 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
82
обладающих достаточной энергией. Если эта энергия превышает удвоенную энергию покоя,
например, электрона, то гамма-квант при наличии еще одной частицы (атомного ядра) может, сам
исчезнув, породить пару электрон–позитрон, как бы «вырванную» из вакуума. Есть и другие
свидетельства в пользу физического вакуума.
В истории физики за последние 300 лет предложены по крайней мере четыре разные концепции
«эфира»: абсолютное пространство Ньютона, светоносный эфир Гюйгенса, гравитационный эфир
Эйнштейна и физический вакуум Дирака. Насколько оправдается интуиция физиков о
существовании в природе особой среды – физического вакуума, покажет только будущее.
Сущность электромагнитной теории Максвелла
В 60-х годах XIX в. английский физик Максвелл развил теорию Фарадея об электромагнитном
поле и создал теорию электромагнитного поля. Это была первая теория поля. Она касается
только электрического и магнитного полей и весьма успешно объясняет многие электромагнитные
явления. Полезно напомнить некоторые основные идеи, лежащие в основе данной теории, и
вытекающие из нее выводы.
Из закона Фарадея следует, что любое изменение сцепленного с контуром магнитного потока
приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции, вследствие чего появляется
индукционный ток. Следовательно, возникновение ЭДС электромагнитной индукции возможно и
в неподвижном контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Однако ЭДС в любой цепи
возникает только тогда, когда в ней на носителей тока действуют сторонние силы, т. е. силы
неэлектростатического происхождения. Поэтому закономерно возникает вопрос о природе
сторонних сил в данном случае. Опыт показывает, что такие сторонние силы не связаны ни с
тепловыми, ни с химическими процессами в контуре; их возникновение нельзя также объяснить
силами Лоренца, так как они на неподвижные заряды не действуют. Максвелл высказал гипотезу,
что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое
поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Согласно
представлению Максвелла контур, в котором появляется ЭДС, играет второстепенную роль,
являясь своего рода лишь «прибором», обнаруживающим это поле. Электрическое поле,
возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым.
Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в пространстве
вихревое электрическое поле, то должно существовать обратное явление: всякое изменение
электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого
магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся
электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так
называемый ток смещения, обладающий способностью создавать в окружающем пространстве
магнитное поле. Ток смещения в вакууме не связан с движением зарядов, а обусловливается
только изменением электрического поля во времени и вместе с тем возбуждает магнитное поле – в
этом заключается принципиально новое утверждение Максвелла.
Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрического поля могут быть либо
электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут
возбуждаться или движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), или
переменными электрическими полями. Уравнения Максвелла не симметричны относительно
электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические
заряды, но нет зарядов магнитных.
В стационарном случае, когда электрическое и магнитное поля не изменяются во времени,
источниками электрического поля являются только электрические заряды, а источниками
магнитного – только токи проводимости. В данном случае электрическое и магнитное поля
независимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрические и
магнитные поля.
Уравнения Максвелла – наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в
покоящихся средах. В электромагнетизме они играют такую же роль, как законы Ньютона в
механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с
порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле – с порождаемым им
магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно взаимно связаны и образуют единое
электромагнитное поле.