«философия» кафедрасы
жүктеу/скачать 0,76 Mb.
|
| 9 ФИЗИКА МЕН ФИЛОСОФИЯ
Қазіргі заманғы түсіндіруде Максвелл теориясы механикадай бағалы табыс. ХІХ ғ. ғылым тарихында өз өнерімен мәселелердің Макс Лауэ сондай кең ауқымын зерттеген, ағылшын ұлы ойшылы, физигі, математигі, астрономы Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) сияқты ғалымды бөліп атау қиын. Аспан механикасы, газдар теориясы, электординамика, түстердің жанары теориясы Максвелл зор күш қосқан салалардың толық тізімі емес. Ол Эримбургте шотландиялық дворян отбасында туып, Эдинбург, кейін Кембридж университетінде жақсы білім алды. 1856 жылы жас ғалым Абердиялық Маршаль-колледжіне профессор ретінде ұстаздыққа шақырды. Бұдан кейін ол Лондон университетінің профессоры атанды, 1871 жылы Кембриджке ауысады. Бұл жерде ғалым өзінің күш қайратын, кейін ең атақтылардың бірі атанған Г. Кавендишке арналып атанған физикалық лабораторияны құру мен ұйымдастыруға жұмсайды. Макиавелли өзінің досы В.Томсонға (болашақ лорд Кельвин) жазған хатында өзіне “электрді жаулауды немесе бөліп алуды” мақсат тұтады. Ол электр мен магнетизм туралы еңбектерді, әсіресе М.Фарадейдің түбегейлі еңбегін зерттейді. Оның гипотетикалық жағын ашып үлкен көңілді Фарадей әдісіне аударады және оның ойынша Фарадейдің кеңістік, уақыт пен күш фундаменталды қасиеттерін терең түсінгенмен, кәсіпқой математик болмауы ғылымға үлес қосты. Ол өз нәтижелерін сол заманғы математикалық нормалар мен математиктермен саналуға келетін формаларға енгізу қажетін сезінбеді. Соның арқасында тыныштықта өз фактілері мен идеялары арасындағы сәйкестікті анықтай алды. Негізінен ол идеяларды математикалық теория негізінде салуды мақсат тұтып, мен осы трактатты бастадым /1/. Әйгілі “электр және магнетизм (1873)” туралы трактат – Максвеллдің электродинамикасы бойынша 19 жылдық еңбегінің жемісі. Аталған еңбек электр мен магниттік құбылыстар туралы ілім дамуының екі ғасырлық тарихына нәтиже немесе қорытынды берген алғаш физика тарихындағы кітап. Замандастары бұл кітапты “электр библиясы” атап кеткен. Электр мен магнетизм барлық зерттеушілері, мысалы, француз физигі, математигі Андре Ампер (1775-1836), неміс физигі Вильгельм Вебер (1804-1891) мен Густав Видеман (1826-1899), швейцариялық физик Артур де ля Рив (1801-1873) және басқалары мәселелерін кішкене ауқымын қарастырды. Олардан ерекше, Селекто Маквелл өз трактатында логикалық құрылымын толық электромагниттік процестер бейнесін ашып, электромагнетизм өлшеу құралдарын түрлі әдістерін ұсынады, қарама-қарсы теориялық концепцияларды талдайды, электромагнеттік өріс теңдеулерін мазмұнды математикалық негізделуін жасайды. Кейін олар Максвелл теңдеулері атауына ие болды. “Трактат” негізгі идеяны бейнелейтін алғы сөзден басталады. Әсіресе автор: “бұл құбылыстардың ең маңыздыларын сипаттауды, олардың өлшеуіне бейімділігін, өлшенетін шамалары арасындағы математикалық байланыстарды сипаттауды мен бел байладым. Электромагнетизм математикалық теориясынан жеткілікті мәлімет жинап, және бұл теорияны құбылыстарды есептеуді қолдану мүмкіндігін көрсетіп, мен мүмкіндігінше анық түрде динамика ғылымының математикалық нысаны аталған теория математикалық нысаны арасындағы өзара байланысты ашып көрсетеді. Кез-келген құбылысты қарастыру барысында ол маңызды түсінік болып математикалық тұрғыдан өлшенетін шама боп табылады /2/. Сондықтан, мен электр құбылыстарына олардың өлшенуі тарапынан, өлшену әдістерін анықтап отыр. Олар тәуелді болатын эталондарды анықтайтын заңдарды ашамыз. Сөйтіп, бастапқыда электромагниттік процестерді түсіндіру мен математикалық сипаттау, алынған мәліметтерді физикалық өлшенетін шамалар бойынша бейнелеу. “Максвеллдің сенімі бойынша электромагнетизм зерттелуі қазіргі уақытта аса маңызды және ғылым дамуының құралына айналды” /3/. 1864 ж. Максвелл “электромагниттік өрістің динамиткалық теориясы” еңбегін жарыққа шығады /4/. Нақ осы еңбекте электромагниттік өріс теңдеулерінің жүйесі пайда болады. Магниттік оптикалық электр құбылыстарының аралығындағы байланыс ашылды. Электродинамика нақты мәселелерінің алғаш шешімдері ұсынылады. Бұл еңбекте Максвелл Фарадеймен енгізілген ғылыми зерттеу объектісі – электромагниттік өрістің нақты анықтамасын береді. “Мен ұсынатын теория, электромагниттік өріс теориясы атала алады. Себебі ол электр және магнит денелерін қамтитын кеңістікпен байланысты және динамикалық теория аталуы мүмкін, себебі ол бойынша кеңістікте қозғалыстағы материя бар және сол арқылы бақыланатын электромагниттік құбылыстар өтеді. Электромагниттік өріс – электр немесе магнит қалпындағы денелерді қамтитын кеңістік бөлігі” /5/. Бұл электромагиттік өрістің тарихтағы алғаш анықтамасы. Ол электромагниттік энергияны тасымалдаушы. Оның болуы электр күштерінің зарядтар мен магниттік күштердің тоқтарға әсерімен ашылады. Сондықтан өріс – физикалық ақиқат. Ол екі векторлық компонентке ие – электр және магнит. Электр компонентінің өзгеруі магниттік, ал керісінше магниттік компоненттің өзгеруі электр компонеті пайда болады. Максвелл өткізгіштегі магнит өрісінің өзгеруінен пайда болатын индукциялық ток анализіне назар аударады. Мұндай құбылыс математикалық моделін құрастыру ойдағы тәжірибенің жүргізілуін талап етеді. Идеализация процесі барсында нақты объект – құйын кей ерекшеліктеріне көңіл бөлмеу жөн көрді. Оның нысаны, ұзындығы, беті т.б. сымның сипаттамаларынан бөліну жүргізілді. Мұндай құйын кешірейе түсіп өте кіші құйынға тартылып кеңістіктегі нүктеге ұқсай түсті. Мұндай идеализацияланған тәжірибе нәтиже неге қол жеткізілді? Бұл сұраққа жауап берерде А. Эйнштейн мен Л. Инфельд айтады: “Бұл жағдайды, бітелген (тұйық) қисық нүктеге тартылған мезетте біздің қарауымыздан оның нысаны мен мөлшері алынып, біз магниттік және электр өрістерінің өзгерістерін кеңістік кез-келген нүктесінде, кез-келген уақытта байланыстырылатын заңдарды байқаймыз. Бұл Максвелл теңдеулеріне әкелетін зор қадамдардың бірі болды. Ол идеалистік сипаттағы Фарадейдің нүктеге тартылатын құйын тәжірибесін қайталау жолымен өз санасында жасалған тәжірибе” /6/. Эрстедтің өткізгіш пен магниттік өріс тудыратын тоқ пен магнит арасындағы байланыс анықтау тәжірибелеріне негізделіп, Максвелл магнит өрісінің жоғары деңгей идеализациясы түсінігін құруға мақсат тұтты. Кеңістіктегі мұндай өрістің болуы оның қайнар көзімен тәуелді емес (өткізгіш пен тоқ немесе магнит). Максвелл “Трактатында”: “өткізгішті қаптайтын кеңістікте магнит өткізгіш қалпы мен тоқ күшіне тәуелді кұштер әсерінде болады. Сондықтан кеңістікті магит өрісі ретінде қарастырылып оны біз жай магниттер айналасындағы өрісті зерттеген сияқты, магниттік күштің жүрісінің сызықтарын бақылап, әр нүктедегі күштің қуатын өлшеу арқылы зерттеуге болады” /7/. Тәжірибелік мәліметтік идеализациясы қайнар көзден арылудан құрылады-өткізгіш пен ток және магнит – және магниттік күштер сызықтарын бір нүктеге тарту. Ойдағы тәжірибелер арқылы Максвелл электр өрісін және магниттік күш сызықтарын бір нүктеге тарта алды. Кеңістік нүктесінде магниттік және электр қасиеттері жинақталды. Олар қозғалыста болады. Айтарлықтай жәйт, идеализацияланған құрылыстар дамуына Максвелл тағы бір маңызды қадам жасайды. Оның маңызын Эйнштейн мен Инфельд келесі сипатта ашып көрсетеді: “Фарадей тәжірибесіне сәйкес, электр өрісінің болуын анықтау үшін өткізгіш қажет, Эрстед тәжіриесінде де магниттік толсто немесе ине қажет және ол магнит өрісінің болуын анықтайды. Максвелл жаңа теориялық идеялары тәжірибелік фактілерден аса түседі. Максвелл теориясына сәйкес, электр және магниттік өріс немесе электромагниттік өріс нақты сипатқа ие. Электр өрісі өзгеретін магниттік өріспен құрылады” /8/. Сондықтан идеализацияланған құрылыстар жасаудың келесі деңгейі жаңа физикалық гипотеза ұсынумен байланысты: өзгеруші ауыспалы электр өрісі, өзінше бөлек магниттік өрісті тудырады, ал ол керісінше электр өрісі пайда болуының себебі. Электр және магнит өрістері бір-бірін тудырып кеңістікте электромагниттік толқын ретінде еркін қозғала алады. Бұл гипотезаға ой тәжірибесі жолымен қол жеткізуге болады. Сөйтіп идеализацияның ең тереңіне қол жеткізіледі – электромагниттік өріс – электромагниттік толқындар таралатын орын. Соңғылары электромагниттік өріс ақиқаттылығының маңызды негізгі қызметін атқарады. Электромагнетизм танудың бірінші деңгейі “өткізгіш пен тоқ” және “магнит пен өткізгіш” түсініктерімен байланысты. Келесі деңгейде физикалық эвристикалық идеализациясы “ығысу тогы” енгізіледі. Бұл электр тогын тоқ өткізушілік пен ығысу тогының бірігуі (бірлігі) ретінде қарастырудың жаңа белестеріне жетуге мүмкіндік береді. Кейін магниттік өріс түсінігі нақтыланды. Кейін одан жоғары деңгейі идеализацияланған құрылыс – электр және магнетизм өрісі құрылады. Мұндай идеализацияға сәйкес, тоқ пен өткізгіш және магнитік күш сызықтары бір нүктеге тартылғандай болады және таза өмір сүреді. Шындығында бұл Максвелл теңдеулерімен сипатталған электромагнетизм теңдеулері заңдарының әрекет ету аренасы, физикалық кеңістікті елестуге жол беретін күйге көшеді. Электромагнетизм шектеулі кең түсінігі – электромагниттік толқын – материалдық шындық объективті қасиеттерінің араласуының ерекше тұрпатын сипаттайды. Электромагниттік толқындар Максвелл ашқан заңдарға сәйкес таралады, өзгереді және жұтылады. Жарық жылдамдығымен таралатын электромагниттік толқынның теориялық ашылуы – ғылым тарихының аса маңызды жетістігі. Максвелл “трактатта” келесі теориялық мәселені қозғайды: “электромагниттік орта қасиеттерінің жарық таралатын ортамен бірдей екендігін көрсету”. “Электромагниттік орта қасиеттерінің жарық таралатын ортамен бірдей екендігін көрсету”. Толқындар таралу жыдымдағы мен жарық жылдамдығының теңеуін екі құбылыс арасындағы тығыз байланыс болуына сілтеме ретінде қарастыруға болады /9/. Сол кезде электр толқынның (электромагниттік ауытқу) таралу жылдамдығының және жарық жылдамдығының теңдігін екі құбылыстың арасындағы тығыз байланыс бар екендігімен қарастыруға болады. Бұл физика түрлі салаларын, оптика мен электромагнитизмді, оптиканы электромагнетизм бөлімі ретінде қарастырып біріктіруге жол берер еді. “Электромагниттік құбылулар таралу жылдамдығынң жарқы жылдамдығымен сәйкес келуі анықталса, біз жарықтың электромагниттік құбылыс екенін қарастыруға үлкен дәлелдер аламыз, ал оптикалық және электр меліметінің бірігуі ортаның шынайылығына сенім береді, түрлі сезім органдары мәліметтері жиынтығының нәтижесінде біз басқа материя түрлерінің шынайылығына сенеміз” /10/. Электромагниттік өріс динамикалық теориясында” едәуір ерте, Максвелл – жарық пен магнетизм заңдарына сәйкес кеңістік арқылы таралатын электромагниттік құбылу болып табылады /11/. Ғалым өзінің теңдеулерін негізге ала отырып нәтижелейді: вакуумда ығысу тоқтары жарық секілді жалдамдықпен таралады. Бұл жерде электромагниттік теориясының дұрыстығын тексеруді қамтамасыз етеді, - деп сенеді Максвелл /12/. Сөйтіп жаңа эффект ашылады: бос кеңістікте электромагниттік сәулеленудің (толқын) болуы және оның кеңістікте жарық жылдамдығымен сәйкестенуі Максвелді үлкен ашылымға әкелді – жарық электромагниттік толқын боп табылады. Бұл факт электромагниттік және оптикалық құбылыстардың бірлігін көрсетеді. Максвелл жарықтың электромагниттік теориясын ашады. Оптика электромагнетизм теориясының бөлігіне айналады. Неміс физик-теоретигі, тәжірибеші, Т. Герц: “Максвелл теориясы деген не?” деген сұраққа: “Мен қысқа әрі нұсқа жауапты білмеймін, бірақ Максвелл теориясы – Максвелл теңдеулерінің жүйесі”, деп жауап қатқан. Мәселе макроскопиялық классикалық электродинамиканың іргелі теңдеулерінде. Олар электромагниттік процестерді кез-келген ортада, тіпті вакуумда сипаттайды. Максвелл оларды ХІХ ғ. 60 жылдары М. Фарадей кординалды идеяларын дамыту және магниттік, электр құбылыстарының эмпирикалық заңдарын жалпылау арқылы тұжырымдады. Максвелл теңдеулерінің қазіргі заманғы нысаны кейін Г. Герцпен және ағылшын физигі Хевисайдпен ұсынылды. Максвелл теңдеулері электромагниттік өрісті сипаттайтын шамалар мен олардың қайнар көздерін байланыстырады, демек кеңістікте электр зарядтары мен тоқ бөлінумен бірге электромагниттік өріс вакуумда электр Е өрісінің кернеулігімен, В магниттік индукциямен, векторлық шамалармен сипатталады. Олар кеңістік координаттары мен уақытқа тәуелді. Бұл шамалар өріс тарапынан зарядтар мен токтарға әсер ететін күштерді анықтайды, олардың кеңістікте таралуы Р заряд тығыздылығымен (кеңістік бірлігіндегі (көлем бірлігіндегі) заряд мөлшері) және J электр тогының тығыздығымен анықталады. Электромагниттік процестерді материалдық ортада сипаттау үшін, Е мен В ден басқа көмекші векторлық шамалар енгізіледі, олар орта жағдайы мен қасиеттеріне – электр индукциясы D мен Н магниттік өріс кергеулігіне тәуелді. Максвелл теңдеулері (Е,В,D,H) электромагниттік өрістің кеңістік кез-келген нүктесінде және уақытындағы құрылымын, негізгі сипатын, егер J өріс қайнар көзі мен координат пен уақыт функциясы ретінде белгілі болса анықтауға жол береді. Теңдеулер дифференциалды нысанда келесідей бейнеленеді. Бірінші теңдеу Фарадей электромагнитітк индукция заңының математиалық тұжырымдамасы оның нәтижесінде магниттік өрістің өзгеруі электр өрісінің пайда болуын қамтамасыз етеді. Екінші теңдік электрлігі ұқсас магнитті зарядтардың болмауы туралы, тәжірибелі мәліметтерді білдіреді, яғни олардың бөлінуінің мүмкін еместігін көрсетеді. Магниттік өрісті тек электр тогы ғана тудырады. Үшінші теңдік электр токтарының магнит өрісін қоздырушы туралы Ампер заңының құбылмалы өрістеріне қорытынды жасау болып табылады. Мұнда Максвелдің тек алмасу туралы өзіндік және такмаша идеясы жатыр. Бұл эвристикалық болжам бойынша тек алмасу – бұл құбылмалы электр өрісі, өткізу тогы сияқты ол да өз магнит өрісін тудырады. Ток алмасу – электр өрісінің өзгеру жылдамдығынң уақытқа қатысты пропорционал шама. Берілген болжам эксперименттік фактілерден шықайды, бірақ ол тұйықталған және тұйықталмаған токтарды қарастырған кездегі қиындықтарды жеңуге мүмкіндік береді. Ток алмасу туралы болжамның эвристичнеость Максвелге электр және магнит өрістері үшін дифференциалды теңдіктердің тұйық жүйесін жасауға мүмкіндік береді. Төртінші теңдік Гаусстың электростатикалық теоремасын тқжырымдайды және жылжымайтын электр зарядтарының өзара әрекеттестігі туралы Кулон заңын қорытындылайды. Максвеллдің теңдіктер жүйесі электр және магнит өрістерін біртұтас – электромагиттік өріске біріктіруге мүмкіндік береді. Ол еркін кеңістікте көлденең (электромагниттік) толқындар түріде тарала алады, олар жарық жылдамдығымен қозғалады. Электромагниттік өзара әрекеттесулердің таралу жылдамдығы қатаң түрде белгіленгенғ ақырғы және физикалық тұрғыдан өлшенетін шама болып табылады. Сондықтан электромагниттік ауытқуды қашықтықтағы іс-әрекетпен түсіндіруге болмайды. Олай болса, Ньютондық дальнодействие близкодействие, яғни жарық жылдамдығын таралатын өрістерге орын береді. Максвелл теңдіктері құбылыстардың кең саласын суреттейді. Олар электротехника мен радиотехниканың негізінде жатыр, соның ішінде электродвигательдерді, генераторларды, радиоқабылдағыштар мен радиохабарлағыш құрылғыларды, байланыс энергиямен қамтамасыз ету желілерін жобалау және есептеу үшін қолданылады. Максвел теориясы казіргі физиканың плазма мәселесі, магниттік гидродинамика, сызықтық емес оптика, зарядталған бөлшектердің ұдеткіштерін құрастыру, астрофизика сияқты бағыттарын да маңызды роль ойнайды. Максвелдің математикалық теңдіктер жүйесінен өте маңызды нәтиже шығады: электромагниттік толқындардың бьолуы туралы болжау. Ол “Электромагниттік өрістің динамикалық теориясының” соңғы бөлімінде “жарықтың электромагниттік теориясы” деген атпен берілген. “таза эксперименттік фактілерден шыққан электромагниттік өріс теңдеулері тек көлденең тербелістер ғана тарала алатындығын көрсетеді”. Одан әрі Максвелл: “Оптика өріс арқылы тарала алатын ауытқулардың бағыттарына қатысты қандай қорытындыларға алып келсе, электромагнетизм туралы ғылым да дәл сондай қорытындыларға алып келеді; екі ғылым да бұл ауытқулардың көлденеңдігін нақтылайды, және екеуі де таралудың дәл сол жылдамдығын береді,” – деп атап көрсетеді. Максвелл электрлік пен магнетизмнің бірлігі ашылатын электромагниттік өрістің математиалық теорисясын жасады. Оның негізінде табиғаттың біртұтас бірлігі және оның заңдарының толық үйлесімі туралы философиялық идея жатыр. Салыстырмалық теориясы Максвелдің электромагниттік өрісі теориясының аясын кеңейтеді. Ол қозғалмалы жүйелердегі электромагниттік өрісті сипаттайтын шамаларды анықтауға арналған есептерді шешуге мүмкіндік бередің; электромагниттік өрістің материалдылығын мақұлдайды. Салыстырмалық теориясы бойынша электромагниттік өріс өзі әкелетін энергияка пропорционалды массаға ие. Максвеллді әлемдік ғылымның ірі өкілі ретінде сипаттай отырып және оның теоретиалық физиканың дамуына және әлемнің электродинамикалық бейнесін жасауға қосқан үлесін атап айта отырып, М.Планк: “Ол адам қолынан келетін ең жоғары нәрсеге қол жеткізді. Оның аты классикалық физиканың бастауында жарқырайды және біз ол туралы: дүниеге келуі бойынша ол – Эдинбургке, тұлға ретінде Кембриджге тиесілі, ал оның еңбектері бүкіл әлемнің игілігі деп айтуға құқымыз бар”,-дейді /14/. М. Фарадейдің идеялары электромагниттік өріс теориясын жасауды Максвелл үшін бастапқы болып табылады. Максвелл Фарадейді “жоғарғы деңгейдің математигі – болашақтың математиктері кімдерден құнды және пайдалы әдістер ала алса, солардың бірі деп атаған кезде ол Фарадейден Ампер, Вебер және т.б. ғалымдардың математикалық теорияларын кәдімгідей басып озатын нәзік тәжірибелерін, оның батыл болжамдарын айтқысы келеді. Фарадейдің математикалық ойлауы табиғаттың күрделі феномені – электромагнетизмді түсіндіруге жас көрсетеді. Сондықтан Максвелл әлемді ғылыми танудың нормалары мен жаңа идеалдарын жасап шығарады. Түбірімен жаңа идеялар түұрғысынан электромагниттік үрдістерді талқылау үшін жаңа терминдерді ойлап табуға ерекше назар аударылады. Осыған қатысты ол: “Нақты ғылымдардың прогресі сәйкесінше нақты идеялардың ашылуы мен дамуына тәуелді, олардың көмегімен біз бір жағынан, - барлық жекелеген жағдайларды қамту үшін жеткілікті дәрежеде ортақ (жалпы), ал екінші жағынан, - осы идеялардан математикалық жолмен шығарып алуға болатын дедукциялардың дұрыстығына кепілдік беру үшін жекткілікті дәрежеде нақты фактілерді ойша суреттей аламыз”, - деп баса көрсетеді /16/. Максвелл бойынша, өте жоғары конструкциямен жұмыс жасау нақтылығы келесі талаптарды орындауды қажет етеді. Біріншісі – жалпы фактілерді ойша суреттей алатын терминдер мен нақты идеяларды өңдеу. Екіншісі – нақты идеялар мен конструкциялардан логикалық-математикалық жолмен өлшеу іс-шараларын жүргізуге, негізгі эксперименттік тексеруге рұқсат беретін белгілі – бір салдарларды шығару. Үшіншісі – дәріптелген конструкттердің эвристикалық мүмкіндіктерін кең көлемде ашу. Ғылыми зерттеудің идеясларының кристализациясы өтетін электромагниттік өзара әрекеттесулерді танудың шын тарихына жүгінейік. Разрядтардың әр түрлі түрлерін зерттей отырып, М. Фарадей жаңа теоретикалық болжамдық конструкт “бөлшектердің алмасуын” енгізеді, және разряд “бөлшектерді алмастырады” деп атап көрсетеді /17/. “Менің теорям бойынша, - деп атап көрсетеді Фарадей, - зарядталған өткізгіштің одан алыстатылған оңашаланған немесе оңашаланбаған өткізгішке жасайтын бүкіл іс-әрекеті бөлшектен аралық немесе айырғыш диэлектрик бөлшегіне таралатын іс-әрекетке тәуелді; менің ойымша бұл жағдайды барлық бөлшектер уақытша мәжбүрленген жағдайға келтіріледі, олар бұл жағдайдан өздерінің қалыпты, немесе табиғи күйелеріне қайта келуге ұмтылады” /18/. Максвелл Фарадейдің бөлшектердің алмасуы туралы идеясын абысты амытады және дүниеге келуші теорияға алмасу және ток алмасу түсініктерін енгізеді. Ол былай дейді: “Біз индукция ықпалындағы диэдлектрикте электрлік әрбір молекулада молекуланың бір жағы оң электрленген, ал келесі жағы теріс электрленген болатындай қып алмасады деп болжай аламыз. Бірақ электрлік молекуламен толық байланысты болып қалады, және бір молекуладан екіншісіне өтпейді. Бұл іс-әрекеттің диэлектрліктің бүкіл маскасына нәтижесі электрліктің жалпы алмасуы бөлгіші – бір бағытта қалыптасуында көрініс табады. Бұл алмасу нағыз ток болып табылмайды, себебі белгілі-бір шамаға жеткен соң ол тұрақты болып қалады. Бірақ бұл – токтың бастауы” /19/. Фарадей электрліктің магниттік әсері электрленген денеге жақын жатқан орта бөлшектері арқылы беріледі дееген қорытындыға келеді, және бұл ортаны диэлектрик деп атайды. Магниттік өріс белгілі-бір қашықтыққа ғана тарай алады. Максвелл жаңа маңызды қадам жасайды: өзгеріп жатырған электр тогы бар өткізгішті қоршап жатырған кеңістікке өте алады. Мұндай токты Максвелл ток алмасу деп атайды. “электромагниттік өрістің динамикалық теориясы” (1865) деген еңбегінде Максвелл математикалық теңдіктер жүйесін тқжырымдайды. 20 айнымалы шамадан тұратын 20 теңдеу шығады. Бұл теңдеулерде қазіргі физикадыағы макроскопиялық электромагниттік өрістің теңдеулер жүйесіне кіретін барлық қатынастар бар /20/. Макселл теңдеулері физикалық жағынан ток алмасуға сәйкес келетін жаңа мүшені қамтиды. Ток алмасу сипатын қатысты қосымша түсіндірулер жасайық. Фарадей идеяларын дамыта отырып, Максвелл электр және магнит өрістері магниттер мен тогны бар өткізгіштер айналасындағы кеңістікте болады деп сендіреді. Олай болса, өткізгіштегі айнымалы токпен өткізгішті қоршап жатырған кеңістіктегі айнымалы электр өрісі бірге жүреді деп санауға болады. Максвелл мқндай айнымалы электр өрісінің болуы әбден мүмкін деп есептейді және өзінің математикалық қасиеттері бойынша ас токқа ұқсас, бірақ электрондардың өозғалысына апармайды дейді. Ғалым оны ток алмасу деп атауды ұсынады, өйткені эффект электр өрісінің алмасуында, немесе тербелісте жатыр. Берілген тқұжырымын Максвелл “Трактатында” мынадай түрде береді: “Берілген трактаттың басты ерекшеліктерінің бірі нағыз элекрт тогы (яғни электромагниттік құбылыстар оған тәуелді ток) өткізгіш тогына сай келмейді, және электрліктің толық қозғалсы тқрғысынан элвектр алмасу уақытындағы өзгеріс ескерілуі тиіс” /21/. Қазіргі ғылыми әдебиетте ток алмасу деп айнымалы электр өрісінің диэлектриктегі немесе вакуумдағы өзгеріс жылдамдығына пропорционал шама түсіндіріледі. “Ток” атауы ток алмасудың магнит өрісін тудыруы өткізгіш тогын тудыру заңы бойынша жүретінімен байланысты /22/. Сөйтіп, Максвеллдің теоретикалық түсініктеріне сай, ток алмасу да магнит өрісін тудырады және ол бұрын тек өткізгіш тогына жатқызылатын өрістің бір бөлігін құрайды. Токтың жалпы күші өткізгіш тогы мен ток алмасу күшіне тең болғандықтан, өткізгішті қоршаушы магнит өрісі өткізгіш тогымен де, ток алмасумен де қамтамасыз етіледі. Сонымен, Максвеллдің бірінші батыл қадамы – ток алмасуын енгізуі және өткізгіште емес, кеңістікте болатын бүл ток та магнит өрісін тудырады. Максвеллдің келесі бір елеулі қадамының мазмұны: не өткізгіш тогы, не ток алмасу тудыратын кез-келген айнымалы электр өрісі магнит өрісін тудырады. Басқаша айтқанда, электр өрісінің өзгеруі магнит өрісінің пайда болуына шақырады, және керісінше, магнит өрісінің өзгерісі электр өрісінің пайда болуына себепші болады. Ұлы табиғат зерттеушілердің бірі Максвелл қолына “математика алауын” нық ұстай отырып, табиғаттың жұмбақтары мен құпияларын ашады. Максвелл теориясы табиғатттағы жоспар және тәртіпті табиғаттың өзіне қарағанда анағұрлым айқын және жан-тәнімен түсіндіреді. Максвеллдің электромагниттік өріс теориясы үлгісінде біз бір таң қаларлық фактімен кездесеміз: физикалық теорияның ұлы жетістіктерінің бірі тұтастай дерлік математиалық болып шығады. Логикалық құрылулардың бұл күрделі және кең көлемді жүйесі жоғары эвристикалық күшке (қуатқа) ие. Электромагнетизмнің негізгі теориясын жасап шығарушы туралы Г.Герц келесі жолдарды жазады: “Бұл тамаша теорияны (яғни Максвелді) оқып отырып, математикалық формулаларға өзіндік өмір мен сана тән, олар бұдан да ақылды, тіпті оларды атушы адамнан да ақылды, олар өздеріне бастапқыда берілгеннен де көп нәрсе береді деп сезінесің. Максвеллдің электродинамикасы адамзат ілімінің алтын қорына кіреді және физиканың дамуының таусылмас қайнар көзі боп қалды. Максвелл еңбектері Г.Лоренцтің электрон теориясының жасалуына, электромагнттік толқындардың ашылуына, жарықтың қысымының ашылуына, А.Эйнштейннің салыстырмалылық теориясының жасалуына түрткі болды. Ғалым У.Гамильтонның символдық дифференциалды операторларды және векторлық талдауды қолданудың мақсатқа сәйкестігі туралы идеяларын дамытады және векторлық есептеудің жеке математиалық пән ретінде қалыптасуына үлес қосады. Максвелде данышпан теоретик пен тамаша тәжірибеші, зерделі математик пен ойшыл бірігеді. Оның ғылыми мұрасы алуан түрлі және кең көлемді: мұнда электр теориясы және оптика, механика және астрономия бойынша еңбектер; бұл газдардың молекулярлы-кинетикалық теориясы бойынша классикалық зерттеулер де, математика және машинақұрылысы бойынша, электрлі өлшеулер әдістері және ғылым тарихы бойынша. Бәсекелес теорияның (Ампер, Вебер, Максвелл) қайсысы шындыққа жанасатынын тәжірибе көмегмен шешу арқылы физиканың бұл саласын реттеуді мақсат етіп қалған Гельмальц Герцтің электродинамикаға деген қызығушылығын тудырады. 1879 Герц өзінің философия факультетінің сыйлығына ие болған зерттеуін аяқтаған кезде Гельмгольд оған ашық электр тізбьесінен шығатын процестерді зерттеуді ұсынды. 1886 ж. ғана Герц Гельмгольд бағдарламасын жасай бастайды. Қарқынды гипотекалық электромагнит толқындары маңызды емес болғандығына байланысты, тәжірибе алдында электротолқындарды бақылау және ол толқындарды өлшеу және бақылауды тәжірибелі түрде жасай алатын тербелмелі контурды іздеу мәселелсі тұрды. Бұл сұрақтарға жауапты тәжірибе арқылы ғана білуге болатын еді. Алғашқы рет Лейд балкасының тербелмелі мінезіне бірінші конденсатор ретнде Герцке Гельмальд (1847 ж) көрсетеді. Неміс физигі Б.В.Федддерсия (1832-1918) элеткр разрядының қасиетін зерртейді де тербелістер мерзімін қояды. Бұл нәтиже тербелісті математикалық жолмен негіздеген ағылшын физигі В.Томсон толықтырады. Ол шығарылған конденсатор ыдысының өзіндік индукциялық коэффицентке шаршы түбірлі тең екендігін ашты. Аз уақыттан соң Герц Гельмольдтың индукциялық катушкасының аналогиялық тербеліс алу мүмкіндігін қарастыра отырып, ашық контурдағы электр қозғалысы электродинамиканың әрекетін тудырады деген шешімге келеді. Міне осылай сыйымдылық және индуктивтік тізбегінен, яғни тербелмелі контурда өзара электр және магнетизм айналып жұретін кернеу пайда болады. Бұл тербелмелі контур жабық деп аталады, себебі электр және магнит алаңдарында энергия бір-біріне контур ішінде – кернеуден индуктивтіге, одан қайта индуктивтіден кернеуге айналып тұрады. Сондықтан Герцог алдында туған бірінші қиыншылық электромагниттің тербелістерге өз бетімен жойылуға жағдай туғызатын анық контур жасау. Бұл мәселен 1870 ж. неміс физигі В.Фон Бецольд (Безольд) шешеді. Ол тербелістерді еркін өткізгіш жиегімен және шоқталған ара-қашықтықтағы қысылған резонатор тізбегінен табады. Берцольд “электр разрядын зерттеу” атты өз мақаласын алғышартты хабарлама деп атағандықтан, Герц оған еш мән бермеді де, бұл факт оған беймәлім болып қалады. Келесі қағидалы қиыншылықтар жоғарғы ашық контур көмегімен жоғарғы жиілікті тербелістерді жасау еді. Бұл салада теориялау және тәжірибелік шешімдерді, сонымен қатар олардың жасау жолын зерттеген соң ғана Герц жоғарғы жиіліктерді, яғни “қараңғыдан” түзілетін өз бетімен электромагниттік түрде таралатын жоғары жиіліктегі электр тербелісін тез алу мүмкіндігін ашты. Міне ашық контур көмегімен өлшенетін, яғни бақыланатын электромагнит толқындарын жасау және бұл толқындар қандай әдіспен бақыланатын туралы сұрақ біржолата тек тәжірибелі жолмен ғана шешіледі. Теориялық ізденіс қолдану шегі мен мәнін суреттей отырып, Герц: “мен бір ғана теория көмегімен бұл құбылыстарға жақын келуге болады деп ойлаймын, себебі оның біздің тәжірибемізде пайда болуы теориялық мүмкіндікпен бірге негізгі және күтпеген, еш теорияда көрсетілмеген электр шашырағышының қасиетіне байланысты” /23/. Демек өлшенетін әсер бере алатын толық қарқынды электромагнит тербелітерінің құрылуы үлкен тәжірибелі қиыншылықты тудырады. Герц толқындарды жасау және тізу бір мәселенің екі аспектісі дегшен тұжырымға келеді. “аса қарқынды электр тербелістері” (1887 ж) деген еңбегінде электромагнитті жасап және тізіп отыратын қағидаға жаңа тәжірибелі құрал жасау мәселесін алғашқы рет қояды. Бұл бұрын өзінде сәуле ұығаратын қайнар көзімен қатар оның қабындағысын да қосу керек. өз құрамына резонатор мен вибраторды қосатын құралда құрастыру – ауыр тәжірибелі мәселе оның шешімі құралды жасауға жол ашатын Феддерсон бақылауынан біраз жоғары тербелісті турыра алатын теориялық елестерге сай. Бірақ мәселе тәжірибелі түрде бұндай тербелістерді алуға басады ма және оны қалай тізетінінде болды. “Теория бойынша жақсы өткізетін ұшы үлкен шектелінген материалдан жасалған сымда одан да жоғары тербелістер болуы мүмкін, бірақ әрине іс жүзінде бұл тербелістер көріне алатындай” қарқыны болуын теория шеше алмайды” де Герц көрсетті. Кейбір көріністер нәтижесінде мен мынадай тұжырыға келдім, яғни тербелістің соңғы түрі шынымен де белгілі жағдайда болуы мүмкін, бірақ та тербеліс қарқындығын маңыздығы сонда, оның әрекетін ара қашықтықта бақылауға болады. Одан соңғы тәжірибе менің ойымнан шықты” /23/. Герц конструктордың сирек дарыны мен тәжірибелік шеберлігін қоса отырыпғ керекті тәжірибелі құрандар жасайды да бірінші рет элеткромагниттік тербелістердің тууы мен фиксация процесін алғашқы рет жандандырады. “Ұсынылған еңбек мақсаты – деп көрсетеді ғалым, - кейбір металдық сымдарда осы өткізгішке сай тербеліс бақылауының және оның іс жүзіне қалай асуының көрсетумен шектеледі” /24/. Герц өзінің негізгі жаңалығын қандай жолмен ашты? Ғалым қызметінде қандай теориялық көзқарастарға хабардар болды? Ғалымның методологиялық позициясының негзі неде? Герцтің шығармашылық қызметінің негізгі қағидалары қайшы екендігін айтып кеткен дұрыс. Бұл физика дамуының ерекшеліктері және ондағы теориялық көріністің жеңуі мен түсіндіріледі. Бұл жерде Герцтің ұзақ уақыт бойы Гельмальд көзқарасының әсері астында жүретіндігі туралы. Міне Гельмольд электромагнетизм теориясы 2 электр күшінің формасын көрсетеді. - өздеріне екі түрлі жылдамдықты жазып алған элеткродинамика және электростатика, электродинамиканың кедергі саласындағы алғашқы тәжірибелерін алу осы жағынан түсіндіреді. Болжау бойынша қозғалыс тәжірибесінде толқын өткізгіште бояулайды. Сондықтан электр күштері ауа мен өткізгіште әртүрлі жылдамдыққа ие. “Бұл шешімді дәлелдеудің орнына одан кейінгі өткізгіштегі толқындар мен тәжірибелер оның мүмкіндігін одан әрі азая бергендігін Герц кешірек байқайды. Егер тәжірибе дұрыс қойылғанда кедергілер әсерсіз екендігі енді белгілі олып келеді, егер тәжірибе дұрыс қойылғанда әрине мен күткендей нәтиже берер еді” /25/ тәжірибе кедергі келтіретін факторлар ішінде вибраор мен генератор құрылысының жетілмегендігі, толқын мөлшері тізіміне, толық еместігі және т.б. тәжірибелі мәлімет және теория арасындағы өсіп келе жатқан қарама-қайшылықтарды шешу толқындар мен сынау жүргізу арқылы жүзеге асады. Қысқа толқындарда түрлі ортада электр кедергілерінің жылдамдығы арасындағы айырмашылық жойылады. Көп жағдайда бұған Герцтің Максвелл теориясын саналы түрде түсіне және қол жету түрткі болады. Максвелл теориясын толқындардың ауадағы және өткізгіштердегі жылдамдық тепе-теңдігі белгілейді. Осылайша өткізгіштегі толқындардың елес болатын баяулық себептерін анықтауға көмектеседі. Көрсетіліп отырған құбылыстарға жаңа көзқарасты іздеудегі қиын ұрдісті Герц былайша сипаттайды: “Жылдам электр тербелістерімен жасалынған тәжірибелер нәтижесі, менің ойымша Максвелл теориясының жеке түрі боп табылады екен. Бұл екі теория қарым-қатынасы байланысына сай келу қағидасын реттейді. “Шектеулі жағдайда Гельмольд теориясы аса жеңілдетеді. Және оның теңеуі онда Максвелл теориясының теңеуіне айналады, - деп жазады Герц – жарық жылдамдығымен таралатын бір ғана күні формасы қосылады. Максвелл теориясының қарапайым жіберуінен шығуға болмас па екендігін қолдану қажет болды” /27/. математикалық аппаратты нығайта және тереңдете отырып, оның теңеуін максималды жеңілдете отырып, Герц оған нәтижесінде бұл теңеулер электр және магниттік көріністердің байланысын таба отырып, оған симметриялық формасын береді. Максвеллдің электромаагнит теориясның еңбегін бағалай отырып, Герц: “бұл ғажап теорияны математикалық формулалардың өздеріне сай өмірі, өз санасы, олар бізден де ақылды ашқандардан да ақылды, өздеріне сомынғанынан да көп біле алатын сияқты кейде сезім пайда болады” деп көрсетеді /28/. Максвелл теориясы Герц ғылым қызметінің негізінде тәжірибе ретінде қаралған, себебі ол электромагниттік толқын тәжірибесі ашылу бағдарламасын ұсынады. Міне сондықтан Герц танымының тәжірибелі бастамасына оның автономияға қарым-қатынасын және теорияға деген тәуелдігіне үлкен мән береді”. Тәжірибемәне жаңа объективті шынайылығына тән қасиеттер шыққанда, оның ішінде электромагнит толқыны туралы гипотезаның тәжірибелі дәлел процесінде ерекше жоғарылайды. Жаңа зерттеу объектісі тіпті басқа құралдар құралуын қажет етеді. “Біз күшті іздеген жерде (яғни электромагниттік толқын-Б.П), өткізгішті қоямын, мысалы, тіке өткізгіш ол өте қысқа жолынды ара қашықтықпен бөлінген. Тез тербелетін күш осы өткізгішті электрді қозғалысқа түсіріп онда жалын туғызады. Бірақ бұл істе қөзіне тәжірибені қажет етеді, оған байланысты ой толғауды қарастыруға болмайтын сияқты. Мақсатты түрде бағытталған дайындықтың “шешуші” тәжірибесі жүріп ажтыр. Тәжірибелік қондырығының бөлінбес элементі ретінде электромагниттік тербелістердің қабыдлағышы және көзі жетілдіріліп жатыр. Вибратордың және генератордың негізгі параметрлері жақсарып жатыр: олардың геометриялық формасы өзгеріп жатыр, көздің қуаты жоғарылап жатыр, бәрінен де бір-біріне қатысты орналасқан сәуле таратушы құрылғы және қабылдаушы прибор өте оптималды болып келе жатыр, резонатор ұшқындарының ұзындығы ұлғайып жатыр және т.с. Құрылғы тәжірибелі бақылаушы эмпирикалық жағдайларда табысты сынақтан өтті. Бастапқы шындыққа негізделген ақпарат жиналып жатыр. Өлшемдердің нәтижелі теориялық қорытындыларға қатысты болып тұр. Жасанды тәжірибелік-теориялық қызмет үрдісінде физикалық ақиқаттың “жаратылыс әлемнің микроүрдістері сияқты зерттелмеген облыстары зерттеушіге ашылып жатыр. Герц физиканың маңызды танымдық мәселесін шешуге жақындап келе жатыр. Сонымен бірге бұрын электромагниттік толқындардың бар болуын ұйғарған тәжірибелік дәлелдеуге жақын болған. Зерттеушілердің нәтижесі “ауадағы жлектродинамикалық толқындар мен олардың көріністері туралы” (1888 ж) іргелі еңбегінде баяндалып тұр. Герцтің айтуынша: “Ауада толқын ттәріздес индукцияның таралуы тура сезілетіндей дерлік болады (басқаша айтқанда байқалатын Б.П). Одан басқа, бұл жаңа құбылыстар ауадағы толқынның ұзындығын тура өлшеуге мүмкіндік береді /30/. Алғаш рет әрқашан да бар болған және бос кеңістікте жарық жылдамдығымен таралған электромагниттік толқындар табиғат құбылысымен өте дәл өлшенген тәжірибелі байқалатын болып келе жатыр. Толқынды алу үрдісі келесі түрде айтылады: “Түзу сызықты вибратордың кейбір екінші өткізгішке әсер ету тәжірибесін жүргізгенде, мен бөлме қабырғаларынан индукциялық әсер көріністерімен түсіндірілген құбылыстарды бірнеше рет байқап отырдым. Мәне, мысалы, көптеген оқиғаларда әлсіз ұшқындарды екінші қайтара тізбекте бола алмайтын жайда да байқауға болатын (осындай әсерді – Б.П) симметрияның геометриялық ойларынан пайда болған тура әсердің арқасында, негізінен қатты қабырғалардың арқасында болды. Әсіресе маған келесі байқаулар көріністі болып көрінеді: өте әлсіз болған ұшқындады біріншіден басталған үлкен ара қашықтықтағы екінші қайтара өткізгіштерді зерттегенде, мен ұшқындардың көптеген жайдағы екінші қайтара тізбегінде күшейгенін байқадым, ал мен жақындаған кезде қатты қабырғаға олар тура жақындықта кенет жоғалып жүрді.” (41) Байқалып жатқан факт қалай түсіндіріледі? Герц бұны былай түсіндіреді: “Толқын тәріздес таралып жатқан индукциялық әсер қабырғалардан шағылады, және шағылған толқындар кейбір әсерлерде құламалыларды күшейтеді, басқа жерде әлсірететді, демек ауадағы екі толқынның интерференциясына байланысты көлденең толқындар пайда болады. Жағдайдың жақсы болуына байланысты құбылыстардың көрінісі өте анық болды, және ұсынылған түсінік өте мүмкінді болды”. (42) Электромагниттік толқын резонатормен, детектормен, басқаша айтқанда, разряды бар дөңгелекті контурмен “көрінетін”, көзге түсетін болды, себебі, “байқап қаралған”. Толқындардың қозғалысын және оның формасын геометриялық үлгіде көруге болады. Толқындардың маңызды қасиеттері айқындалып жатыр: таралу жылдамдығы. “Таралудың соңғы жылдамдығы дәлелденіп, толқын ұзындығы өлшенетіндей болды”, - деп айтады Герц. (43) Ғалым Максвелл теориясына эфистикалық көзі ретінде және ұйымдастыру мен келесі тәжірибелер сериясын жүргізу әдісіне тағы да назар аударып отыр. Теория әр түрлі сапаны физикалық тәжірибелерді кеңейтеді: толқынды қандай әсерлі әдіспен “байқап қарауға” болатынын және оның қасиеттерін өте дәл белгілейтінін көрсетеді. Теориялық зерттеулер негізінде көздің қуаты жоғарылайды, толқынның ұзындығын кішірейтуге болады, “электр күшінің сәулесінің фокусировкасын күшейтуге болады. Бұл “таза”, интенсивті, еркін электромагниттік толқынды шығара отырып, тәжірибелік нәтижелелердің сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Нәтижелелер “электр күшінің сәулелері туралы” еңбегінде көрсетілгшен (1889 ж.): “Маған анық электр күш сәулелерін алуға сәттілік болды және олардың көмегі арқылы барлық элементарлық тәжірибені жүзеге асыруға сәттілік болды, олар жарық және жылу сәулелері арқылы шығады” – Герц қорытындылай айтты. (44) Электромагниттік толқындардың бірнеше қасиеттері айқындалып тұр: интерференция, дифракция, сынуы, поляризация, жылу құбылыстары. Сонымен бірге осындай қасиеттермен жарық толқындары да айқындалынады. Сондықтан анау және басқа құбылыстар өзаара байланысты екенін сендіруге болады, дәлірек айтсақ, тең екендігін. Көптеген тәжірибелік фактілер негізінде электромагнетизмнің маңызды қасиеттері айқыдалды және Герц іргелі тұжырымға келіп тұр: “Бізбен зерттелген құбылысты біз электр күшінің сәулелері деп атадық, (басқаша айтқанда электромагниттік толқындар – Б.П.). Бірақ оларды өте үлкені толқын ұзындығы бар жарық сәулелері деп те атауға болады. Ең болмаса, маған айтылған тәжірибелер жарық, жылу сәулелерінің және электродинамикалық толқынды қозғалыстың ұқсастығын мүмкін болатындай сипаттайды. Менің ойымша, енді бұл ұқсастықты оптика және электр жөніндегі ілім үшін де барлық артықшылытармен жігерлі түрде қолдануға болады”. (45) Демек, ғалым электромагниттік толқындардың құрылу және тіркеу әдісін ашты, оның қасиеттерімен заңдылықтарын зерттеді, электрормангиттік, жылу және жарық тербелістерінің теңдігін дәлелдейді: Максвелдің теориялық көзқарастарын дамыта отырып, Герц тезистерін дәлелдеу жөніндегі тәжірибелерді жұрзгізді. “Бұл тәжірибелер Фарадей көзқарасы негізінде Максвелл құрған электродинамикалық құбылыстар теориясы үшін негіз болуы мүмкін, - Герц айтқанды. – менің ойымша, қазіргі уақытта жарық табиғаты туралы гипотезасымен байланысқан бұл теория уақытқа дейінгін қарағанда одан да үлкен сенімділікке ие болып отыр” (46). Шынымен, Герцтің тәжірибелік нәтижелері электромагниттік толқындардың нақты бар екендігін дәлілдей отырып, Фарадей Максвелл теориясына маңызды дәлел болып отыр. Жарық табиғаты туралы гипотезаға келсек, онда Герц қорытындысы бұл құбылысты танудағы физиканың дамуын дәл ашпайды. Бірақ сөз Максвелдің электромагниттік теориясы өзіне барлық нақты берілген гипотеза базасында бөлінбес элемент және эмпирикалық салдар ретінде жетістіктерді теориялық жүйеден тікелей ала отырып қосады. Электрдинамикалық үрдістің көрнекілігі, байқалуы жөнінде мәселе тұруы мүмкін. Бірақ электромагниттік толқындардың сезім мүшелерімен көрінбеуі және ссезілмеуі тәжірибеде аудиошолынған және тәжірибелі байқалған болып табылады. Герцтің бұл сәуле туралы шешендік сөзі былай айтылады: “тікелей емес көру, сезбеу; оның әсері ол құлайтын өткізгішке ұшқындарды шығаруымен айқындалады. Ол біздің көзге соңғысы біздің резонатормен қарулы болмауынша көрінеді. (47) Резонаторда пайда болған ұшқындар микроскопиялық болып табылады, олардың ұзақтығы секундтың милиондай үлесі. Олар жоғалатындай болып көрінеді, тікелей байқауға берілмейді. Сондықтан “олар көрінетіндей болу үін мүмкінсіз, тіпті мағынасыз болады, - айтады Герц, - бірақ тіпті қараңғы бөлмеде және талмаған көздер үшін олар көрінеді. Бұл қылда біздің кәсіпорынның сәті елеулі түрі. (48) Бұл тамаша мінездеме тура байқаушы ретінде құрылғылар және тәжірибелік қондырғылардың көмегімен жанама байқаушы болады. Астыртын және байқауға болмайтын нәрсе, бұрын сенімсіздік, күмән және ашық скептизм тудырған, тәжірибелерде айқын, ақиқатты және сезілетін формада біріншіден көрінетін түрде және естілетін үлгіде болды. “электр күшін тарату туралы зерттеулер” (1892 ж.) шолуында Герц тұтас бірқатар философиялық мәселелерге назар аударды. Ол жеке түрде былай жазған: “Айтылған тәжірибелер жиынтығы алғаш рет күштің соңғы жылдамдығынығ таралуымен дәлелденді. Бұл факт әйгілі ойда тәжірибелердің маңызды жетістігінің философиялық ойын құрайды. Бұл дәлелдеуде электр күшінің салмақты денелерден айрыла алатыны және әрі қарай өз бетімен кеңістік жайы немесе өзгерісі ретінде бола алатыны айтылған. Бұл танумен қатар жеке тәжірибелердің арнайы белгілері бұл электр күшінің таралуының ерекше типі ең жақын ұқсастықты байқайды, егер жарық қозғалысы таралуымен толық сәйкес келмесе”. (49) Қандай тәжірибелік нәтижелер интерпретациясы процесінде әдістемелік мәселеле,р қозғалады? Бірінші, физикалық көзқарастар дамуының таризында кең таралу алыстан әсер ету туралы жайда қарапайм, Герцтің дәлілді тәжірибелермен ғана емес, сонымен бірге жоғарыда айтылғандай Фарадей тәжірибелерімен де. Екінші: тәжірибелі ашылу және құбылыстардың жаңа класын зерттеу бұрын ешкіммен байқалмаған сәуле түрі – электромагниттік толқындар – бұл Герцтің физикалық тану облысында жеке еңбегі. Максвелл теориясының дамуында Фарадеймен айтылған ой Герцтің зерттеулерінде тәжірибелік дәлелдемені табады. Электромагнитьтік толқын объективті шындық құбылысы ретінде физикалық тәжірибеде айқындалады. Үшінші. Электромагниттік тербелістер таралуының соңғы жылдамдығы тәжірибелеі түрде негізделінеді. Герц тәжірибелері қатаң сандық нтижелерді береді, Фарадей жарықтың электромагниттік табиғатын шығара отырып, құбылыстардың сапалы жақтарын белгілейді. Төртінші. Герц жарық электромагниттік толқындар облысында тәжірибелік зерттеуді аяқтап, олардың ұқсастығы жөніндегі қорытындыға келеді, тәжірибелі табиғат күштерінің бірлігін жүзеге асыра отырып. Демек, электромагниттік толқындар туралы идея Герц тәжірибелерінің нәтижесіндегі табиғи фендоменді анықталмаған шындық гипотезасы ретінде қабылдамайды, бірақ әрқайсысысымыз үшін тәжірибелі дәлелденген ғылыми факт болып табылады. Тәжірибелік ашылу және электромагниттік толқындардың философиялық негізі – бұл ғылыми тану тарихының ішіндегі жарқын беттерінің бірі болып табылады. Фарадеймен және Максвеллмен ашылған теориялық анализдің объектісі электромагниттік толқындар – Герц еңбектірінде жаңа мазмұнға ие болып келе жатыр: гипотетикалық, байқалмайтын қасиет объективті шындық болып бара жатыр. Электромагнетизм облысындағы тамаша тәжірибелі және теориялық жетістіктер олардың тәжірибелі кезеңін ашады. Ескертіп айтсақ, электромагниттік құбылыстарды тану соңында барлық тура және тәжірибелі байқау қасиеттерін принциптердің және іргелі түсініктердің минималды санынан шығаруға болады. Бізге көрсетілетіндей, оссындай түсінік – принциптер келесі теориялық конструкциямен көрсетіледі: “материалдық өрістегі өткізгіш” (үш сатыны қоса айтсақ тогы бар өткізгіш, магниті бар өткізгіш, тербелмелі контур), электромагниттік толқын”. Электромагниттік толқын”. Электр разрядын табиғатта біздің көзқарасымыз бойынша “жасушаны” электромагнетизмдегі нақты шындық. Электромагнетизмнің электр разряды түрінде әрқашан болады, мәңгі адамға тәуелсіз. Электр разрядты кенет микроскопиялыққа айналуы ретінде тура сезуге болады байқау құбылыстары, электромагниттік табиғаттың тура байқауға болмайтын мінездеме табиғаттың тура байқауға болмайтын мінездемесі ретінде түсінуге болады. Электр разряд өзімен бірге бұл мағынада “қою” ретінде шексіз көптүрлі физикалық қасиеттерді ұсынады, олардың кейбіреуі тура байқаулы (найзағай, соққы, күннің күркіреуі және т.б.), ал басқалар тәжірибелі жолмен белгіленген, мысалы электромагниттік толқындардың таралуы. Табиғи электр разрядта барлық байқалатын және байқалмайтын электромагниттік процестердің қасиеттері бар. Басқа осындай “қоюды” электромагнетизмнің байқалуы және байқалмауы деп атайды, әрине, жарық. Қорытындылай келсек, электромагнетизм “жасушасының” даму деңгейлері: тогы бар өткізгіш, магниті бар өткізгіш, өткізгіш және электромагнит (тербелмелі контур), электромагниттік толқын электромагнетизмді оның тұрлі қасиеттерінде және айқындалуында көрінуге мүмкіндік береді. Электромагниттік ауытқудың белгілі айналасы үшін тогы бар өткізгіш ток көзі бар өткізгіштің ток көзі бар өткізгіштің өзара әсерінің нәтижесі ретінде жасушаны ұсынады. Тогы бар өткізгіштің философиялық анализі тек классификацилық көзқараста емес, онымен бірге кең түрде - әр түрлі ортадағы және әр түрлі жағдайдағы токтың бар болуы ретінде электромагнетизмді үйрену әдісі болып, оның мүмкіндіктерін электрдің және магнетизмнің қасиеттерін түсінуге жол береді. “жасушаның” шекаралары тогы бар өткізгіште индукциялық токқа дейін таралады. Сонымен бірге өткізгіш пен магниттің ара қатынасы индукциялық токты туғыза отырып, электромагнетизмнің “жасушасы” ретінде қарастырылады, ол қуатты контурды танымды құралды тербелмелі контурды құруға алып келеді және электромагниттік толқынды, әмбебап заңдарды, содан кейін радио және адам цивилизация ашуға мүмкіндік береді. Магнит және орта “жасуша” тәріздес таза түрде табиғаттың өзінде кездеседі. Осындай “жасуша” ретінде өткізгіштің магниттік өрісте аусуы болуы мүмкін, мысалы, Жердің өзгеріп тұрған магнит өрісіндегі серкітің қозғалысы немесе Курск магниті аномалиясының үстіндегі металл заттардың қозғалысы. Жаңа ток көздерінің тәжірибелі құрылуының және пайдалануының болашағы туып отыр. Электромагнетизмнің жасушалары біздің білімімізді шындықпен байытып, байқап отырған әлемнің горизонттарын кеңейтіп жатыр. Теориялық конструкциялар секілді олар эвристикалық мағынаға ие, өйткені адамға белгілі нәрсені ғана емес, сонымен бірге мүмкін болатын идеалды конструкцияларды түсіндіреді, оларды техникада және басқа материалдық жүйеде жүзеге асыруға болады. Электромагнетизмнің “жасушалары” физикалық ғылымның алдында шексіз байқалатын және байқалмайтын әлемнің объективті шындығының қасиетін ашады, және олардың ойлауының және түсінушілігінің нақты принципінің шығуына әкеледі. Электромагниттік құбылыстарды тану тарихы көптеген электр және магнетизмнің қасиеттері адамға тура сезім мүшелері мен рецепторлары арқылы беріледі. Бірақ бұл электр және магнит құбылыстарының тұтастықта өзара әсерінің әр түрлі айқындалуы. Ойлау, анализ, байланыс тура байқалатын қасиеттердің кейбір басқа тура байқалмайтын фактілердің айқындалуына әкеледі, содан кейін адамнан терең жасырылған байқалмайтын қасиеттердңі бар екендігін туралы гипотезаға электромагнетизмнің мінездемесіне әкеледі. Біріншіден мұндай қасиеттер абстрактілі-теориялық жолмен танудың рационалды әдісімен “ашылады”, ал олардың нақты бар болуы құрылғылар мен ғылыми ұйымдастырылған тәжірибелер негізінде жанама, тура түрде дәлелдейді. Бірақ гипотетикалық жолмен “ашылатын” қасиет әр уақытта өте жетілген күшейтілген және өзгертілген приборлардың құрылуын қажет етеді, бірақ байқалмайтынды физикалық құрылғыларда және тәжірибелерді жанама байқалатындай жасау керек. Дж.К.Максвелл “Электр және магнетизм туралы трактатында жаңа қызықты теориялық мәселе ретінде автордың жарық қысымы туралы ойлауы болып табылады. Затта электромагниттік толқындардың таралуы процесін қарастыра отырып, ғалым көрсеткендей, толқындар көлемнің бір бірлігіне келетін электромагниттік ағымының шамасымен анықталатын толқындар затқа қысым көрсетуі керек. Тәжірибеде бұл теориялық қорытындының тексерілуіне мүмкін болатындай назар аударылып отыр. Максвелл айтады: “Күн жарығына қойылған жалақ дене бұл қысымды тек жарығы бар жаққа түсіреді, содан кейін жарық түсіп жатқан жақтан шағылады. Мүмкін үлкен әулелендіру энергиясын электр шамның концентрленген сәулесі арқылы алуға болады. Вакуумда ілініп тұрған жұқа металл дискісіне түсіп жатқан мұндай сәулелер байқауға түсетін механикалық әсерді туғызуы мүмкін”. (50) Жарық қысымының бар болуы туралы идея өте ертеді қалыптасқан ХVІІ ғ. басында И.Кеплер комета құйрықтары заттар бөлшектеріне түсетін күн сәулелерінің қысымымен айқындалатынын айтқан. ХVІІ-XІX ғғ. Аралығында жарық қысымын байқау жөнінде тәжірибелер жасалды. Бірақ олардың бәрі стсіз аяқталған. Д.К.Максвеллдің бұл әсердің бар болуы жөніндегі қорытындысы жарықтың электромагниттік теориясы құрылғанна кейін жарықтың қысымын тәжірибелі түрде байқау өте өзекті мәселе болды. Әйгілі орыс физигі П.Н.Лебедевтің ұқыпты тәжірибелері қатты денелердің жарық қысымының шамасын өлшеді. Бұл тәжірибелік өнердің үлгісі, сонымен бірге Максвелдің теориясының жарқын дәлелдеуі болды. Петр Николаевич Лебедев (1866-1912) Мәскеуде сатушылар отбасында туған. Ол кәсіпкер болудан бас тартып, Страсбургтағы (Франция) А.Кундт П.Н.Лебедевтің сөзі бойынша – физиканың суретшісіне мен ақынына”. Жас зерттеуші өзінің ұстазын дарындылығымен, ойларының батылдығымен, ауыр ғылыми мәселелер бойынша жұмыс істеу ынтасымен таң қалдырады. Солардың бірі: жарық қысымын анықтау. П.Н. Лебедев бұл мәселе бойынша негізгі физикалық ойларын «Сәуле шығарушы денелердің итеру күші туралың деген мақаласында баяндаған болатын (1891). Ол келесі сөздермен басталады: «Максвелл, жарық немесе жылу сәулесі жұтқыш денеге түсе, оған түсу бағытында механикалық қысым жасайтынын көрсеткенң [51]. Максвелл теориясынан, жарық сәулелері көлемі бір шаршы метр жазық бетке түсіп, «қара түсті бетке 0,4, ал айнаға 0,8 мг шамасында қысым жасуы тиісң деген қорытынды шығады [52]. Бұл теориялық жағдайдың тәжірибелік тексерісі өте күрделі және қын шешілетін мәселе болып келеді. Біріншіден, жарық қысымының мөлшері тым аз, сонымен қатар оны табу және есептеу үшін өте күрделі эксперимент жүргізу қажет. П.Н. Лебедев өзінінің әйгілі қондырғысын – бұралатын аспапта орналасқан жеңіл және жіңішке дискілер жүйесін құрады. Бұл дәлділігі қазірдің өзінде кездеспейтін айналмалы тразы болатын. Екіншіден, қомақты кедергі болып, радиометрлік эффект (У. Крукс ашқан) табылды: жарық денеге түскен кезде (Лебедев тәжірибелеріндегі жіңішке дискілер), ол қызады. Соған қоса, сәулеленген жағының көлеңкелі жағына қарағандағы температурасы жоғары болады. Ал мұның өзі, газ молекулаларының дисктің сәулеленген жағынан көлеңкелі жағына қарағанда, жоғары жылдамдықпен шашырайтынына әкеп соқтырады. Сонымен қатар, әр түрлі температураның болуы кезінде газдардың конвекциондық (жылулық) ағындары пайда бола бастайды. Бұл факторлар жарық қысымының мөлшерінен мыңдаған есе артық болуы мүмкін. Конструкторлық дарынға, экспериментаторлық шеберлікке ие П.Н. Лебедев, бұл қиындықтарды жеңіп түседі. Қондырғының платиналық дискілері (қанатшалары) барынша жіңішке, қалыңдығы 0,1-0,01 мм ғана болатындай етіп жасалады, бұл екі жақ температурасының тез теңесуіне көмектеседі. Қондырғы вакуумдалған шыны ыдысқа (р≈1∙10-4 мм сынап бағанасы бойынша) орналастырылады. Жарық сәулесі доғалы шамнан дискке түсіп, жіпті айналдыра отырып, жарық қысымының механикалық әсерін өлшеуге мүмкіндік береді. Түсетін жарықтың қуатын өлшеу үшін термоэлемент қолданылған. Бұралмалы таразының айналу бұрышын, сонымен қатар түсетін жарықты өлшеу, Максвелл теориясының қорытындыларын тексеруге мүмкіндік береді. П.Н. Лебедевтің тәжірибелері, эксперименталдық жағдайлардың қарапайымдылығына қарамастан, бізді өзінің күрделілігімен және тапқырлығымен таң қалдырады. Қатты денелерге жарық қысымы туралы бірінші эксперименталдық нәтижелерін П.Н. Лебедев 1899 ж. алады. Өзінің табысты тәжірибелері туралы Парижде өткен Әлемдік физиктер конгрессінде (1900 ж.) баяндайды. 1901 ж. «Annalen der Physіkң неміс физика журналында Лебедевтің «Жарық қысымының тәжірибелік зерттелуің атты мақаласы басып шығарылады [53]. Жарық қысымының мөлшері Максвелл теориясына сай келеді. Тәжірибе нәтижелері әлем ғалымдарының жоғарғы бағасына ие болып, Максвелл теориясының керемет тәжірибелік дәлелдемесі болып табылады. Жарық қысымы бойынша тәжірибелер П.Н. Лебедевке әлемдік атақ әкеледі. Әйгілі ағылшын физигі В.Томсон (лорд Кельвин), орыс физигі К.А. Тимирязевпен әңгімесінде, Лебедевтің эксперименталдық нәтижелері туралы былай деген: «Мүмкін сіз, менің өмір бойы Максвеллмен оның жарық қысымын мойындамай дауласқанымды білетін шығарсыз. Алайда, Лебедев мені өзінің тәжірибелері алдында жеңілуге мәжбүр еттің [54]. П.Н. Лебедев қатты денелерге жарық қысымын зерртеумен шектелген жоқ. Ол 10 жылға созылған, жарықтың газдарға түсіретін қысымының өте күрделі, әрі сезімтал тәжірибелік зерттеулерін жүргізген. Ғажайып мәселені – жарықтың газдарға қысымын (жарықтың қатты денеге қысымынан ондаған есе аз болып табылады) есептеу үшін физика, химия, техника салаларындағы теориялық білімге ие; келешек зерттеулердің нәтижелеріне сенімді болу; табиғат құрылысын түсінуге ынталы болу; күн сәулеленуінің құписын ашып, оның әлемнің басқа да сипаттамалары мен мінездемелерімен байланысын анықтау қажет. Әлемнің жаңа заңдылықтарны іздеу үрдісінде жасалған тәжірибелердің барлық нұсқаларын атау қиынға түседі. Көптеген есептеулерді жүзеге асырудың өзіне, жиырмадан астам поршндық құрылғылар жасалғанын айту жеткілікті сияқты. Есептеуіш техниканы жаңарту, олардың дәлдігінің өсуімен және кедергі факторларды (мысалы, жылулық, конвекциондық ағындар) жоюмен сипатталады. Қысымның аз күшін есептеу үшін П.Н. Лебедев өз эксперименттерін келесі түрде жүргізді, яғни «газ, оны өтетін сәулелер бағытында еркін жылжып, жарық сәулелері тікелей әсер ете алмайтын өте сезімтал поршндық құрылғыға қысым жасайдың [55]. Одан әрі, зерттеуші, оңай жылжымалы поршень «бұралмалы сезімтал таразыға бекітілген, оның бетінде газ қысымында айырмашылық пайда болса бұралатынын ң айтып кетеді [56]. Газ қабатын біресе бір жағынан, біресе екінші жағынан жарықтандыра отырып, сонымен қатар поршень ауытқуын бекітсе, жарық сәулелерінің газға түсіретін қысымын есптеуге болады. Конвекциондық ағымдардың әсерін жою үшін, газ жылу өткізгіштік қасиетке ие сутегімен араластырылған. Бұл әр түрлі нүктелерде газ тығыздығын теңестіруге мүмкіндік берді. Мұндай өте қиын, әрі күрделі тәжірибелік-техникалық жұмыс эксперименталдық істің үздік үлгісі болып табылады. П.Н. Лебедевтің көп жылдық зерттеулері ғылыми қызметінің қорытындысы болып табылады. Алынған нәтижелер (1910 ж.) газдарға жарық қысымының бар болуын және «бұл қысымның мөлшері жарықтың бір шоғыр күшіне және газдарды жұту коэффициентіне тура пропорционалдығыныңң анықталғандығын дәлелдейді [57]. Бұл жұмыс тәжірибелік өнердің шыңы болып табылады. П.Н.Лебедевті ғажайып ашуларымен алғаш құттықтаған неміс астроном және физигі Карл Шварцшильд (1873-1916) болды. Ол өзінің әріптесіне былай деп жазады (1910): «Сіздің газдарға жарық қысымын анықтау туралы ойыңызды күмәнмен естігенім есімде, бірақ сіз барлық кедергілерді жойғаныңызды оқығанымда, өте қатты таң қалдымң [58]. Осылайша, 300 жыл бұрын И.Кеплермен қаланған жарықтың газдарға қысымы туралы жорамалы Дж.К.Максвелл еңбектерінде фундаменталды теория және П.Н.Лебедев тәжіриблерінде эксперименталдық дәлелдемелер ретінде көрініс тапты. Жарықтың қысым секілді қасиетінің бар болу дәлелдемесі философиялық мәнге ие. Электромагниттік толқындар қысымының бар болу ақиқатынан олар импульске ие, ал мұның өзі массаға ие екендігін көрсететін қорытынды шығады. Кванттық теория тұрғысынан, жарық қысымы – бұл жарықтың жұту немесе шағылу үрдістері кезіндегі фотон импульстарының өтуі болып табылады. Электромагниттік өріс импульске және массаға ие, яғни ол материалды. Физикалық болмыс тек зат ретінде емес, сонымен қатар өріс ретінде де өмір сүреді. Жарық қысымы көлемі бойынша қарама-қарсы астрономиялық және атомдық құбылыстар саласында маңызды рөл атқарады. Астрофизикада жарық қысымы газдар қысымымен қатар жұлдыздар тұрақтылығын, гравитациялық қысу күштеріне төтеп бере отырып, қамтамасыз етеді. Жарық қысымын пайдалану көптеген практикалық мәселелерді шешу үшін лазерлер – оптикалық кванттық генераторлар дүниеге келгеннен кейін мүмкін болды. Американдық физик Т.Г. Меймон ең бірінші болып оптикалық кванттық генератор – рубиндік лазерді (1960) ойлап тапты. Генераторлар мен күшейткіштердің жаңа түрлерін – мазерлер және лазерлерді құруға мүмкіндік берген кванттық радиофизика саласындағы терең зерттеулері үшін совет физиктері Н.Г.Басов, А.М.Прохоров және американ физигі Ч.Таунс Нобель сыйлығымен марапатталынған (1964). Лазер сәулесін толқын ұзындығы шамасына, теориялық шекке жақын радиусқа шоғырландыруға болады. Лазерлер ғылыми зерттеулерде (физика, химия, биология және т.б.), практикалық медицинада (хирургия, офтальмология және т.б.), сонымен қатар техникада (лазерлік технология) кеңінен колданылады. Лазерлер оптикалық байланысты, соған қоса бақыланбалы термоядерлік синтезді жүзеге асыруға мүмкіндік берді. Электромагниттік толқындар аясындағы бірдін бір мәселе - осы толқындардың практикалық қолдануының физикалық принциптерін байланыс құралдары ретінде құрастыру болып табылады. Бір Мюнхендік инженер Герцке, оның ашқан толқындарын телефонияда қолдануға болады ма деген сұрақ қойған болатын. Герц, дыбыс және электромагниттік ауытқулар периодтарының айырмашылығын айта отырып, қолдануға болмайтындығымен жауап қайтарды. Орыс физигі, электротехник, радионы ойлап шығарушы Александр Степанович Попов (1859-1906) электромагниттік толқындарды қашықтыққа сигнал жіберу үшін қолдануға болатындығын көрсетті (1889). 1894 ж. ол электромагниттік ауытқулар генераторы мен электромагниттік толқындарға сезімтал, қабылдағыштың элементі болып табылатын когерерді (детекторды) ойлап табады. Сол жылы алғашқы қабылдағыш антеннаны құрастырып, оның атмосферадағы электромагниттік ауытқуларды тауып қабылдайтындығына назар аударады. Схемаға «электромагниттік есептеуішң, яғни жазушы құрылғы орналастырылады. А.С.Поповпен ойлап табылған құрылғы «грозоотметчикң (бірінші қабылдағыш радиостанциясының прототипі) деген атқа ие болады. Өзінің «электр ауытқуларын анықтауыш және тіркеуші құрылғың атты мақаласында, ғалым «оның әрі қарай жаңарту барысында, жеткілікті қуаты бар ауытқулардың көздері табылған жағдайда, жылдам электр ауытқуларын қолдана отырып, сигналдарды қашықтыққа жіберуге боладың деген сенім білдірді [59]. 1896 ж. А.С.Попов қабылдағышпен қатар электромагниттік толқындарды жіберуші (көзі) құрылғысын жасайды. 1896 ж. 12 наурызында саналы мәтінді жіберу және қабылдауды көрсетті. Әлемдегі ең алғаш радиограмма екі сөзден құралған: «Генрих Герцң. Итальян радиотехнигі Гульельмо Марконидің (1874-1937) сымсыз байланысқа арналған электромагниттік толқындарды қолдану туралы ағылшын патентін алғандығын айтып кеткен жөн (1897). Мұндай радиоқабылдағыштың құрылысы А.С.Попов құрылғысынан айқын айырмашылығы жоқ. Бұл құқықтық акт өнертапқыш авторлығын бекіткен. Маркони өзінің қуаты және метериалдық ресурстарының арқасында байланыстың жаңа түрінің кең практикалық қолдануына қол жеткізеді. Ол Атлант мұхиты арқылы (Ағылшын-Америка) радиобайланыс оранатты. Электромагниттік толқындар бүкіл дүние жүзін жаулап ала бастады. Марконидің радиоаппаратурасын жасау және өндіру радиотехника дамуында, әсіресе радионы байланыс құралы ретінде таратуда үлкен рөл атқарды (Нобель сыйлығы, 1909 ж., неміс физигі Карл Фердинанд Браунмен (1850-1918) бірлесе). А.С.Поповтың радио ойлап тапқандығы нақты анықталған. 1875 ж. 17 мамыр. Яғни орыс физика-химия қоғамы жиналысындағы ғалымның бұл туралы көпшілік алдында алғаш рет мәлімдеген күн адамзат мәдениеті тарихындағы ең ұлы өнер табыстарының бірі. Радионы ойлап табу ғылым мен техникадағы жаңа кезең және ол адамзат өмірінің барлық салаларындағы тәжірибе жүзінде қолданысқа ие радиофизика мен радиотехниканы өмірге әкелді. Радиобайланысты ойлап табу физика мен техникадағы түбегейлі өззгерістердің басталғандығын көрсетті. А.С.Поповтың ашуы өнер табысы электромагниттік толқындардың шын бар екендігін мойындаудың қорытынды кезеңі болды. Фарадей мен Максвелл болжап айтқан, Герц тәжірибе жүзінде дәлелдеген электромагниттік толқындар лобораториядан тыс “шығып”, кеңістікте еркін тарала алады. Олар адамға адал қызмет етеді. Байланыс үшін электромагниттік толқындардың тәжірибеде алғаш қолданылуы Макселдің классикалық теориясының шарықтаған шыңы болып табылады. А.С.Поповтың ойлап ашуы (ойлап тапқаны) өркениет дамуына зерттеудің жаңа стратегияларын ойлап шығаруға, адам дүниетанымының жаңа бағыт-бағдарларыңның қалыптасуына елеулі әсер етті. ХІХ-ХХ ғғ. Электродинамика дамуындағы жаңа кезең басталады. Ол көбінесе бірінші элементарлы бөлшек-электронның ашылуымен байланысты. В.Веберде (1862) электрдің атомдық құрылымы туралы анық әрі айқын идеялар көрінеді. Ол электрдің таралуы кезінде әрбір салмақты атоммен электр атомы байланысты. Содан кейін Ирландық физик және математик Джордж Джонстон Стоней (1826-1911) табиғатта 3 “табиғи бірліктің” бар екеніне назар аударады жарық жылдамдығы тұрақты тартылыс, “электр атомының” заряды (1874). “Электр атомының” көлемін ол сутегінің кубтық сантиметрі ыдыраған кезде бөлінетін электр көлемін Фарадей тұрақтысы: F=9.648104 Клмоль-1) оның атомдар санына (Авогардо тұрақтысы: NA=6.0221023 моль-1) бөлу теориялық жолымен анықтап электромагниттік бірліктің он екінші дәрежесіндегі онның минус тәртібіне қол жеткізеді. Электр мөлшерін е деп белгілейік: е=1.610-19Кл (Кл-Кулон – электр зарядының бірлігі). Стоней минималды мөлшерді, яғни электр атомын “электрон” деп атауды ұсынады. Көп ұзамай оның ұсынысы қабылданады. Бірақ алда әлі жаңа түсініктің мәнін табу жөнінде үлкен жұмыс бар. Стокейдің электорны электр көлемінің байланысы бар масса мен инерцияға сілтеме жасамай енгізілетінін атап айтқан жөн. Сөз материяның бөлшегі жөнінде емес, зарядтың тек анықталған мөлшері немесе заряд кванты жөнінде болып отыр. Стоней электроны материядан ажыратылған. Сонымен қатар электронның теориялық ашылуы физиканың дамуына әсер ете бастайды. Физикалық тұрақтылар F пен NA тағы бір е тұрақтысын өмірге әкелді. Атомдық және электромагниттік құбылыстар деген теориялар, физиканың екі әр түрлі саласы жақындаса бастады, бұл табиғаттың бірлігін дәлелдей түседі. Жеке элементарлы электр зарядына ие материяның элементарлы бөлігі ретінде электронның бар екендігі басқалай зерттеулерде, электр тогының газдар арқылы өткізуімен байланысты құбылыстарды зерттеуде айқындалады. М.Фарадей электрдің сиретілген газ арқылы өтуін зерттеп, бұндай зарядтағы сәуле таратудың белгілі бір құрылымы бар екендігін табады. Ол мұндай бақылаудың нәтижелері болашақта “электр теориясына қазіргі кезде өзіміз елестете алмайтындай әсер етеді” деп көрсетеді. (60) ХІХ ғ. тағы бір ұлы ғалымы, неміс табиғат зерттеушісі Герман Людвиг Гельмогольц (1871-1894) өз баяндамаларының бірінде біз химиялық атомдар бар деп танысақ, онда электр оң және теріс ретінде белгілі бір элементарлы мөлшерге бөлінеді. Олар электр атомдарының ролін атқарады деп мәлімдейді. (1881) Ағылшын физигі және химигі Вильям крус (1832-1919) газдағы электр разрядтары мен катод сәулелерін зерттейді. Ол вакуумдағы (вакуум түтіктеріндегі) электр разрядының негізгі теріс элеткродтан тарайтын зарядталған бөлшектер екенін дәлелдейді. Катод сәулелері энергия мен импульсті тасымалдайтындығы анықталады (1879). Осылайша сәуле әсерінен жеңіл диірмен рельсі бойымен (домалай) сырғи бастайды, бұл сәуле құрайтын бөлшектерді масса деп есептеугі дем берді. Кризис мынадай гшипотеза келтіреді: ең кішкентай элементар бөлшектерді дүниенің физикалық негізі деп санауға болады. Француз физигі, химик Жан Батист Перрен (1870-1942) қарапайым дәлелдер негізінде катод сәулелері теріс зарядталған бөлшектер ағымы, яғни олар теріс зарядты тасымалдайды деген қорытындыға келеді. Катод сәулелерінің шынымен теріс зарядталған бөлшектердің ағым екеніне көз жеткізу үшін тікелей тәжірибеде бөлшектер массасы мен олардың зарядтарын анықтау қажет. Тағы сауал туындайды: бұл бөлшектер не: молекула ма, атомдар ма жоқ физикалық элемнің әлі мәлім емес қасиеті ме? Бұның жауабын ағылшынның дарынды физигі Джозеф Джон Томсон (1856-1940) табады. Ол элеткр тогының газ арқылы өтуін, металдардың электронды теориясын, әр түрлі сәулелер бағдарламасын жасап шығарады. Ғалым өзіне міндет қояды: электр өрісінен катод сәулелерінің ауытқу тәжірибелері қаншалықты деңгейде жүргізілгенін тексеру. Осы орайда катодты – сәулелі түтікте тереңірек вакуум бере алатын газ шығару техникасының параметрлерін жақсарып, арнайы құрал-жабдық жасалады. Онда катод сәулелері (яғни электрондар ағымы, олар 0,01-0,001 мм.сын.бағ. қысымындағы газ разрядында пайда болады) оң зарядталған пластинкаға тартылып, терістен тебіледі. Катод сәулелерінің табиғаты Томсон тәжірибелерінде сапалы түрде дәлелдене түседі. Тәжірибелік қондырғалардың жетілдірілуі жалғасын табады: жаңа катодты сәулелік түтік жасалады. Ғалым өзіне мынадай сқрақ қояды: катод сәулелері бөлшектеріне нақты сандық анықтама беру. Тәжірибелердің жаңа кезңінде бөлшекке электр өрісі де, магниттік өріс те әсер етті. Өріс көлемі катоды сәлелер ауытқымай, олардың әрекетінің өзара компенсациясына қол жеткізе өзгерді. “Қарапайым математиалық есептеулер осы кезде бөлшек жылдамдығы электр өрісінің магниттік өріске қатынасы мен анықталатын көрсете алады. Бұны оңай өлшеуге болады. Ал егер керісінше болған жағдайда, тиісті жолмен бағытталған магниттік және электр өрістерінің бірдей ықпалындағы жарқыраған дақтың жылжуын өлшесек, онда механика заңдарын қолдана отырып, Томсон берген бөлшектің электр зарядының оның мехналиалық массасына қатынасын анықтауға болады”, - деп көрсетті белгілі физика тарихшысы Марио Льюцци. (61) Ғалым катод сәулелерінің бөлшектері күн жылдамдығынан үш есе кем ғана үлкен жылдамдықпен қозғалатынын көрсетеді. Бұдан басқа, бұл жылдамдық заряд өтетін потенциалдардың айырмашылығына тәуелді қатынасы – тұрақты шама болып, бөлшектердің жылдамдығынан, электрод материалынан, разряд өтетін газ тегінен, катодтық-сәулелік түтікшенің пішінінен және басқа физикалық өлшемдерден (параметрлардан) тәуелсіз болады. Басқаша айтқанда, қатынасы - әмбебапты тұрақты, ал катод сәулелері материалды бөлшектерден тұрады. Сәл кейінірек теріс зарядталған бөлшектердің зарядың өлшеуге мүмкін болып, олардың массасы сутек атомынаның массасынан 1837 есе кіші екендігі табылды. Осындай нәтиже электрон ашылуының тура және сенімді дәлелі болып тұр. Зерттеулер теріс қуатты атомдар барлық белгілі құбылыстарда бірдей заряд пен массаға ие болатынын көрсеткен. Тәжірибелердің нәтижелерің ұзақ және жан-жақты ұғынудан кейін, Томсон келесі қорытындыларды шығарады: Атомдар бөлінбейтін емес, себебі электр күштерінің әсерінен олардан теріс зарядталған бөлшектер алына алады. Бұл бөлшектер бірдей салмаққа ие, олар теріс қуаттың бірдей зарядын тасымалдайды және атом компонеттеріне жатады. Бұл бөлшектің салмағы сутегі атомының массасынан мыңнан бір есе кем болып, олар “электрон” деп аталады. Демократ кезінен ақ, атомдар заттың бөліну шегінің, оның дискреттығының символы болған. Томсонның тәжірибелік зерттеулері материяның ең алғашқы кірпіштері ретінде атомдар енді бөлінбепйтін элементарлы бөлшектер емес екендігін дәлелдейді. Егер олардан теріс зарядталған бөлшектер ұшып шыға алса, онда атомдар оң және теріс қуатпен зарядталған элементарлы бөлшектерден, яғни электрондардан тұратын бір күрделі жүйелі құрастырады. Енді олар электроқуатының бөлінбейтін атомдарына айналады. Томсон мүлдем жаңа физикалық нақтылықты ашуға және бірінші элементарлы бөлшек ретіндегі атомдардың әмбебапты бөлшегі – электронның объективті өмір сүруін (болуын) тәжірибелі жолмен дәлелдеуге қолы жетті. (62) бұл ғылым жаңалық физиктарға заттың электро, магниттік және оптиалық қасиеттерің зерттеу туралы сұрақты жаңадан қоюға мүмкіндік береді. Көп кешікпей, зарядтың теріс зарядталған бөлшектердің массасына қатынасын фотоэффект және радиоактивті ыдырау барысында өлшеніледі. Барлық жағдайларда да бұл қатынастың көрсеткіші бірдей бола береді. Кванттық электродинамиканың негізінде электромагнитті сәулеленудің дискреттігі туралы тәжірибелерде дәлелденген түсінік жатыр. Электромагнитті өрістің кванттары –фотондар – нөлдік массалы элементарлы бөқлшетер, берілген жиіліктегі минималды мүмкін қуат пен импульстың тасымалдаулышары. Осылай, электромагнитті сәулеленуге тек толқынды емес, сонымен өқатар дискреттік, корпускулярлы қасиеттер жатады. Кванттық электродинамикада электромагнитті сәулеленудің зарядталған бөлшектермен өзара әрекеттесуі бөлшектердің фотондарды жұту мен шығаруы ретінде қарастырылады. Фотондармен алмасу-зарядталған бөлшектердің электромагнитті өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді. Бөлшек фотонды шығарып, кейіннен өзі жұта алады. Зарядталдған бөлшектің өз өрісімен әрекеттесуі байқалынатын эффектерге әкеледі, мысалы, атомдардағы энергия деңгейлерінің лэмб қозғауына әкеледі. Эффект кейбір қалыптарда (жағдайларда) сутек атомында электрон қуаттарының сәл айырмашылығы бар болғанында көрінеді, ал Дирак теңдеуіне сәйкес, қуаттар бірдей болу керек. Кванттық электродинамикада бұл эффект электронға өзі туғызған өрістің әсері электрон қалпынан (жағдайынан) тәуелді деп түсіндіріледі. Тәжірибелі түрде американ физигі Уиллис Лэмбпен 1947 ж. дәлелдеген (Нобель сыйлығы, 1955). Басқа іргелі фактіге Комптон эффекті жатқызылады. (1922). Бұл еркін электрондарға қысқа ұзындықтағы (рентген және гамма сәулелену толқындардың серпімді шашылу және толқын ұзындығының ұлғаюымен қатар жүреді. Комптон эффекті осындай шашылуда ұзындық өзгермейді деген классикалық теорияға қайшы келеді. Ол электромагниттік сәуле туралы кванттық көзқарастың дұрыстығын фотондар ағыны ретінде дәлелдейді және фотон электронға өзінің энергиясының және импульсының бөлшегін бере алатын екі бөлшектің фотон және электронның серпінді қақтығысы ретінде қарастырылады, нәтижесінде оның жиілігі төмендейді, ал ұзындығы ұлғаяды. Бұл ғылыми жаңалықтың авторы – американ физигі Артур ХОлли Комптон (1892-1962). Ол бұл құбылыстың теориясын құра алды. (Нобель сыйлығы, 1927ж.) осылай фотон бар болғандығыының тікелей дәлелдемесі пайда болды. Кванттық электродинамика заттың сәулеленуді шашу, жұту және шығару құбылыстарын, зарядталған бөлшектер арасындағы электромагнитті өзара әрекеттесу және т.б. бұл теорияның дұрыстығы 10-16см дейінгі аралықта дәлелденген. Кванттық элетродинамиканың құрыуы материя қозғалысы туралы классикалық түсініктерінің қайта қарастыруына әкеледі. Оның ары өқарай дамытуы өрістің кванттық теориясын айтарлықтай байытып, жаңа маңызды физикалық идеялардың қатарын туғызды, соның ішінде электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесулердің бірлігі туралы идея. жүктеу/скачать 0,76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|