«Джеймс Клерк Максвелл — мисс Кей

Трин. Колл. Канун троицы 1854

Я живу здесь просто роскошно, имея только двух учеников и имея возможность все остальное время дня отдать чтению... Здесь жаркая погода, и я только что пришел со встречи коллег, строящих в складчину купальню; мы решили, что наше сообщество должно иметь характер «Клуба любителей плавания», а не то что «плати деньги и получай ключ».

Соловей выбрал себе местечко как раз под моим окном и работает без устали каждую ночь. Сейчас он просто неистовствует. А ночью совы приходят на помощь, тихо подпевая ему на свой манер...»

Тянуло домой, в Гленлейр. И вот Джеймс решается на довольно рискованное предприятие. До Карлейля добраться просто. Но между Карлейлем и городком Далбетти, недалеко от которого находится Гленлейр, дорога плохая, дилижанс идет вокруг, делает большую петлю, и Джеймс решает спрямить дорогу — пройти от Карлейля до Галлоуэя пешком. А это более пятидесяти миль!

...Невеселая это была встреча с отцом — отец надрывно кашлял, плохо выглядел, полнота его выглядела болезненной, волосы поседели.

Отец по-прежнему жил делами сына — узнав, что издатель Макмиллан из Кембриджа (отпрыск знаменитого рода Кавендишей) предложил Джеймсу написать книгу по оптике, отец заботится о том, чтобы сына не торопили, убеждает многократно просмотреть рукопись перед изданием, ибо в противном случае грозит «потеря доброго имени в науке».

Джеймс придерживается скорее другого мнения — для него важнее, чтобы правильными были исходные предпосылки и результат, он склонен допускать небольшие погрешности в процессе доказательств — физическая достоверность результатов для него важнее математической строгости. Эта черта сохранится в нем и позже — уже в «Трактате», труде всей жизни Максвелла, он никогда не встанет в тупик перед лишним членом в уравнении, если он препятствует получить изящное выражение с ясным физическим смыслом, и просто не замечает его. Недаром многие математики, куда более низкого класса, чем Клерк Максвелл, всплескивали руками от ужаса при лицезрении вольностей, допускаемых им в своих работах.

Отец интересуется, как идут дела с «платометром» — изобретенным Джеймсом прибором для измерения площадей, на постройку которого Философское общество выделило громадную, по его мнению, сумму — 10 фунтов. Отец предупреждает, что новая вещь, еще не испробованная в производстве, всегда стоит дороже, он вполне житейски интересуется, кому будет принадлежать прибор после постройки — Джеймсу, механику или обществу?

Отец требует заботы, и в зимние каникулы Джеймс снова едет к нему, на этот раз уже в Эдинбург, да там и остается надолго — отца нельзя покидать в тяжелом положении.

Отец поправлялся медленно, но, видя положение Джеймса, заставил его поехать назад в Кембридж, уверив, что все в порядке, и в Галлоуэй он уже сможет вернуться сам, без него. В Кембридже царило весеннее настроение, подъем. Многие друзья Джеймса, самые способные и смелые, принялись за сочинение собственных книг. Раус принялся за книгу о Ньютоне, Питер Тэт, ставший «первым спорщиком» 1852 года и первым призером Смита, был уже в Дублине и тоже подумывал о собственной книжке. Да и сам Джеймс с осени потихоньку принялся за предложенную Макмилланом «Оптику», одновременно работая над теорией цветов и усовершенствованием офтальмоскопа.

ДРУЗЬЯ

«Работа — хорошая вещь, и книги — тоже, но лучше всего — друзья!» — часто заявлял Джеймс и находил себе все новых и новых друзей. Требование было одно — высокая интеллектуальная активность. Хорт, Лашингтон, Померой, Сесил Монро — вот ближайшее окружение Максвелла в период 1855-1856 годов. Мы не можем составить их точных портретов — большинство из них не оставило глубокого следа в истории. Мы можем судить о них по одному из писем Джеймса к отцу, посвященному молодым кембриджцам, сдававшим в то время экзамены для зачисления на работу в Восточно-Индийскую компанию:

«Трин. Колл. Суббота 21 апреля 1855

Целая куча людей сдает экзамены в В.И.К.29 — Померой, В, С, Д (высшее двойное отличие за много лет), Е («старший спорщик») и т.п. — мне кажется, что состязание будет довольно активным; очевидно, однако, что все эти люди будут совершенно различными судьями, и т.д., хотя все они могут прекрасно сдать экзамены.

Померой — это гениальный гигант, благородный и сильный, но склонный к поспешности при осуждении кого-либо за его поведение, хотя ярость его нарастает медленно. В — умен и способен определить любую нелепость, кроме своих собственных; однако возбудим и крайне невыдержан по отношению к людям, которых он не знает. С — имеет сильные чувства и привязанности. Он во всех случаях действует с большой долей доброжелательности, но ему не хватает храбрости, он скрывает свои добродетели, всегда пытаясь перенять манеры тех, с кем он рядом. Д — это настоящий человек дела, успешно использующий каждую минуту своего времени наиболее успешным образом. По-моему, он честный человек. Так мне верится. Е — это что-то неизвестное, но я могу вполне представить, как обстоятельства вынуждают его играть в Индии роль... [вице-короля]. Я надеюсь, однако, что обстоятельства будут иными, и тогда он может стать безобидным математиком или судьей научных споров и приобрести высокую репутацию».

Мы не знаем, кто это — В, С, Д, Е, но можем попытаться решить это уравнение. Д — обладатель высшего двойного отличия за несколько лет — это, видимо, Питер Гутри Тэт. Его характеристика, данная Джеймсом, подтверждается и в роскошно изданном труде, посвященном Тэту, прожившему долгую и плодотворную жизнь. Не терявший ни минуты времени даром, предельно сосредоточенный на науке, Тэт был в свое время одним из наиболее известных физиков. Правда, его уже тогда считали производной от Томсона, обозначая первого Т, а второго Т' (второй производной обозначали Тиндаля — Т''). Ему всегда немного не хватало философской культуры, глубины — и ему много доставалось за это впоследствии от действительно крупных философов. Е — это «старший спорщик» 1854 года Раус. Его характеристика поразительно точна. Обстоятельства сложились так, что он действительно стал «безобидным математиком» — преподавателем в Кембридже, выпестовавшим большое количество «спорщиков».

Кто В я С — мы сказать не можем. Возможно, это Хорт и Лашингтон, может быть — Эльпинстон или кто-нибудь еще. Да и важно ли это? Важно, как Максвелл относился к ним — с неизменной симпатией, но и с полным сознанием недостатков своих друзей.

Могучий ум и доброжелательность Максвелла привлекали к нему сердца многих коллег по колледжу и университету. Эти четыре кембриджских года, несмотря на внешнюю непродуктивность, никак не прошли даром — завершились уже исследования по теории цветов и цветовому зрению, нашли правильное русло мысли об электрической теории. И еще главное, завоеванное в эти годы, — это большое число друзей, уважающих, любящих и понимающих его, особенно среди студентов-гуманитариев. Как отмечал один из исследователей впоследствии, «его предложения реформ в позднейшие годы всегда получали поддержку у тех, кто знал и любил его, и не имел нужды вникать в детали его аргументов».

В октябре 1855 года его избрали в Рэй-клуб. Еще одна возможность завести друзей, отточить свой ум, поспорить, поучиться у других!

«Джеймс Клерк Максвелл — отцу

1 ноября 1855

...Мне кажется, я писал тебе уже о Рэй-клубе. Я был избран ассоциативным членом в прошлую среду. В прошлую субботу у нас было обсуждение эссе Помероя о положении британской нации в Индии мы искали в древней и новой истории примеры таких отношений между двумя нациями, но не нашли... Одно ясно: если мы не проявим о них заботу, или пустим на волю волн, или дальше будем выжимать из них деньги, тогда мы должны обратиться к Испании и американцам для примера негодного управления и последующей разрухи...»

В ноябре 1855 года заболел один из близких друзей Джеймса — Померой. Отец его воевал в то время под Севастополем. В Кембридж приехала мать, и Джеймс вместе с ней, забросив электрические теории, бессменно дежурил у постели любимого друга, великана Помероя, страдающего разлитием желчи, убирал за ним, через каждые два-три часа давал ему еду и предписанный портвейн (доктор Пагет, лечивший Помероя, предупредил, что больной может поправиться только при самом внимательном уходе).

Ноябрь выдался сырой и холодный. Джеймс для сохранения боевой умственной формы систематически посещал вновь открытый в Кембридже гимнастический зал. Сезон был нездоровый, и Померою опять стало хуже. Джеймс с грустью видел, как его друг-великан в эту погоду чувствует себя все слабее.

А вскоре в номере «Таймc» Померой-младший нашел имя своего отца Помероя-старшего под короткой рубрикой «Потери под Севастополем». Этого уже Джеймс скрыть не мог...

Сырая осень 1855 года была печальной в недолгой жизни друга Джеймса Клерка Максвелла Помероя. Бесцельность смерти отца пробила, быть может, первую брешь в ура-патриотическом сознании уверенного в себе и Англии кембриджского выпускника, юриста, великана и красавца Помероя.

...И еще одно лицо вошло в эти годы в круг друзей Джеймса, в круг друзей, может быть, не столь близких, но весьма сильно влияющих. В конце ноября приехал в Кембридж властитель умов Морис, приехал инспектировать систему образования для рабочих. В один из вечеров, когда разгоряченная толпа студентов и бакалавров окружила мэтра на квартире у мистера Гудвина, Джеймс, как один из активных участников движения рабочих колледжей, смог лично познакомиться с Морисом. Старый кембриджец, основатель клуба «Апостолов», Морис рассказывал об истории возникновения старых колледжей Кембриджа, о том, как они боролись за возможность работать и учиться без ухода от мира, о старом «апостоле» — поэте Теннисоне. Джеймс слушал, раскрыв рот, но что-то странное происходило с ним: бог, сойдя с небес, оказался поучающим всех и вся мэтром: многое из того, о чем он рассказывал, было всем известно, Джеймсу во всяком случае.

Влияние Мориса было сильным, но не абсолютным. Джеймс увидел его слабые стороны: «Морис — это человек, которому я не хотел бы возражать или обвинять в предумышленном искажении фактов; однако в некоторых отношениях он впадает, как мне кажется, в большую ошибку, например переоценивая веру в бога среди обычных респектабельных христиан».

Это была пора иногда жестоких, но всегда полезных разочарований...

ЛЕКЦИИ, ЧТЕНИЕ И «ПРОПЫ» В КЕМБРИДЖЕ

Отец, беспокоящийся о сыне, о его чересчур широком круге интересов, бьет тревогу:

«Гленлейр, 21 мая 1855

Сделал ли ты все, чтобы обуздать ручей, чтобы он тек спокойно, а не бил в берега?»

И действительно, как разобраться во множестве интересного? Как отделить то, что необходимо делать, и то, что может подождать?

«Джеймс Клерк Максвелл — отцу

Трин. Колл. 25 октября 1855 — 12 ноября 1855

Я отказался взять учеников в этом семестре, так как хочется иметь время для чтения и кое-какой своей математики. Кроме того, должен еще тратить время на людей, посещающих лекции...

В плохую погоду иду в спортзал, только что открытый для всех видов спорта — прыжков, гимнастики и т.п. Посредством ежедневных несложных упражнений рук можно приобрести хорошее дыхание и спать много лучше, чем в том случае, если не предпринимать ничего, кроме прогулок по ровным дорогам...»

«1 ноября 1855

Я уже в течение двух недель читаю лекции, и класс как будто бы продвигается вперед. Они встают и задают вопросы, что является добрым признаком...»

«Льюису Кемпбеллу, эскв.

Трин. Колл. 17 октября 1855

Думаю, что мне придется в этом семестре потрудиться. Лекции по гидростатике и оптике, бумаги для пассменов30... Кроме того, мне, возможно, придется читать лекции для рабочих, и в результате у меня будет весьма скудное свободное время. И все же я надеюсь использовать его на разные проблемы, которые будут занимать меня, так что мне в этом семестре не стоит иметь учеников. Я... прочел Карлейля по французской революции и много английской литературы, включая Чосера, сэра Тристрама, Ф.Бэкона, Попа, Беркли, Гольдсмита, Купера, письма Бернса, «Субботнюю ночь» Исаака Тайлора, Карлейля, Раскина, Кингсли, Мориса, сочетая все это с «Английским прошлым и настоящим» Тренча. От всего этого я получаю удовольствие и информацию, но ни слабейшего проблеска, касающегося теории слов.

И все же я должен вскоре установить, то ли слова формируют мысль, то ли мысль рождает слово. Не стоят ли эти теории одна другой?..»

Джеймс был уж устроен так, что ни одна проблема, казавшаяся ему интересной, не могла пройти мимо его внимания неизученной. Однажды Джеймс заинтересовался такой проблемой — как коты умудряются, падая даже с небольшой высоты, всегда приземляться на все четыре лапы?

Проблема получила шуточное название «котоверчение» с явным намеком на «столоверчение» и исследовалась в основном экспериментально — яростно сопротивляющиеся коты сбрасывались на землю: нужно было определить минимальную высоту, падая с которой кот встает на четыре лапы. Это занятие Джеймса (кстати, совместно с профессором Стоксом) стало известным в Кембридже, вошло в его фольклор как одна из странностей великого человека и в конце концов деформировалось до такой степени, что Максвеллу пришлось через много лет разъяснять, что в его исследовании ничего живодерского не было.

«Джеймс Клерк Максвелл — жене

Трин. Колл. 3 января 1870

В Тринити существует предание, что, когда я был там, я открыл способ кидать кошек таким образом, чтобы они не приземлялись на лапы, и что я, бывало, выкидывал их из окон. Я должен был пояснить, что истинной целью исследования было определить, насколько быстро кошка может повернуться в воздухе, и что истинным методом было позволить кошке падать на стол или кровать с высоты примерно двух дюймов; надо сказать, что даже в этом случае кошка приземлялась на лапы».

ЦВЕТОВОЕ ЗРЕНИЕ

— Этот песок красный. Этот камень синий. Но откуда мы знаем, что он — синий? — спрашивал когда-то маленький еще Джеймс. Когда прошел трайпос и возникла возможность остановиться, одуматься, поискать себе по плечу проблемы, их сразу оказалось несколько — и среди них такая:

— Этот песок красный. Этот камень синий. Но откуда мы знаем, что он синий?

И оказалось, что вопрос этот не праздный, что занимал он не один великий и мощный ум.

Сначала — ум Ньютона. Почти за двести лет до того, как Джеймс впервые появился в Тринити, в тех же толстых монастырских стенах, набрав небольшую группу студентов, пожелавших его слушать, великий Ньютон прочел им свои лекции. Лекции по оптике, мысли о цвете. Лекции в то время опубликованы не были, и лишь отголосок их вошел в мемуар, направленный Исааком Ньютоном тогдашнему секретарю Королевского общества Ольденбургу. Ньютон впервые показал, что «цвет белый и черный, а также пепельный или более темные промежуточные цвета создаются беспорядочным смешением лучей всякого рода. Таким же образом прочие все цвета, не являющиеся первоначальными, производятся различными смесями этих лучей... первоначальные цвета при смешении лучей одного с другим могут проявлять смежные цвета; так, зеленый — из желтого и синего, желтый — из прилежащего зеленого и лимонного и также и других».

Сколько этих первоначальных цветов? Для Ньютона в том вопроса не было — сверкающая разными цветами радуга, получившаяся из белого цвета после призмы, говорила сама за себя. Цветов, конечно, семь — разве не видно этого, разве недостаточно различаются они, когда мы рассматриваем спектр, любуемся радугой?

Конечно, семь! Возьмите звуковые колебания — там тоже семь тонов, а законы природы должны быть просты и общи, видимо, есть некая связь между семью звуками, семью цветами, семью планетами... Конечно, семь!

Гюйгенс, суровый Ньютонов критик, говорил: два! Желтый и голубой. Из них можно произвести красный и синий, а из этой четверки — все остальные цвета.

Ньютон шел дальше, копал глубже. Он первый указал, что объективные физические свойства разных лучей и субъективность восприятия их нужно строго различать.

Лишь немногие осмелились за годы, прошедшие с Ньютоновой смерти, и противостоять ему, и спорить. Среди них — Мариотт и Ломоносов, они склонялись к тому, что существуют только три физически простых цвета — красный, желтый и голубой, которым соответствуют три рода эфирных частиц сферической формы, но разной величины. «Прочие цвета рождаются от смешения первых трех», — писал Ломоносов.

Девятнадцатый век, век Максвелла, начался для теории цветов Юнгом. В своей лекции 12 ноября 1801 года «О теории цветов» он подтвердил: основных цветов — три: красный, желтый, голубой. Доказательство носило скорее физиологический и спекулятивный характер. «Почти невозможно представить, что каждая чувствительная точка сетчатки содержит бесконечное число частиц, каждая из которых способна колебаться в унисон с любым возможным волнообразным движением. Возникает необходимость в предположении, что это число ограничивается, например, тремя основными цветами — красным, желтым и голубым».

Почему именно этими? Во-первых, такие были взяты предшественниками. Во-вторых, опыт живописцев, познавших на практике возможность получения прочих цветов путем смешения этих трех.

Неточные, ненадежные основания! Когда Волластон провел в 1802 году более точное изучение цветов призматического спектра, а сам Юнг наблюдал последовательность цветов в тонких пластинках, появилась у Юнга другая тройка: красный, зеленый, фиолетовый.

Каждому из этих основных цветов соответствуют три вида нервных волокон в окончании глазного нерва. Юнг прочно связал теорию цветов с физиологией, восприятием цветов человеком. И доказательством правоты этой теории послужили люди, больные неопасной, но в то же время странной и распространенной болезнью, о которой раньше никто не подозревал.

Этой странной болезнью, оказалось, болели многие, и в том числе старый знакомец Клерков Вальтер Скотт. Когда это выяснилось, его тут же «оседлал» Брюстер, «изобретатель калейдоскопа», и завел по этому поводу длительную переписку. Сам Брюстер никак не мог согласиться с новой юнговской тройкой цветов, прочно и непоколебимо оставаясь на позициях Мариотта — Ломоносова, хотя они как будто бы и оказывались непрочными. Не таков был Брюстер, чтобы легко клевать на всякие новинки. Он надеялся с помощью Вальтера Скотта утвердить мир на своих позициях. Скотт охотно переписывался с Брюстером, описывал свое восприятие цветов, докладывал в Эдинбургском обществе, печатался в его изданиях.

Вальтер Скотт, как выяснилось, вообще не знал, что такое зеленый цвет, а розовый и бледно-голубой были для него одним и тем же цветом; сочетание ярко-красного и ярко-зеленого цветов казалось ему очень нежным и свидетельствующим о хорошем вкусе. Он не мог отличить пурпурного от темно-синего, но отличал все оттенки желтого цвета и оттенки синего, кроме небесно-голубого.

Отец Скотта, дядя с материнской стороны, его сестра и два сына тоже страдали этой же болезнью, как многие другие.

Николь описал случай, когда морской офицер купил форменный черный мундир и под него — красные бриджи, а Гарвей некогда рассказывал о плимутском портном, всегда подшивавшем черные вещи малиновыми нитками.

Для Дальтона весь спектр лучей, вышедших после призмы или рожденных радугой, был всего двухцветьем. Весь спектр состоял для него из желтой и синей полос.

И вот тут-то и вскрывалась во всей глубине мысль Ньютона о различии между физическими характеристиками лучей и их субъективным восприятием разными людьми.

Для определения основных цветов нужно было тоньше изучить физиологию цветового зрения, сравнивать зрение нормальных людей с восприятием цветов цветослепыми людьми — дальтониками. Вслед за Ньютоном, Гюйгенсом, Мариоттом, Ломоносовым наступил черед Дальтона, Вильсона, Поля, Мейера, Гельмгольца, Максвелла.

Оптика с детства была для Джеймса обетованной землей, где он чувствовал себя свободно, как птица, без притяжения, без земных оков. Он умел объяснить друзьям и отцу самые причудливые оптические явления, знал, отчего расстояние между ньютоновыми кольцами то, а не иное, почему голубое небо сменяется вечером кроваво-красными покрывалами, почему волчок, разрисованный всеми цветами радуги, при быстром вращении кажется белым. Он разлагал белый цвет при помощи призмы в многоцветье радуги, сравнивал получившиеся цвета с «образцовыми».

Еще до памятного спора с Брюстером на конгрессе Британской ассоциации возник для Джеймса конкретный вопрос: из каких компонентов слагается белый цвет? Какие цвета можно получить смешением? Сколько нужно конкретно взять такого-то цвета и такого-то, чтобы получить такой-то? Для точного сложения цветов Максвелл использовал и уже давно применявшийся цветовой волчок, и «цветовой ящик» — довольно громоздкое устройство, состоявшее из линзы, призм, щелей, экранов, образцовых цветов — цветных листков (от Хея). И тот и другой приборы постоянно совершенствовались Джеймсом, и однажды, весьма точно складывая цвета, Джеймс пришел к выводу, что красный, зеленый и синий цвета с «весьма высоким приближением» дают любой другой цвет спектра, в том числе и белый. Цвета, как оказалось, поддаются строгому математическому осмыслению. Оказалось возможным заранее довольно точно предсказать биологическую реакцию человеческого глаза на любой цвет. Смешивая цвета, можно было расчетом показать, каким будет вновь создаваемый цвет.

Цветовой волчок и цветовой ящик оказались совсем не игрушками, а довольно точными физическими измерительными приборами. А метод Максвелла, основанный на численных законах получения данных из измерений в цветовом ящике и на волчке, стал с тех пор общеупотребительным. Цвета, оказалось, тоже можно было вычислять.

«Джеймс Клерк Максвелл — мисс Кей

Трин. Колл. 24 ноября 1854 г.

...Я много занимался «верчением» цветов и пришел к очень точным результатам, доказывающим, что все глаза обычных людей созданы одинаковыми, хотя одни — лучше, чем другие, и что некоторые люди видят два цвета вместо трех; но все, у кого это случается, согласуются в показаниях друг с другом... Белый цвет не может быть создан с помощью синего, красного и желтого; если вы смешаете синий и желтый, вы получите не зеленый, а розовый... Те, кто видит два цвета, различают только синий и желтый, а не красный и зеленый...»

Старый друг Джеймса — Форбс придерживался такой же точки зрения и вместе с ним искал всё новые доказательства того, что желтый и синий цвета не дают в сумме зеленого. Для доказательства Джеймс предложил использовать две скрученные шерстяные нитки — желтую и зеленую, а потом наблюдать их с большого расстояния, может быть, даже через телескоп при нарушенной его фокусировке.

Нужно сказать, что оптические исследования Максвелла того времени во многом напоминали и повторяли исследования других ученых, в частности Германа Гельмгольца. Хотя многие выводы, сделанные им, вошли в золотой фонд учения о цветах, оптические исследования были скорее данью времени, данью, которую неизбежно нужно было заплатить, чтобы быть на самом переднем крае, на самой линии огня, где видны уже вспышки неприятельских выстрелов и нужно идти вперед самому, не полагаясь ни на чью помощь.

Первая статья Максвелла по цвету имела многозначительное название «Теория цветов в связи с цветовой слепотой» и была даже, собственно, не статьей, а письмом. Максвелл отправил его доктору Вильсону (в обычае ученых того времени было обмениваться письмами, сообщая о своих взглядах и открытиях); а доктор Вильсон счел письмо Максвелла настолько интересным, что поместил его целиком в свою книгу, посвященную цветовой слепоте. Так что Джеймсу не пришлось даже заботиться о публикации своих мыслей.

Когда-то в Гленлейре Джеймс исследовал глаза трески и вола, разрезая их. Но этого было ему мало. Джеймсу хотелось бы проникнуть внутрь живого глаза. Но как самому придумать и сделать простой прибор, с помощью которого свет мог бы быть направлен через зрачок внутрь глаза и выхватить из темноты для изнывающего от любопытства Джеймса пребывающее в темноте глазное дно?

«Джеймс Клерк Максвелл — Вильяму Томсону

Дорогой Томсон!

...Я сконструировал глазное зеркало на принципе Гельмгольца, но с выпуклыми стеклами (рисунок)... Преимущество этого приспособления в том, что... глаз... получает весь свет, который возвращается через зрачок. Таким способом я видел изображение свечи темно-коричневого цвета в глазах многих людей и заметил некоторые кровеносные сосуды. В собачьем глазу я видел блестящие цвета внутренней оболочки со всем ее сетчатым узором. Это поистине прекрасный объект, причем совсем нетрудный для наблюдения. Собака, во всяком случае, как будто бы не имеет ничего против».

«Джеймс Клерк Максвелл — м-ру Джону Клерку Максвеллу

...Я усовершенствовал свой инструмент для обозрения внутренности глаза. У Вэйра есть маленькая зверюшка, похожая на старину Аски, которая сидит довольно спокойно и, кажется, любит, когда ее изучают, а я знаю некоторых людей с большими зрачками, которые не хотят позволить мне заглянуть внутрь...

В прошлую среду я ходил с Хортом и Эльпинстоном в Рэй-клуб, который заседал в комнатах Кингсли из Сиднея. Кингсли — колосс в фотографии и микроскопах, он показал нам фотографию инфузории, просто прекрасную, а также снимки живых растений и животных, сделанные с помощью... микроскопа...»

Джеймс обнаруживает вокруг себя десятки других «пропов», требующих решения:

— Почему лист бумаги, падая на пол, совершает колебательное движение?

— Как выглядел бы мир в конической проекции?

— Каким условиям должно удовлетворять лучшее средство для чистки одежды?

Но самым долговечным из его юношеских научных увлечений оказалось все-таки цветовое зрение.

МАКСВЕЛЛ — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ БРАКОНЬЕР

И все же Джеймса безотчетно влекут к себе тайны более глубокие, вещи куда более неочевидные, чем смешение цветов и изобретение глазного зеркала нового типа. И именно электричество в силу его интригующей непонятности неизбежно, рано или поздно, должно было привлечь энергию его молодого ума. Еще в Гленлейре среди «мусора» молодого Максвелла были самодельные магниты, гальванические элементы, еще в Эдинбургском университете знал он о Фарадее, о его великих трудах. И нет поэтому ничего удивительного, что, отдохнув после трайпоса всего месяц, Джеймс пишет своему старому другу, молодому, но уже знаменитому будущему лорду Кельвину, а сейчас пока еще просто Вильяму Томсону, профессору университета в Глазго:

«Трин. Колл. 20 февраля 1854

Дорогой Томсон!

Сейчас, когда я перешел в нечестивое состояние бакалавра, я начал подумывать о чтении. Конечно, приятно провести время среди книг признанного достоинства, которые ты не читал, но должен был бы. Однако у нас есть сильная склонность к тому, чтобы возвратиться к физическим теориям, и некоторые из нас хотели бы напасть на электричество.

Представьте себе человека, имеющего популярные сведения о демонстрационных электрических экспериментах и небольшую антипатию к учебнику по электричеству Морфи — как должен он читать и работать, чтобы приобрести хотя бы небольшое понимание сущности предметов, которое могло бы пригодиться при дальнейшем чтении?

Если бы он захотел читать Ампера, Фарадея и других, как ему это сделать, и на какой стадии и в какой последовательности он мог бы читать Ваши статьи в кембриджском журнале?»

Томсон ответил ему доброжелательным длинным письмом, в котором обстоятельно разъяснил порядок чтения и вообще дал свое благословение на занятия Джеймса электрическими материями, на вторжение в то, что Джеймс называл «электрическими заповедниками» Томсона. Томсон в те времена был, несомненно, самым видным после Фарадея физиком Англии, а ему было всего тридцать лет.

«Трин. Колл. 13 ноября 1854

Дорогой Томсон!

...Я хотел бы направить Вам исповедь электрического новичка.

Я довольно легко воспринял фундаментальные принципы напряженного электричества. Мне сильно помогла здесь аналогия с передачей тепла, которая, как мне кажется, есть Ваше изобретение, поскольку я нигде больше не находил ее. Затем я попытался создать теорию притяжения токов, но, хотя я уже мог видеть, как можно определить этот эффект, я не был удовлетворен формой теории, которая имеет дело с элементарными токами и их взаимодействиями. Не вижу, как из этого можно создать какую-нибудь общую теорию. Читал в этом семестре исследования Ампера и искренне восхищался ими, хотя это была наглядная демонстрация [взаимодействий элементарных токов], которая должна была бы всех убедить (после того, как Ампер убедил самого себя), что все это соответствует его философским взглядам и что все происходит так, как должно было бы быть.

И все же у меня нет сомнения в том, что Ампер сам открыл эти законы, причем, возможно, и посредством метода, который он привел. Да, я как-то слышал, что Вы говорили о «магнитных линиях сил», которые Фарадей будто бы использовал с большой пользой, в то время как другие, кажется, предпочитают представление о непосредственном взаимодействии элементов токов. Сейчас я считаю, что... каждый ток создает магнитные линии и действует так, как это ему предписывается линиями...»

Знаменательное письмо! Намечен разрыв с методами Ампера, строящего свою теорию на непосредственном мгновенном взаимодействии элементов токов через пространство — на дальнодействии. Переход к фарадеевскому восприятию действия через посредство магнитных силовых линий, заполняющих пространство. Принятие «близкодействия» — действия одного тела на другое через посредство некоторой промежуточной среды было ярким подтверждением твердости философских воззрений Максвелла. Еще на давнишней эдинбургской лекции о судьбе двух ученых — Леверрье и Адамса, открывших «на кончике пера» новую планету — Нептун, Джеймс должен был бы получить импульс в сторону «дальнодействия» — ведь планеты были открыты на основании законов тяготения, имеющих четко выраженный в те времена акцент «дальнодействия». Эта теория получила в открытии Нептуна столь мощное подтверждение, что усомниться в ней мог лишь нестандартно мыслящий ум, ничего не принимающий на веру.

Теория Ампера была целиком пронизана дальнодействием. Элементы токов взаимодействовали между собой, как маленькие планетки. Закон Кулона для взаимодействия электрических зарядов поразительно напоминал по конструкции закон тяготения Ньютона. Формальное сходство законов, математических выражений для, казалось бы, разных явлений — гравитационного и электрического взаимодействия — убедило Ампера в том, что основой любой общей теории электромагнетизма должно быть хорошо зарекомендовавшее себя дальнодействие. И ничто его не могло сбить с этого пути. Он выводил формулу за формулой, элементы взаимодействия с элементами, выражения все более и более усложнялись, формализовались, и Ампер, искуснейший математик, все с большим трудом выпутывался из дебрей сложнейших формул, не смущаясь иной раз и перед очевидными физическими несообразностями. Все амперовские токи были, например, замкнутыми, а взаимодействие токов определялось для изолированных, незамкнутых элементов...

Джеймс Клерк Максвелл в поисках теории, более соответствующей его философским взглядам, обращается к еще неясным для него силовым линиям Фарадея.

Фарадей, не получивший образования, не знавший математики, мог лишь любоваться совершенно непонятными ему математическими символами в трудах великих французов и немцев. Однако Фарадей противопоставил математическому камуфляжу здравый смысл реалиста. Он не понимал, как что-то может воздействовать на что-то через ничто, как бы красиво это ни было математически оформлено на бумаге.

Что значит — магниты воздействуют друг на друга на расстоянии? Но почему же вокруг полюсов магнита налипают опилки, почему опилки, если их посыпать на бумагу и поднести к магниту, собираются в стройные лохматые цепочки? Значит, есть что-то в пространстве, значит, наполнено чем-то это ничто?

И все-таки этому опыту, опыту с опилками, сторонники дальнодействия могли дать альтернативное объяснение. Такое: линии, по которым располагаются опилки, — лишь направления равнодействующей магнитных сил. Лишь направления! Но вот другому опыту сторонники дальнодействия дать объяснение могли лишь с трудом. Установка проста: две проводящие пластины, между которыми можно помещать разные непроводящие жидкости. Если подводить к пластинам напряжение от одной и той же батареи, система в каждом случае будет вести себя по-разному, например, скорость зарядки этого конденсатора будет в каждом случае своей, и его емкость будет в каждом случае разной. Значит, промежуточная среда играет роль в электрических взаимодействиях?

И вот здесь-то, когда заходила речь о промежуточной среде, язык сторонников дальнодействия сразу начинал заплетаться, он становился все туманней и запутанней, что уже само по себе являлось признаком непонимания и замешательства.

Все возрастающая сложность математических теорий электричества, создаваемых сторонниками дальнодействия, явно заводила в тупик. Для того чтобы свести концы с концами в опыте с зарядкой конденсатора, приходилось вводить в формулы поправочный коэффициент — диэлектрическую постоянную: объяснить же физический смысл этого коэффициента сторонники дальнодействия оказались не в состоянии. Факты упрямо выпирали из теории, ломали, разрушали ее, взрывали изнутри вавилонскую башню Амперовой электродинамики. Но снаружи пока еще этого видно не было.

И лишь одно могло бы окончательно примирить факты с теорией — принятие совершенно новой модели явлений, новой физической философии, философии, с одной стороны, естественной и в силу этого неправдоподобно простой, а с другой — сложнейшей, поскольку таила она в себе тысячи новых сложностей. Но пока выручала.

Лишь один Фарадей придерживался в науке этой новой философии и тем навлекал на себя насмешки и презрение. Его грубые материальные силовые линии, ранее, возможно, использовавшиеся им скорее для наглядности, теперь уже пронизывали для него тела и пространство и обладали обыденными физическими качествами, например сжимались и растягивались. Никто не понимал его и не поддерживал. Его идеи казались слишком абстрактными.

Но на стороне Фарадея был его реализм, склонность проверять всех и вся — «люди склонны ошибаться», способность воспринимать лишь то, что может быть проверено опытом. Признание за телами присущего им изначального свойства притягиваться к другим через ничто, просто на расстоянии, свойство, подобное длине или ширине, было глубоко чуждым и невозможным для него. Гигантская фигура Фарадея предстает на поле брани в полном одиночестве, противостоя объединенной блестящей гвардии немцев и французов — сторонников отнюдь не ближнего боя, сторонников дальнодействия.

...Он был совсем одинок, если бы не Томсон, а потом Максвелл.

Максвелл, как Фарадей, сердцем не мог принять идею взаимодействия на расстоянии. Этому противоречил и склад его ума, стремящегося объяснить все, не знающего никаких «священных земель», все его воспитание, все его юношеские физические и химические эксперименты. Не зря стоял на дворе век пара, век машин и механизмов, сложных, но вполне доступных для объяснения и понимания. Не зря Джеймс исследовал когда-то, как звонят колокольчики в его родном доме в Гленлейре. Не только удобное средство для связи с домашними видел он в этом нехитром устройстве. Он вникал в суть вещей, видел их скрытый смысл и значение.

«...Когда мы наблюдаем, что одно тело действует на другое на расстоянии, то, прежде чем принять, что это действие прямое и непосредственное, мы обыкновенно исследуем, нет ли между телами какой-либо материальной связи; и если находим, что тела соединены нитями, стержнями или каким-либо механизмом, способным дать нам отчет в наблюдаемых действиях одного тела на другое, мы предпочитаем скорее объяснить действия при помощи этих промежуточных звеньев, нежели допустить понятие о прямом действии на расстоянии.

Так, когда мы, дергая за проволоку, заставляем звонить колокольчик, то последовательные части проволоки сначала натягиваются, а затем приходят в движение, пока наконец звонок не зазвонит на расстоянии посредством процесса, в котором принимали участие все промежуточные частицы проволоки одна за другой. Мы можем заставить колокольчик звонить на расстоянии и иначе: например, нагнетая воздух в длинную трубку, на другом конце которой находится цилиндр с поршнем, движение которого передается звонку. Мы можем также пользоваться проволокой, но, вместо того чтобы дергать ее, можем соединить ее на одном конце с электрической батареей, а на другом конце — с электромагнитом, и таким образом заставим колокольчик звонить посредством электричества.

Здесь мы указали три различных способа приводить звонок в движение. Но во всех этих способах есть то общее, что между звонящим лицом и звонком находится непрерывная соединительная линия и что в каждой точке этой линии совершается некоторый физический процесс, посредством которого действие передается с одного конца линии на другой. Процесс передачи — не мгновенный, а постепенный; так что, после того как на одном конце соединительной линии дан импульс, проходит некоторый промежуток времени, в течение которого этот импульс совершает свой путь, пока не достигнет другого конца...

Кому свойства воздуха не знакомы, тому передача силы посредством этой невидимой среды будет казаться столь же непонятной, как и всякий другой пример действия на расстоянии...»

Максвелл, хоть и не сразу, принял силовые линии Фарадея. «...Не следует смотреть на эти линии как на чисто математические абстракции. Это направления, в которых среда испытывает напряжение, подобное натяжению веревки, или, лучше сказать, подобное натяжению собственных наших мускулов». Картины силовых линий казались ему естественными. Не видел ли он глубокой внутренней связи между ними и его красивыми картинами напряжений, выявляемыми поляризованным светом в неотпущенном стекле? Не были ли примитивные грубые опилки тем «поляризованным светом», который позволял теперь уже проникать не внутрь вещей, а внутрь самого пространства между ними?

Ампер не отвергнут, он переработан, у него взята правильная идея о том, что каждый ток окружен магнитным полем (идея, кстати, абсолютно «близкодейственная», как Ампер не понял этого?), и Максвелл ищет уже для этой идеи адекватное математическое выражение — первое уравнение Максвелла, первое из четырех, которым суждено в будущем прославить имя «электрического новичка». Максвелл ищет: может быть, кто-нибудь, кроме Ампера, напал на правильный след, создал непротиворечивую электродинамическую теорию? Кроме школы французской, в которой царствовал Ампер, и иже с с ним: Лаплас и Араго, Био и Савар, считалась в Европе сильнейшей и школа немецких электродинамиков — Вебер, Нейман, Гельмгольц.

«Трин. Колл. Май 1855

Дорогой Томсон!

Благодарю за Ваш список работ по электричеству. Мне кажется, что я смогу достать все то, о чем Вы упомянули. Я читаю «Электродинамические мероопределения» Вебера, о которых, как я слышал, Вы говорили. Я изучаю его способ соединения электродинамики с электростатикой, индукцией и т.п. и с сожалением признаюсь, что мне он с самого начала не понравился. Он дает выражение для притяжения двух элементов электричества..., определяя «а» и «в» из законов Ампера...»

Опять взгляды Ампера, опять дальнодействие, стыдливо замаскированное в сложных формулах для взаимодействия токов! И все же Джеймс надеется извлечь из «Мероопределений» некое рациональное зерно.

«Джеймс Клерк Максвелл — отцу

Королевское общество было очень заботливо, прислав мне мою статью о цветах как раз тогда, когда она была мне нужна, здесь для Философского [журнала]...

Сегодня вечером в моих комнатах состоится встреча для обсуждения «Теории моральных чувств» Адама Смита, так что мне придется сейчас ликвидировать беспорядок. Я продолжаю снова упорно работать над электричеством и с трудом пробиваюсь через построения тяжелых германских авторов. Нужно довольно много времени для того, чтобы привести в порядок все идеи, которые можно было бы взять у этих людей, но я надеюсь увидеть в этой проблеме свой собственный путь — и прийти к чему-нибудь определенному...»

В общем, веберовская электродинамика была довольно здравой и стройной теорией. Она довольно хорошо подтверждалась экспериментами и соответствовала общепринятым в то время физическим принципам.

Были в ней, конечно, явные несообразности, физические бессмыслицы — вроде бесконечного возрастания кинетической энергии частиц в замкнутой системе. Никак не могла веберовская электродинамика перебросить мост между движущимися зарядами и обычным, наблюдаемым на практике током в проводниках. Не могла ответить на вопрос: существуют ли незамкнутые токи, действующие на магнитную стрелку? Давало себя знать наследие Ампера. Но в принципе все это могло быть принято за легкие облачка, не способные испортить погоды.

А Максвелл глядел глубже. Он начинал понимать механику образования этих «облачков». «Облачка» были органичны для теории Вебера — главы геттингенской школы. И обязаны были они своим происхождением тому, что любое взаимодействие в этой системе было мгновенным, в то время как для любого взаимодействия, для передачи возмущения, по глубокому убеждению Максвелла, требовалось время. (Возможно, его поддерживало то, что и быстрые световые лучи обладали конечной скоростью. Очень большой, но конечной. Всего шесть лет назад Ипполит Физо нашел для нее чудовищное значение — 313 с лишним тысяч километров в секунду.) Пусть бесконечно малое. Но не равное нулю. В конечном счете именно деление на этот нуль приводило в теории Вебера к появлению физически абсурдных бесконечностей.

В этом видел Максвелл корень зла, и этот корень подлежал выкорчевыванию. Вот где «мгновенное дальнодействие» обнаруживало, по его мнению, свою полную несостоятельность.