Французская революция в физике XIX века

Итогом развития механики XVIII в. можно считать программу Лапласа. Великий математик и механик Пьер Симон Лаплас (1749—1827), избранный в Академию наук в 1773 г., был одним из главных лидеров французского научного сообщества на протяжении ряда десятилетий (включая революционный и наполеоновский периоды). Он добился больших успехов в разработке небесной механики, которая стала для него образцом физической теории. В его программе теоретизации физики можно выделить две части. Первая заключалась в построении небесномеханических аналогов теорий во всех областях физики. Лаплас называл ее «молекулярной механикой» [15]. Это механистическая программа сведения всего многообразия физических и химических явлений к взаимодействиям различного рода частиц (молекул) по законам центральных сил, аналогичным ньютоновскому закону всемирного тяготения. Вторую часть этой программы иногда называют программой математизации фундаментальной физики и связывают ее с именем ученика Лапласа — Ж. Б. Био 117; с. 4|. Она ориентировала исследователей на аналитическую математизацию полученных путем точного эксперимента элементарных эмпирических соотношений (подпрограмма Био). Оба эти аспекта находились в тесной взаимосвязи, стимулируя друг друга.

Первые полтора-два десятилетия сам Лаплас и его ученики и последователи, следуя этой программе, добились немалых успехов: закон ГейЛюссака (1802), Лапласова теория капиллярности, открытие поляризации света Малюсом (1808) и последовавшие за этим оптические исследования самого Малюса, а также Био, Араго и др., математическая электростатика Пуассона (1811) и др. Но к середине-концу второго десятилетия молекулярно-механическая часть программы, включая корпускулярную оптику, все больше заходила в тупик. Вторая же ее часть была вполне созвучна подходу политехников, имена которых мы связываем с французской революцией в физике. Как писал Лаплас в «Изложении теории мира», «одно из самых больших достоинств математических теорий (и самый лучший способ установить их достоверность) заключается в том, что они объединяют множество явлений, кажущихся разрозненными, и определяют их взаимные отношения не путем неопределенных и гадательных рассуждений, а точным расчетом» [10, с. 245]. Под этими словами могли подписаться и Фурье, и Френель, и Ампер.

Изучение хронологии последующих событий обнаруживает поразительную их концентрацию в окрестности 1820 г.

• 1819 г. — О. Френель «Мемуар о дифракции света», в котором была развита волновая оптика.
• 1822 г. — Ж. Б. Фурье «Аналитическая теория тепла», трактат, в котором была развита теория теплопроводности на основе полученного автором дифференциального уравнения теплопроводности.
• 1823 г. — А. М. Ампер «Теория электродинамических явлений» (опубликована в 1826 г.), в которой было исследовано взаимодействие электрических токов (закон Ампера).
• 1824 г. — Н. Л. С. Карно «Размышления о движущей силе огня» — труд, положивший начало термодинамике.

Конечно, эти знаковые события, характеризующие замечательный и почти скачкообразный прогресс в оптике, теплофизике, учении об электричестве и магнетизме, погружены в ряд других важных событий, связанных с именами, прежде всего французских, но также, хотя в меньшей мере, английских, немецких и даже русских ученых (французы II. С. Лаплас, С. Д. Пуассон, Ж. Био, Ф. Савар, П. Дюлонг и А. Пти, Д. Араго, Л. Навье, Ж. Гей-Люссак и др.; англичане Т. Юнг, Дж. Грин, немцы Г. С. Ом, К. Ф. Гаусс; русские Н. И. Лобачевский — в 1826 г. он создает неевклидову геометрию, М. В. Остроградский и др.) — Заметим, что с начала 1820-х гг. на «физической арене» появляется М. Фарадей, открывший в 1831 г. явление электромагнитной индукции.

Отмеченной фокусировке событий (1820 ±3 года) свойственны следующие черты:

• 1) в совокупности они охватывают достижение значительного теоретического прогресса, опирающегося на точный эксперимент, в основных разделах физики — учения о теплоте, свете, электричестве и магнетизме. Этим наука обязана, прежде всего, французским ученым;
• 2) соответствующие теоретические построения существенно опираются на математический анализ и теорию дифференциальных уравнений и носят во многом феноменологический характер;
• 3) они во многом противостоят доминирующей в конце XVIII — начале XIX вв. исследовательской программе П. С. Лапласа, хотя также ориентированной на интенсивное использование математического анализа, но в физическом плане связанной с концепцией «молекулярной механики», корпускулярной оптикой и невесомыми жидкостями;
• 5) этим взлетом французская физика (а также математика и другие точные науки) во многом обязаны возникшей на волне Великой французской революции Парижской политехнической школе (ППШ).

Далее в физике идет более равномерный во времени и в пространстве процесс, который к 1870—1880-м гг. приводит к завершению построения основ классической физики («Трактат об электричестве и магнетизме» Дж. К. Максвелла — 1873 г., Л. Больцман — статистическое обоснование второго начала термодинамики и кинетическое уравнение — 1872 г., открытие электромагнитных волн Г. Герцем — 1888 г. и т. д.).

Сказанное дает основание говорить о двухфазной структуре научной революции, приведшей к формированию классической физики, где первую фазу условно можно назвать «французской революцией в физике«Г У этой революции явно просматриваются социальные и институциональные предпосылки, тесно связанные с ППШ, которая была создана в 1794 г. с целью «воспитать различных инженеров, восстановить обучение точным наукам, которое было прервано во время кризисов революции, и дать высокое научное образование молодым людям или для того, чтобы быть употребленными Правительством в работах республики, или для того, чтобы принести в свои родные места просвещение…» [2, с. 25—26].^[1]

Особое внимание в Школе уделялось преподаванию математики, в первую очередь математическому анализу и начертательной геометрии. К преподаванию были привлечены выдающиеся математики, механики, химики: Ж. Л. Лагранж, Г. Монж (ставший вскоре директором Школы), П. С. Лаплас (в качестве экзаменатора), Л. Карно, Г. К. Прони, А. Ф. Фуркруа, К. Л. Бертолле и др.; несколько позже там преподают А. М. Ампер и Ж. Б. Фурье. Учебная литература по математике, математической физике и механике (и не только во Франции) берет свое начало во многом из курсов, читавшихся в ППШ Лагранжем, Монжем, Фурье, Ампером, а также ее выпускниками С. Пуассоном, Л. Пуансо, О. Коши и др. Среди выпускников Школы такие видные физики первой четверти XIX в., как Ж. Б. Био, Ж. Л. Гей-Люссак, Д. Ф. Ж. Араго, Э. Малюс, С. Пуассон, Л. Пуансо, О. Коши, П. Л. Дюлонг, А. Т. Пги, О. Френель, Н. Л. С. Карно (в дальнейшем С. Карно), А. Навье и др.

С ППШ началось перемещение «центра тяжести научной жизни» (выражение Ф. Клейна [15, с. 15]) из академий в вузы, в которых сначала во Франции, а затем в Германии, Англии и несколько позже в России происходило научно-дисциплинарное оформление физики.

Большинство учеников и последователей Лапласа («лапласианцев») и героев 1820-х гг. («антилапласианцев») были тесно связаны с ППШ. Но последние были, как правило, весьма далеки от лапласианского круга ученых и от влияния лидеров этого круга, занимавших в первые два десятилетия ведущие позиции в Институте Франции (объединяющем пять академий наук) и во французском научном сообществе этого времени. Так, Фурье с 1802 по 1817 г. был префектом департамента Изеры; Ампер только в 1820 г. начал заниматься физикой, будучи избранным в Институт как математик в 1814 г.; Френель после окончания Школы мостов и дорог в 1809 г. в течение ряда лет работал инженером в провинции и только в 1817 г. вернулся в Париж уже сложившимся исследователем; С. Карно после окончания ППШ в течение шести лет работал военным инженером также в провинции, продолжив военную службу и по возвращении в Париж в 1819 г. Иначе говоря, им было свойственно определенное аутсайдерство.

• [1] Впервые этот феномен был нами описан в 1995 г. Но тогда он именовался «французским взлетом классической физики» [17, с. 15]. Несколько позже мы рискнули егоназвать «французской революцией в физике» [4, с. 15]. При этом мы существенно опирались на серию работ Р. Фокса, Р. Силлимана, Р. Фридмана и Е. Френкеля, опубликованныхв Hist. Stud. Phys. Sci., а также на монументальный трехтомник И. Граттана-Гиннеса (1990).Ссылки на эти работы можно найти в работе [17].