Владимир Карцев - Приключение великих уравнений

Шарль Огюстен Кулон в начале своей научной деятельности написал несколько трактатов о скручивании нитей, волос, тонких проволок. Его глубокие знания в этом вопросе позволяли создать всем известные "крутильные весы", на которых он изучал силу, с которой взаимодействовали два электрических заряда.

Результат был поразителен: сила взаимодействия зарядов в пустоте, точно так же, как и ньютоновская сила тяготения, зависела лишь от величины зарядов и расстояний между ними. Пустота, находившаяся между зарядами, по мнению Кулона, никаким образом не входила в формулу вполне справедливо, так как там "ничего не было" и никакого механизма передачи от первого заряда к некоторому участку пространства, затем к другому, третьему и так до второго заряда, механизма, потребовавшего бы неизбежно некоторого времени для передачи усилий, представить себе было невозможно.

Поэтому Кулон был твердо убежден, что промежуточная среда во взаимодействии участия не принимает, взаимодействие происходит на расстоянии без ее участия и, следовательно, мгновенно.

Точка зрения ранних приверженцев близкодействия - тело может придать движение другому только путем соприкосновения с ним. "Тело, движущееся или покоящееся, должно побуждаться к движению или покою другим телом, которое в свою очередь побуждается к движению или покою третьим телом, это - четвертым и так до бесконечности" (Спиноза). Эта точка зрения была отвергнута признанием дальнодействия, которое, в свою очередь, уступило место близкодействию, но уже не на основе непосредственного контакта тел, а на основе взаимодействия тел с полями.

Открытие закона взаимодействия магнитных масс, в точности повторяющего "по конструкции" законы Ньютона и Кулона, утвердило французских физиков в справедливости концепции "мгновенного дальнодействия".

Теории великих французов были прекрасно математически обработаны, и в общем выстраивались в довольно изящную и цельную теорию.

Воззрения Фарадея в корне расходились с такими представлениями. Он, как мы уже упоминали, не знал математики. Это был "ум, который никогда не погрязал в формулах", по выражению Эйнштейна.

Максвелл писал впоследствии: "Может быть, для науки является счастливым обстоятельством то, что Фарадей не был собственно математиком, хотя он был в совершенстве знаком с понятиями пространства, времени и силы. Поэтому он не пытался углубляться в интересные, но чисто математические исследования, которых требовали его открытия. Он был далек от того, чтобы облечь свои результаты в математические формулы, либо в те, которые одобрялись современными ему математиками, либо в те, которые могли бы дать начало новым начинаниям. Благодаря этому он получил досуг, необходимый для работы, соответствующей его духовному направлению, смог согласовать идеи с открытыми им фактами и создать если не технический, то естественный язык для выражения своих результатов".

И вот этим-то "если не техническим, то естественным" языком смог выражать Фарадей сложнейшие понятия, которые легли в основу максвелловой теории. Реалистически мыслящий Фарадей, докапывающийся до самых основ, проверяющий всех и вся, органически не мог примириться с теориями великих французов, касающимися мгновенной передачи действия на расстоянии от одного тела к другому без посредства промежуточной среды. Он был абсолютно убежден в том, что "материя не может действовать там, где ее нет". Поэтому Фарадею понадобилась какая-то материальная среда, заполняющая даже "пустое" пространство я через которую от точки к точке передается электрическое и магнитное воздействие.

Среду, через которую передается воздействие, Фарадей назвал "полем", поле пронизано магнитными и электрическими "силовыми линиями".

Увидеть силовые линии, по Фарадею, очень просто. Например, чтобы увидеть магнитные силовые линии, достаточно насыпать железные опилки на бумагу я поднести снизу магнит.

Электрическое поле можно "увидеть", если продолговатые кристаллики какого-либо диэлектрика (например, кристаллы хинина) взболтать ("взмутить") в какой-либо достаточно вязкой жидкости (например, в касторовом масле): кристаллики в электрическом поле образуют картину, напоминающую опилочную.

Силовые линии одновременно определяют направление и величину силы, действующей на заряд.

"Фарадей, - писал Максвелл, - своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде".

"Да, еще было что-то странное и таинственное в науке об электричестве, которое не то, чтобы просто вещь, но и не то, чтобы просто выдумка. Была еще странная загадка о "действии на расстоянии", и электричество ее только усугубляло. Как добирается тяготение от Солнца до Земли? Если в пространстве нет ничего, то каким же образом свет долетает к нам от солнца за восемь минут, и даже от Сириуса - за восемь лет? Даже изобретение "эфира", этакого универсального желе, по которому ходят волны, рябь и дрожь, не избавляло науку от некоторой неубедительности."

Стивен Ликок, канадский юморист

Однако сторонники дальнодействия не принимали всерьез теоретические построения Фарадея, хотя, разумеется, восхищались его экспериментальными результатами. Житейская логика Фарадея не могла в их глазах противостоять "высокой науке". Один из противников Фарадея писал: "Я никак не могу себе представить, чтобы кто-нибудь, имеющий понятие о совпадении, которое существует между опытом и результатами вычисления, основанного на допущении закона дальнодействия, мог бы хотя бы один момент колебаться, чему отдать предпочтение: этому ясному и понятному действию, или чему-то столь неясному и туманному, как силовые линии".

Ситуация складывалась отнюдь не в пользу Фарадея. Знаменитый американский физик Роберт Милликен писал об этом периоде развития фарадеевских идей:

"Когда Фарадей подтвердил свои гениальные физические идеи гениальнейшими открытиями в области электромагнетизма, он этим не завоевал своим идеям даже минимального признания. Формалисты школы Ампера - Вебера, подобно современным формалистам школы Маха - Авенариуса, с тайным, а иногда и с явным презрением смотрели на "грубые материальные" силовые линии и трубки, порожденные плебейской фантазией переплетчика и лабораторного сторожа Фарадея".

Нужно сказать, что на стороне сторонников дальнодействия была и "моральная сила" - концепция "дальнодействия" лишь относительно недавно в качестве прогрессивной теории обрела права гражданства. А борьба была нелегкой, приходилось, как говорится, насмерть биться со сторонниками старинной, описанной еще Лукрецием, механистической теории "близкодействия", по которой взаимодействующие тела обязательно должны соприкасаться. Отказ от теории привел к ряду важнейших законов и теорий (закон всемирного тяготения Ньютона, закон Кулона, электродинамика Ампера).