Глубокий кризис

Намереваясь посвятить себя физике, будущий великий физик-теоретик Макс Планк в 1875 году обратился за советом к декану физического факультета Мюнхенского университета. "Физика - область знания, в которой уже почти все открыто. Все важные открытия уже сделаны. Едва ли вам имеет смысл поступать на физический факультет" - такую бесперспективную картину нарисовал ему авторитетный профессор.

Меньше всего ожидалось, что это безмятежное состояние завершенности физики как науки может быть нарушено какими-либо сенсационными экспериментами. Возникнув в результате анализа и обобщения первоначальных опытных данных, физика давно уже превратилась в точную математическую науку, значительно опередив технические возможности эксперимента. Экспериментаторам предназначалась как будто бы незавидная роль: непрерывно уточнять свои же результаты, удивляясь безотказности всегда подтверждаемых теоретических предсказаний. В лучшем случае они могли открывать некоторые новые особенности уже известных физических явлений, недостаточно подробно изученных теоретическими методами. Поэтому велико было всеобщее изумление, когда именно со стороны экспериментов последовало первое потрясение основ классической физики.

Теория классической физики оказалась совершенно беспомощной перед опытами, в которых были установлены особенности распространения света в движущихся системах. "Отрицательный" результат опыта Майкельсона - Морли, доказав принципиальную неуловимость, ненаблюдаемость эфира, исключил последние возможности традиционного, согласующегося с законами классической теории объяснения экспериментально установленных свойств света. Эксперимент Брадлея, в котором наблюдалась аберрация звездного света, вызванная движением Земли вокруг Солнца, и эксперимент Физо, в котором устанавливалось частичное суммирование скоростей при распространении света в движущейся воде, совершенно исключали гипотезу полного увлечения эфира движущейся Землей, как будто бы согласующуюся с результатом опыта Майкельсона - Морли. Вся совокупность этих опытов в целом создавала безвыходную ситуацию в физике конца XIX века.

Кризис физической теории, вызванный проблемой объяснения установленных на опыте свойств света, усугубился неожиданно последовавшими как из рога изобилия величайшими экспериментальными открытиями совершенно новых и удивительных явлений. Начиная с 1895 года, когда Рентген открыл проникающие лучи, буквально каждый следующий год приносил ошеломляющее открытие: 1896 год - открытие явления радиоактивности, 1897 год - открытие электрона, 1898 год - открытие радия и полония, 1899 год - открытие сложного состава радиоактивного излучения. Пуанкаре пристально следил за крутой ломкой, происходящей в физике конца XIX века, нередко первым регистрируя наиболее острые моменты, как, например, обнаружение кажущегося несохранения энергии при радиоактивном распаде. Он неоднократно подчеркивал фундаментальный характер явления радиоактивности. Ему принадлежит меткая фраза о "радии - великом революционере нашего времени".

Каскад сенсационных открытий окончательно подорвал претензии классической физики на полное знание и объяснение физической действительности. Неспособность истолковать наблюдаемые на опыте особенности распространения света дополнялась теперь отсутствием каких-либо представлений о природе вновь открытых явлений. Экспериментальная физика обрела невиданное могущество, развеяв миф о полноте и близком завершении физики.

Одна из острейших проблем того времени была поставлена самой теоретической физикой. Расчеты распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела приводили к явно несуразному результату. В теоретически рассчитанном спектре энергия излучения неограниченно возрастала с уменьшением длины испускаемой волны. Это означало, что вся энергия нагретого тела должна была уходить в коротковолновое излучение. Неприемлемость такого теоретического предсказания была очевидна и без обращения к специальному опыту. Над решением этой проблемы, получившей название ультрафиолетовой катастрофы, безрезультатно бились крупнейшие физики мира.

Все эти вставшие перед физикой проблемы настоятельно требовали выработки новых физических понятий и представлений и создания на их основе теоретического обобщения всей совокупности недавно полученных экспериментальных данных.