Статьи и речи - Максвелл Дж.К.
Скачать (прямая ссылка):
принцип сохранения энергии, атомистика. С момента своего возникновения
кинетическая теория газов опиралась на представления о дискретном
строении тел и о хаотическом движении дискретных частиц, составляющих
газообразные тела. Углубление в высокую теорию не притупило живого
интереса Максвелла к насущным проблемам техники. В промышленности тогда
все шире применялся пар, росло число паровых машин, но неизвестно было,
каким законам он подчиняется в их цилиндрах. А с этим, в частности, была
связана проблема коэффициента полезного действия. Максвелл называет своих
прямых предшественников в деле изучения газовых законов, это - Д.
Бернулли, Джоуль, Крениг и Р. Клаузиус. Но до Максвелла, для упрощения
математических выкладок, полагали, что частицы (молекулы) газа движутся
равномерно, прямолинейно и что их скорости одинаковы. Это допущение
Максвелл отверг, как нереальное. Столкновение молекул друг с другом
придает им различную скорость. В случае газа, изолированного от
воздействия внешних сил, его молекулы распределены по скоростям группами.
Невозможно вычислить скорость отдельных молекул газа, но вполне возможно
вычислить скорость группы молекул. Как это сделать? Он воспользовался
методом теории вероятностей и ввел в кинетическую теорию статистический
подход, который потом получил название - распределение скоростей газовых
молекул ("распределение Максвелла") и явился важным этапом в развитии
кинетической теории газов. Однако тогда не имелось фактов, доказывающих
правильность выводов Максвелла, да и сами представления о молекулах и
законах их движения были весьма гипотетическими. Поэтому ученый
обращается к своему излюбленному методу механических, или кинетических
моделей. Одной из его первых кинетических моделей строения газа было
представление о молекулах как об упругих телах конечных размеров (что не
расходилось с общепринятыми тогда положениями). Затем Максвелл стал
рассматривать молекулы как точечные центры, отталкивающиеся друг от друга
пропорционально 5-й степени расстояния... Прочитав максвелловское
"Объяснение динамической теории газов", Клаузиус сказал: "Вот как нужно
пиеать по теории газов!" А Столетов позже констатировал: "В работах
Клаузиуса и Максвелла кинетическая теория газов получила высокую степень
развития". Впоследствии русский физик Н. Н. Пирогов, сын великого
хирурга, распространил закон распределения скоростей на многоатомные
газы.
Иногда о Максвелле говорят как об ученом, строившем свои теории при
помощи карапдаша и бумаги. Это неверно. Никого так не раздражали
"холодные и пустые абстракции", как Максвелла. Его главная черта (что
проявилось уже в первых работах) - органическое сочетание конкретного и
абстрактного, умение мыслить наглядными образами при решении самой
отвлеченной задачи,
348
и отсюда - его стремление к геометрическим методам и кинематическим
схемам. В этом он - типичное дитя своего времени, когда одни конструкции
быстро сменялись другими, когда конструктивнокинематические модели
находились в центре внимания инженеров и ученых, когда дух классической
механики пронизывал не только технику, но и физику. И это не случайно:
механика, всесторонне и фундаментально к тому времени разработанная, была
в полном смысле слова точной наукой. Поэтому физики и стремились свести к
ней все физические проблемы, полагая, что, в конечном счете, все может
быть объяснено механически. Это хорошо выразил В. Томсон (будущий лорд
Кельвин): "...подлинный смысл вопроса - понимаем ли мы данную физическую
проблему, определяется тем, можем ли мы сконструировать соответствующую
механическую модель?" Максвелл с детства любил механизмы и машины; ставши
ученым, он увидел в них еще и механические модели, демонстрировавшие
определенные принципы и законы. Естественно поэтому и обратное - его
стремление представить вновь найденные принципы и законы в виде
механических моделей и схем. Он никогда не ограничивался одной моделью, а
давал их, щедро, легко и как бы импровизируя, по несколько, иногда -
десятки: выбирайте, мол, ту, которая, по-вашему, наиболее близка к
действительной сути явления. Они бывали и примитивны, бывали и грубоваты,
но надо помнить, что модели Максвелла - это лишь варианты творческой
мысли, наглядное ее отображение; они, предупреждает ученый, "должны
пониматься как иллюстративные, а не объясняющие". И в этом -
принципиально отличное от других физиков его отношение к механике: он
искал в ней лишь внешнее сходство, аналогию, а не разгадку природы
изучаемого явления. (Кстати сказать, метод моделей и аналогий получил
широкое распространение и в современной науке.)
За четыре абердинских года Максвелл с наилучшей стороны зарекомендовал
себя в ученом мире, было самое время перебираться в столицу. В 1860 г. он
простился с Абердином, чтобы занять место профессора натурфилософии в
Лондонском университете, в Кингс-колледже. Кроме физики, он должен был
читать и астрономию. Здесь он наконец встретился с Фарадеем, жившим в
