С начала нашего столетия вплоть до настоящего времени в физике все больше и больше приближались к дуалистическому воззрению на материю, противопоставляя весомой материи единое невесомое вещество, эфир, вместо многочисленных прежних невесомых. С этим дуализмом материи был связан и дуализм силы. Для весомой материи сохранили по-прежнему допущение элементарной первичной силы, действующей непосредственно на расстоянии притягательно или отталкивательно; многообразные же действия эфира, при невозможности присвоить последнему соответственно большое число первичных сил, пришлось объяснять особыми движениями. Однако дуализм материи совершенно отличен от дуализма сил. Если на различные виды материи смотреть не как на абсолютно элементарные виды, то и при допущении некоторой однородной первичной материи, всегда наиболее доступной для нашего понимания, все-таки представляется возможным существование относительно элементарных материй, различающихся по обоим внутренним движениям и строению. И действительно, в новейшее время большинство физиков оставило по меньшей мере открытым вопрос о конечном тождестве двух основных видов материи и неоднократно сводило различие между весомой материей и эфиром только к большему внутреннему движению и обусловленной этим большей делимости последнего. С точки зрения такого воззрения дуализм силы представляет собою абсолютное противоречие. Ведь если две основные формы материи по существу тождественны и отличаются друг от друга лишь по степени движения, то допущение существования у одной из них первичной силы как основного ее свойства, при полном отсутствии такого же свойства у другой, представляется совершенно невероятным. Вполне сознавая значение этого противоречия, физики постоянно стремились устранить этот дуализм сил, стараясь заменить его унитарным воззрением; к осуществлению этой цели шли тремя путями.
Физики-математики, опирающиеся на Ньютона, и физики-философы, опирающиеся на метафизику Канта, утверждают, что последняя причина всякого действия силы заключается в первичных притягательных и отталкивательных свойствах материи и что все движения эфира тоже должны быть сведены к таким же свойствам. Однако такое допущение, если его рассмотреть в полном его теоретико-познавательном смысле, несовместимо с философией Канта, так как согласно этой философской системе конечными причинами никогда не могут быть феномены, а лишь ноумены. Конечные причины, как ничем не обусловленные, принадлежат к области свободы и не подпадают под действие естественнонаучной необходимости. Делая подобное допущение, натуралист выходит за пределы своей области.
Другая, и в настоящее время очень многочисленная, группа физиков пыталась поддержать единство воззрения на силы тем, что, не входя вообще в более детальное рассмотрение присущих материи дееспособностей, она рассмотрела и определила только вид и величину ее работоспособностей. Путь к такому сужению пределов исследования легко проложил закон сохранения силы. Уже самими основоположниками этого закона было отмечено, что он может быть отнесен не к последним причинам явлений, к первичным силам как неизменным свойствам материи, а только к ограниченным работоспособностям, свойственным телу в силу его положения и движения. Для того чтобы резче оттенить эту точку зрения, и самое выражение сила, в смысле ограниченной работоспособности, было вскоре совершенно оставлено и заменено термином энергия. В провозглашении закона сохранения энергии как всеобщего начала естествознания рассчитывали найти средство обойти трудности, связанные с понятиями силы и материи.
И действительно, после того как были установлены полная превратимость всех видов энергии друг в друга и неизменность количества ее при всех таких превращениях, ближайшее рассмотрение происходящих в материи процессов, недоступных для наблюдения переходов движений с масс на внутренние части последних, представлялось ненужным. Коль скоро однажды был установлен вид перехода одной формы энергии в другую и определено количественное отношение между обеими этими формами, то на основании этого закона уже легко по количеству преобразующейся энергии исчислить количество вновь образовавшейся. Благодаря этому количественное изучение естественных явлений стало независимым от рассмотрения внутренних процессов в материи; и даже там, где последние были совершенно неизвестны, закон сохранения энергии представлял вполне надежный мост для перехода от одного непосредственно наблюдаемого явления к другому. В этом обстоятельстве заключается громадное значение этого начала, его мощное и весьма плодотворное влияние на все естествознание.
Однако и это воззрение на явления природы не было свободно от трудностей, которые, конечно, сказывались не столько при применении, сколько при обосновании основного принципа. Сколько бы ни старались сообщить понятию энергии абсолютную реальность, все же при полной невыясненности вида присущей телам дееспособности нельзя было чисто физическим путем, без помощи теоретико-познавательных средств, обосновать ни постоянства, ни изменчивости этой способности. Сколько бы закон сохранения энергии ни признавался всеобщим физическим началом, но по вопросу о правильном обосновании этого закона не было уверенности и единомыслия. Экспериментальная физика могла в очень многих случаях путем измерения проверить этот закон и тем сделать его всеобщность в высшей степени вероятной; но для такого фундаментального применения этого закона, о каком речь была выше, подобное индуктивное доказательство многим физикам казалось еще недостаточным. К этому присоединялось еще и то обстоятельство, что этот закон и самой энергии касался лишь с одной стороны, а именно, со стороны ее количественной неразрушимости, не касаясь вовсе другой ее стороны — качественной способности к превращению. Обе эти причины одинаково вели от энергии назад к ее источникам; а так как допущение различных элементарных сил, связанных с различными материями, казалось настолько несовместимым с представлением о всесторонней способности к взаимному превращению различных форм энергии, насколько с ним согласовалось допущение единой, наделенной лишь различными внутренними движениями материи, то значительная часть физиков пришла теперь к заключению, что все виды энергии следует выводить из движения и все физические явления следует строить на чисто кинетической основе. Это не значит, что данные физики сразу стали отрицать существование каких бы то ни было сил в материи и отказались от применения обычной номенклатуры,— они лишь высказывались против того, чтобы эти силы рассматривались как конечные причины явлений, и твердо надеялись, что все действия сил, которые до сих пор еще не были сведены к внутренним движениям материи как к своим причинам, будут, в конце концов, к ним сведены. Хотя это последнее направление в физике, пожалуй, и не было выражено в систематическом и строго обоснованном виде, однако работы нового времени и по своему содержанию и по своему методу столь ясно склоняются в эту сторону, что чисто кинетическую разработку явлений можно, пожалуй, признать физическим идеалом новейшей физики.
Перемена во взглядах на сущность внутренних процессов в материи, вызванная, прежде всего волновой теорией света и в еще большей степени механической теорией теплоты, проявилась сначала в том, что все возражения против атомистического воззрения на материю умолкли. Если прежде, растворив материю в составляющих ее силах, вопрос о внутреннем ее строении все более отодвигали на задний план, то теперь Фехнер, Грассман и другие в ряде обширных углубленных работ показали, что новая физика постоянно требует в качестве основы для своего развития допущения, что материя состоит из абсолютных или относительных раздельных единиц. Вместе с этой новой атомистикой и под ее эгидой, благодаря трудам Кренига, Клаузиуса, Максвелла и других, возникла чисто кинетическая, чрезвычайно смелая теория новой физики, механическая теория газов. Ей удалось то, что до сих пор считалось совершенно невозможным — исчисление скорости, длины свободного пути и (хотя бы приблизительно) величины молекул газов. Она же, исходя, обратно, из своих допущений о внутреннем трении, теплопроводности газов и т. д., сумела получить результаты, хорошо подтвердившиеся на опыте. Этим для математической физики была завоевана новая область, не уступавшая по своей плодотворности прежним завоеваниям. Этот первый шаг в область механики атомов тотчас же повлек за собою и второй. Во многих случаях сопоставление результатов теоретических расчетов с данными опыта показало, что допущения простого строения материи из абсолютно элементарных атомов недостаточно для объяснения явлений, — что, наоборот, эти атомы следует себе представлять составленными, в свою очередь, из особых частей, из атомов второго порядка, и что наряду с движениями молекул следует еще принимать в расчет интрамолекулярные движения. Тем самым физика теперь пришла к тому же выводу, который уже раньше и независимо от нее был получен родственной ей наукой — химией, хотя и здесь этот вывод получил всеобщее признание лишь в последнее время. Таким образом, перед взором физика-атомиста открылась перспектива продолжающейся до бесконечности сложности состава материи, а вместе с тем и бесконечной ее делимости, т. е. непрерывности материи.
Успехи кинетической разработки теории газов вполне естественно привели к попытке перенести ее и на теорию всякой материи вообще. Для этого, прежде всего, было необходимо свести к движению всеобщее тяготение и, в частности, силу тяжести. И действительно, вскоре после появления кинетической теории газов, физики стали исследовать все возможные виды внутренних движений с точки зрения их пригодности для этой цели. С одной стороны, в соответствии с волновой теорией света, пытались создать и волновую теорию тяжести; с другой стороны, — тяготение пытались объяснить давлением, исходящим из всякой весомой материи, распространяющимся во всенаполняющем эфире и передаваемым последним обратно телам. В конце концов, пришли к гипотезе, приближающейся к кинетической теории газов, и стали силу тяжести объяснять, подобно Лесажу, токами эфира, пронизывающими пространство во всевозможных направлениях и попадающими на тела со всех сторон. К сожалению, успех не вполне оправдал приложенных усилий. Хотя некоторые из относящихся сюда работ представляют собою очень ценный вклад в разработку данной проблемы, однако ни одна из предложенных теорий не получила всеобщего признания. Можно даже сказать, что в новейшее время надежды на близкое разрешение этой проблемы скорее понизились, чем повысились. Но зато область применения кинетического принципа объяснения к различным проблемам физики постоянно расширяется и плодотворность этого применения, бесспорно, подтверждает его целесообразность. Многие так называемые механические теории, появившиеся в последнее время во всех отраслях физики, в большинстве случаев следовало бы скорее назвать кинетическими; если этот характер в них и не вполне выдержан, то указанное направление в них определенно представлено. Вполне естественно, что во всех этих случаях руководящими стимулами являются механическая теория теплоты, кинетическая теория газов и волновая теория света. Механическая теория теплоты непосредственно побуждала к тому, чтобы все весомые тела рассматривать как системы непрерывно движущихся молекул, и под влиянием этого воззрения учение о молекулярных силах все больше и больше объединялось с учением о теплоте в единую механику молекул. Каким образом при этом пришли к механическому обобщению основных положений теории теплоты и к механическому обоснованию ее основных понятий, было уже изложено выше. Теперь же нам предстоит рассказать о применении кинетического воззрения на материю к учению об агрегатных состояниях вещества, их превращениях и их взаимодействии. Так как при этом выяснилось, что все формы материального бытия, в противоположность прежним воззрениям, представляют собою постепенно переходящие друг в друга и не имеющие определенных границ состояния всей материи, то это, естественно, побудило перенести результаты, достигнутые кинетической теорией газов в теории диффузии, внутреннего трения, теплопроводности и т. д., и на капельно-жидкие тела, а частью и на твердые тела. Наконец, и основанные в значительной мере на допущении молекулярных сил теории, как теория капиллярности и упругости, в свою очередь должны были, для объяснения так называемых последействий, воспринять элементы кинетической концепции. Точно так же и оптика добилась своего величайшего достижения, полностью привлекшего к себе на некоторое время интерес физики и химии, а именно — спектрального анализа, только благодаря тому, что она объединила предпосылки волновой теории с предпосылками механической теории теплоты и перебросила мост от колебаний эфира к колебаниям материальных молекул. Результаты этой новой установки сказались не только в том, что новый оптический анализ ознакомил нас с материальной структурой космических тел, но также в том, что они дали толчок к созданию новых гипотез о молекулярном строении тел.
На той же общей почве выросла и теория поразительного явления, так называемой аномальной дисперсии, и даже в области физиологии органов чувств кинетика оказалась более плодотворной, чем допущение особых материй, наделенных особыми свойствами. Физиологическая оптика уже в предыдущем периоде начала сильно развиваться под влиянием волновой теории света. Теперь же Гельмгольц свел остававшиеся еще до того времени загадочными различия звуковых тембров, особенности гласных звуков, а также самые основы гармоники, с их якобы исключительно психическим происхождением, только к особенностям колебательных движений. Наконец, под влиянием общего движения времени и учение об электричестве утратило свой специфический электрический характер и явно превратилось в механику эфирных колебаний, пытаясь слиться в этой области с оптикой. Потребность в таком преобразовании сказалась с особенной силой для теории распространения электрических действий на расстоянии; нельзя, впрочем, не признать, что вопросы о происхождении электрических явлений и о взаимодействии между пондеромоторными и электродвижущими силами, несмотря на множество остроумных теоретических попыток, встречают еще много трудностей.
О постепенном преобразовании физических дисциплин свидетельствует, наконец, проведение через все области физики абсолютной или, точнее, механической системы мер. Правда, в области оптики и акустики проведение такой независящей от наших чувств механической системы мер осталось еще незаконченной попыткой; но зато в области электричества эта система мер была проведена не только теоретически, но и практически. Она послужила твердой основой для столь мощного развития в наше время электротехники, какое, конечно, было бы невозможно при отсутствии этой основы.
Из совокупности этих новых тенденций все яснее выявляется конечная цель развития физики — создание единой науки, физики, как механики всякой материи, как кинетики всех материальных движений, — науки, в которой отдельные дисциплины должны различаться между собою не сами по себе, а лишь по формам нашего восприятия, обусловленного различием наших чувств.