ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.04.2024
Просмотров: 450
Скачиваний: 0
Дж.К.Максвелл, 1877 г.
1. Дж.К.Максвелл. Относительное движение эфира (1877)
Джеймс Клерк Максвелл, Лондонское королевское об- щество, статья «Эфир» для 9-го издания энциклопедии «Британика»
Эфир (αιθηρ, вероятно, от αιθω — го- рю, хотя Платон, в своем «Кратиле» (410, в) производит название от его беспре- рывного движения — οτι αει θει περι τον αερα ρεωαν αειθεηρ διχαιος αν χαλοτο), материальная субстанция, несравненно более тонкая, нежели видимые тела, предполагается существующей в тех час- тях пространства, которые кажутся пус- тыми.
Гипотезу эфира поддерживали раз- личные мыслители по различным причи-
нам. Для тех, кто поддерживал как философский принцип воззре- ние, что все пространство наполнено, — тот принцип, что природа боится пустоты, — было достаточным основанием, чтобы предло- жить всенаполняющий эфир, если бы даже всякий другой аргумент говорил против. Для Декарта, который сделал протяженность единственным существенным свойством материи, а материю — необходимым условием протяженности, само существование тел, разделенных расстоянием одно от другого, было доказательством существования непрерывной среды между ними.
Но кроме этих, крайне метафизических необходимостей суще- ствования среды, были и другие более мирские потребности в на- полнении пространства эфирами. Изобретали эфиры для планет, в котором они могли бы плавать, для образования электрических ат- мосфер и магнитных истечений, для передачи ощущений от одной части нашего тела к другой и т. д., пока все пространство не было наполнено тремя или четырьмя эфирами. Только когда мы вспом- ним о весьма распространенном и нездоровом влиянии, какое вна- чале оказывали на науку эти гипотезы эфиров, мы будем в состоя-
8
Глава 1. Относительное движение эфира
нии оценить ту боязнь эфиров, которая замечается у людей здраво- мыслящих в течение XVIII столетия и которая, вероятно, как род наследственного предрассудка, унаследована была и покойным Джоном Стюартом Миллем.
Ученики Ньютона держались того мнения, что в факте взаим- ного тяготения небесных тел, согласно ньютонову закону, мы име- ем полный количественный отчет об их движениях; и они стреми- лись следовать далее по пути, проложенному Ньютоном, изучая и измеряя притяжения и отталкивания наэлектризованных и намаг- ниченных тел и силы сцепления внутри тел, не пытаясь давать от- чета в том, что это за силы.
Однако сам Ньютон пытался объяснить тяготение разницами давления в эфире (см. статью «Притяжение»); но он не опублико- вывал своей теории, «так как ему не удалось на основании опытов и наблюдений дать удовлетворительные объяснения касательно этой среды и касательно того, как она действует, производя глав- ные явления природы».*
* Третья книга «Математических начал натуральной философии» Ньютона заканчивается следующим местом из «Общего поучения»: «Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфи- ре, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силой и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях вза- имно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются, наэлектри- зованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет испускается, отражается, пре- ломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается всякое чувст- вование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, пере- даваясь именно колебаниям этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам. Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного запаса опытов, коими законы действия этого эфира были бы точно определены и показаны». (Ньютон, Мате-
матические начала натуральной философии, Известия Николаевской Морской Академии, вып. V, стр. 592.) В письме к Бойлю от 26 февра- ля 1673/74 г. Ньютон подробно изложил свою точку зрения на эфир и
на возможность объяснения тяготения действием эфира. (Письмо Ньютона Бойлю. Newtoni Opera. Ed. Horsley, 1782 г., т. IV, стр. 385.)
Цит. по Джеймс Кларк Максвелл. Речи и статьи. Перевод под редак-
цией В.Ф.Миткевича. Государственное издательство технико- теоретической литературы, М.-Л.:1940., стр. 222-223 http://bit.ly/gTJKic — Прим. ред.
9
Дж.К.Максвелл, 1877 г.
С другой стороны, все вводившие эфиры для объяснения явле- ний не могли указать, какова природа движения этих сред и не могли доказать, что среды, ими придуманные, производят те эф- фекты, для объяснения которых они и были придуманы. Только один эфир пережил остальные, это — эфир, придуманный Гюйген- сом для объяснения распространения света. Доказательства в поль- зу существования светоносного эфира получили прочную опору, когда были открыты новые явления света и других излучений; и свойства этой среды, выведенные на основании явлений света, ока- зались совершенно такими же, какие требуются для объяснения электромагнитных явлений.
Функции эфира в отношении распростране- ния излучений
Полное доказательство в пользу волновой теории света будет дано в статье «Свет»; здесь же мы дадим краткое резюме этого до- казательства, поскольку оно касается существования эфира.
Что самый свет не есть вещество, доказывается явлением ин- терференции. Луч света от некоторого источника разделяют из- вестными оптическими способами на две части, и эти части, после того как ими пройдены неравные пути, заставляют снова соеди- ниться на экране. Если одну половину луча загородить, то другая упадет на экран и осветит его, но если обе части упадут на экран, то в некоторых частях экрана покажутся темные места, доказывая этим, что из двух частей луча одна уничтожила действие другой.
Но ведь нельзя же предположить, чтобы два тела, положенные рядом, могли уничтожить друг друга; следовательно, свет не может быть веществом. Мы доказали только то, что одна часть света мо- жет быть совершенно противоположна другой, совершенно так же, как +а совершенно противоположно — а, чем бы а ни было. Меж- ду физическими величинами есть такие, которые способны изме- нять свой знак, и есть такие, которые не могут изменять знака. Так, перемещение в одну сторону совершенно противоположно равно- му перемещению в обратную сторону. Такие величины служат ме- рами не вещества, а всегда процессов, имеющих место в веществе. Отсюда мы заключаем, что свет не вещество, а процесс, происхо- дящий в веществе, причем процесс, происходящий в первой части света, всегда противоположен процессу, происходящему в тот же
10
Глава 1. Относительное движение эфира
момент во второй части, так что когда две эти части будут соеди- нены вместе, никакого действия не будет. Чтобы определить при- роду того процесса, который имеет место в луче, мы изменяем длину пути одной или обеих частей луча и находим, что свет гаснет всякий раз, как разность длины путей равна нечетному числу неко- торых малых расстояний, называемых длиной полуволны. Во всех остальных случаях будет большая или меньшая степень света; а когда пути равны или когда их разность составляет целое число волн, то экран кажется освещенным вчетверо ярче, чем когда на него падает только одна часть луча. В обыкновенной форме опыта эти различные случаи имеют место одновременно в различных точках экрана, так что мы видим на экране ряд полос, состоящий из темных линий, равноотстоящих одна от другой, со светлыми поло- сами между ними, с определенной градацией изменения яркости.
Если рассматривать, что происходит в различных точках на оси светового луча в один и тот же момент, то найдем, что если рас- стояние между точками равно целому числу волн, то в этих точках в один и тот же момент совершается одинаковый процесс, если же расстояние равно нечетному числу полуволн, то процесс, имеющий место в одной точке, совершенно противоположен процессу, про- исходящему в другой точке.
Известно, что свет распространяется с определенной скоростью (согласно Корню, в пустоте со скоростью 3,004 1010 сантиметров
в секунду). Если, следовательно, предположить, что некоторая движущаяся точка идет вдоль луча с этой скоростью, то мы най- дем, что в каждой точке луча, когда наша движущаяся точка туда приходит, совершается один и тот же процесс. Если же на оси луча представить себе неподвижную точку, то в ней будет совершаться быстрая смена противоположных процессов, причем промежуток времени между двумя одинаковыми процессами равен времени, потребному свету на прохождение расстояния в одну длину волны.
Эти явления можно резюмировать в форме математического выражения
u = A cos(nt − px + a),
которым определяется u — фаза процесса в точке луча, отстоящей от неподвижной точки на расстоянии x , в момент t.
Что же касается природы процесса, то ее мы не определяли. Это может быть перемещение, либо вращение, либо электрическое
11