М.В. Терентьев
ИСТОРИЯ ЭФИРА
Об авторе и книге
Истории возникновения и развития физических идей посвящено немало книг, в том числе и очень хороших. Неудивительно поэтому, что целесообразность издания этой книги отнюдь не всем казалась очевидной. Стоило, однако, скептику познакомиться с рукописью, и сомнения исчезали.
В чем же достоинство этой книги? В первую очередь, на мой взгляд, в том, что о большинстве героев автор пишет, как о живых людях, с симпатией и любовью. Откройте главу о великом Максвелле, восхищение которым автор и не пытается скрыть. Или главу о Ньютоне, физике, разумеется, не менее великом, но человеке гораздо более противоречивом; о Ньютоне, далеко опередившем в своих прозрениях и сомнениях не только современников, но и несколько поколений последователей.
Ничуть не менее интересны размышления автора о физических гипотезах и теориях. Его выводы всегда свежи и оригинальны. Впрочем, не скрою, с некоторыми утверждениями мне хотелось бы поспорить. Но спору этому уже никогда не бывать.
Автор книги, замечательный физик-теоретик Михаил Васильевич Терентьев скончался 26 сентября 1996 года. Он был удивительным человеком: умным, добрым, благородным. В минуту последнего прощания его назвали совестью теоретического отдела Института теоретической и экспериментальной физики. Михаил Васильевич — Миша — проработал там всю жизнь, придя в ИТЭФ сразу после окончания Московского инженерно-физического института.
Михаил Васильевич Терентьев (1935–1996)Миши не стало. Но память о нем осталась в сердцах родных и друзей. Пока мы живы, он живет вместе с нами. Остались его работы по физике элементарных частиц, многие из которых стали классическими. Остался построенный его руками дом в Подмосковье. Осталась прекрасная книга, которая сейчас перед вами.
Книга эта не окончена. И не только смерть автора тому причиной. В разгар работы над книгой, когда Мише уже было за пятьдесят, он с огромным увлечением переключился на занятия супергравитацией, одним из самых передовых (и самых трудных!) направлений в современной теории элементарных частиц. А ведь обычно в таком возрасте теоретик если и продолжает активно работать, то ограничивается возделыванием участка, давно им освоенного. И в супергравитации Миша получил важные результаты.
Думаю, однако, что подари ему судьба еще несколько лет жизни, Миша вернулся бы к книге. Он рассказал бы в ней о Герце и Лоренце, об Эйнштейне и Минковском. И, конечно, о поразительном развитии представлений о физическом вакууме в современной квантовой теории поля. Но эти главы уже никогда не будут написаны. Поистине, нам дано трудиться, но не дано завершать труды наши.
И. Б. Хриплович
Новосибирск, 1999
От издателя
«Выбор названия книги требует разъяснений». Так начинает Михаил Васильевич Терентьев свою книгу, имея в виду, что в ее название входит слово «вакуум». Однако, книга вышла под другим названием, так что необходимы дополнительные разъяснения.
Дело в том, что работа Михаила Васильевича над этой книгой растянулась на многие годы. За это время название книги менялось несколько раз. И неудивительно, что в статьях, посвященных памяти М. В. Терентьева, эту книгу, принадлежащую по общему мнению «к лучшим образцам научно-художественной литературы», называют по-разному: «История вакуума» — в Сибирском физическом журнале (1997, № 1), «Теория пустоты» — в Успехах физических наук (1997, т. 167 № 7). Еще одно название — «История эфира» — указывает и сам автор (см. с. 7), считая его правильным для начала XX века, до создания теории относительности. Именно это название и выбрал издательский совет, принимая во внимание, что работа автора над книгой осталась незавершенной, и описание истории физического вакуума остановилось задолго до конца XIX века. Надеемся, читатель примет к сведению наши разъяснения, приступая к чтению этой замечательной книги.
В. Б. Филиппов
Москва, 1999
Предисловие
Вакуум, пустое пространство, в частном случае ограниченный объем, из которого устранена материл. Физически условие полного отсутствия материи никогда не может быть реализовано, даже самый совершенный вакуум содержит газ или пар в состоянии большого разрежения…
Британская Энциклопедия, 1958
Выбор названия книги требует разъяснений. В ней рассказывается об эволюции представлений о том, что такое «физический вакуум» в терминологии, принятой сейчас в теоретической физике. Но книга рассчитана на более широкую аудиторию, не только физиков-теоретиков, которые сами по себе представляют небольшое сообщество. Даже среди них лишь малая часть, а именно специалисты в области квантовой теории поля и физики элементарных частиц, действительно занимаются проблемами, имеющими отношение к современному содержанию термина «вакуум».
Определение во втором издании БСЭ[1] гласит: «Вакуум — состояние разреженного газа, заключенного в сосуд». И дальше следует описание различных вакуумных аппаратов. Бели читатель обратится к Словарю иностранных слов (см. издание 5-е, М., 1955), то найдет там ту же фразу и краткое добавление: «Вакуум создается с помощью насоса. В. применяется в электролампах, электронных приборах, химической, пищевой и др. отраслях промышленности».
Становится понятной необходимость разъяснений Чаще употребляется слово «вакуум» в техническом смысле, и выбранное название книги у многих должно вызвать неправильные ассоциации. На самом деле в ней нет ни малейшего упоминания о насосах, электролампах и применениях в промышленности. Но что делать, если по историческим причинам в современной теоретической физике область пространства, где нет ни полей, ни вещества, тоже называется «вакуум», хотя смысл этого понятия не такой, как в Словаре иностранных слов[2].
О чем же все-таки пойдет речь? В физике вообще трудно давать строгие определения терминов. В частности, понятие физического вакуума окажется разным в зависимости от глубины и точности, с которой подходят к его изучению. Для первой ориентировки читатель может считать, что узнает что-то новое о вакууме с точки зрения Британской Энциклопедии. Приведенное в эпиграфе общедоступное определение является лучшим из всех, которые удалось найти.
Бели бы эта книжка писалась в начале века, до создания теории относительности, то ее правильное название, без сомнений, должно было быть: «История эфира. Эфир — греческое слово (αιθηρ), первоначальный смысл которого — голубое небо, чистая и прозрачная атмосфера. Оно используется 2000 лет для обозначения самой тонкой, неосязаемой материи. Я не пытался выяснить, кто из древних греков впервые употребил его в таком контексте. У Гомера мы встречаем эфир как оплодотворяющее землю небо, у орфиков эфиру придается мистический смысл мировой души. В поэме Лукреция «О природе вещей» читаем:
… Кроме того, коль всему, что от старости в ветхость приходит,Время приносит конец, материю всю истребляя,Как и откуда тогда возрождает Венера животных…Как и откуда ключи и текущие издали рекиПолнят моря? И откуда эфир питает созвездья?
У Лукреция эфир — вечная материя, образующая звезды и состоящая из особенно тонких и подвижных атомов, из которых, в частности, устроены звезды.
Слово «эфир» прожило богатую и полную приключений жизнь. С XVII века, в основном благодаря Декарту, оно употребляется уже не в метафизическом контексте, а для обозначения конкретной среды, свойства которой можно изучать физическими методами. Сейчас оно практически полностью истреблено в научной литературе. Концепция эфира к началу нашего века сделалась чрезвычайно искусственной, трудной и противоречивой. Она была столь сильным источником мучений для многих выдающихся физиков на протяжении последних 300 лет, что освобождение от нее явилось истинной революцией в сознании. Но если не связывать эфир с конкретными механическими представлениями, что в прошлом всегда приводило к большим трудностям, а обозначать этим словом, чисто формально, среду, где распространяются и взаимодействуют элементарные частицы и электромагнитные волны, то физический вакуум и эфир обозначают одну и ту же сущность. Поэтому дальше в тексте эфир будет употребляться на равных со словами вакуум и пустота.
Зачем нужно такое возвращение к отжившему термину? По единственной причине: чтобы в процессе рассказа не утерялась «связь времен». Эфир испытывал столько превращений на протяжении долгой истории и выдерживал столь тяжелые перегрузки, что можно надеяться, что он с легкостью выдержит еще одну. Теперь уже можно сказать без всякой натяжки, что в этой книге рассказывается об истории эфира и о том, как он выглядит в представлении современного физика-теоретика.
