Читать книгу Философия и теория «Единого поля Вселенной» - Михаил Стефанович Галисламов - Страница 12

В отношении электромагнитного поля взгляды физиков менялись. В волновой теории, развитой Гюйгенсом, Френелем, Юнгом и другими, энергия считается частично потенциальной и частично кинетической. Рассматривая среду упругой, при деформации элементарных объемов можно предположить накопление потенциальной энергии. Кинетическая энергия обусловлена колебательным движением, поэтому среда должна иметь и некоторую плотность. Согласно волновой теории существует материальная среда, заполняющая пространство между двумя телами. Благодаря взаимодействию прилегающих друг к другу частей этой среды, энергия переходит от одной ее части к другой, пока не достигнет освещаемого тела. Свойства тел допускают количественное измерение. Численное значение некоторого свойства среды мы получаем на примере скорости распространения возмущений в ней. В случае света ее вычисляли на основании экспериментов и непосредственных измерений. Скорость распространения электромагнитных возмущений в опытах совпадала со скоростью света, не только в воздухе, но и в других прозрачных средах. Появились веские основания считать, что свет является электромагнитным явлением. Если наэлектризованное тело поместить в какой-либо части электрического поля, то оно вызовет заметное возмущение в электризации других тел. Когда тело очень маленькое и заряд его очень мал, то возмущение и электризация других тел незначительна. При этом сила, действующая на тело, будет пропорциональна величине его заряду. Сила – векторная величина, имеет направление. Обращение вектора на противоположный изменяет у силы знак. С изменением знака у заряда, меняется знак модуля и направление действия силы. В окрестности наэлектризованных тел наблюдают электрические явления. Это результат действия электрического поля в пространстве, которое может быть занято воздухом или другими телами. Вакуум, из которого удалено вещество, поддается этому воздействию. Максвелл предполагает, что электрическая поляризация элементарного диэлектрика – это вынужденное состояние, в которое среда переходит под воздействием электродвижущей силы, исчезающая при устранении этой силы. Он называет элементарную частичку поляризованной, если она приобретает равные, но противоположные свойства с противоположных концов [112, с. 79].

Максвелл руководствуется моделью упругих напряжений в гипотетической среде (эфире). Он предположил, что в каждой точке синусоидальной волны внутренняя энергия среды является наполовину электростатической и наполовину электрокинетической [113, с. 341]. Концепцию Фарадея о создании напряженности в электромагнитном поле рассматривает «как метод объяснения действия на расстоянии посредством непрерывной передачи сил» мельчайшей средой [114]. В гипотезе электромагнетизма постулируется существование двух видов энергий – электростатической и электрокинетической. Английский ученый считает свою теорию согласованной с волновой теорией в допущении существования среды, в которой действуют два вида энергии. Энергия локализована не только в наэлектризованных или намагниченных телах, но и присутствует в каждой части окружающего пространства, где действуют электрические или магнитные силы. По мнению А. Пуанкаре, основная идея Максвелла состояла в том, чтобы доказать возможность механического объяснения электрических явлений, упуская само объяснение. Он критикует работу «Трактат об электричестве и магнетизме» и утверждает, что читателю, предлагается пустая форма, почти лишенная содержания [115]. Теория не дает объяснения механизму образования электромагнитного поля, т. к. автор воздерживается от выбора передающей среды. Пуанкаре находит в теории Максвелла отсутствие точности в электростатике. Он думает, что причина всех неясностей – расплывчатость в определении электрического смещения. Один французский ученый, изучивший труд Максвелла, однажды сказал: «Я понимаю все в его книге за исключением того, что такое наэлектризованный шар». Кинетическая энергия предполагала колебательные движения частей среды. Эту среду можно рассматривать как материю, имеющую конечную плотность. Пуанкаре показал пример более простого решения того же вопроса. Для этого достаточно было знать выражения двух функций Т и U, представляющих собой две части общей энергии. С помощью этих двух функций можно составить уравнения Лагранжа и затем сравнить эти уравнения с экспериментальными законами. Французский теоретик, наделив частицы массой и координатами, записал решение в виде уравнения, выражающее сохранение энергии [115]:

U + T = const, (6.7)

где U и T – потенциальная и кинетическая энергия системы. Таким образом, если функции U и Т существуют, то можно найти бесконечное множество механических объяснений данного явления. Число частиц может быть выбрано произвольно большим, следовательно, этому условию всегда можно удовлетворить и притом бесконечным числом способов.

Что требуется для того, чтобы дать механическое истолкование электромагнетизма? Объяснение этому явлению ищут либо в движении материи, либо в движении гипотетических флюидов. Флюиды состоят из чрезвычайно большого числа отдельных частиц. Пуанкаре отказался воспринимать среду поля на уровне бесконечно малой величины материи (флюида) и рассматривал ее, как материю, имеющую конечную плотность. Как считает М. Лауэ, перенос силы электромагнитным полем Максвелл свел к напряжениям, аналогичным упругим напряжениям. Вызванные исключительно полем, они отличаются тем, что не связаны с деформацией материи. Напряжения могут иметь место даже в пустоте, в отсутствии всякой материи. В соответствии с этим в чисто электрическом или чисто магнитном поле имеется натяжение вдоль каждой силовой линии, а перпендикулярно к ней – давление той же интенсивности [27, с. 64]. Немецкий физик высказывает известную, но произвольную мысль о наличии поля «в пустоте». Ученый утверждает: электромагнитное поле способно существовать при отсутствии электрических зарядов и токов. Из уравнений Максвелла сделан вывод, что в электрическом поле электрических зарядов может и не быть, но когда туда внесен «пробный» электрический заряд, он сразу оказывается под действием электрической силы, вызванной в данной точке поля зарядами, которые расположены в других частях поля. Поля такого рода назвали электромагнитными волнами. В учебной литературе по физики утверждают [3, с. 115], что переменные электромагнитные поля могут существовать самостоятельно, независимо от возбудивших их электрических зарядов. Странная концепция, когда заряд может передавать волновое возмущение через пустоту в удаленные точки пространства.

Вне квантовой области электромагнитное поле не сводится ни к частицам, ни к колебаниям какой-либо среды [116, с. 9]. В формулировке заложена неопределенность, т. к. колебаться может только среда. Теория, описывающая не связанные с квантами электромагнитные явления, называется классической электродинамикой. Термин «поле» без прилагательного «электромагнитное» относят к физической величине полевого типа. Современная теория считает «поле» особым видом материи, отличающимся от вещества [117, с. 12]. Вещество – это совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя. Общепринятая точка зрения исходит из того, что заряженные частицы непосредственно не действует на другие. Взаимодействие между электрически заряженными частицами передается с помощью особого материального посредника, называемого «электромагнитным полем» [3, с. 9]. Поле является лишь некоторым способом описания физического явления взаимодействия частиц. Под термином «поле» подразумевают специфический вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя. Понимая, что поле – это какой-то тип материи, теоретикам следовало бы определить его сущность и взаимосвязи с другими структурами, участвующими в колебаниях.

В учебной литературе [118, с. 15] утверждают, что неподвижные электрические заряды создают электростатическое поле – частный случай электромагнитного поля. Вокруг заряженной частицы, движущейся произвольным образом относительно системы отсчета, создается «поле». Ученые предполагают, что пространство между частицами заполнено «полем». Оно передает возмущение от одной частицы к другой, находящейся в этом поле, с конечной скоростью [119]. Электромагнитные силы действуют между электрически заряженными и намагниченными телами, а также телами, по которым текут электрические токи. Согласно концепции физического поля, частицы, участвующие в электромагнитном взаимодействии, создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние – поле сил, проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы, помещаемые в какую-либо точку этого пространства.

Электромагнитные колебания передаются на большие расстояния без чувствительной потери энергии путем рассеяния. Цепочка логически обоснованных умозаключений позволяет Д. Максвеллу утверждать, что эфир отличен от обыкновенной материи. Например, среда, по которой распространяется свет, в атмосферном воздухе, отличается от него, поскольку газы не передают поперечных колебаний. Следовательно, свет распространяется в том, что отличается от известной среды. В числе характерных свойств эфира Максвелл назвал: упругость, твердость и плотность эфира. Обладая упругостью, подобной упругости твердого тела, эфир способен передавать энергию. В представлении Максвелла, физический процесс, представляющий распространение света, происходит под прямым углом к лучу и находиться либо в плоскости поляризации, либо в плоскости, ей перпендикулярной. Межпланетное и межзвездное пространство Максвелл считал занятым материальной субстанцией или телом, самым обширным и самым однородным «какое только нам известно» [4].

Отказавшись от мгновенного «дальнодействия», теория Максвелла, сняла имевшееся ранее противоречие между скоростью распространения электростатической и электромагнитной сил. Оптические излучения полностью присоединились к электродинамике. Значимость эфира возросла, он стал носителем всей совокупности электромагнитных явлений в пространстве, но задача электромеханического объяснения световых волн осталась нерешенной. Планк заявил: «… допущение о точном соответствии с действительностью простых дифференциальных уравнений Максвелла – Герца несовместимо с возможностью механистического истолкования электродинамических явлений в чистом эфире. То обстоятельство, что Максвелл вывел первоначально свои уравнения с помощью механистических представлений, не изменяет существа дела» [13]. Попытки дать световому эфиру механистическое истолкование не увенчались успехом. Оказалось, что невозможно вывести электродинамические явления в свободном эфире из единой механистической гипотезы. Выяснилось, что электрическая и магнитная энергия в некотором смысле противостоят друг другу. Планк указал на подозрительный симптом, который обыкновенно сопровождает все бесплодные гипотезы. Речь идет о теоретическом споре между Френелем и Нейманом о связи между плоскостью поляризации и направлением колебаний прямолинейно поляризованного луча. Трудности возросли, когда возник вопрос, какую из энергий считать кинетической – электрическую или магнитную. После установления электромагнитной теории света, вопрос выяснения природы статических и динамических электрических явлений был признан не имеющим значения и оставлен на будущее. Планк был разочарован тем, что по результатам опытов Майкельсона не удалось обнаружить движения Земли. По мнению ученого, это важнейший эксперимент из всех, так как его значение совершенно не зависит от предположений о природе светового эфира. Были исчерпаны различные предложения и комбинации для того, чтобы понять строение светового эфира. Задача объяснения светового излучения не решена теоретиками до настоящего времени.

Теория относительности, отказавшись от среды, придала фундаментальный смысл понятию физического поля, как первичной физической реальности. Согласно постулату теории относительности, скорость распространения любого взаимодействия не может превышать скорости света в вакууме (с) [120]. Взаимодействие частиц, относительная скорость которых сравнима со скоростью света (с), можно описывать только через создаваемые ими поля. Изменение состояния (или положения) одной из частиц приводит к изменению созданного поля, которое отражается на другой частице лишь через конечный промежуток времени, необходимый для распространения этого изменения до частицы.

Между электрически заряженными и намагниченными телами, а также телами, по которым текут электрические токи, действуют силы, называемые электродинамическими или электромагнитными. У теории есть необходимость наполнения пустот средой. Она, с принадлежащими ей атрибутами, может передавать электромагнитные колебания. В настоящее время физики исходят из представления, что взаимодействие передается с помощью особого вида материи (электромагнитного поля). Поле характеризуется силой и ее направленностью. На распространении электромагнитных колебаний построена корпускулярно-волновая гипотеза света. Заряженное тело окружено электрическим полем, которое теоретически простирается до бесконечности. Электрические поля нескольких заряженных тел образуют общее электрическое поле, в котором нельзя отличить поле одного заряда от поля других зарядов. В современной физике электрическое поле рассматривается как особая форма объективной реальности – материи, обладающей специфическими физическими свойствами. Гениальный физик и экспериментатор М. Фарадей подметил разность скоростей образования электрического и электромагнитного полей: «Единственное, резко бросающееся в глаза различие, существующее между вольта-электрической и магнитоэлектрической индукцией, заключается в том, что первая происходит внезапно, а вторая требует ощутимого времени; однако, даже в настоящей ранней стадии исследований, некоторые факты все же как будто указывают на то, что при дальнейшем изучении вопроса это несходство потеряет значение различия в физической природе явлений» [121]. По формальным признакам особенности поведения поля как бы поддерживают теорию А. Эйнштейна. А если по существу, то обнаружено физическое несоответствие: указывают на заметную инерцию в скорости распространения электромагнитного поля по сравнению с электрическим полем. Полями создаются силы, которые вызывают разные скорости распространения. Это противоречит определению, что электромагнитное поле создает электрическое. В пустом пространстве (вакууме) не должно быть элементов, которые могут привести к задержке силового действия. Косность мышления мешает отказаться от догматического постулата о распространении электромагнитных волн в пустоте. Наблюдаемая разновременность в проявлении эффектов объяснима, если в среде присутствуют пассивная материя и электрически поляризованная субстанция, представленные веществом диэлектрика, не проводящим электрический ток.