Соответственно, в замечательных исследованиях Дюлонга и Пти по охлаждению тел было принято, что скорость охлаждения горячего тела представлена избытком F(θ + t) над F(θ); где F представляет некоторую математическую функцию, то есть некоторое выражение, полученное арифметическими операциями из температур θ + t и θ; хотя то, какими должны быть эти операции, оставалось нерешенным и, по сути, определялось экспериментами. И результатом их исследований было то, что функция имеет такого рода вид: когда температура увеличивается на равные интервалы, функция увеличивается в непрерывной геометрической пропорции. Это был, по сути, тот же закон, который был принят Ньютоном и другими, с той разницей, что они пренебрегли членом, который зависит от температуры окружающего пространства.
34 The formula for the rate of cooling is maθ + t − maθ, where the quantity m depends upon the nature of the body, the state of its surface, and other circumstances.—Ann. Chim. vii. 150.
18. Этот закон так хорошо согласуется с лучшими концепциями, которые мы можем сформировать о механизме охлаждения при допущении лучистого теплорода, что он придает большую вероятность шкале температуры, от которой зависит простота результата. Теперь температуры в формулах, к которым только что обращались, были выражены с помощью воздушного термометра. Следовательно, Дюлонг и Пти справедливо заявляют, что, хотя все различные вещества, используемые в качестве термометров, дают разные законы термотических явлений, их собственный успех в получении простых и общих законов с помощью воздушного термометра является сильной рекомендацией его в качестве естественной шкалы тепла. Они добавляют: «Хорошо известная единообразие основных физических свойств всех газов, и особенно совершенная идентичность их законов расширения под воздействием тепла [очень важное открытие Дальтона и Гей-Люссака], делают весьма вероятным, что в этом классе тел возмущающие причины не имеют того же влияния, что в твердых телах и жидкостях; и, следовательно, что изменения объема, производимые действием тепла, здесь находятся в более непосредственной зависимости от силы, которая их производит».
35 Annales de Chimie, vii. 153.
36 Hist. Ind. Sc. b. x. c. ii. sect. 1.
Тем не менее, мы не можем считать этот вопрос решенным, пока не получим более полное теоретическое понимание природы самого тепла. Если верно, что тепло состоит в вибрациях жидкости, тогда, хотя, как показал Ампер, законы излучения будут на математических основаниях такими же, как они есть в гипотезе эмиссии, мы не можем считать естественную шкалу тепла определенной, пока не обнаружим какие-то средства измерения теплородных вибраций, как мы измеряем светоносные вибрации. Мы будем знать, что такое количество тепла, только тогда, когда будем знать, что такое само тепло; — когда мы получим теорию, которая удовлетворительно объясняет способ, которым вещество или среда тепла производит свои эффекты. Когда мы увидим, как излучение и проводимость, расширение и разжижение — все это производится механическими изменениями одной и той же жидкости, мы тогда увидим, что такое природа того изменения, которое расширение действительно измеряет, и какое отношение оно имеет к любому более правильному стандарту тепла.
37 Ib. c. iv.
Мы можем добавить, что, пока наша термотическая теория все еще настолько несовершенна, как она есть, все попытки угадать истинную природу отношения между светом и теплом преждевременны и должны быть в высшей степени ненадежными и фантастическими. Спекуляции, в которых из общего допущения теплородной и светоносной среды и из нескольких фактов, произвольно выбранных и слабо проанализированных, утверждается общая теория света и тепла, совершенно чужды курсу индуктивной науки и не могут привести к какой-либо устойчивой и существенной истине.
20. Другие инструменты для измерения тепла. — В наши нынешние цели не входит говорить об инструментах, целью которых является измерение не чувственных качеств, а некоторого эффекта или модификации причины, которой такие качества производятся: таковы, например, калориметр, используемый Лавуазье и Лапласом, чтобы сравнить удельную теплоемкость различных веществ; и актинометр, изобретенный сэром Джоном Гершелем, чтобы определить эффект солнечных лучей посредством тепла, которое они передают за данное время; который эффект, как можно легко предположить, очень различен при различных обстоятельствах атмосферы и положения. Законы таких эффектов могут быть ценными вкладами в наше знание тепла, но интерпретация их должна зависеть от предварительного знания отношений, которые температура имеет к теплу, согласно только что объясненным взглядам.
Раздел VI. Шкалы других качеств.
21. Прежде чем оставить тему мер чувственных качеств, мы можем заметить, что существуют несколько других таких качеств, для которых было бы необходимо иметь шкалы и средства измерения, чтобы приблизиться к науке по таким предметам. Это верно, например, для вкусов и запахов. Действительно, были предприняты некоторые попытки классификации вкусов вкусовых веществ, но они еще не приняли какого-либо удовлетворительного или систематического характера; и мне неизвестно, чтобы был предложен какой-либо инструмент для измерения вкуса или запаха тел, обладающих такими качествами.
22. Качество звуков. — То же самое верно для того вида различия в звуках, который особо называется их качеством; тот характер, которым, например, звук флейты отличается от звука гобоя, когда нота одна и та же; или женский голос от мальчишеского.
23. Артикулированные звуки. — Существует также в звуках другое различие, природа которого все еще неясна, но в сведении которого к правилу, а следовательно, к мере, тем не менее был достигнут некоторый прогресс. Я говорю о различиях звука, рассматриваемых как артикулированные. Классификации звуков обычных алфавитов предлагались часто; например, та, которая располагает согласные в следующие группы:
Sharp.Flat.Sharp Aspirate.Flat Aspirate. Nasal.
pbph (f)bh (v)m
kg (hard)khghng
tdth (sharp)th (flat)n
szshzh
Легко заметить, что отношения звуков в каждой из этих горизонтальных линий аналогичны; и соответственно правила вывода и модификации слов в нескольких языках основаны на таких аналогиях. Таким же образом гласные могут быть расположены в порядке, зависящем от их звука. Но чтобы сделать такие расположения фиксированными и бесспорными, мы должны знать механизм, которым такие модификации вызываются. Были изобретены инструменты, с помощью которых некоторые из этих звуков могут быть имитированы; и если бы такие инструменты могли быть заставлены производить вышеуказанную серию артикулированных звуков посредством связанных и регулярных процессов, мы нашли бы в этом процессе меру производимого звука. Это было в значительной степени осуществлено для гласных искусственным способом профессора Уиллиса их имитации. Ибо он обнаружил, что если музыкальный язычок заставить звучать через цилиндрическую трубку, мы получаем путем постепенного удлинения цилиндрической трубки серию гласных i, e, a, o, u с промежуточными звуками. В этом инструменте, таким образом, длина трубки определяла бы гласную и могла бы быть использована численно для ее выражения. Такой инструмент, используемый таким образом, был бы мерой качества гласных и мог бы называться фтонгометром.
38 Camb. Trans. vol. iii. p. 239.
Наше дело в настоящее время, однако, не в инструментах, которые могли бы быть придуманы для измерения чувственных качеств, а в тех, которые были так использованы и таким образом стали основой наук, в которых такие качества рассматриваются; и это мы теперь сделали в достаточной степени для нашей нынешней цели.
24. Существует еще одна идея, которая, хотя до сих пор очень смутно воспринималась, имела значительное влияние на формирование как наук, о которых говорится в настоящей Книге, так и других, которые впоследствии попадут в поле нашего зрения: а именно, идея полярности. Эта идея будет предметом следующей Книги. И хотя эта идея составляет часть основы различных других обширных разделов науки, таких как оптика и химия, она занимает столь примечательное место в спекуляциях, относящихся к тому, что я назвал механико-химическими науками (магнетизм и электричество), что я обозначу обсуждение идеи полярности как философию этих наук.
КНИГА V.
ФИЛОСОФИЯ МЕХАНИКО-ХИМИЧЕСКИХ НАУК.
Давая этим сторонам название полюсов, я назову поляризацией модификацию, которая придает свету свойства, относящиеся к этим полюсам. Я до сих пор медлил с допущением этого термина в описание физических явлений, о которых идет речь; я не осмеливался ввести его в мемуары, где я опубликовал свои последние эксперименты; но разнообразие, которое предлагает это новое явление, и трудность их описания заставляют меня допустить это новое выражение, которое означает просто модификацию, которую свет претерпел, приобретая новые свойства, которые не относятся к направлению луча, а только к его сторонам, рассматриваемым под прямыми углами и в плоскости, перпендикулярной его направлению.
Малюс (1811), Mém. de Inst. том. xi. стр. 106.
КНИГА V.
ФИЛОСОФИЯ МЕХАНИКО-ХИМИЧЕСКИХ НАУК.
ГЛАВА I. Попытки научного применения идеи полярности.
1. В некоторых механических науках, таких как магнетизм и оптика, явления, как обнаруживается, зависят от положения (положения магнита или луча света) особым чередующимся образом. Эта зависимость, как она была впервые понята, была представлена посредством определенных концепций пространства и силы, как, например, путем рассмотрения двух полюсов магнита. Но во всех таких способах представления этих чередований концепциями, заимствованными из других идей, более тщательное исследование обнаруживало нечто лишнее и нечто дефектное; и по мере того, как взгляд, который философы принимали на это отношение, постепенно очищался от этих несоответствующих элементов и становился более общим и абстрактным благодаря открытию аналогичных свойств в новых случаях, стало понятно, что отношение не может быть адекватно понято без рассмотрения его как включающего особую и независимую идею, которую мы можем обозначить термином «полярность».
Мы проследим некоторые формы, в которых эта идея проявлялась в истории науки. Делая это, мы не будем начинать, как в других Книгах этой работы мы делали, с разговора о понятии, как оно используется в обычном употреблении: ибо отношение полярности носит столь абстрактный и технический характер, что оно не используется, по крайней мере, каким-либо отчетливым и очевидным образом, в каких-либо обычных или практических случаях. Идея принадлежит исключительно области спекуляции: у людей с обычными привычками мышления она, вероятно, почти или совсем не развита; и даже большинство тех, чьи умы были долго заняты наукой, находят трудность в понимании ее во всей ее общности и абстракции, очищенной от всякой нерелевантной гипотезы.
2. Магнетизм. — Название и понятие полюсов были впервые приняты в случае магнита. Если у нас есть два магнита, их конечности притягивают и отталкивают друг друга попеременно. Если первый конец одного притягивает первый конец другого, он отталкивает второй конец, и наоборот. Чтобы удобно выразить это правило, два конца каждого магнита называются северным полюсом и южным полюсом соответственно, причем названия заимствованы от полюсов земли и небес. «Эти полюса», как говорит Гильберт, «регулируют движения небесных сфер и земли. Подобным образом магнит имеет свои полюса, северный и южный; верные и определенные точки, установленные природой в камне, первичные термины его движений и эффектов, пределы и правители многих действий и добродетелей».
1 De Magn. lib. i. c. iii.
Природа оппозиции свойств, о которой мы говорим, может быть сформулирована так: Северный полюс одного магнита притягивает Южный полюс другого магнита. Северный полюс одного магнита отталкивает Северный полюс другого магнита. Южный полюс одного магнита отталкивает Южный полюс другого магнита. Южный полюс одного магнита притягивает Северный полюс другого магнита.
Будет замечено, что противоположность положения, которая указывается путем подстановки Южного полюса вместо Северного полюса в любом магните, сопровождается оппозицией механического эффекта, которая выражается путем изменения притяжения на отталкивание и отталкивания на притяжение: и таким образом мы имеем общую черту полярности — контраст свойств, соответствующий контрасту положений.
3. Электричество. — Когда явления электричества стали изучаться, оказалось, что они включают отношения, в некоторых отношениях аналогичные отношениям магнетизма.
Были различены два вида электричества, положительное и отрицательное; и оказалось, что два тела, электризованные положительно, или два электризованные отрицательно, отталкивали друг друга, как два северных или два южных магнитных полюса; в то время как положительно и отрицательно электризованное тело притягивали друг друга, как северный и южный полюса двух магнитов. В проводниках продолговатой формы электричество могло легко распределяться так, чтобы один конец был электризован положительно, а другой — отрицательно; и тогда такие проводники действовали друг на друга точно так же, как магниты.
Но в проводниках, как бы они ни были электризованы, нет никакой особой точки, которую можно было бы постоянно считать полюсом. Распределение электричества в проводнике зависит от внешних обстоятельств: и таким образом, хотя явления предлагают общую черту полярности — альтернативные результаты, соответствующие альтернативным положениям, — они не могут быть отнесены к полюсам. Должен быть принят какой-то другой способ представления сил, чем тот, который заставляет их исходить из постоянных точек, как в магните.
Явления притяжения и отталкивания в электризованных телах удобно представлялись посредством гипотезы двух электрических жидкостей, положительной и отрицательной, которые, как предполагалось, распределены в телах. Из этих жидкостей предполагалось, что каждая отталкивает свои собственные части и притягивает части противоположной жидкости: и было обнаружено, что эта гипотеза объясняет все очевидные законы электрического действия. Здесь, следовательно, у нас есть явления поляризации, объясненные новым видом механизма: две противоположные жидкости, распределенные в телах и снабжающие их, так сказать, их полярными силами. Эта гипотеза не только объясняет электрическое притяжение, но также электрическую искру: а именно, так: когда два тела, соседние поверхности которых заряжены двумя противоположными жидкостями, приближаются друг к другу, взаимное притяжение жидкостей становится все более и более интенсивным, пока, наконец, избыток жидкости на одном теле не прорывается через воздух и не устремляется к другому телу в форме, сопровождаемой светом и шумом. Когда этот перенос произошел, притяжение прекращается, положительная и отрицательная жидкости нейтрализовали друг друга. Их усилие состояло в том, чтобы соединиться; и это соединение будучи осуществленным, больше нет никакой силы в действии. Тела в своем естественном невозбужденном состоянии могут рассматриваться как занятые комбинацией двух жидкостей: и отсюда мы видим, как производство любого вида электричества обязательно сопровождается производством эквивалентного количества противоположного вида.
4. Вольтовское электричество. — Таков случай в франклиновском электричестве — том, которое возбуждается обычной электрической машиной. Изучая вольтовское электричество, мы приходим к убеждению, что жидкость, которая находится в состоянии мгновенного равновесия в электризованных проводниках, существует в состоянии тока в вольтовой цепи. И здесь мы находим полярные отношения нового рода, существующие между силами. Два вольтовых тока притягивают друг друга, когда они движутся в одном и том же направлении, и отталкивают друг друга, когда они движутся в противоположных направлениях.
Но мы находим, в дополнение к ним, другие полярные отношения более абстрактного рода, которые предположение о двух жидкостях не так легко объясняет. Например, если бы такие жидкости существовали, отличные друг от друга, можно было бы ожидать, что было бы возможно продемонстрировать одну из них отдельно от другой. Однако во всех явлениях электромоторных токов мы тщетно пытаемся получить один вид электричества отдельно. «Я не был, — говорит г-н Фарадей, — способен найти ни одного факта, который мог бы быть приведен для доказательства теории двух электричеств, а не одного, в электрических токах; или, допуская гипотезу двух электричеств, я не был способен заметить малейших оснований, что одно электричество может быть более мощным, чем другое, или что оно может присутствовать без другого, или что оно может быть изменено или в малейшей степени затронуто без соответствующего изменения в другом». «Таким образом, — добавляет он, — полярный характер сил является строгим и полным». Таким образом, мы тоже можем заметить, все лишние и ненадежные части постепенно отпадают от гипотезы, которую мы придумываем для представления полярных явлений; и абстрактное понятие полярности — равных и противоположных сил, вызванных к существованию общим условием, — остается не обремененным посторонним механизмом.
2 Researches, 516.
5. Свет. — Еще один очень важный пример применения идеи полярности — это тот, который предоставлен открытием поляризации света. Луч света может, посредством различных процессов, быть модифицирован так, что он имеет различные свойства в соответствии со своими различными сторонами, хотя это различие не воспринимается никакими обычными эффектами. Если, например, луч, модифицированный таким образом, проходит перпендикулярно через круглое стекло и падает на глаз, мы можем поворачивать стекло снова и снова в его оправе, и мы не сделаем никакой разницы в яркости пятна, которое мы видим. Но если, вместо стекла, мы смотрим через продольный срез турмалина, пятно попеременно темное и яркое, когда мы поворачиваем кристалл через последовательные квадранты. Здесь у нас есть контраст свойств (темное и яркое), соответствующий контрасту положений (положение линии восток-запад противопоставляется положению север-юг), что, как мы сказали, является общей чертой полярности. Именно с целью выражения этого характера термин «поляризация» был первоначально введен. Малюс был вынужден своими открытиями к использованию этого выражения. «Мы находим, — говорит он в 1811 году, — что свет приобретает свойства, которые относятся только к сторонам луча, — которые одинаковы для северной и южной сторон луча (используя точки компаса только ради описания) и которые различны, когда мы идем от северной и южной к восточной или западной сторонам луча. Я дам название полюсов этим сторонам луча и назову поляризацией модификацию, которая придает свету эти свойства, относящиеся к этим полюсам. Я откладывал до сих пор допущение этого термина в описание физических явлений, с которыми мы имеем дело: я не осмеливался ввести его в мемуары, в которых я опубликовал свои последние наблюдения: но разнообразие форм, в которых появляется это новое явление, и трудность их описания заставляют меня допустить это новое выражение; которое означает просто модификацию, которую свет претерпел, приобретая новые свойства, которые не относятся к направлению луча, а только к его сторонам, рассматриваемым под прямыми углами друг к другу и в плоскости, перпендикулярной его направлению».