Wartość nauki/Nauki fizyczne/Historya fizyki matematycznej
| <<< Dane tekstu >>> | |
| Autor | |
| Tytuł | Wartość nauki |
| Część | Nauki fizyczne |
| Rozdział | Historya fizyki matematycznej |
| Redaktor | Ludwik Silberstein |
| Wydawca | G. Centnerszwer i Ska. |
| Data wyd. | 1908 |
| Druk | Drukarnia Narodowa w Krakowie |
| Miejsce wyd. | Warszawa |
| Tłumacz | Ludwik Silberstein |
| Źródło | Skany na Commons |
| Inne | Cały tekst |
| Indeks stron | |
Przeszłość i przyszłość fizyki. — Jaki jest stan obecny fizyki matematycznej? Jakie są jej zagadnienia? Jaką przyszłość ma przed sobą? Czy kierunek jej ma się obecnie ku zmianie? Czy cel i metody tej nauki przedstawiać się będą bezpośrednim następcom naszym za lat dziesięć w tem samem świetle, co nam obecnie, czy też przeciwnie będziemy świadkami gruntownej przemiany? Oto są pytania, które przy rozpoczęciu naszego badania zadać sobie musimy.
Jeżeli jednak łatwo jest je postawić, trudno natomiast na nie odpowiedzieć. Gdybyśmy nawet czuli w sobie chęć zaryzykowania jakiegoś prognostyku, oparlibyśmy się łatwo tej pokusie, pomnąc na wszystkie głupstwa, które wypowiedzieliby najwybitniejsi nawet uczeni z przed stu laty, gdyby ich zapytano, jaką będzie nauka XIX-go stulecia. Uważaliby się oni za śmiałych w swych przepowiedniach, lecz nam obecnie jakże wydaliby się bojaźliwi! Niechaj więc czytelnik nie spodziewa się po mnie żadnego proroctwa.
Jeżeli jednak, jak każdy ostrożny lekarz, wzdragam się przed postawieniem prognozy, nie mogę przecież powstrzymać się od małej diagnozy; otóż, istotnie, nie brak pewnych wskazówek, po których możnaby się spodziewać poważnego przesilenia; zdaje się, że żyjemy w przededniu ważnych przemian. Wszelako nie należy się zbytnio niepokoić. Jesteśmy pewni, że chora nie umrze, a możemy spodziewać się nawet, że przesilenie to będzie zbawienne; historya bowiem przeszłości, jak się zdaje, może służyć nam w tym względzie za rękojmię. Istotnie, nie pierwsze to przesilenie, i aby je zrozumieć, dobrze będzie przypomnieć sobie te, które je poprzedzały. Czytelnik więc pozwoli mi wpleść tu niewielki szkic historyczny.
Fizyka sił centralnych. — Fizyka matematyczna powstała, jak wiemy, z mechaniki niebieskiej, która ją zrodziła pod koniec XVIII-go stulecia, w chwili gdy sama dopięła zupełnego rozwoju. W pierwszych swych latach szczególniej dziecię w uderzający sposób przypominało swą matkę.
Wszechświat astronomiczny składa się z mas, bardzo wielkich wprawdzie, lecz oddzielonych od siebie tak olbrzymiemi odległościami, iż wydają nam się one punktami materyalnemi; punkty te przyciągają się w stosunku odwrotnym do kwadratu odległości, a przyciąganie to stanowi jedyną siłę, która wpływa na ich ruch. Gdyby jednak zmysły nasze były dość subtelne, aby ukazać nam wszystkie szczegóły badanych przez fizyków ciał, mielibyśmy widowisko niewiele różne od tego, które rozpatruje astronomia. Tu również widzielibyśmy punkty materyalne o odległościach wzajemnych olbrzymich w stosunku do ich wymiarów i biegnące w prawidłowy sposób po pewnych orbitach. Nieskończenie małe te gwiazdy są to atomy. Podobnie jak właściwe gwiazdy, przyciągają lub odpychają się one, a przyciąganie to lub odpychanie, zachodzące wzdłuż łączącej je prostej, zależy jedynie od wzajemnej ich odległości. Prawem, według którego siła ta zmienia się wraz z odległością, nie jest może prawo Newtona, lecz inne jakieś, analogiczne prawo; zamiast wykładnika — 2 mamy prawdopodobnie inny wykładnik, a z tej właśnie odmienności wykładnika wypływa może cała różnorodność zjawisk fizycznych, cały ów świat barwny i dźwięczny, który nas otacza, cała — jednem słowem — przyroda.
Taką jest koncepcya pierwotna, w całej swej czystości. Pozostaje jedynie do zbadania, jaką w różnych wypadkach należy przypisać wartość owemu wykładnikowi, aby zbadać sprawę ze wszystkich faktów. Na tym to wzorze oparł, naprzykład, Laplace piękną swą teoryę włoskowatości; uważa on ją poprostu jako pewien wypadek szczególny przyciągania, a raczej, jak sam mówi, ciążenia powszechnego, i nikt nie dziwi się temu, iż znajduje ją wśród treści jednego z pięciu tomów Mechaniki Niebieskiej. W nowszych nieco czasach Briot sądzi, iż przeniknął do najgłębszych tajników optyki, skoro udało mu się dowieść, że atomy eteru przyciągają się w stosunku odwrotnym do 6-ej potęgi odległości; Maxwell zaś, sam nawet Maxwell, czyż nie powiada w pewnem miejscu, że atomy gazu odpychają się w stosunku odwrotnym do 5-ej potęgi odległości. Mamy tedy wykładnik — 6 lub — 5, zamiast — 2, lecz zawszeć jest to pewien wykładnik.
Pośród teoryj tej epoki jedyna tylko stanowi wyjątek, a mianowicie Fouriera teorya przewodnictwa [czyli rozchodzenia się] ciepła; i tu wprawdzie mamy atomy, które działają wzajemnie na odległość, przesyłając sobie wzajemnie pewne ilości ciepła, — lecz nie przyciągają się one, nie ruszają się z miejsca. Pod tym względem teorya Fouriera musiała wydawać się spółczesnym, a nawet samemu Fourierowi, jakby niedoskonałą i prowizoryczną.
Koncepcya ta nie była pozbawiona pewnej okazałości ; była ona ponętną, i wielu z nas jeszcze nie zrzekło się jej ostatecznie, wiedząc, że do ostatnich elementów rzeczy można będzie dotrzeć jedynie przez cierpliwe rozsnuwanie owej zawiłej tkaniny, którą dają nam zmysły, że należy postępować krok w krok, nie zaniedbując żadnego stopnia przejściowego, że przodkowie nasi nie mieli słuszności, gdy pragnęli przeskoczyć pewne etapy i sądzili, że gdy dotrzemy wreszcie do ostatnich owych elementów, odnajdziemy majestatyczną prostotę Mechaniki Niebieskiej.
Nie była też koncepcya ta bez korzyści; oddała nam ona nieocenioną usługę, albowiem przyczyniła się do wytworzenia w umyśle naszym ściślejszego pojęcia zasadniczego prawa fizycznego. Jakże bowiem pojmowali prawo starożytni? Było ono dla nich pewną harmonią wewnętrzną, statyczną, że tak powiem, i niezmienną, — albo też było jakby modelem [wzorem], który przyroda usiłowała naśladować. Dla nas prawo bynajmniej nie posiada już takiego znaczenia, lecz jest raczej pewnym stałym związkiem między zjawiskiem dzisiejszem a jutrzejszem, jednem słowem, jest ono równaniem różniczkowem.
Oto jest idealna postać prawa fizycznego, a przyoblekło się w nią po raz pierwszy właśnie prawo Newtona. Jeżeli postać ta zaaklimatyzowała się później w dziedzinie fizyki, to dlatego mianowicie, że starano się możliwie najwierniej naśladować to prawo Newtona, że usiłowano naśladować Mechanikę Niebieską. Tę to właśnie myśl starałem się zresztą uwydatnić w rozdziale szóstym.
Fizyka zasad. — Nadszedł jednak dzień, w którym koncepcya sił centralnych nie wydawała się już wystarczającą, a to właśnie stanowiło pierwszy z kryzysów, o którym wspomniałem przed chwilą.
Cóż uczyniono wówczas? Wyrzeczono się chęci wniknięcia w szczegóły dotyczące budowy wszechświata, wyodrębnienia części tego olbrzymiego mechanizmu, zbadania poszczególnych sił, które go wprawiały w ruch — i zadowolono się wyborem pewnych zasad ogólnych jako przewodników, zasad, mających właśnie na celu zwolnienie nas od podobnego badania drobiazgowego. W jakiż to sposób? Wyobraźmy sobie, że mamy przed oczyma jakąś maszynę; widzialne są jedynie jej ogniwa [koła]: początkowe i końcowe, wszelkie natomiast transmisye lub koła pośrednie, które przenoszą ruch od jednego do drugiego, są ukryte wewnątrz maszyny i wymykają się z pod naszych zmysłów; nie wiemy, czy ruch przenosi się za pomocą kół zębatych, czy też pasów, za pomocą korb lub też innych urządzeń. Czyż powiemy, iż nic w maszynie tej nie pojmujemy, dopóki nie wolno jej nam będzie rozebrać? Wiemy, że tak nie jest, i że wystarcza chociażby zasada zachowania energii, aby pouczyć nas co do punktu najbardziej godnego uwagi; możemy, naprzykład, stwierdzić łatwo, że koło początkowe obraca się dziesięć razy prędzej niż końcowe, — obadwa bowiem są widzialne; stąd już możemy wywnioskować, że para [sił] przyłożona do koła początkowego zrównoważy parę dziesięć razy większą, przyłożoną do końcowego. W tym celu bynajmniej nie mamy potrzeby wniknąć do mechanizmu tej równowagi ani też wiedzieć, jak siły skompensują się wewnątrz maszyny; wystarcza upewnić się, że kompensacya taka nie może nie zachodzić.
Otóż zasada zachowania energii tę samą może nam oddać usługę względem wszechświata. Jest to również maszyna, niezrównanie zawilsza niż wszelkie maszyny przemysłowe, a której wszystkie niemal części są przed nami głęboko ukryte; obserwując jednak ruch tych części, które są dla nas widzialne, możemy przy pomocy tej zasady wysnuć stąd pewne wnioski, które pozostaną prawdziwemi, jakiekolwiek byłyby szczegóły ożywiającego je mechanizmu niewidzialnego.
Zasada zachowania energii, czyli zasada Meyera, jest niezawodnie najważniejszą, lecz nie jedyną; istnieją też inne, z których również dobrze korzystać możemy, a mianowicie:
Zasada Carnota, czyli zasada degradacyi energii.
Zasada Newtona, czyli zasada równości działania i oddziaływania.
Zasada względności, według której prawa zjawisk fizycznych mają być też same dla spostrzegacza nieruchomego i dla spostrzegacza odbywającego ruch postępowy jednostajny, — tak iż nie posiadamy i mieć nie możemy żadnego sposobu odróżnienia, czy znajdujemy się w takim ruchu, czy też nie.
Zasada zachowania masy, czyli zasada Lavoisiera.
Do tych dodałbym jeszcze zasadę najmniejszego działania.
Zastosowania tych pięciu czy sześciu zasad ogólnych do różnych zjawisk fizycznych wystarczają, aby nas pouczyć, jakiej co do zjawisk tych wiedzy rozumnie spodziewać się możemy. Najbardziej godnym uwagi przykładem nowej tej fizyki matematycznej jest niewątpliwie Maxwellowska teorya elektromagnetyczna światła. Co to jest eter, jak są rozmieszczone jego cząsteczki, czy przyciągają się one czy też odpychają wzajemnie? Niczego o tem nie wiemy; wiemy atoli, że środowisko to przenosi zarówno zaburzenia optyczne jak i elektryczne; wiemy, że rozchodzenie si«e tych zaburzeń powinno się odbywać według ogólnych zasad mechaniki, a to wystarcza nam do ustanowienia równań pola elektromagnetycznego.
Zasady te są wynikami doświadczeń, uogólnionemi w znacznym stopniu; lecz ogólności swej zdają się one zawdzięczać nawet wysoki stopień pewności. Istotnie, im ogólniejsze są, tem częściej mamy sposobność je kontrolować, a sprawdzenia takie, mnożąc się coraz bardziej i przyoblekając w szaty nieoczekiwane i coraz to inne, usuwają wreszcie wszelki ślad wątpliwości.
Użyteczność dawniejszej fizyki. — Taką jest druga faza historyi fizyki matematycznej, i aż dotąd nie wyszliśmy z niej jeszcze. Powiemyż jednak, że pierwsza faza była niepotrzebną, że w ciągu pięćdziesięciu lat nauka szła po złej drodze, i że nie pozostaje nam co do niej nic innego, jak tylko zapomnieć o tylu nagromadzonych wysiłkach, które błędna koncepcya z góry już skazała na niepowodzenie? Bynajmniej. Czyż druga faza mogłaby istnieć bez pierwszej? Hypoteza sił centralnych zawierała w sobie wszystkie zasady; tkwiły one w niej jako wnioski niezbędne; zawierała ona zarówno zachowanie energii, jak i zachowanie mas, równość działania i oddziaływania, jakoteż prawo (zasadę) najmniejszego działania, które występowały — co prawda — nie jako prawdy doświadczalne, lecz jako twierdzenia, i których sformułowanie miało w sobie coś ściślejszego i zarazem mniej ogólnego, niż w obecnej ich postaci.
Ta właśnie fizyka matematyczna naszych przodków oswoiła nas stopniowo z różnemi temi zasadami; dzięki niej to przyzwyczailiśmy się do rozpoznawania ich pod różnemi szatami, w które się przyoblekają. Porównywano je z danemi doświadczalnemi; zrozumiano o ile należy zmienić ich sformułowanie, aby je do danych tych przystosować; dzięki temu zaś rozszerzono je i umocniono. Dzięki temu również zaczęto je uważać jako prawdy doświadczalne; wówczas zaś koncepcya sił centralnych stała się zbyteczną podporą, a raczej zawadą; przelewała bowiem na zasady swój charakter hypotetyczny.
Nie pękły więc ramy, albowiem były sprężyste, — lecz rozszerzyły się tylko; przodkowie nasi, którzy je zbudowali, nie pracowali nadaremnie, a w dzisiejszej jeszcze nauce rozpoznajemy ogólne linie nakreślonego przez nich szkicu.
