Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyce. Wojciech Sady

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ miedź – jest wypychanych z obszaru działania sił magnetycznych. Nazwał te substancje diamagnetykami. Stwierdził też, że niektóre substancje są wciągane między bieguny elektromagnesu. Te nazwał paramagnetykami. Opisując takie zjawiska, obszar wokół magnesu lub prądu elektrycznego określił mianem pola magnetycznego. Niechętny koncepcji eteru zaczął spekulować, że światło polega na poprzecznych drganiach linii sił pola. Ale, podkreślmy to raz jeszcze, takie spekulacje przechodziły bez echa.

      Po raz kolejny okazało się, że odpychanie bizmutu przez magnes spostrzegł i opisał już w 1778 Anton Brugmans. Przed Faradayem donosili o tym Antoine H. Becquerel, Seebeck i inni. Żaden z nich nie podjął jednak nad tym zjawiskiem systematycznych badań, nie może więc być uznany za odkrywcę diamagnetyzmu. Pojedyncze obserwacje, niepowiązane z innymi udanymi zastosowaniami przyjętych teorii, o niczym na dobrą sprawę nie świadczą.

      W 1847 Thomson, w związku ze wspomnianymi analogiami, zapisał równanie

(3.2)

      gdzie α w teorii ciepła oznacza przewodność cieplną, a w elektrostatyce stałą dielektryczną, V to odpowiednio temperatura lub potencjał elektryczny. (3.2) jest – przy oczywistych założeniach fizycznych – równoważne prawu Coulomba (1.2), a bezpośrednio otrzymuje się z niego jedno z równań Maxwella. Na tym etapie W. Thomson definiował używane pojęcia czysto operacyjnie, wzbraniał się zaś przed spekulacjami na temat ukrytej natury elektryczności i magnetyzmu. Odkąd ok. 1850 stał się zwolennikiem kinetycznej teorii ciepła, zaczął jednak spekulować na temat ogólnej teorii materii i eteru – co tutaj pominiemy.

      3.6. KOMENTARZ: Odkrycia „przegapione”

      W trzech ostatnich paragrafach zetknęliśmy się ze zjawiskiem, z jakim wielokrotnie będziemy mieć do czynienia poniżej (zob. §§ 4.2, 6.7, 6.9, 6.15): gdy już dokonano ważnego odkrycia eksperymentalnego, często okazywało się, że inni już coś takiego widzieli – a jakby nie zobaczyli. Zapewne wspomniane epizody stanowią jedynie wierzchołek góry lodowej – bo w tych przypadkach zachowały się jednak jakieś zapisy, relacje świadków, wspomnienia. A zatem coś zobaczono, tyle że wzięto to za coś innego niż było – z punktu widzenia przyszłych pokoleń badaczy – lub za coś, czego nie warto uczynić przedmiotem systematycznych badań. Przypadków, gdy coś widziano, ale w ogóle nie zauważono lub kompletnie zignorowano, było zapewne o wiele więcej.

      Te przypadki znakomicie ilustrują sformułowane w § 1.2 tezy o czynnej roli naukowego obrazu świata w procesie widzenia. Widzenie polega na rozpoznawaniu w strumieniach wrażeń przyswojonych wcześniej form. A gdy potrzebnych – z punktu widzenia przyszłych badaczy – form nie ma, to albo sygnały docierające do zmysłów zostają zignorowane, albo wtłacza się je w którąś z form, jakimi się dysponuje.

      Najwyraźniej Ørsted ujrzał elektryczny konflikt działający na igłę magnetyczną tam, gdzie Gautherot, Laplace czy Biot widzieli coś innego, gdyż należał zarazem do wspólnoty myślowej Schellingowskich filozofów przyrody, a to kazało mu szukać podobieństw między zjawiskami różnego – na pozór – rodzaju.

      Ampère dostrzegł siły między prądami, gdyż pobudziło go doniesienie Ørsteda. Skoro magnes działa na magnes, a prąd działa na magnes, to może prąd działa na prąd? Ale gdy zobaczył coś, co dzisiejszy fizyk automatycznie rozpozna jako przypadek indukowania prądów, to swoją obserwację niemal zignorował. Zignorowali ją też ci, do których dotarły lakoniczne o niej wzmianki. Gdy Ampère dowiedział się o odkryciu indukcji elektromagnetycznej, pisał do La Rive’a:

      Faktem jest, że w 1822 roku my pierwsi uzyskaliśmy prąd elektryczny przez wpływ czy indukcję, jak to nazywa pan Faraday, kiedy to przepuszczaliśmy prąd w cewce otaczającej cienki pierścień zawieszony na nici jedwabnej; efekt ten ujawnił się jako odpowiednio przyciąganie lub odpychanie przez silny magnes podkowiasty […]. Na nieszczęście ani Pan, ani ja nie pomyśleliśmy o analizie tych zjawisk i wyciągnięciu wszystkich wniosków (cyt. za Taton 1957: 136).

      Podobnie Arago i inni wprawdzie dostrzegli, że tarcza wykonana z metalu niemagnetycznego wygasza drgania igły kompasu, ale nie podjęli na ten temat badań dostatecznie systematycznych na to, by odkryć indukcję elektromagnetyczną.

      Odkrycie indukcji elektromagnetycznej to najwyraźniej efekt piasku niesionego przez wiatr, który niemal nieuchronnie wypełnia wszystkie zagłębienia (zob. § 1.3). Rozumowano przez analogię: skoro prąd elektryczny wytwarza magnetyzm, to magnetyzm powinien jakoś wytwarzać prąd elektryczny. Przez dziesięć lat wielu badaczy szukało takiego efektu, postępując po omacku, wypróbowując dziesiątki i setki układów. Z roku na rok budowano coraz czulsze galwanometry i inne przyrządy pomiarowe, a przełomem stało się – dokonane w innych celach – zbudowanie elektromagnesów. Tego, że trzech badaczy prawie w tym samym czasie i pracując niezależnie – Zantedeschi, Faraday i James – odkryło indukcję elektromagnetyczną, nie należy więc uważać za wynik przypadkowego zbiegu okoliczności. Trudno też wyobrazić sobie, że gdyby ci trzej badacze zaprzestali w roku, powiedzmy, 1825 prowadzenia badań, to indukcji elektromagnetycznej nie odkryłby wkrótce ktoś inny.

      3.7. Siły elektryczne według Webera

      Eksperymentalne prace Ampère’a i Faradaya miały charakter głównie jakościowy, a jeśli już prowadzali oni pomiary, to mało dokładne. Co więcej, nie przeprowadzali – bo nie było to wówczas w zwyczaju – rachunku błędów. Ta sytuacja zaczęła się zmieniać głównie za sprawą Niemców. (Wcześniej na niemieckich uniwersytetach uczono jedynie elementów fizyki; ok. 1830 uruchomiono na szeregu z nich profesjonalne seminaria fizyczne i zaczęto szkolić kadry dla przyszłych badań). Gdy Adrien-Marie Legendre w 1806 ogłosił podstawy metody najmniejszych kwadratów, matematyk i astronom Carl Friedrich Gauss stwierdził, że używał jej dziesięć lat wcześniej. Gauss w latach 1830., wraz Wilhelmem Weberem, przeprowadził szereg precyzyjnych pomiarów sił elektrycznych i magnetycznych. W 1845 na tej podstawie Franz Neumann sformułował prawa rządzące zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej. Oparł je m.in. na zasadzie, że indukcja zależy tylko od względnych ruchów magnesów i przewodników – w przeciwnym razie ruch Ziemi wywoływałby prądy indukcyjne w przewodnikach znajdujących się w sąsiedztwie magnesów. Unikał spekulacji na temat natury prądu elektrycznego, w jego wzorach występowały tylko wielkości mierzalne eksperymentalnie.

      W 1835 Gauss stwierdził, że jeśli prąd elektryczny jest ruchem elektryczności, to stąd, w koniunkcji z (1.1) i wynikami eksperymentów, wynika, iż siły elektryczne zależą nie tylko od odległości między ładunkami, ale też od ich względnych prędkości. W 1845 Fechner przyjął, że prąd elektryczny polega na jednoczesnym ruchu fluidu szklanego i żywicznego w przeciwnych kierunkach z tą samą prędkością. Będąc słabym matematykiem, nie był w stanie wyprowadzić wzorów na siły między porcjami fluidów. Weber był zarówno znakomitym eksperymentatorem, jak i teoretykiem i w 1846 wywnioskował z hipotezy Fechnera, praw mechaniki i wyników eksperymentów wzór na siłę między ładunkami elektrycznymi e i e′:

(3.3)

      gdzie a – stała będąca odwrotnością pewnej prędkości. (Wkrótce Weber zamienił ją na 1/v). Miała to być siła centralna, działająca wzdłuż linii łączącej naelektryzowane cząstki. Jeśli pozostają СКАЧАТЬ