Близкодействие и действие на расстоянии. Электрическое поле

Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов был установлен экспериментально. Но оставался нерешенным вопрос, каким образом воздействует один заряд на другой. Происходят ли в пространстве, окружающем электрические заряды, какие-либо изменения или процессы? Кулон считал, что заряды непосредственно через пустоту действуют друг на друга. Перемещение любого из них мгновенно изменяет силу, действующую на соседние заряды, из-за того, что меняются расстояния между ними.

Представления о мгновенной передаче взаимодействия без участия какого-либо промежуточного агента были выдвинуты Ньютоном, который открыл закон всемирного тяготения, не предложив, однако, объяснения его действия. Последовавшие за этим успехи в исследовании Солнечной системы привели к тому, что большинство ученых начали склоняться к мысли, что поиски каких-либо посредников, передающих взаимодействие от одного тела к другому, совсем не нужны. Такие представления лежали в основе теории дальнодействия, мгновенного действия на расстоянии без участия какой-либо среды.

Некоторое время теория дальнодействия была господствующей в физике. Она казалась самой простой и позволяла получать важные результаты, согласующиеся с опытом. Однако с самого начала идея, что тело может непосредственно действовать там, где его нет, очень многим представлялась сомнительной. Вот почему английским ученым Майклом Фарадеем была выдвинута теория близкодействия, противоположная по своей сути теории дальнодействия. Согласно теории близкодействия действие тел друг на друга на расстоянии всегда должно объясняться присутствием некоторых промежуточных агентов, передающих действие. Иногда это может быть незаметным. Тот, кому незнакомы свойства воздуха, может подумать, что автомобильный гудок непосредственно действует на наши уши. В действительности же в воздухе происходит процесс распространения звуковой волны, и звук от автомобиля до нас распространяется в течение определенного интервала времени.

Фарадей Майкл (1791–1867)

Великий английский ученый, творец общего учения об электромагнитных явлениях, в котором все явления рассматриваются с единой точки зрения. Фарадей впервые ввел представление об электрическом и магнитном полях. «Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды (т.е. заряды с современной точки зрения), Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде» (Д. Максвелл). Фарадей считал, что «материя присутствует везде, и нет промежуточного пространства, не занятого ею».

Таким образом, согласно теории действия на расстоянии, одно тело действует на другое непосредственно через пустоту, и это действие передается мгновенно. Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

Многие ученые, сторонники теории близкодействия, для объяснения происхождения гравитационных и электрических сил придумывали невидимые истечения, окружавшие планеты и магниты; незримые атмосферы вокруг наэлектризованных тел. Размышления эти были подчас остроумны, но обладали немаловажным недостатком – эксперимент их не подтверждал.

Решительный поворот к представлениям близкодействия был начат великим английским ученым Майклом Фарадеем, а окончательно завершен Максвеллом. Вместе с идеей близкодействия Фарадеем в науку было введено понятие о поле как о посреднике, осуществляющем взаимодействие. Первоначально эта идея выражала лишь уверенность Фарадея в том, что действие одного тела на другое через пустоту невозможно. Доказательств существования поля не было. Такие доказательства и нельзя получить, исследуя лишь взаимодействия неподвижных зарядов. Успех к теории близкодействия пришел после изучения электромагнитных взаимодействий движущихся заряженных частиц. Вначале было доказано существование переменных во времени полей, и только после этого был сделан вывод о реальности электрического поля неподвижных зарядов. Согласно современным представлениям всякий электрический заряд изменяет определенным образом свойства окружающего его пространства – создает электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что каждый помещенный в какую-либо его точку другой «пробный» заряд испытывает действие силы. По мере удаления от заряда поле ослабевает. Даже в вакууме заряженное тело окружено электрическим полем. По действию поля на заряды не только устанавливается присутствие поля, но и изучается распределение его в пространстве и все его характеристики.

Подобным же образом, рассматривая взаимодействие движущихся электрических зарядов (электрических токов) или постоянных магнитов, мы придем к понятию магнитного поля. Электрические и магнитные поля могут порождать друг друга, и по существу каждое из них есть частный случай единого электромагнитного поля. Электромагнитное поле заключает в себе и переносит определенную энергию, оно обладает массой и импульсом, и, следовательно, представляет собой один из видов материи наряду с веществом, состоящим из атомов. Таким образом, сила, действующая на заряженное тело, является следствием взаимодействия тела с полем в той точке, в которой находится тело. Это взаимодействие передается не мгновенно, а с конечной скоростью. Правда, скорость эта огромна, она равна 300000 км/с.