Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 10 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА

10.4. Философские выводы из электромагнитной теории Максвелла

Теория Максвелла формировалась в то время, когда в физике еще господствовала механическая картина мира. Вследствие этого, начиная со второй половины XVIII в. в течение более ста лет были многочисленные попытки построить теорию электрических и магнитных явлений, исходя из механических представлений. Однако эти попытки успеха не имели. Электромагнитные явления оказались очень специфическими, требовали другого подхода.

Основы новой (электромагнитной) картины мира заложены М. Фарадеем. Заслуги М. Фарадея по созданию электродинамической картины мира и электродинамики можно сравнить с заслугами Г. Галилея по созданию механической картины мира и механики.

В программе объяснения явлений природы, начертанной М. Фарадей, главную роль играла идея о существовании единого для всех явлений природы сплошной материальной среды. В физике это было новым - континуальним - пониманием материи, в отличие от ньютонівського корпускулярного понимание.

С понятием сплошного материального среды Г. Фарадей связывал соответствующие представления о движении (колебания сплошной сферы) и о взаимодействие и взаимосвязь (близькодію). Чтобы фарадеївські представления о природе составили целостную систему, им не хватало соответствующего понимание пространства и времени, которое лишь в неявном виде содержалось в новых представлениях о материи, движении и взаимосвязи.

М. Фарадей заложил основы новой (электродинамической) картины мира, которая лучше объясняла всю совокупность известных на то время опытных фактов.

Опираясь на идеи М. Фарадея, Дж. Максвелл дал первое научное определение понятия электромагнитного поля. Рассматривая поле и материальные тела, находящиеся в электрическом и магнитном состояниях, Дж. Максвелл считал, что пространство не является пустым, что существует эфирное среда, которая заполняет все пространство и пронизывает все тела, является способным к движению и таким, которое передает движение.

Вследствие больших достижений теории поля сначала прекратили построение механических моделей эфира, а затем понятие поля достало самостоятельное (без эфира) значение как одно из главных физических понятий, что расширяют наши представления о материи и материальное единство мира.

Идея поля, которая расширяла конкретно физическое представление о материи и который положен в основу первой немеханічної картины мира, является одной из важнейших идей в физике второй половины XIX в., а в то же время одной из важнейших теоретических предпосылок теории Максвелла.

Теоретическими предпосылками механики Ньютона были корпускулярное понимание материи и связанное с ним понятие далекодії, а эти понятия, в свою очередь, основывались на метафізико-материалистических представлениях о природе.

Путь к построению теории электромагнитных явлений также начинался с философских идей. Этими идеями руководствовался М. Фарадей, внося в физику континуальное понимание материи и связанное с ним понятие близкодействия. Однако в отличие от идей, которые способствовали появлению механической картины мира, философские идеи, которые сыграли положительную роль в развития электродинамической картины, были в значительной мере стихийно-диалектическими.

Важно отметить, что, хотя понятие сплошной среды, эфира, энергии и ее преобразований подводили к понятию поля, последнее смогло оформиться и укрепиться в физике только тогда, когда М. Фарадей, руководствуясь новыми философскими взглядами на природу, положил в основу физической картины мира континуальні представление о материи.

Теория Максвелла имела большое значение для развития классической физики. Она позволила с общей точки зрения охватить большой круг явлений, начиная от электростатического поля неподвижных зарядов и заканчивая электромагнитным полем и светом частности.

Если М. Фарадей установил тесный связь между электрическим и магнитным полями, то Дж. Максвелл распространил эту связь на свет и электромагнитное поле.

Теория Максвелла является феноменологической теорией электромагнитного поля. Это означает, что внутренний механизм явлений, которые происходящие в среде и вызывают появление электрических и магнитных полей, в теории не рассматривается. Электрические и магнитные свойства среды характеризуются в теории Максвелла относительной диэлектрической проницаемостью есть и относительной магнитной проницаемостью ц. Зависимость этих величин от свойств среды, физический смысл явлений, происходящих в среде при поляризации и намагничивании, в теории Максвелла не рассматриваются.

Теория Максвелла является макроскопической теорией электромагнитного поля. В ней рассматриваются электрические и магнитные поля, образованные макроскопическими зарядами и токами, т.е. зарядами, находящимися в объемах, значительно больших, чем объемы отдельных атомов и молекул. Кроме того, предполагается, что расстояние от источника поля до точки наблюдения также значительно больше, чем размеры молекул. Поэтому заметные изменения полей, исследуемых в теории Максвелла, возможны лишь на больших расстояниях по сравнению с размерами атомов и молекул. Наконец, периоды переменных электрических и магнитных полей должны быть значительно большими за периоды внутренне-молекулярных процессов.

На самом деле макроскопические заряды и токи является совокупностью микроскопических зарядов и токов, которые образуют свои электрические и магнитные поля, непрерывно изменяются в каждой точке пространства. Поэтому результирующие электрические и магнитные поля всегда переменные.

Итак, в теории Максвелла рассматриваются усредненные электрические и магнитные поля, причем усреднение соответствующих мікрополів проводится для промежутков времени значительно больших за периоды вращения или колебания элементарных зарядов, а также для участков поля, размеры которых значительно больше, чем размеры атомов и молекул.

Теория Максвелла, как и предыдущие представления Фарадея о электрические и магнитные поля, является последовательной теорией близкодействия. Она основывается на том, что электрические и магнитные взаимодействия происходят через посредников - электрическое и магнитное поля, в которых они распространяются с конечной скоростью. Дж. Максвелл доказал, что скорость распространения электрических и магнитных взаимодействий равна скорости света в определенной среде. Именно это дало ему возможность развить электромагнитную теорию света.

До открытия электромагнитного поля вещество фактически отождествлялась с материей. С открытием поля вещество уже не могла быть единственным представителем материи: наряду с веществом вторым видом материи было поле. Это имело важные философские последствия. Открытие электромагнитного поля создает естественно-научный фундамент обобщения понятие материи и определение этой философской категории.

Развитие физики продемонстрировал, что движение микрообъектов является специфической формой, которая не сводится к электромагнитному, а тем более к механическому движению. Квантовая механика, которая начала быстро развиваться, установила законы этого движения и доказала, что их нельзя свести к законов классической физики.