Філософські висновки з електромагнітної теорії Максвелла
ФІЗИКА
Частина 4
ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ
Розділ 10 ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ТЕОРІЯ СВІТЛА
10.4. Філософські висновки з електромагнітної теорії Максвелла
Теорія Максвелла формувалась у той час, коли в фізиці ще панувала механічна картина світу. Внаслідок цього, починаючи з другої половини XVIII ст. протягом понад ста років були численні спроби побудувати теорію електричних та магнітних явищ, виходячи з механічних уявлень. Проте ці спроби успіху не мали. Електромагнітні явища виявились дуже специфічними, потребували іншого
Основи нової (електромагнітної) картини світу закладені М. Фарадеєм. Заслуги М. Фарадея щодо створення електродинамічної картини світу та електродинаміки можна порівняти із заслугами Г. Галілея зі створення механічної картини світу і механіки.
У програмі пояснення явищ природи, яку накреслив М. Фарадей, головну роль відігравала ідея про існування єдиного для всіх явищ природи суцільного матеріального середовища. У фізиці це було новим – континуальним – розумінням матерії, на відміну від ньютонівського корпускулярного розуміння.
Із поняттям суцільного матеріального середовища М. Фарадей
М. Фарадей заклав основи нової (електродинамічної) картини світу, яка краще пояснювала всю сукупність відомих на той час дослідних фактів.
Спираючись на ідеї М. Фарадея, Дж. Максвелл дав перше наукове визначення поняття електромагнітного поля. Розглядаючи поле і матеріальні тіла, що перебувають в електричному та магнітному станах, Дж. Максвелл вважав, що простір не є порожнім, що існує ефірне середовище, яке заповнює весь простір і пронизує всі тіла, є здатним до руху і таким, що передає рух.
Унаслідок великих досягнень теорії поля спочатку припинили побудову механічних моделей ефіру, а потім поняття поля дістало самостійне (і без ефіру) значення як одне з головних фізичних понять, що розширюють наші уявлення про матерію і матеріальну єдність світу.
Ідея поля, яка розширювала конкретно фізичне уявлення про матерію і яку покладено в основу першої немеханічної картини світу, є однією з найважливіших ідей у фізиці другої половини XIX ст., а водночас однією із найважливіших теоретичних передумов теорії Максвелла.
Теоретичними передумовами механіки Ньютона були корпускулярне розуміння матерії та пов’язане з ним поняття далекодії, а ці поняття, у свою чергу, грунтувались на метафізико-матеріалістичних уявленнях про природу.
Шлях до побудови теорії електромагнітних явищ також починався з філософських ідей. Цими ідеями керувався М. Фарадей, вносячи в фізику континуальне розуміння матерії та пов’язане з ним поняття близькодії. Проте на відміну від ідей, що сприяли появі механічної картини світу, філософські ідеї, які зіграли позитивну роль у розвитку електродинамічної картини, були значною мірою стихійно-діалектичними.
Важливо зазначити, що, хоча поняття суцільного середовища, ефіру, енергії та її перетворень підводили до поняття поля, останнє спромоглось оформитись та укріпитись у фізиці лише тоді, коли М. Фарадей, керуючись новими філософськими поглядами на природу, поклав в основу фізичної картини світу континуальні уявлення про матерію.
Теорія Максвелла мала велике значення для розвитку класичної фізики. Вона дала змогу із загальної точки зору охопити велике коло явищ, починаючи від електростатичного поля нерухомих зарядів і закінчуючи електромагнітним полем і світлом зокрема.
Якщо М. Фарадей установив тісний зв’язок між електричним і магнітним полями, то Дж. Максвелл поширив цей зв’язок на світло і електромагнітне поле.
Теорія Максвелла є феноменологічною теорією електромагнітного поля. Це означає, що внутрішній механізм явищ, які відбуваються в середовищі й спричинюють появу електричних і магнітних полів, в теорії не розглядається. Електричні й магнітні властивості середовища характеризуються в теорії Максвелла відносною діелектричною проникністю є і відносною магнітною проникністю ц. Залежність цих величин від властивостей середовища, фізичний зміст явищ, які відбуваються в середовищі при поляризації і намагнічуванні, в теорії Максвелла не розглядаються.
Теорія Максвелла є макроскопічною теорією електромагнітного поля. В ній розглядаються електричні й магнітні поля, утворені макроскопічними зарядами і струмами, тобто зарядами, що зосереджені в об’ємах, значно більших, ніж об’єми окремих атомів і молекул. Крім того, припускається, що відстань від джерел полів до точок спостереження також значно більша, ніж розміри молекул. Тому помітні зміни полів, досліджуваних у теорії Максвелла, можливі лише на великих відстанях порівняно з розмірами атомів і молекул. Нарешті, періоди змінних електричних і магнітних полів мають бути значно більшими за періоди внутрішньо-молекулярних процесів.
Насправді макроскопічні заряди й струми є сукупністю мікроскопічних зарядів і струмів, які утворюють свої електричні й магнітні поля, що неперервно змінюються в кожній точці простору. Тому результуючі електричні й магнітні поля завжди змінні.
Отже, в теорії Максвелла розглядаються усереднені електричні й магнітні поля, причому усереднення відповідних мікрополів проводиться для проміжків часу значно більших за періоди обертання або коливання елементарних зарядів, а також для ділянок поля, розміри яких значно більші, ніж розміри атомів і молекул.
Теорія Максвелла, як і попередні уявлення Фарадея про електричні й магнітні поля, є послідовною теорією близькодії. Вона грунтується на тому, що електричні й магнітні взаємодії відбуваються через посередників – електричне й магнітне поля, в яких вони поширюються зі скінченною швидкістю. Дж. Максвелл довів, що швидкість поширення електричних і магнітних взаємодій дорівнює швидкості світла в певному середовищі. Саме це дало йому змогу розвинути електромагнітну теорію світла.
До відкриття електромагнітного поля речовина фактично ототожнювалась із матерією. З відкриттям поля речовина вже не могла бути єдиним представником матерії: поряд із речовиною другим видом матерії було поле. Це мало важливі філософські наслідки. Відкриття електромагнітного поля створює природничо-науковий фундамент узагальнення поняття матерії та визначення цієї філософської категорії.
Розвиток фізики продемонстрував, що рух мікрооб’єктів є специфічною формою, яка не зводиться до електромагнітного, а тим більше до механічного руху. Квантова механіка, що почала швидко розвиватися, встановила закони цього руху і довела, що їх не можна звести до законів класичної фізики.
