После предварительной работы Вильгельма Вебера61, который вместе с Карлом Фридрихом Гауссом построил первый телеграф в Геттингене, шотландец Джеймс Клерк Максвелл наконец сформулировал теорию электродинамики, которая выявила обширную симметрию электрического и магнитного поля. Это было огромное достижение абстракции, которое позже, в математических разработках, таких как дифференциальная геометрия, стало еще более очевидным. Следует также упомянуть ирландца Уильяма Романа Гамильтона, который в 1843 году изобрел четырехмерное обобщение комплексных чисел (кватернионы), с помощью которого Максвелл сформулировал свою теорию. Однако то, что в те времена называлось передовыми математическими исследованиями, всегда имело конкретную связь с физикой.

Уравнения Максвелла, как и, пожалуй, немногие другие вещи, вызывают восхищение тем, как разнообразные природные явления описываются простейшими математическими структурами. Венцом достижений стало доказательство электромагнитных волн Генрихом Герцем в Карлсруэ в 1886 году. Существование этих волн следует непосредственно из уравнений, а их скорость соответствует скорости света. Таким образом, электромагнетизм был объединен с оптикой, и последние сомнения в волновой природе света были устранены.

Размышления об объяснениях

Что интересно и почти забыто с сегодняшней точки зрения, так это то, что физики XIX века отнюдь не были удовлетворены новой теорией электродинамики. Несмотря на формальную аналогию законов Ньютона и Кулона, между этими теориями существовал глубокий разрыв. Максвелл, а также многие другие (например, ирландский физик Джеймс Мак-Куллах), пытались понять электромагнитные явления из уравнений механики сплошной среды упругого тела, называемого эфиром. Здесь можно было бы углубиться в историю теорий эфира63 и проанализировать, когда и почему от них отказались. Причина не в несовместимости их с теорией относительности Эйнштейна, как принято считать64. В любом случае в традициях европейских физиков было естественно искать фундаментальные объяснения, в данном случае – связь с механикой Ньютона. Так, британский авторитет в области физики лорд Кельвин всю жизнь критиковал электродинамику, утверждая, что она не является теорией, которая действительно объясняет явления.

Один только термин «эфир» вызывает зевоту у большинства современных физиков, находящихся под влиянием американской культуры. Это не только свидетельствует об историческом невежестве, но и доказывает, насколько сегодня исследователи отказались от глубокого понимания природы. Конечно, в этом нельзя винить Америку, где в то время почти не занимались теоретической физикой. Но здесь проблема была «решена» с помощью аргумента, что теория была успешной и хорошо работала. Бескомпромиссный поиск фундаментальных законов природы, с другой стороны, остается европейской традицией, которая впоследствии шаг за шагом исчезала.

То, что это соображение относится не к национальности, а к образу мышления, показывает американский физик Джошуа Уиллард Гиббс (1839—1903), который внес решающий вклад в термодинамику. С тех пор как сэр Фрэнсис Бэкон (1561—1626) понял, что тепло связано с движением частиц, основы кинетической теории газов разрабатывали Роберт Майер (1812—1878), Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889), Рудольф Клаузиус (1822—1888), Густав Кирхгоф (1824—1887) и вышеупомянутый лорд Кельвин (1824—1907). Гиббс, который недолго учился в Европе, вернулся на должность профессора в Йельском университете в 1871 году и в последующие годы разработал универсально обоснованные результаты, которые являются одними из самых важных инструментов современной термодинамики. Гиббс считался одиночкой, чья работа в то время имела мало практического значения. Примечательно, что ему пришлось обосновывать свою диссертацию в Йельском университете по абстрактной математической проблеме, имеющей применение в технологии зубчатых колес