§ 123. Опытные данные, подтверждающие теорию Максвелла.

Переходя к вопросу об экспериментальном подтверждении уста­новленных Максвеллом законов распространения электромагнитной энергии, следует отметить, что соответствующий опытный материал настолько велик по своему объему, что излагать его здесь полностью нет никакой возможности, да и нет необходимости.

Достаточно указать, что современная радиотехника, во всем богатстве ее последних достижений, представляет собою уже не экспериментальный материал, а твердо стоящую отрасль техники, базирующуюся на тех полученных чисто теоретическим путем законах распространения электромагнитной энергии, которые были даны Максвеллом.

Здесь же мы хотим остановиться кратко на другой категории экспериментальных данных, подтверждающих теорию Максвелла, именно, на данных, полученных в области оптики.

Выше было указано, что совпадение скорости распространения электромагнитных волн со скоростью света свидетельствует о вну­треннем родстве явлений электромагнитных, с одной стороны, и явлений оптических, с другой, т. е. выражает собою высказанное впервые Максвеллом положение об электромагнитной природе . света.

Итак, колебания, составляющие основу явлений света, должны быть признаны не обычными механическими колебаниями, а электро­магнитными, т. е. колебаниями той же природы, что и электромаг­нитные колебания, которыми мы столь широко пользуемся для передачи радиосигналов. Разница между теми и другими исчерпы­вается разницей в длине волны, т. е. в частоте.

Таким образом, свет представляет собою те же электромагнитные колебания, но только весьма высокой частоты, или, иначе говоря, весьма малой длины волны. Следовательно, скорость его распро­странения подчиняется той же зависимости от электрических и магнитных свойств среды, которая выражается полученным нами соотношением:

Это дает возможность установить аналитически связь между оптическими свойствами среды, с одной стороны, и ее магнитной проницаемостью и диэлектрической постоянной, с другой. Сопо­ставление такой, полученной аналитическим путем, зависимости <: опытными данными может рассматриваться как экспериментальная проверка теории Максвелла.

416

Оптической характеристикой среды служит показатель прелом­ления, т. е. отношение:

n=v₀/v₁,

где v₀ есть скорость распространения света в пустоте,av₁ — скорость его в данной среде. Подставляя:

и

где ₀ и₀— диэлектрическая постоянная и магнитная проницаемость пустоты, а₁и₁ — те же характеристики для данной среды, получаем:

Если имеем дело со средой немагнитной, то можно считать, что:

Тогда:

Если выражать диэлектрические постоянные в абсолютной электростатической системе единиц, то для пустоты имеем:

₀=1.

Следовательно, численно будем иметь:

или

Таким образом, получаем:

n²=₁, (147)

т. е. квадрат показателя преломления всякой немагнитной среды должен быть равен ее диэлектрической постоянной, выраженной в электростатических единицах.

Прежде чем приводить опытные данные, характеризующие соот­ношения между показателем преломления и диэлектрической постоян­ной той или иной среды, необходимо, однако, сделать некоторую оговорку. Дело в том, что и показатель преломления n и диэлек­трическая постояннаяне являются величинами строго постоян­ными для каждой данной среды, а изменяются в зависимости от

417

частоты тех электромагнитных колебаний, которые имеют место в данной среде. Характер закономерности изменения nив функции от частоты еще не вполне изучен. Для показателя преломленияn Коши дал эмпирическую формулу:

n=A+B^-2+C^-4,

где — длина волны,А, В и С — постоянные коэффициенты, опре­деляемые из опыта. Формула эта хорошо согласуется с экспери­ментальными данными, но лишь для видимой части спектра, т. е. для так называемых световых частот (порядка 10¹⁵). Так как вы­веденная выше аналитическая зависимость (147):

n²=

справедлива, соответственно сказанному, лишь при условии равен­ства частот, для которых определены величины n и, и так как мы не имеем еще возможности осуществить опыт для определения величиныпри световых частотах, то нам придется брать вели­чиныдля доступных нам более низких частот и приводить к этой частоте показатель преломления по формуле Коши. Эту приве­денную величину показателя преломления мы будем обозначатьn'. Так как формула Коши хорошо согласуется с опытом лишь для световых частот, как указано выше, то естественно ожидать неко­торых отклонений от равенства:

n²=.

Тем замечательнее случаи, для которых это соотношение почти в точности удовлетворяется.

Приводим в виде примера ряд чисел, подтверждающих спра­ведливость выведенного соотношения.

Из последнего столбца этой таблички видно что величина (n')²/,

т. е. отношение квадрата показателя преломления к диэлектрической постоянной, мало отличается от единицы. Таким образом, для перечисленных в таблице диэлектриков соотношение

n²=удовлетворяется в значительной степени полно.

418

Вообще такого рода совпадение наблюдается всегда, когда нет так называемой аномальной дисперсии, которая обусловливается сложными внутримолекулярными процессами.

¹) Частота световых колебаний порядка 10¹⁶ периодов в секунду. Наиболее высокие частоты, находящие техническое применение в современной радиотехнике, не превышают 10⁹. В лабораторной обстановке получены уже частоты электромагнитных колебаний порядка 10¹¹. Наименьшие длины волн, известные в природе,

порядка 10^-11 см соответствует частоте порядка 10²¹ периодов в секунду.