Максвелловская научная революция

В работе 1864 г. «Динамическая теория электромагнитного поля» (III]) Максвелл поставил своей целью переполучить уравнения электромагнитного поля не из сомнительных модельных представлений, а из принципа наименьшего действия, из лагранжиана, специально сконструированного для электромагнитного поля. Но для этого лагранжиан сначала надо правильно построить, что Максвелл и делает, исходя из определенных «очевидных» умозрительных принципов.

Общие уравнения в дальнейшем применяются им к случаю магнитных возмущений, и демонстрируется, что единственные возмущения, которые могут распространяться, это возмущения, поперечные к направлению распространения.

Здесь Максвелл уже по-другому оценивает соотношения между своей собственной исследовательской программой и программой Ампера-Вебера. Теперь он усматривает достоинство своей программы в том, что предлагаемый им подход имеет более общий характер, описывая энергию не только в самих телах, но и пространстве, которое их окружает.

И, наконец, творчество Максвелла завершает объемный «Трактат об электричестве и магнетизме» [IV], задуманный как энциклопедия явлений электричества и магнетизма. В духе второй половины XIX в. наследник традиций не только кантовской эпистемологии, но и контовского позитивизма ставит в качестве своей основной цели, относящейся к явлениям электричества и магнетизма, «проследить математические соотношения между измеряемыми величинами».

Максвелл отмечает, что воззрения Фарадея, даже выраженные на языке математики, ничем в лучшую сторону не отличаются от воззрений Ампера и Вебера, и должны быть включены в конструируемую теоретическую схему в качестве равнозначного частного случая. Здесь налицо попытка использовать своего рода «принцип дополнительности». Максвелл понимал, что то, что мы называем «объектами», «силами» и «полями», является нашими попытками отображения реальности, которая непосредственно нашим чувствам недоступна, и может быть строго описана только на математическом языке. Последний может описывать не глобальные, «онтологические» свойства самой реальности, но лишь отношения между ее частями.

На двадцати с лишним страницах главы своего «Трактата» Максвелл построил лагранжиан, представляющий собой разность кинетической и потенциальной энергий, только для случая замкнутых токов. Тем не менее при переходе к случаю электромагнитных возмущений в пустом пространстве, требующего токов незамкнутых, он просто «руками» прибавил ток смещения к току проводимости.

Этот небольшой шаг Максвелла фактически подрывал главную притягательность использовавшегося им метода Лагранжа и, следовательно, достоверность вывода об электромагнитной природе света. Неслучайно первое экспериментальное доказательство существования тока смещения было дано только в опытах Герца (1888).

В конце своей последней большой работы Максвелл подытоживает полученные им результаты, суть которых сводится к следующему. Он совершил поистине «коперниково деяние» в теории электричества и магнетизма, тщательно собрав эмпирические и теоретические аргументы для отождествления электромагнитного и светоносного эфиров и создания тем самым гибридной теоретической модели, основанной на токе смещения и сводящей воедино теорию электромагнетизма и оптику.

Так же как Коперник, который, предположив что Земля – обычная планета, вращающаяся вокруг Солнца, и создав тем самым гибридный объект, распространил математические принципы на земные явления, а физические – на небесные, Максвелл, введя гибридный объект – ток смещения – положил начало распространению принципов электромагнетизма на оптические явления, а принципов оптики – на явления электромагнитные.

Вплоть до самых своих последних дней сам Максвелл ничего не говорил ни о том, как генерируются электромагнитные поля, ни о том, каким образом в его теории объясняются отражение и преломление света. Поэтому задачу извлечения из «Трактата об Электричестве и Магнетизме» согласованной теории, равно как и придание ей необходимого «рабочего» вида предстояло решить его ученикам – «максвелловцам».

Их заключение было неотвратимо: если теория Максвелла хочет выжить, она должна полностью отказаться от опоры на эластичный твердый эфир и создать принципиально новый базис. Попытки же произвести «гибридную» теорию, подобную той, которую сам Максвелл создал для объяснения эффекта Фарадея, должны быть категорически пресечены.

ГЛАВА ПЯТАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ МАКСВЕЛЛОВСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ: ГЕЛЬМГОЛЬЦ И ГЕРЦ