Электромагнитная картина мира

В процессе длительных размышлений о сущности электри­ческих и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о ма­терии континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем яв­ляются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал во­прос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Ос­новная трудность в объяснении света при помощи понятия эфира состояла в следующем: если эфир - сплошная среда, то он не должен препятствовать движению в нем тел и, следова­тельно, должен быть подобен очень легкому газу. В опытах со светом были установлены два фундаментальных факта: свето­вые и электромагнитные колебания являются не продольными, а поперечными, и скорость распространения этих колебаний очень велика. В механике же было показано, что поперечные колебания возможны только в твердых телах, причем скорость их зависит от плотности тела. Для такой большой скорости, как скорость света, плотность эфира во много раз должна была пре­восходить плотность стали. Но тогда, как же двигаются тела?

Одним из первых идеи Фарадея оценил Максвелл. При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом из­менявшие прежнюю механическую картину мира.

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 электродина-» мики.

Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к полевым представлениям. Поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет. Так же и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями. Понимание пространства и времени как абсо­лютных уступило место реляционной (относительной) концеп­ции пространства и времени.

Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близко действия; любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерыв­но и с конечной скоростью.

Хотя законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, и случайность все еще пытались исключить из физической картины мира, создание кинетической теории газов ввело в теорию, а затем и в электромагнитную картину мира понятие вероятности. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероят­ностными характеристиками четкие однозначные законы, по­добные законам Ньютона.

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.

Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механиче­ской картины мира. Она глубже вскрыла материальное един­ство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.

Однако и на этом пути вскоре стали возникать непреодо­лимые трудности. Так, согласно электромагнитной картине мира, заряд стал считаться точечным центром, а факты свиде­тельствовали о конечной протяженности частицы-заряда. По­этому уже в электронной теории Лоренца частица-заряд во­преки новой картине мира рассматривалась в виде твердого заряженного шарика, обладающего массой. Непонятными оказались результаты опытов Майкельсона 1881 - 1887 гг., где он пытался обнаружить движение тела по инерции при помо­щи приборов, находящихся на этом теле. По теории Максвел­ла, такое движение можно было обнаружить, но опыт не под­тверждал этого. Но тогда об этих мелких неприятностях и неувязках физики постарались забыть, более того, выводы теории Максвелла были абсолютизированы, так что даже та­кой крупный физик, как Кирхгоф, считал, что в физике не ос­талось ничего неизвестного и неоткрытого.

Но к концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недо-строенностью 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 Лоренц и Пуанкаре, чьи работы завершают доэйн-штейновский период развития физики.

Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн ввел в электро­магнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между понима­нием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в элек­тромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.

Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках элек­тромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяго­тения, для чего ввел понятие об относительности пространст­ва и времени и о кривизне единого четырехмерного про­странственно-временного континуума, зависящей от распре­деления масс.

Но даже создание этой теории уже не могло спасти элек­тромагнитную картину мира. С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромаг­нитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превраще­нием одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей. На этой основе появились эм­пирические модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочислен­ных попыток построить теорию излучения был вынужден вы­сказать предположение о прерывности процессов излучения.