Основной новый элемент модели, унаследованный от Фарадея, – система-поле, состояния которого определяются значениями напряженностей электрической и магнитной составляющих – новых измеримых величин. Важнейшим шагом на этом пути было определение операций измерения характеристик поля посредством пробного заряда и пробного витка с током.
Таким образом модель силового поля, формирующаяся в электродинамике Фарадея−Максвелла – это разновидность сплошной (непрерывной) среды. Она очень близка гидродинамической модели Эйлера. Здесь тот же тип состояния – состояния электромагнитного поля задаются значениями напряженностей электрического и магнитного полей во всех точках пространства и измеряются с помощью пробных тел (заряда и витка с током). Специфика силового поля лишь в его «невещественности», его нельзя «пощупать», оно проявляется только в виде действующих сил.
6. Создание теории относительности (ТО)
Со специальной теории относительности (СТО) начинается отсчет «неклассического» периода в физике. Ее появление вызвало сильнейшее потрясение в умах не только физиков. Она стала достоянием культуры новейшего времени и типичным представителем последней. При этом в культуре ХХ в. за ней, как и за общей теорией относительности (ОТО) и квантовой механикой, закрепился статус недоступности для простых смертных, она рассматривается как достояние узкого слоя жрецов в лице физиков-теоретиков, непосредственно занимающихся этим предметом. Такое отношение послужило благодатной почвой для возникновения многочисленных мифов, распространяющихся в общественном сознании. Попробуем разобраться в этих вопросах.
6.1. Специальная теория относительности (СТО)
Победа электромагнитной теории Максвелла, исходившей из программы альтернативной ньютонианской, привела к кризису господствовавшего до тех пор в среде физиков ньютонианского взгляда на мир. Согласно одному из основополагающих положений последнего «всякое физическое явление можно считать изученным только тогда, когда построена его механическая модель». С механической же моделью максвелловского электромагнитного поля – эфиром дело обстояло плохо. Следствием этого стал критический анализ оснований классической механики, возникли вопросы «что такое сила?», «что такое масса?», а вместе с ними и альтернативные механики без этих понятий. С новой энергией и аргументацией возродился спор XVII в. между Ньютоном и Лейбницем о существовании абсолютного пространства и времени. В физике разразился «гносеологический кризис», который по своему духу вполне отвечал атмосфере «конца века» [Сарабьянов]. Центральное место в этих жарких спорах принадлежит Эрнсту Маху (гл. 11).
На этом фоне вызревал исходный парадокс – противоречие между максвелловской электродинамикой и классической механикой как физическими теориями. Это противоречие сконденсировалось вокруг принципа относительности.
Со времен Галилея существовал принцип относительности как принцип эквивалентности механических явлений во всех инерциальных (т. е. движущихся прямолинейно и равномерно) системах отсчета (например вагон поезда, движущийся без ускорения). В силу этого принципа механические явления не дают возможности наблюдателю, находящемуся в какой- либо из этих систем выделить некое абсолютное движение, т. е. Определить, какая из двух систем отсчета (например, вагон вашего или соседнего поезда) движется «на самом деле».
Математическим выражением этого принципа относительности была инвариантность (неизменность) уравнений движения Ньютона по отношению к преобразованиям Галилея: x'=x+Vt; y'=y, z'=z, t'=t, v'=v+V, где V – скорость движения «штрихованной» системы отсчета O'x'y'z' (вагон), движущейся вдоль оси Ох «нештрихованной» системы Oxyz (перрон) с постоянной скоростью V (рис. 6.1).