Переход от электро-магнитной теории к специальной теории относительности

Файл : Эл-магнит.теор.Максвелла-СТО Эйнштейна.doc (размер : 72,704 байт)

PAGE PAGE 15

Содержание

3 Введение

41. Теория электромагнитного поля Максвелла

62. Переход от электромагнитной теории Максвелла к СТО Эйнштейна

113. Специальная теория относительности А.Эйнштейна

14Заключение

15Список литературы

Введение

Для физика начала XIX в. не существовало понятия о поле как реаль​ной среде, являющейся носителем определенных сил. Но в первой половине XIX в. началось становление континуальной, полевой фи​зики. Одновременно с возникновением волновой теории света фор​мировалась совершенно новая парадигма физического исследова​ния — полевая концепция в физике. Здесь особая заслуга принадле​жит великому английскому физику М. Фарадею.

Экспериментальные открытия Фарадея были хорошо известны, и он еще при жизни приобрел огромный авторитет и славу. Однако к его теоретическим взглядам современники в лучшем случае остава​лись безразличными. Первым обратил на них серьезное внимание Дж.К.Максвелл. Он воспринял эти представления, развил их и по​строил теорию электромагнитного поля. Выработанное в оптике по​нятие «эфир» и сформулированное в теории электрических и магнит​ных явлений понятие «электромагнитное поле» сначала сближают​ся, а затем, уже в начале XX в., с созданием специальной теории относительности, полностью отождествляются.

Таким образом, понятие поля оказалось очень полезным. Будучи вначале лишь вспомогательной моделью, это понятие становится в физике XIX в. все более и более конструктивной абстракцией. Она позволяла понять многие факты, уже известные в области электри​ческих и магнитных явлений, и предсказывать новые явления. Со временем становилось все более очевидным, что этой абстракции соответствует некоторая реальность. Постепенно понятие поля за​воевало центральное место в физике и сохранилось в качестве одного из основных физических понятий.

1. Теория электромагнитного поля Максвелла

Эта теория представлена в сжатой и простой (изящной) форме в виде шести уравнений в част​ных производных. Система взглядов, которая легла в основу уравнений Максвелла, получила название теории электромагнитного поля Макс​велла.

Хотя эта система уравнений имеет простой вид, но чем больше сам Максвелл и его последователи работали над ни​ми, тем более глубокий смысл открывался им. Генрих Герц, который экспериментально получил электромагнитные из​лучения, предсказанные теорией Максвелла, говорил о неис​черпаемости уравнений Максвелла. Герц отмечал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по време​нам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом, - ка​жется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время в них было заложено».

Необходимо, однако, отметить, что свои уравнения Максвелл получал иногда вопреки правилам матема​тики. Для него исходными были физические идеи и со​ображения, которые он облекал самостоятельно в ма​тематическую форму. Поэтому для современников его теория выглядела странной и непонятной, и многими учеными воспринималась скептически до тех пор, пока Герц не дал ее всестороннее экспериментальное обос​нование. [2]

Среди постоянных величии, входящих в уравнение Макс​велла, была константа с. Применив уравнение к конкретному случаю, Максвелл нашел, что она точно совпадает со ско​ростью света. Процесс распространения поля будет продол​жаться бесконечно в виде незатухающей волны, поскольку энергия магнитного поля в пустоте полностью переходит в энергию электромагнитного поля, и наоборот. Причем свет, так же как и электромагнитное поле, распространя​ется в пространстве в виде поперечных волн со скоростью с = 300 000 км/с. Из всех этих совпадений видно, что свет име​ет электромагнитную природу, что световой поток - это по​ток электромагнитных волн. В световых волнах колебания совершают напряженности электрического и магнитного по​лей, а носителем волны служит само пространство, которое находится в состоянии напряжения.

Открытие Максвелла сравнимо по научной значимо​сти с открытием закона всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобще​го закона тяготения, труды Максвелла - к введению понятия электромагнитного поля и электромагнит​ной природы света. Работы Максвелла привели ученых к признанию нового типа реальности - электромагнит​ного поля, которое не совместимо с материальными точками и вещественной массой классической физики. Поле - это новая фундаментальная физическая реаль​ность. Поэтому представления о поле должны высту​пать в качестве первичных, исходных понятий. Как отме​чал А. Эйнштейн, электромагнитное поле не нуждается даже в эфире, поскольку поле само является фундамен​тальной реальностью.