Страницы истории науки и техники

Так обстоит дело с уравнениями Максвелла. Привести их здесь означало бы заняться очень сложными объяснениями, не отвечающими духу и цели этой книги. Ограничимся тем, что заметим следующее. Из первого уравнения Максвелла (а их всего четыре) следует, что электрическое поле образуется зарядами, а его силовые линии имеют начало и колец в зарядах. Второе уравнение показывает, что силовые линии магнитного поля всегда замкнуты на себя, а поле не имеет магнитных зарядов. Третье уравнение свидетельствует о том, что электрический ток и переменное электрическое поле («ток смещения») создают магнитное поле. И, наконец, четвертое уравнение представляет собой уравнение электромагнитной индукции, открытой Фарадеем; из него следует, что изменение магнитного поля приводит к возникновению электрического поля.

Из уравнений Максвелла следует, что электромагнитное возмущение в пространстве распространяется посредством электромагнитных волн, позднее (уже после смерти Максвелла) экспериментально обнаруженных Генрихом Герцем. Максвелл установил также, что распространение электромагнитной волны происходит со скоростью, равной скорости света, и что свет имеет электромагнитную природу, т. е. представляет собой электромагнитную волну определенной длины. Из теории Максвелла следовало также, что электромагнитные волны, в том числе и световые, производят давление. И этот вывод теории был подтвержден — русский физик П. Н. Лебедев открыл и измерил давление света (в 1899 г.).

По современным воззрениям, физическое поле представляет собой одно из фундаментальных понятий естествознания. Физическое поле есть не что иное, как особая форма существования материи.

Электромагнитное поле, открытие которого принадлежит М. Фарадею и Д. Максвеллу (хотя оба они предполагали существование мирового эфира), по современным взглядам, обладает, как и отдельные частицы и механические системы, энергией, количеством движения (импульсом), моментом количества движения. Поле может обмениваться с частицами и макроскопическими телами энергией, количеством движения и моментом количества движения. В этом случае законы сохранения этих величии действуют для всей замкнутой системы, состоящей из поля, частиц и макроскопических тел.

Как уже говорилось, электромагнитное поле может с конечной скоростью распространяться в пространстве. Это явление именуется электромагнитными волнами. Свет (видимый) представляет собой электромагнитные волны длиной приблизительно 0,1–1 мкм. По длине волны γ различают следующие электромагнитные волны (рис. 41):

γ-километры — 5·10^-3 см — радиоволны;

γ = 5·10^-2 — 10^-7 см — световые волны, в том числе

γ = 5·10^-2 — 8·10^-5 см — инфракрасные,

γ = 8·10^-5 — 4·10^-5 см — видимый свет,

γ = 4·10^-5 — 10^-7 см — ультрафиолетовое излучение,

γ = 2·10^-7 — 6·10^-10 см — рентгеновское излучение;

γ = 2·10^-8 — 5·10^-12 см — гамма-излучение.

В середине XX в. было открыто еще одно интересное свойство электромагнитного поля. Оказалось, что поле способно превращаться в «обычное» вещество с образованием электронных пар или с образованием протонных, мезонных и некоторых других пар. Было открыто также обратное явление — превращение вещества в поле, происходящее в результате аннигиляции (от лат. annihilatio — уничтожение, исчезновение) пары частиц (например, электрон — позитрон); аннигиляция происходит при столкновении частиц. Процесс, обратный аннигиляции, — рождение пар.

Рис. 41. Электромагнитный спектр.

В свете всего сказанного об электромагнитном поле может возникнуть вопрос: остается ли необходимость во введении понятия эфира, какие функции можно было 61.1 ему приписать? Признавая уместность этого вопроса, мы обратимся к нему немного позднее.

Мы рассказали кратко о выдающихся ученых Фарадее и Максвелле, о их великом открытии электромагнитного поля. Многие ученые считают, что введение в науку понятия электромагнитного поля и математическое определение законов поля, данное в уравнениях Максвелла, является самым крупным событием в физике со времен Ньютона. Но все-таки в характеристике Фарадея и Максвелла был бы допущен большой пробел, если бы мы не коснулись еще одной стороны дела, а именно: Фарадей и Максвелл были блестящими популяризаторами науки и очень любили этот род деятельности.