Почему теорию Максвелла так трудно понять?

Автор оригинала: Freeman J. Dyson
  • Перевод

Скромность не всегда добродетель

В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свою статью “Динамическая теория электромагнитного поля" в "Философских трудах Королевского общества". Ему было тогда тридцать четыре года. Оглядываясь назад, мы можем заметить, что работа Максвелла была самым важным событием девятнадцатого века в истории физических наук. Если говорить в общем о естественных науках, то статья Максвелла была второй по значимости после "Происхождения видов" Дарвина. Но важность работ Максвелла не была очевидна для его современников. Более двадцати лет его теория электромагнетизма в основном игнорировалась. Физикам было трудно ее понять из-за обилия сложных уравнений. Математикам было трудно ее понять, потому что Максвелл использовал для объяснений физический язык. Этот труд был расценен как неясное предположение без должного количества экспериментальных доказательств. Физик Михаил Пупин в своей автобиографии "От иммигранта к изобретателю" описывает, как он путешествовал из Америки в Европу в 1883 году в поисках того, кто понимал Максвелла. Он отправился изучать теорию Максвелла, как рыцарь в поисках Святого Грааля.

Пупин сначала поступил в Кембридж с твердым намерением изучить теорию у самого Максвелла. Он не знал, что Максвелл умер четыре года назад. Узнав, что Максвелл умер, он остался в Кембридже и был назначен преподавателем колледжа. Но его наставник знал о теории Максвелла меньше, чем он сам, и был заинтересован только в том, чтобы научить Михаила решать математические задачи трипоса. Михаил Пупин был поражен, обнаружив, как он говорит, "как мало было физиков, которые уловили смысл теории, даже через двадцать лет после того, как она была сформулирована Максвеллом в 1865 году". В конце концов он бежал из Кембриджа в Берлин и поступил студентом к Герману фон Гельмгольцу. Гельмгольц понимал теорию и учил Пупина тому, что знал сам. Пупин вернулся в Нью-Йорк, стал профессором Колумбийского университета и обучал последующие поколения студентов, которые впоследствии распространили Евангелие Максвелла по всей Америке.

Открытка от Максвелла Питеру Тейту
Открытка от Максвелла Питеру Тейту

Как случилось, что теория Максвелла была так широко проигнорирована? В конце концов, Максвелл не был похож на своего современника Грегора Менделя, монаха, работавшего в безвестном монастырском саду в Богемии. Максвелл был известным профессором, директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, ведущей фигурой в британском научном сообществе. Свидетельством его высокого положения можно считать то, что он был президентом секции А (математические и физические науки) Британской ассоциации содействия развитию науки, когда ассоциация провела свое ежегодное собрание в Ливерпуле в 1870 году. Он выступил с президентской речью в Ливерпуле, которая была опубликована во втором томе недавно основанного журнала "Nature". Стиль его выступления показывает нам, почему его теорию не воспринимали всерьез. Можно было ожидать, что он воспользуется возможностью, предоставленной президентской платформой, чтобы объявить миру о важности открытий, которые он сделал пять лет назад. Он не сделал ничего подобного. Он был абсурдно и раздражающе скромен.

Максвелл в первую очередь объявил тему своего выступления - обзор последних достижений, которые были сделаны на границе между математикой и физикой. Затем он с большим энтузиазмом рассказал о вихревой теории молекул, недавно предложенной сэром Уильямом Томсоном (впоследствии ставшим лордом Кельвином).

Теория, которую сэр Уильям основал на великолепных гидродинамических теоремах Гельмгольца, ищет свойства молекул в кольцевых вихрях однородной несжимаемой жидкости без трения. Гельмгольц показал, что в идеальной жидкости такое кружащееся кольцо, если оно однажды возникло, будет продолжать кружиться вечно, всегда будет состоять из той же самой части жидкости, которая была сначала закручена, и никогда не может быть разрезана надвое какой-либо естественной причиной. Эти кольцевые вихри способны к таким разнообразным связям и узловатым самоинволюциям, что свойства различных узловатых вихрей должны быть столь же различны, как и свойства различных видов молекул.

И так далее. Максвелл объяснил, как древняя теория о том, что материя состоит из атомов, столкнулась с логическим парадоксом. С одной стороны, атомы должны были быть твердыми, непроницаемыми и неразрушимыми. С другой стороны, данные спектроскопии и химии показали, что атомы имеют внутреннюю структуру и находятся под влиянием внешних сил. Этот парадокс в течение многих лет блокировал прогресс в понимании природы материи. Теперь, наконец, вихревая теория молекул разрешила парадокс. Вихри в эфире мягкие и имеют внутреннюю структуру, и тем не менее, согласно Гельмгольцу, они индивидуальны и неразрушимы. Оставалось только вывести факты спектроскопии и химии из законов взаимодействия вихрей, предсказанных гидродинамикой идеальной жидкости. Максвелл считал эту вихревую теорию материи замечательным примером плодотворного взаимодействия математики и физики.

Неясно, верил ли Максвелл всерьез в то, что говорил о вихревой теории. Возможно, он хотел, чтобы его речь развлекала слушателей, а не просвещала их. У него было хитрое чувство юмора, и вполне возможно, что он хвалил теорию вихря, зная, что более проницательные члены аудитории поймут, что теория была шуткой. Только в конце своего выступления Максвелл кратко упомянул о своей теории электромагнетизма.

Другая теория электричества, которую я предпочитаю, отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям во всепроникающей среде, причем эти напряжения одинаковы по характеру с теми, которые известны инженерам, и среда идентична той, в которой предполагается распространение света.

Фраза "Другая теория электричества, которую я предпочитаю", кажется, намеренно скрывает тот факт, что это была его собственная теория. Неудивительно, что вихри Кельвина произвели на его слушателей большее впечатление, чем уравнения Максвелла.

Мораль этой истории заключается в том, что скромность не всегда является добродетелью. Максвелл и Мендель оба были чрезмерно скромны. Скромность Менделя задержала прогресс биологии на пятьдесят лет. Скромность Максвелла замедлила прогресс физики на двадцать лет. Для прогресса науки будет лучше, если люди, делающие великие открытия, не будут слишком скромны, чтобы трубить в свои собственные трубы. Если бы у Максвелла было такое же эго, как у Галилея или Ньютона, он бы позаботился о том, чтобы его работы не игнорировались. Максвелл был таким же великим ученым, как Ньютон, и гораздо более приятным человеком. Но, к сожалению, он не начал президентскую речь в Ливерпуле словами, подобными тем, которые Ньютон использовал, чтобы представить третий том своей Principia Mathematica: "... исходя из тех же принципов, я теперь демонстрирую структуру системы мира". Ньютон не называл свой закон всемирного тяготения "очередной теорией тяготения, которую я предпочитаю".

Теория Максвелла и квантовая механика

Помимо скромности Максвелла, были и другие причины, по которым его теорию было трудно понять. Он заменил ньютоновскую вселенную материальных объектов, взаимодействующих друг с другом на расстоянии, вселенной полей, простирающихся через пространство и взаимодействующих только локально с материальными объектами. Понятие поля было трудно понять, потому что поля неосязаемы. Ученые того времени, включая самого Максвелла, пытались представить поля как механические структуры, состоящие из множества маленьких колесиков и вихрей, простирающихся в пространстве. Эти структуры должны были переносить механические напряжения, которые электрические и магнитные поля передавали между электрическими зарядами и токами. Чтобы поля удовлетворяли уравнениям Максвелла, система колес и вихрей должна была быть чрезвычайно сложной.

Если попытаться визуализировать теорию Максвелла с помощью таких механических моделей, она выглядит как возврат к астрономии Птолемея с планетами, движущимися по циклам и эпициклам в небе. Это не похоже на изящную астрономию Ньютона. Уравнения Максвелла, записанные в неуклюжих обозначениях, которыми пользовался Максвелл, были пугающе сложными, а его механические модели - еще хуже. Для современников теория Максвелла была лишь одной из многих теорий электричества и магнетизма. Ее было трудно осмыслить, и, казалось, не было явного преимущества перед другими теориями, которые описывали электрические и магнитные силы в ньютоновском стиле как дальнодействие между зарядами и магнитами. Неудивительно, что мало кто из современников Максвелла прилагал усилия, чтобы изучить его теорию.

Теория Максвелла становится простой и понятной только тогда, когда вы отказываетесь мыслить в терминах механических моделей. Вместо того чтобы думать о механических объектах как о первичных, а об электромагнитных напряжениях как о вторичных следствиях, вы должны думать об электромагнитном поле как о первичном, а о механических силах как о вторичном конструкте. Мысль о том, что первичными составляющими Вселенной являются поля, не сразу пришла в голову физикам поколения Максвелла. Поля - это абстрактное понятие, далекое от привычного мира вещей и сил. Уравнения поля Максвелла являются уравнениями в частных производных. Они не могут быть выражены простыми словами, такими как закон движения Ньютона: сила равна массе, умноженной на ускорение. Теория Максвелла должна была ждать следующего поколения физиков, Герца, Лоренца и Эйнштейна, чтобы раскрыть свою силу и прояснить свои концепции. Следующее поколение выросло с уравнениями Максвелла и чувствовало себя как дома во вселенной, построенной из полей. Первенство полей было так же естественно для Эйнштейна, как первенство механических структур - для Максвелла.

https://ddcolrs.wordpress.com/2018/01/17/maxwells-equations-from-20-to-4/
https://ddcolrs.wordpress.com/2018/01/17/maxwells-equations-from-20-to-4/

Современный взгляд на мир, возникший из теории Максвелла, - это мир с двумя слоями. Первый слой, слой фундаментальных составляющих мира, состоит из полей, удовлетворяющих простым линейным уравнениям. Второй слой, слой вещей, которые мы можем непосредственно потрогать и измерить, состоит из механических напряжений, энергий и сил. Эти два слоя связаны, потому что величины во втором слое являются квадратичными или билинейными комбинациями величин в первом слое. Чтобы вычислить энергии или напряжения, вы берете квадрат напряженности электрического поля или умножаете одну составляющую поля на другую. Двухслойная структура мира - основная причина, по которой теория Максвелла казалась загадочной и трудной. Объекты на первом уровне, объекты, которые действительно фундаментальны, являются абстракциями, не доступными непосредственно нашим чувствам. Объекты, которые мы можем чувствовать и осязать, находятся на втором слое, и их поведение лишь косвенно определяется уравнениями, действующими на первом слое. Двухслойная структура мира подразумевает, что основные процессы природы скрыты от нашего взгляда.

Теперь мы считаем само собой разумеющимся, что электрические и магнитные поля являются абстракциями, не сводимыми к механическим моделям. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на единицы измерения электрического и магнитного полей. Условная единица напряженности электрического поля - квадратный корень из джоуля на кубический метр. Джоуль - это единица энергии, а метр - единица длины, но квадратный корень из джоуля - это не единица чего-то осязаемого. Мы не можем представить себе, как можно измерить непосредственно квадратный корень из джоуля. Единица измерения напряженности электрического поля - это математическая абстракция, выбранная таким образом, что квадрат напряженности поля равен плотности энергии, которую можно измерить с помощью реальных приборов. Единицей плотности энергии является джоуль на кубический метр, и поэтому мы говорим, что единицей напряженности поля является квадратный корень из джоуля на кубический метр. Это не означает, что напряженность электрического поля можно измерить с помощью квадратного корня калориметра. Это означает, что напряженность электрического поля - абстрактная величина, несоизмеримая с любыми величинами, которые мы можем измерить непосредственно.

Через шестьдесят лет после того, как Максвелл опубликовал свою теорию, Шредингер, Гейзенберг и Дирак изобрели квантовую механику. Квантовая механика была принята гораздо быстрее, чем теория Максвелла, потому что она сделала множество определенных предсказаний об атомных процессах и эксперименты показали, что все предсказания были правильными. Через год-два все поверили в квантовую механику как в практический инструмент для расчета основных процессов физики и химии. Природа, очевидно, подчинялась законам квантовой механики. Но значение квантовой механики оставалось спорным. Хотя квантовая механика была быстро принята, она не была быстро понята. Резкие расхождения во мнениях по поводу интерпретации квантовой механики сохраняются на протяжении семидесяти лет.

И почему их никто не понимал?
И почему их никто не понимал?

Прошло около тридцати лет после Максвелла, прежде чем его уравнения стали понятны всем. Для достижения согласованного понимания квантовой механики потребуется по меньшей мере вдвое больше времени. Мы все еще ведем страстные споры между сторонниками различных интерпретаций квантовой механики, Копенгагенской интерпретации, многомировой интерпретации, декогерентной интерпретации, интерпретаций скрытых переменных и многих других. Причина этих споров заключается в том, что различные интерпретаторы пытаются описать квантовый мир словами повседневного языка, а язык не подходит для этой цели. Повседневный язык описывает мир таким, каким его видят люди. Наше восприятие мира целиком связано с макроскопическими объектами, которые ведут себя в соответствии с правилами классической физики. Все понятия, которые появляются в нашем языке, являются классическими. Каждая из интерпретаций квантовой механики - это попытка описать квантовую механику на языке, в котором отсутствуют соответствующие понятия. Битвы между соперничающими интерпретациями продолжаются безостановочно, и конца им не видно.

Для понимания квантовой механики может оказаться полезным подчеркнуть сходство между квантовой механикой и теорией Максвелла. В двух отношениях теория Максвелла может дать ключ к тайнам квантовой механики.

Во-первых, попытки понять квантовую механику в терминах языка, основанного на классических понятиях, аналогичны попыткам понять теорию Максвелла в терминах механических моделей. Теория Максвелла стала изящной и понятной только после того, как были оставлены попытки представить электромагнитные поля с помощью механических моделей. Точно так же квантовая механика становится изящной и понятной только после того, как попытки описать ее словами прекращаются. Чтобы увидеть красоту теории Максвелла, необходимо отойти от механических моделей и погрузиться в абстрактный мир полей. Чтобы увидеть красоту квантовой механики, необходимо отойти от словесных описаний и погрузиться в абстрактный мир геометрии. Математика - это язык, на котором говорит природа. Язык математики делает мир максвелловских полей и мир квантовых процессов одинаково прозрачными.

Вторая связь между теорией Максвелла и квантовой механикой заключается в глубоком сходстве структуры. Подобно теории Максвелла, квантовая механика делит Вселенную на два слоя. Первый слой содержит волновые функции Шредингера, матрицы Гейзенберга и векторы состояний Дирака. Величины в первом слое подчиняются простым линейным уравнениям. Их поведение можно точно рассчитать. Но их нельзя наблюдать непосредственно. Второй слой содержит вероятности столкновений и превращений частиц, интенсивности и поляризации излучения, математические ожидания энергий и спинов частиц. Величины во втором слое могут быть непосредственно наблюдаемы, но не могут быть непосредственно вычислены. Они не подчиняются простым уравнениям. Это либо квадраты величин первого слоя, либо произведения одной величины первого слоя на другую. В квантовой механике, как и в теории Максвелла, Природа живет в абстрактном математическом мире первого слоя, но мы, люди, живем в конкретном механическом мире второго слоя. Мы можем описать Природу только абстрактным математическим языком, потому что наш вербальный язык находится дома только во втором слое.

Как и в случае с теорией Максвелла, абстрактное качество величин первого слоя проявляется в единицах, в которых они выражаются. Например, волновая функция Шредингера выражается в единице, которая является квадратным корнем из обратного кубического метра. Уже один этот факт ясно показывает, что волновая функция - это абстракция, навсегда скрытая от нашего взгляда. Никто никогда не измерит напрямую квадратный корень из кубического метра. Конечная важность теории Максвелла гораздо больше, чем ее непосредственные достижения в объяснении и объединении явлений электричества и магнетизма. Его конечная важность состоит в том, чтобы стать прототипом для всех великих триумфов физики двадцатого века. Это прототип теории относительности Эйнштейна, квантовой механики, теории обобщенной калибровочной инвариантности Янга-Миллса и единой теории полей и частиц.

Все эти теории основаны на концепции динамических полей, введенной Максвеллом в 1865 году. Все они имеют одинаковую двухслойную структуру, отделяющую мир простых динамических уравнений от мира человеческого наблюдения. Все они воплощают в себе то же качество математической абстракции, которое сделало теорию Максвелла трудной для понимания его современниками. Мы можем надеяться, что глубокое понимание теории Максвелла приведет к рассеиванию тумана непонимания, который все еще окружает интерпретацию квантовой механики. И мы можем надеяться, что глубокое понимание теории Максвелла поможет проложить путь к дальнейшим триумфам физики в XXI веке.

Комментарии 37

    +1
    Чтоб легче понимать такие теории, надо понимать психологию, механизм мышления и принцип работы сознания человека. proza.ru/2019/01/25/267
      0

      Там термин "информация" воспринимается слишком узко, скорее как интерпретируемые данные, а такой уровень абстракции далеко уходит от физики

        +1
        Думаю, что это достаточное и общепризнанное определение термина «информация». Этого определения хватает для рассуждений. Но хотелось бы прочитать ваше определение данного термина, чтоб понять, что вы имели ввиду.
          0

          Для информатики и прочей деятельности, достаточно, но если тянуть эту трактовку на фундаментальный уровень, то у всех возникает противопоставление информации материальному миру, двойственность бытия. Но в физике правильней будет приравнивать информацию к энергии или скорее к динамике и взаимодействиям элементарных состояний. Вообще, надо будет проработать литературу и тщательней отполировать этот вопрос — мож и оформить как статью

            0
            Из того, как вы говорите, я делаю вывод, что вы не программист и не понимаете, как работает процессор. Вот у вас есть книга. Ее материальная часть — это бумага и краска в виде непонятных символов. А информация — это код заключенный в последовательности данных символов и она для вас существует только в том случае, если вы ее можете воспринять и использовать в своей психике. Информация — это нематериальная сущность. Тут приходит понимание, что мир делится на материальное и нематериальное. Упрощенный материализм описывает только материальные сущности и признает только материю. Значит мы развиваем материалистическое учение, вводя в учение понятие информация. При этом информация не подчиняется материальным законам. Она может быть уничтожена и размножена, то есть не подчиняется закону сохранения энергии, потому что нематериальна. Но у нее тоже есть законы существования, которые следует описать. Один из фундаментальных законов для информации: Информация всегда содержится на материальном носителе, имеет ограниченный объем и передается посредством материальных носителей.
              0

              Не мир делится, а вы его делите. Отложим дискурс, это отдельная и большая тема

                0
                Информационная система в нашей психике делит мир на абстрактные представления, чтоб успешнее вычислять последствия определенных действий и важно это деление произвести правильно, чтоб оперируя этими абстракциями произвести верные вычисления.
              0
              Нет противопоставления информации материальному миру. Информация это одно из свойств материи. Для ее хранения нужен материальный носитель и для передачи информации нужна материя. Но сама информация делится на активную (программы-алгоритмы, которые используют данные) и пассивную (данные, которые используются программами). При этом материальные объекты, содержащие активную информацию содержат и пассивную, а объекты содержащие пассивную могут не иметь активной информации. Часто материальные объекты с активной информацией мы называем живыми.
                +1
                Вообще, надо будет проработать литературу и тщательней отполировать этот вопрос — мож и оформить как статью
                Загляните на сайт Д. Дубровского, можно много полезного извлечь для понимания информационного подхода и взаимоотношений с проблемой сознания с философской точки зрения. Свое видение под впечатлением кратко изложил тут, см. под спойлером.
                  +1

                  Почитал и то и другое — просто восхитительно! Как-то и надобность теперь отпала в оформлении. Тогда, когда-нибудь потом сформирую гид-список источников: наверное, гораздо продуктивней чем доказывать свою точку зрения просто взять и показать, как к ней пришел

          +1
          Странное заявление, что мы не можем осязать поле. У человека есть орган чувств, который реагирует на электромагнитное поле.
            +3

            Органы реагируют на энергию, которая будет квадратом электрического поля, а не самим полем. Электрическое поле нельзя измерить непосредственно в электродинамике, потому что оно было определено в электростатике. Оно не является наблюдаемой величиной в том же смысле, что энергия поля, импульс или момент. Наблюдаемые являются произведениями поля второго порядка (квадратичными, билинейными), тогда как само поле является первым порядком (линейным) и имеет то же положение в электродинамике, что и волновая функция в квантмехе. Об этом речь

              +2
              Я про электрическое поле не писал ничего. Это кому ответ?
              Хотя глаза действительно фиксируют электромагнитные волны, а не поле.
                0

                лень было еще и слово "магнитное" прописывать, так-то мысль применима и в общем к ЭМП. Это эссе переводил как вспомогательный материал к следующей статье, там как раз будет много про электрическое поле

                0
                Электрическое поле нельзя измерить непосредственно в электродинамике

                как это нельзя? Можно, например, с помощью катодной трубки.
              +12
              Я бы просто привёл сами уравнения в том виде, в котором их «крутил» сам Максвелл, пусть и в современной нотации. Т.е. систему из 22 дифур в частных производных, без сокращающих запись роторов и дивергенций. Программистам, когда доходит до «посчитать», приходится работать именно в частных производных (заменяя их на конечные разности), так что они оценят.
                +2

                Спаисбо, было интересно.


                тобы увидеть красоту квантовой механики, необходимо отойти от словесных описаний и погрузиться в абстрактный мир геометрии.

                Первый слой содержит волновые функции Шредингера, матрицы Гейзенберга и векторы состояний Дирака.

                Не знал, правда, что вышеперечисленные это геометрия. Можете пояснить?

                  0

                  Дайсон спец в электродинамике, а там изобилирует матричный подход. В двух словах, операторы воспринимаем как матрицы, а состояния — как вектора и решаем сопутствующие задачи, типа поиска собственных значений и собственных векторов

                    +1

                    Ага, то есть линейная алгбера и её геометрическяая интерпретация.

                    +2
                    Это не геометрия а векторная алгебра. Вектора состояния живут в комплексном гильбертовом пространстве. Их с большой натяжкой можно представить в виде геометрических векторов
                    +6

                    Весьма прискорбно, что рассуждая о сложности понимания максвелловской теории, Дайсон так и не удосужился упомянуть, и переводчик нигде не отметил, первопричину всех сложностей — исходно уравнения были записаны в кватернионах. Только в 1884, прорубив векторный анализ, Хевисайд переписал уравнения в представленном в статье и уже привычном всем виде

                    +1

                    Пользуясь случаем хочу прорекламировать геометрическую алгебру, в которой уравнения Максвелла превращаются в одно единственное уравнение Максвелла. Также и уравнения квантовой механики упрощаются и для записи и для понимания https://youtu.be/x7eLEtmq6PY


                    К несчастью, сам я не достаточно прокачан в физике, чтобы понимать эту лекцию. Но другие лекции по геометрической алгебре зашли на ура.

                      0

                      Класс — наугад щелкнул и попал на момент, про который собираюсь опубликовать статью! Спасибо!

                      0
                      Оливер Хевисайд:
                        +1

                        … современный вид уравнениям Максвелла придал Оливер Хевисайд… он свёл 20 уравнений с 12 переменными к 4-м… и таки сделал это уже в 1880 г… какой Пупин?.. все прекрасно разбирались в уравнениях Максвелла таки за 3 года до путешествия Пупина в Европу… кстати,… и Максвелл таки всегда позитивно относился ко всем работам Хевисайда… т.е. через год после смерти Максвелла его уравнения имели уже современный вид...

                          +1

                          Да даже сейчас уравнения Максвелла понимает, да фиг с ним "понимает", хотя бы вспомнят, что это про электродинамику, вряд ли больше 1% встреченных на улице (если эта улица не возле сильного физического вуза). А из этих встреченных понимает (сможет, подсмотрев, написать их и объяснить на пальцах) — не больше десятой доли. А из оставшихся сможет (опять подсмотрев в книгу) объяснить связь с СТО еще десятая доля.
                          Тут дело не только в записи уравнений. Для знакомства с уравнениями Максвелла надо


                          • хоть немного интересоваться физикой
                          • знать матанализ хотя бы на "интуитивном" уровне (т.е. без доказательств всех теорем)
                          • знать механику на приличном уровне (наверное не обязательно, но наша система образования построена так)
                          • чтобы хороший преподаватель и хорошая книга это всё объяснили
                            +3
                            Что бы внятно понять уравнения Максвелла в современном виде ещё нужно:
                            — неплохо знать теорию векторного поля;
                            — представлять себе (ещё лучше провести базовые опыты) проявления статического электрического поля, а также проявления движущихся магнитного и электрического полей.

                            И только тогда глядя на дивергенцию и роторы в уравнениях понимаешь красоту идеи: дуальность магнитного и электрического полей. Они как одно целое, изменение одного из полей обуславливает изменение другого. Не зря уравнения объединяются в систему.
                              +1
                              представлять себе (ещё лучше провести базовые опыты) проявления статического электрического поля, а также проявления движущихся магнитного и электрического полей.

                              Так-то оно так. Но с одной стороны можно провести хитроумные опыты не вникнув, а можно сыграть на электрогитаре, понимая, как звук в усилитель попадает, и при чём тут Максвелл :)
                              Я, собственно, не утверждаю, что мой список полон. Я скорее о том, что Максвелла не только современники не понимали, но и сейчас маловато. Так мало — потому что для этого надо большую фундаментальную базу, которой, к сожалению, у многих нет.

                                +2
                                Согласен с Вами. Фундаментальной базы знаний у большинства нет, мало того, робкие попытки как младшего поколения, так и людей постарше узнать-изучить нечто сложное, в окружении вызывают удивление и смех, а в соцсетях даже троллинг (всё сводится к фразе «а нафига это нужно»). Это отрицательный мотив к самостоятельной сложной работе над собой, формирующейся с раннего возраста. Ещё немного и различные сверх-популярные фэнтази-произведения (где устройство мира достаточно ясное) станут основой государственной идеологии для тик-токеров.

                                Опыты с электростатикой нужны для чувственного понимания того, что электрическое поле пронизывает пространство и существует в осязаемых проявлениях. О том, что существует магнитное поле знают все, личный опыт это подтверждает.
                            0

                            del

                              +2
                              Очень странная и невнятная статья, хоть и от Дайсона. Во-первых, как уже указали выше, не упомянут Хевисайд, который привел теорию Максвелла к современному виду. Он вообще много чего сделал в физике, в том числе составил телеграфные уравнения для линий электропередачи и связи, используя которые и сделал свою карьеру Пупин.

                              Во-вторых, электрическое и магнитное поля являются наблюдаемыми в классической электродинамике (а именно о ней статья Дайсона). Например, сила Лоренца, действующая на заряженную частицу, линейна по полям. Визуализировать силовые линии магнитного поля можно просто раскидав железные опилки около магнита. Электростатика есть частный случай классической электродинамики, так что никакого противоречия нет. Ненаблюдаемыми являются потенциалы, которые в релятивистской форме представляют собой 4-вектор и обычно записываются в виде A_{\mu}. В этом смысле и правда есть два слоя — ненаблюдаемые A_{\mu} и наблюдаемые E и H, которые выражаются через A_{\mu}.

                              Возможно, при написании этой статьи Дайсон подразумевал квантовую электродинамику (КЭД), в которой он действительно очень много сделал (к сожалению, ему не досталось места на получение Нобелевской премии за разработку КЭД...). В КЭД говорить об электрическом и магнитном поле фотона бессмысленно, а построение теории идет на уровне 4-векторов A_{\mu}. Сам фотон характеризуется энергией, импульсом и спиральностью, которые квадратичны по A_{\mu} и, если говорить чисто формально, по E и H. Но об этом в статье не упоминается.
                                0

                                Какая-то вода написана…

                                  +1
                                  Поля — это абстрактное понятие, далекое от привычного мира вещей и сил.
                                  Долго Майкл Фарадей думал, как назвать этот феномен

                                  Но в голове возникла ассоциация только с этим

                                  Видимо из-за того, что родом из сельской местности. Так в физике появились поля. А ведь ассоциация могла быть с рябью на воде, и тогда в физике появилась рябь. Хороша с волнами, но они уже были забиты. Электрическая рябь, магнитная рябь, гравитационная рябь… что-то в этом есть… глядишь электро-магнитная теория появилась быстрее по ассоциациям с волнами, да и идея о грав. волнах тоже, и развитие физики пошло по иному пути. И сейчас была бы не КТП, а КТР — кв. теория ряби) а если бы у него возникла ассоциация с ландшафтом, то нечто напоминающее ТС могло возникнуть раньше… но имеет, то что имеем — поля) В сов. времена студенты и сотрудники НИИ ездили на уборку урожаев… заодно знакомились со свойствами концепции поля на практике)) Если серьезно, то выбор терминов очень важен в творческой работе, особенно в физике при выборе базисных понятий. Стоит вспомнить Большой взрыв, Черные дыры, Многомировую интерпретацию, и тп, сколько новых идей и ассоциаций они вызывают и стимулируют на поиск, а ведь исходно у них другие, сухие, малоговорящие названия — сингулярности, соотнесенные состояния.
                                  В квантовой механике, как и в теории Максвелла, Природа живет в абстрактном математическом мире первого слоя, но мы, люди, живем в конкретном механическом мире второго слоя. Мы можем описать Природу только абстрактным математическим языком, потому что наш вербальный язык находится дома только во втором слое.
                                  Что-то мне это напомнило… не начитался ли он Липкина?) У него тоже два слоя описания. Осталось только додуматься до объектной структуры физики, как у него, см. эту книгу. Ввести квантовый объект, и никаких непонятных парадоксов в КМ не возникало бы.
                                    +1

                                    Рассуждения о понимании природы полей или волновой функции через размерность очень сомнительны. Единицы поля, как известно, нельзя свести к пулу одних лишь механических единиц сантиметр-грамм-секунда, а как минимум требуется ещё заряд.


                                    Если так же рассуждать "в обратном направлении", то начнётся: длина пропорциональна корню третьей степени из заряда в квадрате и т.д. Стало быть трудно постичь, что есть длина.


                                    Особенно нелеп аргумент по размерности, если знать современную безмерную систему единиц в теорфизике c = ℏ = G = 1.

                                      +1
                                      Единицы поля, как известно, нельзя свести к пулу одних лишь механических единиц

                                      да уж лет 170 как свели. См. «Гауссова система единиц»; практического применения она в то время не нашла, потому как постоянная Вебера измерялась с очень плохой точностью. Введение дополнительной единицы, связанной с зарядом (изначально это была единица сопротивления), позволило построить приемлемую с метрологической точки зрения систему единиц, которая легла в основу СИ — в ней не требовалось использовать значение постоянной Вебера для построения вторичных эталонов. «Фундаментальных» постоянных становилось больше, но измерялись они точнее. Когда стало понятно, что постоянная Вебера с точностью до скольких-то пи есть скорость света, было поздно. Переградуировка приборов была экономически очень нецелесообразной.

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое