Снова трудности и снова идеализм
Выводы о том, что свет обладает и волновыми и корпускулярными свойствами, доказаны опытом.
И все-таки эти выводы плохо укладывались в сознании: ведь мы привыкли считать эти свойства взаимоисключающими, а выходит, что в одном и том же объекте они сосуществуют и не исключают друг друга. Это трудно понять. И эту гносеологическую трудность попытались использовать некоторые физики-идеалисты (Филипп Франк, Паскуаль Иордан и другие).
Все трудности, говорят они, происходят оттого, что думают, что свет есть нечто, существующее вне нас и независимо от нас. Разумные философы давно предупреждали, что вне нас ничего нет, что свет, электроны, протоны и т. п. существуют только в наших представлениях. Мы придумали их, чтобы было удобнее работать с математическими уравнениями. Многие физики не слушали разумных философов и говорили о свете, электронах и т. п. как об объектах. До поры до времени это заблуждение сходило им с рук, с явной нелепостью раньше они не встречались. А теперь встретились. Что же из этого получилось?
Рассматривая явление дифракции или интерференции, эти физики говорят: из этого опыта следует, что свет, существующий вне нас, обладает волновыми свойствами. А наблюдая фотоэффект, заключают: стало быть, свет, существующий вне нас, обладает не только свойствами волн, но и свойствами частиц. Вот и возникают трудности, потому что противоречивые, взаимоисключающие свойства приходится относить к одному и тому же объекту — свету. А надо рассуждать так, учат идеалисты-физики: нет света как объекта, существующего независимо от нас. Мы имеем дело лишь с показаниями приборов; в одних приборах мы действительно наблюдаем волновые явления, а в других — корпускулярные. Но это не страшно: ведь налицо два различных прибора (точнее: два различных класса приборов), два различных опыта. В одном же опыте взаимоисключающие свойства никогда вместе не встречаются. А то, что различные классы приборов дают показания, исходя из которых человек строит различные, взаимоисключающие представления — либо волновые, либо же корпускулярные, вполне допустимо. Не делайте вывода о необходимости относить эти наблюдения к одному объекту, и все будет благополучно.
Так рассуждают физики-идеалисты.
Итак, на вопрос о том, что такое свет, идеалисты отвечают: свет — это лишь наше представление, фантазия нашей мысли. Правда, эту фантазию мы строим не произвольно, а на основе показаний приборов (точнее, на основе наших чувственных восприятий показаний этих приборов), которые мы как-то комбинируем удобным для нас образом. Свет — не материя, а создание нашей мысли, не больше.
Мнение академика Вавилова
Академик Сергей Иванович Вавилов (1891—1951), выдающийся советский ученый, всю жизнь посвятивший исследованию свойств света, открывший немало его закономерностей, не согласился с утверждениями физиков-идеалистов, будто волновые и корпускулярные свойства света встречаются лишь в различных опытах (в показаниях разных приборов) и никогда не встречаются вместе в одном опыте. Напротив, утверждает С. И. Вавилов, природа не разъединяет, а соединяет эти свойства в одном опыте. В последнем прижизненном издании своей популярной книжки «Глаз и Солнце» он писал: «Весьма распространено мнение, что в опытах одного типа (например, в опыте с кольцами Ньютона) свет полностью ведет себя как волновое движение, а в опытах другого типа (например, выцветание окрашенной ткани) свет целиком проявляет себя как поток частиц. Это, однако, ошибочно. Если опыт Ньютона производить с чрезвычайно слабым светом, то при некоторых условиях есть возможность наблюдать систематические беспорядочные колебания яркости светлых колец, свидетельствующие о том, что энергия света и в этом типично волновом явлении сосредоточена в отдельных центрах — фотонах. С другой стороны, если освещать окрашенную ткань через узкие отверстия, то при выцветании обнаруживаются дифракционные явления».
Вавилов привел здесь, как видим, пример с уже известными нам кольцами Ньютона. Физика считала их типично волновыми явлениями; Вавилов же указывает, при каких условиях (чрезвычайно слабый свет) это типично волновое явление обнаруживает одновременно и свойства фотонов. В случае же сильного светового потока его корпускулярные (фотонные) свойства скрадываются, не отмечаются нами, хотя и существуют.
Таков же и второй пример Вавилова: сначала физики рассматривали процесс выцветания тканей как процесс, в котором проявляются только фотонные свойства света, а Вавилов показывает, при каких условиях можно наблюдать в том же процессе и волновые свойства («дифракционные явления»).
Марксистская философия и современная физика
В этой книжке показывалось, как физики неоднократно обсуждали вопрос: что такое свет — волны или частицы? О чем шел спор? Спор шел о физическом строении света. Физики же идеалисты вопрос о физическом строении света подменили вопросом философским: существует ли свет как нечто объективное, независимо от познающего человека? Они пытались разрешить известные трудности познания сложной природы света (также и вещества) путем отказа от признания существования вне нас объективного, материального мира.
Но ту истину, что свет существует вне нас, объективно, нельзя опровергнуть словесной акробатикой. Правильность нашего познания объективного мира проверяется практикой. Практика же людей доказывает, что мир, природа и свет, как ее часть, существуют объективно, независимо от нас, что наше познание правильно отражает свойства природы, ибо на основе наших знаний о природе мы способны сознательно изменять ее. Существование света вне человека доказывается тем, что на основе познания объективных свойств света создана мощная современная техника — радиотехника, рентгенотехника, светотехника и т. д.
Конечно, нам трудно представить себе, как может свет или поток микрочастиц одновременно обладать волновыми и корпускулярными свойствами. Но что означают слова «наглядно представить себе»? Не означают ли они, что мы волей-неволей стремимся создать механическую модель микрообъекта, которую в принципе можно построить в механической мастерской? Тогда заранее можно сказать, что создать такую модель нам не удастся, как не удалось физикам в XIX веке построить механическую модель светоносного эфира.
Моделью объекта (любого) или его образом является теория, в которой отражается поведение или закономерности объекта от его возникновения, развития до его преобразования в другой объект. Но конечно, не всякая надуманная теория, а теория, подтвержденная целеустремленной практической деятельностью человека.
Обобщая результаты всех экспериментов со светом или микрочастицами, физики стремятся создать теорию, которая объединяла бы в себе закономерности поведения объекта во всех частных случаях — как волновое его поведение, так и корпускулярное. Эта теория может быть очень сложной и абстрактной (не наглядной). Но тем не менее она может быть правильной моделью микрообъекта, если только ее подтверждает практика. Практика, подтверждающая выводы теории, — высший критерий того, что теория правильно отображает объект со всеми его «взаимоисключающими» свойствами.
В этом и состоит суть материалистической теории познания. В этом — ответ современного научного материализма на гносеологические вопросы, поставленные современной физикой.
Свет и атомы
Почему атомы светятся?
Свет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счете узнать, при каких условиях атомы излучают свет, и таким путем проникнуть в тайну строения атомов. Недаром Д. И. Менделеев говорил, что свет «обещает многое выяснить в области атомов и частиц».
В конце XIX века физикам казалось, что они знают, как образуется свет в атомах: в результате колебания электрических зарядов. Ведь именно так образуются радиоволны. Чтобы получить радиоволны, мы создаем электрические колебания, например, при искровом разряде. А ведь атомы тоже излучают электромагнитные волны, только частота (длина волны) этих волн не такая, как у радиоволн. Можно предположить, что и в атомах есть электрические заряды, и когда заряды колеблются, атомы испускают свет.
Физики, конечно, стремились убедиться в этом опытным путем. Идея опыта была очень проста. Она опирается на аналогию со звуком. Известно, что если зажать (укоротить) звучащую струну, она изменит характер колебания и благодаря этому изменит тон, т. е. частоту колебаний. Этот прием применяется при игре на струнных инструментах.
Возникает вопрос: а что, если повлиять на характер движения зарядов в атоме? Если и в самом деле свет есть результат движения зарядов, то это должно сказаться на частоте излучаемого света.
Эффект Зеемана
Повлиять на характер движения зарядов в атоме — дело вполне возможное. Для этого нужно поместить излучающее вещество между полюсами очень сильного магнита. Между полюсами магнита создается очень сильное магнитное поле. Оно подействует на заряды, движущиеся внутри атомов, и изменит характер их движения. Тогда надо наблюдать, что делается с линиями спектра, который испускается данным веществом. Это был трудный опыт. Он дал определенный результат лишь тогда, когда физики научились создавать сильные магнитные поля и стали применять дифракционные решетки, широко разбрасывающие спектр лучей.
Рис. 34. Расщепление одной из линий цинка на три под влиянием сильного магнитного поля
Опыт показал, что магнитное поле действительно изменяет излучение: каждая линия в спектре под действием сильного магнитного поля расщепляется при одних условиях на две, при других — на три линии (рис. 34). По имени немецкого ученого, открывшего это явление, оно было названо