Электродинамика - формирование модели поля

2.3. Электродинамика - формирование модели поля

История электродинамики - хорошая иллюстрация того как непросто формируются основные понятия и измеримые величины нового раздела науки. Имеет смыл разделить эту историю на две части. В ходе первой, принадлежащей "классической" физике, происходит формирование "первичного идеального объекта" - заряженной частицы и связанных с ней измеримых величин заряда и тока. В ходе второй, обозначающей начало перехода к "неклассической" физике, происходит формирование другого "первичного идеального объекта" - электромагнитного поля.

Простейшие электрические и магнитные явления известны были уже в древности как свойство некоторых минералов притягивать железо и как свойство потертого о шерсть янтаря (по-гречески - электрон) притягивать легкие предметы. Компас, наряду с порохом и книгопечатанием (согласно мнению Вернадского) лежит в основании того переворота XVII в., который обозначен в истории как переход к Новому времени. Но предметом науки электричество и магнетизм становятся лишь в XVII-XVIII вв.

“Новая эра в изучении электромагнитных явлений, - пишет известный историк науки П.С.Кудрявцев, - открывается знаменитым сочинением Вильяма Гильберта (придворного врача английской королевы Елизаветы) “О магните, магнитных телах, и о большом магните. Новая Физиология” (1600)” /К, с.178/. “Применив к электрическим и магнитным явлениям экспериментальный метод”, он разграничил электрические и магнитные явления, открыл существование магнитных полюсов и неотделимость их друг от друга, установил, что земной шар - гигантский магнит. “В XVII - 1-й пол. XVIII вв. проводились многочисленные опыты с наэлектризованными телами, были построены первые электростатические машины, основанные на электризации трением, установлено существование электрических зарядов (французский физик Ш.Ф.Дюфе), обнаружена электропроводность металлов (англ. ученый С.Грей). С изобретением первого конденсатора - лейденской банки (1745) - появилась возможность накапливать большие электрические заряды. 

“Необычайный интерес к электрическим явлениям, особенно резко выраженный в сороковых (1740-х) годах и отмечаемый всеми историками физики... , - пишет П.С.Кудрявцев, -  для широких кругов ассоциировался с ... “курьезами” (увлечение курьезами-фокусами, диковинными механическими машинами-игрушками  - характерная культурная черта того времени). На иллюстрации “Электрические опыты в XVIII в.” /К, с. 282/ изображены кавалеры, демонстрирующие опыты дамам (т.е. лаборатория выступала как элемент светского салона -А.Л.)... Существенную роль в этом интересе сыграло открытие электрической искры. Это открытие было сделано в связи с фосфоресценцией д-ром Волом, натиравшим большой кусок янтаря и получившим, как он описывал в 1698 г., “искру почти в дюйм длиной. При этом раздавался такой звук, точно в печке треснул кусок угля”/К, с. 281/.

“Внимание физиков сороковых годов привлекли три обстоятельства: 1) новые конструкции электрических машин; 2) новые способы получения электричества в больших количествах; 3) исследование атмосферного электричества” /К, с. 283/.

В сер. XVIII в. “в дело научного прогресса включились Россия и Америка. Основоположниками наук в этих странах стали Ломоносов и Франклин” /К, с. 285/.

В 1747-53 американский. ученый Б. Франклин (позже ставший великим политическим деятелем, одним из отцов Американской Конституции -А.Л.) изложил первую последовательную теорию электрических явлений, окончательно установил электрическую природу молнии и изобрел молниеотвод” /ФЭС, с.868/.

“Основная идея франклиновской теории, - пишет П.С.Кудрявцев, -  заключается в допущении существования универсальной электрической материи, не наблюдаемой в телах  в их нормальном состоянии. Тело, получившее в результате трения или соприкосновения избыток электрической материи, оказывается, по терминологии Франклина, наэлектризованным положительно; тело, потерявшее часть материи, электризуется  отрицательно.... Электрическая материя Франклина удовлетворяет принципу сохранения... Франклин показал, что обкладки лейденской банки наэлектризованы разноименно” /К, с.286-7/.

“Во 2-й пол. XVIII в. началось количественное изучение электрических явлений. Появились первые измерительные приборы (!) - электроскопы различных конструкций (простейшая конструкция - два тонких металлических лепестка, прикрепленные с одной стороны к металлическому стержню; по мере увеличения заряда того предмета, которого касается стержень, свободные концы лепестков все больше расходятся), электрометры” /ФЭС, с.268/. Модельные представления при этом базировались на гипотезе об одной (как у Франклина) или двух (положительной и отрицательной) невесомых электрических жидкостях (“флюидах”). “Именно гипотеза о флюидах позволила рассматривать заряд как количество электричества, причем как раз закон Кулона (1785)[1] и позволил дать ему количественную меру” /Ле, с. 196/. Закон Кулона завершает  формирование первой измеримой величины электродинамики - электрического заряда.

Следующим на очереди оказывается ток. “Если успех кулоновской линии в изучении электричества был обеспечен