О некоторых пунктах теории магнетизма

(Том III, стр. 566)

Магнитная и электрическая формы силы, имеющие двойственный характер и способные действовать на расстоянии, могут сильно содействовать изучению природы физической силы вообще. Если (как я думаю) двойственность присуща силам и полюсы всегда равны и эквивалентны друг другу и так взаимно зависимы, что один не может возникнуть или даже существовать без другого, то доказательство истинности таких условий должно привести к многим выводам величайшей важности для науки о силе вообще. Некоторые простые опыты с электрической силой немедленно представляют двойственные явления нашему размышлению. Так, если металлический сосуд, вроде ведра, изолирован и соединен с чувствительным электрометром с золотым листком или с другим подобным прибором, а затем изолированный металлический шар с диаметром в половину ширины ведра заряжен положительным электричеством и помещен по середине ведра, причем последнее на мгновение не изолировано благодаря наружному проводящему соединению, а затем снова изолировано, то вся эта система внешне не обнаружит признаков электричества, и электрометр не покажет отклонения. Но пробный шарик, приложенный к шару внутри сосуда, отнимет у него положительное электричество и погасит присущий шару заряд, или приложенный внизу к внутренней поверхности сосуда отнимет отрицательное электричество и докажет, что сосуд имеет противоположный шару заряд; двойственность может быть также доказана удалением шара, когда сосуд окажется по электрометру заряженным отрицательно, а шар – положительно. Равенство этих двойственностей легко показать, снова помещая шар внутри сосуда, наблюдая электрометр, приводя шар и сосуд в соприкосновение и снова наблюдая электрометр, который окажется совершенно разряженным, а сосуд будет внешне в неизменном первоначальном состоянии. Таким образом, электрические двойственности равны эквивалентам и взаимно поддерживаются. Чтобы показать, что эта двойственность не может существовать самостоятельно, изолируйте металлический сосуд, сообщите ему сильный заряд электричества соприкосновением с машиной или лейденской банкой и затем погрузите в него изолированный шар, а после соприкосновения дна сосуда с шаром удалите его, не касаясь стенок; он окажется абсолютно свободен от заряда, каково бы ни было его первоначальное состояние, ибо одно только состояние может существовать на дне такого металлического сосуда, а единственное состояние, т. е. безотносительная двойственность, не может существовать отдельно и само по себе.

Соответственные двойственности, т. е. север и юг, магнитной силы хорошо известны. Множество опытов производилось с целью изолировать один из них и отделить его в некоторой степени от другого. Эти и многие другие опыты показывают, что магнитные полюсы не могут возникать отдельно, и когда они возникают, то в равных пропорциях и существенно связанные, ибо если эта связь не была бы существенной, то как магнит мог бы существовать один? Его сила, проявляющаяся вблизи других магнитов, железа или висмута, должна по удалении их принять некоторую другую форму или же существовать без действия] первое никогда не наблюдалось и даже не подозревалось; второе представляется невозможным, как несогласное с сохранением силы. Но если двойственности одного и того же магнита оказываются лицом к лицу и таким образом становятся взаимно связаны, то происходит ли это по прямым линиям через магнит или по кривым через окружающее пространство? Связь через магнит (представляющий прямую полосу или шар) по прямым линиям опровергается тем, что, как показывают надлежащие исследования с помощью, например, спирали вокруг магнита, внутреннее распределение силы (коэрцитивной или иной) не изменяется, действует ли магнит на другие магниты или же предоставлен самому себе; аналогичные исследования показывают, что наружное распределение силы в этом случае изменяется. Таким образом сила, распределенная внутри магнита по прямым линиям, не изменяется при таких условиях, а сила вдоль внешних и (необходимо) кривых линий изменяется.

Было бы очень важно, чтобы наша мысль пришла к выводу о необходимости пересмотра вопроса об общей природе физической силы и особенно тех форм ее, которые связаны с действиями на расстоянии. Свойством двойственности они весьма тесно связаны с теми, которые проявляются на незаметных расстояниях, и надо ожидать, что прогресс физической науки в наше время позволит нам подойти к этому глубокому и трудному вопросу с гораздо большим успехом, чем достигнутый физиками до сих пор. В настоящее время мы привыкли допускать действие на заметном расстоянии, например, действие одного магнита на другой или солнца на землю, как будто такое допущение представляет достаточный ответ на вопрос о природе физических средств, заставляющих удаленные тела действовать друг на друга, и человек, не решающийся признать достаточным такой ответ или допущение, на коем он основан, и требующий более удовлетворительного отчета, рискует показаться смешным или невежественным перед ученым миром. Но Ньютон, который сделал более всякого другого для доказательства закона действия удаленных друг от друга тел, включая солнце и Сатурн, отстоящие один от другого на 900 миллионов миль, не оставил этого вопроса без объяснения своим хорошо известным суждением, что простое притяжение удаленных частей материи не есть достаточное или удовлетворительное объяснение для философа. Думать, что тяготение прирожденно, присуще и существенно для материи, так что одно тело может действовать на другое на расстоянии через вакуум без посредства чего-либо другого, которым и через которое их действие и сила могут быть перенесены с одного к другому, представляет, по его словам, величайшую нелепость. Тяготение должно вызываться агентом, действующим неизменно по известным законам, но материален ли этот агент или нет, это он предоставляет на усмотрение читателей. Это глубокая мысль того, кто со своими знаниями и проницательностью видел в алмазе свернувшееся маслянистое вещество, тогда как он считался лишь прозрачным камнем, и предсказал присутствие горючего вещества в воде за столетие до разложения воды или открытия водорода. Это внушает мне веру, что близко время, когда его мысль о тяготении даст плод, и я решаюсь высказать несколько соображений о явной для меня недостаточности обычных понятий о тяготении и вообще силах, которые считаются действующими на расстоянии, имея в виду современное философское воззрение о сохранении и неразрушимости силы.

Понятие о тяготении для тех, кто признает закон Ньютона, но не идет далее по его пути, состоит в том, что материя притягивает материю с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния. Представьте себе массу материи (или частицу), например, солнце, и шар, подобный одной из планет, как наша земля, внезапно возникший или взятый из далекого пространства и помещенный, как земля, близ солнца; тогда появится тяготение, и мы говорим, что солнце притягивает землю, а земля в свою очередь притягивает солнце. Но если солнце притягивает землю, то эта сила притяжения или должна была возникнуть вследствие нахождения земли близ солнца или же она предсуществовала в солнце, когда земли еще не было. В первом случае, я думаю, крайне трудно себе представить, чтобы внезапное появление земли на расстоянии 95 миллионов миль от солнца, или хотя бы простое нахождение вблизи, могло без наличия предварительной физической связи вызвать в солнце силу, не существовавшую прежде. В отношении тяготения земля должна считаться первоначально столь же бездейственной, как и солнце, и не может иметь больше индуцирующей или действующей силы в отношении солнца, нежели солнце в отношении земли. Оба тела предполагаются в начале без силы; каким же образом эта сила может возникнуть от простого сближения их или сосуществования? Слишком трудно представить, чтобы тело без силы возбуждало силу в удаленном от него теле, но еще труднее, если не невозможно, принять эту концепцию, если вспомнить, что она включает в себе творение силы.

Сила может быть противопоставлена силе, отклонена, направлена частично или всецело, даже превращена в том же смысле, в каком мы это допускаем также для материи, исчезая в одной форме, чтобы появиться в другой, но она не может быть создана или уничтожена или скрыта, т. е. сделана существующей без действия или без эквивалентного действия. Сохранение силы представляет ныне идею, глубоко запечатленную в умах философски мыслящих людей, и я думаю, что все они признают невозможность творения или уничтожения силы наравне с творением или уничтожением материи. Но если представить себе солнце существующим изолированно в пространстве, не проявляющим силы тяготения вне его самого, и другой шар в таких же условиях и оба тела приближенными друг к другу и если допустить, что своим взаимным присутствием каждое заставляет другое действовать, то это значит, что мы признаем не только творение силы, но и двойное творение, так как оба тела предполагаются переходящими из первоначально инертного состояния в действующее. При взаимном удалении они по гипотезе переходят снова в бездейственное состояние, а это равносильно уничтожению силы. Легко понять, что действие солнца и земли, каких-нибудь двух или большего числа тел, взаимно и что, следовательно, изменение тяготения при всяком приближении или удалении тел продолжает тот же результат творения или уничтожения силы, что и в случае творения или уничтожения (последнее есть лишь полное удаление) одного или другого из действующих тел.

Таков, по моему мнению, должен быть вывод, если предположить, что притяжение земли солнцем возникает вследствие присутствия земли, а притяжение землей солнца – вследствие присутствия солнца. Если отвергнуть этот вывод, остается случай, когда сила или действующий источник силы предшествует в солнце (или в земле) до появления земли или солнца. Последнее воззрение, если согласовать его с сохранением силы, представляет, по моему мнению, один из трех возможных случаев: сила тяготения солнца, обращенная на землю, должна быть отнята в эквивалентной степени от некоторых других тел, и когда она отнята от земли (при исчезновении последней), она должна быть обращена на некоторые другие тела, или же она должна принять новую форму, перестав быть тяготением, и поглотить некоторую другую форму силы, становясь тяготением, или же она должна существовать всегда вокруг солнца в бесконечном пространстве. Первый случай не предполагается обычной гипотезой о тяготении и едва ли может считаться вероятным, ибо если бы это было верно, то едва ли возможно, чтобы результаты его не были замечены астрономами при исследовании движений планет в различных положениях относительно друг друга и солнца. Сверх того, тяготение не принадлежит к числу двойственных сил, для каковых до сих пор такие исчезновения наблюдались на опыте или предполагались. Второй случай или появление новой или другой формы силы также никогда никем не предполагался в связи с теорией тяготения. Я делал попытки опытным путем связать тяготение с электричеством, имея в виду эту цель (Phil. Transact., 1851, стр. I), но результаты были сплошь отрицательны. Это воззрение, если его принять на мгновение, предполагало бы, что не только солнце, но вся материя, в каком бы состоянии она ни была, получает добавочные силы, когда она лишается в некоторой степени тяготения, что частицы кометы в ее перигелии изменяют свой характер ввиду прекращения некоторой части своей молекулярной силы в увеличенное количество силы тяготения, которое они тогда проявляют, а в ее афелии эта добавочная сила тяготения обратно превращается в некоторый другой род молекулярной силы прежнего или нового характера, причем превращение всегда происходит в совершенно эквивалентной степени. Нельзя даже представить себе рассеяния облака пыли или его концентрации в камень, не предполагая нечто в том же роде, и я не думаю, чтобы кто-либо признал эту идею возможной. Остается третий случай, именно, что сила всегда существует вокруг солнца и в бесконечном пространстве, имеются ли там другие тела, на которые может действовать тяготение, или нет, и не только вокруг солнца, но и вокруг всех частиц материи. Этот случай постоянного необходимого условия для действия на расстоянии, когда по отношению к солнцу земля не находится на своем месте, и известного действия тяготения, как результата этого предварительного условия, когда земля находится на своем месте, я могу признать согласным с сохранением силы. Я думаю, что этот случай имел в виду Ньютон для тяготения, что в философском отношении он общепринят для света, теплоты и вообще лучистых явлений и (даже в более общем и широком смысле) он же навязывается нашему вниманию в особенно принудительной и поучительной форме явлениями электричества и магнетизма ввиду их зависимости от двойственных форм силы.

22 января 1855 г.