Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез

Эта интерпретация тепла как следствия молекулярного состава материи восходит, как мы хорошо знаем, к временам Демокрита. Однако появлению первой рациональной и серьезной формулировки мы обязаны Джону Джеймсу Уотерстону (1811-1883), инженеру-железнодорожнику. В 1845 году он послал в Королевское общество статью, в которой доказывал, что давление газа на стенки сосуда может быть объяснено столкновениями с ними молекул газа. Эта работа закладывала основы молекулярной интерпретации тепла, а вместе с тем и начало новой отрасли физики — статистической механики. Статья была отвергнута и отправлена в архив, потому что тем, кто ее оценивал, было сложно поверить в то, что атомы могут свободно двигаться внутри сосуда, от стенки к стенке, и свойства газов сводятся к простой механике. Уотерстон также был крайне непредусмотрителен, забыв упомянуть, что один из великих ученых всех времен, Даниил Бернулли, профессор математики и физики в Базельском университете, уже писал о подобном в своем классическом трактате 1738 года под названием «Гидродинамика».

В главе «О свойствах и движении упругих флюидов [газов], в особенности воздуха» Бернулли выдвинул гипотезу о том, что газ — это скопление частиц, движущихся очень быстро, и его давление вызвано столкновениями данных частиц со стенками емкости, в которой он находится. Предположив, что кинетическая энергия этих частиц пропорциональна температуре, ученый сделал вывод: давление также пропорционально температуре. Таким образом он предвосхитил появление закона Гей-Люссака. Гипотеза Бернулли не имела успеха, поскольку в то время полагали, что тепло является ощутимым выражением действия таинственной невесомой субстанции, которая движется от тела к телу, — теплорода. И хотя данный трактат стал основой для тех, кто пожелал бы узнать все необходимое о гидродинамике, это предположение было забыто.

Двумя годами позже, в 1847 году, Джон Герапат предположил в своей «Математической физике», что свойства газа — это результат кинетической энергии частиц. Однако и на него никто не обратил внимания.

Мы можем найти примеры самых высоких научных доктрин в играх и спорте, путешествиях по земле и воде, в грозе и шторме — везде, где есть движущаяся материя.

Джеймс Клерк Максвелл

Работа Уотерстона спала сном праведников, пока в 1892 году Джон Уильям Стретт (1842-1919), или третий барон Рэлей, как он известен в мире физики, не нашел ее в архивах и не опубликовал. Но Уотерстон уже этого не увидел.

В 1839 году он работал в Индии по контракту с Ост-Индской компанией. В1857 году Уотерстон вернулся в родной Эдинбург, чтобы полностью посвятить себя изучению тепла, а 18 июня 1883 года вышел прогуляться и бесследно исчез.

Бедному Уотерстону не повезло: была отвергнута не только его статья. Его идеи также проигнорировали, когда он представил их Британской ассоциации содействия развитию науки на ежегодном собрании 1851 года. Там он сказал следующее: 

«Равенство давления и температуры в газах происходит, когда количества атомов на единицу объема равны и живая сила [кинетическая энергия] каждого атома одинакова».

Он сравнил две величины, которые, по мнению его уважаемых коллег, было невозможно сравнивать: кинетическую энергию частиц и температуру газа. Утверждая, что средняя кинетическая энергия молекул газа одинакова, он дал первую формулировку того, что позже стало известно как теорема о равнораспределении кинетической энергии. Таким образом, Уотерстон дал физическое объяснение температуры, но, вероятно удрученный отсутствием интереса со стороны своих коллег, не смог увидеть, какие возможности открывает его предположение. Вместо него это сделал Максвелл в работе 1860 года «.Пояснения к динамической теории газов».

КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ