Основні рівняння електродинаміки спочиваючих тіл Герца

У роботі “Основні рівняння електродинаміки спочиваючих тіл” Герц додав навчанню Максвелла архітектонічну закінченість. У наступній роботі, що ставиться до основних рівнянь електродинаміки тіл, що рухаються, він пішов далі Максвелла. Він зробив перші кроки по шляху, що веде до теорії відносності. Особливо ретельно займався Герц основами механіки. Результати його занять з’явилися під заголовком “Принципи механіки, викладені в новому зв’язку”. Популярність одержало в першу чергу теоретико-пізнавальне введення, ще й сьогодні зберігає своя цінність. Ця робота, що свідчить про блискучі й природжені здатності Герца як фізика-теоретика, була плодом відокремлених міркувань, стимульованих працями Гельмгольца, Маху, Дж.Дж. Томсона й інших дослідників. “Загалом, я дуже вдячний прекрасній книзі про розвиток механіки Маху”, – говориться в передмові. У правомірності своїх нових формулювань і узагальнень механічних законів Герц був не зовсім упевнений

“Все-таки важко позбутися від деякої боязкості, – говорив він у листі від 19 листопада 1893 року, – коли приступаєш до справи, що ніколи не обговорювалося жодним людиною”. Гельмгольц, що назвав добуток Герца “останнім пам’ятником його земної діяльності”, помітив у своєму введенні: “Звичайно, прагнення дати пояснення для окремих розділів фізики виходячи з розвинених Герцом основних положень зустрінеться з більшими труднощами, але в цілому книга Герца про основні закони механіки повинна найвищою мірою зацікавити кожного читача, якому може доставити насолода послідовна система динаміки, представлена в доконаному й дотепному математичному викладі. Можливо, у майбутньому ця книга придбає більше високу евристичну цінність як навчальне керівництво до відкриття нового загального характеру сил природи”. Самим чудовим у запропонованому Герцом новому порядку механічних законів природи, властиво, зерном його задуму, була спроба здійснити програму побудови механіки без поняття сили. Поняття “сила” здавалося Герцу пережитком донаучних подань

Він зробив спробу показати, що при описі природних процесів досить понять часу, простори й маси, щоб виразити те, що піддається спостереженню. “Важко заперечувати, – писав він, – що в дуже багатьох випадках сили, які наша механіка приводить для тлумачення фізичних питань, працюють вхолосту за межами дійсності скрізь, де справа стосується зображення дійсних фактів”. Герц запропонував розглядати фізичні сили як дія жорстко зв’язаних мас. Тоді сила з’явилася б не більш, ніж “математичною, допоміжною конструкцією, властивості якої повністю в нашій владі і яка, таким чином, не може таїти в собі нічого загадкового”. Свій емпіричний закон – брати до уваги лише фактично спостережуване – він, властиво, обмежив тим, що поряд з видимими масами ввів у гру “сховані маси”.

Сміливий, але не позбавлений протиріч праця Герца “Механіка без сил” не знайшов послідовників серед його колег. Больцман у своїй доповіді на конференції натуралістів у Мюнхені в 1899 році назвав механікові Герца “програмою для віддаленого майбутнього” і додав, що досить часто чув похвали “Механіці” Герца, але не бачив ще нікого, хто пішов би по шляху, зазначеному Герцом. У тім же дусі як “фізикові майбутнього” оцінив в 1910 році принципи механіки Герца й Планк. Накидана Герцом програма нової механіки була вираженням внутрішнього розладу, що повинен був випробовувати настільки глибоко мислячий фізик, виявивши тріщини у фундаменті своєї науки. Вона була передвісницею кризи, що разразились у фізику через кілька років. Вона була буревісником перевороту у фізику. Герц сам ще не міг указати вихід із труднощів, що позначилися. Але його геніальна інтуїція підказала йому, що годинники класичної фізики полічені. Більшість сучасних йому фізиків мали власні спонукальні причини не визнавати речення Герца

Характерно, що його останній асистент і найближчий співробітник Пилип Ленард, згодом затятий антисеміт і фанатичний прихильник Гітлера, після 1933 року висловив безглузде припущення, що в підручнику механіки як би прорвався “сильний єврейський дух”, що у ранніх роботах Герца “залишався більше схованим”. Герц прагнув усунути із природознавства всі “неправомірні питання” і “мнимі докази”. Він кваліфікував питання про “сутність сили”, “сутності електрики” як “неясні”. У цьому він солідаризувався з Кирхгофом, що обмежував завдання механіки найбільш простим і повним описом спостережуваних явищ. У дусі цієї “феноменологической” фізики Герців розв’язав питання про сутність теорії Максвелла знаменитим положенням: “Максвелловская теорія є система максвелловских рівнянь”. Вимога Герца, щоб наші подання про природні явища були прост, доцільними й ощадливими, нагадує висунутий Махом принцип “економії мислення”. Але в іншому Герц аж ніяк не був махістом. Ленін писав в “Матеріалізмі й емпіріокритицизмі”, що “філософське введення Г. Герца до його “Механіки” показує звичайну точку зору натураліста, наляканого професорським виттям проти “метафізики” матеріалізму, але ніяк не здатного перебороти стихійного переконання в реальності зовнішнього миру”. У дійсності Герців, незважаючи на свою схильність до апріорізму Канта й свою подяку Маху, твердо стояв на ґрунті естественнонаучного матеріалізму. У дусі матеріалістичної теорії пізнання він затверджував, що фізика “відбиває” речі й залежності за допомогою своїх особливих засобів. Правильність відбиття визначається “силою речей”; вона не підлягає “нашій сваволі”. Це чисто матеріалістичний погляд. Герц, властиво, залишився в границях механістичного матеріалізму

Першим серед фізиків в 70-е роки проти механістичного погляду на природу виступив ернст Мах. Цей погляд, за його словами, був історично виправданої, але в цілому штучною гіпотезою, яку варто перебороти, тому що вона заважає прогресу природознавства. При цьому Мах разом з водою виплеснув і дитини: разом з механістичним матеріалізмом він відкинув матеріалізм взагалі. Це була фатальна помилка. Приблизно в цей же час Фрідріх енгельс спростував механістичне сприйняття природи, оцінивши його з погляду діалектичного матеріалізму як однобічне й недостатнє. В “Діалектику природи” енгельс жагуче виступав проти “прагнення звести все до механічного руху”. Подібна оцінка механіцизму була далекої Герцу. У передмові до “Принципів механіки” він писав: “Усе фізики згодні з тим, що завдання фізики полягає в приведенні явищ природи до простих законів механіки”. Це однозначне визнання механістичної картини природи свідчить про те, що Герц – як і Максвелл – ще строго тримався механіки як загальна основа фізичної науки, незважаючи на те що результати його досліджень підривали довіру до механіки як останній і остаточній підставі фізики. У всякому разі, механістичний матеріалізм Герца не застиг у той догматичний механіцизм, що панував до кінця XIX століття в мисленні більшості натуралістів на шкоду науці

Герц зберігав стосовно нього скептично-критичну позицію. Зі своїми творчими сумнівами він виступає в “Принципах механіки” майже побратимом за духом великого критичного мислителя Декарта, до ідеальної картини механіки якого сходили його подання. Такий обережний і самокритичний дослідник, як Герц, що ніколи не утомлювався знову й знову перевіряти свої експериментальні спостереження й уточнювати їхні результати, повинен був противитися будь-якій спробі представити наукові думки неколебимими. “Що виникло з досвіду, може бути досвідом же й знищене”, – так говорить один з його девізів. Серед публікацій боннського періоду варто назвати збори експериментальних робіт, що з’явилося в 1892 році під заголовком “Дослідження про поширення електричної сили”. Це добуток особливо коштовний тим, що Герц докладно описує в ньому, як він прийшов до своїх результатів. За словами Гельмгольца, ми володіємо “деякими подібними документами внутрішньої психологічної історії науки, і ми повинні бути виконані найбільшої подяки авторові за те, що він дозволив нам так глибоко заглянути в лабораторію своєї думки й навіть в історію своїх помилок”. У цьому Герц різко протилежний таким фізикам-експериментаторам, як Рентген, що умолчали про історію свого знаменитого відкриття, або таким теоретикам, як Планк, що ніколи не згадував про метод, за допомогою якого він знайшов значення своїх квантових формул, не говорячи вже про великого математика Гауссе: його сучасники затверджували, що він робить шляхи, якими приходить до своїх результатів, настільки ж неясними, як лисиця, що заметає хвостом свій слід на піску. Як фізик-експериментатор Герц працював у Бонні головним чином над питаннями, пов’язаними із проходженням катодних променів через тонкі металеві пластинки. В 1892 році він опублікував фундаментальну статтю “Про проходження катодних променів через тонкі шари металу”. Тут Герц продовжив дослідження, які десять років тому починав у Берліні під впливом робіт Крукса й Гольд-Штейну

Справа головним чином було в тім, щоб вирішити, чи несуть катодні промені електричні заряди, тобто корпускулярни чи вони, або ж мають хвильову природу, як світло. Герц відмінювався до другого погляду – із застереженням, що при катодних випромінюваннях мова йде, цілком ймовірно, про поздовжні хвилі у світловому ефірі: припущення, згодом оказавшееся помилковим. У цих досвідах Герців іноді – звичайно він експериментував один – вдавався до допомоги свого асистента Пилипа Ленарда, що успішно продовжив його досвіди. Через тонку алюмінієву фольгу, називану “вікном Ленарда”, він випускав катодні промені з вакуумної трубки на “волю”. Тепер він міг поза приладом досліджувати їх ближче за допомогою світлової ширми й фотопластинки. При цьому він прийшов до важливого відкриття, що атоми не можуть бути непроникними кульками, як їх представляли дотепер, але що їхня маса повинна бути зібрана в крихітній частці простору, займаної атомом. Це подання лягло в основу резерфордовской моделі атома. Ленард за свої коштовні експериментальні дослідження був в 1905 році другим з німецьких фізиків – після Рентгена – визнаний гідним Нобелівської премії. Герцу не довелося стати свідком наукових успіхів свого співробітника. Але він уник також долі стати свідком падіння Ленарда: його огидних наклепницьких випадів проти Рентгена я ейнштейна, його перейнятої шовінізмом “Німецької фізики” і всіх його фашистських бешкетувань

Останні роки життя великого фізика були затьмарені хворобою, що, як уважали, почалася зі звичайного флюсу. Нескінченні операції приносили лише тимчасове полегшення й давали можливість Герцу продовжувати педагогічну діяльність – хоча й із працею, – але не вели до видужання. На початку грудня 1893 року він змушений був відмовитися від лекцій. У день приходу нового 1894 року смерть позбавила дослідника, якому йшов лише 37-й рік, від нестерпних страждань, боротися з якими тоді медицина не вміла. Заплановані й підготовлені Герцом експерименти з іскрами, під час яких він хотів застосувати струми високої напруги, небезпечні для життя, залишилися нездійсненими. Підготовка до печатки “Принципів механіки”, над мовою якої він працював до останнього дня, була закінчена Ленардом. Гельмгольц віддав належне праці свого найбільшого учня в передмові. Це була остання дружня послуга, що він міг зробити йому і його пам’яті, перш ніж – декількома місяцями пізніше – обірвалося і його життя: у той чорний 1894 рік фізична наука в Німеччині втратила Герца, Кундта й Гельмгольца. Герц займався академічним викладанням лише одне десятиліття. Він умер занадто рано, як Сади Карно, засновник термодинаміки, як Френель і Фраунгофер, які внесли настільки значний внесок в оптику. Він умер молодим, подібно многим великим представникам музики, образотворчого мистецтва й літератури: Моцарту й Шуберту, Рафаелю й Ван Гогу, Клейсту й Георгу Бюхнеру. У передчутті своєї ранньої смерті, 9 грудня 1893 року, Герц писав своїм батькам: “Якщо із мною дійсно що-небудь трапиться, Ви не повинні засмучуватися, але Ви повинні небагато пишатися й думати, що я належу до тих вибраним, які живуть мало й все-таки досить. Цієї долі я не хотів і не вибирав, але, раз вона мене знайшла, я повинен бути задоволений”. Про характер цього неповторного дослідника Гельмгольц сказав: “Генріх Герц забезпечив собі своїми відкриттями довгу славу внауке.

Але пам’ять про нього буде жити не тільки завдяки його роботам, але й завдяки його особистим достоїнствам: його постійної скромності, радісної готовності визнати чужі заслуги, незмінної подяки, що він зберіг стосовно своїх учителів. Все це залишиться незабутнім для тих, хто його знав. Він сам жадав тільки істини, який він випливав з найвищою серйозністю й з повною віддачею сил. Ніколи не було в його душі й тіні марнославства або особистого інтересу. Навіть там, де він мав безперечне право скористатися відкриттями, він був схильний мовчачи відійти убік”. Друковані праці Герца й відомими документи, що стали, повідомляють мало про його суспільні погляди й політичну позицію. Якщо він, будучи студентом у Берліні, захоплювався “мужністю” старого кайзера, що у відкритому екіпажі їхала з Мольтке серед “частиною досить що сумнівно виглядала маси”, або, уже в часи свого ассистентства, радувався видачі офіцерського патенту, то це було зайвим підтвердженням того, що й так очевидно: син багатого гамбурзького сенатора розділяв соціальні й “національні” забобони свого класу й не був супротивником прусского мілітаризму й партійним соратником Бебеля. Не можна затверджувати, що такі погляди були єдино можливими. Так молодий (він був на три роки моложе Герца) фізик-експериментатор Лео Ароне, що викладав у Берлінському університеті як приват-доцент, поки прусское уряд не позбавив його права на викладання через його політичні переконання й діяльність у рядах марксистського робочого руху, являє приклад того, що представник точних наук, що відбуває із середовища великої буржуазії, може бути “червоним”. Але це було виключення

Епоха, коли фізики стали уважно прислухатися до громадського життя й політики й повинні були сприяти справі прогресу, якщо вони хотіли залишатися вірними гуманістичним прагненням своєї науки, наступила пізніше. Першовідкривач електричних хвиль не випробовував ще необхідності ділити свій час “між політикою й рівняннями”, як це робив творець теорії відносності. Але й у випадку, якби Герцу довелося пережити події, свідком яких став ейнштейн, можна сумніватися, з огляду на його походження й виховання, у можливості різкого полівіння його поглядів. Більшим нещастям для науки було те, що Герц, дорівнює геніальний і щасливий як теоретик найвищої логічної ясності і як скрупульозний і спостережливий експериментатор, не зміг прийняти участі в її подальшому розвитку. Не підлягає сумніву, що цей учений, що щасливо з’єднав у собі достоїнства теоретика й експериментатора, цей глибоко творчий мислитель, що, за словами Гельмгольца, “з’єднував у собі все, що потрібно для дозволу сложнейших проблем науки”, вніс би значний внесок у створення квантової теорії й теорії відносності. Багато чого з того, що згодом придбало фундаментальне значення, закладено вже в роботах Герца. Але й те, що він встиг зробити, принесло йому неминущу наукову славу. Відкриття електричних хвиль привело до розвитку бездротового телеграфу, що створений на основі експериментів Герца. Радіомовлення, телебачення й радарна техніка невіддільні від результатів його експериментів. Його ім’я одержало всесвітню популярність, зберігшись у назві фізичної одиниці виміру. Методи, за допомогою яких Герц здійснював свої оптичні досвіди з електромагнітними хвилями, допомогли більш ніж через півстоліття створити радіоастрономію, що відкрила нове століття астрономічних досліджень

Гігантські радіотелескопи, що допомагають сьогодні прокласти мости через багато мільярдів світлового років, побудовані за принципом параболічного дзеркала, яким Герц користувався в 1888 році у своїй маленькій лабораторії в Карлсруе. Фотоелектричний ефект, що він спостерігав і описав в 1886 році під час своїх досвідів з іскрами, придбав пізніше величезне теоретичне й практичне значення. Його роботи з катодними променями – про природу яких він не зміг скласти вірного подання – привели надалі настільки безпосередньо до проблеми фізики атома, що вже тому ми можемо привітати Герца як одного з першопрохідників атомного століття. Він не належав до тих натуралістам, які затверджують результати своїх досліджень у драматично напруженій боротьбі з відсталими поглядами або із протилежними науковими думками, подібно Юстусу Либиху, ернсту Геккелю або Вільгельмові Оствальду. Це були вчені-сперечальники, блискучі полемісти, що нападали на своїх супротивників без оглядки й не зупинялися перед окремими неточностями. Герц, зразок особистої скромності, шукав можливість забезпечити перемогу своїх наукових ідей і досягнень винятково емпіричними засобами переконання своїх супротивників: правдою фактів. Про нього по праву можна сказати, що його стилем було проводити свої наукові погляди й плани не в боротьбі, а шляхом пояснення. Очевидно, це не єдиний шлях і не завжди найбільш легкий

Але безсумнівно, герцевский стиль розумової діяльності, що згодом особливо яскраво повторився в Нильса Бору , має більше й основне значення. І із цього погляду примітні слова, якими Макс Планк закінчили своє мовлення, присвячену пам’яті Генріха Герца, на засіданні Берлінського фізичного суспільства 16 лютого 1894 року: “Тепер наука буде рухатися вперед без нього: те, що він, можливо, міг би ще відкрити, рано або пізно – у цьому немає сумніву – відкриють інші. Але ніхто із працюючих у його області не зможе уникнути його впливу. Тисячекратно, як плоди його зусиль, будуть розвиватися на сприятливому ґрунті, даючи життя новим прагненням, ті паростки, які він заклав у своїх працях”

(function(){