Электромагнитная картина мира

Третьей составляющей классической физики является теория электромагнитного поля, которая является основой электромагнитной картины мира. В XVIII веке при изучении электрических явлений было установлено, что:

· в обычном состоянии любое тело содержит равное количество разноименных зарядов, взаимно нейтрализующих друг друга.

· одноименные заряды отталкиваются

· наименьшая устойчивая частица, являющаяся носителем элементарного отрицательного заряда - электрон, имеющий массу m_o^e=9,1×10^{-31 кг.}

· электрический заряд частицы является дискретным, т.е. состоящим из отдельных элементарных порций q=± ne, где n – целое число е – элементарный заряд.

· элементарный электрический заряд равен заряду электрона е=1,6×10^-19 Кл. , это наименьший существующий в природе заряд.

Французский физик Ш.О.Кулон измерил силы, действующие между двумя зарядами.

Закон взаимодействия точечных зарядов, или закон Кулона: cила взаимодействия F двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов q и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними.

где k – коэффициент пропорциональности, который зависит от свойств среды. Таким образом было доказано, что электрическая сила действует так же, как и гравитационная.

В XIX в английский физик М.Фарадей предложил понятие поля. Концепция поля сформировалась после утверждения волновой теории в оптике. Волновая теория рассматривала свет как совокупность электромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты как результат сложения (интерференции) этих волн.

Понятие поле противоречило представлениям о материи как совокупности атомов и пустоты. По мнению Фарадея, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля. Электрический заряд в атоме искажает свойства пространства, т.е. создает поле. Поле неподвижных зарядов получило название электростатического. Силовой характеристикой электростатического поля является его напряженность, энергетической характеристикой поля служит потенциал.

М.Фарадей возражал против атомистического взгляда на строение вещества: наличие атомов и пустого пространства между ними. Он считал, что материя занимает все пространство и не существует без движения. Движение материи происходит в результате действия силы притяжения и отталкивания, заряды являются лишь центрами этих сил притяжения и отталкивания. Заряды проницаемы и простираются на бесконечно большое пространство. Таким образом, среда между зарядами выступает не просто передатчиком взаимодействия зарядов, а является носителем сил; заряды же являются продуктами взаимодействия этих сил. М.Фарадей также высказал предположение о единстве электрических и магнитных явлений и пришел к выводу о существовании электромагнитных волн.

Д.Максвелл развил идеи М.Фарадея, разработав и математически оформив в 1865 г. теорию электромагнитного поля, которая привела к созданию электромагнитной картины мира (ЭМКМ). Сущность теории электромагнитного поля Д.Максвелла заключается в том, что источниками электромагнитного поля могут быть электрические заряды или изменяющиеся во времени магнитные поля. Д.Максвелл также пришел к выводу, что свет является разновидностью электромагнитных волн.

Основные положения теории ЭМКМ:

· Электрическое поле, соответствующее определенному распределению заряда, описывается исходя из закона Кулона

· Магнитные заряды в природе не существуют

· Переменное магнитное поле возбуждает электрический ток

· Магнитное поле возбуждается движущимися электрическими зарядами или переменными электрическими полями

Развивая теорию электромагнитного поля, Д.Максвелл не отвергал и дискретность материи. Он писал: «Даже атом, когда мы приписываем ему способность вращаться, можно представлять состоящим из многих элементарных частиц». Это было сказано в 1873 г. задолго до открытия электрона. Таким образом, Максвелл не отдавал предпочтения ни дискретности, ни непрерывности материи, допуская возможность и того и другого.

После создания ЭМКМ мир стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля (теория близкодействия) (вспомним, что в МКМ господствовал принцип дальнодействия, согласно которому действие различного рода сил передается мгновенно, без участия среды).

Разработав положения ЭМКМ, Максвелл завершил картину мира классической физики. Электромагнитная картина мира по сравнению с механистической картиной мира представляла собой значительный шаг вперед в познании окружающего мира. Многие детали электромагнитной картины мира сохранились в современной естественнонаучной картине мира: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, ядерная модель атома, дуализм корпускулярных и волновых свойств и многое другое. В то же время в электромагнитной картине мира, как и в механистической, господствовали однозначные причинно-следственные связи, для нее характерна метафизичность, отсутствие внутренних противоречий. Открытые уже в то время вероятностные закономерности не признавались фундаментальными, они не включались ни в механистическую, ни в электромагнитную картину мира. Объединить МКМ, ЭМКМ и вероятностные закономерности протекания процессов позволила теория относительности.