Электромагнитное поле. Максвелл
Фарадей был одним из представителей той редкой категории физиков, имевших зрительное и чуть ли не чувственное понимание тех сил. с которыми они имели дело. Его живое воображение создало картину электрического и магнитного полей, снабженных силовыми линиями и трубками, и показало, что где бы магнитная силовая трубка ни пересекала электрический проводник, там немедленно возникал электрический ток, и, наоборот, что движение электрических силовых трубок порождало магнитные поля. В этом смысле работа Фарадея, где поля и потенциалы занимали место притяжений между геометрическими точками, дополняла великий математический синтез Ньютона. Формальный перевод качественных интуиции Фарадея на язык точных, количественных математических уравнений явился работой Клерка Максвелла (1831 — 1879), сжато суммировавшего всю электромагнитную теорию.
Необъясненными остались только те внешне своенравные проявления воздействия электричества на материю, которые наблюдались в электрических разрядах и привели к открытию электрона (401).
Электромагнитные волны
Однако уравнения Максвелла сделали еще больше: исходя из их формы, можно было установить, что они пригодны для выражения волнового электромагнитного возмущения, передающегося предположительно со скоростью, близкой к скорости света. XIX век уже был свидетелем великого переворота, в идеях о природе света. Ньютон, к своему собственному удовлетворению, установил — и в течение 100 лет никто не осмелился поставить его авторитет под сомнение, — что свет состоит из огненных частиц, движущихся с большой скоростью В 1801 году врач Томас Юнг (1773 — 1829) в Англии и физик Френель (1788 — 1827) во Франции были вынуждены, учитывая интерференцию и поляризацию света, вернуться к точке зрения Гюйгенса, считавшего, что свет состоит из волн. После ожесточенных боев с поклонниками Ньютона они одержали победу, и в течение 100 лет волновая природа света никем уже не оспаривалась. Однако если огненные частицы уже не были больше нужны, то все же требовалась какая - то среда, которая должна была передавать волны даже через обширную пустоту пространства, и «светоносный эфир», обладавший несовместимыми свойствами высокой степени разреженности и одновременно высокой упругости4117, должен был выполнять роль подлежащего сказуемого «колебаться». Однако давно известно также и то, что электричество и магнетизм могут передаваться через пустое пространство. Для них были созданы одинаково неосязаемые поля. Максвелл действительно показал, что один - единственный, но все еще таинственный эфир (264) пригоден для всех трех случаев. Он добился большой лаконичности и упрощения физики, что вскоре должно было иметь весьма важные последствия.
Одним из них было установление нового единства между различными отделами науки: вся теория света представала теперь как явление электромагнетизма. Другим следствием явился вывод, что электромагнитные колебания должны посылать в эфир волны, подобные световым, однако со значительно меньшими частотами. В 1888 году Герц (1857 — 1894) продемонстрировал эти волны в лабораторных условиях, а позднее они легли в основу радиосвязи.
С уравнениями Максвелла теория электричества, казалось, приняла настолько законченный характер, что будущее физики как будто содержало возможности только для ее расширения и усовершенствования. Фактически, как мы увидим в следующей главе, теория эта охватывала лишь небольшую часть всех явлении электричества, и корпускулярная единица электричества — электрон — из этих уравнений совершенно выпала.