Электромагнитная картина мира

В 60-х годах 19 века была создана классическая электродинамика, в которой речь идёт о связи электрических и магнитных сил. На основе данной теории были сделаны попытки создания электромагнитной картины мира. Если исходным физическим понятием в механической картины мира является вещество, то в данной теории – понятие физического поля.

Электрические и магнитные явления изучались давно (термин «электричество» происходит от древнегреческого слова «electron»-янтарь). Еще античные мыслители знали, что янтарная палочка, потертая о шерсть, приобретает свойство - при прикосновении к другим телам она вызывает свечение или искрение. Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные. Положительный заряд возникает на стекле, натертом кожей, отрицательный – на янтаре, натертом шерстью.

Естественный магнит представляет минерал, образующийся в процессе окисления железа при высокой температуре. Этот минерал довольно широко распространен на поверхности Земли. Римский философ и поэт Лукреций (99-55гг до н.э.) считал, что термин «магнит» произошел от названия местности Холмы Магнезии в Малой Азии, где добывали железную руду.

Первоначально электрические явления − искры, молнии, свойства лейденских банок накапливать электрический заряд – считались совершенно не связанными с явлениями магнетизма, наблюдаемыми в минералах некоторых видов, в поведении стрелки компаса. Например, французский учёный Ш. Кулон (1736-1806гг), не зная о связи электрических и магнитных явлений, сформулировал в 1784 году закон о взаимодействии электрически заряженных тел, согласно которому сила взаимодействия между электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между заряженными телами: F=К(q₁q₂/r²), К – электрическая постоянная, q ₁ и q₂ – электрические заряды, r – расстояние между зарядами. Однако датский физик Эрстед (1777-1857гг) и французский физик Ампер (1775-1836гг) продемонстрировали на опыте, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Эрстед высказал мысль, что вокруг проводника с током существует магнитное поле. Английский физик М.Фарадей (1791-1867гг) опытным путем доказал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Он ввел понятие «электромагнитного поля». Фарадей вошёл в науку исключительно благодаря таланту и усердию в самообразовании. Выходец из бедной семьи, он работал в переплётной мастерской, где ознакомился с трудами учёных, философов. Ему принадлежит идея о том, что электричество имеет единую физическую природу. Для объяснения взаимодействия между электрическими зарядами на расстоянии Фарадей ввел понятие физического поля. Физическим полем, он назвал свойство самого пространства вокруг электрически заряженного тела оказывать физическое воздействие на другое заряженное тело, помещенное в это пространство.

Математическая разработка его идей была осуществлена английским ученым Максвеллом (1831-1879гг), который в 1873 году в своей работе «Трактат об электричестве и магнетизме» теоретически определил законы электромагнитного поля. Он сформулировал свою теорию на основе законов связи электричества и магнетизма, которые можно сформулировать таким образом:

1. Любой электрический ток создает магнитное поле в окружающем его пространстве. Постоянный электрический ток создает постоянное магнитное поле. Но постоянное магнитное поле (неподвижный магнит) не может создавать электрическое поле вообще.

2. Образовавшееся переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, создает переменное магнитное поле, и так далее.

3. Силовые линии электрического поля замыкаются на электрических зарядах.

4. Силовые линии магнитного поля замкнуты сами на себя и никогда не кончаются, т.е. не существует в природе магнитных зарядов.

Согласно теории Максвелла, каждая заряженная частица окружена полем – невидимым ореолом, оказывающим воздействие на другие заряженные частицы, находящиеся вблизи. В теории Максвелла движение частицы, помещенной в данную точку пространства, определялось силовой характеристикой – напряженностью поля в этой точке. Анализируя свои уравнения, Максвелл пришел к выводу о том, что скорость распространения электромагнитных волн должна быть конечной и равной скорости света в вакууме. Отсюда был сделан совершенно новый вывод: свет есть разновидность электромагнитных волн. Электромагнитное взаимодействие позволяет видеть окружающие нас предметы и тела, т.к. свет есть одна из форм электромагнитного поля. Сама жизнь немыслима без сил электромагнитной природы. Живые существа и даже человек, как показали полеты космонавтов, могут длительно находиться в состоянии невесомости, когда силы всемирного тяготения заметно не проявляются. Но если бы на мгновение прекратилось действие электромагнитных сил, то жизнь исчезла бы. Строение атомов, сцепление атомов и молекул и образование из вещества тел различной формы определяется исключительно электромагнитным взаимодействием.

Немецкий физик Г. Герц (1857-1894гг) в 1887 году обнаружил экспериментально электромагнитные волны. Свет в пространстве между электрическими зарядами распространялся поперечными волнами со скоростью 300 тыс. км/с. Таким образом, было доказано, что материя существует не только в виде вещества, но и в виде разнообразных физических полей. Эксперимент Фарадея стал основой для создания электромагнитной картины мира.

Лишь после создания Максвеллом электромагнитной теории поля во второй половине 19 века началось широкое практическое использование электромагнитных явлений. В 1884 году была создана первая телеграфная линия между городами, в 1866 – прокладка первого трансатлантического кабеля, В 1876 – телефона, в 1879 – лампы накаливания. Изобретение радио Поповым в 1899 году – одно из важнейших применений новой электромагнитной теории. При развитии электромагнитной теории поля впервые научные исследования предшествовали техническим применениям.

Электромагнитные волны дают информацию о процессах, происходящих внутри атомов химических элементов и молекул вещества. Они представляют информацию о далеком прошлом и настоящем Вселенной, о температуре космических тел, их химическом составе, расстоянии до них и т.д.

В настоящее время используется следующая шкала электромагнитных волн:

• радиоволны с длиной волны - 10⁴ до 10^{-3 м,}

• инфракрасные волны - от 10^-3 до 8·10^-7м,

• видимый свет - от 8·10^-7 до 4·10^{-7 м,}

• ультрафиолетовые волны - 4·10^-7 до 10^{-8 м,}

• рентгеновские лучи -10^-8 до 10^{-11 м,}

• гамма-излучение - 10^-11-10^{-13 м.}

Минимальной порцией электромагнитной энергии является фотон. Это самое малое неделимое количество электромагнитного излучения.

Сенсацией начала 21 века является создание российскими учеными из г. Троицка полимера из атомов углерода, который обладает свойствами магнита. Обычно считалось, что наличие металлов в веществе ответственно за магнитные свойства. Проверка этого полимера на металличность показала, что в нем присутствия металлов.

Из вышеизложенного мы можем сделать следующие выводы:

1. Физическое поле является основным понятием электромагнитной картины мира.

2. Вещество – дискретно, физическое поле – непрерывно в каждой точке своего распространения.

3. Электромагнитные волны – силы блзкодействия, поэтому гравитационные силы рассматриваются в электромагнитной картине мира как силы близкодействия, действующие в гравитационном поле.

Установленное различие в физической природе электромагнитных и гравитационных сил стимулировало интерес учёных к осмыслению понятия физического поля как проявления некой более универсальной физической силы, энергии. Эта идея получила своё развитие в классической термодинамике.