ученым — Майклу Фарадею и Джеймсу Клерку Максвеллу. Хотя эти два человека в своей работе частично дополняют друг друга, они ни в каком отношении не сотрудничали, и индивидуальные достижения каждого из них позволяют им занять высокое место в этом списке.
Майкл Фарадей родился в 1791 году в Англии в городе Ньювингтон. Он был выходцем из бедной семьи и по большей части, самоучкой. Будучи в четырнадцать лет учеником переплетчика и продавца книг, он воспользовался представившейся ему возможностью много заниматься чтением. Когда ему исполнилось двадцать лет, он начал посещать лекции знаменитого английского ученого Гемфри Дэви и был от них в восторге. Он написал Дэви письмо и в конце концов получил место его ассистента. Через несколько лет он делает уже важнейшие самостоятельные открытия. Хотя ему не хватало хорошей математической основы, он был непревзойденным физиком-экспериментатором. Фарадей сделал свое первое важное изобретение в области электричества в 1821 году. Двумя годами раньше Эрстед обнаружил, что стрелка обыкновенного магнитного компаса отклоняется рядом с проволокой, по которой проходит электричество. Это привело Фарадея к мысли о том, что если зафиксировать магнит, проволока сможет двигаться вместо него. Действуя по интуиции, он сконструировал незамысловатый прибор, в котором проволока вращалась рядом с магнитом до тех пор, пока по ней проходил электрический ток. По сути дела, Фарадей изобрел первый электрический мотор, первое устройство, в котором электрический ток использовался для придания движения материальному объекту. Изобретение Фарадея, хотя оно и было примитивно по своей конструкции, явилось предшественником всех электрических моторов, которые используют сегодня в мире. Это был огромный рывок вперед. Однако практическое применение этого изобретения было ограниченно, так как еще не существовало иного способа получения электричества, кроме использования примитивных химических батарей того времени.
Фарадей был убежден, что должен существовать другой способ использования магнетизма для получения электричества, и он продолжал искать такой метод. В 1831 году Фарадей обнаруживает, что если магнит пропустить сквозь проволочную петлю, то через проволоку проходит ток. Этот эффект был назван электромагнитной индукцией, а открытие закона, управляющего им (закон Фарадея), расценивается как величайшее достижение Фарадея. Это было колоссальное изобретение по двум причинам. Во-первых, закон Фарадея имеет важнейшее значение для нашего теоретического понимания такого явления, как электромагнетизм. Во-вторых, электромагнитная индукция может быть использована для производства постоянного электрического тока, что и было доказано самим Фарадеем, сконструировавшим первую электрическую динамо-машину. Хотя современные электрические генераторы, вырабатывающие электроэнергию для наших городов и заводов, имеют более сложную конструкцию, чем устройство Фарадея, все они созданы на основе одного и того же принципа — электромагнитной индукции. Фарадей также сделал свой вклад в область химии. Он изобрел прибор для разжижения газов, открыл разные химические вещества, включая бензол. Огромное значение представляет его работа по электрохимии (изучение химических эффектов электрического тока). Путем тщательных экспериментов Фарадей установил два закона электролиза, которые названы его именем и которые составляют основу электрохимии. Он также популяризировал многие технические термины, используемые в этой области, такие как анод, катод, электрод и ион. Это Фарадей ввел в физику важнейшие идеи о магнитных силовых линиях и электрических силовых линиях.
Делая акцент не на самих магнитах, а, скорее, на поле, лежащем между ними, он проторил дорогу для многих достижений в области современной физики, в том числе и для уравнений Максвелла. Фарадей также обнаружил, что если через магнитное поле проходит поляризованный свет, его поляризация может быть изменена. Это важное открытие, потому что оно явилось первой демонстрацией того, что существует взаимосвязь между светом и магнетизмом.
Фарадей был не только талантлив, он был красив, его научные лекции пользовались большим успехом. Тем не менее это был скромный человек, безразличный к славе, деньгам, почестям. Он отказался от дворянского рыцарского звания и также отказался стать президентом Британского королевского общества. У него была долгая и счастливая супружеская жизнь, но не было детей. Он умер в 1867 году неподалеку от Лондона.
24. ДЖЕЙМС КЛЕРК МАКСВЕЛЛ (1831–1879)
Великий английский физик Джеймс Клерк Максвелл хорошо известен тем, что сформулировал четыре уравнения, которые явились выражением основных законов электричества и магнетизма. Эти две области широко исследовались до Максвелла на протяжении многих лет, и было хорошо известно, что они взаимосвязаны. Однако хотя уже были открыты различные законы электричества и они были истинными для специфических условий, до Максвелла не существовало ни одной общей и единообразной теории. В своих четырех уравнениях, коротких, но довольно сложных, Максвелл сумел точно описать поведение и взаимодействие электрических и магнитных полей. Тем самым он трансформировал это сложное явление в единую, доступную для понимания теорию. Уравнения Максвелла находили широкое применение в прошлом веке как в теоретических, так и прикладных науках. Главным достоинством уравнений Максвелла было то, что они являются общими уравнениями, употребимыми при всех обстоятельствах. Все известные прежде законы электричества и магнетизма можно вывести из уравнений Максвелла, равно как и многие другие прежде неизвестные результаты.
Наиболее важные из этих результатов были выведены самим Максвеллом. Из его уравнений можно сделать вывод, что существует периодическое колебание электромагнитного поля. Начавшись, такие колебания, названные электромагнитными волнами, будут распространяться в пространстве. Из своих уравнений Максвелл сумел вывести, что скорость таких электромагнитных волн составила бы приблизительно 300000 километров (186000 миль) в секунду Максвелл увидел, что эта скорость равняется скорости света. Из этого он сделал правильный вывод о том, что свет сам состоит из электромагнитных волн. Таким образом уравнения Максвелла являются не только основными законами электричества и магнетизма, они являются основными законами оптики. И действительно, все ранее известные законы оптики можно вывести из его уравнений, точно так же, как неизвестные ранее результаты и взаимосвязи. Видимый свет является не только возможным видом электромагнитного излучения.
Уравнения Максвелла показали, что могут существовать другие электромагнитные волны, отличающиеся от видимого света по длине волн и частоте. Эти теоретические выводы были впоследствии наглядно подтверждены Генрихом Герцем, который сумел как создавать, так и выпрямлять невидимые волны, существование которых предсказал Максвелл. Несколькими годами позже Гульельмо продемонстрировал, что эти невидимые волны можно использовать для беспроводной связи, и радио стало реальностью.
Сегодня мы с успехом используем их для телевидения. Рентгеновские лучи, гамма-лучи, инфракрасные лучи, ультрафиолетовые лучи являются еще одним примером электромагнитного излучения. Все это можно изучить посредством уравнений Максвелла. Хотя Максвелл добился признания главным образом благодаря его эффектному вкладу в электромагнетизм и оптику, он сделал также вклад в другие области науки, включая астрономическую теорию и термодинамику (изучение тепла). Предметом особого его интереса была кинетическая теория газов. Максвелл понял, что не все молекулы газа движутся с одинаковой скоростью. Одни молекулы движутся медленнее, другие быстрее, а некоторые движутся с очень высокой скоростью. Максвелл вывел формулу, которая определяет, какая частица молекулы данного газа будет двигаться при любой установленной скорости. Эта формула, получившая название «распределение Максвелла», широко используется в научных уравнениях и находит значительное применение во многих областях физики.
Максвелл родился в 1831 году в Шотландии, в Эдинбурге. Он был не по годам развит. Когда ему было пятнадцать лет, он представил научную разработку в Шотландское королевское общество. Он посещал Эдинбургский университет и окончил Кембриджский университет. Большую часть своей сознательной жизни он работал профессором колледжа. В последнее время он преподавал в Кембридже. Он был женат, но не имел детей. Максвелла общепринято считать самым замечательным теоретическим физиком в историческом периоде между Ньютоном и Эйнштейном. Его блестящая карьера закончилась преждевременно, в 1879 году, когда он умер от рака вскоре после достижения им сорокавосьмилетия.
