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

Таким образом, можно построить поле любой физической величины. Главное – чтобы эта величина была определена в каждой точке пространства. Например, построить поле масс у вас не получится, т. к. масса – это величина, «привязанная» к определенному предмету (масса этого объекта), и определена только в точке, где находится этот объект. А вот поле плотности вещества построить можно, т. к. в одних точках вещество может быть более плотным, а в других – менее плотным. Так что в концепции поля нет ничего мистического – это просто очень удобный способ описывать физические величины, определенные сразу во всех точках рассматриваемого пространства. Так же и электрическое поле – просто показывает, величину и направление электрической силы в каждой точке пространства.

Конечно, остается открытым вопрос о том, почему же все-таки заряды притягиваются. Ведь концепция поля просто описывает эту силу, говорит, в каких точках она больше, а в каких меньше, но не дает объяснения о причинах ее возникновения. Это действительно так, и в рамках классической электродинамики ответом будет «так устроена природа», просто вокруг любого заряда существует некое электрическое поле, за счет которого и осуществляется взаимодействие с другими зарядами. И физики не были бы физиками, если бы не пошли дальше и не стали разбираться в причинах возникновения этих полей и механизмах их взаимодействия. Но это уже совсем другая история, которую мы рассмотрим в главе «Что такое квантовые поля?» (стр. 302).

4) В качестве еще одного примера рассмотрим магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Кстати, магнитное поле, в отличие от электрического, можно довольно легко увидеть. Возьмем для этого обычный лист бумаги, насыпем на него железных стружек и поднесем снизу постоянный магнит. Мы увидим, что все опилки выстроились в стройную картину, состоящую из множества линий.

Так происходит потому, что каждая отдельная стружка представляет собой маленький магнит, который захватывается магнитным полем и выстраивается вдоль линий этого поля. Там, где магнитная сила больше, туда притянется больше опилок, а где сила слабее – туда меньше. Таким образом мы можем увидеть распределение силовых линий магнитного поля.

Вопрос 12. Почему магниты притягиваются, или Как работает компас?

Возможно, вы уже догадались, какой будет ответ (если прочитали предыдущую главу). Магниты притягиваются, потому что вокруг любого магнита существует магнитное поле. И именно за счет этого поля магниты притягиваются друг к другу. Согласитесь, такое себе объяснение. Ведь из него совершенно непонятно, откуда берется это самое поле и как оно получается из магнитов. Несмотря на это, для решения многих задач в классической электродинамике этого оказывается вполне достаточно. Как минимум, для описания самого феномена магнетизма.

Людям с древних времен (как минимум с четвертого тысячелетия до н. э.) известно свойство некоторых горных пород притягивать металлические предметы на расстоянии. По разным историческим данным, уже во втором тысячелетии до н. э. китайские мореплаватели использовали для навигации кораблей компас, сделанный из магнитного железняка. Также описание свойств магнитов можно встретить в различных источниках Древней Греции и Индии.

Что же ученым удалось выяснить про свойства магнитов? Во-первых, не все вещества и даже не все металлы обладают магнитными свойствами, а только так называемые ферромагнетики: железо, кобальт, никель и некоторые другие вещества. Во-вторых, любой магнит имеет два полюса: северный и южный (эти названия весьма условны, и можно было назвать полюса просто «красный» и «синий», или «полюс N» и «полюс S») – многие магниты даже специально подкрашивают с двух сторон разными цветами, чтобы это показать.

Причем, если поднести два магнита друг к другу одноименными полюсам, то они будут отталкиваться, а если разноименными – притягиваться. Это очень похоже на поведение электрических зарядов. И это сходство неслучайно (но об этом мы поговорим чуть позже).

Хорошо, пусть у магнита два полюса. Но что будет, если распилить его пополам? Получим ли мы два куска магнита: первый только с северным полюсом и второй только с южным? Оказывается, что нет. В реальности мы просто получим два маленьких магнита, и у каждого из них будет также по два полюса. И так можно пилить магнит хоть до бесконечности – мы всё равно будем получать более мелкие магниты с двумя полюсами. На научном языке это можно сформулировать так: не существует магнитных зарядов (или магнитных монополей). Причина этого кроется в том, как возникает магнитное поле. Об этом мы поговорим в главе «Откуда берется магнитное поле?» (стр. с. 75).