Статьи и речи - Максвелл Джеймс Клерк

Однако Физо27*, наблюдая изменение плоскости поляризации света, пропускаемого наклонно сквозь ряд стеклянных пластинок, получил, как он думает, доказательство разницы в результате соответственно различию направления луча в пространстве, а Ангстрем пришёл к подобным же результатам путём дифракции. Автору неизвестно, подвергались ли эти трудные опыты повторной проверке.

В другом опыте Физо, заслуживающем, по-видимому, большого доверия, он наблюдал, что распространение света в текущей воде совершается с большей скоростью в направлении движения воды, нежели в противоположном направлении, но что изменение скорости меньше того, которое имело бы место вследствие действительной скорости воды, и что явление не наблюдается, если воду заменить воздухом. Этот опыт, по-видимому, скорее подтверждает френелеву теорию эфира; но весь вопрос о состоянии светоносной среды возле Земли и об её отношении к обыкновенной материи ещё далеко не решён опытом.

Функции эфира в явлениях электромагнетизма. Фарадей высказывал догадку, что та же самая среда, которая участвует в распространении света, могла бы также быть агентом и в электромагнитных явлениях. «Что касается меня,— говорил он,— то, рассматривая отношение пустоты к магнитной силе и общий характер магнитных явлений вне магнита, я скорее склонён думать, что распространение силы есть действие вне магнита, нежели что эти действия суть простые притяжения и отталкивания на расстоянии. Подобное действие может быть функцией эфира; ибо нет ничего невероятного в том, что если существует эфир, то он имеет и иные функции, кроме простой передачи излучений»28*. Последующие изыскания только подтвердили эту догадку.

Электрическая энергия бывает двоякого рода — электростатическая и электрокинетическая. У нас имеются основания к допущению, что первая зависит от свойства среды, в силу которого электрическое смещение вызывает электродвижущую силу в противоположном направлении, причём электродвижущая сила для единицы смещения обратно пропорциональна диэлектрической постоянной среды. С другой стороны, электрокинетическая энергия есть просто энергия движения, вызываемого в среде электрическими токами и магнитами,«причём это движение не ограничивается несущими ток проволоками или магнитами, но существует всюду, где только можно найти магнитную силу.

Электромагнитная теория света. Итак, свойства электромагнитной среды, насколько можно судить, подобны свойствам светоносной среды, но лучший способ для их сравнения между собой состоит в определении скорости, с которой электромагнитное возмущение распространяется в среде. Если бы она равнялась скорости света, то у нас были бы веские основания к допущению, что обе среды, занимая, как и есть на деле, то же самое пространство, в действительности тождественны. Данные, на которых можно основывать вычисления, доставляются опытами, которые были сделаны с целью сравнения электромагнитной системы единиц с электростатической. Скорость распространения электромагнитного возмущения в воздухе, как она вычислена на основании различных данных, не больше отличается от скорости света в воздухе, как она определена различными наблюдениями, чем множество вычисленных значений этих количеств разнятся одно от другого.

Если скорость распространения электромагнитного возмущения равна скорости света в других прозрачных средах, то в немагнитных средах диэлектрическая постоянная должна быть равна квадрату показателя преломления.

Больцман29* нашёл, что эго хорошо оправдывается для газов, им исследованных. Жидкости и твёрдые тела обнаруживают значительные уклонения от этого соотношения, но мы едва ли можем надеяться даже на приблизительную проверку, если будем сравнивать результаты наших медленно протекающих электрических опытов со световыми колебаниями, совершающимися биллионы раз в секунду.

Волновая теория в форме, рассматривающей явления света как движение упруго-твёрдого тела, до сих пор борется с разного рода трудностями30*.

Первая и самая важная из них та, что теория указывает возможность колебаний нормальных к поверхности волны. Единственное средство объяснить себе тот факт, что оптические явления, которые могли бы возникнуть благодаря этим волнам, не могут иметь места, это — допустить, что эфир несжимаем.

Вторая трудность, это — трудность ответить на вопрос, почему явления отражения лучше объясняются гипотезой, что колебания перпендикулярны к плоскости поляризации, между тем как явления двойного преломления требуют допущения, что колебания совершаются в этой плоскости?

Третья трудность заключается в том, что для объяснения того факта, что в двупреломляющих кристаллах скорость лучей во всякой главной плоскости, поляризованных в этой плоскости, одинакова, мы должны допустить некоторые в высшей степени искусственные соотношения между коэффициентами упругости.

Электромагнитная теория света удовлетворяет всем этим требованиям единственной гипотезой31*, а именно, что электрическое смещение перпендикулярно к плоскости поляризации. Никаких нормальных смещений существовать не может, и допускается, что в двупреломляющих кристаллах диэлектрическая постоянная для каждой главной оси равна квадрату показателя преломления луча, перпендикулярного к этой оси и поляризованного в плоскости, перпендикулярной к этой оси. Больцман32* нашёл, что эти соотношения приблизительно верны в случае кристаллизованной серы — тела, имеющего неравные оси. Диэлектрические постоянные для этих осей соответственно равны: 4,773, 3,970, 3,811, а квадраты показателей преломления: 4,576, 3,886, 3,591.

Физическое строение эфира. Каково строение эфира? Молекулярное оно или эфир непрерывен?

Мы знаем, что эфир передаёт поперечные колебания на весьма большие расстояния без чувствительной потери энергии путём рассеяния. Молекулярная среда, движущаяся при условии, что группа соседних друг другу молекул остаётся группой соседних друг другу молекул и во все время движения, способна передавать колебания без большого рассеяния энергии, но если движение таково, что группы молекулы не просто слегка изменяются в конфигурации, но совершенно разбиваются, так что составляющие их молекулу переходят в новые типы группировок, то при переходе от одного типа группировок к другому энергия правильных колебаний рассеивается в энергию хаотических движений, которую мы называем теплотой.

Следовательно, нельзя допустить, что строение эфира подобно строению газа, в котором молекулы находятся всегда в состоянии хаотического движения, ибо в такой среде поперечное колебание на протяжении одной длины волны ослабляется до величины менее чем одна пятисотая начальной амплитуды. Если эфир имеет молекулярное строение, то группировка молекул должна сохранять один и тот же тип и конфигурация групп должна только слегка изменяться во время движения.

Тольвер Престон33* предположил, что эфир подобен газу, молекулы которого чрезвычайно редко сталкиваются друг с другом, так что их средний свободный пробег гораздо больше всяких планетных расстояний. Он не исследовал свойств такой среды сколь-нибудь обстоятельно, но легко видеть, что мы можем составить теорию, по которой молекулы никогда не сталкивались бы одна с другой при их поступательном движении, но летали бы во всех направлениях со скоростью света; и если, далее, мы предположим, что колеблющиеся тела имеют способность сообщать этим молекулам некоторые векторные свойства (как, например, вращение около осей), которые не метали бы их поступательному движению,— свойства, которые молекулы носили бы с собой, и если изменение среднего значения этого вектора для всех молекул внутри элемента объёма было бы процессом, который мы называем светом, тогда уравнения, выражающие это среднее, будут точно такой же формы, как и уравнения, выражающие смещение в обыкновенной теории.

Часто утверждают, что тот простой факт, что среда упруга или сжимаема, есть доказательство того, что она непрерывна, но составлена из отдельных частиц, разделённых пустыми промежутками. Но нет ничего несовместимого с опытом в предположении, что упругость или сжимаемость суть свойства каждой части, как бы мала она ни была, и можно представить, что вся среда разделена на такие части, а в таком случае среда была бы строго непрерывна. Среда, однородная и непрерывная в отношении её плотности, может быть, однако, сделана разнородной её движением, как в гипотезе В. Томсона о вихревых молекулах в совершённой жидкости (см. статью «Атом»).