Как показал Ритц, не менее важно учитывать конечную скорость и для гравитационных воздействий, запаздывание которых также должно менять гравитационные силы. И действительно, хотя на протяжении двух веков учёные спокойно пользовались механикой Ньютона и его законом всемирного тяготения, с огромной точностью предсказывая положения планет и даже "открывая на кончике пера" новые планеты из наблюдаемых возмущений, к концу XIX века стало понятно, что эти законы не вполне точны. При исследовании движения Меркурия было выяснено, что его орбита поворачивается (перигелий смещается) чуть быстрее, чем следует из расчётов [22]. Ритц ещё в 1908 г. показал, что это связано как раз с неучтённой скоростью распространения гравитационных воздействий, причём если принять эту скорость равной скорости света, то вызванное запаздыванием изменение силы как раз приведёт к наблюдаемым пертурбациям в движении Меркурия. Так же Ритц предсказал на основе этой гипотезы смещение перигелиев других планет – Венеры и Земли, в дальнейшем подтверждённые [22].
Однако и здесь учёное сообщество двинулось не по такому естественному пути, который следовал из неизбежного уточнения ньютоновской механики, а по пути Эйнштейна, который, опять же без всяких оснований, стал формулировать новые постулаты. Из них следовало искривление пространства массивными телами, что приводило к изменению темпа течения времени и добавочным возмущениям в движении планет. Из этой Общей Теории Относительности Эйнштейн получил в 1915 г., через семь лет после Ритца, тот же вывод для смещения перигелия Меркурия. Таким образом, и здесь не было никакого резона предпочесть путь неклассической механики исторически обусловленному классическому пути. Противоречия и неточности классической механики, приведшие к кризису, не изучались как положено, со всей тщательностью, а чисто формально устранялись, нейтрализовались искусственными постулатами. Новыми ошибками стремились скомпенсировать старые, вместо того, чтобы их исправить. Вот почему есть все основания утверждать, что теория относительности не была выходом из кризиса, а выход следовало искать на пути, открытом Ритцем, глубоко изучившим давно обнаруженные проблемы механики Ньютона и просто уточнившим её, отбросив идеализацию мгновенного дальнодействия, соответственно преобразив электродинамику и теорию гравитации.
Итак, Ритц не ограничился, как Максвелл или Эйнштейн, внешним описанием электродинамических и гравитационных явлений, а попытался вникнуть в их суть, установить их микроскопические, атомистические причины. Предположив существование материального посредника в виде частиц, испускаемых зарядами, Ритц не только проложил путь будущим физикам (по его задумке Дирак, Уилер и Фейнман разработали обменные модели взаимодействия: заряды взаимодействуют посредством обмена виртуальными частицами), но и связал физику с прошлым, с глубокими взглядами древних философов-атомистов. Ещё в Древней Индии философ-атомист Кáнада учил, что свет переносят мельчайшие частицы, испускаемые телами [23, 24]. Эту же точку зрения отстаивали в Древней Греции Эмпедокл, Левкипп, Демокрит, Эпикур, причём они полагали, что и электрические, магнитные и гравитационные воздействия оказывает в действительности поток частиц, вылетающих из тел [20, 21], как это подробнее показано в поэме "О природе вещей" древнеримского популяризатора их учений Лукреция [25]. Кроме того, похоже, той же точки зрения придерживались и такие выдающиеся мыслители древности как Фалес и Пифагор. Именно Фалесу приписывают первые исследования и описания электричества и магнетизма [21]. Причём он объяснял эти воздействия исходящей из магнитов и натёртого янтаря "душой". Если учесть, что под душой древние часто подразумевали тонкие субстанции, испарения тел, состоящие из мелких частиц, то эта точка зрения Фалеса тоже вполне соответствует более поздним и более обоснованным воззрениям Ритца и Томсона. И в дальнейшем многие физики-классики, заложившие фундамент оптики, учения об электричестве, магнетизме и гравитации (Альхазен, У. Гильберт, П. Гассенди, Г. Галилей, И. Кеплер, И. Ньютон, Г. Лесаж [20–22]), придерживались именно такой точки зрения на природу света, электромагнитных и гравитационных воздействий. Таким образом, путь выхода из кризиса, предложенный Ритцем, был исторически и научно обоснован, он был продолжением линии развития классической физики по пути атомизма.
А главное, в рамках такой гипотезы об общем переносчике всех типов воздействий (световых, электромагнитных и гравитационных) в виде элементарных частиц, разлетающихся со скоростью света, открывался простой и естественный путь к построению единой теории поля, которую тщетно пытался построить Эйнштейн, и которая до сих пор не завершена. Проблемы, открывшиеся при создании такой единой теории, связаны именно с неадекватным, внешним, описательным представлением о природе. Тогда как Ритц уже в своей работе 1908 г. свёл воедино электрическое, магнитное и гравитационное воздействие [15]. А на основе его модели строения атомов и ядер удаётся свести к электромагнитному и ядерное сильное, а также слабое взаимодействие, что уже отчасти было сделано в работах Ритца [9]. Таким образом, сложности, возникшие в неклассической физике при построении единой теории поля, также можно считать подтверждением того, что она не была настоящим выходом из кризиса, и решение следовало искать на пути классических атомистических теорий, как предлагали Ритц и Томсон.
3. Корни квантовой физики и альтернативные концепции
В начале XX века кризис затронул не только электродинамику и оптику, но и термодинамику, а также учение о строении атома. Для разрешения этого кризиса учёным пришлось ещё сильней пересмотреть основы классической механики, но уже не в области больших скоростей и энергий, а в области малых скоростей, энергий и масштабов. Зародился этот кризис опять же в оптике, при анализе спектра излучения абсолютно чёрного тела. Дело в том, что предсказанный на основе классической механики, термодинамики и электродинамики спектр абсолютно чёрного тела не соответствовал реально измеренному. Согласно расчётам, спектр следовало описывать формулой Релея-Джинса, по которой интенсивность излучения увеличивалась с ростом частоты [5]. Эта формула хорошо работала в области низких частот, но противоречила наблюдениям в области высоких частот. А при бесконечном увеличении частоты мощность излучения должна была бесконечно нарастать, так что тела светились бы безмерно ярко в ультрафиолетовой части спектра, и мгновенно бы остывали за счёт этого излучения. Эта проблема, получившая название ультрафиолетовой катастрофы, ещё больше усилила кризис физики.
Выход из этого кризиса был найден в 1900 г. Максом Планком, который предложил гипотезу квантов, по которой энергии E осцилляторов – колеблющихся электронов не могут иметь произвольных значений, а жёстко связаны с частотой f их колебаний по формуле E=hf, где h – фундаментальная константа, названная постоянной Планка. Эта простая гипотеза позволяла не только устранить ультрафиолетовую катастрофу, но и теоретически рассчитать вид теплового спектра, описываемый формулой Планка и точно соответствующий экспериментально измеренному. В самой гипотезе Планка, как он неоднократно отмечал, ещё не было ничего, что противоречило бы классической механике и электродинамике. В самом деле, поскольку излучающие электроны находятся в атоме, механизм которого пока ещё не был известен, вполне могло оказаться так, что энергии их колебаний определённым образом зависят от частоты их вращения или колебаний. Подобную зависимость мы наблюдаем у планет Солнечной системы, периоды обращения которых подчиняются 3-му закону Кеплера. То есть частота обращения планеты вокруг Солнца жёстко связана с радиусом орбиты, а значит и со скоростью, энергией обращения планеты.
Если учесть, что именно так и стали представлять атом спустя десяток лет в планетарной модели Э. Резерфорда (электроны крутятся по круговым орбитам возле ядра под действием его кулоновского притяжения), то такая связь E и f была бы только естественна. То, что эта связь в модели Резерфорда получалась бы иной, чем E=hf, не столь принципиально и говорит лишь о том, что модель нуждается в исправлении, а сама связь E и f, в принципе, может возникнуть в рамках классической механики, надо лишь найти подходящую модель атома. То, что планетарная модель атома Резерфорда ошибочна, следовало также из того, что она не могла объяснить стабильность атома: крутящиеся по орбитам электроны, теряя при излучении энергию, постепенно сужали бы витки орбиты и падали б на ядро. Это противоречит и формуле Планка E=hf, из которой видно, что с уменьшением энергии обращения электрона, частота его обращения f должна уменьшаться, а не расти, как в планетарной модели атома.
Нестабильность атома Резерфорда ещё больше обострила кризис физики. Выход из кризиса был найден А. Эйнштейном и Н. Бором. Эйнштейн по-своему интерпретировал зависимость E=hf, предположив, что она означает не просто пропорциональность энергии осциллятора его частоте, но что вся эта энергия излучается сразу, в виде целой порции E=hf, да и поглощается эта энергия сразу такой неделимой порцией-квантом: именно так Эйнштейн объяснил фотоэффект. А Бор развил этот вывод Эйнштейна, применив его к модели Резерфорда: раз электроны не могут излучать непрерывно, а излучают энергию лишь порциями, то они уже не станут постепенно падать на ядро, а должны двигаться по стационарным орбитам без излучения. Лишь в момент излучения электрон скачком меняет орбиту, излучая соответствующую порцию энергии. При этом, поскольку энергия электронов квантована, их стационарные орбиты могут иметь лишь определённые радиусы. Этим же были объяснены дискретные линейчатые спектры атомов: каждой линии, каждой частоте в спектре отвечал определённый переход электрона с одной стационарной орбиты на другую, с излучением определённой энергии, жёстко связанной с частотой излучения. Тем самым, казалось бы, была решена ещё одна проблема классической физики, для которой дискретный характер атомных спектров долгое время представлялся загадочным. Таким образом, выход из этого кризиса физики, на первый взгляд, тоже был найден, хотя и дорогой ценой: ценой отказа от принципов классической механики и электродинамики, где энергия меняется и излучается непрерывно.