Ernst Mach

Знание и ошибка вытекают из одних и тех же умственных источников; только успех может отличить одно от другого.

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach был австрийским физиком и философом, известным своим вкладом в физику, таким как изучение ударных волн. Число Маха, названное в его честь, выражает отношение скорости объекта к скорости звука. Как философ науки, он оказал значительное влияние на логический позитивизм и американский прагматизм. Благодаря его критике теорий Ньютона о пространстве и времени, он предвосхитил теорию относительности Эйнштейна.

Биография

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach родился в Хрлице (нем.: Chirlitz), Моравия, тогда входившей в состав Австрийской империи, в настоящее время часть Брно в Чешской Республике. Его отец, который закончил Карлов университет в Праге, работал наставником благородной семьи Бретон в Злине в восточной Моравии. Его дед, Венцл Ланхаус, администратор имения Хирлиц, также был главным строителем дорог там. Его деятельность в этой области позже повлияла на теоретическую работу Ernst Mach. Некоторые источники указывают местом рождения Маха Туржаны (нем.: Turas), также входящие теперь в состав Брно, где находилась реестровая палата Хирлица. Именно там Ernst Mach был крещен Перегрином Вейсом. Мах позже стал социалистом и атеистом. Его теория и жизнь, однако, иногда сравнивались с буддизмом, в частности Heinrich Gomperz назвал Маха «Буддой науки» из-за феноменалистского подхода к «Я» в его работе «Анализ ощущений».

До 14 лет Мах получал образование дома у своих родителей. Затем он поступил в гимназию в Кромержиже (нем.: Kremsier), где учился три года. В 1855 году он стал студентом Венского университета. Там он изучал физику и один семестр медицинскую физиологию, получив докторскую степень по физике в 1860 году под руководством Andreas von Ettingshausen с диссертацией под названием «Über elektrische Ladungen und Induktion», и защитил хабилитацию в следующем году. Его ранние работы были сосредоточены на эффекте Доплера в оптике и акустике. В 1864 году он занял должность профессора математики в Университете Граца, отказавшись от должности профессора хирургии в Университете Зальцбурга, и в 1866 году был назначен профессором физики. В этот период Мах продолжал свою работу по психофизике и восприятию чувств. В 1867 году он занял должность профессора экспериментальной физики в Карловом университете, где оставался 28 лет, прежде чем вернуться в Вену.

Основной вклад Маха в физику касался его описания и фотографий ударных волн искр, а затем баллистических ударных волн. Он описал, как пуля или снаряд, движущиеся быстрее скорости звука, создавали сжатие воздуха перед собой. Используя теневую фотографию, он и его сын Ludwig смогли сфотографировать тени невидимых ударных волн. В начале 1890-х годов Ludwig смог изобрести интерферометр, который позволил получать намного более четкие фотографии. Но Мах также внес много вклада в психологию и физиологию, включая его предчувствие гештальт-явлений, его открытие эффекта наклона и полос Маха, типа визуальной иллюзии, влияемой торможением, и особенно его открытие неакустической функции внутреннего уха, которая помогает контролировать равновесие человека.

Одной из наиболее известных идей Маха является так называемый «принцип Маха», касающийся физического происхождения инерции. Мах никогда не записал это в письменном виде, но придал ему графическую словесную форму, которую Philipp Frank приписал самому Маху: «Когда метро дергается, это неподвижные звезды сбивают вас с ног».

Мах также стал хорошо известен своей философией, развивавшейся в тесном взаимодействии с его наукой. Мах защищал тип феноменализма, признающий только ощущения как реальные. Эта позиция казалась несовместимой с взглядом на атомы и молекулы как на внешние, независимые от сознания вещи. Он знаменито заявил после лекции Ludwig Boltzmann в 1897 году в Императорской академии наук в Вене: «Я не верю, что атомы существуют!» Примерно с 1908 по 1911 год нежелание Маха признать реальность атомов критиковалось Max Planck как несовместимое с физикой. Демонстрация Эйнштейном в 1905 году того, что статистические колебания атомов позволяли измерять их существование без прямого индивидуального чувственного свидетельства, стала поворотным пунктом в признании атомной теории. Некоторые критические замечания Маха о позиции Ньютона на пространство и время повлияли на Эйнштейна, но позже Эйнштейн понял, что Мах в основном противостоял философии Ньютона и пришел к выводу, что его физическая критика была необоснованной.

В 1898 году Мах перенес остановку сердца, и в 1901 году он вышел на пенсию из Венского университета и был назначен в верхнюю палату австрийского парламента. Уезжая из Вены в 1913 году, он переехал в дом своего сына в Ватерштеттене, близ Мюнхена, где продолжал писать и переписываться до своей смерти в 1916 году, на день после своего 78-летия.

Физика

Большинство первоначальных исследований Маха в области экспериментальной физики были сосредоточены на интерференции, дифракции, поляризации и преломлении света в различных средах под влиянием внешних воздействий. Затем последовали важные исследования в области механики сверхзвуковых жидкостей. Мах и физик-фотограф Peter Salcher представили свою работу по этому предмету в 1887 году; она правильно описывает звуковые эффекты, наблюдаемые при сверхзвуковом движении снаряда. Они вывели и экспериментально подтвердили существование ударной волны конической формы с снарядом на вершине. Отношение скорости жидкости к локальной скорости звука vp/vs теперь называется числом Маха. Это критический параметр в описании движения жидкости с высокой скоростью в аэродинамике и гидродинамике. Мах также внес вклад в космологию гипотезой, известной как принцип Маха.

Философия науки

Эмпириокритицизм

С 1895 по 1901 год Мах занимал вновь созданную кафедру «истории и философии индуктивных наук» в Венском университете. В своих историко-философских исследованиях Мах разработал феноменалистическую философию науки, которая стала влиятельной в 19-м и 20-м веках. Первоначально он рассматривал научные законы как резюме экспериментальных событий, составленные для того, чтобы сделать сложные данные понятными, но позже подчеркивал математические функции как более полезный способ описания чувственных впечатлений. Таким образом, научные законы, хотя несколько идеализированы, больше связаны с описанием ощущений, чем с реальностью, как она существует вне ощущений.

Цель, которую ставит перед собой физическая наука, — это простейшее и наиболее экономичное абстрактное выражение фактов.

Когда человеческий ум с его ограниченными способностями пытается отразить в себе богатую жизнь мира, частью которого он сам является и который он никогда не сможет надеяться исчерпать, у него есть все основания действовать экономно.

В действительности, закон всегда содержит меньше, чем сам факт, потому что он воспроизводит факт не в целом, а только в том аспекте его, который важен для нас, остальное же либо умышленно, либо из необходимости опускается.

Позитивизм Маха также повлиял на многих русских марксистов, таких как Alexander Bogdanov (1873–1928). В 1908 году Ленин написал философское произведение «Материализм и эмпириокритицизм», опубликованное в 1909 году, в котором он критиковал махизм и взгляды «русских махистов». Его основные критические замечания заключались в том, что философия Маха приводила к солипсизму и к абсурдному выводу о том, что природа не существовала до людей. Ленин также упоминал в этой работе концепцию «эфира» как среды, через которую распространялись световые волны, и концепцию времени как абсолютного, концепции, которые позже были опровергнуты дальнейшим развитием науки.

Эмпириокритицизм — это термин для строго позитивистской и радикально эмпиристской философии, установленной немецким философом Richard Avenarius и дальше развитой Махом, которая утверждает, что все, что мы можем знать, — это наши ощущения, и что знание должно ограничиваться чистым опытом.

В соответствии с философией эмпириокритицизма Мах возражал Ludwig Boltzmann и другим, которые предложили атомную теорию физики. Поскольку нельзя наблюдать вещи размером с атомы напрямую, и поскольку ни одна атомная модель того времени не была последовательной, атомная гипотеза казалась Маху необоснованной и, возможно, недостаточно «экономичной». Мах оказал прямое влияние на философов Венского кружка и школу логического позитивизма в целом.

Махом приписывается ряд принципов, которые воплощают его идеал физической теоризации — то, что теперь называется «махианской физикой»:

1. Она должна основываться полностью на непосредственно наблюдаемых явлениях в соответствии с его позитивистскими взглядами
2. Она должна полностью избегать абсолютного пространства и времени в пользу относительного движения
3. Любые явления, которые кажутся приписываемыми абсолютному пространству и времени, например инерция и центробежная сила, должны вместо этого рассматриваться как вытекающие из крупномасштабного распределения материи во Вселенной.

Последний выделяется, особенно Albert Einstein, как «принцип Маха». Эйнштейн назвал его одним из трех принципов, лежащих в основе общей теории относительности. В 1930 году он заявил, что «справедливо рассматривать Маха как предшественника общей теории относительности», хотя Мах перед своей смертью, видимо, отвергал бы теорию Эйнштейна. Эйнштейн понимал, что его теории не выполняли все принципы Маха, и ни одна последующая теория тоже не выполняла, несмотря на значительные усилия.

Феноменологический конструктивизм

По словам Alexander Riegler, работа Ernst Mach была предшественником влиятельной перспективы, известной как конструктивизм. Конструктивизм утверждает, что все знания конструируются, а не получаются учащимся. Он занял исключительно недуалистическую, феноменологическую позицию. Основатель радикального конструктивизма фон Глазерсфельд отдал дань уважения Маху как союзнику.

Физиология

В 1873 году независимо друг от друга Мах и физиолог и врач Josef Breuer обнаружили, как работает чувство равновесия, то есть восприятие дисбаланса головы, проследив его управление информацией, которую мозг получает от движения жидкости в полукружных каналах внутреннего уха. То, что чувство равновесия зависело от трех полукружных каналов, было открыто в 1870 году физиологом Friedrich Goltz, но Голц не открыл, как функционирует аппарат, воспринимающий равновесие. Мах изобрел вращающийся стул, чтобы проверить свои теории, и Floyd Ratliff предположил, что этот эксперимент, возможно, проложил путь к критике Махом физического представления об абсолютном пространстве и движении.

Психология

В области восприятия ощущений психологи помнят Маха за оптическую иллюзию, называемую полосы Маха. Этот эффект преувеличивает контрастность между краями слегка отличающихся оттенков серого цвета, как только они соприкасаются друг с другом, путем срабатывания обнаружения границ в человеческой зрительной системе.

Более ясно, чем кто-либо до него и после, Мах сделал различие между тем, что он называл физиологическим, в частности визуальным, и геометрическим пространством.

Взгляды Маха на опосредующие структуры вдохновили сильную индуктивную позицию B. F. Skinner, которая была параллельна позиции Маха в области психологии.

Эпонимы

В честь его имени были названы:

• Мах, лунный кратер
• Полосы Маха, оптическая иллюзия
• 3949 Мах, астероид
• Число Маха, единица скорости относительно скорости звука

Библиография

Основные работы Маха на английском языке:

• The Science of Mechanics. Translated by McCormack, Thomas J. 4th ed.. Chicago: The Open Court Publishing Co. 1919.
• "Photographische Fixirung der durch Projectile in der Luft eingeleiteten Vorgänge". Sitzungsber. Kaiserl. Akad. Wiss., Wien, Math.-Naturwiss. Cl. in German. 95 Abt. II: 764–780. 1887. with Peter Slacher
• The Analysis of Sensations 1897
• Popular Scientific Lectures 1895
• "Space and Geometry from the Point of View of Physical Inquiry". Monist. 14 1: 1–32. 1903. doi:10.5840/monist190314139. ISSN 0026-9662. with S.J.B. Sugden
• History and Root of the Principle of the Conservation of Energy 1911
• The Principles of Physical Optics 1926
• Knowledge and Error 1976
• Principles of the Theory of Heat 1986
• Fundamentals of the Theory of Movement Perception 2001