Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Первые две строчки принадлежат перу Александра Поупа, написавшего эпитафию на смерть Ньютона. Именно Ньютон в своих "Началах" построил почти с нуля новую, неаристотелеву физику. Он же пролил свет на явления оптики и выдвинул корпускулярную гипотезу о том, что свет распространяется в виде потока частиц-корпускул, источаемых светящимися телами. Также Ньютон пытался совместить эту теорию истечения света с волновой природой света.

Баллистическая теория, как отмечает Ритц, во многом является развитием идей Ньютона, в свою очередь восходящих к ещё более древним идеям первых атомистов — Левкиппа, Демокрита, Эпикура и Лукреция. Эти учёные античности открыли не только атомную структуру материи, но и построили атомистическую теорию света, удивительно схожую с баллистической.

Вот уже век как существуют теория относительности Эйнштейна и электродинамика Максвелла, замутившие наши представления о мире, вернувшие науку к тёмной аристотелевой физике и пришедшие на смену наглядным моделям Ньютона, что метко охарактеризовано Джоном Сквайром, дополнившим стих Поупа спустя два века. Эти теории, построенные во многом умозрительно, без достаточных опытных оснований, до недавнего времени казались незыблемыми. Ритц был первым, кто в своё время осмелился подвергнуть эти догмы сомнению. Он видел, что причина кризиса, разразившегося в физике начала XX в. состояла не в классической механике, а в электродинамике Максвелла, естественным следствием которой, по словам Эйнштейна, и была теория относительности. Поэтому СТО сравнительно легко приняли, в отличие от БТР. И только один Ритц бросил открытый вызов всей современной физике и совершил научный подвиг, создав баллистическую теорию. Из-за своих крамольных идей Ритц не находил поддержки в научном сообществе и вскоре погиб. После его смерти никто не осмелился поднять упавшее знамя БТР, — теории, переехавшей дорогу электродинамике Максвелла, но давшей всем явлениям оптики и электродинамики простое, наглядное объяснение в духе классической механики Ньютона. О судьбе и забытых идеях Ритца, этого смелого мыслителя, учёного-универсала, человека удивительных духовных качеств [50], славного своими открытиями не только в области электродинамики, спектроскопии, атомной физики, сопромата, теории волн, но и в математике, экспериментальной спектроскопии ИК-диапазона, мы и расскажем. Именно теория Ритца, думается, прольёт снова свет на многие вопросы физики Вселенной, восстановив в ней порядок. Тогда, быть может, имя Ритца завершит складываемое из века в век межвременное стихотворение.

§ 1.1 Вальтер Ритц, его жизнь и гибель

Как отмечено исследователями, биографические сведения о Ритце (Рис. 1), несмотря на его весомый вклад в науку, крайне скудны. Их приходится по крохам собирать из разных источников. Личность Ритца и его теория словно окружены заговором молчания. Даже среди интересующихся историей науки, редко встретишь людей, знакомых с биографией Вальтера Ритца, а тем более с его работами. Вот те скупые сведения, что приводятся в биографическом справочнике Храмова [156]:

"РИТЦ Вальтер (22.II 1878 — 7.VII 1909) — швейцарский физик-теоретик и математик. Родился в Сьоне. Окончил Цюрихский ун-т (1900). Работал в Гёттингене, Бонне, Париже, Цюрихе, Тюбингене.

Работы по физике посвящены спектроскопии, теории теплового излучения, электродинамике. В 1908 открыл закон, согласно которому волновое число любой спектральной линии равно разности двух термов из множества термов, присущих данному элементу.

Формулу, описывающую любую спектральную линию элемента, дал в 1890 И. Ридберг. Отсюда и название «принцип Ридберга — Ритца», или «комбинационный принцип Ридберга — Ритца». В математике известен «метод Ритца» — метод решения вариационных задач (1908)."

Даже в Большой Советской Энциклопедии, куда внесены все мало-мальски значащие учёные, инженеры и т. п., нельзя найти статьи о Ритце. Есть лишь краткое упоминание о Ритца-Галёркина методе (напомним, Ритц был и прекрасным математиком). Столь упорное нежелание говорить о Ритце кажется тем более странным, что именно ему принадлежит открытие важнейшего закона атомной физики и спектроскопии — комбинационного принципа, а также его математические работы: разработанный им вариационный метод решения краевых задач (метод Ритца) широко используется до сих пор. Не зря Г. Лоренц, А. Пуанкаре, Д. Гильберт, Г. Минковский, А. Клейнер, высоко оценивали "исключительный талант Ритца, граничащий с гением" [6, 50]. Но гораздо больше работ и удивительных научных предсказаний Ритца попросту забыты. В некоторой мере данная книга восполняет этот пробел и восстанавливает историческую справедливость в признании заслуг Ритца.

Пожалуй, первый шаг в этом направлении был предпринят в 1995 г. выдающимся белорусским учёным — академиком М.А. Ельяшевичем (автором известной монографии об атомных спектрах) и его коллегами, Л.М. Томильчиком и Н.Г. Кембровской. В статье "Вальтер Ритц как физик-теоретик и его исследования по теории атомных спектров" [50] эти авторы раскрыли истинный смысл работ Ритца и подробности его драматичной биографии.

Ритц родился в 1878 г. в швейцарском городе Сьоне (немецкое название — Зиттен, Sitten), в семье известного художника-пейзажиста Рафаэля Ритца. Видимо, это вкупе с семейными традициями (у Ритца были родственники-инженеры) предопределило избрание им стези инженера и наглядный, модельно-геометрический, инженерный стиль его научных работ, как выразился Пуанкаре. В 1897 г. Ритц поступает в цюрихский политех (Федеральная политехническая школа) и попадает в одну группу с А. Эйнштейном [50, 107]. И здесь кроется первая загадка…

В многочисленных биографиях Эйнштейна, которых написаны десятки, ни слова не сказано об учившемся с ним Ритце, хотя многократно упомянуты другие из числа восьми его согруппников. Лишь в книгу К. Зелига [58, с. 123] случайно затесалась сказанная совсем по другому поводу фраза Г. Минковского (профессора математики цюрихского политеха): «… В своё время Луи Коллрос казался мне, да, пожалуй, и другим коллегам, самым одарённым в области математики из всех студентов своего курса, а это немало значит. Ибо именно этот немногочисленный курс факультета VI-A дал видных исследователей: Альберта Эйнштейна, Вальтера Ритца и Марселя Гроссмана». Ритц с Эйнштейном не только учились вместе, но и спорили в печатных изданиях, а также написали в соавторстве одну статью. И всё же биографы Эйнштейна о Ритце упорно умалчивают.

Завершив учёбу в Цюрихе в 1901 г., Ритц переезжает учиться в Гёттинген. В 1902 г. он с отличием заканчивает Гёттингенский университет и отправляется на стажировку для работы в лабораториях Гёттингена, Бонна, Парижа, Цюриха, Тюбингена. Там Ритц учится у таких известных физиков и математиков как В. Фойгт, Э. Рикке, М. Абрагам, Т. Де Кудре, Ф. Клейн, Д. Гильберт, Г. Минковский, обсуждает животрепещущие научные проблемы с Г. Кайзером, К. Рунге, П. Вейссом, М. Борном, А. Пуанкаре. В своих образовательных и стажировочных поездках Ритц вместе с П. Эренфестом посетил в Лейдене и Г.А. Лоренца, прослушав курс его лекций. Работал Ритц в институте Кайзера в Бонне (1903), в лаборатории Э. Коттона в Париже (1903–1904). В это время Ритц начинает публиковать статьи по спектроскопии, пытаясь параллельно построить модель атома. Но в это время внезапно обостряется его болезнь, природа которой весьма загадочна. Одни утверждают, что это была пневмония, другие — туберкулёз, третьи — плеврит, четвёртые — рак лёгких. Примерно на три года Ритц вынужден прервать работу, дабы поправить своё здоровье. В 1907 г. Ритц возвращается в строй, словно чувствуя, как мало ему отпущено времени для завершения и издания своих работ, и начинает лихорадочно работать у Ф. Пашена в Тюбингене. А весной 1908 г. Ритц переезжает жить и работать в Гёттинген, где вступает в должность профессора всемирно известного Гёттингенского Университета, где прежде сам учился.