Приключение великих уравнений

Особое впечатление произвела на Максвелла книга Фарадея "Экспериментальные исследования по электричеству". Двадцатилетний Максвелл встретился наконец со своей ровесницей - теорией Фарадея, не особенно жалуемой великолепными учеными за свой плебейский наряд, начисто лишенный математической мишуры. Но на проницательного Максвелла, видевшего вещи гораздо глубже своих даже более старших современников, "Экспериментальные исследования" произвели неизгладимое впечатление. "Я решил, - писал он, - не читать ни одного математического труда в этой области, покуда не изучу достаточно основательно "Экспериментальных исследований по электричеству".

Это была любовь с первого взгляда, любовь на всю жизнь. Многочисленные его увлечения другими отраслями физики были тоже очень плодотворны - он изобрел волчок, поверхность которого окрашена была в разные цвета - при вращении волчка цвета сливались: сочетания получались самые неожиданные - красный и желтый давали оранжевый цвет, синий и желтый давали зеленый, спектр при смешении давал белый цвет - действие, обратное действию призмы - "диск Максвелла"; он нашел термодинамический парадокс, много лет не дававший покоя физикам - "дьявол Максвелла"; в кинетическую теорию были введены им "распределения Максвелла" и "статистика Максвелла - Больцмана"; есть "число Максвелла". Кроме того, его перу принадлежит изящное исследование об устойчивости колец Сатурна, за которое ему была присуждена академическая медаль и после которого он становится "признанным лидером математических физиков". Кроме того, Максвелл создал множество небольших шедевров на самые разнообразные темы - от осуществления первой в мире цветной фотографии до разработки способа радикального выведения с одежды жировых пятен.

Но главная память о Максвелле, вероятно единственном в истории науки человеке, в честь которого имеется столько названий, - это "уравнения Максвелла", "электродинамика Максвелла", "правило Максвелла", "ток Максвелла" и, наконец, - максвелл - единица магнитного потока в системе CGS.

Все приведенные названия относятся к области физики, которой Джеймс Клерк Максвелл посвятил жизнь, - электродинамике, теории электромагнитного поля.

Ко времени Максвелла существовало две теории электричества: теория "силовых лилий" Фарадея и теория, разработанная великими французами Кулоном, Ампером, Био, Саваром, Араго и Лапласом. Исходная точка французов представление о так называемом "дальнодействии", мгновенном действии одного тела на другое на расстоянии без помощи какой-либо промежуточной среды.

Эти ученые были в плену авторитета великого Ньютона и в плену созданных им математических формул, хотя Ньютон, по существу, не может считаться первым апологетом "действия на расстоянии". Так, он, в частности, писал:

"Непонятно, каким образом неодушевленная косная материя, без посредства чего-либо иного, что нематериально, могла бы действовать на другое тело без взаимного прикосновения.

Что тяготение должно быть врожденным, присущим и необходимым свойством материи, так что одно тело может взаимодействовать с другим на расстоянии, через пустоту, без участия чего-то постороннего, при посредстве чего и через что их действие и сила могли бы передаваться от одного к другому, это мне кажется столь большим абсурдом, что я не представляю себе, чтобы кто-либо, владеющий способностью компетентно мыслить в области вопросов философского характера, мог к этому прийти".

Таким образом, Ньютон сам не стоял на позициях дальнодействия. Однако последователи его - Роджер Котс и впоследствии черногорец Бошкович пришли в конце концов к тому, что тяготение - столь же существенное свойство материи, как протяженность, способность к движению и т. п. Другими словами, они пришли к тому, что промежуточная среда для взаимодействия не нужна - они пришли к "дальнодействию".

Шарль Огюстен Кулон в начале своей научной деятельности написал несколько трактатов о скручивании нитей, волос, тонких проволок. Его глубокие знания в этом вопросе позволяли создать всем известные "крутильные весы", на которых он изучал силу, с которой взаимодействовали два электрических заряда.

Результат был поразителен: сила взаимодействия зарядов в пустоте, точно так же, как и ньютоновская сила тяготения, зависела лишь от величины зарядов и расстояний между ними. Пустота, находившаяся между зарядами, по мнению Кулона, никаким образом не входила в формулу вполне справедливо, так как там "ничего не было" и никакого механизма передачи от первого заряда к некоторому участку пространства, затем к другому, третьему и так до второго заряда, механизма, потребовавшего бы неизбежно некоторого времени для передачи усилий, представить себе было невозможно.

Поэтому Кулон был твердо убежден, что промежуточная среда во взаимодействии участия не принимает, взаимодействие происходит на расстоянии без ее участия и, следовательно, мгновенно.