Электромагнитная (полевая) картина мира

Шарль Огюст Кулон (1736-1806) открыл, что положительный и отрицательный электрические заряды притягиваются друг к другу прямо пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Математическая форма этой зависимости совершенно аналогична форме Ньютонова закона всемирного тяготения. С одной стороны, налицо, казалось, триумф Ньютона, а, с другой, - в науку вошло новое фундаментальное свойство - электрический заряд.

Англичанин Майкл Фарадей (1791-1867) ввел понятие электромагнитного поля. Гениальный самоучка, Майкл Фарадей, посвятил себя исследованию взаимосвязи электрических и магнитных явлений. В 1831 году он показал, что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. Это послужило основанием для осознания того фундаментального факта, что помимо подчиняющегося механическим законам вещества, существует особый род материи - поле. Разрабатывая свои взгляды, Фарадей пришел к выводу, что в основе структуры вещества лежат не атомы, а поле. Атомы представляют собой лишь сгустки силовых линий этого поля. Взгляды Фарадея приводили к выводу о том, что природа не дискретна (атомы и пустота), а непрерывна (континуальна).

Можно сказать, что становление электромагнитной картины мира связано с вхождением в науку понимания фундаментальной природы поля, его несводимости к механическим явлениям.

К середине XIX в. электромагнитные явления были уже основательно изучены, но единой теории их не существовало. Законы Кулона, Ампера, явление электромагнитной индукции мыслились на основании корпускулярных представлений. Актуальной была задача создания общей теории электромагнетизма, из которой следовали бы уже установленные законы. Построение этой концепции требовало математического оформления идей Фарадея об электромагнитном поле.

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879)[11] в " Трактате об электричестве и магнетизме" (1873) создал математическую теорию, описывающую электромагнитное поле. По сути Максвелл довел идею Фарадея о поле до логического завершения. В его теории поле может существовать в отрыве от заряда, распространяясь в среде в виде электромагнитной волны.

Максвелл настаивал на волновой природе электромагнитных явлений. Он считал свет поперечными волнами эфира. Из уравнений Максвелла следовала конечность скорости распространения электрических колебаний, что противоречило механическому принципу дальнодействия. Теория Максвелла объединила электрические, магнитные и световые явления в рамках следующих основных положений:

1.Электромагнитное поле реально существует, вне зависимости от того имеются ли в данный момент электрические или магнитные заряды, обнаруживающие действие этого поля.

2.Изменение электрического поля влечет появление магнитного и наоборот, - изменение магнитного влечет появление электрического поля.

3.Электрическое и магнитное поля распространяются во взаимоперпендикулярных плоскостях. Поэтому свет представляет собой поперечную электромагнитную волну.

4.Скорость распространения электромагнитных колебаний конечна и совпадает со скоростью света в вакууме. Физический вакуум представляет собой электромагнитный эфир – среду и форму существования электромагнитного поля.

После работ немца Генриха Рудольфа Герца (1857-1894), проверившего выводы Максвелла - электромагнитные волны прочно вошли в науку. Через восемь лет после смерти Максвелла Герц сумел получить и зарегистрировать электромагнитные колебания, зарегистрировать постоянство скорости их распространения. Он установил, что электромагнитные колебания распространяются в пространстве как волны, состоящие из двух колебаний – электрического и магнитного, перпендикулярных друг другу. Герц установил отражение, преломление, интерференцию этих волн. Фактически он показал единство световых и электромагнитных явлений, вытекавшее из уравнений Максвелла

Вместе с тем, любые попытки распространить механистические принципы на электромагнитные явления оказались неудачными. Оценивая этот факт, А.Эйнштейн и Л.Инфельд отмечали: " Во второй половине девятнадцатого столетия в физику были введены новые революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механистического. Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину действительности" [12]

Действительно континуалистская трактовка поля и дискретная трактовка природы в механической картине оказались несовместимы. Тела имеют строго определенную траекторию движения, поле такой траектории не имеет. Механические тела лишены таких типичных волновых свойств как дифракция, интерференция, преломление в среде. Механические тела не требуют для своего перемещения среды, волны – требуют. Вхождение в научное мировоззрение понятия поля знаменовало собой конец безраздельного господства механистических взглядов. Теперь объяснение мира приобретало двойственный вид: для дискретных механических процессов – Ньютонова механика, для континуальных волновых – Максвеллова электродинамика.