нятием кинетической энергии даже в работе, написанной им в 1872 г. [53, с. 200-201]. 
Такова вкратце чисто внешняя история становления понятия действия, своеобразие которой лучше всего оттеняет вопрос, адресованный Ж. Д'Аламбером последователям Лейбница со страниц знаменитой энциклопедии Дидро и Д'Аламбера: "Г-н Вольф в "Memoires de St-Petersburg", т. 1, вздумал умножить живую силу на время, и это произведение он назвал действием, допуская, по-видимому, что действие тела есть результат всех сил, производимых им в каждое мгновение, и, следовательно, есть сумма всех мгновенных живых сил. Можно было бы спросить у сторонников Лейбница, вождем которых как бы считался Вольф * , к чему они выдумали это метафизическое различие между действием и живой силой - различие, которое, быть может, они не должны были бы полагать между ними, по крайней мере, следуя созданному ими представлению о живой силе (курсив наш. - Л. Ц.) [36, с. 111]. Д'Аламбер также указывает на произвольность математического выражения действия, под которым, по его мнению, можно было бы понимать произведение массы на скорость, массы на квадрат скорости или на любую другую функцию пространства и времени, "но первоначальное и метафизическое понятие слова действие не будет от этого яснее" [36, с. 115]. 
* Христиан Вольф, как известно, был популяризатором и систематизатором философии Г. Лейбница. 
Вопрос, поставленный Д'Аламбером, заставляет обратиться к выяснению рожденной развитием механики XVII-XVIII вв. внутренней необходимости, которая привела к формированию понятия действия и которая еще далеко не была осознана в то время. 
Можно предположить, что исторически генезис понятия действия связан с рассмотрением задач о моментах количества движения в поведении простейших механизмов (рычага, винта), в особенности при нахождении условий равновесия для них. Момент количества движения материальной точки относительно некоторого центра равен векторному произведению радиуса-вектора r на ее количество движения mv (mvr), что дает величину, совпадающую с действием по ее размерности. Однако поскольку момент количества движения является вектором, физический смысл этих понятий различен. Возможно, что общее изменение, связанное с актом полного опускания или подъема плеча рычага, могло дать некоторые представления о произведенном действии и побудить к введению соответствующего понятия. 11 
Достоверные источники введения понятия действия в механику, несомненно, связаны с разработкой вариационных принципов механики. 
Вариационные принципы позволяют выделить истинное или реальное движение (или состояние) физической системы из неограниченной совокупности кинематически возможных при тех же условиях движений (или ее состояний). Это достигается благодаря тому, что вариационные принципы указывают некоторый признак истинного движения системы: для истинного движения определенная функция, зависящая от координат и их производных, дает экстремум по сравнению со всеми остальными движениями, совместимыми с заданными условиями. Так, путем варьирования координат системы и их производных можно найти такую траекторию движения системы, на которой вариация указанной функции будет равной нулю, что свидетельствует о ее экстремальном характере, который, в свою очередь, расценивается как признак истинности найденной траектории. Таким образом, в вариационных принципах речь идет об экстремальных свойствах истинных движений или состояний в природе. 
Экстремальный характер поведения физических систем является весьма общим свойством природы, которое прослеживается, например, в образовании шаровидных дождевых капель, обладающих минимальной поверхностью при максимальном объеме, в движении тел и распространении луча света в однородной среде по кратчайшим линиям, т. е. прямым, и т. д. С глубокой древности известны задачи, решение которых связано с нахождением того или иного экстремума. Такую задачу, например, должна была решить, согласно Вергилию, бежавшая из Финикии Дидона, когда, добравшись до Карфагена, она обратилась к его жителям с просьбой продать ей участок земли. В ответ ей предложили взять не больше того, что она сможет огородить с помощью шкуры быка-Тогда Дидона разрезала шкуру быка на тонкие полоски и, соединив их концами, огородила с помощью образованной из них окружности значительный участок земли, решив таким образом задачу о наибольшей площади фигуры при заданном периметре * . Подобные изопериметрические задачи - нахождение тела, обладающего максимальным объемом среди всех других тел, равных ему по площади, или нахождение фигуры с максимальной площадью при равном периметре - уже решали Архимед, Герон Александрийский, Зенодор. Герону Александрийскому принадлежит первый принцип минимума в физике: когда луч света отражается зеркалом, то расстояние, взятое от предмета до глаза, будет наикратчайшим из возможных путей отражения. 12 
* В тексте "Энеиды" говорится: "Разрезав ту кожу на тонкие нити, она получила огромный участок" [171, с, 23]. 
В XVII в. П. Ферма, следуя принципу Герона Александрийского, сформулировал принцип геометрической оптики, согласно которому действительный путь распространения света из одной точки в другую такой, для прохождения которого свету потребуется минимальное время по сравнению с любым другим геометрически возможным путем, связующим данные точки. Согласно этому принципу величиной, вариация которой должна быть равной нулю при варьировании траекторий движения света, является время. Следовательно, минимальность времени в данном случае есть признак истинного движения системы. 
Принципы минимума и максимума находились в центре внимания многих математиков XVI и XVII вв. Ими были установлены многие частные принципы, позволяющие описать распространение света в однородной среде, законы отражения света и упругих тел, условия равновесия механической системы и т. п. Назревала важная задача - объединить частные принципы в один общий принцип, применимый для всех случаев движения (не только света, но и материальных тел, что имело особенно большое значение для достижения внутреннего единства механики). Для этого необходимо было найти величину, которая обладала бы экстремальным свойством во всех случаях движения в природе и единообразным способом обусловила бы решение любых конкретных задач. 
Масштаб и глубина проблемы требовали перехода от представлений о минимальности пути или минимальности времени в истинных движениях природы (подтверждаемых только в наиболее простых случаях) к какой-то более общей величине, которая бы явно зависела не только от координат и их производных, но и от действующих сил и позволила бы объединить частные принципы статики и динамики, сведя всю механику к принципу минимума. Величиной, отвечающей этим требованиям, оказалось действие. 
В 1744 г. Пьер Луи Моро де Мопертюи изложил знаменитый принцип наименьшего действия. Исходя из ограниченности принципов минимума времени (и расстояния) для случая преломления, если скорость распространения света обратно пропорциональна плотности сред, Мопертюи пришел к выводу, что "свет при пересечении различных сред не идет ни более коротким путем, ни путем более короткого времени... Он не следует ни по какому из них; он выбирает путь, имеющий более реальное преимущество: (тот - Л. Ц.) ... для которого количество действия будет наименьшим" [36, с. 26]. Под количеством действия Мопертюи понимает введенную Лейбницем величину mvs. Отличительной чертой принципа наименьшего действия Мопертюи считал его всеобщность в природе. Именно количество действия, говорит он, "является истинной тратой природы, и именно оно выгадывается как можно более при движении света". Столь же всеобщий характер присущ и 13 физическому содержанию действия, ибо оно есть "необходимое для того, чтобы произвести некоторое изменение в природе" [36, с. 26, 55]. 
Напомним, что ни значение понятия действия и истинная потребность в нем в механике, ни его выражение через произведение количества движения на перемещение или энергии на время не были очевидными в то время (как, впрочем, и много лет спустя). Поэтому при всех недостатках работы Мопертюи и совершенно несостоятельной в философском отношении попытке доказать существование бога на основании принципа наименьшего действия нужно отдать должное его гениальной догадке о значении и роли понятия действия в механике и открытого им принципа. Если теологические спекуляции Мопертюи вызвали справедливую и крайне острую критику со стороны прогрессивных мыслителей того времени, то принцип, выведенный им, открывал поистине прекрасную сторону природы. Законы движения и покоя, следующие из этого принципа, считает Мопертюи, являются точно такими же, какие наблюдаются в природе. Движение животных, произрастание растений, вращение звезд - все является только следствием принципа наименьшего действия. 
Следующий этап в истории принципа наименьшего действия связан с более прозаической, но и более плодотворной в получении конкретных физических результатов деятельностью великих математиков - Эйлера, Лагранжа, Гамильтона, Якоби, Остроградского. Ими установлены математически строгие выражения принципа наименьшего действия, в которых точно указывается функция, представляющая действие системы в конкретном случае, и величины, подлежащие варьированию, а также условия варьирования. 
В эпистемологическом отношении эпоха математической разработки принципа наименьшего действия ознаменовалась важным открытием, согласно которому в истинных движениях физических систем действие, чаще всего минимальное, не обязательно должно быть таким, т. е. оно может быть и максимальным. Даже если в отдельных случаях действие не принимает ни максимума, ни минимума, оно обязательно должно отличаться стационарностью. Иными словами, было найдено существенное уточнение признака 14 истинности движения системы: истинной траекторией является та, на которой вариация действия равна нулю. Данный факт непосредственно указывает на стационарный характер действия в реальных процессах, а то, что за ним скрывается (максимум или в отдельных случаях даже не максимум и не минимум), может быть установлено дополнительными исследованиями. В свете этого открытия разнообразные телеологические привески в работах Лейбница, Мопертюи, а также Эйлера оказались излишними, поскольку природа не ставит перед собой никаких целей и не стремится в своем движении ни к максимуму, ни к минимуму действия (правда, удивительным образом всегда следует стационарности действия). 
Очищение принципа от теологических и метафизических спекуляций не привело к снижению его всеобщности. Наоборот, его особое положение среди всех других принципов механики стало еще более отчетливым. Возможность выразить действие через произведение энергии на время обеспечила принципу широкую. применимость далеко за рамками механики: в термодинамике обратимых процессов и в электродинамике. Хотя первоначально казалось, что использование принципа стационарности действия опирается на постулирование закона сохранения энергии, в действительности установлено, что закон сохранения энергии вытекает из принципа стационарности действия. 
К тому же закон сохранения энергии ничего не говорит о реальном пути движения и не позволяет вывести уравнения движения, тогда как принцип наименьшего действия дает исчерпывающий ответ на перечисленные вопросы. И если в качестве основания механики "избрать принцип стационарности действия, то нет необходимости принимать какие-либо дополнительные условия, так как из этого принципа фактически вытекает вся совокупность уравнений механики" [36, с. 466]. Даже первый и второй законы Ньютона могут быть представлены как следствия принципа стационарности действия [138, с. 99-97, 104]. 
Столь же исключительное место занимает принцип стационарности действия и в новой физике XX в. Уже при его формулировке Мопертюи отправлялся от принципа Ферма для случая, когда скорость света обратно пропорциональна плотности среды (что может иметь место для групповой скорости волны). В то же время принцип Ферма, будучи приложен к фазовым волнам, тождествен принципу Мопертюи, приложенному к движущейся частице. Это позволило де Бройлю сопоставить данамически возможные траектории движения частицы и лучи фазовых волн, затем, исходя из оптико-механической аналогии, развивать волновую механику. Позже Шредингер положил принцип стационарности действия и идею оптико-механической аналогии в основу разработки математического аппарата квантовой механики. 15 
Благодаря теории относительности был наконец осознан необходимый характер математического выражения действия, ибо входящие в выражение действия величины импульса и пути (или энергии и времени) подвержены взаимным обратно пропорциональным релятивистским изменениям так, что их произведение (действие) всегда остается одним и тем же при переходе от покоящейся к движущейся системе отсчета. Сам Эйнштейн указывает на возможность разработать общую теорию относительности на основе "одного-единственного вариационного принципа" [170. т. 1, с. 524]. Своеобразная всеобщность величины действия приобретает в этой теории особенно наглядную форму: в ней действие имеет смысл произведения плотности материи на четырехмерный объем пространства-времени [169, с. 148]. Действие, таким образом, как бы сплавляет воедино мировой пространственно-временной "каркас" и его "начинку", и с этой точки зрения все в мире есть только действие, что не совсем невероятно для диалектического мировоззрения, которое издревле утверждает, что сущностью материи является движение. 
Со временем все большее число физиков сходится во мнении, что в принципе стационарности действия "заключена вся механика" (А. Зоммерфельд), что он есть "высший физический закон", "венец всей системы" (М. Планк) и т. д. Таким образом, принцип стационарности действия никого не оставляет равнодушным - ни физика, ни математика, ни историка науки, и для этого есть особые причины. Тот факт, что истинное движение системы не всегда совершается с минимумом действия, но имеются случаи максимума данной величины, в корне подрывает телеологическое истолкование принципа наименьшего действия, хотя экстремальный характер действия в истинных движениях не становится менее загадочным, а эпистемологический смысл и основания экстремальности в поведении физических систем остаются столь же непонятными и сегодня. Несмотря на всю исключительность принципа стационарности действия, в настоящее время не существует никаких теоретических разъяснений поразительной успешности и плодотворности его применения, им просто пользуются, ибо. реальное движение в физических системах всегда подчиняется ему, а почему - неизвестно. "Мы не знаем еще, - пишет Л. С. Полак, - почему из известных нам физических явлений природы значительная часть укладывается в вариационную схему, почему значительная часть физической науки может с математической точки зрения рассматриваться как класс задач вариационного исчисления" [104, с. 258]. 
Неизбежен, таким образом, вопрос о выяснении природы экстремального поведения физических систем. Вполне естественным 16 кажется обращение к новому в современной физике, замечательному во всех отношениях экстремуму, который опять-таки оказывается связанным с действием. 





B. Появление идеи кванта действия 

Физическая величина действия с 1900 г. вновь оказалась в центре наиболее жгучих проблем физики. 
Основной эпистемологической посылкой классического естествознания является убежденность в том, что материя существует как нечто исключительно множественное по самой своей природе, чем обусловлена произвольная степень дифференцируемости ее состояний и структур. В физике такая убежденность подкреплялась успешным применением дифференциальных уравнений, подтверждавших справедливость всеобщей уверенности, что все происходящие в природе физические изменения совершаются с накоплением или убыванием сколь угодно малых порций вещества или энергии и, поскольку это касается действия, изменения данной величины также носят континуальный характер. К концу XIX в. этот образ мышления столкнулся с некоторыми трудностями, связанными с теплоемкостью тел в области низких температур и в особенности с описанием спектрального распределения равновесного излучения. 
Тепловое движение частиц вещества приводит к колебанию электрических зарядов, несомых этими частицами; колебание зарядов, в свою очередь, генерирует электромагнитное излучение. Поэтому тепловое движение частиц вещества является источником его лучеиспускательной способности. Однако вещество способно не только излучать электромагнитные волны за счет энергии теплового движения, но и поглощать их, вновь расходуя энергию волн на возбуждение теплового движения своих частиц. Как в первом, так и во втором случае трансформация энергии проходит через промежуточную стадию колебания электрических зарядов в теле. 
Из опыта известно, что в замкнутой полости при сохранении постоянной температуры ее стенок устанавливается равновесное состояние излучения, при котором для каждой определенной частоты колебаний энергия излучения, испускаемого стенками полости, в точности равна энергии излучения той же частоты, поглощаемого стенками за это же время. Выяснилось, что достижение равновесного состояния излучения, исходя из классических представлений о полной разложимости реальности на сколь угодно малые (в пределе - бесконечно малые) элементы, т. е. с точки зрения представлений, абсолютизирующих множественную картину реальности и допускающих бесконечную делимость излучения 17 вещества и движения, не поддается описанию. Более того, при таком исключительно континуалистском взгляде на природу состояние равновесия между излучением в полости и ее стенками в принципе оказывается недостижимым. Классические представления о непрерывности вещества и движения предполагают актуальное существование сколь угодно малых элементов вещества и излучения. Это, в частности, означает, что если рассматривать излучение, находящееся в замкнутой полости, как совокупность стоячих волн, то при любой температуре стенок оно должно включать в себя волны сколь угодно малой длины (и соответственно сколь угодно большой частоты). В силу классической природы осцилляторов вещества и излучения их состояние может меняться также сколько угодно малыми шагами, в пределе - бесконечно малыми приростами частоты и энергии. Именно в этом находит свое конкретное выражение эпистемологическое допущение классической физики о полной и исчерпывающей разложимости реальности на множества элементов с произвольной (неограниченной) степенью точности. Но тогда достижение состояния равновесия становится едва ли возможным, так как энергия должна последовательно расходоваться бесконечно малыми порциями на возбуждение колебаний все более высоких частот. Во всяком случае не ясно, как может быть ограничен этот процесс. Согласие такой картины с эмпирически установленным спектральным распределением, как было показано Рэлеем, может быть достигнуто только для малых частот и полностью утрачивается по мере перехода в область высоких частот [235, с. 589]. 
С точки зрения теоретических расчетов состояние термодинамического равновесия между стенками полости и излучением достигается не раньше, чем вся энергия излучения перейдет в ультрафиолетовую часть спектра. Для насыщения этой части спектра излучения, находящегося даже в самой маленькой полости и при весьма обычных температурах, не хватило бы энергии, имеющейся во всем мире. Общая энергия излучения, заключенного в полости, также оказывается бесконечной. Такова цена неограниченного роста спектральной плотности энергии по мере роста частоты колебаний. Данный теоретический результат получил образное наименование ультрафиолетовой катастрофы. Такой абсурдный результат является логически неизбежным и совершенно точным следствием классического подхода к анализу равновесного излучения, опирающегося на предположение о непрерывности излучения и поглощения энергии. Это настолько очевидно, что Джинс готов был скорее усомниться в возможности достижения состояния равновесия, чем в правильности теоретических расчетов Рэлея. Джинс высказал предположение, что о термодинамическом равнов