Новая история стран Европы и Америки XVI–XIX века. Часть 1

Открытия Эрстеда и Зеебека, Ампера и Ома сформировали общую концепцию электродинамики, которая органично сочеталась с постулатами первого начала термодинамики. В европейском научном сообществе постепенно закрепилось представление об электромагнетизме как наиболее «глубинном» природном явлении. Тем самым, электродинамика вытеснила механику в качестве основы «ньютоновской картины мира». Но основоположники электродинамической теории рассматривали электрический ток в качестве последовательных мгновенных электромагнитных взаимодействий отдельных частиц вещества. Первые теории термодинамики также основывались на схожих представлениях о «тепловом потоке». Таким образом, в обоих случаях сохранялся корпускулярный подход к пониманию природы физических явлений. Материя рассматривалась как совокупность корпускул – частиц с той или иной массой, объемом, давлением, температурой, взаимодействие которых образует потоки реагирующих веществ. Преодоление этого метафизического принципа было связано с формированием континуальных теорий (теорий континуума, «сплошной среды»). Первым опытом подобного рода стало исследование явлений электромагнитного поля.

Выявить обратную связь магнетизма и электричества, т. е. способность магнитных явлений индуцировать (вызывать) электрический ток, удалось английскому ученому Майклу Фарадею (1791–1867). В 1831 г. он впервые продемонстрировал серию опытов, в ходе которых при движении магнита относительно проводникового контура возникал электрический ток. Попытка объяснить направление получаемого таким образом тока привела Фарадея к открытию «магнитных кривых» – особых линий магнитных сил, взаимодействие с которыми и создает явление электромагнитной индукции. В итоге Фарадей пришел к идее о том, что электромагнетизм порождается не прямым взаимодействием зарядов и частиц вещества, а особым пространством между ними – эфиром, пронизанным «силовыми трубками» (силовыми линиями). Это пространство Фарадей определил как электромагнитное поле.

Выдающийся вклад в развитие теории электромагнитного поля внес шотландец Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879). Он не только выразил известные тогда соотношения электродинамики на математическом языке, но и создал систему уравнений («уравнения Максвелла»), описывающих все основные закономерности электромагнитных явлений. Электромагнитное поле Максвелл представлял «частью пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом и магнитном состоянии». Он доказал, что изменение такого поля закономерно приводит и к изменениям в силовых линях. Таким образом, электромагнитные взаимодействия можно рассматривать как импульсы или волны, распространяющиеся в среде. Максвелл создал уравнение для расчета скорости распространения таких волн («электромагнитного возмущения»). Задача получения электромагнитных волн в широком спектральном диапазоне была решена последователями Максвелла, и это открытие позволило создать все виды радиосвязи.

Еще одним направлением в развитии континуальных исследований стала волновая теория света, созданная в начале XIX в. Ее основоположником является английский физик Томас Юнг (1773–1829). Используя аналогии между световыми и акустическими явлениями, он впервые выдвинул аргументы против господствовавшей тогда корпускулярной теории света. Юнг рассматривал свет как колеблющееся движение частиц особой разновидности материи – эфира. Интерференция (сложение) колебаний света, по его мнению, и объясняет природу окрашивания.

Французский ученый Огюстен Френель (1788–1827) придал волной теории света более строгое математическое обоснование, а также выдвинул гипотезу о поперечности колебаний световых волн, т. е. колебаний в плоскости, перпендикулярной направлению их движения. Эта идея позволила объяснить преломление света, его прямолинейное распространение, полное внутреннее отражение и другие оптические явления. Но анализ механических свойств эфира стал при этом еще более проблематичным – поперечные колебания распространяются только в твердых средах, тогда как эфир современники Френеля считали максимально разреженной сферой, «наилегчайшей материей». Выход из этого противоречия был предложен Максвеллом, рассматривавшим световые волны как частное проявление электромагнетизма, а эфир – как полевое, континуальное явление. Экспериментально же волновая теория была полностью подтверждена при изучении движения света в разных средах. Арман Физо (1819–1896) в 1849 г. установил скорость света в наземных условиях, а Жан Бернар Фуко (1819–1868) в 1853 г. – скорость света в воде.