Запорожец  Издания 

0 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156

ОН не смог бы определить,-но они стояли там, действуя друг на друга, сдвигая и толкая тела туда и сюда, распространяясь и сообщая друг через друга возбуждение от точки к точке».

А между тем несомненно, что эти идеи положили начало тому коренному повороту в направлении физических воззрений, который со времени Ньютона является первым принципиально новым шагом в развитии физического мировоззрения вообще. По существу от Фарадея ведет свое начало физика поля, с конечной скоростью распространения действия, в противоположность физике мгновенного действия на расстоянии; понимание электромагнитных явлений, говоря несколько схематически, связывается с диференциальными закономерностями в противоположность законам типа интегральных.

Первый, кто понял и оценил идеи Фарадея, кто на основе этих не совсем ясных, но по своему направлению достаточно определенных идей создал это новое направление, был Максвелл. В своем знаменитом Treatise Максвелл очень ясно высказывает свое мнение о направлении Ампера, с одной стороны, и о направлении Фарадея, с другой. Слова Максвелла чрезвычайно ярко характеризуют тогдашнюю ситуацию и его собственное отношение к ней. Читатель найдет их в отрывке IX настоящего сборника

Отдавая должное Амперу, этому «Ньютону электричества», и его методу. Максвелл не скрывает явного предпочтения, которое имеет в его глазах весь стиль идей Фарадея. Он определенно объявляет себя его последователем. «Главным образом в надежде сделать его {Фарадея} идеи основой математической теории, я и предпринял написание этого трактата»,- говорит Максвелл о своем труде. И действительно, вся постановка математической задачи Максвеллом проникнута духом Фарадея. «При исследовании электрических явлений,-говорит Максвелл там же,-мы гложем пользоваться формулами, в которых фигурируют такие величины, как расстояния между телами, заряды этих тел и текущие в них токи, или же мы можем пользоваться формулами, в которых фигурируют другие величины, непрерывные во всем пространстве. Математическая операция, применяемая при первом методе, это интегрирование вдоль линий, по поверхностям и по конечным объемам; при втором же методе применяют диференциальные уравнения в частных производных и интегрирование, распространенное на все пространство».

«Другие величины, непрерывные во всем пространстве»-это векторы, характеризующие электромагнитное поле; «диференциальные уравнения в частных производных» - это знаменитые уравнения Максвелла.

Осуществление поставленной себе Максвеллом задачи - построить математическую теорию электрических и магнитных явлений на базе идей Фарадея - имеет свою,чрезвычайно интересную и поучительную историю, на которой, однако, мы останавливаться не можем. Максвелл исходил при построении своей математической теории из механических моделей. Нужно вообще заметить, что Максвелл, точно так же как и другие замечательные теоретические физики максвелловской и более поздней эпохи, как, например, Больцман [Boitzmann] и Кельвин [Kelvin], по справедливому замечанию Эйнштейна [Einstein], никогца не оставляли мысли о сведении электромагнитных явлений, с их пондеромоторными силами, на действие гипотетической непрерывной среды, обладающей массой. И только под влиянием, как говорит Эйнштейн, безнадежности, или во



ВСЯКОМ случае безуспешности этих попыток в конце XIX века постепенно совершился переворот в наших фундаментальных представлениях. Тео ретимеская физика переросла ньютоновские рамки, которые придавали ей устойчивость и служили умственным руководством науке в течение почти двух столетий (Einstein. «The World as 1 see it», стр. 151).

Первоначальные механические модели Максвелла чрезвычайно «материальны». Среда, в том числе и пустота, состоит из дисков, сцепленных друг с другом, обладающ,их моментом инерции, массой и вообще свойствами весомых тел, и т. п. Чрезвычайно поучителен для ознакомления с этой стороной творчества Максвелла популярный доклад Больцмана, одного из крупнейших теоретиков, сделанный им в год опубликования Максвеллом его трактата. Максвелл сам не придерживался последовательно той или иной модели, из чего проистекают зачастую неувязки в различных его высказываниях и хотя, как сказано, он верил в механическую объяснимость электрических явлений, но ясно, что конкретным, разбираемым им моделям он придавал лишь служебное значение. Они должны были-в этом заключалась их задача-навести его на правильную математическую формулировку теории электромагнитных явлений и показать принципиальную возможность сведения этих явлений на механические. Сообразно с этим в «Трактате» 1873 года, в котором он излагает все свое учение в окончательном виде, о моделях нет или почти нет речи. Леса, помогшие Максвеллу воздвигнуть замечательное здание, здесь уже сняты.

Математическая теория Максвелла вылилась, как известно, в форму его знаменитых уравнений. Они резюмируют сущность теории, из них выводятся все дальнейшие и столь неожиданные тогда следствия. Это, а также неопределенность моделей, дало Герцу повод сказать: «Теория Максвелла - это система уравнений Максвелла». Но все же следует помнить и слова самого Максвелла: «Для людей с различным направлением ума научная истина представляется в различной форме и нужно считать одинаково научным, является ли она в грубой [robust] форме и яркой окраске физической иллю:трации или в тонкой и бесцветной форме сим-воличе Korj выражения».

Нам нет надобности останавливаться здесь на разборе уравнений Максвелла и на сравнении их с прежними теориями. Но основной момент его теории может быть уместно подчеркнуть.

Закон индукции Фарадея выражается в терминах теории поля так, что быстрота изменения числа силовых магнитных линий, проходящих через контур, пропорциональна или, точнее говоря, определяет собой интеграл по контуру от возникающей при этом электродвижущей силы. Это является-во всяком случае при условии квазистационарности-лишь другим выражением интегральных формул Неймана. Перенимая это в свою теорию. Максвелл делает следующий шаг - решительный шаг, принадлежащий всецело ему. Он постулирует взаимность между электрическим и магнитным полями, предполагая, что скорость изменения числа электрических силовых линий, пронизывающих поверхность замкнутого контура, порождает, в свою очередь, магнитодвижущую силу в контуре, интеграл от которой пропорционален скорости изменения во времени потока электрических линий, т. е. току смещения, который эквивалентен таким образом обычному току в проводниках. Введение тока смещения есть то, что придает теории Максвелла ее специфическую силу.



•James Clerk Maxwell. А Commemoration Volume, 1831-1931 (Cambr. 1931), стр. 102.

Выра>№ние этих двух законов в математической форме и приводит к знаменитым максвелловским уравнениям.

Нельзя переоценить значение уравнений Максвелла для трактовки электрических явлений. Эти уравнения - отвлекаясь от математических трудностей - содержат в себе принципиальную возможность решить всякую задачу, которую можно было тогда разумным образом поставить в области электромагнитных явлений (может быть за небольшими исключениями, относящимися, например, к магнитным явлениям в н<елезе). В частности, они позволяли подойти к назревшей тогда задаче о явлениях, связанных с электрическими токами в открытых цепях. Из них вытекала необходимость существования совершенно новых явлений, причем теория предсказывала и их количественную сторону. Таким образом, возникали новые проблемы, принципиально поддающиеся расчету и шытной проверке.

Одно из самых замечательных следствий было то, что всякое возбуждение распространяется в диэлектрике, а также и в вакууме (в теории Максвелла между вакуумом и любым диэлектриком разница заключается только в величине диэлектрической постоянной s), в виде поперечных волн, имеющих определенную, зависящую от е, скорость распространения. И что особенно замечательно - скорость распространения поперечных электромагнитных волн должна быть равна отношению электростатических единиц заряда к электромагнитным, т. е. определенной величине, значение которой, конечно только в этом последнем качестве, уже было ранее определено Вебером и Кольраушем. Все это вместе и дало Максвеллу основание провозгласить его знаменитый тезис: «Свет есть не что иное, как электромагнитные колебания».

Интересно в связи с этим, что говорит об этом величайшем открытии Максвелла Джине [Jeans]: «Первое упоминание о великом открытии находится в письме, которое он (Максвелл) написал Михаилу Фарадею, Помеченном 19 октября 1861 года:

«Я предполагаю, что упругость сферы воздействует на электрическую среду, ее окружающую, и оказывает на нее давление. Из определенного Кольраушем и Вебером численного отношения между статическим и магнитным действием электричества, я определил упругость среды в воздухе и, считая, что она тождественна с упругостью светового эфира, определил скорость распространения поперечных колебаний. Результат -193088 миль в секунду. Физо [Fizeau] определил скорость света в 193 118 миль в секунду прямым опытом».

Джине продолжает: «Ситуация была сравнима по своей драматической напряженности с великим моментом, когда Ньютон впервые подверг испытанию свой закон всемирного тяготения путем вычислений, связанных с расстоянием до луны. По несчастливой случайности Ньютон воспользовался при этом неточным значением для земного диаметра и это привело к настолько неудовлетворительному численному совпадению, что Ньютон отложил свою теорию почти на двадцать лет. С Максвеллом случилось обратное; оба числа, приведенные выше, совпадают с точностью до 30 миль в секунду. И что особенно удивительно-это то, что оба числа ошибочны, с ошибкой больше чем в 6000 миль в секунду».

Впрочем, при опубликовании своего мемуара «Динамическая теория электромагнитного поля», «вероятно,-как говорит Джине,-наиболее



0 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156