Исследования в области электромагнитного поля и начало крушения механистической картины мира

Многие ученые вслед за Ньютоном старались объяснить, исходя из начал механики, самые различные природные явления. При этом они экстраполировали законы, установленные лишь для механической сферы явлений, на все процессы окружающего мира.

Одной из составляющих классической физики является электродинамика, или теория электромагнитного поля.

В 80-е гг. XVIII в. французский физик Шарль Огюст Кулон провел ряд экспериментов по измерению силы, действующей между двумя зарядами. В результате обобщения опытных данных был сформулирован основной закон электростатики: электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Таким образом, оказалось, что электрическая сила действует так же, как и гравитационная.

В 30-е гг. XIX в. английский физик Майкл Фарадей ввел в науку понятие электромагнитного поля. Оно противоречило представлениям о материи как совокупности атомов. По мнению М. Фарадея, активная и постоянно движущаяся материя не может быть представлена в виде атомов и пустоты, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля. Опытным путем он доказал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В 1831 г. он поставил опыт, который продемонстрировал, что переменное магнитное поле индуцирует электрический ток. В результате в естествознании стало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.

На основе экспериментальных данных М. Фарадея выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл создал единую теорию электромагнитного поля.

Основные принципы своей концепции он изложил в работе «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864). Его основной работой, содержащей математическую теорию электромагнитного поля, явился «Трактат об электричестве и магнетизме», изданный в 1873 году. Дж. Максвелл высказал предположение, что любое переменное электрическое поле, возникающее между движущимися электрическими зарядами, порождает магнитное, а переменное магнитное поле возбуждает электрическое. Таким образом, источником электрического поля могут быть неподвижные электрические заряды или изменяющиеся магнитные поля, а источником магнитного поля – движущиеся электрические заряды

или переменные электрические поля. Концепция Дж. Максвелла позволила сделать предположение о существовании переменного электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве с конечной скоростью. Было установлено, что скорость распространения электромагнитного взаимодействия равна скорости света в вакууме – 300000 км/с. Оказалось, что свет – это электромагнитные волны определенной длины (от 380 до 770 нм). Таким образом, теория Дж. Максвелла теоретически обосновала родство электромагнитных и оптических явлений.

Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц. Именно ему довелось проверить экспериментально теоретические выводы Максвелла. В 1886 году Герц продемонстрировал «беспроволочное распространение» электромагнитных волн и доказал принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.

Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.

Однако теория Дж. Максвелла имела ряд недостатков. Так, концепция Дж. Максвелла фактически отождествляла понятия эфира и электромагнитного поля. В конце XIX в. физики отказываются от гипотезы эфира и начинают рассматривать электромагнитное поле как особую форму материи, свойства которой невозможно объяснить механическими закономерностями.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. Любые попытки распространить механические принципы на электрические и магнитные явления оказались несостоятельными. Поэтому естествознание вынуждено было отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Механистическая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности.