Электромагнитное поле, материя и физическая реальность
— Как ты мог носом проткнуть в очаге дырку?
— Потому, синьор, что очаг и котелок над огнём
были нарисованы на куске старого холста.
(А.Н. Толстой: «Золотой ключик или приключения Буратино»)
В современных учебниках по электричеству, обычно, после описания закона Кулона следует рассуждение о Кулоновской силе, отнесённой к единице заряда и вводится понятие об электрическом поле. В дальнейшем вводятся понятия о магнитном и электромагнитном поле. Воспроизведём здесь кратко эти рассуждения.
Представим себе, что один из пары зарядов в формуле для силы Кулоновского взаимодействия — «главный», а другой — «второстепенный». Обозначим их символами «Q» и «q» соответственно. Из закона Кулона видно, что сила, с которой заряд Q будет действовать на заряд q в любой точке пространства оказывается пропорциона заряду q. Коэффициент пропорциональности имеет вид:
F/q = E = k·Q / R²
Это выражние зависит только от величины рассматриваемого заряда Q и не зависит от других зарядов. Поэтому напрашивается мысль, что каждый электрический заряд создаёт в пространстве вокруг себя некую сущность, которая вызывает силу действия на другие заряды, если они появляются в соответствующей точке пространства. Эту сущность назвали «электрическое поле». А величину F/q = E назвали «напряжённость электрического поля».
По аналогии с этим, для магнитных взаимодействий (которые будут рассматриваться в этой книге несколько позже) было введено понятие «магнитное поле» со своими величинами, характеризующими его. После появления теории электромагнетизма Максвелла и установлении весьма тесной связи между электрическими и магнитными взаимодействиями эти два понятия о разных полях были объединены в общее понятие об «электромагнитном поле», которое в зависимости от конкретных условий движения зарядов может представляться как чисто электрическое поле, чисто магнитное поле, либо являтьс комбинацией их обоих.
В настоящее время в физике принято считать, что электромагнитное поле — физически реально, это особый вид материи, который отвечает за существование электромагнитных взаимодействий между элементарными частицами, (а значит и между всеми телами). Поэтому в физике общее понятие о материи подразделяется на два вида — «вещество» и «поле».
Однако в таком понимании есть проблема: само понятие «поле» — математическое, а не физическое. По сути, оно обозначает некоторую величину, определённую в каждой точке пространства, то есть функцию, свойство, а не объект. По смыслу слов принято считать, что реальность состоит из объектов, а их свойства — это наши умозрительные представления.
Понятие «поле» существует не только в электромагнетизме, а, например, и в механике сплошных сред. Там существуют понятия полей скоростей, давлений, температур и т. п. Однако все эти поля описывают единую физическую реальность — сплошную среду, которая этими полями не является. Отличие механики сплошных сред от электромагнетизма только том, что для класических сплошных сред мы имеем интуитивное представление о той сущности, которую мы пытаемся описывать полями, а в случае электромагнетизма мы о соответствующей сущности представления не имеем. Возможно потому, что сами из неё состоим. Что интересно: Максвелл, при разработке своей теории электромагнетизма, предложил аналогию электромагнитных явлений с течением идеальной несжимаемой жидкости. И при этом сразу же утверждал, что такая аналогия условна. Но тогда уж тем более условностями должны быть электромагнитные поля.
Поэтому неправильно утверждать, что электромагнитное поле — это особый вид материи. Это неправильно прежде всего лингвистически, в смысле значения слов. Правильно утверждать так:
«Электромагнитное поле описывает особый вид материи».
А что это за материя: особые частицы-реоны, фундаментальная сверхтекучая жидкость, вибрирующая сплошная среда либо что-то иное — это нам ещё только предстоит узнать.
В этой связи опрометчиво утерждать сейчас что-либо окончательное о классификации материи на виды. Вещество может быть отнесено к виду материи, а вот то, что описывается полями, воможно существует на другом уровне фундаментальности, так, что само вещество из этой сущности состоит. Поэтому ставить в классификации эту сущность в один ряд с веществом пока нет оснований, это может в итоге оказаться противоречащим правилам классификации.
