Мне было известно, что между пониманием явлений Фарадеем и математиками предполагается существование таких различий, что ни он, ни они не были удовлетворены языком друг друга. У меня было также убеждение в том, что это расхождение не возникло вследствие чьей-либо неправоты. Впервые меня убедил в этом сэр Уильям Томсон 1, советам и помощи которого, равно как и его опубликованным работам, я обязан большей части знаний, приобретённых мною по данному предмету.
1 Я пользуюсь случаем выразить свою признательность сэру У. Томсону и профессору Тэту (Тait) за многие ценные предложения, сделанные во время печатания этой книги.
По мере изучения Фарадея я осознал, что его подход к пониманию явлений тоже является математическим, хотя и не представлен в общепринятой форме через математические символы. Я нашёл также, что его методы могут быть выражены в обычных математических формах и, таким образом, сопоставлены с методами признанных математиков.
Так, например, Фарадей своим мысленным взором видел пронизывающие всё пространство силовые линии там, где математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей усматривал местонахождение Явлений в тех реальных процессах, которые происходят в среде, а они довольствовались тем, что нашли его в силе (power) действия на расстоянии, которая прикладывается к электрическим жидкостям.
Когда я облёк всё то, что считал идеями Фарадея, в математическую форму, то обнаружил, что в целом результаты обоих подходов совпадают, так что оба метода объясняют одни и те же явления и выводят одни и те же законы действия; но методы Фарадея напоминают те, в которых, начиная с общего, путём анализа приходят к частному, тогда как обычные математические методы основаны на принципе отправления от частного и построения общего путём синтеза.
Я обнаружил также, что некоторые из наиболее плодотворных методов исследования, открытых математиками, могли бы быть выражены в терминах представлений, заимствованных у Фарадея, значительно лучше, чем они выражались в их оригинальной форме.
Так; например, вся теория потенциала, рассматриваемого в качестве некоторой величины, удовлетворяющей определённому дифференциальному уравнению в частных производных, по существу относится к методу, названному мною фарадеевским. Согласно же другому методу потенциал, если его вообще следует вводить, должен рассматриваться как результат суммирования зарядов электризованных частиц, каждый из которых поделён на его расстояние до заданной точки. Поэтому многие из математических открытий, сделанных Лапласом, Пуассоном, Грином и Гауссом, занимают должное место в этом трактате и находят соответствующее своё выражение на языке представлений, в основном заимствованных у Фарадея.
Огромный прогресс учения об электричестве был достигнут главным образом в Германии благодаря тем, кто культивировал теорию действия на расстоянии. Ценные электрические измерения Вебера интерпретируются им в соответствии с этой теорией, а электромагнитные воззрения, которые исходили от Гаусса и были продолжены Вебером, И. и К. Нейманами, Лоренцом и другими, опирались на теорию действия на расстоянии, но, правда, действия, зависящего либо непосредственно от относительной скорости частиц, либо от постепенного распространения чего-либо - потенциала или силы - от одной частицы к другой. Тот большой успех, которого достигли эти выдающиеся люди в применении математики к электрическим явлениям, придаёт, и это естественно, дополнительный вес их теоретическим построениям, и поэтому те, кто при изучении электричества обращаются к ним, как к величайшим авторитетам в области математической теории электричества, должны бы, вероятно, впитать в себя, наряду с их математическими приёмами, также и их физические гипотезы.
Эти физические гипотезы, однако, совершенно чужды принятому мною взгляду на вещи. Одна из целей, которую я преследую, состоит в том, чтобы дать возможность людям, пожелавшим изучить электричество, увидеть, читая этот трактат, что существует и другой способ рассмотрения данного предмета, не менее пригодный для объяснения явлений, и хотя местами, как может показаться, менее определённый, но, я думаю, более достоверно соответствующий нашим истинным знаниям как в том, что утверждается, так и в том, что остаётся неразрешённым.
Более того, с общенаучной (philosophical) точки зрения было бы очень важно провести сравнение этих двух методов - ведь каждый из них преуспел в объяснении главных электромагнитных явлений, в рамках обоих методов была предпринята попытка объяснить распространение света как явления электромагнитного и фактически вычислена его скорость. В то же время их основные взгляды на то, что происходит в действительности, а также большая часть вторичных представлений о соответствующих величинах коренным образом различаются.
Поэтому я принял на себя скорее роль адвоката, чем судьи, и скорее проиллюстрировал примерами один из этих методов, чем пытался дать беспристрастное описание обоих. Я не сомневаюсь в том, что метод, названный мною немецким, также найдёт себе сторонников и будет изложен с мастерством, достойным его изобретательности.
Я не пытался дать исчерпывающего перечисления электромагнитных явлений, экспериментов и приборов. Изучающим эти предметы и желающим прочитать всё известное о них большую помощь окажет «Трактат об электричестве» профессора А. де ля Рива (A. de la Rive, «Traité d’Electricitè»), а также несколько немецких трактатов, таких, как «Гальванизм» Видемана (Wiedemann, «Galvanismus»), «Электризация трением» Рисса (Riess, «Reibungselelektricität»), «Введение в электростатику» Бэра (Beer, «Einleitung in die Elektrostatik») и др.
Я почти целиком ограничивался математической трактовкой предмета, но рекомендовал бы изучающему его, после того как он усвоит - по возможности экспериментально,- какие явления следует наблюдать, внимательно прочитать «Экспериментальные исследования по электричеству» Фарадея. Он найдёт там строго современный исторический отчёт о некоторых величайших открытиях и исследованиях в области электричества, выполненных в том порядке и в той последовательности, которые едва ли могли быть улучшены, даже если заранее были бы известны их результаты; они изложены языком человека, который уделял методике точного описания научных операций и их результатов много внимания 2.
2 «Жизнь и письма Фарадея», т. I, с. 395.
Чтение оригинальных трудов даёт изучающему любой предмет большое преимущество, ибо наука всегда наиболее полно усваивается в стадии зарождения. В случае «Исследований» Фарадея сделать это сравнительно легко - они опубликованы отдельными частями, и их можно читать последовательно. Если чем-то из написанного здесь мною я смогу облегчить изучающему понимание фарадеевских способов мыслить и выражаться, то сочту выполненной одну из главных целей своих, а именно передачу другим того восхищения, которое испытал я сам при чтении «Исследований» Фарадея.
Описание явлений и элементов теории по каждому вопросу можно найти в первых главах каждой из четырёх частей, на которые разделён трактат. Здесь изучающий обнаружит достаточно материала для элементарного знакомства со всем предметом науки.
Остальные главы каждой части охватывают более сложные разделы теории, процессы численного расчёта, приборы и методику экспериментального исследования.
Соотношения между электромагнитными явлениями и явлениями излучения, теория молекулярных электрических токов и результаты размышлений о природе действия на расстоянии рассматриваются в последних четырёх главах второго тома.
Джеймс Клерк Максвелл
1 февраля 1873 года
Содержание
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ГЛАВА
ОБ ИЗМЕРЕНИИ ВЕЛИЧИН
