Открытия в области физики и применение физических эффектов и моделей в других областях деятельности
Предельные категории, различные картины (модели) мира
X
Джеймс Максвелл публикует итоговый двухтомный Трактат об электричестве и магнетизме / A Treatise on Electricity and Magnetism. Clarendon Press, Oxford. 1873, где обобщает результаты серии своих предыдущих работ по электромагнетизму.
Исходно, в основу своих рассуждений учёный положил гипотезы и эксперименты в области электромагнитного поля, сделанные Майклом Фарадеем. Заметим, что гипотезу о существовании электромагнитных волн, которая следовала из составленных им уравнений, Джеймс Максвелл высказал ранее в 1861 году.
Начинался трактат так:
«Для изучающего любой предмет чтение оригинальных трудов представляет собой большое преимущество, так как наука всегда наиболее полно усваивается в состоянии рождения; а в том, что касается «Исследований» Фарадея, это сравнительно легко, поскольку они изданы по частям и могут читаться в последовательном порядке. Если чем-либо из написанного здесь я окажу любому изучающему содействие в понимании способов мышления и выражений Фарадея, я буду считать, что одна из моих основных целей, а именно передать другим то восхищение, которое я испытал сам, читая «Исследования» Фарадея, будет выполнена.
Описание явлений и главных частей теории каждого предмета даётся в первых главах каждой из четырёх частей, на которые разделен этот трактат. В этих главах читатель найдет достаточно сведений для элементарного знакомства со всем предметом.
Остальные главы каждой части содержат в себе более трудные разделы теории, численные расчеты и описание приборов и методов экспериментального исследования. Отношения между электромагнитными явлениями и явлениями излучения, теория молекулярных электрических токов и результаты размышлений о природе действия на расстоянии рассматриваются в последних четырёх главах второго тома.
1 февраля 1873 г.».
Цитриуется по: Д. Максвелл, Трактат об электричестве и магнетизме / Жизнь науки. Антология вступлений в классике естествознания / Сост.: С.П. Капица, М., «Наука», 1973 г. с. 190.
Как выяснилось позже, в этом трактате Джеймсу Максвеллу удалось принципиально дополнить физическую картину мира:
«Вместо традиционной интерпретации взаимодействия между положительным и отрицательным зарядом как силы притяжения, подобной притяжению двух масс в механике Ньютона, Фарадей и Максвелл нашли более корректное представление: каждый заряд создаёт вокруг себя такое «возмущение», или «состояние», что всякий другой заряд испытывает ею присутствие как силовое воздействие. Это состояние пространства, эта потенциальная способность оказывать силовое действие и называется полем.
Поле создается отдельным зарядом и существует независимо от того, находится ли поблизости и «чувствует» ли его воздействие какой-либо другой заряд. Это был самый глубокий и самый важный переворот в нашем понимании физической реальности.
Ньютон считал, что силы неразрывно связаны с телами, между которыми они действуют. Теперь же понятие силы уступило место более сложному понятию поля, которое имеет собственную природу и может изучаться без какой-либо связи с материальными телами. Вершиной этой теории, получившей название электродинамики, было осознание того, что свет - не что иное, как переменное электромагнитное поле высокой частоты, движущееся в пространстве в форме волн.
Сегодня мы знаем, что и радиоволны, и волны видимого света, и рентгеновские лучи представляют собой колеблющиеся электромагнитные поля, которые различаются только частотой колебаний, и что свет - лишь незначительная часть огромного спектра электромагнитных волн. Несмотря на новые открытия, в основе физики все ещё лежала механика Ньютона. Сам Максвелл пробовал объяснить результаты своих исследований с механистической точки зрения, считая поле напряжённым состоянием эфира - очень лёгкой среды, заполняющей всё пространство, а электромагнитные волны - колебаниями эфира. Это было вполне естественно, так как в волнах обычно видели колебание какой-либо среды: воды, воздуха и так далее. Однако Максвелл одновременно использовал несколько механистических объяснений своих открытий, очевидно не воспринимая ни одного всерьез. Видимо, он интуитивно чувствовал, если и не говорил этого открыто, что главное в его теории - поля, а не механистические модели. На этот факт через десять лет обратил внимание Эйнштейн, заявивший, что эфира не существует и что электромагнитные поля имеют собственную физическую сущность, могут перемешаться в пустом пространстве и не поддаются объяснению через понятия механики».
Фритьоф Капра, Дао физики: общие корни современной физики и восточного мистицизма, М., «София», 2008 г., с. 69-71.
Уравнения Максвелла описывали как множество ранее открытых физиками явлений электромагнетизма, так и предсказали – в том числе – существование электромагнитных волн, позже экспериментально отрытых Генрихом Герцем, которым также была предложена одна из современных записей этих уравнений.
