В связи с волновым уравнением остановимся на понятии волнового движения. Надо подчеркнуть, что движение вещества и движение волны — понятия разные. В прошлом авторы книг по классической механике всегда писали, что получающиеся при дроблении вещества атомы или несколько большие тела движутся, не меняя своей природы, оставаясь тождественными самим себе. О каких-либо волнах при этом речи не было, имелось в виду простое перемещение.
Но что вообще означает понятие волна? В самом широком смысле оно характеризует колебательное движение большого числа тел. При этом, например, точка А может двигаться вверх и одновременно точка В — вниз. А затем, наоборот, точка А — вниз, а точка В — вверх. При волновом движении относительные положения тел могут синхронно меняться самым разным образом. В больших коллективах частиц или сплошном теле (являющемся предельным образом большого коллектива) волны совершенно неизбежны. То же самое можно сказать и об отдельном теле, если мысленно разбить его на части. Синхронное относительное движение таких частей или отдельных частиц большого коллектива можно рассматривать как волну.
В классической механике исходят из движения тел (частиц, материальных точек); когда их становится много, возникают волновые явления. Движение волны, вообще говоря, отличается от движения тела. Например, бросая в пруд камень, мы видим, как из одной точки кругами начинают расходиться волны. Прохождение волны сопровождается изменением формы водной поверхности, а частицы воды колеблются вверх-вниз и влево-вправо, при этом поток жидкости в направлении распространения волны, очевидно отсутствует. Волна — это явление. Ясно, что смешивать явление и вещество не следует. При рассмотрении вещества и явлений, возникающих при его движении, в физике на первое место ставят вещество и считают, что по отношению к веществу явление вторично.
Если, в частности, считать, что свет — волновое движение, то в качестве вещества, по которому бежит эта волна, надо рассматривать эфир. Эфиру, правда, приписывали исчезающе малую массу и очень большую упругость, но в сущности о нем думали именно как о веществе, отдельные частички которого, не изменяясь со временем, всегда остаются самими собой (см. примеч. 42). Такое же самосохранение во времени свойственно эфиру как целому. Свет —волна, бегущая по этой субстанции.
Вспоминаю, как во время учебы в школе повышенной ступени при изучении физики мы говорили о свете. У меня тогда возникало очень много вопросов и, хотя временами случались проблески, в общем я не очень хорошо понимал нашего учителя. Среди этих неясностей был вопрос об эфире, по которому, как я слыхал, распространяется свет. Я думал, что это и в самом деле так.
Но думал так я потому, что недостаточно понимал теорию относительности. Понятие эфира в ней не вводится, и мне казалось, что отсутствие эфира надо понимать в том смысле, что волна проходит через места, в которых вообще ничего нет. Такое заблуждение естественно, и некоторые в самом деле так думают. Сомнения эти не случайны. Ведь в XIX в. без конца спорили о структуре эфира. И надо же — в следующем веке учебники стали строить так, будто об эфире никто никогда и не думал, а с самого начала все мыслили категориями теории относительности. Это очень странно. Изучать в школе евклидову геометрию естественно. Но начинать думать о свете сразу релятивистски, по-моему, затруднительно.
Мне кажется, ученика надо подготовить к резкому изменению взгляда на природу света. В чем должен состоять этот поворот? В учебниках обычно пишут только, что эфира нет. Но в каком смысле он отсутствует? Вместо утверждения, что эфира нет, лучше сказать, что отводившаяся ему роль теперь перешла к понятию поля, играющему роль физической метки пространственно-временных точек и позволяющему говорить о точках как о событиях. С помощью понятия об эфире, пронизывающем все области трехмерного пространства, нельзя было выбраться из клубка противоречий, легко снимаемых представлением о четырехмерном поле, введение которого разрешает, в частности, затруднения, связанные с опытом Майкельсона — Морли (см. примеч. 43).