Вы уже достаточно хорошо познакомились с различными видами веществ, чтобы сделать некоторый обобщающий вывод.
В классической физике вещество — одна из основных форм материи. К понятию «вещество» мы относим все окружающие нас макроскопические тела. Мы довольно много будем пользоваться этим определением, и потому давайте договоримся называть макроскопическими все тела, большие по размеру, хорошо видимые невооруженным глазом и имеющие собственную массу. Состоят макроскопические тела из частиц, которые тоже обладают массой, но размеры их так малы, что невооруженным глазом их не увидишь. Эти частицы хоть и принадлежат к микромиру, но также относятся к веществу.
Кроме как в форме вещества материя существует еще и в форме поля. Что же это такое?
Понятие о поле возникло примерно во второй половине XVII века, после работ Ньютона, хотя сам термин «физическое поле» был введен в науку значительно позже Максвеллом. Но Ньютон первым научил людей вычислять силы тяготения между физическими телами, заложив, таким образом, основу для введения понятия «силовое, или физическое, поле».
Строго говоря, самому Ньютону такое понятие понадобилось лишь для более экономного обозначения «области пустого пространства между телами, в котором действуют силы притяжения». Только пустое пространство и массивные тела, которые действовали друг на друга на расстоянии. Больше для создания силового, или физического, поля вначале ничего не требовалось.
Такой способ передачи воздействия одного тела на другое получил название дальнодействия.
Была и другая система взглядов на те же самые процессы. Основоположником их был Декарт. Он считал, что все мировое пространство заполнено некоторой промежуточной средой — эфиром. А силы взаимодействия передаются частицами эфира друг другу или упругим натяжением эфира. Эта точка зрения была названа концепцией близкодействия. И в ней носителями энергии были уже не только сами взаимодействующие тела, но и окружающий их эфир.
Физические поля связывали частицы вещества друг с другом, передавали действие одних частиц на другие с определенной конечной скоростью.
В классической физике свойства полей считались прямо противоположными свойствам вещества.
Кроме массы вещественные тела характеризовались ограниченными размерами. Характеризовались формой. Они могли двигаться с различной скоростью по определенному пути — траектории. У каждой свободной частицы — точки в пространстве — всегда были три степени свободы: она могла двигаться вперед-назад, вверх-вниз, вправо-влево. У твердого тела, составленного из множества частиц-точек, к трем перечисленным степеням свободы прибавлялись еще три — повороты вокруг соответствующих осей координат.
Физические поля не имели ни массы, ни четко очерченных границ, ни формы. Они были непрерывно распределены в пространстве и распространялись в разные стороны.
Должно было пройти немало лет, чтобы ученые пришли к выводу о том, насколько такое противопоставление, насколько деление материи на вещество и поле является относительным. Но об этом дальше… А пока посмотрим, чем занималась физика.
Прежде всего раздел механики — науки о механическом движении макроскопических материальных тел и о происходящих при этом между ними взаимодействиях. В классической механике движение было неторопливым, со скоростями значительно меньшими, чем скорость света. В основе классической механики лежали законы Ньютона. И принималась концепция дальнодействия и пустого пространства.
Иначе обстояло дело в оптике, являющейся учением о свете и взаимодействии его с веществом.
Сначала физики никак не могли договориться, что такое свет и какова его природа. Если начать со времени Ньютона, то мы сразу же сталкиваемся с двумя противоположными точками зрения. Сам сэр Исаак предпочитал считать свет состоящим из мельчайших частичек — корпускул вещества. Любое светящееся тело испускает их во всех направлениях. Они летят по прямым линиям, или лучам, и если попадают нам в глаз, то мы видим их источник.
X. Гюйгенс — физик и астроном, предложивший считать свет волнами
Примерно в то же время голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629—1695) предложил считать свет волной. Световые волны, по его мнению, распространялись от источника в разные стороны подобно тому, как распространяются волны на поверхности воды от брошенного камня. Точно так же, как корпускулы Ньютона, световые волны от источника, попадая нам в глаз, создают эффект видения.
Ньютон возражал: если бы свет был волной, он должен был бы, подобно звуку (звуковой волне), огибать препятствия, поставленные на пути. Однако опыт показывает другое.
Гюйгенс оправдывался: огибания не будет, пока препятствие на пути световых волн имеет большие размеры. Взгляните на озеро в бурю, когда волны имеют большую длину. Они и не замечают таких маленьких препятствий, как прогулочный ялик, и огибают их. В то же время для коротких волн в спокойную погоду тот же ялик — непреодолимое препятствие.
Ньютон снова возражал: но для того чтобы существовали волны, нужна какая-то среда, в которой они могли бы распространяться. Законы же механики, выведенные для небесных тел, утверждают, что пространство пусто. Корпускулам пустота не помеха. А волнам? Ведь известно, что в пустоте звук не распространяется. В чем же, в какой среде распространяются световые волны на пути от солнца к Земле?..
Диапазон электромагнитных волн
И тогда Гюйгенс вспомнил о древней гипотезе эфира — тонкого, сверхтонкого вещества, заполняющего все пространство и проникающего во все материальные тела. Вспомнил и заявил, что свет распространяется в эфире.
«Что такое эфир? — мог спросить себя Ньютон. — Почему его нельзя ни увидеть, ни почувствовать? Почему он не мешает двигаться планетам в мировом пространстве?»
На этот вопрос Гюйгенс не мог ответить. Он не знал, что такое эфир. Он мог в него только верить.
Но ученые мало что принимают на веру. И это было одной из причин непопулярности идеи Гюйгенса. С другой стороны, и авторитет Ньютона был слишком высоким.
Так случилось, что в этом споре победила точка зрения Ньютона.
Но чтобы окончательно решить, за кем осталось последнее слово, предстояло с помощью убедительных опытов ответить на несколько вопросов. Прежде всего: существует ли эфир? Затем: распространяется свет только прямолинейно или может огибать поставленные на пути препятствия? И наконец: обладает ли свет массой и количеством движения, как то полагается иметь частицам-корпускулам? Были, конечно, и другие вопросы, на которые следовало ответить. Но те, что перечислены выше, были, пожалуй, среди главнейших.