Максвелл - Владимир Карцев

Новый «феллоу» сразу назначен читать труднейшие главы курсов гидростатики и оптики наиболее способным студентам третьего года — отнюдь не легкое занятие. Приходится отказаться, «чтобы не наврать в лекциях», от частных учеников. А нужно еще готовить к экзаменам по арифметике, алгебре и т.п. «пассменов», готовить им вопросники и просматривать их сочинения.

И еще одно занятие, отвлекающее от электрических теорий, но отнюдь не бесполезное, — работа над предложенной Макмилланом книгой по оптике. Он составил несколько планов и написал часть рукописи этой книги.

Большие потери времени на «Оптику» и лекции, подготовку к ним отвлекали его от главного сейчас — от электромагнитных теорий. Отцовское «Не позволяй ручью бить в берега» стояло перед ним, и, однажды заявив: «Я не намерен иметь ничего общего с оптикой!», он забрасывает начатую рукопись и снова принимается за Пуассона и систематизирование своих собственных идей относительно фарадеевских силовых линий.

После столь счастливого оборота дела с Томсоном Джеймс получил возможность обнародовать свои мысли по электродинамике.

Первый «электрический» год Джеймса заканчивался его докладом в Философском обществе Кембриджа. Он пишет отцу:

«Трин. Колл. 11 декабря 1855

Вчера вечером прочел лекцию о силовых линиях в Философском. Отложил вторую часть на следующий семестр. Я нарисовал целую кучу линий с помощью простой уловки, сделав это довольно точно без всяких вычислений...»

Он чувствует себя внутренне обязанным Томсону, первому математику, признавшему силовые линии Фарадея, показавшему, что с помощью этой «дикой» концепции могут быть получены правильные результаты, не противоречащие проверенным на опытах результатам сторонников «дальнодействия».

Однако не все нравится Джеймсу в теории Томсона — в ней силовые линии исходили из полюсов магнитов и заряженных тел, как от нагретого тела исходит тепло: Томсон построил свою электрическую модель на основе тепловых аналогий. Джеймсу электрические явления тепловых не напоминали; движение электричества напоминало ему быстрый бег ручьев, спокойное течение Кема, загадочные воронки и водовороты.

Джеймс принял другую модель — силовые линии уподоблялись течению некой несжимаемой жидкости, и эта жидкость, казалось, кровью наполняла абстрактные силовые линии и трубки, давала им реальную силу, делала их упругими, похожими на мышцы...

...Да, Максвеллу «ток» электричества и магнетизма напоминал течение реки, несущей свои воды спокойно и степенно, когда далеки берега, ревущей в стремительном потоке, когда она стеснена скалами, вихрящейся в водоворотах, втягивающих в себя желто-зеленые листья, сметенные осенним ветром с каменных мостовых Кембриджа...

Несжимаемая жидкость, и похожая и непохожая на воду, — таков в первой статье Максвелла образ электричества.

Электрогидравлическая аналогия увлекла Максвелла, быть может, и потому, что на ее непротоптанной тропе он все-таки не чувствовал себя совсем одиноким. Где-то впереди почти физически ощущал Максвелл плотную спину своего предшественника Ома.

Георг Симон Ом, видимо, первым воспользовался представлениями гидродинамики для объяснения законов электрического тока. И как в гидродинамике количество жидкости, проходящей в единицу времени через трубку, пропорционально гидравлическому напору и обратно пропорционально гидравлическому сопротивлению, так и у Ома сила тока была пропорциональна напряжению между концами проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Такая аналогия была очень кстати Максвеллу. Там, в гидродинамике, была уже разработана теория трубок, в которых течет жидкость. При сужении сечения трубки скорость течения жидкости в ней увеличивалась.

Подставив вместо скорости величину электрической или магнитной силы, Максвелл пришел к своей электрогидравлической аналогии. Различие в давлениях жидкости представляло различие в электрическом давлении, или «разность потенциалов». Через эластичные стенки передавалось от трубки к трубке давление. Так моделировалась электростатическая индукция. Теперь пространство между зарядами или магнитными полюсами Максвелл заполнял гипотетической жидкостью, текущей по силовым трубкам. Некоторые трубки замкнуты сами на себя, и в них свершается постоянная циркуляция жидкости. А некоторые трубки не замкнуты, и в них «жидкость на одной стороне постоянно восполняется из неизвестного источника, а на другом — втекает в неизвестный резервуар».

Оказалось, что струи несжимаемой жидкости, текущей вдоль силовых линий, жидкости несжимаемой и невесомой, приводили через формулы гидродинамики, по сути дела, к тем же результатам, что и электротепловые аналогии Томсона и теории великих французов и немцев.

Воззрения Фарадея о силовых линиях оказывались вполне жизнеспособными, и в доказательстве этого Максвелл видел основную ценность своей статьи. Ибо жизненной оказывалась сама глубоко материалистическая идея силовых линий, идея близкодействия, в котором передача воздействия требовала времени.

Силовые трубки, заполненные движущейся несжимаемой жидкостью, легко объясняли опыт Фарадея, обнаружившего влияние диэлектрика, промежуточной непроводящей среды, на процесс зарядки конденсатора. В рамки теории Максвелла легко и просто укладывались понятия о сопротивлении, испытываемом струями жидкости. Сопротивление, по Максвеллу, естественным образом зависело от свойств материала, через который проходила неизвестная жидкость.

...Но закрадывается в душу червь сомнения. Не было ли обращение Максвелла к несжимаемой невесомой жидкости возвратом назад — к «тепловой жидкости», теплороду, «флогистону», к старым, недоброй славы жидкостям, которыми некогда заполняли все тела?

Конечно, нет! Максвелл не считал свою модель гипотезой. Он искал аналогию, образ. Он не искал гипотезы. Пока. Считал, что автор гипотезы смотрит на все с предубеждением, стремится во что бы то ни стало подогнать к ней факты. Что автор ее зачастую слеп по отношению к фактам.

Но нельзя отказываться от моделей, аналогий. Максвелл горячо оправдывает эту точку зрения. Хотя она в оправдании не нуждается.

Зная законы одной отрасли знания, одной науки, и усмотрев формальную аналогию ее законов с законами иной науки, можно было бы ожидать наличия и во второй науке закономерностей, присущих науке первой.

Электрогидравлическая аналогия позволила Максвеллу в осязаемых механических образах силовых трубок и линии представить явления электростатики, магнитостатики и электрического тока. Но в эту теорию пока никак не укладывалось открытое Фарадеем явление электромагнитной индукции.