Квинтэссенция. Книга первая

Великим шагом Лоренца было предположение о том, что все вещества, точнее — молекулы всех веществ — состоят из частиц, обладающих электрическими зарядами. Эти заряды равны по величине и противоположны по знаку. Поэтому каждая молекула электрически нейтральна. В проводниках электричества одни заряды могут двигаться относительно других. Так возникает электрический ток. В некоторых случаях в телах может нарушаться компенсация положительного и отрицательного заряда. Они смещаются в пространстве и между зарядами возникает электрическое поле. Заряды, движущиеся с постоянной скоростью, эквиваленты электрическому току и образуют в окружающем пространстве магнитное поле.

При ускорении или замедлении электрических зарядов возникают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Электромагнитное поле, постоянное или меняющееся со временем, и электромагнитные волны влияют на поведение частиц, воздействуя на присущие им электрические заряды.

На этой основе была получена формула, выражающая связь между преломляющей способностью вещества и его плотностью. Она известна под названием формулы Лоренц-Лоренца. Ее название связано с тем, что эту формулу несколько раньше, но совершенно из других соображений получил датский физик с идентичной фамилией Л. В. Лоренц.

В связи с тем, что по-голландски фамилия Лоренц пишется с глухим «т» (Lorentz), эту формулу писали по-русски так: формула Лоренц-Лорентца. Но со временем фонетические соображения возобладали, и теперь пишут — формула Лоренц-Лоренца.

Г. А. Лоренц говорил об этом совпадении: «Открытие одной и той же формулы в одно и то же время двумя учеными, носящими почти одну и ту же фамилию, является очень интересным случаем с точки зрения теории вероятности».

В 1881 году Г. А. Лоренц был избран членом Королевской академии наук в Амстердаме. Высокая честь для начинающего ученого. Члены академии правильно оценили возможности молодого физика.

Лоренц разрабатывал электронную теорию тридцать лет, шлифуя ее идейные основы и извлекая из нее следствия, поддающиеся проверке опытом.

Мы уже знаем, что первый толчок к самостоятельной научной работе Лоренц получил, читая новаторские статьи Максвелла. Он осознал значение идей Максвелла, сравнивая их с трудами Френеля и Фарадея. Лоренц предпочел упругому эфиру Френеля эфир Фарадея-Максвелла, лишенный механических свойств, являющийся переносчиком электрических и магнитных взаимодействий и электромагнитных волн.

Фарадей и Максвелл не ставили вопросов о структуре вещества. Вещество в теории Максвелла обладает лишь двумя характеристиками — диэлектрической и магнитной индукциями. Они связаны соответственно с электрической и магнитной проницаемостями, величинами, определяемыми из опыта.

Лоренц с самого начала представил себе вещество, состоящим из частиц, погруженных в неподвижный эфир. Эфир является сплошным, поэтому он проникает внутрь частиц. При этом частицы, двигаясь, не увлекают за собой эфира. Эфир неподвижен.

Таким образом Лоренц объединил представление о неподвижном эфире и движущихся частицах с электромагнитными полями Фарадея и электромагнитными волнами Максвелла.

Каждая частица несет свой заряд и неразрывно связана с ним. (В то время не были известны нейтральные — не имеющие заряда — частицы. Их открыли много позже.) При перемещении частицы — считал Лоренц, — с нею движется ее заряд. Электрическое и магнитное поля действуют на заряды. Это действие проявляется возникновением сил, приводящих в движение заряды, а они увлекают за собой частицы.

Лоренц вывел простую формулу, позволяющую вычислять эти силы. Они играют главную роль в работе электрических моторов и телевизионных трубок, новейших генераторов электрического тока и в движении космических частиц. Их используют в ускорителях частиц и в лазерах на свободных электронах.

Когда говорят «сила Лоренца», имеют в виду силы, порождаемые действием электромагнитных полей на движущиеся заряды, силы, определяющие движение свободных частиц или тел, содержащих движущиеся заряды.

Вплоть до 1895 года Лоренц считал эфир абсолютно неподвижным, как бы сопоставляя его с абсолютным пространством Ньютона. Но в 1895 году в книге «Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах» он считал необходимым уточнить свою точку зрения. Он пишет: «Само собой разумеется, что не может быть и речи об абсолютно покоящемся эфире: такое утверждение совершенно бессмысленно. Когда я говорю для краткости о покоящемся эфире, я имею в виду лишь то, что одна его часть не смещается относительно другой и что все возможные движения весомых тел совершаются относительно эфира».

Если требуется пояснение к первой из этих двух фраз, то достаточно сослаться на принцип относительности Галилея: невозможно отличить абсолютный покой от равномерного прямолинейного движения.