Расцвет электромагнитной картины мира

Открытие Герцем электромагнитных волн. Выдающимся подтверждением теории электромагнитного поля Максвелла явилось открытие немецким физиком Г. Герцем (1857 - 1894) электромагнитных волн.

В 1887 году в работе “Об очень быстрых электрических колеба­ниях” предложил удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний (вибратор Герца) и метод их обнаружения с помощью резона­тора, впервые разработав таким образом теорию открытого вибратора, излучающего электромагнитные волны в пространстве. Пользуясь виб­ратором и резонатором, в 1888 году экспериментально доказал сущест­вование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, предсказанных теорией Максвелла.

Экспериментируя с электромагнитными волнами, наблюдал их от­ражение, преломление, интерференцию, поляризацию. Установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света.

Опыты Герца имели большое значение для признания теории Мак­свелла и ее утверждения. Развивая теорию Максвелла, он придал урав­нениям электродинамики симметричный вид, который хорошо обнару­живал полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явле­ниями.

Опытное подтверждение теории Максвелла позволило оконча­тельно сформулировать основные принципы электромагнитной картины мира (ЭМКМ).

Основные принципы электромагнитной картины мира. Основные принципы электромагнитной картины мира со­стоят в следующем.

1. Материя существует в двух формах: как в форме положительно и отрицательно заряженных частиц, так и в форме электромагнитного поля, которое составляет основной элемент новой картины мира. На первый план выдвигается идея непрерывности (континуальности) материи.

2. Не только перемещение частиц, но и распространение электро­магнитных волн является формой движения материи. Причем движение частиц происходит по законам механики, а изменения в электромагнит­ном поле описываются уравнениями Максвелла.

3. Взаимодействие между материальными телами осуществляется не только посредством гравитационного, но и электромагнитного поля. Электромагнитное взаимодействие передается с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме. В основе ЭКМК лежит принцип близ­кодействия.

4. Основную роль в природе играют законы электромагнетизма.

5. Наряду с механическим детерминизмом в физической теории ис­пользуется статистический подход, что в дальнейшем привело в возник­новению вероятностного подхода и к понятию причинности.

Понятие эфира. Таким образом, в электромагнитной картине мира на смену принципу дальнодействия пришел принцип близко­действия: тело создает в окружающем его пространстве некоторое на­пряжение (электромагнитное или другое поле), которое в виде волн передается от точки к точке и, в конечном итоге, воздействует на другое тело. То есть, пространство выступает в роли посредника при передаче информации от одного тела к другому. Но само пространство, по-прежнему, остается неизменным и лишь служит для передачи возмущения. Причем - и это очень важно - возмущение передается со строго определенной скоростью, со скоростью света.

Но физики считали, что волны не могут распространяться в пустоте, поэтому выдвинули гипотезу, что пространство должно быть заполнено какой-либо средой. Так на арену физики вышел эфир, которому приписывали роль посредника при взаимодействии тел и в то же время - роль абсолютной системы отсчета, т. е. абсолютного пространства, по отношению к кото­рому можно определить абсолютную скорость тел.

Эфир должен был обладать поистине удивительными свойствами. С открытием поперечности электромагнитных волн пришли к выводу, что такая среда должна быть твердой, потому что поперечные волны распро­страняются только в твердых телах. При этом эфир должен быть легко проницаем для материальных объектов, поскольку их движение никак не замедляется, что показывают опытные данные.

Было предложено несколько вариантов поведения эфира: он не увле­кается движущимися телами, увлекается частично, увлекается полно­стью. Если предположить, что эфир может двигаться вслед за материаль­ными объектами, то идея абсолютности пространства терпит поражение, ибо тогда состояние пространства будет зависеть от движения материи. Если же предположить, что эфир неподвижен, то “...тогда, найдя разность между скоростью света в эфире и скоростью света в данной системе отсчета, мы могли бы определить скорость движения этой сис­темы относительно эфира, то есть ее абсолютную скорость в абсолютном пространстве”.¹ Для предпочтения того или иного варианта поведения эфира требовался специальный эксперимент.

Опыт Майкельсона и его результаты. В 1887 году эксперимент по определению абсолютной скорости Земли был поставлен американским ученым А.А. Майкельсоном (1852-1931). Суть опыта состояла в следующем. Поскольку Земля движется по своей орбите с достаточно большой скоростью, а “эфир покоится в “абсолютном пространстве”, то (ее - авт.) движение... должно вызывать заметный “эфирный ветер”, который можно было бы обнаружить с по­мощью тонких оптических приборов”.¹ “Эфирный ветер” должен был проявляться в различии скорости света по разным направлениям наподобие того, как звук по ветру распространяется быстрее, чем против ветра.

Не описывая экспериментальную установку и физические тонкости данного опыта, приведем конечный результат. После долгих тщательных поисков и все более возрастающей точности эксперимента ученые при­шли к однозначному, но не утешительному для них выводу: “эфирного ветра” не существует. “Это был удар по всей системе представлений об абсолютных пространстве и времени”.²

В 1892 году датский физик-теоретик Лоренц получил преобразования пространственно-временных координат, отличные от преобразований Галилея, которые полностью соответствовали результатам опыта Май­кельсона. Из этих преобразований следовало, что длина тела уменьшается в направлении его движения, и время в системе отсчета, связанной с движущимся телом, течет по-иному. Но природа этих фактов оставалась невыясненной.

Для объяснения таких парадоксальных явлений было выдвинуто не­сколько концепций. Среди них отметим динамическую и субъективист­скую.

Согласно динамической концепции, длина тела изменяется абсо­лютно, т. е. не связана с изменением свойств самого пространства. “При движении через эфир в результате взаимодействия составляющих тело электронов с эфиром возникают электрические силы, которые и вызы­вают сокращение. Сокращение носит абсолютный характер и вместе с тем принципиально ненаблюдаемо. Оно ни в чем себя не обнаруживает, кроме опыта Майкельсона, для объяснения которого и было специально придумано”.¹

Субъективистская концепция объясняла сокращение длины и изме­нение хода времени кажущимися эффектами, связанными с наблюдате­лем: длина тела остается неизменной, но наблюдателю в силу каких-либо причин кажется, что она изменилась. Данная концепция в еще меньшей степени, чем динамическая, претендовала на научность.