Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
К = еЕ. (45)
Что касается выбора единицы заряда, то ее почти невозможно задать удобным для практики способом с помощью какого-либо рецепта электризации определенного пробного тела; предпочтительнее механическое определение. К такому определению можно прийти следующим путем.
Прежде всего сообщим двум телам одинаковые заряды. Критерий одинаковости зарядов состоит в том, что на эти заряды действует одинаковая сила со стороны третьего тела М, когда заряженные тела помещаются в одну и ту же точку в окрестности тела М. Такие два тела будут отталкивать друг друга с одной и той же силой. Теперь мы можем условиться, что заряд каждого из этих тел составляет единицу заряда q, если тела отталкивают друг друга с единичной силой, будучи удаленными друг от друга на расстояние, равное единице длины. Здесь не делается каких-либо предположений относительно характера зависимости силы от расстояния.
Благодаря этому определению количество электричества или электрический заряд становится измеримой величиной, аналогично тому, как измеримы длина, масса и сила.
Наиболее важный закон о количествах электричества, установленный независимо в 1747 г. Уотсоном и Франклином, состоит в том, что при каждом электрическом процессе всегда образуется эквивалентное количество положительного и отрицательного электричества. Например, если натереть стеклянную палочку кусочком шелка, то она приобретает положительный заряд; точно такой же, но отрицательный заряд приобретает при этом и щелк, § 1. Электро- и магнитостатика
147
Этот эмпирический факт можно истолковать, предположив, что два вида электризации не создаются трением, но лишь разделяются. Их можно представить себе как две жидкости, которые присутствуют в каждом теле в одинаковых количествах. В ненаэлектризованных, «нейтральных» телах эти жидкости распределены повсюду равномерно, так что их внешние эффекты взаимно уравновешиваются. В наэлектризованных же телах они оказываются разделенными — скажем, некоторая часть положительного электричества перетекает из одного тела в другое; в обратную сторону перетекает эквивалентная часть отрицательного электричества.
Однако ясно, что достаточно предположить существование единственной жидкости, которая могла бы перемещаться независимо от вещества. В этом случае мы должны были бы приписать веществу, свободному от этой жидкости, определенный заряд, скажем положительный, а самой жидкости — противоположный, т. е. отрицательный заряд. Тогда электризация состоит в перетекании отрицательно заряженной жидкости из одного тела в другое. Первое тело при этом становится положительным, поскольку положительный заряд вещества больше уже ничем не компенсируется; другое тело становится отрицательно заряженным, так как оно несет избыток отрицательно заряженной жидкости.
Борьба между сторонниками двух гипотез — одножидкостной и двухжидкостной — продолжалась довольно долгое время и, конечно, велась впустую, оставаясь бесцельной до тех пор, пока судьбу этих теорий не решило открытие новых экспериментальных фактов. Мы не будем углубляться дальше в эти споры и укажем лишь кратко, что в конце концов в поведении двух видов электричества были обнаружены характерные различия; они указывали, что положительная электризация на самом деле всегда неразрывно связана с веществом, тогда как отрицательная электризация передается от тела к телу более или менее свободно. Это представление остается общепринятым и в наши дни. Мы еще вернемся к этому обстоятельству позднее, обсуждая теорию электронов.
Другим спорным пунктом оказался вопрос о том, как электрические силы притяжения и отталкивания передаются в пространстве. Первые десятилетия электрических исследований относятся еще к времени, предшествующему разработке ньютоновской теории тяготения. Тогда действие на расстоянии казалось немыслимым. Считалось обязательным выполнение метафизических теорем (например, о том, что материя может действовать только в тех точках, где она присутствует), а для объяснения электрических сил выдвигались противоречивые гипотезы, например что из заряженных тел истекают некоторые 148 Г л. V. Фундаментальные законы электродинамики
эманации, которые оказывают давление, всасываясь в другие тела, и ряд других подобных предположений. Но после установления ньютоновской теории гравитации идея силы, действующей прямо на расстоянии, постепенно перешла в привычную манеру мышления. Ибо, вне всякого сомнения, лишь укоренившейся привычкой можно объяснить тот факт, что иногда глубоко овладевшая умами идея начинает восприниматься как непререкаемый принцип, предопределяющий всякое объяснение. Именно поэтому метафизические суждения, нередко облачившись в тогу философского критицизма, с такой легкостью начинают выдавать какой-либо правильный или просто принятый принцип объяснения за абсолютную логическую необходимость, отрицая саму возможность того, что можно представить себе и нечто противоположное этому принципу. К счастью, прогрессивная эмпирическая наука, как правило, не принимает этого слишком серьезно и, когда того требуют новые факты, нередко возвращается к идеям, ранее уже отвергнутым. Развитие представлений об электрических и магнитных силах дает пример подобного круговорота теорий. Первой родилась теория близко-действия, базировавшаяся на метафизической основе, затем —¦ теория действия на расстоянии, исходившая из ньютоновской модели. Наконец, последняя вновь превратилась благодаря открытию новых фактов в общую теорию близкодействия. Эти колебания — не свидетельство слабости, ибо самое существенное содержание теорий составляют не сопоставляемые этим теориям картины, а эмпирические факты и связывающие их концепцион-ные соотношения. И если проследить за последними, то мы увидим не колебания, а лишь непрерывное развитие, полное внутренней логической последовательности. Мы можем с полным правом пропустить первые теоретические попытки доньютонов-ских времен, так как тогда фактические сведения были слишком неполными для того, чтобы образовать действительно плодотворную исходную базу. Но возникновение теории действия на расстоянии в ньютоновской механике уже вполне надежно основано на фактах наблюдений. Исследования, располагавшие лишь экспериментальными средствами XVIII в., с необходимостью должны были приводить к выводу, что электрические и магнитные силы действуют на расстоянии подобно гравитации. Даже в наши дни с точки зрения глубоко разработанных теорий близкодействия Фарадея и Максвелла допустимо представлять электро- и магнитостатические силы в форме действия на расстоянии; при правильном использовании эти представления приводят к правильным результатам.
