Глава 3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
«Не тому следует удивляться, что к этим уравнениям вообще что-то могло быть добавлено, а гораздо более тому, как мало к ним было добавлено».
JI.Больцман. Примечания к работам Максвелла
3.1. Краткая история становления электромагнетизма
Вопрос о том, что такое электричество, явился результатом длительного изучения загадочного агента природы, о котором впервые сообщил Фалес Милетский в
VI в. до нашей эры. От греческого слова «электрон» - (янтарь) родилось название -электричество.
Почти в течение тысячи лет было известно только одно: легкие тела притягиваются некоторыми натертыми предметами. Систематическое экспериментальное исследование электричества было начато английским врачом Вильямом Гильбертом (1540-1603). К скудным знаниям древних он добавляет два факта: способность притягивать легкие тела после натирания присуща многим веществам, и наэлектризованные тела притягивают все металлы, дерево, листья, камни, землю и даже растительное масло и воду. Гильберт считал, что сила притяжения является результатом действия невидимых естественных истечений влажной среды.
В 1670 г. немецкий физик Отто Герике (1602-1686) изобрел электростатический генератор, с помощью которого ему удалось установить ряд принципиально важных факторов. Оказалось, что электрические силы полярны: наряду с притяжением существует и отталкивание. Особое значение имело открытие электрической искры. Ее физиологическое, звуковое и световое действия привели к мысли о материальности электричества.
В 1729 г. член Лондонского Королевского общества Стефан Грей исследовал возможность передачи электрических действий по металлической проволоке. Это удалось, но при этом выяснилось, что нити из шелка, волос, смолы и стекла не передают электричества. Так появилось представление о проводниках и изоляторах.
В 1845 г. голландский естествоиспытатель Питер Мушенбрек провел знаменитый лейденский опыт: электризовалась вода с помощью опущенного гвоздя, соединенного с генератором. Испытатель получил при этом такой удар, что, как он сообщил Реомюру, не захотел бы его испытать вторично даже за королевский трон во Франции.
Опыты с электричеством показали, что его можно накапливать, переливать и сохранять. Поэтому Бенджамином Франклином (1706-1790) была выдвинута мысль об электрическом флюиде - тонкой материальной жидкости, для которой обычная материя является своеобразной губкой. Согласно Франклину, электрическая субстанция содержится во всех телах. Ее недостаток означает отрицательную поляризацию, избыток - положительную. Флюид свободно перемещается по проводникам и не перемещается по изоляторам.
Но не все опытные данные укладывались в гипотезу Франклина. Поэтому в 1759 г. англичанин Роберт Симмер пришел к мысли, что тела в обычном состоянии содержат два рода электричества в равных количествах, нейтрализующие друг друга, они создают две силы, тоже нейтрализующие друг друга. Как они устроены -не играет роли.
Эти две теории долгое время конкурировали. Франклин пытался обосновать теорию материальными представлениями, для него электричество - форма материи. Симмер отвергал это, избегая гипотез о природе электричества. Но оказалось в дальнейшем, что именно электрические частички Франклина и начали историю электричества.
Опыты не давали информации о физических свойствах электрического флюида. Исследователи наблюдали лишь его силовые действия, которые и были подвергнуты тщательному изучению.
В XVIII в. господствовало убеждение в том, что все физические явления можно свести к механическому взаимодействию частиц материи. Нужно лишь знание законов такого взаимодействия. Примером служила механика Ньютона. Естественно, что физики искали аналогичный закон для взаимодействия частиц электрических флюидов.
Первый шаг к нахождению такого закона сделал Франц Эпинус (1724-1802), астроном и член Академии наук в Берлине, в возрасте 32 лет приглашенный в Россию, где он прожил 45 лет до самой смерти. Основная идея, которую развивал Эпинус, заключалась в том, что поскольку электричество и магнетизм обнаруживают полное сходство, то должен существовать кроме электрического еще и магнитный флюид, и их частицы должны взаимодействовать между собой с силами, обратно пропорциональными квадрату расстояния. Однако он не нашел этому экспериментального подтверждения.
Успеха достиг француз Шарль Кулон (1736-1806). Именно он изобрел крутильные весы, с помощью которых измерил силу взаимодействия электрических зарядов и вывел важнейший закон природы о притяжении электрических зарядов друг к другу.
Зная закон, можно уже было строить математическую теорию электричества, не задумываясь над тем, что представляет собой неощутимый агент, обусловливающий наблюдаемые явления. Постепенно создалась ситуация, следующим образом обрисованная позже Дж.Дж.Томсоном:
«Физики и математики, которые больше всего сделали для развития теории электрических жидкостей, занимались вопросами, связанными только с законами действия сил между наэлектризованными телами... Понятию же о самих электрических жидкостях они придавали все более и более абстрактный характер, так что, в конце концов всякое упоминание об их физических свойствах стало казаться почти что неделикатным».
Однако дальнейшее развитие событий вынудило физику поставить и решить этот «неделикатный» вопрос.
Представление об изолированности электрического флюида от весомой материи держалось вплоть до начала XIX в. Дальнейшие исследования вскрыли неожиданные и глубокие связи электричества с веществом.
