Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Наука, не колеблясь, предприняла эту попытку, полностью переворачивающую вверх ногами всю иерархическую лестницу понятий. И хотя позднее доктрину абсолютно покоящегося эфира пришлось низложить, эта революция, свергнувшая механику с ее трона и возвысившая электродинамику до верховной силы физики, не была напрасной. Ее завоевания сохранили свою ценность в несколько видоизмененной форме. 204 Гл. V. Фундаментальные законы электродинамики
Мы уже видели (стр. 181), что распространение электромагнитных волн происходит посредством взаимного воздействия друг на друга электрических и магнитных полей, вызывающего некоторый эффект, аналогичный эффекту механической инерции. Электромагнитное поле обладает свойством никогда не исчезать, совершенно аналогично материи. Для того чтобы создать поле, необходимо выполнить работу, а когда оно исчезает, эта работа |новь появляется. Это можно наблюдать во всех явлениях, связанных с электромагнитными колебаниями, — примером могут
служить различные виды радиопередатчиков. Старый радиопередатчик типа Маркони1) состоит из электрического осциллятора, основу конструкций которого (фиг. 106) составляет искровая щель F, катушка S и конденсатор К (две металлические пластины, расположенные на некотором расстоянии друг от друга); эти элементы соединены проводами и образуют «открытую» цепь. Конденсатор заряжается до тех пор, пока через щель F не проскакивает искра. При этом конденсатор.разряжается и количество электричества, накопленное в нем, стекает с его пластин. Заряды пластин не просто нейтрализуют друг друга, но «перескакивают» через состояние равновесия и собираются снова на пластинах конденсатора, но уже с противоположными знаками, точно так же, как маятник проскакивает равновесное положение и отклоняется в противоположную сторону. Когда конденсатор таким путем заряжается снова, электричество опять стекает с пластин, вызывая следующую искру в щели; таким образом в системе осуществляются колебания до тех пор, пока энергия колебаний не растрачивается на нагревание соединяющих проводов или не передается другим частям прибора, например излучающей антенне. Итак, электрические колебания доказывают, что поле имеет инерциальные свойства, в точности аналогичные инерциальным свойствам массы, сосредоточенной
•) Так автор называет радиопередатчик, изобретенный русским ученым А. С. Поповым и построенный вскоре после Попова итальянцем Маркони, который наладил их выпуск в Европе. — Прим. перев.
Фиг. 106. Цепь из конденсатора /С, соленоида S и разрядной щели F, используемая для демонстрации электрических колебаний. § 13. Электромагнитная масса
205
в грузе маятника. Теория Максвелла описывает этот факт верно во всех деталях. Все свойства электромагнитных колебаний, происходящих в каком-либо определенном приборе, можно предсказать с помощью вычислений, основанных на уравнениях поля.
Это привело Томсона к мысли о том, что инерция тела должна увеличиваться, если телу сообщить электрический заряд. Рассмотрим заряженный шар, который сначала покоится, а потом начинает двигаться со скоростью v. Неподвижный .шар создает электростатическое поле, силовые линии которого направлены по радиусу наружу (фиг. 107); движущийся же шар создает в дополнение к электрическому магнитное поле, силовые
Фиг. 107. Электрическое поле вокруг покоящегося заряда.
Фиг. 108. Возникновение магнитного поля при движении заряда вместе с его электрическим полем.
линии которого окружают траекторию шара (фиг. 108), поскольку движущийся заряд представляет собой ток конвекции (в сочетании с током смещения) и, согласно закону Био и Савара, создает электромагнитное поле. Обоим состояниям шара присущи описанные выше инерциальные свойства. Одно можно перевести в другое, лишь проделывая некоторую работу. Сила, необходимая для того, чтобы привести неподвижный шар в состояние движения, таким образом, оказывается в случае заряженного шара больше, чем в случае незаряженного. Если еще больше ускорить движение заряженного шара, магнитное поле Я, очевидно, возрастает. Таким образом, силу снова необходимо увеличить.
Как мы помним, сила К, действующая в течение короткого интервала времени т, представляет собой импульс силы / == Кх\ этот импульс силы вызывает равное w изменение скорости движения массы m в соответствии с формулой (7) (гл. II, § 9, стр. 41)
mw — J. 206
Гл. V. Фундаментальные законы электродинамики
Если масса несет заряд, то тот же импульс J вызовет меньшее изменение скорости, поскольку некоторая часть его, J', будет затрачена на изменение магнитного поля. Таким образом,
mw = J-]'.
Вычисления приводят к, пожалуй, очевидному выводу, что импульс /', необходимый для увеличения магнитного поля, тем больше, чем больше изменение скорости ю, и, разумеется, приближенно пропорционален этому изменению скорости. Таким образом, можно положить J' = m'w, где т' — коэффициент пропорциональности, который, кроме того, может зависеть от состояния, т. е. от скорости V, которую имело тело до момента, когда скорость начала изменяться. Мы имеем
