Первооткрыватели. 100 научных сказок

Главная заслуга Максвелла заключается не только в том, что он привёл в порядок известные законы электродинамики. Создавая свою систему уравнений, Максвелл заметил, что ей не хватает красоты. Поэтому он добавил в одно из уравнений слагаемое, приводившее к симметрии между электрическим и магнитным полями! Ни один из выполненных к тому времени экспериментов не вынуждал его к такому шагу. Но математически красивая теория имеет больше шансов оказаться правильной. Красота и симметрия стали путеводными звездами физиков-теоретиков, указывающими дорогу в мир неизведанного.

После дополнения Максвеллу открылось чудо: оказывается, для существования электрических и магнитных полей не обязательно наличие зарядов и токов! Электрические и магнитные поля, не привязанные к зарядам и токам, могут перемещаться даже в пустом пространстве, в чистейшем вакууме. Такие поля имеют вид бегущих волн, причем электрическое и магнитное поля в такой волне не существуют одно без другого – они тесно переплетаются, перетекают друг в друга во время полёта в пространстве. Уравнения Максвелла утверждали, что скорость распространения данной волны равна скорости света в вакууме.

Тогда Максвелл решился на удивительное утверждение: заявил, что эти электромагнитные волны и есть свет, который рождается Солнцем и свечой, молнией и светляком.

– Ух! – выдохнула взволнованная Галатея. – Значит, красивый светлячок – тоже электрическое явление!

– Но ведь это всего лишь предположение Максвелла, – Андрей был настроен скептически. – Откуда мы знаем, что Максвелл прав, и его уравнения верно описывают солнечный свет?

– Правильный вопрос! – похвалила Никки. – Хорошая теория должна не только описывать уже известные факты, но и предсказывать новые, причем предсказание должно быть конкретным, чтобы сказать экспериментаторам: «Ищите!» И если результат эксперимента согласуется с предсказанием теории, это подтверждает правоту теоретика.

Галатея с укоризной посмотрела на Андрея. Она не сомневалась, что предсказания такого умного физика, как Максвелл, который повелевает даже демонами, выдержат самую суровую экспериментальную проверку.

Для подтверждения гениальной догадки Максвелла остался один шаг: породить электромагнитные волны экспериментально, управляя зарядами и токами с помощью проводов, магнитов и батареек. Эту задачу решил другой гениальный физик – Генрих Герц. Он сумел создать и зарегистрировать электромагнитные волны более низкой частоты, чем световые. Такие волны мы теперь называем радиоволнами. В честь Герца частота колебаний стала измеряться в «герцах» – это количество колебаний в секунду.

Например, в герцах измеряется частота тока в обычной бытовой электросети. Там течет переменный ток, меняющий своё направление с частотой 50 герц.

Никки посмотрела на внимательно слушавшую её девочку:

– Вернёмся к твоему хорошему вопросу о природе электрического тока, Галатея.

Хотя электромагнитное поле мчится вдоль провода очень быстро, а электроны ползут по металлическому проводу со скоростью улитки, они тесно связаны. Поэтому электрический ток, идущий по проводам, – проявление совместного движения медленных электронов и быстрого электромагнитного поля. Это самый простой ответ. Но, если копнуть глубже, а это очень увлекательное занятие в любой деятельности, даже ток в обычной квартирной электросети окажется очень сложным атомным явлением.