Ринат Нугаев - Максвелловская научная революция

И в 1886—88 гг. Герц занялся в Карлсруэ – пригороде Берлина – исследованием соотношений между теориями Максвелла и Гельмгольца в новой серии экспериментов. Он разработал целую серию измерений, исходящих из гельмгольцевского разделения общей электрической силы на электростатическую и электродинамическую компоненты, распространяющиеся с принципиально отличными друг от друга скоростями. Согласно Герцу, «Общая сила может быть разделена на электростатическую и электродинамическую части; несомненно, что на коротких расстояниях преобладает и определяет направление действие общей силы первая, а на длинных – вторая компоненты» (Hertz [1888], 1893, p. 110).

В соответствии с законом Кулона, электростатическая компонента должна быть пропорциональна обратному квадрату расстояния, в то время как электродинамическая компонента – только расстоянию в минус первой степени. В обычном разделе классической электродинамики этой ситуации соответствует член, описывающий продольную компоненту электромагнитного поля, и член, описывающий поперечную, или радиационную компоненту.

Герц задумал серию экспериментов, и его усилия были, как известно, вознаграждены. Но необходимо отметить, что заголовок герцевской работы 1888 г. « О конечной скорости распространения электромагнитного действия » может с современной точки зрения показаться старомодным, поскольку сторонники максвелловской теории, особенно т.н. «максвелловцы» (the Maxwellians) никогда не употребляли термины гельмгольцевской электродинамики. И тем более они никогда не расщепляли общую электрическую силу на электромагнитную и электростатическую части.

Но для тех современников Герца, которые поддерживали теорию Гельмгольца, значение полученных Герцем результатов было ясно: герцевские эксперименты делали качественное заключение о конечности распространения электромагнитной части, но ничего определенного не могли сказать об электростатической компоненте. Поэтому Герц в этой статье и делал важную оговорку: «Из этого следует, что абсолютное значение первого из всего этого – того же самого порядка, что и скорость света. Ничего до сих пор нельзя сказать определенного о распространении электростатического действия».

Как отмечает современный исследователь творчества Гельмгольца и Герца Роман Смирнов-Руэда, некоторые герцевские измерения, судя по всему, свидетельствовали о мгновенном характере электростатической компоненты, но до конца он не был в этом убежден. Поэтому Герц предпочитал осторожные выражения: «В силу того, что интерференции вне всякого сомнения изменяют знак после 2,8 метров в окрестности первого осциллятора, мы можем заключить, что электростатическая сила, которая в данном случае превалирует, распространяется с бесконечной скоростью» (Hertz [1888], 1983, p. 110).

По сути дела последняя часть приведенной цитаты предвещала открытый переход Герца в «максвелловскую веру». С точки зрения Герца, существование двух различных скоростей приписываемых двум различным частям электромагнитного действия делает задачу анализа слишком сложной. То есть из двух различных объяснений полученных данных Герц выбрал такое, которое в большей степени соответствует критерию «простоты», который им и до этого применялся постоянно к уравнениям Максвелла.

«Гельмгольц различает между двумя видами электрической силы – электромагнитным и электростатическим, – которым, до тех пор пока экспериментом не будет доказано противоположное, – приписывается две различные скорости. Интерпретация моих экспериментов с этой точки зрения ни в коей мере не является ошибочной, но она возможно излишне усложнена. В особом предельном случае теория Гельмгольца становится значительно проще, и ее уравнения в этом случае сводятся к уравнениям максвелловской теории; остается только одна сила, которая и распространяется со скоростью света» (Hertz [1889], 1893, p. 121).

(E) Влияние идей Фарадея и на юного, и особенно на зрелого Максвелла сильно преувеличено, не в последнюю очередь самим создателем электромагнитной теории света (возможно, отчасти из патриотических побуждений: все-таки и Фарадей, и Максвелл – британские подданные). Вне всякого сомнения, влияние фарадеевских «Экспериментальных исследований» (1839-1855), опытов не только по электромагнитной индукции (1831) но и особенно по вращению плоскости поляризации света в магнитном поле (1845) на создание максвелловской теории трудно переоценить. Но и в этом случае все-таки следует разделять сами экспериментальные исследования и те философские идеи, которые за их интерпретацией стоят.

Для самоучки, не имевшего не только высшего, но и полноценного среднего образования, сына деревенского кузнеца, зятя старосты находившейся в весьма непростых отношениях с официальной англиканской церковью, «фундаменталистской» сандаманианской христианской общины, который впоследствии сам эту же общину и возглавил, была характерна твердая верав целесообразность и разумность устроения мира Творцом.

Отвечая в 1844 г. на вопросы о своих религиозных воззрениях, Майкл Фарадей отмечал: «на мой взгляд, дискуссия по религиозным вопросам – пустое дело. В моей религии никакой философии нет. Я принадлежу к очень маленькой и презираемой (despised) секте христиан, известной, если вообще известной кому-нибудь, как сандаманиане, и наша надежда – в вере в Христа» (цит. по: Dr.Bence Johns, 1870, p. 195).

В 1846 г., выступая в своем Королевском Институте (Royal Institution) по вопросам электричества и магнетизма, Фарадей специально отмечал, что «наша слабая философия, позволяет увидеть в каждой частице материи центр силы, действующей на бесконечные расстояния, связывающей вместе молекулы и ионы и твердой в своем постоянстве. Вокруг каждой частицы мы видим силы различных явлений природы… настолько гармоничную работу всех этих сил, что каждая молекула предстает как реализация могущественного замысла…

И поэтому наша философия, по мере того, как она раскрывает нам эти вещи, неминуемо должна вести нас к Нему – к тому, кто все эти вещи отделал; ибо сказано авторитетом гораздо высшим, чем наш собственный: « невидимые вещи Его с начала сотворения мира ясно видны, будучи поняты посредством тех вещей, которые им сотворены, и даже Его всемогущество и божественность » (цит. по: Dr. Bence Johns, 1870, p. 229).

В другой лекции, прочитанной в том же учреждении «в присутствии принца Альберта», Фарадей заявил, что «тучи, затемняющие наш взор, тают с каждым днем, и я не сомневаюсь в том, что нас ожидают славные открытия в области естественных наук, раскрывающие мудрость и мощь Творца » (там же, p.244).

Один из современных исследователей творчества Майкла Фарадея – английский историк науки Колин Рассел – утверждает, что несколько лет назад в библиотеке Института Электрических Инженеров был найден любопытный документ – приватный меморандум Фарадея, не предназначенный его автором для публикации. Документ был посвящен разъяснению взглядов Фарадея на актуальные в то время проблемы атомов и полей. В отличие от его научных публикаций, он содержал несколько упоминаний Бога, в частности, выражал удивление по поводу того, почему Господь не размещал «энергию» вокруг точечных центров сил (Р. Бошкович) с той же легкостью, с которой он делал это вокруг материальных ядер. Именно теология всемогущего Творца привела Фарадея к идее о точечных центрах сил и, в конечном счете, о полях, которые их окружают.