mah2

вых лучей, чтобы получить заметную разность хода лучей в сухом и влажном воздухе, когда Фарадей многократно отражает поляризованный луч по разным направлениям в направлении магнитных силовых линий, чтобы яснее обнаружить в своем тяжелом стекле вращение плоскости поляризации, то все это — примеры накопления эффектов. Максвелл наблюдал при трении мгновенное двойное преломление в вязкой жидкости, а я наблюдал это преломление в полужидких пластических массах при давлении. Но в обоих случаях явления были весьма непродолжительны. И вот Кундт поместил такие жидкости между двумя длинными цилиндрами с одной общей осью, из которых один находился в постоянном вращении. Благодаря длинному пути, с одной стороны, и продолжительному трению — с другой, явление это выступило настолько мощно и продолжительно, что его легко было измерить.

10. Чтобы определить какой-нибудь элемент, прямое определение которого неудобно, трудно или невозможно, прибегают иногда к подстановке вместо него какого-нибудь известного эквивалентного ему элемента. Так, например, для определения силы сопротивления какого-нибудь гальванического элемента вводят вместо него в гальваническую цепь столько проволоки реостата, сила сопротивления которой заранее измерена, сколько необходимо для того, чтобы все явления в обоих случаях были одинаковы. Когда Hirn производил свои опыты определения количества теплоты, производимой человеком работающим и не работающим, когда он помещал для этого человека в большой калориметр, в котором тот мог подниматься и опускаться по топчаку или оставаться в покое, то произведенное количество теплоты было трудно определить прямо потому, что одновременно с этим калориметр терял известное количество теплоты. Поэтому был произведен параллельный опыт: вместо человека была помещена в калориметр газовая горелка, которая в то же время давала тот же эффект в калориметре, но произведенное ею количество теплоты было легко определить, зная количество сгоревшего газа8. Джоуль сжимал воздух при помощи насоса, заключенного в сжимающий сосуд, а самый этот сосуд был помещен в калориметр. Определение количества теплоты, соответствовавшей работе сжатия, было затруднительно потому, что к этой теплоте присоединилась теплота, произведенная трением в насосе. Но стоило пустить насос работать впустую столько же времени и с той же скоростью, чтобы косвенным

Hirn, Théorie mécanique de la chaleur. Paris, 1865, стр. 26—34.

215

путем определить количество теплоты, соответствовавшей одной работе сжатия9.

11. Для посредственного, непрямого определения служит также метод компенсации. Каким-нибудь образом вызывают элемент В, определение которого трудно. Затем к В присоединяют другой поддающийся определению элемент, вследствие чего элемент В исчезает, компенсируется, но и определяется. Если двум интерферирующим лучам сообщить большую разность хода, то система интерференционных полосок исчезает, вследствие чего прямое определение разности хода измерением сдвига в ширине полоски уже невозможно. Но если вновь уничтожить разность хода, поместив стекло определенной толщины на пути луча раньше незамедленного, то разность хода компенсируется и может быть косвенным путем определена. Если отклонение стрелки гальванометра произведено действием неизвестных нам лучей на термоэлектрический столбик, мы можем компенсировать это отклонение противоположным действием известного нам лучеиспускания и таким образом определить первое.

12. Принцип компенсации имеет еще важное значение и в другом отношении. Допустим, что явление А обусловливает явление В и кроме того еще явление N, которое в свою очередь имеет известное влияние на явление В; в таком случае отношение между А и В затемнено. Необходимо поэтому позаботиться о том, чтобы явление N компенсировать. Jamin проводит два интерферирующих пучка света через трубки с водой равной длины. Если вода в одной трубке подвергается давлению, то скорость соответствующего пучка света тотчас же замедляется, но она замедляется в большей мере, чем она должна была бы замедлиться в зависимости от одного сгущения воды, ибо одновременно с тем трубка немного удлиняется. Но последнее обстоятельство компенсируется до степени, при которой легко уже внести поправку, если обе трубки поместить в другую трубку с водой (свободную от явления). Принцип компенсации имеет также важное техническое и практически научное значение там, где дело идет о сохранении постоянными известных условий, например о сохранении постоянной длины измеряющего время маятника.

13. Метод подстановки и в особенности метод компенсации в более развитом виде приводят к так называемым методам нуля. Если приходится исследовать небольшие, зависящие от А, изменения В, то наибольшая точность достигается тогда, когда компенсацией делают В незаметным, так что оно становится заметным

216

лишь с изменением А. Допустим, что А есть температура, а В — зависящая от нее сила сопротивления гальванического элемента. Помещают В в цепь, в которой находится гальванометр, и при помощи равного сопротивления (Уитстонов мостик) компенсируют В так, чтобы стрелка гальванометра вернулась в положение нуля. Если теперь сила сопротивления В будет возрастать с усилением температуры — причем компенсирующее сопротивление будет сохраняемо, конечно, без изменения, — то это изменение В сейчас же обнаруживается в отклонении стрелки гальванометра (болометр). Если к двум точкам одной и той же линии уровня в пластинке, через которую проходит ток, приложить концы проволок гальванометра, отклонение стрелки в нем не наблюдается, но достаточно малейшего асимметрического сдвига этих линий, например, изменения магнитного поля проводника, чтобы отклонение стрелки сейчас явилось (явление Hall'a). Применение метода SoleiFx с двойным плавиковым шпатом в опытах над вращением плоскости поляризации есть тоже один из видов метода приведения к нулю.

14. Процессы, происходящие слишком быстро, чтобы мы могли наблюдать их непосредственно, должны быть изучены, конечно, посредственно. Для этого пользуются методом сложения. Неизвестный и подлежащий исследованию процесс образует одно слагаемое, которое вместе с другим, известным, слагаемым дает сумму, поддающуюся наблюдению. Вертикальное направление движения падающего тела обнаруживает свои особенности через образующуюся параболу, если комбинировать его с равномерным горизонтальным движением известной скорости, как это происходит, например, в известном аппарате Mori/i'a, или если сложить его с гармоническим горизонтальным колебанием, как в аппарате Lippich'a', всего проще обнаруживаются эти особенности в истекающей в горизонтальном направлении струе воды. Сильный толчок развитию этого метода дал Уитстон, применив вращающееся зеркало для определения скорости распространения и продолжительности электрического разряда. Усовершенствование этого метода Feddersen'ou привело к точному изучению электрических колебаний. Другой тип этого метода мы находим в методе Фуко для определения скорости света. Очень многочисленны случаи применения метода вращающихся зеркал в области акустики.

Выбор оптического движения в качестве известного слагаемого как бы напрашивается сам собой потому, что оно никоим образом не влияет на подлежащий исследованию процесс. Прекрасным примером гениального применения этого средства является метод Физо для измерения скорости распространения света. Пользование быстро вращающимися дисками и цилиндрами для

217

определения элементов времени при помощи мгновенных электрических отметок — определения, которое иначе представляло большие затруднения, например при определении времени полета снарядов, распространения звука или электрического разряда, далее, стробоскопический метод, метод Лиссажу, вибрационный микроскоп Гелъмголъца и т. д. — все это иллюстрации того же общего приема. Комбинация скорости истечения какого-нибудь взрывчатого газа со скоростью его взрыва для определения последней, измерение других скоростей при помощи скорости распространения звука перестали быть явлением необычным, и мы не видим оснований, почему бы и скорости распространения света не послужить подобным же образом для еще более точных определений времени. На указанном уже выше основании всего лучшим должен оказаться метод, основанный на комбинации неизвестных процессов с движениями. Не исключается однако же и возможность получения ценных результатов при комбинации любых двух процессов — одного известного и другого подлежащего еще исследованию, если только один от другого не зависит или зависит определенным, известным уже образом.

15. Особый интерес представляют такие эксперименты, которыми не только устанавливается известная связь между величинами какой-нибудь пары обстоятельств А и В, но и получается определенный общий взгляд на целую систему связанных между собой величин. Иллюстрацию такого эксперимента дает уже комбинация стекол Тука — Ньютона. Когда Ньютон проводит эту комбинацию стекол через спектр и наблюдает сокращение колец от красного к фиолетовому цвету, то он производит такой именно эксперимент. Если разложить спектрально явление дифракции узкой, очень короткой вертикальной щели в направлении этой щели, т. е. перпендикулярно к направлению дифракции10, можно получить сразу и одно за другим различные явления монохроматической дифракции. Явления хроматической поляризации кристаллических пластинок, предложенный Spottiswoode'oM

имною вращающийся поляризационный аппарат, обсыпка Кунатом пироэлектрических кристаллов смесью из сурика и серного цвета, хладниевы фигуры на обсыпанных песком звучащих пластинках, известные ма'гнитные кривые — все это примеры экспериментов, которые Гершель11 называет «collective instances»

иДжевонс12 — «collective experiments».

10Fraunhofer, Gesammelte Schriften. München, 1888, стр. 71.

11Herschel, ibid., стр. 185.

12W. S. Jevons, The Principles of science. London, 1892, стр. 447.

218

16. При каждом эксперименте необходимо принимать во внимание возможные ошибки, чтобы не ошибиться в истолковании его. Но особенно это важно в случаях, когда можно ожидать только минимальных показаний. Когда Фарадей исследовал влияние сильных электромагнитов на слабо магнитные и диамагнитные вещества, он не забыл подвергнуть особому исследованию отношение к магнитам бумаги и склянок, в которых были помещены тела, подлежащие исследованию. Только после того как исследование этих предметов не обнаружило никаких реакций, он стал доверять опытам с самими веществами. Такой опыт, в котором настоящий объект, подлежащий затем исследованию, исключается, называется слепым опытом. Такая же предосторожность необходима, когда, например, приходится методом удвоения увеличить очень небольшое количество электричества, подлежащее исследованию, чтобы иметь возможность ясно наблюдать его. В таких случаях приходится предварительно убедиться, не остались ли еще в конденсаторе-электроскопе следы электрического заряда от прежнего опыта или не образовался ли такой заряд в процессе самого удвоения. Прежде чем применить аппарат Марша для исследования какого-нибудь вещества на содержание мышьяка, химик предварительно убеждается, не показывает ли этот аппарат следов мышьяка еще прежде, чем в него внесено подлежащее исследованию вещество, т. е. не содержат ли мышьяка вещества самого аппарата.

17.История науки учит нас, что экспериментам с отрицательным результатом никогда не следует приписывать окончательно решающего значения. Туку с его весами не удалось доказать влияния удаления от земли на вес тела, но это достигается без особых затруднений с более чувствительными современными весами. Гершелю не удалось наблюдать гальванического или магнитного вращения плоскости поляризации, но это удалось Фарадею. Опыты /. Кеп*ъ над электрическим двойным преломлением диэлектрических тел часто давали отрицательные результаты. Bennet потерпел неудачу при попытке доказать давление света на освещаемую лучами плоскость, Круксу удалось это доказать при помощи его радиометра, а А. Шустер показал, что давление это зависит от внутренних сил аппарата и не может быть объяснено прилетающими частичками. Таким образом и исход, и истолкование отрицательного результата какого-нибудь эксперимента остаются проблематичными.

18.Изложенные здесь мотивы эксперимента, придающие ему известную форму, абстрагированы от экспериментов, произведенных в действительности. Перечисление их не претендует на

219

полноту, так как они постоянно умножаются гениальными исследователями. Наш перечень этих мотивов не представляет и подразделения их, потому что они вовсе не исключают друг друга. В одном эксперименте может быть объединено несколько мотивов. В методах для определения скорости распространения света Фмзо и Фуко, например, мы находим мотив сложения известного с неизвестным еще в результат, поддающийся наблюдению, но и мотив накопления эффектов, а также временное установление продолжающегося весьма короткое время явления. В определениях Физо имеют решающее значение зависящие от скорости максимальные и минимальные степени яркости, а в измерениях Фуко — зависящие от скоростей величины передвижения изображения13.

19. Рассмотрим еще идеи, служащие руководящим началом при расширении наших познаний посредством экспериментальных исследований. Все наши идеи могут возникать только при посредстве приобретенного нами ранее опыта и получать дальнейшее развитие только при посредстве будущего опыта. Идеи, предшествующие опыту, и наше ожидание, составляющее прообраз эксперимента, могут иметь своим содержанием только

сходства или различия между новым и уже известным. Каковы те пределы, в которых мы должны считать тот или другой экспериментальный результат правильным? В какой мере эти пределы должны быть сужены при изменившихся условиях? В этих вопросах выражены основные идеи, которыми руководится научный исследователь, приступая к экспериментальному исследованию. Специальные идеи должны быть опять-таки абстрагированы от исторически важных случаев.

20. Известен какой-нибудь экспериментальный результат и делается попытка чисто коллективным образом этот результат по возможности расширить. Существуют железные руды, обладающие магнитными свойствами. Есть ли еще и другие тела, обладающие такими свойствами? Исландский шпат представляет ли единственное тело, обладающее двойным лучепреломлением? Какие тела могут быть электризованы трением? Какие тела суть проводники и какие — изоляторы? Каковы пределы распространения фосфоресценции?14 Сюда же относится отыскание

Foucault, Recueil des travaux scientifiques. Paris, 1878, стр. 197. Фуко характеризует свой метод как, «l'observation d'une image fixe d'une image mobile» («наблюдение подвижного изображения изображением неподвижным»). Мне, впрочем, кажется, что этим не обозначена существенная сторона метода.

J. Р. Heinrich, Die Phosphoreszenz der Körper. Nürenberg, 1820. A. K Becquerel. Sur la phosphorescence par insolation. Ann. chim. phys. T. 22, 1848.

220

всех случаев, в которых выступает явление, открытое единичным наблюдением. Oerstedt приступает к определенно всех возможных положений магнитной стрелки в зависимости от элект·* рического тока и их взаимных отношений после того, как ему пришлось наблюдать один случай отклонения стрелки, и таким образом приходит к полному выяснению магнитного поля электрического тока.

21. Особенно заманчивым является распространение результатов исследования одного известного случая на случаи аналогичные. Аналогии между явлениями теплоты, электричества, диффузии, механическими явлениями и т. д. вызвали многочисленные эксперименты. Укажем лишь на исследования Pick'a относительно диффузного тока. Магниты находятся во взаимодействии; электрический ток с магнитом — тоже. Электрический ток действует на магнит так, как другой магнит. Действуют ли электрические токи друг на друга как магниты? Араго указал на то, что, когда мы переносим результаты экспериментального исследования по аналогии на другие случаи, приходится быть готовым к тому, что появятся и различия. Магниты и мягкое железо взаимно притягиваются; мягкое железо реагирует в данном случае как магнит; тем не менее мягкие куски железа относятся друг к другу индифферентно. Во всяком случае электрический ток и мягкое железо не совсем одинаково реагируют на действие магнита: первый обнаруживает при этом полярность, а второе — нет.

22. Там, где явления выступают в различной степени, можно допустить и возможность контраста. Различная сила магнетизма наводит на мысль о противоположной реакции — диамагнитной. Если известен один род двойного преломления, хотя бы тот, который мы называем отрицательным, то мы ищем его противоположность — положительное двойное преломление. Не все, что могло бы быть найдено при помощи такого хода идей, действительно найдено этим путем, а часто было открыто случайно; так, например, Dufay открыл по одному, известному уже, роду электричества другой. Не всякая противоположность, которая впервые кажется таковой, оказывается ею в действительности. Так, например, мы не рассматриваем более магнетизма и диамагнетизма как противоположности, а видим в них различия в интенсивности реакции распространенной всюду среды; мы не приписываем, далее, абсолютную легкость или отрицательную тяжесть телам, поднимающимся в воздух вверх, а объясняем это явление тем, что вес таких тел меньше веса равного объема воздуха. Нечто подобное можно сказать и о противоположности

221

тепла и холода, положительного и отрицательного электричества и т. д. Впрочем, такие изменения относятся уже к области теории.

23. Непрерывности изменения обстоятельств соответствует непрерывность ожидания в отношении к результатам эксперимента. Неравное давление в различном направлении вызывает в твердых телах способность двойного преломления. Но при переходе тела из твердого состояния в жидкое степень твердости и пористость его изменяются постепенно. На этом основании следует ожидать, что соответственным растяжением или давлением можно будет получить явление двойного преломления и в телах пластических, и в тягучих жидкостях, что на самом деле удалось наблюдать в действительности. Более того, так как нет жидкости, совершенно лишенной известной твердости или пористости, то следует принять, что только от величины сил и скорости деформации будет зависеть, станет ли заметно явление двойного преломления или нет. Находим мы непрерывное изменение свойств и между газами и парами, что вполне естественно и привело к мысли о превращении всех газов в жидкое состояние давлением при соответствующей температуре. Есть твердые и жидкие тела с вращающейся плоскостью поляризации; можно предположить, что это явление встретится и в парах и газах. Явление магнитного вращения доказано для каждого агрегатного состояния; позже всего явление это доказано было для газов, именно в 1879 году Кундтом и одновременно и совершенно независимо Lippich'oM. Существует ли еще четвертое агрегатное состояние?

(Крукс.)

24. Изменение явления при изменении его обстоятельств вызывает желание изучить это явление и в случае крайних величин этих обстоятельств. Так, мы исследуем твердость, упругость, электрическую проводимость и т. д. тел при высших и низших достижимых температурах. Мы подвергаем наивысшему давлению плавящиеся, замерзающие и испаряющиеся тела. Мы исследуем свойства наиболее пустого пространства, стремимся к получению величайшего электрического напряжения, сильнейшего тока. Мы подвергаем исследованию самые длинные и самые короткие световые волна. Предпринимая опыты такого рода, всегда возможно рассчитывать на плодотворные результаты.

25. Как мы обогащаем наш опыт через разыскание возможно широких сходств, также обогащается он и через соответствующие обстоятельствам разделение, специализацию, индивидуализацию.

Если мы и знаем уже явление преломления как явление общее, наблюдаемое при переходе света из одной среды в другую, мы

222

должны еще установить характерный для каждой пары сред показатель преломления или соответствующую каждой среде скорость распространения света. Эти исследования могут в такой же мере привести к великим открытиям, как и процессы обобщения. Стоить только вспомнить открытие Ньютоном явления светорассеяния указанием особых показателей преломления для особых цветов или классификацию цветов в зависимости от длины периода. Сюда же относятся все количественные определения характерных для отдельных веществ постоянных, как то: плотности, удельной теплоты, коэффициентов растяжения и напряжения, проводимости, диэлектрических постоянных, чисел магнитной индукции и т. д.

26. Плодотворным руководящим мотивом является соединение действия и противодействия. Более определенно, чем одним названием, этот мотив можно формулировать следующим образом: если обстоятельство А обусловливает наступление обстоятельства +В, то обстоятельство +В обусловливает наступление —А, т. е. противоположности +А. Пример такого случая в механике представляет явление давления и обратного давления. Нагретый газ расширяется, а газ, расширяющийся под давлением, охлаждается. Электрический ток приводит в движение магнитный полюс, а магнитный полюс гонит электрический ток в противоположном направлении. Электрический ток нагревает проводник, а нагревание проводника ослабляет электрический ток. Продолжительный электрический ток превращает железо в магнит, а приближающийся магнит, или магнит с нарастающей интенсивностью, вызывает электрический ток, существующий столько времени, сколько продолжается изменение интенсивности магнита, и этот ток стремится устранить или ослабить тот магнит. Если термоэлектрический ток Зеебека идет через место соприкосновения от Μ κ Ν, то, согласно Пельтье15, и ток, идущий от Μ κ Ν, может охлаждать это место соприкосновением. Но, с другой стороны, далеко не все явления, к открытию которых этот мотив мог бы вести, были открыты этим путем. Фарадей ищет, как обратного явления к явлению возбуждения электромагнита током, возбуждения тока через помещение магнита в обмотанную проволокой катушку. Но он получает только мгновенный «индуцированный» ток в моменты опускания магнита в катушку и удаления его из нее. И Пелътъе не искал явления, обратного явлению Зеебека. Его заинтересовал вопрос о влиянии теплопроводности металлов на явление Зеебека. Нагревая электрическим током металлы в термоэлектрическом раде Зеебека, он нашел, что места спайки

L'Institut 1834. 21 April und 11 August.

223

металлов неодинаково нагреваются при разном направлении электрического тока. Поместив в сосуд воздушного термометра два толстых16 стержня равной величины, один из висмута и другой из сурьмы, он получил нагревание, когда ток шел от сурьмы к висмуту, но неожиданное охлаждение при обратном направлении тока. Когда мы желаем найти явление, обратное какому-нибудь данному явлению, то указанный выше мотив может послужить для нас указующим перстом, но он один не может служить нам путеводной звездой. Продолжительный электрический ток может создать магнит, но покоящийся магнит не может создать электрического тока, потому что не можем же мы получить работу без затраты энергии. Только принцип энергии и закон индукции вместе дают нам вполне замкнутую систему явлений и обратных явлений. Таким образом вышеозначенный мотив нуждается еще в дополнении данными специального опыта. Происходит это оттого, что в исследуемых явлениях мы редко имеем пред собой простые, чистые и непосредственные связи. Из двух тел, находящихся в непосредственной взаимной связи, одно может получать только на счет другого то или другое количество движения, теплоты, электричества и т. д. Будь все отношения между телами так просты, указанный выше мотив мог бы послужить весьма надежной путеводной нитью. В случае посредственных взаимоотношений между телами дело не так просто и прямую обратимость допустить нельзя17.

16Потому что таким образом явление образования теплоты Пелыпъе — изменение температуры мест спайки — резко выступает в отдельности от явления нагревания Джоуля.

17Анализ ощущений (изд. С. Скирмунта, стр. 69-76).

224