Тор Норретрандерс - Иллюзия пользователя. Урезание сознания в размерах

«Как такое могло быть возможно?» — спрашивал Людвиг Больцман, современник Максвелла и его коллега в установлении важных вех теоретической физики. Каким образом содержание столь богатой и разнообразной коллекции явлений могло быть суммировано в виде столь немногочисленных и мощных символов, как те, которые содержат четыре знаменитых строчки уравнений Максвелла?

В определенном смысле это остается большой научной тайной. Ведь дело не ограничивается тем, что в нескольких словах или уравнениях содержится максимум возможного и создается карта территории, карта, которая просто и ясно суммирует всю важную информацию и тем самым позволяет нам находить дорогу. Но — здесь-то и заключается тайна — была создана карта, которая позволяет нам видеть детали территории, не известные на тот момент, когда создавалась карта!

Физика появилась как теоретическая наука, которая была одной из форм объединения различных разрозненных явлений в единую теоретическую базу. В 1687 году Исааку Ньютону удалось впервые объединить различные природные явления в единый теоретический образ, когда он представил свою теорию гравитации. Сама теория была довольно элегантной с математической точки зрения, но ее реальное значение состояло в том, что она объединяла знания о двух различных, хотя и сходных, группах явлений. В начале 1600 годов Галилей основал современную теорию движения тел на Земле — падение тел, ускорение, колебания и многое другое — и в тот же период Иоганн Кеплер сформулировал серию законов, которые описывают движение планет вокруг солнца. И Галилей, и Кеплер базировались в своих теориях на наблюдениях. Для Галилея это были его собственные эксперименты, для Кеплера — наблюдения за планетами датского астронома Тихо Браге.

Подвиг Ньютона заключался в том, что ему удалось объединить две эти теории — теорию Галилея о Земле и Кеплера о небесах — в одну теорию, которая свела воедино небо и землю. Значение имел только один принцип — гравитация — то, что пока никто не мог понять.

Теория Ньютона стала моделью для всех более поздних физиков (и оказала влияние на все отрасли науки), когда идеалом стало Великое Объединение теорий из различных научных отраслей.

Однако началом Второго Великого объединения стали лишь знаменитые уравнения Джеймса Кларка Максвелла. И если Ньютон объединил небо и землю, Максвеллу удалось соединить электричество и магнетизм.

Весь современный научный взгляд на Вселенную базируется на признании определенных природных сил — гравитации, электричества, магнетизма и двух других, которые действуют в мире атомов. Эти силы описывают, каким образом различные материальные тела взаимодействуют друг с другом. А истинный смысл заключается в том, что не существует в природе иных сил помимо тех, что перечислены выше. Все нам известное может быть описано через эти силы и оказываемые ими эффекты.

И потому открытие, совершенное в прошлом веке, имело огромное значение: оказывается, существует связь между двумя этими силами — электричеством и магнетизмом. В 1820 году датский ученый Ганс Христиан Эрстед обнаружил, что магнитная игла отклоняется электрическим током. До этого момента никому не приходило в голову, что существует связь между электричеством и магнетизмом — двумя хорошо известными явлениями. В 1831 году Майкл Фарадей доказал и обратное теории Эрстеда — что электрический ток, который возникает в проводнике, подвергается действию магнитных полей — мы называем это электромагнитной индукцией. Когда Фарадея спросили, какую практическую пользу может иметь его открытие, он ответил: «А какая польза может быть от ребенка?».

Джеймсу Кларку Максвеллу было всего несколько месяцев от роду, когда Фарадей открыл индукцию. 30 лет спустя Максвеллу удалось инициировать Второе Великое объединение в физике, когда его уравнения объединили в себе достижения Фарадея, Эрстеда и многих других.

Максвелл сознательно работал с использованием принципа аналогии. Он создавал теории об электрических и магнитных явлениях, воображая вихри в пространстве, которые представляли собой поля, вызывающие электрические и магнитные явления. Он сознательно использовал простые образы, которые можно было отбросить, когда он начинал понимать явление достаточно хорошо, чтобы выразить его в математической форме. Как написал Максвелл, начинать необходимо с «упрощения и сокращения результатов предыдущих исследований до такой формы, когда их может охватить ум».