Мичио Каку: Физика невозможного

Но, как ни странно, силовое поле оказывается одним из тех явлений, которые чрезвычайно сложно воспроизвести в ла­боратории. Некоторые физики даже полагают, что это вообще не удастся сделать без изменения его свойств.

Концепция физического поля берет начало в работах великого британского ученого XIX в. Майкла Фарадея.

Родители Фарадея принадлежали к рабочему классу (его отец был кузнецом). Сам он в начале 1800-х гг. состоял в подмастерьях у переплетчика и влачил достаточно жалкое существование. Но юный Фарадей был зачарован недавним гигантским прорывом в науке — открытием таинственных свойств двух новых сил, электричества и магнетизма. Он жадно поглощал всю доступную ему информацию по этим вопросам и посещал лекции профессора Хамфри Дэви из Королевского ин­ститута в Лондоне.

Однажды профессор Дэви серьезно повредил глаза во время неудачного химического эксперимента; понадобился секретарь, и он взял на эту должность Фарадея. Постепенно молодой человек завоевал доверие ученых Королевского института и получил воз­можность проводить собственные важные эксперименты, хотя нередко ему приходилось терпеть и пренебрежительное отноше­ние. С годами профессор Дэви все ревнивее относился к успехам своего талантливого молодого помощника, который поначалу считался в кругах экспериментаторов восходящей звездой, а со временем затмил славу самого Дэви. Только после смерти Дэви в 1829 г. Фарадей получил научную свободу и осуществил целую серию поразительных открытий. Результатом их стало создание электрических генераторов, обеспечивших энергией целые горо­да и изменивших ход мировой цивилизации.

Ключом к величайшим открытиям Фарадея стали сило­вые, или физические, поля. Если поместить железные опилки над магнитом и встряхнуть, выяснится, что опилки укладыва­ются в рисунок, напоминающий паутину и занимающий все пространство вокруг магнита. «Нити паутины» — это и есть фарадеевы силовые линии. Они наглядно показывают, как рас­пределяются в пространстве электрическое и магнитное поля. К примеру, если изобразить графически магнитное поле Земли, то обнаружится, что линии исходят откуда-то из области Север­ного полюса, а затем возвращаются и снова уходят в землю в области Южного полюса. Аналогично, если изобразить сило­вые линии электрического поля молнии во время грозы, выяс­нится, что они сходятся на кончике молнии.

Пустое пространство для Фарадея вовсе не было пустым; оно было заполнено силовыми линиями, при помощи кото­рых можно было заставить отдаленные предметы двигаться.

(Бедная юность не позволила Фарадею получить систематиче­ское образование, и он практически не разбирался в математи­ке; вследствие этого его записные книжки были заполнены не уравнениями и формулами, а нарисованными от руки диаграм­мами силовых линий. По иронии судьбы именно недостаток математического образования заставил его разработать вели­колепные диаграммы силовых линий, которые сегодня можно увидеть в любом учебнике физики. Физическая картина в науке нередко более важна, чем математический аппарат, который используется для ее описания.)

Историки выдвинули немало предположений о том, что именно привело Фарадея к открытию физических полей — одного из важнейших понятий в истории всей мировой науки. Фактически вся без исключения современная физика написа­на на языке фарадеевых полей. В 1831 г. Фарадей совершил ключевое открытие в области физических полей, навсегда из­менившее нашу цивилизацию. Однажды, пронося магнит — детскую игрушку — над проволочной рамкой, он заметил, что в рамке возникает электрический ток, хотя магнит с ней не соприкасается. Это означало, что невидимое поле магнита способно на расстоянии заставить электроны двигаться, соз­давая ток.

Силовые поля Фарадея, которые до этого момента счита­лись бесполезными картинками, плодом досужей фантазии, оказались реальной материальной силой, способной двигать объекты и генерировать энергию. Сегодня можно сказать на­верняка: источник света, которым вы пользуетесь, чтобы про­честь эту страницу, получает энергию благодаря открытиям Фарадея в области электромагнетизма. Вращающийся магнит создает поле, которое толкает электроны в проводнике и за­ставляет их двигаться, рождая электрический ток, который за­тем можно использовать для питания лампочки. На этом прин­ципе основаны генераторы электричества, обеспечивающие энергией города всего мира. К примеру, поток воды, падающий с плотины, заставляет вращаться гигантский магнит в турбине; магнит толкает электроны в проводе, формируя электрический ток; ток, в свою очередь, течет по высоковольтным проводам в наши дома.