Избранные научные труды. Том 2

Быть может, наибольших успехов механика достигла в области астрономии, но и механическая теория тепла также дала интересные применения в течение последнего столетия. Кинетическая теория газов, основы которой были заложены Клаузиусом и Максвеллом, объясняет свойства газов главным образом как результат механического взаимодействия между атомами и молекулами, движущимися во всевозможных направлениях. Напомним прежде всего то толкование обоих начал термодинамики, которое даёт эта теория. В то время как первое начало есть непосредственный результат механического закона сохранения энергии, второе начало, закон энтропии, может быть выведено согласно Больцману на основании статистических свойств большого числа механических систем. Интересно отметить по этому поводу, что статистические соображения привели к объяснению не только средних свойств атомов, но и флуктуаций, а изучение этих последних, в частности броуновского движения, неожиданно дало возможность произвести подсчёт числа атомов. Неотъемлемым инструментом систематического развития статистической механики явилась математическая теория канонических систем дифференциальных уравнений, столь многим обязанная Гиббсу.

Развитие теории электромагнетизма во второй половине прошлого столетия, последовавшее за открытиями Эрстеда и Фарадея, привело к глубокому обобщению механических понятий. Хотя, например, механические модели играли существенную роль в создании электродинамики Максвелла, впоследствии удалось достичь значительных успехов благодаря тому, что, наоборот, механические представления были выведены из теории электромагнитного поля. В этой теории законы сохранения энергии и количества движения основаны на том, что энергия и количество движения считаются распределёнными в пространстве, окружающем тела. В частности, таким путём может быть дано объяснение явлений излучения.

Теория электромагнитного поля непосредственно привела к открытию электромагнитных волн, которое сыграло столь важную роль в электротехнике. Далее, электромагнитная теория света, основанная Максвеллом, позволила дать глубокое обоснование волновой теории света, восходящей ещё к Гюйгенсу. С помощью атомных теорий было получено общее описание излучения света и тех явлений, которые происходят при прохождении света через вещество. Для этого было сделано допущение, что атомы состоят из электрически заряженных частиц, которые могут совершать колебания около положения равновесия.

Свободные колебания частиц являются причиной испускания излучения, состав которого мы наблюдаем в атомных спектрах элементов. Кроме того, частицы могут совершать вынужденные колебания под влиянием световых волн и становятся таким образом центрами вторичных волн, которые интерферируют с первичными волнами и вызывают известные явления отражения и преломления света. Если частота колебаний падающих волн приближается к частоте одного из свободных колебаний атома, то это вызывает явление резонанса, при котором частицы приходят в состояние особенно сильных колебаний. Таким образом было получено простое объяснение явлений резонансного излучения и аномальной дисперсии для света, частота которого близка к частоте одной из спектральных линий.

Подобно кинетической теории газов истолкование оптических явлений на основе электромагнетизма не ограничивается изучением среднего действия большого числа атомов. Так, например, при рассеянии света беспорядочное расположение атомов обусловливает такое влияние отдельных атомов, которое даст возможность подсчитать их число. Действительно, Рэлею удалось по интенсивности рассеянного голубого света неба определить число атомов в атмосфере; при этом полученные им результаты находятся в удовлетворительном согласии с подсчётом числа атомов, произведённым Перреном при изучении броуновского движения.

Рациональное математическое изложение электромагнитной теории основано на применении векторного анализа или, в более общем виде, тензорного анализа многомерных многообразий. Этот анализ, основы которого заложил Риман, дал Эйнштейну средство для формулировки теории относительности, которая вводит понятия, выходящие за пределы галилеевой кинематики, и может считаться естественным обобщением классических теорий.

ТЕОРИЯ КВАНТОВ