Электромагнитное поле

Закон Кулона столь похож на закон всемирного тяготения Ньютона, что сразу возник соблазн трактовать электрическое взаимодействие по аналогии с гравитационным. А так как в механике уже более 100 лет было принято считать, что гравитационная сила мгновенно передается через пустоту (ведь между планетами пустота!), то это представление автоматически было перенесено и на электромагнитные взаимодействия. Концепция «действия через пустоту» была общепринятой до середины XIX века.

Хотя сторонники «действия через пустоту» ссылались на Ньютона, сам Ньютон признавался, что проблема действия через пустоту на любые расстояния беспокоит его, но данных опыта для ее решения пока нет: «Предполагать, что тело может действовать на другое тело на любом расстоянии в пустом пространстве, без посредства чего-либо передавая действие и силу, — это, по-моему, абсурд... Тяготение должно вызываться чем-то или кем-то постоянно действующим по определенным законам. Является ли, однако, это нечто материальным или нематериальным, решать это я предоставил моим читателям».

Только в далекой России в середине XVIII века петербургские академики Эйлер, Рихман и Ломоносов предвосхитили идею электрического поля. Они впервые заговорили об особой «электрической материи», возбуждаемой вокруг заряженного тела и воздействующей на другие заряженные тела.

Через 80 лет (около 1830 г.) Майкл Фарадей заново пришел к идее электромагнитного поля — особой среды, передающей действие электрических и магнитных сил. Сам же термин «поле» ввёл позднее (в 1865 году) Максвелл, и он же завершил построение полной теории электромагнитных полей.

Майкл Фарадей (1791-1867), сын простого кузнеца в Лондоне, с 12 лет работавший переплетчиком в книжном магазине, заинтересовался содержанием умных книг, которые ему приходилось переплетать. В 19 лет ему удалось стать ассистентом известного химика сэра Дэви — у Фарадея были золотые руки и светлая голова. А к 30 годам он стал одним из выдающихся физиков эпохи. Русский физик Столетов писал о нем: «Никогда со времен Галилея свет не видал стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы». Но математикой Фарадей не владел совершенно — свыше тысячи страниц его трудов не содержат ни одной формулы, за что более образованные коллеги смотрели на Фарадея немного свысока и не спешили вникать в его труды.

Хотя сами поля невидимы, об их присутствии можно узнать: об электрическом — по его действию на заряды, о магнитном — по воздействию на токи или магнитные вещества. Для наглядности Фарадей придумал изображать электрическое и магнитное поля графически с помощью силовых линий (см. рис. 1). Эти воображаемые линии можно сделать видимыми! Так, например, железные опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля и перемещаются туда, где поле сильнее (см. рис. 2). Похожим образом ведут себя крохотные незаряженные частицы (типа манной крупы) в электрическом поле заряженных тел.

Рисунок 1. Силовые линии поля постоянного магнита

Рисунок 2. Железные опилки в поле кругового витка с током

Для количественного описания полей были введены их характеристики: напряженность и потенциал электрического поля, вектор магнитной индукции для магнитного поля.

Окончательно убедиться в том, что поля реально существуют и несут в себе энергию, смогли лишь после того, как Максвелл сначала предсказал существование электромагнитных волн, а затем Генрих Герц их обнаружил на опыте в 1885-1889 гг.

Но что же представляет собой эта электрическая или магнитная материя — поле? Эту тайну разгадали к середине ХХ века, когда была создана квантовая электродинамика.