Фарадей открыл эффект вращения плоскости поляризации света в магнитном поле, отсюда рождается убеждение в электромагнитной природе света.
По Фарадею, электромагнитное поле - это система физических силовых линий, сила передается через поле, она является результатом определенного физического процесса, происходящего в среде, разделяющей взаимодействующие объекты. По мысли Фарадея, вещество от точки к точке непрерывно, оно заполняет все пространство.
Параллельно с экспериментальными развивались теоретические исследования в области электромагнетизма. Существенное развитие получила теория взаимодействия движущихся зарядов в работах немецкого физика Вильгельма Вебера (1804-1891), который учел не только величины взаимодействующих зарядов, но и скорости и ускорения их взаимного перемещения. Вебер разработал абсолютную систему электрических и магнитных единиц и впервые обнаружил связь их со скоростью света. В концепции Вебера электрические явления обусловлены движением и взаимодействием частиц материи, связанных с частицами электричества. Он полагал, что с каждым весомым атомом связан атом электрический. Однако теория не имела опытной проверки.
В 1877 г. немецкий физик-теоретик Рудольф Клаузиус (1822-1888) опубликовал статью «О выводе нового электродинамического закона», в которой ставит задачу «показать, как можно вывести закон, не обращаясь к специальному рассмотрению природы электродинамических сил, из твердо установленных фактов, с помощью весьма общих и уже многократно применявшихся предположений». Здесь Клаузиус прибегает к феноменологии, оказавшейся плодотворной по отношению к термодинамике. Он избегает гипотетических моделей и опирается только на одно предположение: в проводниках движется только одно из электричеств. Вопрос, что такое электричество, он оставляет в стороне. Основные итоги своей работы Клаузиус излагает в труде «Механическое обоснование электричества», где пытается электромагнитные явления свести к механике так же, как он это сделал в термодинамике. Но теоретические построения электродинамики дальнодействующих сил, начатые еще Ампером, оказались практически бесплодными.
Таким образом, в теории электродинамики боролись две концепции - фара-деевская, опирающаяся на представление о существовании в пространстве материального электромагнитного поля, и амперовская, игнорирующая процессы, происходящие в пространстве и опирающаяся на представление о существовании дальнодействующих сил, природа которых не рассматривалась.
Вторая половина XIX столетия характеризуется резким усилением исследований в области электричества и магнетизма. Представления об электромагнитных явлениях как о вихревых движениях эфирной жидкости были сформулированы Г.Гельмгольцем, В.Томсоном, Челлисом, а также некоторыми другими авторами. Позже подобные идеи развивались английским ученым Дж.Томсоном, советскими исследователями - профессором Н.П.Кастериным, академиком В.Ф.Миткевичем и другими.
Практически все выдвинутые гидромеханические модели электромагнетизма можно разбить на две группы. В первой группе моделей магнитное поле рас-
3.1, Краткая история становления электромагнетизма
79
сматривается как проявление поступательного движения, а электрическое поле -как проявление вращательного (вихревого) движения эфира. Такой точки зрения придерживались, в частности, Гельмгольц, Челлис, В.Томсон, Дж.Томсон,
Н.П.Кастерин. Во второй группе магнитное поле рассматривалось как проявление вихревого движения эфира, а электрическое - как проявление поступательного движения. Этой точки зрения придерживались Дж.К.Максвелл и В.Ф.Миткевич. В пользу последних представлений свидетельствовало открытое Фарадеем явление поворота плоскости поляризации света в магнитном поле.
Однако основным недостатком подобных моделей было то, что обычное поступательное движение любого предмета должно было бы в соответствии с этими моделями сопровождаться либо появлением дополнительного магнитного поля, либо электрическим напряжением, а этого не было обнаружено.
Вторым крупным недостатком указанных моделей, включая максвелловскую, была идеализация движений эфирных жидкостей и распространение их на все пространство, окружающее область электромагнитных явлений. Эта идеализация явилась следствием представлений Гельмгольца о движениях идеальной среды, согласно которой вихри не могли ни появляться, ни уничтожаться, а могли лишь перемещаться и меняться в сечении при сохранении циркуляции. Но в электромагнитных явлениях поля и возникают, и уничтожаются, что противоречило указанным моделям.
Идеализированные представления о движениях эфира привели к парадоксам энергии, аналогичных тем, что имеют место в гидромеханике при рассмотрении движений идеальной жидкости вокруг вихревых столбов: энергия единицы длины столба вихря оказывается бесконечно большой.
Подавляющее большинство моделей электромагнетизма носило частный характер до появления трудов выдающегося английского физика Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879).
Сам Максвелл работал в области кинетической теории газов. Возможно, именно поэтому к электричеству он подошел с точки зрения развивающейся тогда применительно к жидкости и газам теории гидродинамики, особую роль в которой играли разработки таких выдающихся ученых, как Г.Гельмгольц, У.Ранкин и ряд других. По мысли Максвелла, все пространство заполнено эфиром, представляющим собой идеальную несжимаемую и невязкую жидкость, в которой и распространяются все электрические и магнитные поля, составляющие единый физический процесс.
Основные труды Максвелла опубликованы в виде серий статей «О фарадее-вых силовых линиях» (1855-1856), «О физических силовых линиях» (1861-1862) и, наконец, в виде двухтомного «Трактата об электричестве и магнетизме» (1873). В этой «Библии электричества» громадный экспериментальный материал, добытый многими исследователями, был обобщен концепцией электромагнитного поля.
Электромагнитное поле, согласно Максвеллу, это процессы, происходящие в эфире, - материальной среде, заполняющей пространство. Опираясь на законы гидродинамики, уже известные в то время, Максвелл разработал систему дифференциальных уравнений, которая в принципе может описать любой процесс, происходящий в электромагнитном поле.
