Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Fizyka  
 Jesteś tutaj

JAMES CLERK MAXWELL

Władysław Natanson





[I]  [II]  [III]  [IV]  [V]  [VI]  [VII]  [VIII]  [IX]  [X]
[XI]  [XII]  [XIII]  [XIV]  [XV]  [XVI]  [XVII]  [XVIII]  [XIX] 

XIX

Gdy Maxwell przystępował do pracy, żadna zjednoczona, ogólna teoria elektromagnetycznych zjawisk nie była znana w nauce. W drugiej połowie XVIII stulecia Cavendish umiał już mierzyć elektryczne okoliczności i skutki; i pomiary te dziwią nas dzisiaj; lecz (jak o tym niżej powiemy) Cavendisha badania przez przeciąg stulecia pozostały nieomal nieznane. Około 1785 r. Coulomb położył podwaliny pod naukę elektrostatyki. W pobliżu ciał elektrycznie naładowanych, czyli, jak mówimy, w elektrycznym polu, objawiają się pewne siły, zwane elektrycznymi; są wywierane na każde naładowane ciało, które wnosimy do pola. Ponieważ działalność sił elektrycznych jest objawem pola, który dostrzegamy najłatwiej, przeto, zwykłą koleją myślenia, bierzemy te siły najprzód za cechę i miarę, później za treść, za istotę pola. Co jest istotą elektrycznego pola? Na czym ono może polegać? Są to zapewne źle postawione, chybione pytania. Poznajemy tylko przejścia i związki pomiędzy wydarzeniami Natury. Tworząc pojęcie elektrycznego pola, nieświadomie pragniemy skojarzyć objawiające się w polu siły ze wszystkim, co potrafimy skądinąd o polu powiedzieć.

Pierwsze zadanie, które nastręcza się w elektrostatyce, na tym polega, ażeby poznać, według jakich praw natężenie i kierunek siły zależy od względnego położenia naładowanych ciał i od ich elektrycznego stanu. Coulomb rozwiązał w zasadzie owo zadanie, zakładając, że w ciałach naelektryzowanych znajduje się "coś", jakaś "elektryczność", która wywiera z odległości pewne siły (poddane ilościowym prawom) na wszelką inną elektryczność, Coulomb oceniał jasno i trafnie własne swe założenie; pisał jak następuje:

Pragnąłbym uchronić od sporów teorię, którą chcę tutaj podać; uprzedzam zatem, że posługując się hipotezą dwóch elektrycznych płynów, nie mam innego zamiaru jak tylko wyniki dostrzeżeń oraz rachunków przedstawić przy pomocy pojęć możliwie najprostszych. Nie próbuję bynajmniej wskazać prawdziwych przyczyn elektryczności.

W pierwszych latach XIX stulecia Laplace i Poisson, rozszerzając teorię Coulomba, nadali jej postać wykończoną, wytworną, która jeszcze dziś budzi zachwyt. George Green, z zawodu szewc w Nottingham, w pracy ogłoszonej w r. 1828 posunął się dalej od tych mistrzów w ogólności analizy; pomiędzy 1839 a 1842 r. Chasles, Gauss, lord Kelvin, nie znając rozprawy cichego samouka, odkrywali ponownie, co był wypowiedział; dopiero w r. 1845 Kelvin wydobył z zapomnienia świetny Essay Greena.

W lipcu 1820 r. Hans Christian Örsted z Kopenhagi rozsyłał uczonym krótkie pisemko Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam (Doświadczenia nad działaniem prądu elektrycznego na igłę magnesową); obwieszczał w niej wielkiej wagi wiadomość, że w otoczeniu elektrycznego prądu pole magnetyczne nie istnieje. Wrażenie było ogromne. Gdy Pierre Prévost zobaczył w Genewie doświadczenie Örsteda (które de la Rive, ojciec, powtarzał), oświadczył: - Novus rerum nascitur ordo, tworzy się nowy rzeczy porządek. - Streścił w tych słowach zdumienie obecnych. Zdumienie, zaprawdę, było uzasadnione. Prąd elektryczny nie przyciąga magnetycznych biegunów ku sobie ani ich od siebie wprost nie odpycha; prąd usiłuje zmusić bieguny do ruchu po orbitach poprzecznych, wywiera na bieguny wykręcające działanie. W ziemskiej ani w niebieskiej mechanice, elektrostatyce, w magnetostatyce nie było przykładu podobnego działania. Ażeby je opanować, ażeby umieścić je w zakresie ludzkich myśli, potrzeba było Ampère'a, potrzeba było Maxwella.

Wkrótce po odkryciu Örsteda Ampère okaza³, jak można obliczać siły czynne pomiędzy obwodami, w których krążą prądy trwałe. Maxwell żywił uczucia najwyższego podziwu dla pamiętnych prac tych Ampère'a.

Całość [jego] teoryj i doświadczeń - pisze w § 528 tomu II Treatise on Electricity and Magnetism - ma taką postać, jak gdyby była wyskoczyła, całkowicie uzbrojona i dojrzała, z mózgu "Newtona elektryczności". Doskonała jest w kształcie i nienaganna w ścisłości; streszczona jest w formule, z której wyprowadzić można zjawiska.

Drogą przez Ampère'a otwartą poszli Gauss, Wilhelm Weber i inni. W pracy ogłoszonej po jego zgonie Gauss przypuszcza, że działanie czynne pomiędzy wzruszającymi się dwiema elektrycznymi cząstkami zależy nie tylko od ich chwilowej odległości wzajemnej, lecz również od względnej prędkości ich ruchu; wzór jednak wyrażający to przypuszczenie nie zgadza się z zasadą zachowania energii. Inne założenie podobne, przyjęte przez W. Webera w roku 1846, nie podpada wprawdzie pod powyższy zarzut, prowadzi jednak, jak wykazał Helmholtz, do równie nieprawdopodobnych następstw. Nie ostały się wreszcie i dalsze, pokrewne, zawiłe hipotezy, na których Riemann, Fr. Neumann. K. Neumann, Lorenz i inni rożnymi czasy próbowali zbudować naukę elektrodynamiki. Prawa wzajemnego działania elementarnych elektrycznych ładunków, działania przeskakującego na odległość przez przestrzeń, a niezależnego od otaczającego ośrodka, prawa takie były sztucznym pomysłem, który treści zjawisk nie chwytał, nie dorównywał ich istocie; z małym odcinkiem faktów styczne, założenia te odbiegały od całości prawdy. Postęp nauki, polegający na przyswajaniu myśli ludzkiej coraz nowych doświadczalnych rozpoznań, wymaga strząsania form martwych, już nieużytecznych kształtów myślenia.

W roku 1831 Faraday odkrywa elektromagnetyczną indukcję; począwszy od r. 1832, jednoczy i porządkuje rozliczne, na pozór rożne elektryczne i elektromagnetyczne zjawiska; w r. 1837 poznaje dielektryczne objawy i skutki. Faraday toruje wszędzie drogę syntezie Maxwella; to jego niezapomniana zasługa. W sposobie badania, w ujmowaniu i pojmowaniu rzeczywistości Faraday różni się od Ampère'a (i od francuskiej szkoły teoretyków w ogólności) tak istotnie, tak skrajnie, jak ludzkie umysły od siebie oddalać się mogą.

Niepodobna temu uwierzyć - pisze Maxwell - by Ampère istotnie był odkrył prawo działania [obwodów prądów wzajemnie na siebie] przy pomocy doświadczeń, które opisuje. Musimy podejrzewać (do czego zresztą sam się przyznaje), że odkrył to prawo jakowąś drogą postępowania, której nam nie okazał; gdy zbudował następnie dowód doskonały, usunął wszelki ślad rusztowania, które posłużyło do wzniesienia konstrukcji. Faraday, przeciwnie, spowiada się przed nami zarówno z udatnych, jak i bezskutecznych swych prób i doświadczeń; przedstawia pierwotne, surowe jako też i wykończone swoje pomysły. Jakkolwiek słaby i mały jest czytelnik w stosunku do Faradaya, w sztuce indukcyjnego rozumowania żywi dlań przecież jeszcze więcej uczuć sympatii aniżeli podziwu; poczyna wreszcie przypuszczać, że sam również mógłby dokonać odkryć, gdyby tylko nastręczyła się stosowna sposobność. Powinniśmy czytać Ampère'a, albowiem daje nam wspaniały przykład stylu naukowego w sposobie wyłożenia wielkiego dzieła; powinniśmy karmić się Faradayem, ażeby pielęgnować w sobie ducha naukowego badania (Treatise on Electricity and Magnetism, tom II, § 528).

Od r. 1842 poczęły ukazywać się prace Williama Thomsona, późniejszego lorda Kelvina, poświęcone teorii zjawisk elektrycznych i magnetycznych; prace bystre, prace przenikliwe, zawsze świeże i nieoczekiwane w pomyśle, pisane z zapałem, z umiłowaniem, z rozpędem, który towarzyszył ich twórcy do ostatnich lat wielkiego żywota. Pierwsza rozprawka ukazała się anonimowo, gdy autor był młodziutkim w Cambridge studentem; wskazana w niej jest analogia pomiędzy prawami równowagi elektryczności rozlanej na powierzchni przewodnika a odkrytymi przez Fouriera zasadami trwałego płynięcia ciepła w cieplnie przewodzącym, materialnym ośrodku. Analogia, wyłącznie formalna, zawiera się w kształcie praw porównywalnych; ale analogia bywa w fizyce ważną pomocnicą, niekiedy nawet przewodniczką myślenia; praca Kelvina, jak zobaczymy, wywarła wpływ trwały na twórczość Maxwella.

Ważniejsze były dalsze, choć wciąż jeszcze młodzieńcze badania Kelvina. W rozprawie ogłoszonej w r. 1845 i w kilku następnych rozprawach Kelvin nawiązuje wprawdzie do wzorów klasycznych francuskich (na których był się wychował); ale zarazem daje wyraz, po raz pierwszy ścisły i jasny, metodzie Faradaya myślenia o elektrycznych zjawiskach; metodzie, którą uważano w tym czasie za mgliste, nieporadne usiłowanie, za próbę słabą, do ilościowego opanowania faktów niezdolną.

Nie umiem wyobrazić sobie - oświadczył wybitny astronom tej epoki, sir G. B. Airy - ażeby ktokolwiek, komu znana jest doskonała zgodność spostrzeżeń z rachunkami opartymi na hipotezie działań z odległości, mógł choćby przez chwilę wahać się w wyborze pomiędzy tą prostą i ścisłą hipotezą, z jednej strony, a czymś tak niepewnym i mętnym jak "linie sił", z drugiej.

Lecz to zdanie, wbrew pozorom, nie było słuszne. Kelvin udowodnił, że geometria "linij sił" Faradaya w zasadzie jest równoważna nauce Coulomba, Laplace'a, Poissona; w niektórych przypadkach w sposób wytworny prowadzi do nowych zdobyczy; metoda "elektrycznych obrazów" Kelvina, która do dziś dnia oddaje usługi, była przykładem takiego postępu. Pomiędzy Faradayem a Maxwellem w dziejach teorii elektromagnetycznych zjawisk należy się Kelvinowi miejsce zaszczytne, o którym byłoby niesprawiedliwie zapominać. Sam Maxwell wszystko uczynił, ażeby zasługi Kelvina utrwalić w ludzkiej pamięci. W artykule ogłoszonym w czasopiśmie "Nature", w roku 1872, w słowach pełnych czci i podziwu przypomina badania Kelvina, własne zaś poszukiwania podaje za próbę dalszego ich rozwinięcia. Równie stanowczo wyraża się kilka razy w pierwszej swej, wyżej wspomnianej, elektrycznej rozprawie z roku 1856. W przedmowie zaś, pisanej w lutym 1873 r., do pierwszego tomu Treatise on Electricity and Magnetism Maxwell składa wielkiemu przywódcy hołd wzruszającej wdzięczności:

Jego radom i pomocy - powiada, mówiąc o Kelvinie - oraz ogłoszonym przez niego pracom i pismom zawdzięczam przeważnie me wiadomości [o teorii zjawisk elektrycznych i magnetycznych].

Najwięcej jednak zawdzięczał (i zawdzięczamy my wszyscy) M. Faradayowi. W lutym 1858 r. pisał do przyjaciela, R. B. Litchfielda: "W Faradayu jest jądro wszystkiego, co od 1830 r. stało się w elektryczności".

Rozpoczynając studium elektrycznych wydarzeń - powiada w powołanej przed chwilą przedmowie - postanowiłem nie zagłębiać się w rozprawach matematycznych tyczących się tego przedmiotu, zanim nie zapoznam się z dziełem Faradaya Experimental Researches on Electricity. Sądzono wówczas powszechnie, jak mi było wiadomo, że istnieje znaczna różnica pomiędzy Faradaya sposobem pojmowania zjawisk a poglądem na nie matematyków; Faraday nie był zadowolony z języka matematyków, oni zaś odrzucali jego obrazy. Byłem przekonany, że ów rozdźwięk bynajmniej stąd nie wynikał, jakoby ta czy tamta strona była w błędzie... Gdy posuwałem się stopniowo dalej w poznawaniu prac Faradaya, zrozumiałem, że i jego metoda pojmowania faktów jest również matematyczna, chociaż nie była przedstawiona w postaci symbolów analizy. Przekonałem się, że metoda ta może również być wyrażona w zwykłym matematycznym kształcie; że może być porównywana z wynikami zawodowych matematyków. Wzrokiem duchowym Faradaya dostrzegał na przykład "linie sił" biegnące w przestrzeni, gdy matematycy widzieli centra sił, przyciągające z odległości; Faraday wyobrażał sobie medium, ośrodek, gdzie oni nie znajdowali nic prócz oddalenia. Faraday szukał istoty zjawisk w rzeczywistości działań odbywających się w łonie ośrodka; matematycy czuli się pewni, że uchwycili treść faktów, przypisując elektrycznym płynom zdolność wywierania sił na odległość. - Gdym już był przetłumaczył wyobrażenia Faradaya, jak je rozumiałem, na język analityczny, doszedłem do wniosku, że wyniki powyższych dwóch metod postępowania na ogół są zgodne: dane zjawiska można wytłumaczyć obu sposobami, na obu drogach otrzymuje się te same prawa działania...

Umysły niechętne łatwemu uogólnianiu myślą obrazami ułożonymi mozaikowo ze szczegółów; żywą pamięcią, barwą i wypukłością wrażeń górują nad bladym, ogólnikowym i mglistym widzeniem abstrakcji. Mają nieświadome sposoby trzymania faktów na wodzy, mają własne, tajne metody niedopuszczania ich do chaosu. W twórczości Faradaya, Bacona, J. P. Joule'a, Karola Darwina, Galsworthy'ego, Dickensa spotykamy taki schemat, taki typ umysłowej czynności. Ich upodobanie w przykładach, w bezpośrednich stwierdzeniach, w przypadkach konkretnych i na pozór bardzo szczególnych łączy się z nieufnością ku systemom, z niechęcią do apriorycznych założeń; ale kryje w sobie siłę, świeżość i śmiałość, która roztworzy wkrótce widnokręgi szerokie.

La multitude qui ne se réduit pas à l'unité est confusion - pisze Pascal - l'unité qui ne dépend pas de la multitude est tyrannie.

Jeżeli mnogość nie sprowadza się do jedności, wiedzie do nieładu i zamieszania; jeżeli jedność nie wyprowadza się z mnogości, staje się tyranią.

Korespondencja między Faradayem a Maxwellem była żywa pomiędzy 1857 a 1861 rokiem. Maxwell przesłał egzemplarz pracy O liniach sił Faradayowi, który odpowiada 25 marca 1857:

Nie ośmielam się dziękować Panu za wszystko, co Pan powiedział o liniach sił; pisał Pan tylko w służbie prawdy naukowej; ale Pan rozumie, że praca Pańska sprawia mi radość i zachęca do dalszych rozmyślań. W pierwszej chwili byłem prawie przestraszony, widząc, jaka matematyczna potęga atakuje tu zagadnienia; lecz podziwiałem niebawem, że ów przedmiot wytrzymuje atak wybornie.

Listy Faradaya pisane do Maxwella są pełne prześlicznej prostoty; ale wobec zwartej i dojrzałej myśli Maxwella wydają się słabe, bezsilne. W roku 1857 Faraday był w 67 roku życia; pamięć i siła myśli zawodziły go już nieustannie. Czytając jednak te listy, mamy jeszcze inne wrażenie. Umysł mocny, teoretyk, który zdołał objąć spojrzeniem pewną dziedzinę zjawisk i w niej sprawił porządek, posiadł przewagę nad empirykiem, chociażby najwyższym, gdy ów gubi się w domniemaniach, gdy odwoływać się musi do pomocy pojęć nieilościowych. Maxwell bez wątpienia, jak nas tyle razy zapewnia, pierwsze swe narzędzia znalazł u Faradaya; ale po drodze poznawania posunął się wkrótce tak daleko, że nikt, nawet jego genialny poprzednik, nie mógł za nim podążyć. Słońce blasku znikąd nie pożycza; w promieniowanie przetwarza własną swoją istotę.

Władysław Natanson

[I]  [II]  [III]  [IV]  [V]  [VI]  [VII]  [VIII]  [IX]  [X]
[XI]  [XII]  [XIII]  [XIV]  [XV]  [XVI]  [XVII]  [XVIII]  [XIX] 

[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach