когда я ответил «Нет», она улыбнулась и сказала: «Я и не думала, что вы шотландец». Она знала, что между шотландцем и сербом существует фундаментальная разница.
Примерно через месяц после моего пребывания в Корри пришло письмо от матери, написанное моей старшей сестрой, в котором говорилось, как она счастлива, что я решил провести лето в Шотландии с целью размышлений о жизни и трудах одного из величайших «святых науки». Я имел в виду Фарадея, когда писал ей. Она также сообщала, что в Идворе ужасно пыльно из-за затянувшейся засухи, что урожай плохой, а перспективы сбора винограда еще хуже, и что в то лето Идвор — не слишком веселое место для того, кто хотел бы помедитировать вдали от жалоб ворчливых соседей. «Берлин, как мне говорят, гораздо ближе к Идворе, и когда ты будешь там, ты всегда смодешь заглянуть в Идвор гораздо легче, чем сейчас», — говорила она, завершая свое письмо, в котором логика и материнская любовь соперничали друг с другом, пытаясь утешить меня в связи с моим отсутствием в Идворе тем летом.
Письмо матери заставило меня почувствовать вину и потребовало пересмотра моего первого решения, принятого месяцем ранее, которое позволяло мне временно распрощаться с «Исследованиями» Фарадея; и я принял вторую резолюцию, отменяющую первую. Но возник вопрос, как претворить ее в жизнь. Ответ был очевиден: сказать прощай Корри. Однако мои друзья предложили менее очевидный, но, безусловно, гораздо более приятный ответ. «Поднимись и поживи в усадьбе Макмилланов, читай там своего Фарадея по утрам, а спускайся в Корри к обеду, ближе к концу дня», — предложила Мэдж, и это предложение было принято единогласно всеми моими молодыми друзьями.
Усадьба Макмилланов представляла собой очень скромный старый коттедж, расположенный на полпути между Корри и вершиной горы Гоат-Фелль, самой высокой точки острова Арран. Там жил старый горец со своей женой, ведя одно из самых спартанских существований, которые мне доводилось где-либо видеть. Они были готовы предоставить мне жилье и простой завтрак, состоящий из чая и овсяной каши с хлебом, смазанным тонким слоем американского свиного жира. Я не возражал; ради любви к Майклу Фарадею я был готов вести скромный образ жизни и предаваться высоким мыслям. Общение с Фарадеем с раннего утра до четырех часов дня, а после этого любые игры, которые подвернутся, со множеством танцев по вечерам — это было великолепное сочетание. Практически один плотный прием пищи в день, мой обед на постоялом дворе в Корри, служил топливом для всей этой активности, и делал это вполне успешно. Как я мог жаловаться? Человек, чьи удивительные научные открытия я впитывал каждый день, начинал жизнь учеником переплетчика, а основатель великого издательского дома Макмиллана родился и провел мальчишеские годы в том скромном коттедже, где я останавливался. Я был уверен, что в юности у них никогда не было больше одного плотного обеда в день, и тем не менее они преуспели. Быстрое усвоение и переваривание мной духовной пищи, которую предлагал Фарадей, я объяснял отказом от излишней физической пищи, но должен признаться, что во время подачи обеда в гостинице Корри я был изрядно голоден и наслаждался им безмерно.
Я никогда так хорошо не понимал истинного смысла скромного образа жизни и высоких помыслов, как во время пребывания в качестве постояльца в усадьбе Макмилланов. Мой мыслительный аппарат, как мне казалось, никогда еще не работал лучше, и даже мое зрение, всегда очень хорошее, казалось лучше, чем когда-либо прежде. В исключительно ясные дни я был уверен, что с большой высоты коттеджа Макмилланов на склоне горы Гоат-Фелль я могу видеть прекрасный Ферт-оф-Клайд вплоть до Гринока и Пейсли, а временами вдали даже казались мрачными силуэты зданий Глазго. Я хвастался этим, но мои друзья в Корри встретили мое хвастовство шутливым сообщением о том, что любой шотландец может видеть гораздо дальше. Один из них, ученик сэра Уильяма Томсона из Университета Глазго, ответил на мое бахвальство афористичным вопросом: «Можешь ли ты заглянуть в Фарадея так же далеко, как заглянул шотландец Максвелл?» Находясь в Шотландии, я больше никогда не хвастался своим зрением. Тем не менее я был уверен, что из усадьбы Макмилланов на склонах горы Гоат-Фелль мне открылся более глубокий взгляд на открытия Фарадея, чем я мог бы получить в любом другом месте. Я редко упоминаю имена Фарадея и Максвелла без того, чтобы в памяти не всплыл прекрасный остров Арран и скромная усадьба Макмилланов на горе Гоат-Фелль.
VIII УНИВЕРСИТЕТСКИЕ ГОДЫ В БЕРЛИНЕ
Каждый период в истории человечества имел свое откровение в науке. Некоторые периоды были в этом отношении наиболее счастливыми. Первая половина XIX века стала свидетелем великого научного откровения, названного принципом сохранения энергии, и видела в нем свою высшую гордость. Наш собственный американский философ Бенджамин Томпсон из Уобурна, штат Массачусетс, известный в Европе как граф Румфорд, был одним из нескольких ранних пророков в науке, предвидевших появление этого великого динамического учения. Его важность для человечества невозможно переоценить. Я уверен, что многие люди науки тех дней были благодарны небесам за благодать жить в ту эпоху, когда человечество приняло это великое откровение. Ученые сегодняшнего дня благодарны за то, что им довелось жить во второй половине XIX века, когда миру была явлена великая электромагнитная теория. Ее важность также невозможно переоценить. Но между историческим ходом этих двух научных откровений XIX века существует принципиальное различие. Существование первого было интуитивно предвидено и, можно сказать, в том или ином виде существовало в сознании многих ученых задолго до того, как оно получило свою окончательную формулировку. Его создатель, Гельмгольц, полагал, что он не объявляет ничего нового, а лишь излагает собственный взгляд на то, что уже было хорошо известно. После его заявления в 1847 году каждый ученый принял это откровение как почти самоочевидную истину. Электромагнитная теория света и материи имела иную историю. Она родилась как смутное видение в сознании одного человека — Фарадея, и прошло почти пятьдесят лет, прежде чем она была сформулирована Максвеллом и экспериментально продемонстрирована Герцем. Только тогда мир начал понимать, что человеку явилось великое научное откровение. Сегодня мы знаем, что прежде, чем современное электромагнитное учение могло открыться миру, в сознании ученых должны были сформироваться новые физические понятия, потребовавшие для своего выражения нового языка. Первые проблески этого откровения я поймал на склоне горы Гот-Фелл, а два года спустя увидел в Берлине то, что счел четким очертанием его смысла.
Когда я оглядываюсь на те дни и думаю о том, как немногочисленны были физики, уловившие этот смысл даже двадцать лет спустя после того, как Максвелл сформулировал его в 1865 году, я задаюсь вопросом, возможно ли сегодня донести этот смысл до людей, не имеющих профессиональной физической подготовки. Я думаю, что возможно, и считаю, что такую попытку следует предпринять, поскольку сегодня электромагнитное учение признано самой основой всех наших знаний о физических явлениях. Я также полагаю, что один из лучших способов донести этот смысл — описать мои ранние попытки, которые не смогли его уловить.
From a photograph by John Watkins, London
MICHAEL FARADAY
Reproduced from Volume II of “The Scientific Papers of James Clerk Maxwell,” edited by W. D. Niven. By permission of the publishers, The University Press, Cambridge
Открытия Фарадея в области электричества в первой половине XIX века привлекли к себе всеобщее внимание и восхищение. Я многое знал об этом на Арране, а также знал о стремительном росте практического применения его открытий в телеграфии, в генерации электроэнергии для электрического освещения, электрической тяги и электрохимических работ и, наконец, в телефонной передаче речи. Мир понимал, что все эти замечательные вещи, внесшие столь большой вклад в комфорт человечества, проистекают из тех истоков в области абстрактной науки, которые были открыты благодаря трудам Фарадея. Научные исследования начали приобретать иной облик даже в глазах капитанов индустрии, которые в те дни проявляли прискорбное равнодушие к науке, не сулившей немедленной осязаемой отдачи. Поборники научных исследований, такие как Тиндаль и его американские и британские друзья, неизменно указывали на работы Фарадея с гордостью всякий раз, когда возникал вопрос о практической ценности исследований в области так называемых абстрактных физических наук. Это очень помогло пробудить в этой стране и в Великобритании более глубокий интерес к тому, что Эндрю Уайт назвал «силой и надеждой для высших устремлений».
Но описания Фарадея и его труда, сделанные Тиндалем и Максвеллом, убедили меня, что столь высокое положение Фарадея среди его современников, таких как Максвелл, Джозеф Генри, Тиндаль и Барнард, объяснялось не столько немедленной практической ценностью его электрических открытий, сколь бы велика эта ценность ни была, сколько ясным видением, с которым он искал и открывал новые крупицы вечной истины. Мне было ясно даже в то время, что изобретения — это творение рук смертного человека, и хотя поначалу они привлекают нас, как и должно, в качестве удивительных созданий человеческой изобретательности, их конечная участь — стать более или менее заурядными. Телеграф и телефон, динамо-машина и электромотор, свет электрической дуги и лампы накаливания утратили большую часть своего внушающего благоговение характера еще в то время, когда я был студентом в Кембридже. Изобретения стареют и вытесняются другими изобретениями и, будучи порождением созидательных замыслов смертного человека, сами смертны. Но законы, которым подчиняются и всегда подчинялись звезды и планеты на своих путях сквозь небеса, неизменны; они никогда не стареют и потому бессмертны; они являются частью вечной истины. Нам не известны никакие природные процессы, в ходе которых эволюционировали бы вечные вещи. Само их существование служит лучшим философским доказательством того, что за всем этим изменчивым видимым миром стоит неизменное, вечное божество. Архимед, Галилей и Ньютон совместными усилиями открыли непреложные законы и тем самым явили смертному человеку крупицы вечной истины. Эрстед сто лет назад открыл крупицу вечной истины, обнаружив магнитную силу, порождаемую движением электричества. Открытия бессмертных вещей и неизменных законов, управляющих миссией их бессмертного существования, сами по себе бессмертны. Их первооткрыватели суть и заслуживают того, чтобы быть бессмертными. Тиндаль и Максвелл первыми показали мне, что Фарадей занимает выдающееся место среди стольких бессмертных мужей, как Архимед, Галилей, Ньютон и Эрстед.
Заключительное предложение биографического очерка о Фарадее, написанного Максвеллом для VIII тома журнала Nature, о котором упоминалось выше, гласит:
Мы, вероятно, не ведаем даже имени той науки, которая разовьется из материалов, собираемых нами в настоящее время, когда на арене появится великий философ, следующий за Фарадеем.
Для меня эти пророческие слова означали, что у Максвелла в голове было нечто, не нашедшее прямого выражения в открытиях Фарадея, но позволившее Максвеллу говорить как пророку. Слова пророка не всегда легко понять. Позже я обнаружил, что когда мир с помощью экспериментов Герца уловил смысл слов Максвелла, тогда в истории физических наук началась новая и удивительная эпоха. Ей еще не видно конца. Свидетелем этого начала я стал во время учебы в Берлине. Я считаю весьма интересным зафиксировать здесь то, как научный мир, каким я его видел в то время, казалось, готовился принять великое откровение, прозвучавшее в тот исторический день его начала в 1887 году.
Мое духовное общение с Фарадеем на острове Арран положило начало моей собственной подготовке к этому знаменательному дню, постепенно развивая в моем сознании новые физические понятия, которые, как я обнаружил позже, являются фундаментальными физическими концепциями в современных воззрениях на физику. Задолго до того, как я закончил чтение «Экспериментальных исследований по электричеству» Фарадея, я начал понимать, почему Тиндаль, ссылаясь на них, говорил: «Читайте их; их история столь же нова и волнующа сегодня, сколь была в те дни, когда эти тома были впервые напечатаны. Они очень помогут вам в истолковании Максвелла». Это утверждение справедливо и поныне, и поэтому я теперь с великим трепетом приступаю к тому, чтобы рассказать хотя бы часть этой истории настолько кратко, насколько это возможно, дабы описать — пусть даже крайне неадекватно — отношение Фарадея к нынешней великой эпохе современной физики, эпохе электромагнитного взгляда не только на свет, но и на материю.
Постепенное развитие этого взгляда происходило благодаря постепенному развитию новых физических понятий, которые зародились в сознании Фарадея и существовали там в виде поэтического видения; но в сознании Максвелла они предстали как физические величины, имеющие определенные количественные соотношения с другими хорошо известными физическими величинами, которые физик может измерить в своей лаборатории. В каждом творческом физике скрыты метафизик и поэт; но физик менее склонен упорствовать в своих случайных ошибках в качестве метафизика и поэта, поскольку творения его умозрительного ума и поэтического видения могут быть подвергнуты решающим экспериментальным проверкам.
«Экспериментальные исследования по электричеству» Фарадея, изданные в трех толстых томах, выглядели чтением весьма протяженным. Но мои занятия на Арране вскоре убедили меня в том, что никакое чтение не кажется долгим, если оно постоянно поддерживает интерес увлеченного читателя. Фарадей был пионером в науке, и описания его изысканий читаются как сказки из нового мира физических явлений, изобилующего поэтическими видениями, которые его открытия подсказывали его воображению. Следует сказать, однако, что, несмотря на его удивительное воображение и свободное его использование, ни одному исследователю не удавалось лучше, чем Фарадею, провести четкую дезидератную границу между новыми фактами и принципами, которые он открыл, и видениями, которые его воображение узрело на еще не исследованном фоне его открытий. Например, его открытие того, что совершенно определенная и неизменная величина электричества, как мы выражаемся сегодня, привязана к каждой валентности атома и молекулы, выражает физический закон, который выявили его эксперименты и который он озарил всем светом своего блестящего интеллекта. Но когда эта новая и драгоценная крупица вечной истины была раскрыта его экспериментами, ученый Фарадей отступал в сторону, и поэт Фарадей обнажал свои видения о строении материи, навеянные тем, что я назвал на Арране атомным распределением электричества в материальных телах.
Человек, который открывает один из самых замечательных фактов в современной науке, а именно то, что в каждом атоме и молекуле имеются определенные и равные количества положительного и отрицательного электричества и что силы между этими электричествами являются самыми мощными из известных сил, удерживающих вместе компоненты химических структур, не может — если он обладает воображением первооткрывателя — не задаться вопросом: «Что такое материя?» Читатель «Экспериментальных исследований по электричеству» Фарадея радуется всякий раз, когда Фарадей, поэт и пророк, задает столь умозрительный вопрос, ибо знает, что будет потрясен поэтической фантазией, диктующей ответ Фарадея. Новые факты и принципы Фарадея, выявленные экспериментом, омочены медом его фантазии; они представляют собой богатую пищу, сделанную восхитительной благодаря аромату его поэтического воображения, даже когда этот аромат оставляет обычного смертного в недоумении относительно его точного значения.
Два других вопроса Фарадей часто затрагивал в этих исследованиях; их можно сформулировать следующим образом: что такое электричество? и что такое магнетизм? Он обнаружил, что движение магнетизма производит электрические силы способом, схожим с тем, при помощи которого, согласно открытию Эрстеда, движение электричества производит магнитные силы. Эта замечательная взаимная связь между электричеством и магнетизмом будоражит воображение и заставляет стремиться заглянуть за занавесь, которая отделяет область открытой истины от того, что еще не открыто. Несомненно, именно это стремление исследователя побудило Фарадея обратиться к вопросам «Что такое электричество?» и «Что такое магнетизм?». Фарадей никогда не давал окончательного ответа на эти вопросы, но его грандиозные усилия найти этот ответ породили новые идеи, которые лежат в основе нашего современного электромагнитного представления о физических силах. Одной из величайших радостей моей жизни было созерцание постепенного развертывания этого нового взгляда; и если в ходе этого простого повествования мне удастся описать некоторые из его красот, я буду считать, что это повествование написано не напрасно.
Поскольку, как прямо заявлял Фарадей, электричество и магнетизм познаются исключительно по силам, которые они излучают, ему было очевидно — о чем свидетельствуют его книги «Экспериментальные исследования по электричеству», — что первым вопросом, на который необходимо было ответить, являлся вопрос: как силы между электрическими зарядами и между магнитными зарядами передаются через разделяющее их пространство — точно так же, как гравитационные силы, или они передаются как-то иначе? В своих непрекращающихся попытках ответить на этот вопрос Фарадей совершил радикальный и фундаментальный отход от взглядов натурфилософов своего времени. Он остался одинок и посвятил очень большую часть своей экспериментальной работы и философских размышлений обоснованию своей позиции. Он долгое время оставался одинок, поскольку формулировал радикально новое физическое понятие, которое, как теперь знает весь мир, является одной из фундаментальных концепций современной электромагнитной науки; и его современникам, а также студентам сорокалетней давности, включая меня самого, было трудно понять его. В речи о Фарадее, произнесенной Гельмгольцем, которую я читал во время учебы в Берлине, упомянутая трудность Фарадея характеризуется следующим образом: