65 ½ (не)детских вопросов о том, как устроено всё

Еще через год другой французский физик Леон Фуко (1819–1868) немного усовершенствовал этот эксперимент, увеличив точность измерений. Он получил значение скорости света, равное 298 000 км/с, при этом погрешность составила 500 км/с. После этого эксперимент многократно повторялся, видоизменялся, а точность измерений постоянно увеличивалась. Наконец в 1972 году, уже с помощью лазеров, удалось снизить погрешность измерений скорости света приблизилась до 1 м/с и получить значение равное 299 792 458 м/с. Оказалось, что еще больше увеличить точность измерений скорости света невозможно из-за того, что эталон одного метра (металлический брусок из сплава платины и иридия) изготавливался именно с такой погрешностью. Поэтому в 1983 году на XVII Генеральной конференции по мерам и весам было принято решение отныне в качестве эталона одного метра считать не длину этого бруска, а расстояние, которое свет проходит за 1/299 792 458 долю секунды. Так что скорость света равна в точности 299 792 458 м/с.

Конечно, в масштабах Земли это очень большая скорость. Поэтому в повседневной жизни нам кажется, что свет распространяется мгновенно. Действительно, всего за 1 секунду свет может облететь 7,5 раза вокруг Земли (разумеется, при условии, что вам удастся заставить его двигаться именно по экватору). Однако в космических масштабах это уже не такая уж и огромная величина. К примеру, от Солнца до Земли свет идет примерно восемь минут; до Нептуна, самой далекой планеты Солнечной системы, – более четырех часов; а до ближайшей к Солнцу звезды, Проксимы Центавра, – вообще более четырех лет. Так что если вам захочется поговорить с кем-нибудь из этой звездной системы, то придется ждать ответа на каждый свой вопрос более восьми лет: сначала четыре года, пока ваш сигнал дойдет до Проксимы Центавра, и потом еще столько же, пока ответный сигнал вашего собеседника дойдет до Земли. А если мы взглянем на совсем далекие от Земли звезды, то свет от них может идти до нас миллионы или даже миллиарды лет. О таких космических масштабах мы поговорим в главе «Насколько огромна наша Вселенная?» (стр. 320).

Электромагнетизм – вторая из четырех фундаментальных сил, существующих в природе. Это настолько важная сила, что ее влияние на нашу жизнь очень сложно переоценить. Именно электромагнитное взаимодействие создает силы трения и силы упругости, с которыми мы познакомились в предыдущей части книги. Да и любые взаимодействия между отдельными атомами и молекулами также имеют электромагнитную природу. Поэтому практически все химические и биологические процессы управляются этой силой. Благодаря электромагнетизму мы вообще можем видеть, поскольку свет – это один из видов электромагнитных волн. За счет электрической энергии работают все наши бытовые приборы. Поэтому во второй части этой книги мы обсудим электродинамику – раздел классической физики, который описывает электрические и магнитные явления.

Часть 2 Электродинамика

Вопрос 10. Откуда берется электричество и какое оно бывает?

С электричеством мы сталкиваемся практически каждый день, наши дома буквально наполнены всяческими электроприборами: лампы, телевизоры, компьютеры, холодильники, стиральные машины и т. д. И всё это превратится просто в груду бесполезного металлолома, если не будет его – электричества! Но что это такое? Откуда оно берется и как попадает к нам в дом? Давайте разберемся.

Прежде всего следует отметить, что «электричество» – это весьма неоднозначное понятие, и его используют для описания целого класса физических явлений. В обычной жизни мы говорим об электричестве, подразумевая электрический ток в проводах либо статическое электричество – те самые искры, которые возникают, когда вы снимаете шерстяной свитер, шелковую или синтетическую кофточку. В физике же изучение электричества начинается с самых базовых его элементов – электрических зарядов. Именно их движение является причиной и тока в проводах, и искрящегося свитера.

Но откуда берутся эти самые электрические заряды? А ниоткуда! Точнее, они всегда рядом с нами, вокруг нас, и даже мы сами состоим из этих электрических зарядов – элементарных частиц: протонов и электронов[12]. Но об их существовании физики узнали только в конце XIX – начале XX века. А до этого было известно только, что существует два типа электрических зарядов: положительные и отрицательные. Еще их называли «стеклянное» и «смоляное» электричество, потому что они появлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть – но, согласитесь, более удобно обозначать тип заряда просто знаком «+» или «—». Более того, при дальнейшем изучении электрических зарядов выяснилось, что одноименные заряды (например, «+» и «+») отталкиваются друг от друга, а разноименные («+» и «—») притягиваются. Возможно, отсюда и пошла поговорка «противоположности притягиваются».

Точное математическое выражение для величины этой силы взаимодействия электрических зарядов описал и проверил экспериментально французский физик Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) в 1785 году: