Фарадей и максвелл что сделали
Фарадей и максвелл что сделали
ФАРАДЕЙ. МАКСВЕЛЛ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Фарадей и Максвелл являются одними из наиболее крупных ученых XIX в. Оба они имели очень широкий круг научных интересов, были людьми разносторонними. Но, по всей вероятности, наиболее крупным их достижением, которое правильно было бы рассматривать как общее, обоим им принадлежащее, является введение понятия электромагнитного ноля и разработка его теории (хотя Фарадей родился на 40 лет раньше Максвелла и вместе в буквальном смысле этого слова они никогда не работали).
Вот как оценивают исследования в области электромагнитного ноля А. Эйнштейн и Л. Ипфельд: «Во второй половине девятнадцатого столетия в физику были введены новые революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механического. Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину действительности» ( Эйнштейн Л., Ипфельд Л. Эволюция физики, с. 102.)
Первый период научной деятельности Фарадея был посвящен химии. Ему удалось получить бензол, который в дальнейшем стал широко применяться при получении многих химических веществ. Широкую известность приобрели его работы по сжижению газов.
Рис. 37. Электромагнитная индукция
Таким образом, Фарадей опытным путем показал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая (а не статическая) связь. Это открытие имело огромное научное и практическое значение.
Любопытное соображение высказал по этому поводу Дж. Бернал: «Открытие Фарадея имело также значительно большее практическое значение по сравнению с открытием Эрстеда потому, что оно означало возможность получения электрического тока механическим путем, а также обратную возможность приведения в действие машин с помощью электрического тока. По сути дела, в этом открытии Фарадея заключалась судьба всей тяжелой электропромышленности, однако потребовалось чуть ли не 50 лет для того, чтобы оказалось возможным извлечь все вытекающие из него выгоды. Сам Фарадей был весьма мало склонен работать в направлении практического применения своего открытия. Это объяснялось отнюдь не тем, что Фарадей был человеком не от мира сего; но он по собственному опыту достаточно хорошо знал деловой мир и отношение правительства, чтобы понимать, какого огромного количества времени и каких хлопот ему будет стоить попытка продвинуть те или иные из своих идей в стадию практической эксплуатации. Он считал, что может употребить свое время с большей пользой.
Как показывают его записные книжки, он был занят широко задуманным планом раскрытия связей между всеми «силами», какие только были известны физике его Бремени,- электричеством, магнетизмом, теплотой и светом,- и с помощью целой серии остроумных опытов ему фактически удалось установить каждую из этих связей и попутно напасть на много других явлений, полное объяснение которых заставило себя ожидать нашего времени» ( Бернал Дж. Наука в истории общества, М., 1956, с. 340)
Рис. 39. Силовые линии электрического поля направлены от положительного заряда к отрицательному
Рис. 40. Силовые линии поля простого стержневого магнита
Таким образом, как только электрический проводник пересечет силовую линию магнитного поля, в нем тотчас же возникает электродвижущая сила, и, наоборот, движение силовых линий электрического поля порождает магнитное поле.
Представления Фарадея об электрическом и магнитном полях отвергали принцип дальнодействия Ньютона, согласно которому действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния. Фарадей твердо отстаивал представление о близкодействии, в соответствии с которым всякое взаимодействие распространяется не как мгновенное, а как постепенное, от точки к точке, хотя, может быть, с очень большой скоростью.
Хотя Фарадей был крупнейшим, общепризнанным ученым своего времени, а вклад его в науку исключительно велик, его научное мировоззрение, теоретические концепции, в сущности, отвергались его современниками.
Его научная деятельность очень разностороння. Выше уже сказано о выдающихся работах Максвелла в области молекулярно-кинетической теории газов. Его работы охватывают также механику, теорию упругости, оптику. Максвелл в 1895 г. доказал, что яркие, плоские, концентрические кольца планеты Сатурн являются не сплошными (твердыми или жидкими), а состоят из огромного количества разного размера твердых образований.
Максвелл все в большей мере принимал концепцию силовых линий Фарадея, но для общего признания этой концепции нужна была теория. В 1855 г. была опубликована в «Трудах Кембриджского философского общества» первая статья Максвелла по электричеству под названием «О фарадеевских линиях силы». Максвелл послал эту статью Фарадею и получил следующий ответ:
Дорогой сэр, я получил Вашу статью и очень благодарен Вам за нее. Не хочу сказать, что благодарю Вас за то, что Вами сказано относительно «силовых линий»’, поскольку я знаю, что Вы сделали это в интересах философской правды; но Вы должны также предполагать, что эта работа не только приятна мне, но и дает мне стимул к дальнейшим размышлениям. Я поначалу испугался, увидев, какая мощная сила математики приложена к предмету, а затем удивился тому, насколько хорошо предмет ее выдержал.
Всегда истинно Ваш М. Фарадей» ( Цит. по: Там же, с. 162.))
Ответ Максвелла не вызывает сомнений в его отношении к концепции Фарадея:
Дорогой сэр. Этой весной Вы были настолько добры, что выслали мне копню последнем статьи и скрашивали, что я о ней думаю.
Может быть, это будет несколько бесцеремонно по отношению к читателям, но мы хотим привести еще одно письмо Фарадея, являющееся ответом на приведенное письмо Максвелла:
Есть одна вещь, о которой я хотел бы Вас спросить. Когда математик, занятый исследованием физических действий и их результатов, приходит к своим заключениям, не могут ли они быть выражены общепонятным языком так же полно, ясно и определенно, как и посредством математических формул?
Я думаю, что это так и должно быть, потому что я всегда обнаруживал, что Вы могли донести до меня абсолютно ясную идею Ваших выводов, которые даже без понимания шагов Вашего математического процесса дают мне результаты не выше и не ниже правды, причем настолько ясные в своей основе, что я могу над, ними думать и с ними работать» ( Цит. по: Там же, с, 164)
Здесь мы должны сделать маленькое замечание. Максвелл писал Фарадею, что, ему кажется, Фарадей ясно видит силовые линии. Возможно, читатель этой книги видят, какие трудности испытывает ее автор, стараясь по возможности просто объяснить сложные физические явления. Но иногда наступает предел, и тогда приходится вместо объяснения существа дела говорить о значении открытия, об оценке его крупными учеными.
Так обстоит дело с уравнениями Максвелла. Привести их здесь означало бы заняться очень сложными объяснениями, ие отвечающими духу и цели этой книги. Ограничимся тем, что заметим следующее. Из первого уравнения Максвелла (а их всего четыре) следует, что электрическое поле образуется зарядами, а его силовые линии имеют начало и конец в зарядах. Второе уравнение показывает, что силовые линии магнитного поля всегда замкнуты па себя, а поле не имеет магнитных зарядов. Третье уравнение свидетельствует о том, что электрический ток и переменное электрическое поле («ток смещения») создают магнитное поле. И, наконец, четвертое уравнение представляет собой уравнение электромагнитной индукции, открытой Фарадеем; из него следует, что изменение магнитного поля приводит к возникновению электрического ноля.
По современным воззрениям, физическое поле представляет собой одно из фундаментальных понятий естествознания. Физическое поле есть не что иное, как особая форма существования материи.
Электромагнитное поле, открытие которого принадлежит М. Фарадею и Д. Максвеллу (хотя оба они предполагали существование мирового эфира), по современным взглядам, обладает, как и отдельные частицы и механические системы, энергией, количеством движения (импульсом), моментом количества движения. Поле может обмениваться с частицами и макроскопическими телами энергией, количеством движения и моментом количества движения. В этом случае законы сохранения этих величин действуют для всей замкнутой системы, состоящей из поля, частиц и макроскопических тел.
Рис. 41. Электромагнитный спектр
В свете всего сказанного об электромагнитном поле может возникнуть вопрос: остается ли необходимость во введении понятия эфира, какие функции можно было бы ему приписать? Признавая уместность этого вопроса, мы обратимся к нему немного позднее.
Мы рассказали кратко о выдающихся ученых Фарадее и Максвелле, о их великом открытии электромагнитного поля. Многие ученые считают, что введение в науку понятия электромагнитного поля и математическое определение законов поля, данное в уравнениях Максвелла, является самым крупным событием в физике со времен Ньютона. Но все-таки в характеристике Фарадея и Максвелла был бы допущен большой пробел, если бы мы не коснулись еще одной стороны дела, а именно: Фарадей и Максвелл были блестящими популяризаторами науки и очень любили этот род деятельности.
Фарадей регулярно выступал с популярными лекциями но разным вопросам естествознания в большом лекционном зале Королевского института, а. нужные, дли демонстрации опыты готовились самым тщательным образом. Всего Фарадей прочитал девятнадцать циклов лекций, м, может быть, текст ни одной из них не дошел бы до нас (Фарадей не делал каких-либо записей), если бы не одно счастливое обстоятельство. Один из слушателей, Вильям Крукс, в то время молодой человек, а в дальнейшем известный физик и химик (до сих пор сохранилось и л звание трубок Крукса, в которых проводится исследование электрических разрядов в газах и катодных лучей), президент Лондонского королевского общества, дословно записал по крайней мере два цикла лекций Фарадея: «О различных силах в природе» и «Химическая история свечи». Особый успех имела вторая. Она много раз издавалась на многих языках мира (обычно под названием «История свечи») и является одной из лучших научно-популярных книг. Вот что говорит Фарадей в начале лекции: «Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания. Вот почему я надеюсь, что не разочарую вас, избрав своей темой свечу, а не что-нибудь поновее. Другая тема, возможно, была бы столь же хороша, но лучше свечи она быть не может» ( Фарадей М. История свечи. М., 1981, с. 9. (Б-ка «Квант»; Вып. 2))
Мы очень советуем тем читателям, которые еще не прочли книжку Фарадея «История свечи», обязательно это сделать. Вы получите большое удовольствие. Ни возраст, ни образование при этом значения не имеют.
Для того чтобы лучше разобраться в этом совсем не простом вопросе рассмотрим следующий мысленный опыт. Представим себе, что в пространстве, заполненном эфиром, выделен замкнутый объем, также заполненный эфиром. Что произойдет, когда замкнутый объем начнет двигаться? Если бы он был заполнен не эфиром, а воздухом, то все произошло бы, как в том трюме корабля, о котором говорил Галилей,- при равномерном и прямолинейном движении замкнутого объема все происходило бы так же, как будто бы замкнутый объем оставался неподвижным. Галилей объяснял это тем, что воздух и все другое, заполняющее замкнутый объем, движется (или покоится) вместе с ним.
Но в рассматриваемом нами мысленном опыте мы имеем дело не с воздухом, а с эфиром, и мы не можем заранее сказать, увлечет ли с собой начавший двигаться замкнутый объем заполняющий его эфир или же замкнутый объем не увлечет с собой заполняющий его эфир, а будет проходить через него, как решето через воду. Поэтому мы должны рассмотреть по крайней мере два предельных случая: замкнутый объем захватывает с собой эфир и, наоборот, замкнутый объем не захватывает с собой эфир, а свободно через него проходит.
Рассмотрим сначала первый случай: замкнутый объем захватывает с собой заполняющий его эфир. Тогда для наблюдателя А, находящегося в замкнутом объеме и движущегося вместе с ним, свет, возникающий от источника, также движущегося вместе с замкнутым объемом, будет казаться распространяющимся с равной скоростью во все стороны. Для наблюдателя же В, находящегося вне движущегося замкнутого объема, будет представляться, что свет имел бы большую скорость, если бы источник приближался к нему, и меньшую, если бы источник отдалялся от пего. Но такой вывод противоречит опыту Майкельсона, согласно которому скорость света в вакууме (в эфире) неизменна во всех инерциальных системах отсчета.
Рассмотрим теперь второй случай: замкнутый объем не захватывает с собой заполняющий его эфир, существует «эфирное море», в которое погружено все существующее. Допустим также простоты ради, что источник света остается, как и внешний наблюдатель В, неподвижным г. отношении эфирного моря. В этом случае внешнему наблюдателю В будет казаться, что свет распространяется и о все стороны с равной скоростью. Наблюдателю же А, движущемуся внутри замкнутого объема и вместе с ним, будет представляться, что свет достигал бы его быстрее в случае, когда замкнутый объем движется в сторону источника, и, наоборот, медленнее, если движение замкнутого объема происходит от источника. Как видим, снова возникает противоречие с опытом Майкельсона.
Какой же из всего сказапного следует вывод? Как поступить с понятием эфира? Можно ли рассматривать свет как волны эфира?
Электромагнитная теория М. Фарадея и Дж. Максвелла. Фарадей и Максвелл являются одними из наиболее крупных ученых XIX в
Фарадей и Максвелл являются одними из наиболее крупных ученых XIX в. Оба они имели очень широкий круг научных интересов, были людьми разносторонними. Но, по всей вероятности, наиболее крупным их достижением, которое правильно было бы рассматривать как общее, обоим им принадлежащее, является введение понятия электромагнитного ноля и разработка его теории (хотя Фарадей родился на 40 лет раньше Максвелла и вместе в буквальном смысле этого слова они никогда не работали).
Начиная с 1821 г. научные интересы Фарадея сосредоточились на электричестве. Он показал, что все виды электричества («электричество трения», «животное электричество», «гальваническое», «термоэлектричество», «магнитное») представляют собой проявление одной и той же сущности, качественно тождественны и отличаются только количеством и интенсивностью.
Таким образом, Фарадей опытным путем показал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая (а не статическая) связь. Это открытие имело огромное научное и практическое значение.
Любопытное соображение высказал по этому поводу Дж. Бернал: «Открытие Фарадея имело также значительно большее практическое значение по сравнению с открытием Эрстеда потому, что оно означало возможность получения электрического тока механическим путем, а также обратную возможность приведения в действие машин с помощью электрического тока. По сути дела, в этом открытии Фарадея заключалась судьба всей тяжелой электропромышленности, однако потребовалось чуть ли не 50 лет для того, чтобы оказалось возможным извлечь все вытекающие из него выгоды.
Представления Фарадея об электрическом и магнитном полях отвергали принцип дальнодействия Ньютона, согласно которому действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния.
157. «Нурлы жол – путь в будущее». Послание главы государства народу Казахстана. Астана,11 ноября 2014 года
Сегодня весь мир сталкивается с новыми вызовами и угрозами. Мировая экономика так и не оправилась от последствий глобального финансово-экономического кризиса. Восстановление идёт очень медленными и неуверенными темпами, а где-то ещё продолжается спад. Геополитический кризис и санкционная политика ведущих держав создает дополнительное препятствие для восстановления мировой экономики.
Как известно, прогнозы развития мировой экономики на 2014 и следующие два года пересмотрены Международным валютным фондом и Всемирным банком в сторону понижения. Поэтому нам необходимо оперативно пересмотреть некоторые позиции, а также внести корректировки в планы на предстоящий период. У нас нет времени на раскачку. Те меры, о которых сегодня пойдёт речь, следует реализовать уже с 1 января 2015 года. Мы должны оперативно принять все возможные меры для предотвращения негативных тенденций.
По моему поручению Правительство завершило разработку новой масштабной программы развития. Сегодня, отвечая на вызовы, которые стоят перед нами, я объявляю о Новой Экономической Политике Казахстана «Нұрлы Жол». Этому я посвящаю новое Послание народу на 2015 год. Она будет иметь контрцикпичный характер и будет направлена на продолжение структурных реформ в нашей экономике. Что это означает?
Все эти годы доходы от добычи сырья и его продажи мы откладывали в этот Фонд. 10 миллиардов долларов мы направили на борьбу с кризисом 2007-2009-х годов. Остальные деньги мы не проели и не потратили, а сохранили и преумножили. Сейчас наступает тот самый период, когда мы должны использовать эти резервы. Они помогут преодолеть непростые времена и стимулировать рост нашей экономики. Эти ресурсы предназначены не для краткосрочных мер. Они будут направлены на дальнейшее преобразование экономики. А именно — на развитие транспортной, энергетической, индустриальной и социальной инфраструктуры, малого и среднего бизнеса.
В феврале было принято решение о выделении одного триллиона тенге из Нацфонда для поддержки экономического роста и занятости в 2014-2015 годы, двумя траншами по 500 миллиардов тенге. Для завершения начатых проектов и решения наиболее острых вопросов поручаю Правительству направить второй транш средств из Нацфонда в размере 500 миллиардов тенге на следующие цели.
Первое. Необходимо дополнительно выделить 100 миллиардов тенге на льготное кредитование малого и среднего бизнеса, а также крупного предпринимательства. Это обеспечит реализацию проектов в пищевой и химической промышленности, машиностроении, а также в сфере услуг.
Второе. Для оздоровления банковского сектора и выкупа «плохих» кредитов поручаю обеспечить в 2015 году дополнительную капитализацию Фонда проблемных кредитов в размере 250 миллиардов тенге.
Третье. Для привлечения новых инвестиций необходимо улучшить соответствующие условия. С этой целью поручаю направить 81 миллиард тенге в 2015 году на завершение строительства первого комплекса «сухого порта», инфраструктуры специальных экономических зон «Хоргос — Восточные ворота» и «Национальный индустриальный нефтехимический технопарк» в Атырау и Таразе.
Четвёртое. На продолжение строительства комплекса ЭКСПО-2017 поручаю выделить для кредитования 40 миллиардов тенге в 2015 году, дополнительно к уже направленным 25 миллиардам.
Пятое. В преддверии ЭКСПО-2017 нам нужно позаботиться о развитии транспортной инфраструктуры Астаны. Столичный аэропорт уже в этом году достигнет своей максимальной пропускной способности — 3,5 миллиона человек. Поэтому для увеличения его потенциала поручаю выделить в 2015 году 29 миллиардов тенге на строительство нового терминала и реконструкцию взлетно-посадочной полосы. Это позволит увеличить пропускную способность к 2017 году до 7,1 миллиона пассажиров в год.
С учётом новых внешних рисков для развития экономики нам нужны новые инициативы для стимулирования деловой активности и занятости. Стержнем Новой Экономической Политики станет План инфраструктурного развития, который я сегодня хочу обнародовать. Он рассчитан на 5 лет и совпадает со Второй пятилеткой реализации ПФИИР, где намерены участвовать более 100 зарубежных компаний. Общий инвестиционный портфель составляет 6 триллионов тенге, доля государства — 15 процентов.
158.Н.Г. Чернышевский. «Антропологический принцип в философии». «Характер человеческого знания».
Как бы там ни было, а Н. Г. Чернышевский понимал Фейербаха в материалистическом смысле. На этот счет не допускает никаких сомнений его знаменитая философская статья, появившаяся в NoNo 4—5 «Современника» за 1860 год. Вот как поясняет он здесь смысл заглавия своей статьи: «Антропологический принцип в философии». Принцип этот состоит в том, что на человека надобно смотреть, как на одно существо, имеющее только одну натуру, чтобы не разрезывать человеческую жизнь на разные половины, принадлежащие разным натурам, чтобы рассматривать каждую сторону деятельности человека, как деятельность или всего его организма, от головы до ног включительно, или, если она оказывается специальным отправлением какого-нибудь особенного органа в человеческом организме, то рассматривать этот орган в его натуральной связи со всем организмом.
159. Философские взгляды аль Фараби. Его работа «О качествах главы добродетельного города».
Аль-Фараби Абу-Наср Ибн Мухаммед, философ, один из главных представителей восточного аристотелизма, переплетающегося с неоплатонизмом. Основные сочинения: «Геммы мудрости», «Трактат о взглядах жителей добродетельного города», «Трактат о классификации наук». Аль Фараби родился в 870 году в районе Фараба, в городке Васидж. Первоначальное образование Фараби получил на родине(Самарканд, Бухара). Продолжать образование философ отправился в Багдад крупный культурный центр Арабского халифата, а затем и в Дамаск.
Трактаты Аль Фараби по философии посвящены определению предмета философии, анализу основных законов и категорий бытия; форм, ступеней
и способов познания; исследованиям по логике. Испытав на себе преимущественное влияние философии Аристотеля и Платона, «Второй Учитель» стремился сопоставить, в какой-то степени примирить и синтезировать учения двух великих греков.
Незадолго до кончины, в возрасте 70 лет, Аль Фараби завершил » Трактат о взглядах жителей добродетельного города», в котором попытался воссоздать схему развития мироздания от начала до возникновения человеческого общества и изложить свое видение идеального общественного устройства, творчески переработав при этом идеи Аристотеля и Платона.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
От силовых линий Фарадея до поля Максвелла
От силовых линий Фарадея до поля Максвелла
Талантливому человеку сделать великое открытие иногда помогает даже недостаток образования. Сын кузнеца, ученик переплетчика, Фарадей был самоучкой, но своим интересом к науке и способностями обратил на себя внимание видного британского физика и химика Г.?Дэви. Начав работать его ассистентом в лаборатории Британского королевского института, через 12 лет — в 1825 году — Фарадей стал ее директором. Самоучку продвинули успехи его экспериментальных исследований.
Электромагнитные открытия 1820 года сразу привлекли внимание Фарадея, и уже в следующем году он написал исторический обзор электромагнетизма, повторив все важнейшие опыты. А попутно придумал, как сделать, чтобы провод с током вращался вокруг магнита.
Его главное открытие не было случайным: с 1824 года он пытался получить электрический ток в проводе при помощи магнита или тока в другом проводе. В 1831 году (год рождения Максвелла) 40-летний экспериментатор обнаружил, что движение магнита порождает ток в проводнике. Он не просто в своих опытах обнаружил новое явление, но и открыл закон этого явления — закон электромагнитной индукции.
Помог ему недостаток знаний математики и тогдашней теории электричества и магнетизма, держащей себя в рамках дальнодействия. Для формулировки закона Фарадей придумал свой собственный язык, где главным стало понятие «силовых линий». Эти линии он видел своими глазами. И каждый может увидеть, если насыплет железные опилки на лист картона, а снизу поднесет магнит. Линии, вдоль которых опилки выстраиваются и которые Фарадей назвал силовыми, показывают направление магнитной силы, а густота линий — величину этой силы. После трехмесячных исследований он пришел к выводу, что в замкнутом проводнике ток пропорционален изменению числа силовых линий, проходящих через контур проводника в единицу времени.
Опыт Фарадея немедленно повторили физики разных стран и убедились, что он действительно открыл новое явление. Но его самодельный язык не приняли и стали искать «более научный». По словам Максвелла, полвека спустя, «теоретики, забраковав фарадеевский язык, так и не придумали никакой иной, чтобы описать явление, не вводя гипотезы о вещах несуществующих, как, например, токи, которые вытекают из ничего, затем текут по проводу и утекают опять в ничто».
В таком состоянии была наука об электромагнетизме, когда за нее взялся 24-летний Максвелл. В самодельных понятиях Фарадея он увидел больше, чем в изощренных математических построениях континентальных теоретиков:
Введенные Фарадеем понятия «силовое поле», «силовые линии», «индукция» выражают его подход к науке: тщательное наблюдение избранных явлений, исследование полученных представлений и, наконец, изобретение понятий, приспособленных для обсуждения этих явлений. Огромная роль Фарадея в науке об электромагнетизме может вызвать сомнение, поскольку эта наука приняла математическую форму еще до Фарадея, который вовсе не был математиком. В его описаниях не найти дифференциальных и интегральных уравнений, которые многим кажутся сутью точной науки. В трудах Пуассона и Ампера, вышедших до Фарадея, или Вебера и Неймана — после него, каждая страница пестрит формулами, ни одну из которых Фарадей не понял бы.
Максвелл, однако, прекрасно понимал, что все эти формулы лишь развивали методы Ньютона и вовсе не исчерпывали возможности математического языка, на котором написана Книга Природы:
То, как Фарадей с помощью своей идеи силовых линий описал явление электромагнитной индукции, доказывает, что он был мощным теоретиком, у которого можно черпать плодотворные методы.
Первая работа Максвелла по электромагнетизму «О силовых линиях Фарадея» начинается так: «Нынешнее состояние науки об электричестве кажется особенно неблагоприятным для теории». Действительно, законы некоторых электрических и магнитных явлений, выведенные из экспериментов, были выражены математически, но не связаны между собой, хотя в поведении зарядов, токов и магнитов взаимосвязь проявлялась.
Чтобы овладеть этой наукой, — пишет Максвелл, — надо узнать такой объем сложнейшей математики, что простое удержание его в памяти существенно мешает продвижению. Первым делом поэтому надо упростить результаты предыдущих исследований и свести их к форме, которую можно охватить.
Максвелл, очевидно, верил в выполнимость этой задачи, но одной лишь веры для успеха мало. Почему путеводную идею Максвелл усмотрел в подходе Фарадея, логически не объяснить: подобный выбор пути обычно делает интуиция. Можно лишь указать факторы, которые помогали Максвеллу.
Прежде всего он слишком хорошо понимал Ньютонову физику и область ее применимости, чтобы надеяться на ее всемогущество. Ему были понятны слова Ньютона, который казался себе «ребенком, нашедшим пару камешков покрасивее на берегу океана нераскрытых истин». Перед Максвеллом была одна из таких нераскрытых истин — электромагнетизм.
Фарадеевское понятие силовой линии не только позволило описать явление электромагнитной индукции — оно указывало на новый характер взаимодействия. Силовые линии, увиденные Фарадеем с помощью железных опилок, не зависели от размера опилок. Мысленно уменьшая этот размер до нуля, получим свойство в данной точке пространства в данный момент времени. Но свойство чего? Исчезающие опилки напоминают улыбку Чеширского кота, который — по воле Льюиса Кэрролла — таял в воздухе, оставляя лишь свою улыбку.
Десять лет спустя Максвелл, как и нынешние физики, сказал бы: «Свойство электромагнитного поля». Десять лет ему понадобились, чтобы выработать точный — научный — смысл этого понятия, использованного в заглавии его работы 1865 года «Динамическая теория электромагнитного поля».
О «магнитном поле» говорил еще Фарадей, но у него «поле» — слово обыденного, ненаучного, языка, синоним понятий «область», «сфера» (чего-либо). Выражение Фарадея означало просто «область пространства, где действуют магнитные силы». Так в русском языке говорят о «поле зрения» и «поле действия». В английском — «поле» применяется еще шире, скажем, «область физики» переводится с участием слова «field» — «поле».
Максвелл также начинал с обыденного смысла этого слова. Он искал закон взаимосвязи электрических и магнитных свойств в каждой точке «поля действия электромагнетизма» — искал закон, переходящий в частных случаях в известные законы Кулона, Ампера, Фарадея. Максвелл не знал, что не хватает еще одного закона, который ему предстоит открыть.
Свойств в каждой точке четыре: электрическая и магнитная силы, заряд и ток. Столько же должно было быть и взаимосвязей, или, на математическом языке, уравнений. Тот, кто видел четыре лаконичных уравнения Максвелла в нынешних учебниках:
очень удивится, заглянув в статьи Максвелла 1855, 1861 и 1865 годов, в которых тот прошел путь к своим уравнениям. В каждой статье более полусотни страниц. И удивительное различие материала. В первой статье механизм поведения силовых линий представлен движением невесомой и несжимаемой жидкости. Во второй — появляются в огромном количестве некие «молекулярные вихри» и две «эфирные среды», в которых происходят электромагнитные и световые явления. В третьей статье уже никаких вихрей, два эфира совпадают, а свет назван электромагнитным явлением.
Непоследовательность? Максвелл объяснил свой метод исследования в самом начале поиска — в статье 1855 года. Выбрав отправной точкой идеи Фарадея, Максвелл сравнил два метода — «чисто математическое формулирование или физическая гипотеза»: в первом случае теряется физическая природа явления, во втором явление рассматривается через узкий окуляр избранной гипотезы. И Максвелл избрал третий путь — «офизичить» математическое описание с помощью подходящих физических аналогий, делая математический язык более наглядным, но не привязывая себя к этим аналогиям намертво и сохраняя свободу в поиске адекватного описания. Речь шла об иллюстрациях, помогающих воображению без претензий на раскрытие сути явления. Такой метод позволял переходить с одного уровня описания на другой без необходимости объяснять все причины перехода. Ведь кроме объективно-уважительных причин действуют субъективно-интуитивные, которые и самому исследователю не всегда понятны.
По словам Эйнштейна, понятия так же нельзя вывести из опыта чисто логически, как «невозможно построить дом без использования лесов, которые сами вовсе не являются частями здания».
Такими лесами у Максвелла были потоки несжимаемой жидкости, силовые линии, молекулярные вихри, две эфирные среды. Построив здание теории электромагнитного поля, или электродинамики, леса он удалил. Почти все. Осталась единая эфирная среда, еще несколько десятилетий помогая воображению физиков, хоть в уравнениях Максвелла никакие ее свойства не участвовали.
Эфир можно сравнить с ненаблюдаемым Чеширским котом, у которого кроме видимой улыбки есть еще и слышимый голос. Наблюдатель может искать взаимосвязь между шириной улыбки и характером звуков — от нежного «муррр» до недовольного шипения. Такая взаимосвязь не нуждалась бы в наличии самого кота, хотя в поиске закономерности пушистый образ мог бы и пригодиться.
Подобные сравнения строгий читатель сочтет неуместными, поскольку речь идет об одном из величайших достижений в истории физики.
Не до шуток, вероятно, и тому читателю, кто настороженно ждет, не связано ли это достижение с чем-нибудь библейским. Спешу успокоить: никаких свидетельств такого рода Максвелл не оставил. И предлагаю читателям самим решить, можно ли подобным свидетельством посчитать отношение к уравнениям Максвелла его младшего современника и сподвижника в статистической физике Больцмана, который свои чувства по поводу уравнений Максвелла выражал строками «Фауста»:
Не Бог ли эти знаки начертал?
Таинственен их скрытый дар!
Они природы силы раскрывают
И сердце нам блаженством наполняют.
Атеист Больцман, похоже, мог поблагодарить Всевышнего за помощь Максвеллу в изобретении понятия поля и в открытии с помощью этого понятия системы законов электромагнетизма.
Не менее сильные чувства испытывали фундаментальные физики следующего поколения.
Макс Планк причислил успех Максвелла к «величайшим триумфам человеческого стремления к познанию», к «наиболее удивительным свершениям человеческого духа» и к проявлениям того, «что между законами природы и законами духа имеются какие-то очень тесные связи».
Эйнштейн подытожил проще, но не менее сильно: «Одна научная эпоха закончилась и другая началась».
В эпоху Максвелла и при его прямом участии произошло объединение физики, до того состоявшей из весьма автономных частей: механика, теплота и оптика. Статистическое объяснение теплоты объединило ее с механикой, а оптика оказалась проявлением электромагнитных сил. Но подлинно эпохальную роль Максвелл сыграл в том, что фундамент физики был впервые капитально перестроен. Величественное здание, заложенное Галилеем и возведенное Ньютоном, вместило новую физику молекулярно-тепловых явлений, но оказалось тесным, чтобы вместить — без перестройки — физику электромагнетизма.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
Спектры из темных линий
Спектры из темных линий После изобретения спектроскопа ученые пытались воспроизвести темные линии в лаборатории. Сначала надо было получить сплошной спектр всех цветов радуги. Это сделать просто. Как мы знаем, такой спектр дают раскаленные добела металлы. Потом надо
Разгадка темных линий в солнечном спектре
Разгадка темных линий в солнечном спектре Уже давно было замечено, что две желтые линии в спектре испускания натрия совпадают с темными фраунгоферовыми линиями D1 и D2 солнечного спектра. Долгое время это совпадение считали простой случайностью. Но когда физики изучили
Теория электромагнитного поля Максвелла
Теория электромагнитного поля Максвелла Заслуга Максвелла состоит в том, что он нашел математическую форму уравнений, в которых связаны воедино значения электрической и магнитной напряженностей, которые создают электромагнитные волны, со скоростью распространения их
От силовых линий Фарадея до поля Максвелла
От силовых линий Фарадея до поля Максвелла Талантливому человеку сделать великое открытие иногда помогает даже недостаток образования. Сын кузнеца, ученик переплетчика, Фарадей был самоучкой, но своим интересом к науке и способностями обратил на себя внимание видного
42. Понятие о теории Максвелла. Ток смещения
42. Понятие о теории Максвелла. Ток смещения Дж. Максвелл создал в рамках классической физики теорию электромагнитного поля. В основе теории Дж. Максвелла лежат два положения.1. Всякое перемещенное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. Переменное
6.4. Об инвариантности уравнений Максвелла
6.4. Об инвариантности уравнений Максвелла Требование инвариантности (неизменности) уравнений Максвелла при описании распространения электромагнитного излучения в системе, относительно которой источник движется с некоторой скоростью, является математической формой
Глава 4 От механики Ньютона до электродинамики Максвелла
Глава 4 От механики Ньютона до электродинамики Максвелла Мне не стоило большого труда отыскание того, с чего следует начинать, так как я уже знал, что начинать надо с самого простого и доступного пониманию… Рене Декарт «Рассуждении о методе» Сейчас нам придется
Глава 9 Демон Максвелла
Глава 9 Демон Максвелла Участвуя на протяжении многих месяцев в невероятных приключениях, в ходе которых профессор не упускал удобного случая посвятить мистера Томпкинса в тайны физики, мистер Томпкинс все более проникался очарованием мисс Мод. Наконец, настал день,
Теория электромагнетизма Максвелла
Теория электромагнетизма Максвелла Столетием позже, в 1864 г., Дж. К. Максвелл (1831-1879) открыл электромагнитную, а не упругую природу световых колебаний, обобщив это в знаменитых уравнениях, которые носят его имя и описывают различающиеся электрические и магнитные явления
СЕКРЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УСПЕХА ФАРАДЕЯ
СЕКРЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УСПЕХА ФАРАДЕЯ Среди характерных черт Фарадея (например, способность к самообучению и влияние религии на мышление) нужно подчеркнуть и его приверженность в исследованиях некоторым интеллектуальным установкам, которые помогли ему добиться
ПЕРЕВОД ИДЕЙ ФАРАДЕЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЯЗЫК
ПЕРЕВОД ИДЕЙ ФАРАДЕЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЯЗЫК Электричество не могло быть жидкостью, проходящей по проводу, оно должно было генерироваться невидимой силой, как и линии магнитного поля, однако в данном случае линии шли от одного заряда к другому. Это невидимое поле, по
КЛЕТКА ФАРАДЕЯ И ДИЭЛЕКТРИКИ
КЛЕТКА ФАРАДЕЯ И ДИЭЛЕКТРИКИ Если бы мы могли перенестись в Королевский институт в конце 1835 года, мы бы увидели Фарадея, погруженного в конструирование необычного гигантского приспособления. Оно было настолько огромным, что его пришлось переместить в лекционный зал
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МАГНЕТИЗМОМ И СВЕТОМ: ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МАГНЕТИЗМОМ И СВЕТОМ: ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ Хотя казалось, что свет и магнетизм не имеют ничего общего, на самом деле они взаимосвязаны. Всякий раз, когда мы до чего-нибудь дотрагиваемся, атомы наших пальцев вступают во взаимодействие с атомами этого
НАСЛЕДИЕ ФАРАДЕЯ
НАСЛЕДИЕ ФАРАДЕЯ Глубокая духовность и способность к самообразованию подталкивали Фарадея к неутомимым поискам взаимосвязи между движением, магнетизмом и электричеством, как будто между частями Троицы — отдельными, но неразделимыми. Благодаря этой концепции