На этот раз речь шла об Оме. Точнее, о его законе, о величине эталонного электрического сопротивления. Хотя система единиц была уже предложена и введена в обиход, в области единиц электромагнитных царил в то время хаос.
Получившие в шестидесятые годы широкое распространение электромагнитные телеграфы стали первым широким практическим применением электричества в век пара. В больших количествах изготавливались проволока, аппараты, электрические батареи. Необходимо было серьезно подумать о введении стандартных электромагнитных величин для сопротивления проводников, электродвижущей силы источников, силы тока в цепях.
Эти величины долгое время выражались в произвольных единицах. Единицы напряженности магнитного поля были различными в Лондоне, Париже и Санкт-Петербурге, поскольку они отнесены были к различной в этих городах и в разное время силе земного магнетизма. Сопротивление одного и того же образца было также различным в разных странах и лабораториях, было разным у Ленца, Уитстона, Якоби, Сименса.
Это вызвало к жизни систему единиц великого Гаусса. В 1832 году он предложил систему абсолютных единиц CGS.
Система CGS не вводила, однако, твердой и общепринятой единицы электрического сопротивления. И поэтому на ежегодном конгрессе Британской ассоциации в 1861 году был назначен Комитет по эталонам.
В его состав вошли самые видные английские физики-электрики: Уитстон, Максвелл, Джоуль, Томсон, Бальфур Стюарт, Флеминг Дженкин. В задачу комитета входило, помимо всего прочего, точное определение единицы электрического сопротивления на основе системы CGS.
Томсон предложил метод измерения, и в 1862-1863 годах посетители физической лаборатории Кингс-колледжа частенько видели Максвелла, Бальфура Стюарта и Флеминга Дженкина, склонившихся над образцами, схемами и гальванометрами.
Результаты их исследований были опубликованы в 1863 году, и уже после смерти Максвелла, в 1881 году, легли в основу решения Международного конгресса электриков в Париже, рекомендовавшего основные электрические единицы: ом – для сопротивления, вольт – для электродвижущей силы, ампер – для силы тока.
Так Максвелл способствовал тому, что слова «ампер», «вольт», «ом» прочно вошли в наш повседневный обиход. Позднее в число электромагнитных единиц была введена еще одна единица – для магнитного потока. Ее назвали – «максвелл».
...Одним из ярких событий лондонской жизни, не изобиловавшей особыми развлечениями, был визит к Максвеллам одного из известнейших физиков того времени, одного из открывателей великого закона сохранения энергии, друга Вильяма Томсона – гейдельбергского профессора физиологии Германа Гельмгольца.
Гельмгольц очень любил Англию и никогда не упускал возможности посетить ее. Берлин и Вена казались ему по сравнению с Лондоном большими деревнями.
– Нельзя описать жизнь Лондона, нужно взглянуть на нее хотя бы одним глазком, – говаривал Гельмгольц.
И поэтому Гельмгольц пользовался любым предлогом, чтобы посетить Англию. Когда весной 1864 года он был приглашен прочесть цикл лекций по сохранению энергии и теории цветов в Королевском институте, он, разумеется, не отказался.
На лекции собралось довольно много народу, в том числе (это всегда поражало Гельмгольца) – большое число женщин. Он заподозрил, правда и не без оснований, что все они собираются сюда, чтобы «других посмотреть и себя показать», а заодно и развлечься соперничеством знаменитых ученых. Гельмгольц особенно уважал этих женщин за то, что они никогда не позволяли себе засыпать на лекциях, «хотя к тому было большое искушение».
И поэтому Гельмгольц нисколько не удивился, когда к нему после лекции подошла молодая симпатичная пара – просто одетый темноволосый человек и с ним болезненного вида женщина. Гельмгольц сразу узнал Максвелла, с которым познакомился несколько лет назад, кажется, на встрече Британской ассоциации в Абердине.
Максвеллы поздравили Гельмгольца с успехом его лекции, он их – с запозданием – с вступлением в брак, поговорили на какие-то околонаучные темы, а потом Максвеллы пригласили его на субботу в гости... Идя домой, они обменивались впечатлениями об этом сорокалетнем усаче-красавце, пышущем здоровьем и энергией.
– Какая внутренняя сила! – сказал Максвелл восхищенно...
...Суббота была сумрачной. С утра зарядил дождь. Максвеллы суетились вокруг стола, уставленного всевозможными яствами и шампанским. Вместе с ними хлопотал и профессор Поль, приятель Максвелла и его же «подопытный кролик» при экспериментах по цвету – Поль был ярко выраженным дальтоником.
Смотря на унылый пейзаж за окном, Максвеллы решили уже, что визит не состоится, но вот лихо подкатил кеб и вышел из него и постучал в дверь великий физик Герман Гельмгольц.
Было весело. Летела в потолок пробка от шампанского, пузырилось вино, разрумянилась Кетрин, профессор Поль послушно называл цвета, которые демонстрировали ему Максвелл и Гельмгольц в цветовом ящике. Гельмгольц любовался прекрасными приборами Максвелла. Крутился вокруг неутомимый и хорошо выдрессированный терьер Тоби. Разговор, естественно, коснулся физических материй.
Максвелл восхищался законом сохранения энергии.
– Вы знаете, – говорил он, – мне кажется, важность этого закона даже не столько в точном установлении факта, сколько в плодотворности методов, основанных на этом принципе.
Гельмгольц молчаливо соглашался с ним.
Разгоряченный Максвелл решился наконец задать Гельмгольцу главный, так давно занимавший его вопрос:
– Почему с того времени, как вы разъяснили с точки зрения сохранения энергии электромагнитную индукцию, вы ни разу не увлеклись электричеством?
Гельмгольц подумал – видимо, вопрос был не из простых. Наконец ответил:
– Мне кажется, – сказал он, – что вся электродинамика сейчас – это непроходимая пустыня... Разрозненные факты, основанные на неточных наблюдениях... Следствия каких-то сомнительных теорий... Сейчас в этом еще невозможно разобраться...
И Максвелл ужасно пожалел в тот день, что не мог показать Гельмгольцу свою следующую, уже написанную, но еще не вышедшую из печати статью «Динамическая теория электромагнитного поля».
Именно – поля, а не пустыни.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
После серии статей «О физических линиях» у Максвелла был уже, по сути дела, весь материал для построения новой теории электромагнетизма. Теперь уже для теории электромагнитного поля.
Эта теория была сначала опробована Максвеллом в Королевском обществе. И те из членов общества, кто читал раньше четыре его статьи «О физических силовых линиях», поразились.
Максвеллову теорию нельзя был узнать. Рухнули громоздкие построения неуклюжих механических моделей. Исчезли строительные леса, с помощью которых создавалась теория электромагнетизма.
Взгляду присутствовавших на заседании общества наконец-то во всей своей обнаженности предстало сложнейшее, тончайшей работы здание Максвелловой теории электромагнитного поля. Начисто исчезли шестеренки, вихри, «паразитные колесики». Философия Максвелла одержала еще одну победу: он продемонстрировал миру, что его мышление никак не находится под гнетом визуальных представлений, моделей, инженерного воображения.
Его ум мог отрываться от земли.
Строительные леса сослужили свою службу, и Максвелл отбросил их без сожаления. Как-то он сказал:
– На благо людей с различным складом ума научная правда должна представляться в различных формах и должна считаться равно научной, будет ли она представлена в ясной форме и живых красках физической иллюстрации или в простоте и бледности символического выражения.
Уравнения поля были для Максвелла ничуть не менее реальны и ощутимы, чем результаты лабораторных опытов.
Теперь и электромагнитная индукция Фарадея, и ток смещения Максвелла выводились не с помощью механической модели, а с помощью математических операций. И тоже не вполне безупречных. Иной раз в них было больше гениальной физической интуиции, чем математической красоты и последовательности. Да и выводы новой теории не были зачастую еще подкреплены опытом.
В статье «Динамическая теория» Максвелл впервые использовал термин «электромагнитное поле».
«Теория, которую я предлагаю, может быть названа теорией электромагнитного поля, потому что она имеет дело с пространством, окружающим электрические или магнитные тела, и она может быть названа также динамической теорией, поскольку она допускает, что в этом пространстве имеется материя, находящаяся в движении, посредством которой и производятся наблюдаемые электромагнитные явления».
Максвелл прибавил к веществу – виду материи, известному тысячелетия, еще один ее вид, ранее неизвестный, – электромагнитное поле.
В этой статье было еще одно прозрение.
Что произойдет, например, при разряде лейденской банки? Проскочит с сухим треском искра.
Искра – электрический ток колебательного характера – на это указывали Томсон и Гельмгольц.
Ток создает вокруг себя магнитное поле – это открыли и доказали Эрстед и Ампер.
Поле угасает вместе с умирающей искрой.
Поле изменяется.
Изменение магнитного поля приводит к появлению электрического поля – это Фарадей. Электрическое поле будет меняться с угасанием искры.
Изменение электрического поля вызывает в окружающей среде возникновение тока смещения Максвелла, который также вызывает магнитное поле.
Всплеск магнитного поля вызывает всплеск электрического поля.
Всплеск электрической волны рождает всплеск волны магнитной.
Холодная пустота оживилась электромагнитной рябью.
Впервые из-под пера тридцатитрехлетнего пророка появились в 1864 году электромагнитные волны.
Эти волны были незнакомы миру.
Они были пока еще только на бумаге.
Они были предсказаны Максвеллом.
Но еще не в том виде, как мы их понимаем сейчас. Максвелл говорил в статье 1864 года только о магнитных волнах.
Да, велика власть авторитетов, их подспудное влияние, тяжесть заслуг, и даже самые великие умы склонны иной раз поддаться им.
Фарадей был для Максвелла и учителем, и советчиком, и образцом ученого. И власть его мыслей, утверждений, догадок, почти всегда гениальных, была непреходящей. И это однажды сыграло в какой-то степени отрицательную роль.
Фарадей, говоря в письме Максвеллу о возможности распространения магнитных воздействий, именно это и имел в виду – то есть распространение магнитных воздействий в виде поперечных волн.
Когда Максвелл вывел в «Динамической теории электромагнитного поля» свои уравнения, одно из них свидетельствовало, казалось, именно о том, о чем говорил Фарадей: магнитные воздействия действительно распространялись в виде поперечных волн.
И не заметил тогда еще, по-видимому, Максвелл, что из его уравнений следует больше: наряду с магнитным воздействием во все стороны распространяется электрическое возмущение.
«Волна состоит только из магнитного возмущения», – писал Максвелл, не замечая одного из выводов, даваемых его формулами.
Электромагнитная волна в полном смысле этого слова, включающая одновременно и электрическое и магнитное возмущения, появилась у Максвелла позже, уже в Гленлейре, в 1868 году, в статье «О методе прямого сравнения электростатической силы с электромагнитной с замечанием по поводу электромагнитной теории света».
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА
В «Динамической теории электромагнитного поля» приобрела четкие очертания и доказательность намеченная еще раньше электромагнитная теория света.
Как передаются электрические и магнитные влияния на расстояние? Какова скорость распространения этого влияния?
Карл Фридрих Гаусс интересовался этим, стремился найти механизм передачи воздействий, но не нашел его. А вот его последователь Риман приблизился к решению, предположив, что эфир обладает свойством сопротивления изменениям его ориентации.
Максвелл не знал, что еще в 1858 году, в год, когда он, ненадолго отвлекшись от науки, устраивал свои семейные дела, тридцатидвухлетний Бернгард Риман, обреченный в Геттингене на нищету и болезни, направил в Геттингенское научное общество статью, явно содержащую волновое уравнение – путь к электромагнитным волнам.
Но в Геттингене царствовал Вильгельм Вебер, и статья Римана подверглась жестокой критике со стороны Клаузиуса, отметившего, что работа в корне противоречит теории Вебера. Риман взял статью обратно... Опубликована она была уже после смерти сорокалетнего Римана, в 1867 году.
Не нашел решения и Томсон, хотя у него было многое – и признание реальности силовых линий, и признание вихревого характера магнетизма, и интуитивное – из его электротепловых аналогий – предчувствие, что скорость распространения электрических воздействий конечна.
Не нашел доказательств и Фарадей...
Сразу после открытия им закона электромагнитной индукции в 1831 году, в год рождения сына у четы Клерков Максвеллов, Фарадей решил, что скорость распространения магнитных сил конечна.
Фарадей шел и дальше. Недаром в цитированном его письме к Максвеллу мелькает мысль о том, что надо было бы измерить время распространения электромагнитных воздействий, которое может быть «столь же мало, сколь время распространения света».
Недаром Фарадей отвез еще в 1832 году запечатанный конверт в Лондонское королевское общество... На конверте было написано:
«Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в архивах Королевского общества».
В 1938 году, через сто шесть лет, конверт этот был вскрыт в присутствии многих английских ученых. Слова, которые написаны были на пожелтевшем листке, потрясли всех: выяснилось, что Фарадей ясно представлял себе, что индуктивные явления распространяются в пространстве с некоторой скоростью, причем в виде волн.
«Я пришел к заключению, что на распространение магнитного воздействия требуется время, которое, очевидно, окажется весьма незначительным. Я полагаю также, что электрическая индукция распространяется точно таким же образом.
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