«Физика, рассказанная на ночь». Глава из книги

Глава 13. Как Евангелие

На своих лекциях Ричард Фейнман объясняет принцип сохранения энергии, приводя в самом начале такое сравнение: «Представьте себе ребенка, эдакого Денниса-мучителя, у которого есть кубики...»¹.

Деннис, рассказывает Фейнман, получает от своей мамы двадцать восемь идентичных кубиков. Каждый вечер его мама проверяет их число и обнаруживает феноменальную закономерность: число кубиков всегда одинаково. Если их вдруг становится меньше, то это объясняется тем, что какой-то кубик закатился под ковер, выпал из окна или кто-то из друзей Денниса случайно забрал его с собой. Если их вдруг становится больше, то это объясняется тем, что у Денниса в гостях были друзья и кто-то из них забыл свой кубик.

Как-то вечером мама Денниса, несмотря на тщательные поиски, находит только двадцать пять кубиков. Она предполагает, что недостающие три кубика находятся в ящике с игрушками. Однако Деннис не хочет, чтобы его мама открывала этот ящик. Поэтому на следующий день мама взвешивает ящик с игрушками и один кубик. Вечером ей нужно всего лишь проверить, насколько тяжелее стал ящик, и эту разницу разделить на вес одного кубика. Она прибавляет полученное число к количеству тех кубиков, которые нашла, и снова обнаруживает все ту же удивительную закономерность: всегда получается двадцать восемь кубиков.

Затем возникают новые трудности. Кубики в ящике и кубики, которые находит мама, в сумме дают менее двадцати восьми. Мама Денниса предполагает, что ее сын бросил недостающие кубики в ванну с грязной водой. И конечно же, Деннис не разрешает маме осмотреть ванну. Однако на следующий день Деннис играет со всеми двадцатью восемью кубиками. Его мама определила уровень воды в ванне. Затем она также установила, насколько один кубик изменяет уровень воды и, таким образом, получила возможность вечером рассчитать число кубиков в ванне.

Ситуация для мамы Денниса с каждым разом становится все сложнее и сложнее, однако конечный итог всегда одинаков: мама Денниса подсчитывает число кубиков, которые она находит, и число кубиков, наличие которых она определяет с помощью собственных расчетов, и каждый раз подтверждается этот невероятный закон: всегда получается двадцать восемь кубиков.

Энергию нельзя увидеть — она не является в форме кубиков или предметов, в которых спрятаны кубики. Тем не менее между этой историей и законом сохранения энергии существует четкая аналогия.

Энергия обладает огромным числом различных форм. Есть потенциальная и кинетическая энергия, энергия тяготения, энергия тепла, энергия излучения, электрическая и магнитная энергия, химическая энергия, энергия массы и ядерная энергия. Каждая форма энергии описывается своей формулой. Если для определенной физической ситуации сложить все значения, полученные при использовании этих формул, а затем, по возможности после завершения различных процессов, снова рассчитать их, то получится все то же значение. Если это значение окажется больше, значит добавилась какая-то внешняя энергия. Если же оно окажется меньше, значит либо был упущен какой-то аспект, какая-то форма энергии, либо энергия была извлечена кем-то или чем-то извне.

В заключение Фейнман дополняет свои рассуждения следующими словами: «Очень важно понять, что мы в современной физике не знаем, что такое энергия. <...> Есть формулы для расчета числовых значений, и, если их сложить все вместе, получается 28 — всегда одинаковое число».

Для Макса Планка закон сохранения энергии, с которым его познакомил в школе учитель математики Герман Мюллер, был как Евангелие. «Незабываемым» для Планка был пример, «который Мюллер во всей красе привел, рассказывая о потенциальной и кинетической энергии. В нем говорилось об одном каменщике, который поднимает на крышу своего дома тяжелый кирпич. Работа, которую он при этом выполняет, не проходит бесследно: она сохраняется годами, пока в один прекрасный день кирпич не сорвется с крыши и не упадет на голову какому-нибудь прохожему»².

Открытие закона сохранения энергии имеет свою собственную историю, про которую Макс Планк уже в восьмидесятилетнем возрасте как-то сказал: «Я все думаю об одном случае, предварившем современную физику. Он слишком навредил нашей науке. Однако утешает то, что такие идеи, как та, что высказал Юлиус Роберт фон Майер, появляются лишь раз в несколько столетий»³.

В июне 1841 года врач Юлиус Роберт фон Майер отправил свою работу «О количественном и качественном определении сил» в журнал «Анналы физики» (Annalen der Physik). Как в то время было принято, фон Майер говорил не об «энергии», а о «силе» и соответственно о «сохранении силы». Работа не была принята. Статья фон Майера содержала существенные физические ошибки, рассуждения в некоторых местах были малопонятными, а используемый им язык довольно часто напоминал язык романтических натурфилософов. Для издателя журнала «Анналы физики» Ганса Кристиана Поггендорфа эта работа была «нефизической спекуляцией». Лишь бегло просмотрев статью фон Майера, он перестал воспринимать ее всерьез. Майер даже не был уведомлен о решении — Поггендорф просто проигнорировал его работу^4 5.

Лишь десятилетия спустя, после смерти Поггендорфа, эту статью вновь извлекли на белый свет. Оказалось, что, несмотря на многочисленные ошибки, в ней действительно содержалась и точка зрения о том, что наряду с законом сохранения массы существует и закон сохранения энергии⁶.

Ex nihilo nil fit — из ничего ничего не бывает. По словам одного из друзей фон Майера, тогда, осенью 1841 года, было тяжело говорить с ним еще о чем-то другом: «Из ничего ничего не бывает. Ничто превращается в ничто. Причина равна следствию. Эти фразы он тогда повторял постоянно»⁷. И это были понятия, которые использовал фон Майер для обозначения энергии.

Еще более необычными, чем используемый им язык, были его аргументы. Взаимосвязь между теплом и кинетической энергией — энергией движения он вывел из наблюдения за тем, как тела при сжатии, то есть при уменьшении их объема, нагреваются. Таким образом, фон Майер полагал, что при падении камня объем системы «земля — камень» уменьшается, и в результате этого происходит преобразование «силы движения» в тепло⁸.

Каким бы необычным ни был этот «аргумент», однако он выражает самую основную мысль — принцип сохранения энергии. Если тепло является формой энергии, тогда возможно указать количественную взаимосвязь между механической энергией и теплом. Чтобы суметь сформулировать и применить закон сохранения энергии во всей общности, необходимо проложить мост от механики к термодинамике.

Тридцать первого марта 1842 года фон Майер отправил следующую рукопись издателю журнала «Анналы химии и фармации» Юстусу фон Либиху. В этой появившейся в мае работе «Примечания о силах неживой природы» фон Майер пишет: «...нам нужно узнать, насколько высоко следует поднять определенный вес над землей, чтобы его сила падения была эквивалентна нагреванию такого же веса воды от 0 до 1°C»⁹.

Пусть философский подход фон Майера кажется нефизическим, пусть многие его аргументы кажутся неясными и даже являются неверными, однако ему действительно удалось вычислить эту важную величину. В той же работе фон Майер подытожил: «Падение весовой единицы с высоты примерно 365 метров будет соответствовать нагреванию такой же весовой единицы воды от 0 до 1°С». Если тело — без учета сопротивления воздуха — падает на землю с высоты 365 метров, то его энергия движения соответствует энергии, необходимой для нагревания на один градус количества воды, равного весу этого тела. Фактически это значение ниже, однако порядок величины соответствует. Этот трюк фон Майеру удался.

Однако его работа осталась без внимания. Его другую работу отклонил даже сам Либих. Так, следующая работа фон Майера появилась в 1845 году в частном издательстве. В брошюре «Органическое движение и его взаимосвязь с обменом веществ» фон Майер исследовал значение энергии для животного мира — и эта работа почти всеми без исключения была отвергнута.

Двадцать третьего июля 1847 года Герман Гельмгольц выступил в Берлине с докладом «О сохранении силы». Гельмгольцу в то время было двадцать шесть лет, и он, как и фон Майер, был врачом. Гельмгольц первоначально хотел стать физиком, но по желанию отца, который считал физику малодоходным занятием, изучал медицину. Тем не менее впоследствии Гельмгольц вполне успешно обратился к физике. Началом этого послужил его доклад в Берлине — идеи и размышления Гельмгольца о законе сохранения энергии¹⁰.

Примерно в то же самое время из Англии пришли сообщения об экспериментах Джеймса Прескотта Джоуля, которые вполне напрямую доказывали превращение механической работы в тепло. Фон Майер не проводил экспериментов. Он правильно истолковал различные опубликованные в литературе результаты и таким образом вычислил свою величину. У Джоуля же, напротив, взаимосвязь между механической энергией и теплом становится очевидной непосредственно при проведении экспериментов. Проще говоря, Джоулю удалось показать, что уже даже при обычном перемешивании воды в горшке ее температура повышается. Джоуль произвел гораздо более точные измерения и в ходе своих экспериментов нашел более точную величину, чем та, которую назвал Юлиус Роберт фон Майер¹¹.

Однако ни Гельмгольц, ни Джоуль не упоминали про фон Майера. Они оба просто ничего не знали о его работах. Это было тяжелым ударом для фон Майера, и в 1850 году он попытался покончить жизнь самоубийством, выпрыгнув из окна. В последующие годы он постоянно по несколько месяцев проводил в так называемой частной психиатрической лечебнице. Позже, когда фон Майер снова вернулся домой, он стал объектом городских сплетен. Дети издевались над ним, называя его «дураком Майером»¹².

Когда Янош Плещ как-то спросил Эйнштейна, есть ли что-то в мире ученых, что может доставить ему радость, Эйнштейн ответил: «Признание своих коллег»¹³. Для ученого огромное значение имеет уважение со стороны мирового сообщества ученых, и именного этого так долго и мучительно не хватало фон Майеру.

Только в 1862 году Джон Тиндаль сказал, что среди открывателей принципа сохранения энергии Юлиус Роберт фон Майер стоит на первом месте: «В нашем столетии не было более великого гения, чем Юлиус Роберт фон Майер»¹⁴. Ученые-физики зря так долго отказывали фон Майеру в признании его заслуг.

Глава 14. Через десять тысяч лет? Один лишь только Максвелл!

На своей лекции про закон сохранения энергии Фейнман говорил: «У этого закона, насколько нам известно, нет известных исключений — он точный»¹⁵.

Оказалось, однако, одно исключение все-таки есть. И человеком, который считал, что это вообще возможно, был Нильс Бор.

При особом виде радиоактивного распада, бета-распаде, ядро атома теряет энергию и передает ее электрону. Вскоре Бор понял, что электрон при этом не образуется из оболочки и не захватывается в ядре, а возникает непосредственно во время распада.

Если сложить энергию электрона и ядра атома после распада и сравнить ее с энергией до распада, то получатся разные значения! Ядра атомов при этом, по-видимому, действуют по всем правилам игры: определенное ядро во время бета-распада постоянно теряет одинаковое количество энергии. Выделяемые различными ядрами электроны, однако, обладают широким спектром значений энергии, но эти значения всегда меньше, чем энергия, которой электроны, собственно говоря, могли или должны были бы обладать.

Бор был готов отказаться от закона сохранения энергии как жестко действующего закона в отношении распада ядер, чтобы суметь понять это удивительное распределение энергии между электронами во время бета-распада. Вольфганг Паули не желал разделять это мнение. Вместо того чтобы, как Бор, «еще больше поиздеваться над бедным законом сохранения энергии»¹⁶, Паули, как он сам выразился, «избрал отчаянный выход». Вольфганг Паули высказал предположение о том, что во время бета-распада образуется еще одна, электрически нейтральная частица, которая забирает недостающую энергию.

Паули «опубликовал» эту идею 4 декабря 1930 года в открытом письме к участникам проходившего в Тюбингене конгресса по вопросам радиоактивности. После обращения «Уважаемые радиоактивные дамы и господа!» и краткого вступления Паули изложил свою идею: «Непрерывный бета-спектр будет понятен нам только в том случае, если предположить, что во время бета-распада наряду с электроном образуется и нейтрон таким образом, что сумма энергий нейтрона и электрона является постоянной. <...> Я допускаю, что мой выход, возможно, с самого начала может оказаться маловероятным <...> Однако выигрывает тот, кто рискует <...> Итак, мои радиоактивные, проверяйте и решайте!»¹⁷

Астроному Вальтеру Бааде, который в то время был в гостях у Паули, он сказал: «Сегодня я сделал нечто ужасное, то, что не должен был делать ни один физик-теоретик. Я предложил нечто, что никогда не будет подтверждено экспериментально»¹⁸. В последнем Паули ошибался, однако оказался прав в отношении существования этой призрачной частицы. В 1956 году ее существование было подтверждено.

В 1933 году Энрико Ферми ухватился за идею Паули и попытался понять бета-распад в соответствии с правилами квантовой механики. Для достижения этой цели Ферми наряду с силой тяготения и электромагнетизмом ввел еще одну фундаментальную силу — слабое взаимодействие. Ферми добился успеха. Ему удалось с помощью своей теории объяснить многие тонкости бета-распада. Эмилио Сегре, который в то время гостил у Ферми в Риме, позже как-то написал: «То, как Ферми подошел к рассмотрению бета-распада, возможно, является верхом его мастерства как теоретика». В конце 1933 года Ферми выслал свою рукопись в журнал Nature. Она была отклонена, но вскоре ее опубликовали в другом месте¹⁹.

В своей работе Ферми назвал упомянутые Паули нейтральные частицы нейтрино, «маленькая незаряженная частица». После опубликования этой работы Ферми по бета-распаду такое название за этими частицами закрепилось²⁰.

Научная жизнь Эйнштейна в последние тридцать лет была посвящена поискам единой теории поля. Когда в начале двадцатых годов он стал проводить исследования в этом направлении, атом состоял только из протонов и электронов — еще не было никаких нейтронов, нейтрино, никакого слабого взаимодействия, никаких ядерных сил. Были только электромагнетизм и гравитация²¹. С 1925 года до самой своей смерти Эйнштейн непрерывно занимался поиском возможности объединения этих двух сил. Даже после того, как физика сделала огромный рывок вперед, были открыты новые частицы и физика пополнилась новыми полями и новыми силами, Эйнштейн остался верным своему некогда избранному пути. Он по-прежнему без устали продолжал свою работу, однако успеха так и не добился. Один из друзей Эйнштейна говорил о двойной трагедии из-за одиночества, которое Эйнштейн избрал сам: одна трагедия заключалась в том, что Эйнштейн один шел той дорогой, которая не привела к цели, а вторая — в том, что им, физикам, очень не хватало их друга и первопроходца.

Поиск унификации сил не закончился и после смерти Эйнштейна. Совсем наоборот — исследование единой теории считается сегодня одной из наиважнейших задач в теоретической физике.

В начале 1970-х годов XX века наконец-то удалось объединить электромагнетизм и слабое взаимодействие, а ровно за сто лет до этого — электричество и магнетизм.

В 1873 году, как считал Эмилио Серге, появился «вообще один из самых важных физических текстов»²² — «Трактат об электричестве и магнетизме» Максвелла. С помощью тезиса из четырех уравнений Джеймсу Клерку Максвеллу удалось разработать общую теорию электричества и магнетизма. Максвелл, однако, уже не рассматривал их как два отдельных феномена. В теории Максвелла электричество и магнетизм объединены, они выступают как два аспекта электромагнетизма. Однако, к огромному удивлению Максвелла, оказалось, что попытки унификации уходят далеко в глубь истории.

Говорят, что именно Фалес Милетский сделал открытие о способности янтаря притягивать солому, если потереть его о шерсть. Греческим словом для обозначения янтаря при таких явлениях электричества является «электрон» — такие упоминания встречаются у личного врача Елизаветы I, Уильяма Гильберта.

Для того чтобы электрически заряженные тела могли оказывать друг на друга определенные воздействия, совсем не обязательно, чтобы они касались друг друга. Кроме того, эксперименты Бойля и Гука показали, что эти силы действуют сквозь вакуум. Откуда электрический заряд «знает», что недалеко от него находится другой электрический заряд? Майкл Фарадей полагал, что электрически заряженные тела изменяют окружающее их пространство. Если в это пространство попадает другое электрически заряженное тело, то оно «чувствует» это изменение и воспринимает его как силовое воздействие.

Понятием, которое утвердилось для описания таких изменений в пространстве, является так называемое поле. Любой электрический заряд окружен электрическим полем. Подобным образом понимается и силовое взаимодействие между магнитами. Противоположные полюсы магнитов притягиваются друг к другу посредством магнитного поля.

В 1820 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток оказывает воздействие на находящуюся рядом магнитную стрелку. На языке полей это означало, что электрический ток окружен магнитным полем. Позже Фарадею удалось показать, что изменения в магнитном поле приводят к образованию электрического поля.

Уравнения Максвелла содержат и математическим образом описывают результаты наблюдений Эрстеда и Фарадея, однако значительно выходят за их рамки.

Устройство, состоящее из двух противоположно заряженных пластин, называется конденсатором. Между пластинами конденсатора находится электрическое поле, которое не в последнюю очередь проявляется в притяжении обеих пластин друг к другу. Электрическое поле возникает при зарядке конденсатора, и энергия поля постоянно возрастает по мере увеличения заряда.

Теперь мысль Максвелла заключалась в том, что такие электрические поля, как и электрический ток, окружены магнитным полем. В этой связи можно говорить о так называемом токе смещения. Максвелл считал, что изменяющиеся электрические поля создают магнитное поле! Тем самым Максвелл вышел за рамки уже известных наблюдений и тут вдруг натолкнулся на одну особенность, которую не учел.

Изменяющееся электрическое поле приводит к образованию изменяющегося магнитного поля, которое в свою очередь способствует образованию изменяющегося электрического поля, а то в свою очередь становится причиной возникновения изменяющегося магнитного поля. Электрические и магнитные поля вызывают взаимное образование друг друга. Они соединяются друг с другом, как звенья одной постоянно растущей цепи, — и таким образом распространяются в пространстве. Из уравнений Максвелла следует существование электромагнитных волн!

Рассчитав впоследствии скорость этих электромагнитных волн, Максвелл получил казавшееся невероятным значение — 300 тысяч километров в секунду. Скорость света!

«Скорость распространения электромагнитных волн так точно совпадает со скоростью света, — писал Максвелл уже в 1864 году, — что у нас есть хорошее основание предположить, что сам свет является электромагнитным потоком, который распространяется через электромагнитное поле в виде волны»²³. Максвелл был прав: оптика, электричество и магнетизм были объединены замечательным образом — они описывались системой из четырех уравнений.

Для Эйнштейна «изменение концепции действительности», описанное уравнениями Максвелла, «является самым важным и самым плодотворным, которое знавала физика со времен Ньютона»²⁴. Людвиг Больцман, восхищенный уравнениями Максвелла, выразил свой восторг строками из «Фауста» Гёте: «Был ли это Бог, кто начертал эти знаки?»²⁵, а Ричард Фейнман полагал, что если люди через 10 тысяч лет еще вспомнят о XIX столетии, то будут знать о нем только то, что в нем жил Максвелл²⁶.

Джеймс Клерк Максвелл родился в Эдинбурге в 1831 году, как раз в тот год, когда Фарадей открыл электромагнитную индукцию. Он был очень любознательным ребенком, обладавшим также особым талантом к изучению языков. Это проявилось позже в том, что Максвелл все научные публикации читал на языке оригинала. Так он выучил немецкий, французский, итальянский и нидерландский. Во время завтрака Максвелл читал в оригинале латинских и греческих классиков²⁷. В школе Джеймс сначала очень сильно отличался от других учеников. Он говорил с сильным акцентом, носил странную, пошитую его отцом одежду и был очень задумчивым. Как тогда было принято, в шестнадцать лет Максвелл приступил к учебе в университете. Через три года он перевелся из Эдинбургского университета в Кембридж и с самого начала считался там одним из лучших студентов. Один из университетских преподавателей считал, что Максвелл в области физики, казалось, был даже просто не способен высказать какую-нибудь неверную мысль²⁸.

Седьмого января 1610 года Галилей, рассматривая в свою подзорную трубу небесное пространство около Юпитера, заметил «три звездочки, которые были хотя и маленькими, но очень светлыми»²⁹. При этом Галилея весьма удивил тот факт, что эти звезды, казалось, так идеально располагались на прямой линии параллельно эклиптике. Когда следующей ночью он снова отыскал их, то, к своему удивлению, обнаружил, что они изменили свое положение по отношению к Юпитеру: «Все три звездочки находились уже западнее Юпитера и ближе друг к другу, чем прошлой ночью»³⁰. Первой мыслью Галилея было то, что это удивительное смещение связано с Юпитером.

Через две ночи вновь была хорошая видимость. Галилей попытался разыскать новые звездочки, но нашел только две из них. Обе они теперь были восточнее Юпитера. Тут Галилей понял, что двигался не Юпитер, а эти звезды. Тринадцатого января он обнаружил четвертую звезду в этом ряду. Через два дня Галилею наконец все стало ясно: это не были новые звезды. Он всего лишь выяснил, что не только у Земли есть спутник — вокруг Юпитера вращались четыре луны! Галилей решил опубликовать результаты своего открытия³¹.

В середине марта появилась работа Галилея Sidereus Nuncius («Звездный вестник»). В ней Галилей писал о том, что Луна не является совершенным небесным телом, «а обладает шероховатой и неровной поверхностью и, как и сама Земля, повсюду имеет огромные выпуклости, глубокие впадины и искривления»³². Земля и Луна намного более похожи друг на друга, чем предполагал Аристотель и допускали многие его сторонники. Галилей также писал про новые звезды. В Плеядах Галилей видел не только шесть или семь, а сорок звезд, а Млечный Путь он увидел как «скопление несчетного числа звезд»^33 34. В заключение Галилей обратился, собственно говоря, к своему самому главному открытию: «Что, однако, превзошло любое удивление и, по сути, побудило меня написать сие послание всем астрономам и философам, это тот факт, что я, собственно говоря, обнаружил четыре блуждающие звезды, которые доселе не были известны нашим предкам и которые они прежде не наблюдали»³⁵. Для Галилея это был «отличный и неопровержимый аргумент»³⁶ против критиков системы Коперника.

В последующее лето, наблюдая за Сатурном, Галилей заметил странное его разделение на три части. Он видел большое центральное тело, а рядом два меньших образования, которые почти касались его. Двумя годами позднее Галилей увидел только одно небесное тело и задался вопросом: то ли Сатурн сожрал своих «малюток», то ли его телескоп подурачился над ним.

В 1655 году Христиан Гюйгенс обнаружил луну Сатурна — Титан. На следующий год он разгадал загадку о загадочном виде Сатурна: «Он окружен тонким, плоским кольцом, которое нигде не соприкасается с планетой»³⁷.

Спустя два столетия, через год после окончания учебы, Максвелл рассчитал, что кольца Сатурна не могут быть в прямом смысле кольцами, а должны состоять из неплотного материала³⁸. Для описания их движения Максвеллу впервые пришлось заняться вопросами из области статистической механики. Для Максвелла эти размышления стали хорошей подготовкой к некоторым его последующим работам³⁹.

Статистическая механика включает в себя кинетическую теорию газа и кинетическую теорию тепла. Она, проще говоря, является попыткой вывести законы газовой динамики и законы термодинамики из движения атомов и молекул с помощью механики и методов статистики.

С момента открытия закона сохранения энергии Майером, Гельмгольцем и Джоулем рассуждения Бернулли и Румфорда стали снова актуальными. Тепло было формой энергии, и эту энергию можно было соотнести с энергией движения молекул.

Первые рассуждения о статистической механике заключались в основном в повторении размышлений Бернулли. Уже они показали, что при обычных температурах скорость молекул воздуха составляет около 500 метров в секунду. Это значение многим казалось слишком высоким: ведь если бы это было действительно так — и это приводилось в качестве аргумента, — тогда бы облако дыма или газа должно было почти мгновенно распространиться в комнате.

Рудольфу Клаузиусу удалось опровергнуть эти возражения. Клаузиус пояснил, что хотя частицы газа и распространяются, как утверждалось, очень быстро, но на своем пути они постоянно сталкиваются с другими частицами. Клаузиус смог показать, что частица газа за одну секунду испытывает около миллиарда столкновений⁴⁰. В результате частицы непрерывно меняют направление движения, в связи с чем газ распространяется очень медленно. Разве можно быстро бежать сквозь непрерывную толпу людей — в таких условиях трудно двигаться вперед.

В своих размышлениях Клаузиус исходил из средней скорости всех частиц. Максвелл продолжил работу Клаузиуса и, помимо всего прочего, показал, что скорости частиц газа различны, но описываются вполне определенным распределением. Кроме того, Максвеллу удалось убедительно объяснить весьма неожиданный исход одного эксперимента.

Если маятник качается в наполненном воздухом помещении, то корпус маятника, особенно если он достаточно крупный, очень скоро придет в состояние покоя из-за трения о воздух. Вполне очевидно предположить, что в разреженном газе маятник будет качаться дольше. Максвелл провел этот эксперимент — и не заметил никаких различий в длительности качания маятника.

Качающийся маятник непрерывно сталкивается с молекулами воздуха и при этом передает свою собственную энергию частицам. Они же, в свою очередь, несут эту энергию наружу на стенку сосуда. Оба процесса имеют решающее значение. В разреженном газе, конечно же, происходит гораздо меньше столкновений корпуса маятника с молекулами воздуха. С другой стороны, происходит и меньше столкновений молекул воздуха между собой. Это, в свою очередь, способствует эффективной передаче энергии от маятника молекулам газа. Оба эффекта компенсируют друг друга. Максвелл показал, что трение в разреженном газе по величине такое же, как и в газе с более высокой плотностью^41 42. То, что поначалу представлялось весьма неожиданным результатом, обернулось триумфом молекулярно-кинетической теории.

¹ Feynman, Richard P.: Vorlesungen über Physik. Band I. Hauptsächlich Mechanik, Strahlung und Wärme. München: Oldenbourg 1987., S.59f

² Hermann, Armin: Max Planck: In Selbstzeugnissen und Bilddokumenten. Reinbek bei Hamburg: Rowohlt 1973., S.7

³ Hermann, Armin: Weltreich der Physik. Von Galilei bis Heisenberg. Esslingen-München: Bechtle 1980., S.134

⁴ Hermann, Armin: Weltreich der Physik. Von Galilei bis Heisenberg. Esslingen-München: Bechtle 1980., S.135

⁵ Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.345f

⁶ Hermann, Armin: Weltreich der Physik. Von Galilei bis Heisenberg. Esslingen-München: Bechtle 1980., S.136

⁷ Hermann, Armin: Einstein: Der Weltweise und sein Jahrhundert – Eine Biographie. München / Zürich: Piper 2004., S.128

⁸ Simonyi, Karoly: Kulturgeschichte der Physik. Leipzig, Jena, Berlin: Ura nia 1990., S.366

⁹ Simonyi, Karoly: Kulturgeschichte der Physik. Leipzig, Jena, Berlin: Ura nia 1990., S.370

¹⁰ Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.355, 357

¹¹ Simonyi, Karoly: Kulturgeschichte der Physik. Leipzig, Jena, Berlin: Ura nia 1990., S.366f

¹² Hermann, Armin: Weltreich der Physik. Von Galilei bis Heisenberg. Esslingen-München: Bechtle 1980., S.152

¹³ Hermann, Armin: Einstein: Der Weltweise und sein Jahrhundert – Eine Biographie. München / Zürich: Piper 2004., S.352

¹⁴ Hermann, Armin: Lexikon Geschichte der Physik A–Z. Köln. Aulis 1987., S.231

¹⁵ Feynman, Richard P.: Vorlesungen über Physik. Band I. Hauptsächlich Mechanik, Strahlung und Wärme. München: Oldenbourg 1987., S.59

¹⁶ Enz, Charles P.: Pauli hat gesagt. Eine Biograf e des Nobelpreisträgers Wolfgang Pauli. Zürich: Verlag Neue Zürcher Zeitung 2005., S.47

¹⁷ Pietschmann, Herbert: Wolfgang Pauli – eine biographische Notiz. Erster Teil der Wiener Vorlesung vom 12. April 2000., S.

¹⁸ Pietschmann, Herbert: Wolfgang Pauli - eine biographische Notiz. Erster Teil der Wiener Vorlesung vom 12. April 2000., S.

¹⁹ Segre, Emilio: Von den Röntgenstrahlen zu den Quarks. Die großen Physiker und ihre Entdeckungen. 4. Aufl age. München / Zürich: Piper 1981., S.202

²⁰ Segre, Emilio: Von den Röntgenstrahlen zu den Quarks. Die großen Physiker und ihre Entdeckungen. 4. Aufl age. München / Zürich: Piper 1981., S.200

²¹ Pais, Abraham: „Rafniert ist der Herrgot ...“. Albert Einstein: Eine wissenschafliche Biographie. Braunschweig / Wiesbaden: Vieweg 1986., S.329

²² Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.262

²³ Sexl, Roman Ulrich: Was die Welt zusammenhält: Physik auf der Suche nach dem Bauplan der Natur. Stutgart: Deutsche Verlags-Anstalt 1982., S.75

²⁴ Einstein, Albert: Mein Weltbild. Güterslh: Bertelsmann 1988., S.189

²⁵ Simonyi, Karoly: Kulturgeschichte der Physik. Leipzig, Jena, Berlin: Ura nia 1990., S.347

²⁶ Fischer, Ernst Peter: Aristoteles, Einstein & Co: Eine kleine Geschichte der Wissenschaf in Porträts. München / Zürich: Piper 1995., S.240

²⁷ Fischer, Ernst Peter: Aristoteles, Einstein & Co: Eine kleine Geschichte der Wissenschaf in Porträts. München / Zürich: Piper 1995., S.229

²⁸ Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.252ff

²⁹ Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.194

³⁰ Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.194

³¹ Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.194

³² Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.198

³³ Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.200

³⁴ Panek, Richard: Das Auge Gotes. Das Teleskop und die lange Entdeckung der Unendlichkeit. Stutgart: Klet-Cota 2001., S.40

³⁵ Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.201

³⁶ Fölsing, Albrecht: Galileo Galilei – Prozeß ohne Ende. Eine Biographie. München / Zürich: Piper 1989., S.202

³⁷ Panek, Richard: Das Auge Gotes. Das Teleskop und die lange Entdeckung der Unendlichkeit. Stutgart: Klet-Cota 2001., S.81

³⁸ Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.257

³⁹ Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.257

⁴⁰ Sexl, Roman Ulrich: Was die Welt zusammenhält: Physik auf der Suche nach dem Bauplan der Natur. Stutgart: Deutsche Verlags-Anstalt 1982., S.108f

⁴¹ Sexl, Roman Ulrich: Was die Welt zusammenhält: Physik auf der Suche nach dem Bauplan der Natur. Stutgart: Deutsche Verlags-Anstalt 1982., S.109f

⁴² Segre, Emilio: Von den fallenden Körpern zu den elektromagnetischen Wellen. Die klassischen Physiker und ihre Entdeckungen. München / Zürich: Piper 1986., S.273f