«Фрагменты науки: серия отдельных эссе, обращений и обзоров»

ФРАГМЕНТЫ НАУКИ:

Серия

ОТДЕЛЬНЫХ ЭССЕ, ЛЕКЦИЙ И ОБЗОРОВ.

АВТОР:

ДЖОН ТИНДАЛЬ, ЧЛЕН КОРОЛЕВСКОГО ОБЩЕСТВА.

Отпечатано в типографии SPOTTISWOODE AND CO.

НЬЮ-СТРИТ-СКВЕР

ПАРЛАМЕНТ-СТРИТ

ШЕСТОЕ ИЗДАНИЕ,

ТОМ 1.

ЛОНДОН: LONGMANS, GREEN, AND CO.

1879.

Все права защищены.

ПРЕДИСЛОВИЕ К ШЕСТОМУ ИЗДАНИЮ.

ТОМ I. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

I. УСТРОЙСТВО ПРИРОДЫ.

II. ИЗЛУЧЕНИЕ.

1. Видимое и невидимое излучение.

2. Происхождение и характер излучения. Эфир.

3. Атомная теория в отношении эфира.

4. Поглощение лучистой теплоты газами.

5. Образование невидимых фокусов.

6. Видимые и невидимые лучи электрического света.

Рисунок 1. Спектр электрического света.

7. Горение под действием невидимых лучей.

8. Трансмутация лучей: калоресценция.

9. Нечувствительность зрительного нерва к калорическим лучам.

10. Устойчивость лучей.

11. Поглощение лучистой теплоты парами и запахами.

12. Водяной пар в отношении земных температур.

13. Жидкости и их пары в отношении лучистой теплоты.

14. Взаимность излучения и поглощения.

15. Влияние периода колебаний и молекулярной формы. Физический анализ человеческого дыхания.

16. Резюме и заключение.

III. О ЛУЧИСТОЙ ТЕПЛОТЕ В ОТНОШЕНИИ ЦВЕТА И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЕЛ.

IV. НОВЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ, ВЫЗВАННЫЕ СВЕТОМ.

1. РАЗЛОЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СВЕТА.

Физические соображения.

Возникновение небесно-голубого цвета при разложении нитрита амила.

§ 2. О ГОЛУБОМ ЦВЕТЕ НЕБА И ПОЛЯРИЗАЦИИ НЕБЕСНОГО СВЕТА.

§ 3. НЕБО АЛЬП.

V. О ПЫЛИ И БОЛЕЗНЯХ.

Эксперименты с запыленным воздухом.

Микробная теория заразных болезней.

Паразитарные болезни шелкопрядов. Исследования Пастера.

Происхождение и распространение заразного начала.

Применение микробной теории в хирургии.

Световой луч как средство исследования.

Взвешенные частицы в воздухе.

Эксперименты доктора Беннетта.

Применение световых лучей к воде.

Меловая вода. Процесс умягчения Кларка.

Респиратор из хлопчатобумажной ваты.

Респиратор пожарного.

Гельмгольц о сенной лихорадке.

VI. ПУТЕШЕСТВИЕ В АЛЖИР ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ЗАТМЕНИЯ.

VII. НИАГАРА.

VIII. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ДОРОГИ ГЛЕН-РОЯ.

IX. АЛЬПИЙСКАЯ СКУЛЬПТУРА.

X. НЕДАВНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ТУМАННЫМИ СИГНАЛАМИ.

XI. ОБ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИКИ.

XII. О КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ И СЛАНЦЕВОЙ КЛИВАЖНОСТИ.

XIII. О ПАРАМАГНИТНЫХ И ДИАМАГНИТНЫХ СИЛАХ.

XIV. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЛНЕЧНОЙ ХИМИИ.

XV. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ МАГНЕТИЗМ.

XVI. О СИЛЕ.

XVII. ВКЛАД В МОЛЕКУЛЯРНУЮ ФИЗИКУ.

XVIII. ЖИЗНЬ И ПИСЬМА ФАРАДЕЯ.

XIX. ЛАУРЕАТ МЕДАЛИ КОПЛИ 1870 ГОДА.

XX. ЛАУРЕАТ МЕДАЛИ КОПЛИ 1871 ГОДА.

XXI. СМЕРТЬ ОТ МОЛНИИ.

XXII. НАУКА И «ДУХИ».

ТОМ II.

I. РАЗМЫШЛЕНИЯ О МОЛИТВЕ И ЕСТЕСТВЕННОМ ЗАКОНЕ.

II. ЧУДЕСА И ОСОБОЕ ПРОВИДЕНИЕ.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О ЧУДЕСАХ.

III. О МОЛИТВЕ КАК ФОРМЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

IV. ЖИЗНЕННАЯ СИЛА.

V. МАТЕРИЯ И СИЛА.

VI. НАУЧНЫЙ МАТЕРИАЛИЗМ.

VII. ОБРАЩЕНИЕ К СТУДЕНТАМ.

VIII. НАУЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВООБРАЖЕНИЯ.

IX. БЕЛФАСТСКАЯ РЕЧЬ.

X. АПОЛОГИЯ БЕЛФАСТСКОЙ РЕЧИ.

XI. ПРЕПОДОБНЫЙ ДЖЕЙМС МАРТИНО И БЕЛФАСТСКАЯ РЕЧЬ.

XII. БРОЖЕНИЕ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ХИРУРГИИ И МЕДИЦИНЫ.

XIII. САМОЗАРОЖДЕНИЕ.

XIV. НАУКА И ЧЕЛОВЕК.

XV. ПРОФЕССОР ВИРХОВ И ЭВОЛЮЦИЯ.

XVI. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СВЕТ.

.

.

.

.

.

ПРЕДИСЛОВИЕ К ШЕСТОМУ ИЗДАНИЮ.

ВО ИЗБЕЖАНИЕ чрезмерного объема данное издание «Фрагментов» публикуется в двух томах, а не в одном, как прежде.

Первый том посвящен почти исключительно законам и явлениям материи. Второй затрагивает вопросы, в которых явления материи в той или иной степени переплетаются с явлениями разума.

Были добавлены новые эссе, а старые пересмотрены и частично переработаны. Моей целью на протяжении всей работы было быть ясным, не становясь при этом поверхностным.

Ни в одном из томов я не стремился занять место насмешника, а скорее старался рассматривать затронутые вопросы с терпимостью, если не с благоговением, подобающими их сложности и весу.

Придерживаясь небулярной гипотезы, я логически обязан выводить жизнь мира из сил, присущих туманности. С этой точки зрения, которая изложена во втором томе, казалось справедливым привести доводы, которые привели меня к заключению, что каждая попытка, предпринятая в наши дни для зарождения жизни независимо от предшествующей жизни, полностью провалилась.

Дискурс об электрическом свете завершает второй том. Несоответствие его положения объясняется поздним временем его произнесения.

.

.

.

--------------------

.

. .

ТОМ I. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

I. УСТРОЙСТВО ПРИРОДЫ.

[Сноска: «Fortnightly Review», 1865, том III, стр. 129.]

МЫ не можем мыслить пространство конечным, ибо где бы в воображении мы ни воздвигли границу, мы вынуждены мыслить пространство существующим и за ней. Таким образом, путем непрерывного устранения пределов мы приходим к более или менее адекватному представлению о бесконечности пространства. Но хотя мы и вынуждены мыслить пространство безграничным, нет никакой умственной необходимости мыслить его заполненным или пустым; является ли оно таковым или нет, должно быть решено путем эксперимента и наблюдения. Звездное небо провозглашает, что оно не является абсолютно пустым; но остается вопрос: подвешены ли сами звезды в вакууме? Являются ли огромные области, которые окружают их и через которые распространяется их свет, абсолютно пустыми? Столетие назад ответ на этот вопрос, основанный на ньютоновской теории, был бы отрицательным: «Нет, ибо частицы света непрерывно проносятся сквозь пространство». Ответ современной науки также отрицателен, но по другим причинам. У нее есть все основания отвергать идею светоносных частиц; однако в поддержку вывода о том, что небесные пространства заняты материей, она способна предложить доказательства почти столь же убедительные, как те, что могут быть приведены в пользу существования атмосферы вокруг Земли. Человеческий разум, по сути, поднялся до концепции небесной и вселенской атмосферы через изучение земной и локальной. От явлений звука, проявляющихся в воздухе, люди перешли к явлениям света, проявляющимся в эфире; именно так называется межзвездная среда.

Представление об этой среде не следует считать расплывчатой или причудливой концепцией со стороны ученых. В ее реальности большинство из них убеждены так же, как в существовании Солнца и Луны. Светоносный эфир обладает определенными механическими свойствами. Он почти бесконечно более разрежен, чем любой известный газ, но его свойства скорее соответствуют твердому телу, чем газу. Он напоминает желе, а не воздух. Это не было первоначальным представлением об эфире, но именно оно навязывается нам более полным знанием его явлений. Тело, устроенное таким образом, может иметь свои границы; но хотя эфир, возможно, не совпадает по протяженности с пространством, он должен, во всяком случае, простираться до самых далеких видимых звезд. Фактически, он является носителем их света, и без него их нельзя было бы увидеть. Это всепроникающее вещество воспринимает их молекулярные дрожания и передает их с невообразимой быстротой нашим органам зрения. Это перенесенная дрожь тел, находящихся на расстоянии бесчисленных миллионов миль, которая в человеческом сознании переводится в великолепие ночного небосвода.

Если эфир имеет границу, можно представить, что за ее пределами существуют массы весомой материи, но они не могли бы излучать свет. За пределами эфира могли бы гореть темные солнца; там, при надлежащих условиях, могло бы происходить горение; топливо могло бы сгорать невидимо, а металлы плавиться в невидимых огнях. Более того, тело, однажды нагретое там, оставалось бы нагретым навсегда; солнце или планета, однажды расплавленные, оставались бы расплавленными навсегда. Ибо, поскольку потеря тепла — это просто отнятие молекулярного движения эфиром, там, где эта среда отсутствует, охлаждение не могло бы произойти. Разумное существо, приближаясь к нагретому телу в этой области, не ощутило бы никакого повышения температуры. Градации тепла, зависящие от законов излучения, не существовали бы, и только фактический контакт выявил бы жар внеэфирного солнца.

Представьте себе гребное колесо, помещенное в воду и приведенное во вращение. От него, как от центра, во все стороны расходились бы волны, и идущий вброд человек по мере приближения к месту возмущения встречал бы все более сильные волны. Это постепенное усиление впечатления, производимого на идущего вброд, в точности аналогично усилению света при приближении к источнику излучения. Однако в одном случае достаточно грубых обычных нервов тела; для другого нам нужен более тонкий зрительный нерв. Но предположим, что вода удалена; тогда действие на расстоянии прекратилось бы, и, что касается чувства осязания, идущий вброд осознал бы движение колеса только от удара лопастей. Передача движения от лопастей к воде механически подобна передаче молекулярного движения от нагретого тела к эфиру; а распространение волн через жидкость механически подобно распространению света и лучистой теплоты.

Насколько простираются наши знания о пространстве, мы должны мыслить его как вместилище светоносного эфира, сквозь который на огромных расстояниях друг от друга рассеяны тяжелые ядра звезд. Вместе со звездой, которая нас больше всего заботит, мы имеем группу темных планетных масс, вращающихся на различных расстояниях вокруг нее, каждая из которых, в свою очередь, вращается вокруг своей оси; и, наконец, вместе с некоторыми из этих планет мы имеем темные тела меньшего значения — луны. Имеют ли другие неподвижные звезды подобных планетных спутников или нет — для нас вопрос чистых догадок, который может входить или не входить в наше представление о Вселенной. Но, вероятно, каждый мыслящий человек верит в отношении тех далеких солнц, что в пространстве есть что-то, помимо нашей системы, на что они светят.

От этого общего взгляда на нынешнее состояние пространства и содержащихся в нем тел мы переходим к вопросу о том, были ли вещи созданы такими в самом начале. Было ли пространство сразу же, по велению Всемогущества, наполнено этими горящими светилами? Перед лицом откровений науки этот взгляд все больше и больше угасает. За светилами мы теперь различаем туманности, из которых они сконденсировались. И не заходя так далеко назад, к туманностям, человек науки может доказать, что из обычной несамосветящейся материи могло развиться все это великолепие звезд.

Закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном, гласит, что каждая частица материи во Вселенной притягивает каждую другую частицу с силой, которая уменьшается по мере увеличения квадрата расстояния. Таким образом, Солнце и Земля взаимно притягивают друг друга; таким образом, Земля и Луна удерживаются вместе, причем сила, удерживающая каждую соответствующую пару масс, является интегральной силой их составных частей. Под действием этой силы камень падает на землю и нагревается от удара; под ее действием метеоры погружаются в нашу атмосферу и раскаляются. Ливни таких метеоров, несомненно, непрерывно падают на Солнце. Под действием этой силы Земля, если бы ее остановили на орбите завтра, устремилась бы к Солнцу и в конечном итоге соединилась бы с ним. При этом столкновении также выделилось бы тепло. Майер первым, а затем Гельмгольц и Томсон рассчитали его количество. Оно равнялось бы теплу, произведенному при сгорании более 5000 миров из твердого угля, причем все это тепло генерировалось бы в момент столкновения. Следовательно, в силе тяготения, действующей на несамосветящуюся материю, мы имеем источник тепла более мощный, чем тот, который можно было бы получить от любого земного горения. И если бы материя Вселенной была выброшена в виде холодных отдельных фрагментов в пространство и там предоставлена взаимному тяготению своих собственных частей, столкновение фрагментов в конечном итоге породило бы огни звезд.

Действие гравитации на изначально холодную материю, по сути, может быть источником всего света и тепла, а также непосредственным источником тех других сил, которые порождаются светом и теплом. Но теперь мы должны спросить, что такое свет и что такое тепло, полученные таким образом? На этот вопрос уже был дан ответ в общем виде. И свет, и тепло являются видами движения. Две планеты сталкиваются и останавливаются; их движение, рассматриваемое как движение масс, уничтожается, но оно в значительной степени продолжается как движение их предельных частиц. Именно это последнее движение, подхваченное эфиром и распространяемое через него со скоростью 186 000 миль в секунду, доходит до нас как свет и тепло солнц и звезд. Атомы горячего тела колеблются с невообразимой быстротой — миллиарды раз в секунду, — но эта способность к вибрации неизбежно подразумевает действие сил между самими атомами. Она открывает нам, что, пока они удерживаются вместе одной силой, они удерживаются на расстоянии другой, причем их положение в любой момент зависит от равновесия притяжения и отталкивания. Атомы ведут себя так, словно соединены упругими пружинами, которые одновременно препятствуют их сближению и удалению, но допускают вибрацию, называемую теплом. Молекулярная вибрация, однажды возникнув, мгновенно разделяется с эфиром и рассеивается им по всему пространству.

Мы на поверхности Земли живем день и ночь посреди эфирного волнения. Среда никогда не бывает в покое. Облачный покров над нами может быть достаточно плотным, чтобы закрыть свет звезд; но этот покров сам по себе является теплым телом, которое излучает свое тепловое движение через эфир. Земля также тепла и непрерывно посылает свои тепловые импульсы наружу. Именно потеря ее молекулярного движения в пространстве охлаждает Землю в ясную ночь; именно возвращение теплового движения от облаков предотвращает падение температуры Земли в облачную ночь до столь низких значений. К концепции заполненного пространства мы должны, следовательно, добавить концепцию его нахождения в состоянии непрерывного дрожания.

Источниками этой вибрации являются весомые массы Вселенной. Давайте возьмем образец из них и рассмотрим его подробно. Когда мы смотрим на нашу планету, мы обнаруживаем, что она представляет собой совокупность твердых тел, жидкостей и газов. Подвергнутые достаточно низкой температуре, последние два также приняли бы твердую форму. Когда мы смотрим на любое из них, мы обычно обнаруживаем, что оно состоит из еще более элементарных частей. Мы узнаем, например, что вода наших рек образована соединением в определенных пропорциях двух газов: кислорода и водорода. Мы знаем, как соединить эти компоненты, чтобы образовать воду: мы также знаем, как проанализировать воду и извлечь из нее ее два компонента. Так же обстоит дело и с твердыми частями Земли. Наши меловые холмы, например, образованы комбинацией углерода, кислорода и кальция. Это так называемые элементы, соединение которых в определенных пропорциях привело к образованию мела. Кремни внутри мела, как мы знаем, являются соединением кислорода и кремния, называемым кремнеземом; а наша обычная глина по большей части образована соединением кремния, кислорода и хорошо известного легкого металла — алюминия. Подавляющая часть земной коры состоит из элементарных веществ, упомянутых в этих нескольких строках.

Принцип гравитации уже был описан как притяжение, которое каждая частица материи, какой бы малой она ни была, оказывает на каждую другую частицу. При гравитации нет выбора; никакие конкретные атомы не выбирают по предпочтению другие конкретные атомы в качестве объектов притяжения; сила гравитации пропорциональна просто количеству притягивающей материи, независимо от ее качества. Но в молекулярном мире, в который мы теперь вошли, дела обстоят иначе. Здесь у нас есть атомы, между которыми осуществляется сильное притяжение, а также атомы, между которыми осуществляется слабое притяжение. Один атом может вытеснить другой со своего места в силу превосходящей силы притяжения. Но хотя величина приложенной силы варьируется таким образом от атома к атому, это все еще притяжение того же механического качества, если я могу использовать этот термин, что и само гравитационное притяжение. Его интенсивность можно измерить тем же способом, а именно количеством движения, которое оно может генерировать за определенное время. Так, сила гравитации на поверхности Земли выражается числом 32; потому что, действуя свободно на тело в течение одной секунды, гравитация сообщает телу скорость тридцать два фута в секунду. Точно так же взаимное притяжение кислорода и водорода можно измерить скоростью, сообщаемой атомам при их устремлении друг к другу. Конечно, о такой единице времени, как секунда, здесь не может быть и речи, так как весь интервал, необходимый атомам для преодоления крошечных пространств, отделяющих их, составляет лишь невообразимо малую долю секунды.

Было сказано, что когда тело падает на Землю, оно нагревается от удара. Здесь, используя терминологию Майера, мы имеем механическую комбинацию Земли и тела. Позволим падающему телу и Земле уменьшиться в воображении до размеров атомов, и вместо силы гравитации подставим силу химического сродства; тогда мы получим то, что называется химической комбинацией. Результатом соединения в этом случае также является выделение тепла, и по количеству выделившегося тепла мы можем судить об интенсивности атомного притяжения. Измеренное по обычным механическим стандартам, оно огромно. Смешайте восемь фунтов кислорода с одним фунтом водорода и пропустите искру через смесь; газы мгновенно соединяются, их атомы устремляются через маленькие расстояния, которые их разделяют. Поднимите груз в 47 000 фунтов на высоту 1000 футов над поверхностью Земли и позвольте ему упасть; энергия, с которой он ударится о Землю, не превысит энергию восьми фунтов атомов кислорода, когда они врезаются в один фунт атомов водорода, образуя воду.

Иногда утверждается, что гравитация отличается от всех других сил тем, что она сопротивляется превращению в другие формы силы. Химическое сродство, говорят, может быть превращено в тепло и свет, а те, в свою очередь, в магнетизм и электричество: но гравитация отказывается быть так превращенной; будучи силой, поддерживающей себя при любых обстоятельствах и не способной исчезнуть, чтобы уступить место другой. Это утверждение возникает из-за нечеткости мышления. Если под этим подразумевается, что частица материи никогда не может быть лишена своего веса, то утверждение верно; но закон, который утверждает превращаемость естественных сил, никогда не предназначался в умах тех, кто его понимал, для утверждения того, что такое превращение, как здесь подразумевается, происходит в каком-либо случае вообще. Что касается превращаемости в тепло, гравитация и химическое сродство находятся на совершенно одинаковых позициях. Притяжение в одном случае столь же неразрушимо, как и в другом. Никто не утверждает, что когда камень лежит на поверхности Земли, взаимное притяжение Земли и камня упраздняется; никто не имеет в виду утверждать, что взаимное притяжение кислорода к водороду прекращается после того, как атомы соединились, чтобы образовать воду. Что имеется в виду в случае химического сродства, так это то, что тяга этого сродства, действуя через определенное пространство, сообщает движение поступательного перемещения одного атома к другому. Это движение не является теплом, и сила, которая его производит, не является теплом. Но когда атомы сталкиваются и отскакивают, движение поступательного перемещения превращается в движение вибрации, которое является теплом. Вибрация, однако, отнюдь не вызывая исчезновения первоначального притяжения, частично поддерживается этим притяжением. Атомы отскакивают в силу упругой силы, которая противодействует фактическому контакту, и при отскоке они отбрасываются слишком далеко назад. Первоначальное притяжение затем торжествует над силой отскока и снова побуждает атомы сблизиться. Таким образом, подобно маятнику, они колеблются, пока их движение не передается окружающему эфиру; или, другими словами, пока их тепло не становится лучистой теплотой.

В этом смысле, и только в этом смысле, химическое сродство превращается в тепло. Существует, во-первых, притяжение между атомами; существует, во-вторых, пространство между ними. Через это пространство притяжение побуждает их двигаться. Они сталкиваются, они отскакивают, они колеблются. Здесь происходит изменение формы движения, но нет реальной потери. Так обстоит дело и с силой гравитации. Чтобы произвести движение под действием гравитации, пространство также должно находиться между притягивающимися телами. Когда они сталкиваются, движение, по-видимому, уничтожается, но в действительности никакого уничтожения нет. Их атомы внезапно сближаются от удара; благодаря своей собственной совершенной упругости эти атомы отскакивают; и таким образом возникает молекулярная осцилляция, которая, будучи передана соответствующим нервам, объявляет себя теплом.

Раньше повсеместно предполагалось, что при столкновении неупругих тел сила уничтожается. Люди видели, например, что когда два шара из глины, замазки или свинца, например, сталкивались, движение, которым обладали массы до удара, более или менее аннигилировалось. Они верили в абсолютное уничтожение силы удара. До недавнего времени, действительно, не было никаких трудностей в том, чтобы верить в это, тогда как в настоящее время идеи силы и ее уничтожения отказываются объединяться в большинстве философских умов. При столкновении упругих тел, напротив, наблюдалось, что движение, с которым они сталкивались, в значительной степени восстанавливалось упругостью масс, причем чем совершеннее упругость, тем полнее было восстановление. Это привело к идее идеально упругих тел — тел, способных восстановить своим отскоком все движение, которым они обладали до удара, — а это, в свою очередь, к идее сохранения силы, в противовес тому уничтожению силы, которое, как предполагалось, происходило при столкновении неупругих тел.

Мы теперь знаем, что принцип сохранения в равной степени справедлив как для упругих, так и для неупругих тел. Идеально упругие тела не развивали бы тепла при столкновении. Они сохраняли бы свое движение впоследствии, хотя его направление могло бы измениться; и только тогда, когда ощутимое движение полностью или частично уничтожается, генерируется тепло. Это всегда происходит при неупругом столкновении, причем развиваемое тепло является точным эквивалентом погашенного ощутимого движения. Это тепло фактически провозглашает, что свойство упругости, отказанное массам, существует среди их атомов; отскоком и осцилляцией которых принцип сохранения оправдывается.

Но двусмысленность в использовании термина «сила» становится все более ощутимой по мере того, как мы продвигаемся. Мы назвали силу гравитации силой, без какой-либо ссылки на движение. Тело, лежащее на полке, притягивается гравитацией так же сильно, как и тогда, когда, будучи столкнутым с полки, оно падает на Землю. Мы применили термин «сила» также к тому молекулярному притяжению, которое мы назвали химическим сродством. Однако, когда мы говорили о сохранении силы в случае упругого столкновения, мы не имели в виду ни тягу, ни толчок, которые, как только что было указано, могли бы быть приложены к инертной материи, но мы имели в виду силу, вложенную в движение — vis viva, как ее называют, сталкивающихся масс.

Сила в этой форме имеет определенную механическую меру в количестве работы, которую она может выполнить. Простейшая форма работы — это поднятие груза. Человек, идущий в гору или вверх по лестнице с фунтовым грузом в руке на высоту, скажем, шестнадцати футов, выполняет определенное количество работы, помимо поднятия собственного тела. Если он несет фунт на высоту тридцати двух футов, он делает вдвое больше работы; если на высоту сорока восьми футов, он делает в три раза больше работы; если на шестьдесят четыре фута, он делает в четыре раза больше работы и так далее. Если, более того, он несет два фунта вместо одного, при прочих равных условиях, он делает вдвое больше работы; если три, четыре или пять фунтов, он делает в три, четыре или пять раз больше работы. Фактически, ясно, что выполненная работа зависит от двух факторов: поднятого веса и высоты, на которую он поднят. Она выражается произведением этих двух факторов.

Но тело может быть заставлено достичь определенной высоты в противовес силе гравитации, не будучи фактически поднятым. Если бы подсобный рабочий, например, хотел доставить кирпич на высоту шестнадцати футов над местом, где он стоял, он, вероятно, подбросил бы его каменщику. Он таким образом сообщил бы, внезапным усилием, кирпичу скорость, достаточную для поднятия его на требуемую высоту; работа, выполненная этим усилием, была бы точно такой же, как если бы он медленно перенес кирпич. Начальная скорость, которую нужно сообщить в этом случае, хорошо известна. Чтобы достичь высоты шестнадцати футов, кирпич должен покинуть руку человека со скоростью тридцать два фута в секунду. Излишне говорить, что тело, начинающее движение с любой скоростью, продолжало бы двигаться вечно с той же скоростью, если бы ему ничто не препятствовало и ничто не помогало. Но когда, как в рассматриваемом нами случае, тело бросают вверх, оно движется в противовес гравитации, которая непрерывно замедляет его движение и в конечном итоге останавливает его на высоте шестнадцати футов. Если бы его здесь не поймал каменщик, оно вернулось бы к подсобному рабочему с ускоренным движением и достигло бы его руки с той же скоростью, которую оно имело при покидании ее.

Здесь следует указать на важную связь между скоростью и работой. Предполагая, что подсобный рабочий способен сообщить кирпичу при старте скорость шестьдесят четыре фута в секунду, или вдвое большую скорость, чем прежде, было бы количество выполненной работы вдвое больше, чем в первом случае? Нет; оно было бы в четыре раза больше; ибо тело, начинающее движение с вдвое большей скоростью, чем другое, поднимется на вчетверо большую высоту. Точно так же трехкратная скорость даст девятикратное возвышение, четырехкратная скорость даст шестнадцатикратное возвышение и так далее. Достигнутая высота, следовательно, пропорциональна не начальной скорости, а квадрату скорости. Как и прежде, работа также пропорциональна поднятому весу. Следовательно, работа, которую любая движущаяся масса способна выполнить в силу движения, которым она обладает в любой момент, совместно пропорциональна ее весу и квадрату ее скорости. Здесь, следовательно, мы имеем вторую меру работы, в которой мы просто переводим идею высоты в ее эквивалентную идею движения.

В механике произведение массы движущегося тела на квадрат его скорости выражает то, что называется vis viva, или живой силой. Ее иногда также называют «механическим эффектом». Если, например, пушка, направленная в зенит, устремит ядро вверх с вдвое большей скоростью, чем та, что сообщена второму ядру, первое поднимется на вчетверо большую высоту, чем достигнутая вторым. Если направить его против мишени, оно также произведет в четыре раза большее разрушение. Отсюда важность сообщения высокой скорости снарядам на войне. Расчистив таким образом путь к совершенно определенному представлению о vis viva движущихся масс, мы готовы к объявлению, что тепло, генерируемое ударом падающего тела о Землю, пропорционально уничтоженной vis viva. Тепло пропорционально квадрату скорости. В случае, следовательно, двух пушечных ядер равного веса, если одно ударит в мишень с вдвое большей скоростью, чем другое, оно сгенерирует в четыре раза больше тепла, если с трехкратной скоростью — в девять раз больше тепла и так далее.

Мистер Джоуль показал, что фунтовый груз, падающий с высоты 772 фута, или 772 фунта, падающие с высоты одного фута, сгенерируют при столкновении с Землей количество тепла, достаточное для повышения температуры фунта воды на один градус по Фаренгейту. 772 «футо-фунта» составляют механический эквивалент тепла. Теперь, тело, падающее с высоты 772 фута, имеет при ударе о Землю скорость 223 фута в секунду; и если бы эта скорость была сообщена телу любыми другими средствами, количество тепла, сгенерированное остановкой его движения, было бы тем, что указано выше. Шестикратная скорость, или 1338 футов, не была бы чрезмерной для пушечного ядра при вылете из пушки. Следовательно, пушечное ядро, движущееся со скоростью 1338 футов в секунду, при столкновении сгенерировало бы количество тепла, способное повысить температуру собственного веса воды на 36 градусов по Фаренгейту. Если бы оно состояло из железа и если бы все сгенерированное тепло было сконцентрировано в самом ядре, его температура повысилась бы примерно на 360 градусов по Фаренгейту; потому что один градус в случае воды эквивалентен примерно десяти градусам в случае железа. В артиллерийской практике сгенерированное тепло обычно концентрируется на передней части снаряда и на части мишени, пораженной первой. Благодаря этой концентрации развиваемое тепло становится достаточно интенсивным, чтобы довести пыль металла до раскаленного состояния, причем вспышка света часто сопровождает столкновение с мишенью.

Давайте теперь на мгновение сосредоточим наше внимание на порохе, который толкает пушечное ядро. Он состоит из горючего вещества, которое при сгорании на открытом воздухе дало бы определенное количество тепла. Оно не даст этого количества, если выполнит работу по толканию ядра. Тепло, сгенерированное порохом в этом случае, будет меньше того, что производится на открытом воздухе, на величину, эквивалентную vis viva ядра; и эта точная величина восстанавливается ядром при его столкновении с мишенью. Таким совершенным образом связаны тепло и механическое движение.

Сформулированный в широком смысле, принцип сохранения силы утверждает, что количество силы во Вселенной так же неизменно, как и количество материи; что одинаково невозможно создать силу и уничтожить ее. Но в каком смысле мы должны понимать это утверждение? Оно было бы явно неприменимо к силе гравитации, как ее определил Ньютон; ибо это сила, изменяющаяся обратно пропорционально квадрату расстояния; и утверждать постоянство изменяющейся силы было бы самопротиворечивым. Однако, когда вопрос понят правильно, гравитация не составляет исключения из закона сохранения. Следуя методу, примененному Гельмгольцем, я попытаюсь здесь дать элементарное изложение этого закона. Хотя он и призван в своих приложениях произвести важные изменения в человеческом мышлении, его нетрудно понять.

Для простоты мы будем считать частицу материи, которую мы можем назвать F, совершенно неподвижной, а вторую подвижную частицу, D, помещенной на некотором расстоянии от F. Мы предположим, что эти две частицы притягивают друг друга согласно ньютоновскому закону. На определенном расстоянии притяжение имеет определенную величину, которую можно определить с помощью пружинных весов. На половине этого расстояния притяжение увеличилось бы в четыре раза; на трети расстояния — в девять раз; на четверти расстояния — в шестнадцать раз и так далее. В каждом случае притяжение можно было бы измерить, определив с помощью пружинных весов величину натяжения, как раз достаточную для того, чтобы предотвратить движение D к F. До сих пор мы не имеем никакого отношения к движению; мы имеем дело со статикой, а не с динамикой. Мы просто принимаем во внимание расстояние D от F и тягу, оказываемую гравитацией на этом расстоянии.

В механике принято представлять величину силы линией определенной длины, причем сила двойной величины представляется линией двойной длины и так далее. Поместив затем частицу D на некотором расстоянии от F, мы можем в воображении провести прямую линию от D к F и в точке D воздвигнуть перпендикуляр к этой линии, который будет представлять величину притяжения, оказываемого на D. Если D находится на очень большом расстоянии от F, притяжение будет очень малым, а перпендикуляр, следовательно, очень коротким. Если расстояние практически бесконечно, притяжение практически равно нулю. Давайте теперь предположим, что в каждой точке линии, соединяющей F и D, воздвигнут перпендикуляр, пропорциональный по длине притяжению, оказываемому в этой точке; таким образом мы получаем бесконечное число перпендикуляров постепенно увеличивающейся длины по мере приближения D к F. Соединив концы всех этих перпендикуляров, мы получаем кривую, и между этой кривой и прямой линией, соединяющей F и D, мы имеем площадь, содержащую все перпендикуляры, расположенные бок о бок. Поскольку каждый из этой бесконечной серии перпендикуляров представляет притяжение, или натяжение, как его иногда называют, упомянутая площадь представляет сумму натяжений, оказываемых на частицу D во время ее прохождения от первого положения до F.

До настоящего момента мы имели дело с натяжениями, а не с движением. До сих пор vis viva была совершенно чужда нашему созерцанию D и F. Давайте теперь предположим, что D помещена на практически бесконечном расстоянии от F; здесь, как было сказано, тяга гравитации была бы бесконечно малой, и перпендикуляр, представляющий ее, уменьшился бы почти до точки. В этом положении сумма натяжений, способных быть оказанными на D, была бы максимальной. Пусть D теперь начнет двигаться в соответствии с бесконечно малым притяжением, оказываемым на нее. Как только движение возникло, возникает идея vis viva. Двигаясь к F, частица D поглощает, так сказать, натяжения. Давайте сосредоточим наше внимание на D в любой точке пути, по которому она движется. Между этой точкой и F находится количество неиспользованных натяжений; за этой точкой натяжения все поглощены, но у нас вместо них есть эквивалентное количество vis viva. После того как D прошла любую точку, натяжение, ранее запасенное в этой точке, исчезает, но не без того, чтобы добавить, в течение бесконечно малого времени своего действия, соответствующее количество движения к тому, которым D обладала ранее. Чем ближе D приближается к F, тем меньше сумма оставшихся натяжений, но тем больше vis viva; чем дальше D находится от F, тем больше сумма неиспользованных натяжений и тем меньше живая сила. Теперь принцип сохранения утверждает не постоянство величины натяжений гравитации и не постоянство vis viva, взятых по отдельности, а абсолютное постоянство величины обоих, взятых вместе. В начале vis viva была равна нулю, а площадь натяжений была максимальной; вблизи F vis viva максимальна, в то время как площадь натяжений равна нулю. В любой другой точке способность частицы D производить работу состоит частично из vis viva и частично из натяжений.

Если бы гравитация вместо притяжения была отталкиванием, то при контакте частиц сумма натяжений между D и F была бы максимальной, а vis viva — равной нулю. Если бы в соответствии с отталкиванием D удалялась от F, генерировалась бы vis viva; и чем дальше D удалялась бы от F, тем больше была бы ее vis viva и тем меньше количество натяжения, все еще доступного для производства движения. Принимая во внимание как отталкивание, так и притяжение, принцип сохранения силы утверждает, что механическая величина натяжений и живых сил материальной Вселенной, насколько нам известно, является постоянной величиной. Вселенная, короче говоря, обладает двумя видами свойств, которые взаимно превращаемы. Уменьшение одного влечет за собой увеличение другого, причем общая величина свойства остается неизменной.

Соображения, примененные здесь к гравитации, в равной степени применимы к химическому сродству. В смеси кислорода и водорода атомы существуют отдельно, но при применении надлежащих средств их можно заставить устремиться друг к другу через пространство, которое их разделяет. Пока это пространство существует и пока атомы не начали двигаться друг к другу, мы имеем натяжения и ничего больше. Во время их движения друг к другу натяжения, как и в случае гравитации, превращаются в vis viva. После того как они сталкиваются, мы все еще имеем vis viva, но в другой форме. Это было поступательное перемещение, это вибрация. Это был молекулярный перенос, это тепло.

Возможно обратить эти процессы, разблокировать соединенные атомы и вернуть их в исходные положения. Но для выполнения этого потребовалось бы столько же тепла, сколько было сгенерировано при их соединении. Такие обращения происходят ежедневно и ежечасно в природе. Под действием солнечных волн кислород воды отделяется от водорода в листьях растений. Как молекулярная vis viva волны исчезают, но при этом они вновь наделяют атомы кислорода и водорода натяжением. Таким образом, атомы получают возможность рекомбинировать, и когда они это делают, они восстанавливают точное количество тепла, затраченное на их разделение. Те же замечания применимы к соединению углерода и кислорода, называемому углекислотой, которая выдыхается нашими легкими, производится нашими огнями и находится в небольшом количестве рассеянной повсюду в воздухе. В листьях растений солнечные лучи также разрывают атомы углекислоты и жертвуют собой в этом акте; но когда растения сгорают, количество тепла, затраченное на их производство, восстанавливается.

Это, следовательно, ритмическая игра Природы в отношении ее сил. Во всех своих областях она колеблется от натяжения к vis viva, от vis viva к натяжению. Мы имеем ту же игру в планетной системе. Орбита Земли представляет собой эллипс, один из фокусов которого занят Солнцем. Представьте Землю в самой дальней части орбиты. Ее движение, а следовательно, и ее vis viva, в это время минимальны. Планета огибает кривую и начинает свое приближение к Солнцу. Впереди у нее запас натяжений, которые постепенно поглощаются, при этом генерируется эквивалентное количество vis viva. Когда она ближе всего к Солнцу, движение, а следовательно, и vis viva, достигают максимума. Но здесь доступные натяжения были исчерпаны. Земля огибает эту часть кривой и удаляется от Солнца. Натяжения теперь накапливаются, но vis viva теряется, чтобы снова быть восстановленной за счет дополнительной силы на противоположной стороне кривой. Так бьется сердце Вселенной, но без увеличения или уменьшения ее общего запаса силы.

Я до сих пор пытался избежать путаницы, сосредоточив ум читателя на вещах, а не на именах. Но хорошие имена существенны; и здесь мы пока ими не обеспечены. У нас была сила гравитации и живая сила — две совершенно разные вещи. У нас были тяги и натяжения; и у нас могла бы быть сила тепла, сила света, сила магнетизма или сила электричества — все эти термины использовались более или менее свободно авторами по физике. Этой путаницы счастливо удается избежать с введением термина «энергия», который охватывает как натяжение, так и vis viva. Энергией обладают тела, уже находящиеся в движении; она тогда актуальна, и мы договорились называть ее актуальной или динамической энергией. Это наша старая vis viva. С другой стороны, энергия возможна для тел, не находящихся в движении, но которые в силу притяжения или отталкивания обладают силой движения, которая реализовалась бы, если бы все препятствия были устранены. Глядя, например, на гравитацию; тело на поверхности Земли в положении, из которого оно не может упасть на более низкое, не обладает энергией. Оно не имеет ни движения, ни силы движения. Но то же самое тело, подвешенное на высоте над Землей, обладает силой движения, хотя оно, возможно, ее и не реализовало. Энергия возможна для такого тела, и мы договорились называть это потенциальной энергией. Она состоит из наших старых натяжений. Мы, более того, говорим о сохранении энергии вместо сохранения силы и говорим, что сумма потенциальной и динамической энергий материальной Вселенной является постоянной величиной.

Тело, брошенное вверх, поглощает актуальную энергию проекции и накапливает потенциальную энергию. Когда оно достигает своей предельной высоты, вся его актуальная энергия поглощена, а потенциальная энергия в это время максимальна. Когда оно возвращается, происходит обратное превращение потенциальной энергии в актуальную. Маятник на пределе своего размаха обладает потенциальной энергией; в самой низкой точке своей дуги его энергия вся актуальна. Снежный покров, лежащий на горном склоне, обладает потенциальной энергией; сорвавшись и устремившись вниз в виде лавины, он обладает динамической энергией. Сосны, растущие в Альпах, обладают потенциальной энергией; но устремляясь вниз по Holzrinne лесорубов, они обладают актуальной энергией. То же самое верно и для самих гор. Пока скалы, из которых они состоят, могут упасть на более низкий уровень, они обладают потенциальной энергией, которая превращается в актуальную, когда мороз разрушает их сцепление и передает их действию гравитации. Каменные лавины Маттерхорна и Вайсхорна являются иллюстрациями к сказанному. Молот большого колокола Вестминстера, когда он поднят перед ударом, обладает потенциальной энергией; когда он падает, энергия становится динамической; а после удара мы имеем ритмическую игру потенциальной и динамической энергий в вибрациях колокола. То же самое справедливо и для молекулярных осцилляций нагретого тела. Атом ударяется о своего соседа и отскакивает. Когда достигается предельная амплитуда отскока, движение атома в этом направлении прекращается, и на мгновение его энергия вся потенциальна. Затем он притягивается к своему соседу с ускоренной скоростью; таким образом, посредством притяжения, превращая свою потенциальную энергию в динамическую. Его движение в этом направлении также в конечном итоге прекращается, и снова, на мгновение, его энергия вся потенциальна. Он снова отступает, превращая, посредством отталкивания, свою потенциальную энергию в динамическую, пока последняя не достигает максимума, после чего она снова превращается в потенциальную энергию. Таким образом, то, что верно для Земли, когда она качается туда-сюда в своем годовом путешествии вокруг Солнца, верно и для ее мельчайшего атома. У нас есть колеса внутри колес и ритм внутри ритма.

При нагревании тела всегда происходит изменение молекулярного расположения, и на осуществление этого изменения расходуется теплота. Следовательно, лишь часть теплоты, сообщенной телу, остается в виде динамической энергии. Оглядываясь на некоторые утверждения, сделанные в начале этой статьи, теперь, когда наши знания стали более обширными, мы видим необходимость их уточнения. Когда, например, сталкиваются два тела, генерируется теплота; но теплота, или молекулярная динамическая энергия, развивающаяся в момент столкновения, не является точным эквивалентом уничтоженной ощутимой динамической энергии. Истинный эквивалент — это данная теплота плюс потенциальная энергия, сообщенная молекулам за счет увеличения расстояния между ними. Эта молекулярная потенциальная энергия впоследствии, при остывании тела, превращается в теплоту.

Везде, где два атома, способные соединяться друг с другом благодаря взаимному притяжению, существуют раздельно, они образуют запас потенциальной энергии. Таким образом, наши леса и угольные пласты, с одной стороны, и наш атмосферный кислород, с другой, составляют огромный запас энергии такого рода — огромный, но далеко не бесконечный. У нас есть, помимо угольных пластов, металлические тела, более или менее редко распределенные в земной коре. Эти тела могут окисляться; и, следовательно, они являются, в той мере, в какой они существуют, запасами энергии. Но притяжения огромной массы земной коры уже удовлетворены, и из них невозможно получить дальнейшую энергию. Эпохи назад элементарные составляющие наших горных пород сталкивались друг с другом и производили тепловое движение, которое поглощалось эфиром и уносилось через звездное пространство. Для нас оно потеряно навсегда. В те эпохи жаркий конфликт углерода, кислорода и кальция создал меловые и известняковые холмы, которые сейчас холодны; и из этого углерода, кислорода и кальция нельзя извлечь никакой дальнейшей энергии. Так обстоит дело почти со всеми другими составляющими земной коры. Они приняли свою нынешнюю форму в соответствии с молекулярной силой; они превратили свою потенциальную энергию в динамическую и отдали ее вселенной в виде лучистой теплоты задолго до появления человека на этой планете. Для него остался остаток потенциальной энергии, огромный, конечно, по отношению к жизни и потребностям отдельного человека, но чрезвычайно ничтожный по сравнению с первоначальным запасом Земли.

Подводя итог. Весь запас энергии или работоспособности в мире состоит из притяжений, отталкиваний и движений. Если притяжения и отталкивания находятся в таких условиях, что способны производить движение, они являются источниками работоспособности, но не иначе. Как было сказано мгновение назад, притяжение, действующее между Землей и телом на расстоянии от поверхности Земли, является источником работоспособности; потому что тело может быть приведено в движение притяжением и при падении может совершать работу. Когда оно покоится на своем самом низком уровне, оно не является источником силы или энергии, потому что не может падать дальше. Но хотя оно перестало быть источником энергии, притяжение гравитации все еще действует как сила, которая удерживает Землю и груз вместе.

Те же замечания применимы к притягивающимся атомам и молекулам. Пока расстояние разделяет их, они могут перемещаться через него в соответствии с притяжением; и движение, таким образом произведенное, может при надлежащих приспособлениях быть использовано для совершения механической работы. Когда, например, два атома водорода соединяются с одним атомом кислорода для образования воды, атомы сначала притягиваются друг к другу — они движутся, сталкиваются, а затем в силу своей упругости отскакивают и дрожат. Этому дрожательному движению мы даем название теплоты. Эта атомная вибрация есть лишь перераспределение движения, произведенного химическим сродством; и это единственный смысл, в котором можно сказать, что химическое сродство превращается в теплоту. Мы не должны воображать, что химическое притяжение уничтожается или превращается во что-то другое. Ибо атомы, когда они взаимно сцеплены для образования молекулы воды, удерживаются вместе тем самым притяжением, которое сначала притянуло их друг к другу. То, что было действительно затрачено, — это тяга, осуществляемая через пространство, на которое было уменьшено расстояние между атомами.

Если это понять, то сразу станет ясно, что гравитация, как было подчеркнуто ранее, может в этом смысле считаться превращаемой в теплоту; что она в действительности является не более выдающимся и непревращаемым агентом, как иногда утверждается, чем химическое сродство. Посредством приложения определенной тяги через определенное пространство тело заставляют столкнуться с Землей с определенной заданной скоростью. Тем самым развивается теплота, и это единственный смысл, в котором можно сказать, что гравитация превращается в теплоту. Ни в коем случае сила, производящая движение, не уничтожается и не превращается во что-то другое. Взаимное притяжение Земли и груза существует, когда они находятся в контакте, так же как когда они были разделены, но способность этого притяжения использовать себя для производства движения отсутствует.

Преобразование в этом случае легко прослеживается мысленным взором. Сначала груз в целом приводится в движение притяжением гравитации. Это движение массы останавливается при столкновении с Землей, распадаясь на молекулярные дрожания, которым мы даем название теплоты.

А когда мы обращаем процесс вспять и используем эти дрожания теплоты для поднятия груза — что делается посредством посредничества упругой жидкости в паровой машине, — потребляется определенная заданная часть молекулярного движения. В этом смысле, и только в этом смысле, можно сказать, что теплота превращается в гравитацию; или, точнее, в потенциальную энергию гравитации. Здесь уничтожение теплоты не создало нового притяжения; но старое притяжение наделило ее способностью оказывать определенную заданную тягу между начальной точкой падающего груза и Землей.

Поэтому, когда авторы, пишущие о сохранении энергии, говорят о «потреблении» и «генерации» напряжений, они не имеют в виду, что старые притяжения были уничтожены, а новые приведены в существование, но что в одном случае способность притяжения производить движение была уменьшена за счет сокращения расстояния между притягивающимися телами, в то время как в другом случае способность производить движение была увеличена за счет увеличения расстояния. Эти замечания применимы ко всем телам, будь то ощутимые массы или молекулы.

О внутреннем качестве, которое позволяет материи притягивать материю, мы ничего не знаем; и закон сохранения не делает никаких утверждений относительно этого качества. Он берет факты притяжения как они есть и утверждает только постоянство работоспособности. Эта сила может существовать в форме ДВИЖЕНИЯ; или она может существовать в форме СИЛЫ, с расстоянием, через которое нужно действовать. Первая есть динамическая энергия, вторая есть потенциальная энергия, причем постоянство суммы обеих утверждается законом сохранения. Превращаемость естественных сил состоит исключительно в преобразованиях динамической энергии в потенциальную и потенциальной в динамическую. Ни в каком другом смысле превращаемость силы не имеет научного значения.

.

Существовали серьезные заблуждения относительно того, что на самом деле подразумевается под сохранением в доктрине сохранения. Я надеюсь, что это изложение поможет их устранить.

.

.

.

.

.

.

II. ИЗЛУЧЕНИЕ.

[Сноска: Лекция Рида, прочитанная в Сенатском доме перед Кембриджским университетом 16 мая 1865 года.]

1. Видимое и невидимое излучение.

МЕЖДУ разумом человека и внешним миром расположены нервы человеческого тела, которые переводят или позволяют разуму переводить впечатления этого мира в факты сознания и мысли.

Различные нервы приспособлены к восприятию различных впечатлений. Мы не видим ухом, не слышим глазом, и мы не становимся чувствительными к звуку с помощью нервов языка. Из общего собрания физических действий каждый нерв или группа нервов выбирает и реагирует на те, для восприятия которых он специально организован.

Зрительный нерв проходит от мозга к задней части глазного яблока и там распространяется, образуя сетчатку, сеть нервных волокон, на которую оптической частью глаза проецируются изображения внешних объектов. Этот нерв ограничен восприятием явлений излучения, и, несмотря на свою удивительную чувствительность к определенным впечатлениям этого класса, он удивительно туп к другим впечатлениям.

Зрительный нерв не охватывает даже весь диапазон излучения. Некоторые лучи, достигая его, не способны вызвать его силу, в то время как другие вовсе не достигают его, поглощаясь гуморами глаза. Всем лучам, которые, достигают они сетчатки или нет, не возбуждают зрения, мы даем название невидимых или темных лучей. Все несамосветящиеся тела испускают такие лучи. В природе нет абсолютно холодного тела, и каждое тело, не являющееся абсолютно холодным, испускает лучи теплоты. Но чтобы сделать лучистую теплоту способной воздействовать на зрительный нерв, необходима определенная температура. Холодная кочерга, брошенная в огонь, некоторое время остается темной, но когда ее температура становится равной температуре окружающих углей, она светится, как они. Точно так же, если ток электричества постепенно возрастающей силы пропустить через проволоку из тугоплавкого металла платины, проволока сначала становится ощутимо теплой на ощупь; некоторое время ее теплота возрастает, оставаясь, однако, темной; наконец, мы уже не можем безнаказанно прикасаться к металлу; и при определенной заданной температуре он испускает слабый красный свет. По мере возрастания силы тока свет увеличивается в яркости, пока, наконец, проволока не покажется ослепительно белой. Свет, который она теперь испускает, подобен свету солнца.

С помощью призмы сэр Исаак Ньютон распутал текстуру солнечного света, и с помощью того же простого инструмента мы можем исследовать световые изменения нашей платиновой проволоки. Проходя через призму, все ее лучи (а они бесконечно разнообразны) преломляются или отклоняются от своего прямого пути; и, поскольку разные лучи по-разному преломляются призмой, мы можем с ее помощью отделять один класс лучей от другого. С помощью такого призматического анализа доктор Дрейпер показал, что когда платиновая проволока только начинает светиться, испускаемый свет ощутимо красный. По мере усиления свечения красный становится более ярким, но в то же время к излучению добавляются оранжевые лучи. При дальнейшем повышении температуры рядом с оранжевыми появляются желтые лучи; после желтых испускаются зеленые лучи; а после зеленых следуют, в последовательности, синие, индиго и фиолетовые лучи. Чтобы отобразить все эти цвета одновременно, платиновая проволока должна быть белокалильной: впечатление белизны на самом деле создается одновременным действием всех этих цветов на зрительный нерв.

В только что описанном эксперименте мы начали с платиновой проволоки при обычной температуре и постепенно довели ее до белого каления. В начале, и даже до того, как электрический ток вообще подействовал на проволоку, она испускала невидимые лучи. Некоторое время после начала действия тока, и даже некоторое время после того, как проволока стала невыносимой на ощупь, ее излучение все еще было невидимым. Теперь возникает вопрос: что происходит с этими невидимыми лучами, когда появляются видимые? В дальнейшем будет доказано, что они сохраняются в излучении; что луч, однажды испущенный, продолжает испускаться при повышении температуры, и, следовательно, излучение нашей платиновой проволоки, даже когда она достигла своей максимальной яркости, состоит из смеси видимых и невидимых лучей. Если бы вместо платиновой проволоки сама Земля была доведена до состояния накала, темное излучение, которое она испускает сейчас, продолжало бы испускаться. Чтобы достичь накала, планета должна была бы пройти через все стадии несамосветящегося излучения, и конечное излучение охватывало бы лучи всех этих стадий. Едва ли можно сомневаться в том, что от самого солнца исходят лучи, подобные тем, которые темная Земля изливает по ночам в пространство. Фактически, различные виды темных лучей, испускаемых всеми планетами нашей системы, включены в нынешнее излучение солнца.

Великим пионером в этой области науки был сэр Уильям Гершель. Заставив пучок солнечного света пройти через призму, он разложил его на цветные составляющие; он сформировал то, что технически называется солнечным спектром. Подвергая термометры воздействию последовательных цветов, он определил их нагревающую способность и обнаружил, что она возрастает от фиолетового, или наиболее преломляемого конца, к красному, или наименее преломляемому концу спектра. Но он не остановился на этом. Продвинув свои термометры в темное пространство за красным цветом, он обнаружил, что, хотя свет исчез, лучистая теплота, падающая на инструменты, была более интенсивной, чем в любой видимой части спектра. Фактически, сэр Уильям Гершель показал, и его результаты были подтверждены различными философами с тех пор, что, помимо своих световых лучей, солнце изливает множество других лучей, более мощных в калорическом отношении, чем световые, но совершенно не подходящих для целей зрения.

Таким образом, на менее преломляемом конце солнечного спектра диапазон солнечного излучения не ограничивается диапазоном глаза. То же самое утверждение применимо и к более преломляемому концу. Риттер открыл расширение спектра в невидимую область за фиолетовым цветом; и в недавнее время это ультрафиолетовое излучение приобрело особый интерес благодаря замечательным исследованиям профессора Стокса. Полный спектр солнца состоит, следовательно, из трех различных частей: во-первых, из ультракрасных лучей с высокой нагревающей способностью, но не подходящих для целей зрения; во-вторых, из световых лучей, которые отображают последовательность цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго, фиолетовый; в-третьих, из ультрафиолетовых лучей, которые, подобно ультракрасным, не способны возбуждать зрение, но которые, в отличие от ультракрасных лучей, обладают очень слабой нагревающей способностью. Однако вследствие своей химической энергии эти ультрафиолетовые лучи имеют огромное значение для органического мира.

.

.

2. Происхождение и характер излучения. Эфир.

Когда мы видим платиновую проволоку, постепенно доведенную до белого каления и испускающую последовательно все цвета спектра, мы просто осознаем ряд изменений в состоянии наших собственных глаз. Мы не видим действий, в которых возникают эти последовательные цвета, но разум непреодолимо делает вывод, что появление цветов соответствует определенным одновременным изменениям в проволоке. Какова природа этих изменений? В силу какого условия проволока вообще излучает? Мы должны теперь посмотреть от проволоки в целом на ее составляющие атомы. Если бы мы могли видеть эти атомы, даже до того, как электрический ток начал действовать на них, мы обнаружили бы их в состоянии вибрации. В этой вибрации, собственно, и состоит та теплота, которой проволока обладает в это время. Локк высказал эту идею с большой точностью, и она была поставлена вне всяких сомнений превосходными количественными исследованиями мистера Джоуля. «Теплота», — говорит Локк, — «есть очень быстрое движение нечувствительных частей объекта, которое производит в нас то ощущение, от которого мы называем объект горячим: так что то, что в наших ощущениях есть теплота, в объекте есть не что иное, как движение». Когда электрический ток, еще слабый, начинает проходить через проволоку, его первое действие — усилить уже существующие вибрации, заставляя атомы колебаться с большей амплитудой. Технически говоря, амплитуды колебаний увеличиваются. Ток делает это, однако, не изменяя периодов старых вибраций или времен, в которые они совершались. Но помимо усиления старых вибраций ток генерирует новые и более быстрые, и когда достигается определенная заданная быстрота, проволока начинает светиться. Цвет, проявляющийся первым, — красный, который соответствует самой низкой скорости вибрации, которую глаз способен воспринимать. Усилением силы электрического тока вводятся более быстрые вибрации, и появляются оранжевые лучи. Более быстрая скорость вибрации производит желтый, еще более быстрая — зеленый; и дальнейшим увеличением быстроты мы проходим через синий, индиго и фиолетовый к крайним ультрафиолетовым лучам.