Электромагнитная картина мира

Согласно корпускулярной теории света И. Ньютона, свет – это поток материальных частиц – корпускул, которые излучают светящиеся тела. Эти корпускулы движутся в согласии с законами механики и вызывают ощущение света, попадая в глаз. Этим объяснялись явления отражения и преломления света. Однако корпускулярной теорией света нельзя было объяснить явление дифракции (огибание лучами света препятствий), ведь луч света, распространяясь по прямой, огибать препятствие не может. Также И. Ньютоном не могли быть объяснены явления интерференции света. Интерференция света – это такое физическое явление, при котором два луча света накладываются друг на друга. При этом на экране возникает картина чередующихся тёмных и светлых полос.

Явления интерференции и дифракции могли быть объяснены только в рамках волновой теории света (Х. Гюйгенс, Т. Юнг, О.Ж. Френель), согласно которой свет представляет собой не поток материальных частиц, а колебания упругой среды, или волновое движение. Другой областью физики, где механические модели оказались неадекватными, была область электромагнитных явлений.

Явление электромагнетизма открыл датский естествоиспытатель Х.К.Эрстед, который впервые заметил магнитное действие электрических токов. Продолжая исследования в этом направлении, М.Фарадей обнаружил, что переменное магнитное поле создаёт электрический ток. Пытаясь объяснить свои эксперименты, Фарадей ввёл понятие «силовые линии». Его работы стали исходным пунктом исследований Дж.К.Максвелла. Максвелл «перевёл» модель силовых линий в математическую форму. Понятие «силовые линии» первоначально использовалось им как вспомогательное математическое понятие. Потом Максвелл придал ему физический смысл и стал рассматривать поле как самостоятельную физическую реальность: «Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии».

Обобщив установленные ранее экспериментальным путём законы электромагнитных явлений (Кулона, Ампера, Био-Савара) и открытое М. Фарадеем явление электромагнитной индукции, Максвелл вывел систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитное поле. Из системы уравнений следовал важнейший вывод о возможности самостоятельного существования поля, а не «привязанного» к электрическим зарядам. Вычисленная Максвеллом скорость распространения электромагнитного поля оказалась равна скорости света и составила 3×10⁸м/с. Исходя из этого, он смог заключить, что световые волны представляют собой электромагнитные волны. Данное предположение и рассчитанное значение скорости света были экспериментально подтверждены в опытах немецкого физика Г.Герца в 1888г., что доказало единую сущность света и электричества.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. Оценивая этот качественный поворот в миропонимании, А. Эйнштейн и Л. Инфельд писали: «Во второй половине девятнадцатого столетия в физику были введены новые революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механического. Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданиюновых понятий, образующих новую картину действительности».

Таким образом, работы английского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили представления ньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира. Поэтому естествознание вынуждено было в конце концов отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Механистическая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности.

Вопросы для повторения и самоконтроля