Электромагнитная картина мира

ПРЕДПОСЫЛКИ возникновения ЭМКМ
Электрические и магнитные явления были известны человечеству с древности.
Само понятие «электрические явления» восходит к Древней Греции (два куска янтаря («электрон»), потертые тряпочкой, отталкиваются друг от друга, притягивают мелкие предметы и т.д.)
Впоследствии было установлено, что существует как бы два вида электричества: положительное и отрицательное.
Свойство свободного магнита устанавливаться в направлении «Север-Юг» уже во II в. до н.э. использовалось в Древнем Китае во время путешествий. Первое же в Европе опытное исследование магнита было проведено во Франции в XIII в. В результате было установлено наличие у магнита двух полюсов.

В 1600 г. Гильбертом была выдвинута гипотеза о том, что Земля представляет собой большой магнит.

XIII век, ознаменовавшийся становлением МКМ, фактически положил начало и систематическим исследованиям электрических явлений.
Было установлено, что одноименные заряды отталкиваются, появился простейший прибор – электроскоп.
В середине XIII в. была установлена элект-
рическая природа молнии (исследования
Б.Франклина, М. Ломоносова, Г. Рихмана)
В 1759 г. английский естествоиспытатель
Р.Симмер сделал заключение о том, что в обыч-
ном состоянии любое тело содержит равное коли-
чество разноименных зарядов, взаимно нейтрализующих друг друга.
При электризации происходит их перераспределение.

В конце XIX, начале XX века опытным путем было установлено, что электрический заряд состоит из целого числа элементарных зарядов
В 1897 г. Дж. Томсоном была открыта и наименьшая устойчивая частица, являющаяся носителем элементарного отрицательного заряда (электрон).
К концу XVIII в. установлены уже количественный закон взаимодействия зарядов и закон так называемых «магнитных масс»— законы Кулона.
Природа магнетизма оставалась неясной до конца XIX в., а электрические и магнитные явления рассматривались независимо друг от друга, пока в 1820 г. датский физик Х. Эрстед не открыл магнитное поле у проводника с током. Так была установлена связь электричества и магнетизма.

Начиная с опытов Эрстеда (1820 г.) устанавлива-
ется связь электрических и магнитных явлении
и бурно развивается учение об элекгромагнетизме.
Открывается действие магнита на ток (Ампер, Фарадей), взаимодействие токов (Ампер), явление электромагнитной индукции (Фарадей). Интерес к изучению электромагнетизма стимулируется открытием практического применения электрического тока (создание электромагнита и его примененне в телеграфе, тепловое действие тока и его применение в осветительных приборах, электродвигатели, электрохимия).

В течение сентября 1820 г. французский
физик, химик и математик А.М. Ампер раз-
рабатывает новый раздел науки об электри-
честве –электродинамику.
Все новые открытия в этой области трактуются в духе МКМ и получают механическое объяснение. Это проявляется и в попытках свести электромагнитные явления к движению особых субстанций, и в использовании принципа дальнодействия для объяснения электрических и магнитных взаимодействий.

Итак, в первой половине XIX в. накоплен обширный круг фактов в области электричества и магнетизма, установлены законы электромагнитного взаимодействия, найдены пути практического применения электричества, но нет
единой теории электромагнитных явлений.

Неудовлетворенность представлениями в учении об электромагнетизме хорошо проявляется в высказываниях ученых того времени:
В. Томпсон: «Скажите мне, что такое
электричество, и я объясню вам все остальное»

Д. Макcвeлл: «Мы до сего времени
находимся в неведении относительно природы
электричества»
Г. Гельмгольц: «Область электродинамики
представляла собой хаотическое царство, в
котором трудно было разобраться»

В дальнейшем важнейшими открытиями в области электричества явились открытый Г. Омом (1826) закон I=U/R и для замкнутой цепи I= ЭДС/(R+r), а также закон Джоуля-Ленца для количества тепла, выделяющегося при прохождении тока по неподвижному проводнику за время t: Q = IUT.
Исследования английского физика М.Фарадея (1791-1867) придали определенную завершенность изучению электромагнетизма. Зная об открытии Эрстеда и разделяя идею о взаимосвязи явлений электричества и магнетизма, Фарадей в 1821 г. поставил задачу «превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет экспериментальной работы он открыл закон электромагнитной индукции.

С 1831 по 1855 гг. выходит в свет в виде серий главный труд Фарадея «Экспериментальные исследования по электричеству».
Работая над исследованием электромагнитной индукции, Фарадей приходит к выводу о существовании электромагнитных волн. Позже, в 1831 г. он высказывает идею об электромагнитной природе света.
Одним из первых, кто оценил работы Фарадея и его открытия, был Д.Максвелл, который развил идеи Фарадея, разработав в 1865 г. теорию электромагнитного поля, которая значительно расширила взгляды физиков на материю и привела к созданию электромагнитной картины мира (ЭМКМ).

Становление ЭМКМ
Концепция силовых линий,
предложенная Фарадеем, долгое время
не принималась всерьез другими
учеными. Дело в том, что Фарадей,
не владея достаточно хорошо
математическим аппаратом, не дал
убедительного обоснования своим
выводам на языке формул.
(«Это был ум, который никогда не
погрязал в формулах» – сказал о нем
А.Эйнштейн).

Блестящий математик и физик Джеймс Максвелл берет под защиту метод Фарадея, его идею близкодействия и поля, утверждая, что идеи Фарадея могут быть выражены в виде обычных математических формул, и эти формулы сравнимы с формулами профессиональных математиков.
Теорию поля Д. Максвелл разрабатывает в своих трудах «О физических линиях силы» (1861-1865) и «Динамическая теория поля (1864-1865). В последней работе и была дана система знаменитых уравнений, которые (по словам Герца) составляют суть теории Максвелла.

Эта суть сводилась к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля. Таким образом, в физику была введена новая реальность – электромагнитное поле. Это ознаменовало начало нового этапа в физике - этапа, на котором электромагнитное поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия.

Мир стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
Вершиной научного творчества Максвелла явился «Трактат по электричеству и магнетизму».

После появления уравнений Максвелла стало ясно, что они предсказывают существование неизвестного науке природного явления — поперечных электромагнитных волн, представляющих собой распространяющиеся в пространстве со скоростью света колебания взаимосвязанных электрического и магнитного поля.

Сделав это открытие, Максвелл сразу же определил, что видимый свет является «всего лишь» разновидностью электромагнитных волн. Скорость света получило свое обозначение буквой «с», в отличие от привычного обозначения скорости «v»
На основе своей теории Максвелл предсказал существование давления, оказываемого электромагнитной волной, а, следовательно, и светом, что было блестяще доказано экспериментально в 1906 г. русским ученым П.Н. Лебедевым.

Основные элементы ЭМКМ
1. Существование еще одного вида материи — поля. Свет рассматривается как электромагнитный процесс
2. Движение материи осуществляется не только в форме перемещения частиц, но и в форме распространения электромагнитных волн. Элекгромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света.
3. Взаимосвязь объектов осуществляется не только посредством тяготения, но и посредством электромагнитного взаимодей-
ствия

Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество, магнетизм, свет объяснялись на основе одних и тех же законов.
Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия.
Представление о пространстве и времени

Ньютоновская концепция абсолютного пространства и абсолютного времени не подходила к новым полевым представлениям о материи, так как поля не имеют четко очерченных границ и перекрывают друг друга. Было ясно, что пространство и время должны перестать быть самостоятельными, независимыми oт материи сущностями. Но инерция мышления и сила привычки были столь велики, что еще долго ученые предпочитали верить в существование абсолютного пространства и абсолютного времени. Лишь к началу XX века эти взгляды уступили место относительной концепции пространства и времени, в соответствии с которой пространство, время и материя существуют только вместе, полностью зависят друг от друга.

Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, Эйнштейн ввел в электромагнитную картину
мира идею относительности
пространства и времени.
Тем самым было устранено
противоречие между понима-
нием континуальных (полевых)
представлений о материи и
ньютоновской концепцией
абсолютного пространства
и времени.

Характерные для всей науки
XIX века идеи постепенно
проникают и в астрономию,
которая демонстрирует все
большие успехи. На ее счету
открытие Урана В. Гершелем
изучение им же туманностей
и создание теории
островной Вселенной,
попытки измерить
Галактику и оценить расстояния до других туманностей.
Представление о Вселенной