Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская

в пространстве было связано с изменением того же поля во времени, то во втором обнаружилась точно такая же связь изменения магнитного поля в пространстве с изменением этого же поля во времени.

Словосочетание «точно такая же связь», в данном случае, означает, что в обоих уравнениях возник один и тот же множитель пропорциональности. И оба уравнения по форме ничем не отличались от уравнения, описывающего распространение обычных волн на поверхности воды! В этом была загадка и вызов…

Еще более удивительным Максвеллу показалось то, что аналогичный множитель в уравнении для волн на воде равнялся попросту квадрату скорости распространения этих волн.

Максвеллу, конечно, сразу стало ясно, что он получил уравнения распространения электрических и магнитных волн. А удивительная аналогия этих уравнений очевидно свидетельствовала о глубоком единстве обоих процессов.

Максвелл понял, что уравнения описывают две стороны общего процесса. Что речь идет об единой электромагнитной волне, отображенной один раз на языке электрического поля, а другой раз на языке магнитного поля.

Родилось великое открытие. Открытие электромагнитных волн.

В статье «Динамическая теория электромагнитного поля» Максвелл отбросил механическую модель, содержащую множество вращающихся ячеек. Он сообщал читателю, что электрическое поле в эфире является самостоятельной реальностью, что для его описания не нужно пытаться строить какие-либо механические модели.

Обратите внимание на то, что термин «электромагнитное поле» не только высказан впервые, но и вынесен в название статьи. Несомненно, Максвелл хотел подчеркнуть этим важное значение нового понятия.

Так, силовые линии Фарадея, сыграв свою роль, перешли во второй эшелон, отошли в историю, в учебники и в книги, предназначенные для любителей истории науки.

Но несмотря на все, о чем мы говорили, Максвелл в этой же статье пишет: «Энергия электромагнитных волн есть механическая энергия». Таким образом, отказавшись от механических моделей, Максвелл не мог освободиться от общей уверенности в том, что все рано или поздно, пусть еще неведомым путем, будет сведено к механике. В данном случае к еще не созданной механике эфира.

… Наряду с интенсивной научной работой, Максвелл читал лекции студентам Кингс-колледжа и возобновил чтение общедоступных лекций, начало которым положил Фарадей.

В сентябре 1865 года Максвелл перенес тяжелое рожистое воспаление головы. Он отказался от педагогической деятельности и уехал в имение Гленлэр, перешедшее к нему от отца. Он решил в спокойной обстановке полностью посвятить себя науке.

Свободное время он занимается хозяйством. Выполняя волю отца перестраивает дом, благоустраивает поместье, гуляет со своей собакой Тоби, навещает соседей, сочиняет конкурсные задачи по математике.

Но основное время отдано науке. В 1870 году вышла его книга «Теория теплоты». В ней, кроме итогов прежних работ, содержались и свежие мысли.

Наряду с другими материалами, в книгу вошло найденное Максвеллом в 1868 году новое доказательство закона распределения молекул по скоростям.

Главной задачей, поставленной перед собой Максвеллом в этот период, была систематизация его работ по созданию электродинамики. Он посвятил ей около восьми лет.

25 августа 1867 года скончался Фарадей. Максвелл продолжал чтить память учителя. Он много раз возвращался к роли Фарадея и его открытий. В различных вариантах он заявлял: «Я только облек идеи Фарадея в математическую форму». Этой задаче он посвятил почти половину своей жизни. Созданный Максвеллом «Трактат об электричестве и магнетизме» является лучшим памятником Фарадею.

ТРАКТАТ

«Трактат» состоит из двух томов. В каждом из них по две части. В первом томе электростатика и электрический ток. В нем дано систематическое описание достижений предшественников, изложенное ясным фарадеевским «геометрическим» языком электрических силовых линий и переведенное на язык математических формул.

Первая часть второго тома посвящена магнетизму. В нем опять основой служат фарадеевские силовые линии и фарадеевское поле, эфирная среда, передающая электрическое и магнитное взаимодействие между удаленными телами. Силовые линии поля, стремящиеся сократиться и расшириться в стороны, воздействуют таким образом на тела и делают не нужным представление о действии на расстоянии.

Главное в «Трактате» — вторая часть второго тома, посвященная электромагнетизму. Здесь с единых позиций рассмотрена «поворачивающая сила» Эрстеда, наблюдения Ампера, опыты Фарадея. Словом, проанализировано все известное о связи между электрическими и магнитными явлениями. И выражено это языком математических формул. Они предсказывают неведомое электромагнитное поле, в котором со скоростью света бегут электромагнитные волны, волны эфира, переносящие энергию, излученную источником этих волн.

Максвелл утверждает, что волны продолжают распространяться в эфире и после того, как их источник перестал работать. Продолжают распространяться до тех пор, пока на их пути не встретится препятствие. Это препятствие может их поглотить, поглотить переносимую ими энергию, может отразить их обратно или изменить направление движения.

Формулы утверждали, что электромагнитные волны способны оказывать давление на поглощающие или отражающие их тела.

Формулы сообщали, что свет — не особая субстанция, а лишь разновидность электромагнитных волн, что повергало читателя в недоумение. И это продолжалось до тех пор, пока П. Н. Лебедев не измерил величину давления света. Величину, совпадавшую с вычисленной Максвеллом.

В «Трактате» воплотилась в уравнения и приобрела реальность мысль Фарадея о том, что действие одного тела на другое передается на расстояние через посредство окружающей среды, роль которой может играть эфир.

В то время, когда Максвелл завершал свой «Трактат», в Кембридже была учреждена кафедра экспериментальной физики. Максвелла пригласили занять эту кафедру. Ведь он, отдавая главные силы теоретическим исследованиям, прославился и своими экспериментами, связанными с кинетической теорией газов и с цветовым зрением.

Максвелл колебался, но по настоянию друзей, которых он ценил за их вклад в науку, принял приглашение.

Формальное назначение состоялось 8 марта 1871 года. В октябре того же года он прочел вступительную лекцию. Она была посвящена значению эксперимента в теоретическом познании. Максвелл обратил внимание слушателей на то, что курс экспериментальной физики читается в Кембриджском университете впервые. Он сообщил, что этот курс будет опираться на экспериментальные возможности Девонширской физической лаборатории, строительство которой только развертывалось.

Лектор знакомит студентов с соотношениями между теорией и опытом. При этом он обращает их внимание на существование двух типов опыта. Один из них — иллюстративный, проводимый в целях обучения. Опыт не претендующий на получение новых научных фактов. Опыт, имеющий целью развитие способности слушателей мысленно сопоставлять содержание теорий с явлениями, воздействующими на наши органы чувств. Воздействующими непосредственно, как свет и звук, тепло и тяготение, или через посредство приборов, как магнетизм и электричество.

Задачей опытов другого типа является исследование новых, еще не изученных явлений и процессов. Центральным в этих опытах является процесс измерения. Он дает основу воображению и интуиции, способствует установлению количественных математических связей, характеризующих изучаемое явление и процесс.

Максвелл обращает внимание слушателей