§3.10. Учёный, замахнувшийся на теорию единого поля

Многие физические явления имеют похожие признаки и нередко описываются оди-

наковыми или близкими друг к другу соотношениями ( формулами, уравнениями и т.п. ).

Например, сила притяжения двух тел ( сила гравитации – ньютоны ) прямо пропор-

циональна произведению масс этих тел, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от свойств среды, в которой находятся тела:

, (3.15 )

где 6,6725*10 м / кг*с - гравитационная постоянная;

, - масса тел, кг;

расстояние между телами, м.

Аналогично, сила взаимодействия двух электрических зарядов ( кулоновская сила –

ньютоны ) прямо пропорциональна значению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от свойств среды, в которой находятся заряды:

, ( 3.16 )

где , - значение зарядов, Кл;

- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, в которой взаимодей

ствуют ( притягиваются или отталкиваются ) заряды, Ф/м ( фарад на метр );

ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды, безразмерный коэффици-

ент, показывающий, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше, чем в вакууме ( например, для воды ε = 81. Это означает, что сила взаимодействия зарядов в воде в 81 раз меньше, чем в вакууме );

= 8,85*10^-12 Ф/м ( фарад на метр ) – абсолютная диэлектрическая проницаемость

вакуума, или, иначе, электрическая постоянная вакуума.

расстояние между зарядами, м.

Значение найдено опытным путём и есть величина постоянная.

Что же общего в этих двух формулах?

Это видно из самих формул, а именно: сила взаимодействия тел или зарядов прямо пропорциональна массам тел или величине зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами или зарядами и зависит от свойств среды, что в первом случае учитывалось при помощи гравитационной постоянной , а во втором - абсолютной ди-

электрической проницаемости среды .

До сих пор учёные не могут решить сверхзадачу физики – создать теорию единого

поля, которая совместила бы в себе свойства уже известные полей – тяготения, электриче

ского, магнитного и, возможно, ещё не исследованных полей.

Заслуга Максвелла состоит в том, что он нашёл частичное решение этой проблемы – он показал, что электрические и магнитные поля взаимосвязаны, образуя общее электро-

магнитное поле.

Максвелл Д. К. ( 1831-1879 )

Максвелл Джеймс Клерк - английский физик. Работы по электродинамике, опти-

ке, механике, молекулярной физике. Создал теорию электромагнитного поля ( 1860-1865 ), которую сформулировал в виде системы уравнений ( «уравнения Максвеллла ).

Эти уравнения выражали все основные закономерности электромагнитных явле-

ний. Предсказал существование в свободном пространстве электромагнитных волн и их распостранение со скоростью света.

Джеймс Максвелл родился в Эдинбурге ( Англия ). Вскоре после рождения маль-

чика родители увезли его в свое имение Гленлэр.

Сначала приглашали учителей на дом. Потом решено было отдать Джеймса в но-

вую школу, носившую громкое название Эдинбургской академии. Максвелл окончил ака-

демию одним из первых, и успешно поступил в Эдинбургский университет.

Будучи студентом, Максвелл выполнил серьезное исследование по теории упруго-

сти, получившее высокую оценку специалистов.

После окончания университета молодой бакалавр был оставлен в Кембридже - Три

нити-колледже в качестве преподавателя.

Под впечатлением открытий Ома и Кирхгофа Максвелл заинтересовался электриче

ством.

20 февраля 1854 года Максвелл сообщает английскому учёному Томсону о своем намере­нии «атаковать электричество».

Результат «атаки» - сочинение «О Фарадеевых силовых линиях» - первое из трех основных трудов Мак­свелла, посвященных изучению электромагнитного поля.

Позднее он публикует ещё две основные работы по созданной им теории электро-

магнитного поля: «О физических силовых линиях» (1861 - 1862 годы) и «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864 - 1865 годы).

За 10 лет, с 1854 по 1864-65 гг., Максвелл вырос в крупнейшего ученого, творца фундамен­тальной теории электромагнитных явлений, ставшей, наряду с механи­кой, термо

динамикой и статистической физикой, одним из устоев клас­сической теоретической физи-

ки.

«Трактат по электричеству и магнетизму» - главный труд Максвел­ла и вершина его научного творчества. В нем он подвел итоги много­летней работы по электромагнетизму, начавшейся еще в начале 1854 года. Девятнадцать лет работал Максвелл над своим осново

полагающим трудом!

Основной вывод, который сделал и подтвердил своими уравнениями Максвелл, со-

стоит в том, что электрические и магнитные поля взаимосвязаны, образуя общее электро-

магнитное поле.

Иначе говоря, волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода, в котором есть переменный электричес­кий ток.

Электромагнитное поле в каждой точке характеризуется напряженностью электри-

ческого и магнитного полей. Напряженность электрического и магнитного полей – величи

ны векторные, так как характеризуются не только величиной, но и направ­лением.

При этом векторы напряженности полей взаимно перпендикулярны и перпендику-

лярны к направлению распространения.

Из теории Максвелла вытекало, что электромагнитные волны воз­никают в том слу-

чае, если изменения напряженности электрического и магнитного полей будут происхо-

дить очень быстро.

Развивая эту мысль, Максвелл пришёл к выводу, что в природе должны существо-

вать электромагнитные волны, скорость распространения которых в безвоздушном про-

странстве равна скорости света - 300 000 километров в секунду, что впоследствии было блестяще подтверждено американским учёным Альбертом Майкельсоном в 1878-1882 гг.

( Результат, полученный Майкельсоном – 299 976 ± 4 км/с ).

Максвелл был разносторонним учёным. Одно только перечисление направлений

его научных исследований заняло бы не менее страницы печатного текста. Мы же назовём лишь некоторые.

В 1873 г. Максвелл теоретически вычислил давление света, что, возможно, приве-

дёт к созданию в будущем межпланетных кораблей, движимых силой давления света.

Он развил теорию цветного зрения, что, возможно, позволит в будущем помочь дальтоникам видеть окружающий нас мир в натуральных цветах.

Исследовал устойчивость колец Сатурна, показав, что кольца не являются жидкими или твёрдыми, а представляют собой рой метеоритов.

Сконструировал ряд оригинальных измерительных приборов.

Был известным популяризатором физических знаний, объясняя сложные физиче-

ские процессы настолько просто ( «на пальцах» ), что некоторые из его слушателей впо-

следствии стали известными учёными и практиками в области электротехники.

В его честь названа одна из единиц измерения магнитного потока – максвелл.