Максвелл, стр. 52
Электрические явления могут происходить и в среде, препятствующей прохождению тока, – в диэлектрике, в изоляторе.
Пусть «холостые колеса» не могли в этих средах под действием электрического поля двигаться поступательно. Но они при наложении и снятии электрического поля смещались со своих мест. Максвелл зорко углядел в этом свойстве модели аналогию с поляризацией молекул диэлектрика в результате смещения зарядов в самих молекулах.
Большая научная смелость потребовалась Максвеллу, чтобы отождествить это смещение связанных молекулярных зарядов с их движением, с электрическим током. Ведь этого тока – тока смещения – никто еще не наблюдал. Он совсем не напоминал известные физикам токи в проводниках. И необходимость его введения, казалось тогда многим, ничем решительно не вызывалась.
Но, отождествив смещение зарядов в диэлектриках с каким-то током, током смещения, Максвелл неизбежно должен был сделать следующий шаг – признать за этим током способность к созданию собственного магнитного поля, сделать этот ток, ток смещения зарядов, равноправным с обычным током, текущим по проводнику.
Так, наконец, впервые выявилась неизвестная Амперу и Веберу связь между электростатикой и электродинамикой, связь между покоящимся и движущимся электричеством.
«Холостые колеса» жили собственной жизнью и, объяснив одно явление, предсказывали существование еще одного, ранее никому не известного.
Механическая модель упрямо приводила, приводила движением «холостых колес» и магнитных цилиндриков, к странному выводу: изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля.
То есть к положению, полностью симметричному фарадеевскому: изменение магнитного поля приводит к появлению электрического поля.
На своей громоздкой модели Максвелл обнаружил эффект, обратный и равный по значению электромагнитной индукции!
Это было со времен Фарадея величайшее открытие в области электричества.
Знаменитый английский физик Дж.Дж.Томсон сказал на торжествах, посвященных столетию со дня рождения Максвелла: «Максвелл, используя свою модель, обнаружил, что модель свидетельствует о следующем – изменения в электрической силе будут вызывать магнитную силу. Введение и развитие этой идеи было величайшим вкладом Максвелла в физику. Важность шага, сделанного Максвеллом, обнаруживается тем фактом, что в электромагнитной теории, принятой до него, электрические волны не существовали, в то время как в его теории любые изменения электрической и магнитной силы посылали волны, распространяющиеся в пространстве...»
Какова роль этой модели? Действительно ли Максвелл считал, что мир состоит из бессчетного числа шестеренок и паразитных колес? Абсолютизировал ли он свою модель? Отличался ли от Томсона в толковании ценности моделей? Что было раньше – модель, физические соотношения, факты или уравнения? Ответ – в самой работе. Максвелл пишет, что модель использовалась им для того, чтобы «вывести математические соотношения между электротоническим состоянием, магнетизмом, электрическими токами и электродвижущей силой, используя механические иллюстрации для того, чтобы помочь воображению, но не в качестве объяснения явлений».
Это совсем непохоже на то, что частенько говаривал Вильям Томсон.
– Мне кажется, что настоящий смысл вопроса: понимаете ли вы такое-то физическое положение? – будет такой: можете ли вы сделать соответствующую механическую модель?.. Я никогда не чувствую себя удовлетворенным, если не могу себе представить механической модели данного явления; если я могу представить себе такую модель – значит, понимаю вопрос; если не могу – значит, я не понимаю его.
Максвелл не в пример своему старшему другу был противником абсолютизирования моделей.
Модели были его строительными лесами, которым со временем предстояло пасть и быть забытыми. Их нельзя было оставлять, ибо они препятствовали перестройке и расширению здания электромагнитной теории.
А об отношении самого Максвелла к своей модели прекрасно свидетельствуют строчки из его письма Питеру Тэту:
«Модель явления так относится к истинному явлению, как относится модель солнечной системы, работающая на принципе часового механизма, к самой солнечной системе».
К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ СВЕТА
Статья «О физических силовых линиях» выходила по частям. И третья часть ее, как и обе предыдущие, содержала новые идеи чрезвычайной ценности.
Максвелл писал:
«Необходимо предположить, что вещество ячеек обладает эластичностью формы, подобной по своей сути, хотя и различной по величине, таким же свойствам твердых тел.
...Теория света вынуждает нас предполагать наличие такой же упругости и для светоносной среды для того, чтобы обеспечить возможность поперечных колебаний. У нас поэтому нет нужды удивляться тому, что и магнито-электрическая среда обладает тем же свойством».
Электрические явления потребовали для своего объяснения твердого как сталь эфира. Максвелл неожиданно оказался в роли Френеля, вынужденного «изобрести» для объяснения поляризационных явлений свой чудовищный «оптический» эфир, твердый как сталь и проницаемый, как воздух.
Максвелл видит свойства двух сред: «светоносной» и «электрической» – и отмечает их сходство.
Следующим шагом могло бы быть признание их идентичности, но это еще только надлежит показать.
Тридцатилетний Максвелл планомерно подбирается к своему великому открытию – открытию идентичности световых и электромагнитных волн.
Но этого мало: Максвелл приходит к еще одному выводу – крайне важному. Когда электрические частички – «паразитные колесики» вынуждены двигаться в каком-то направлении, форма вихревых ячеек искажается, а когда сила снимается, упругий материал возвращается в первоначальное положение. Максвелл рассматривает теперь отношение между таким «смещением» и силой, производящей его, и выводит отсюда соотношение между статической и динамической единицами электричества. А это величина известная – ее измерили Кольрауш и Вебер.
«Посредством сравнения электромагнитных экспериментов гг. Кольрауша и Вебера со скоростью света, как ее измерил г.Физо... видно, что упругость магнитной среды в воздухе такая же, как и у светоносной среды, если только эти две сосуществующие и взаимопроникающие в одном и том же пространстве равно упругие среды – не одна и та же среда».
Согласие между цифрами Кольрауша и Вебера и Физо было настолько хорошим [37], что Максвелл записал:
«Мы едва ли можем избежать заключения о том, что свет состоит из тех же поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений».
Это еще не было доказательством. Но это было первым шагом, заявочным столбом на пути к величайшему открытию – к электромагнитной теории света...
«Физические линии» были приняты едва ли не так же сдержанно, как и «фарадеевские линии» и в Англии, и на континенте. Сложными были дифференциальные уравнения, записанные Максвеллом. Совершенно нелепым физически казалось понятие «тока смещения» в диэлектрике, особенно в пустоте. Ведь там ничего нет! Смещение в диэлектрике еще можно осмыслить – это смещение зарядов... Но смещение в пустоте... Что там смещается?
Директор Римской обсерватории Анжело Секки, прочтя статью Максвелла при подготовке своего трактата «О единстве физических сил», не счел мысли автора слишком ценными. Они удостоились в капитальном труде синьора Секки лишь сноски следующего содержания:
«Кроме хорошо известных трудов Ламе, Коши и Верде по оптике, можно указать еще на исследования Максуэлля, рассматривающего магнетизм с точки зрения частичных вихрей. Нам кажется только, что этот автор бесполезно усложняет дело... Однако недавно в ряды защитников эфирной теории электрического тока стал также знаменитый Тиндаль...»
Даже Гельмгольц никак не мог понять – что же по новой теории представляет собой электрический заряд?
37
Велика все-таки роль случайности в научных открытиях! Позднее выяснилось, что и скорость света, измеренная Физо, и отношение единиц, измеренное Кольраушем и Вебером, обе эти величины были измерены весьма грубо, если не сказать – неверно. Но эти ошибочные величины совершенно случайно были почти равны.