Структура и основные положения теоретической физики
19
тела, исходили из умозрительной схемы и поэтому вообще не имели никакого отношения к классической физике, хотя именно эти работы послужили началом сомнений в ее справедливости. Это видно из следующего:
авторы рассматривали некоторый объем, занятый излучением, фактически искали число собственных колебаний сплошной среды, изолированной от вещества;
авторы выделили электромагнитные колебания из всех взаимодействий, совершаемых в полости твердого тела. Это не могло по своей физической сути привести к правильным результатам. В данном случае рассматривалось всего лишь следствие (излучение), оторванное от своей причины (нагреваемого тела);
для подсчета энергии в сплошной среде Рэлей и Джинс неоправданно использовали «закон» равномерного распределения энергии по степеням свободы. Известно, однако, что этот «закон», давая более или менее приемлемые результаты для одноатомных газов, ни в каких других случаях себя не оправдывает. Таким образом, расчеты Рэлея и Джинса основываются на слишком грубой модели, не учитывающей существенных для рассматриваемого случая обстоятельств.
Следует отметить, что ничего необычного и, тем более, катастрофического не произошло: просто несовпадение результатов расчетов с опытными данными надо было трактовать не как кризис в физике, а всего лишь как неполноту принятой модели, как неполноту учета всех существенных факторов.
Более поздние расчеты излучения черного тела, выполненные в 1896 г. немецким физиком Вином, уже основывались на более близких данных, но и он сделал некоторые допущения, оказавшимися слишком грубыми: Вии считал частицы газа идеальными. Если бы им рассматривался реальный газ, то его расчет оказался бы ближе к реальной кривой излучения, поскольку в реальном газе должно возникать больше низкочастотных излучений по сравнению с идеальным газом, поэтому в области длинноволновых излучений кривая Вина стала бы ближе к реальной, чем это следовало из его расчетов.
Как известно, проблему излучения черного тела решил немецкий физик-теоретик М.Планк, который ввел дискретность действия, что, по мнению физиков, означало совершенно новый подход к проблеме. Однако это не совсем точно. И Планк, и Вин в своих расчетах
20
Глава 1.
рассматривали излучение осцилляторов, под которыми они понимали возбужденные молекулы. Эти молекулы при колебаниях должны были посылать волны излучения, которые по физической природе являются дискретными. Поэтому Планк сделал не «принципиально новый шаг», а всего лишь учел фактор, которыми предыдущими исследователями упускался из виду, - дискретность излучения возбужденных молекул. Учет этого фактора позволил точнее отразить явление излучения черного тела, и уже в пределах допустимых погрешностей были получены удовлетворительные результаты по совпадению расчетных и опытных данных.
Спрашивается, ну, а теперь, после ввода Планком дискретности излучения, все, наконец учтено? Конечно, нет. Если бы была возможность непрерывно уточнять опытные данные, то неизбежно обнаружилось бы, что и кривая Планка имеет расхождение с полученными экспериментальными результатами. Пришлось бы тогда искать новые неучтенные факторы, например, различия в строении молекул черного тела и заполняющего его полость газа, учитывать факт наличия отверстия в полости тела, влияние окружающей среды, других тел и т. д.
Таким образом, методологическая ошибка физиков-теоретиков в рассмотренных случаях заключалась в том, что они идеализировали свои модели, которые на самом деле, как и всякие модели, являлись приближенными.
Второй существенной ошибкой всех тех, кто полагал, что новые открытия типа рентгеновского излучения или радиоактивности требовали пересмотра основ классической физики, был не учет иерархической организации материи вглубь, отождествление всей материи с конкретными ее формами, освоенными тогдашней наукой.
Открытие существования в природе радиоактивности показало, что, хотя вещества и состоят из молекул, а молекулы из атомов, которые считались неделимыми, атомы оказались делимыми, они не являются простейшими, а являются сложными образованиями, и с этим нужно разбираться, в первую очередь, на физическом, а не на математическом уровне. Собственно, это и произошло, когда Дж.Дж.Томсон выдвинул свою модель атома в виде положительно заряженной сферы с вкрапленными в нее отрицательно заряженными электронами.
Открытие рентгеновского излучения, так же как и открытие до этого электрического и магнитного полей, взаимодействующих с
