Ідея близкодействия в роботах Фарадея. Не буду детально розглядати все, що зробив Фарадей для фізики, перерахую лише основні його відкриття, зупинившись докладно тільки на роботах, пов'язаних з обгрунтуванням концепції близкодействия.
До числа основних відкриттів Фарадея відносяться такі а відкриття скраплення газів і передбачення існування критичної температури а відкриття обертання провідника зі струмом навколо магніту, що стало прообразом сучасного електродвигуна а відкриття явища електромагнітної індукції та самоіндукції, що дозволило йому створити першу діючу модель уніполярної динамо-машини а доказ єдиної природи різного виду електрики, одержуваного різними способами а встановлення законів електролізу і висунення ідеї про атома ності електрики а створення теорії електростатичного індукції і поляризації діелектриків, введення поняття діелектричної проникності а вивчення магнітних властивостей речовини, відкриття діа- і парамагнетизму а вивчення провідності газів а відкриття обертання площини поляризації світла під дією магнетизму а створення основ вчення про поле. Звернуся до тих робіт Фарадея, які найбільш близькі до проблеми поля, і перш за все до відкриття електромагнітної індукції.
Досліди Ерстеда і роботи Ампера, які довели зв'язок електрики і магнетизму, викликали у молодого Фарадея глибокий інтерес до електромагнетизму.
І це зрозуміло - ідея взаємозв'язку явищ, єдності сил природи була провідною і світогляді Фарадея Я давно дотримуюся думки, що став майже переконанням, що різні форми, в яких проявляються сили матерії, мають спільне походження або так взаємопов'язані, що вони можуть перетворюватися один в одного. Не дивно тому, що вже в 1821 році він записує в своєму щоденнику в якості завдання Перетворити магнетизм в електрику. Після цього він весь час носить в кишені магніт і дріт, може бути, для того, щоб вони були постійним нагадуванням про поставлену мету і завжди були під руками для перевірки виникаючих думок.
Міркування симетрії мимоволі наштовхують на думку якщо за рахунок електрики створюється магнетизм, то повинно бути справедливим і зворотне судження.
Думка Фарадея 11 років зайнята цією проблемою, але спосіб її вирішення так важко давався в руки. Чому ідея тих дослідів, які може виконати нині кожен старшокласник, виявилася настільки важкою для Фарадея, людини надзвичайного розуму? Причин тут багато. І перш за все труднощі теоретичного характеру. У науці того часу тільки зароджувалися поняття електричного струму, сили струму, напруги, була невідома природа магнетизму.
До цього додавалися труднощі технічного характеру. Щоб нині виявити ЕРС індукції, використовують багатовитковому котушку. У той час тільки що дізналися про те, що магнетизм струму посилиться, якщо провід скрутити в спіраль, але ще не мали способу ізолювати дріт. Індукційні струми на уроках фізики реєструються нині гальванометром з чутливістю 10-5 А справ, а тоді струм вимірювався за відхиленням магнітної стрілки. Щоб стрілка помітно відхилилася, треба було пропускати по провіднику великий струм, а індукційні струми слабкі.
До того ж стрілка-індикатор не повинна відчувати впливу магніту, якою порушується струм. Для цього котушку видаляли від індикатора часом в інше приміщення. Вдвінув магніт в котушку, треба було йти дивитися на стрілку-індикатор, яка, природно до цього часу вже приходила в стан спокою. Відсутність ефекту пов'язували зі слабкістю магніту. Так що 11 років пошуків для того часу - термін цілком зрозумілий. Строго кажучи, явище електромагнітної індукції виявив раніше Фарадея Джозеф Генрі, американський фізик, який одним з перших почав ізольовані не магніт від голого дроти, а сам провід, обмотуючи його смужками шовку.
Але Генрі не повідомила про своє відкриття, захопившись досвідами по створенню електромагнітів, і до того ж у нього була й інша причина - його висока вимогливість хотілося звести отримані результати в якусь систему. Фарадей ж йде не на дотик, він свідомо шукає ефект, підказаний йому його спільними поглядами на світ. Він варіює ЕРС батареї, магніти, габарити і форми провідників, число витків в котушці.
Дуже загальна спочатку ідея поступово конкретизується. Вже в 1825 році він висловлює думку якщо струм діє на магніт, то і сам струм повинен відчувати протидію з боку магніту, але зміни струму в котушці при введенні в неї магніту не виявилося слабкою була, звичайно, виникла в цьому досвіді ЕРС індукції. Тоді Фарадей висуває іншу думку.
Довгоочікуваний ефект вийшов, але він короткочасний і пов'язаний не з проходженням струму, а з його зміною. Досліди тривають і в наступні дні. А може бути, щоб порушити тривалий струм в котушці за рахунок струму в інший, поруч розташованої котушці, треба зблизити ці котушки? Фарадей переміщує їх відносно один одного і виявляє, що струм виникає, якщо котушки рухаються.
Ця установка є перший генератор електричного струму. Така дуже приблизна і спрощена реставрація процесу встановлення Фарадеем явища електромагнітної індукції. Пояснення явища електромагнітної індукції, а також розгляд електричних і магнітних процесів, які відбуваються в речовині під впливом заряджених тіл і магнітів, призвели Фарадея до висування ідеї близкодействия, реалізованої в кінці кінців в ідеї існування поля. Простежити хід думок Фарадея, а тим більше просто і доступно викласти його нелегко, тому обмежуся лише спрощеним викладенням його остаточних ідей. Чому Фарадей на відміну від усіх своїх попередників встає на позиції близкодействия? До нього вся увага дослідників була звернена на сили, з якими взаємодіють заряди і струми, а не на процеси, що відбуваються в розділяє середовищі.
Фарадей ж першим ретельно вивчив процеси, що відбуваються в речовині під впливом зарядів, магнітів і струмів.
Він розглядав електричну індукцію в провідниках і поляризацію діелектриків. До нього діелектрик вважався пасивним агентом, що утримує електрику в провідниках. Фарадей ж звернув увагу на роль середовища він, наприклад, виявив залежність ємності конденсатора від роду діелектрика. Чому на поверхнях провідника і діелектрика під впливом зарядженого тіла виникають заряди протилежного знака? Вчений пояснив це тим, що під впливом зарядженого тіла в речовині відбувається поляризація, своєрідний розподіл зарядів в частинках, найближчих до наелектризованої тілу як це дійсно відбувається в діелектриках з неполярними молекулами. Поляризовані частки подібним же чином поляризують суміжні з ними, так що в середовищі відбувається процес передачі електричного дії, що поширюється поступово від точки до точки.
Подібним же чином відбувається по Фарадею і процес намагнічування.
До Фарадея магнітними матеріалами вважали лише невелике число речовин. Фарадей виявив, що всі речовини можуть намагнічуватися і магнітне дію, подібно поляризації, поступово передається від однієї частинки середовища до іншої. Отже, передача електричного і магнітного дії в речовині є процес не миттєвий, а що триває деякий час. Ось вона початкова концепція близкодействия! Фарадей вводить поняття про силові лінії.
Поки мова йде про електродинамічних процесах в речовині, Фарадей розглядає силові лінії як формальні лінії дії сили, а не реальні освіти. Як же передається дія сили в вакуумі? Може бути, дозволено припускати тут, як і в інших областях, гіпотетичний ефір? І вважаючи простір заповненим особливим середовищем - ефіром, Фарадей розглядає силові лінії як матеріальні освіти, подібні гумовим джгутів, що знаходяться в натягнутому стані.
Поняття силових ліній дозволяє йому більш виразно сформулювати закон електромагнітної індукції Кількість електрики, втягнуте в рух, прямо пропорційно кількості пересічених ліній, тобто ЕРС індукції виникає лише тоді, коли провідник перетинає силові лінії. Створюється враження, що Фарадей уявляв собі залучення в рух електричної рідини в провіднику як процес, викликаний дією реальних утворень ліній на електричну рідину в провіднику.
Взаємодія зарядів він розглядав як процес, обумовлений взаємодією знаходяться в стані натягу ліній, які в разі різнойменних зарядів, прагнучи випрямитися, стягують заряди, в разі однойменних зарядів відштовхуються одна від одної як пружні джгути, забезпечуючи відштовхування самих зарядів згадаємо спектри відповідних полів. Подання про силових лініях як реальних утвореннях наявних і в вакуумі, і в речовині, дозволяло просто і наочно пояснити багато явищ.
Зокрема, відомий досвід Араго обертання металевого диска за рахунок обертання поруч розташованого магніту отримав просте пояснення силові лінії обертового магніту впливають на електричну рідину в диску і як пружні освіти викликають його обертання. Втім, не слід переоцінювати роль цих наочних моделей-образів. Фарадей прекрасно розумів умовність цих моделей і не вважав ці уявлення закінченими і єдино можливими.
В ході подальшого розвитку науки фарадеевского уявлення про силових лініях як реальних утвореннях в ефірі було відкинуто, але істота його ідей отримало повне визнання. За Фарадею, електромагнітна взаємодія зарядів і струмів обумовлено процесами, що відбуваються в навколишньому середовищі незалежно від того, вакуум це або речовина. В обох випадках є якийсь посередник, навколишній заряди і струми і забезпечує їх взаємодію. Чи є їм ефір, в якому є силові лінії як реальні об'єкти, або це якесь інше утворення, Фарадей не вирішує і не висловлює остаточних суджень, надаючи нащадкам вирішити це складне питання.
Реальність силових ліній у Фарадея багато в чому пов'язана з тим, що ці лінії в усякому разі для магнітного поля не їсти прямі. Адже в концепції ньютоновского дальнодействия сили носять центральний характер, тобто діють за прямими, що з'єднує взаємодіючі тіла. Виявлення того, що лінії дії електродинамічних тел є криві, і наводить Фарадея на думку, що це не просто формальні зображення ліній дії сил, а реальні освіти.
Отже, поширення електричних і магнітних дій відбувається як процес, який наразі триває в середовищі і вимагає часу електричні і магнітні збудження можуть існувати незалежно від джерела і приймача. Більш того, Фарадей висловлює здогад, що це поширення дії здійснюється хвилеподібно.
У 1832 р в розпал досліджень по електромагнітної індукції Фарадей підготував лист про свої погляди на проблему електромагнітної взаємодії, що закріплює його пріоритет. У цьому листі, яке виявили через 100 років, Фарадей пише На поширення магнітного впливу потрібен час Я вважаю, що і електрична індукція поширюється таким же чином, що поширення магнітних сил від магнітного полюса схоже на коливання схвильованої водної поверхні або ж на звукові коливання частинок повітря , тобто я маю намір докласти теорію коливань до магнітних явищ і до електричної індукції. Отже, нехай Фарадей Незрозуміло яка чітко поняття поля, але суть всіх його поглядів зводиться до того, що все взаємодії здійснюються за допомогою особливої матеріальної середовища, що передає за кінцеве час процес взаємодії зарядів і струмів.
А це і означає, що Фарадей, по суті справи, ввів у фізику ідею поля, перетворивши заряди і струми з головних дійових осіб на арені електромагнітної взаємодії у допоміжні і передавши головні ролі середовищі, вважаючи, що матерія присутня скрізь, і немає проміжного простору, незайнятого нею. Але найкраще про це сказав Максвелл Фарадей своїм внутрішнім зором бачив лінії сил, що проходять через весь простір, там, де математики бачили центри сил, притягуються на відстані.
Фарадей бачив середу там, де вони не бачили нічого, крім відстані. Фарадей бачив джерело явищ в реальних процесах, що відбуваються в середовищі.
Вони ж були задоволені тим, що знайшли його в діючій на відстані силі, яка додається до електричних флюїдам. А тепер кілька слів про те, як Фарадей жив і яким він був людиною. Фарадей народився в сім'ї лондонського коваля і, як пише його біограф, виріс серед людей, що належать до обширного класу, що живе тяжким фізичною працею, в умовах, в яких він міг отримати лише трохи духовної їжі. До 13 років він закінчив своє офіційне освіту в школі, так як треба було працювати.
Фактом я міг довіритися але кожному твердженню я міг завжди протиставити заперечення. Прочитавши книгу Бесіди з хімії, він перевірив досвідами викладене в ній, щоб переконатися, що книга відповідає фактам, наскільки я їх розумів. Уже в ці роки у нього розвивається критичне мислення і глибоку повагу до фактів. Інтерес до знань спонукає його відвідувати публічні лекції видатного фізика і хіміка Гемфрі Деві. Природничо-наукові проблеми захоплюють Фарадея, і він вирішує пов'язати свою долю з вивченням природи.
Він пише Деві лист з проханням надати йому будь-яку роботу в лабораторії і докладає до листа відмінно переплетені власні конспекти прослуханих лекцій Деві. Я бажаю зовсім залишити ремесло і вступити на службу науці, яка робить своїх поборників настільки ж добрими, наскільки ремесло - злими і себелюбними. Деві спочатку відмовляє Фарадею через відсутність вакансії і попереджає його, що наука - особа черства, і вона в грошовому відношенні лише скупо винагороджує тих, хто присвячує себе служінню їй. А адміністратор інституту, з яким радиться Деві на рахунок прохання Фарадея, відповідає Нехай миє посуд.
З Європи він писав Я навчився розуміти своє невігластво, соромлюся своїх різноманітних недоліків і бажаю скористатися тепер випадком виправити їх. Але це лише початок його наукового шляху, і настільки самокритична оцінка цілком природна.
У щоденниках Фарадея не було жодної формули, і тим не менше це був один з найглибших теоретиків, цінує НЕ математичний апарат, а фізичну суть, механізм явищ. У записках Фарадея виявлена школа наукових заслуг, що містить чотири ступені відкриття нового факту зведення його до відомим принципам відкриття факту, що не зводиться до відомим принципам зведення всіх фактів до ще більш високим принципам. Відкриття самого Фарадея - це найвищий ступінь за його шкалою.
Він повинен ставитися шанобливо ні до особистостям, а до предметів. Істина повинна бути головною метою його досліджень. Якщо до цих якостей додатися ще працьовитість, то він може сподіватися підняти завісу в храмі природи. До останніх днів Фарадей зберіг вірність своїм життєвим ідеалам. Слабшали можливості до напруженої розумової роботи, але залишалися найвища порядність, доброта, чесність.
У 70 років він, блискучий лектор, вирішує покинути інститут. Тут я провів щасливі роки, але настав час піти через втрату пам'яті і втоми мозку. У числі мотивів догляду тьмяніють і забуваються старі уявлення про права, почутті власної гідності і самоповаги.