Частицы и силы

Частицы и силы

Окружающий нас мир состоит из частиц, связанных между собою силами. Из этих двух понятий — частицы и силы — изначально второе было более привычным, причем раньше всего человек познакомился с силой тяготения. Ее детально описал Исаак Ньютон, который четко сформулировал не только закон всемирного тяготения, но и общие законы механики. Эти законы показывают, как движутся тела под действием сил, например силы тяжести. При этом Ньютон обнаружил нечто весьма удивительное, а именно что сформулированные им законы в равной мере применимы как к очень большим, так й к очень малым телам. Казалось, что действие законов природы не ограничено никакими естественными масштабами. Это обстоятельство отнюдь не самоочевидно: ведь интуитивно мы воспринимаем очень большие и очень малые тела весьма различно. Поэтому во времена Ньютона тот факт, что одни и те же законы описывают движение Земли и других планет вокруг Солнца и движение колесиков часового механизма, воспринимался как откровение. Механика Ньютона, в основе которой лежали законы, не зависящие от пространственных масштабов, быстро завоевала общее признание и достигла значительных успехов. С тех пор считалось само собой разумеющимся, что все законы природы должны быть масштабно независимыми.

 

Успех механики Ньютона привел к еще одному результату: механика — наука о силах и движении — была принята как основа физики в целом и вообще всех естественных наук. Предполагалось, что для объяснения всех явлений природы достаточно лишь указать их «механизм». Поначалу этот принцип пытались применить также и к явлениям электричества и магнетизма. Статическое электричество и магнетизм долгое время воспринимались как весьма странные и таинственные силы природы (хотя практически весьма полезные, — например, компас нашел широкое применение для целей навигации). Затем электромагнетизм стал играть важную роль в нашей жизни. Мы привыкли пользоваться дома электрической энергией, мало задумываясь над ее происхождением. Только энергетический кризис последних лет заставил нас более внимательно отнестись к проблемам ее получения.

 

На первый взгляд электрическая сила — точнее, взаимное отталкивание зарядов одного знака и притяжение зарядов противоположного знака — выглядит? как действие на расстоянии (или дальнодействие). Создается впечатление, что присутствие электрического заряда где-либо в пространстве непосредственно приводит к возникновению силы, действующей на другой заряд, расположенный на каком-то расстоянии от него. Однако такое действие на расстоянии лишь кажущееся. Если мы звоним в старинный ручной звонок у двери, то нам, возможно, кажется, что, дернув за ручку, мы непосредственно приводим в действие колокольчик, находящийся где-то внутри дома. Однако известно, что на самом деле от ручки к звонку идет длинный шнур, – натяжение которого, вызванное прикосновением к ручке, передается от точки к точке вдоль шнура, так что на каждый участок шнура действует лишь соседний участок, примыкающий к нему.

 

Представление о силовых линиях получило дальнейшее развитие в понятиях электрического и магнитного полей, которые пронизывают все пространство. И наконец, Джеймс Клерк Максвелл вывел уравнения, описывающие поведение этих полей. Первоначально считалось, что действие электромагнитного поля передается посредством некой механической среды — «эфира», и сначала Максвелл интерпретировал свои уравнения как описывающие натяжения (или напряжения) в эфире. Причина подобных представлений заключалась в том, что каждое физическое явление пытались (ошибочно) объяснять исключительно на основе механики. Даже Максвелл не сразу и ценой огромных усилий сумел преодолеть этот предрассудок я осознать, что электромагнитное поле само по себе есть одно из основных понятий физики. Законы электромагнетизма нельзя вывести из законов механики. Они не противоречат законам механики, а, напротив, расширяют физические представления.

 
Яндекс.Метрика