Электромагнитная картина мира

Явления электричества и магнетизма были известны людям давно. Древние греки интересовались природой электричества, натирая янтарную палочку кошачьим мехом («электрон» – в переводе с греческого «янтарь»). В древнем Китае был изобретен компас. Научное осмысление этих природных явлений началось в классическом естествознании. Одним из замечательных физиков-самоучек был Майкл Фарадей (1791–1867), он не имел систематического университетского образования, но был хорошо знаком с математикой. М. Фарадей наметил эскиз будущей теории электромагнитного поля. В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М.Фарадей пришел к мысли необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что не только тела должны быть подвергнуты исследованию, но и среда, которая их окружает. Среда у Фарадея становится специальным предметом изучения как носитель принципиально важных процессов, передающих взаимодействие между предметами. Первоначально Фарадей предлагает понятие магнитных силовых линий, но с 1852 года вводит понятие поля. Одним из первых идеи Фарадея оценил и развил в теорию Д.К.Максвелл (1831–1879). При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира, а его теория электромагнитного поля – это лишь математическое оформление идей Фарадея. Из теории следовало, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Характерной особенностью поля, в отличие от вещества, является отсутствие у него точной локализации. В то время как физическое тело представляет собой дискретное образование, заполняющее определенный объем, поле непрерывно распределено во всем пространстве.

Электромагнитное поле, как и обычные физические тела, обладает энергией и импульсом, но, в отличие от вещества, все его изменения во времени распространяются в пространстве с огромной скоростью в виде электромагнитных волн. Тем самым отпал вопрос о построении механистической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Открытие Фарадея и Максвелла сравнимо по научной значимости с открытием закона всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобщего тяготения, труды Фарадея и Максвелла – к введению понятия электромагнитного поля и электромагнитной природы света. Теория электромагнитного поля была развита впоследствии Гендриком Лоренцем, после работ которого она приняла современный вид.

Для физики середины XIX века поле стало новой фундаментальной физической реальностью, которая не сводится ни к материальным точкам, ни к веществу, ни к атомам. К концу XIX века взгляды на материю менялись кардинально:

• совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нем;

• движение понималось не только как простое механическое перемещение; первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики;

• ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям, т.к. поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет;

• время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле;

• пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (реляция – отношение) концепции пространства и времени.

Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении. Следовательно, теорию Максвелла нельзя интерпретировать как новую (электромагнитную) картину мира, т.к. она связана с качественно новой интерпретацией одного из объектов реальности, а не с целой группой базовых понятий. Теория Максвелла выдвинула один единственный новый принцип – принцип близкодействия (силовое действие передается от точки к точке), в остальном же просто вышла за рамки МКМ, обнаружив ее очевидные противоречия и слабые стороны. Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механистической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов. К концу XIX века накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения.

Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводам, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили Г.Лоренц и А.Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики.