Глава 1. Немного истории. Становление электродинамики.

Совсем скоро, в 2013 году исполняется 100 лет со дня рождения атома Бора. Это событие, на мой взгляд, произвело очень важное влияние на дальнейшее развитие всей теоретической физики. Постулаты Бора, которые Нильс выдумал для объяснения некоторых свойств атомов и молекул, направили теоретическую физику вбок, благодаря чему она топчется на месте последние сто лет.  

Принято считать, что зимой 1819/1820 года профессор физики университета Копенгагена Ханс Кристиан Эрстед (Hans Christian Ørsted) на лекции, во время демонстрации нагрева проволоки электричеством от вольтова столба, обнаружил интересное явление. Под воздействием электрического тока в проводнике магнитная стрелка компаса отклонялась. Это было первое наглядное и неоспоримое подтверждение существования прямой связи между электричеством и магнетизмом. Эрстед занялся изучением этого явления. Он менял материал проволоки – золото, серебро, латунь, свинец, пытался экранировать проволоку – стрелка компаса все равно поворачивалась. Результатом этих исследований стало опубликование в июне 1820 года книги под названием «Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam» («Опыты по воздействию электричества на магнитную стрелку»).

Опыты Эрстеда вдохновили французов Андре Мари Ампера, Жана Батиста Био, Феликса Савара и других на исследование этого явления. В результате были открыты законы Ампера и Био-Савара-Лапласа, изобретены магнитоэлектрический гальванометр, соленоид и т.д.

Эти опыты увлекли и англичанина Майкла Фарадея. В 1822 он записал следующее пожелание в свой лабораторный дневник: «Convert magnetism into electricity» («Превратить магнетизм в электричество»). Правда, «конвертировать» магнетизм в электричество Фарадей смог лишь в 1831 году, когда экспериментально открыл явление электромагнитной индукции. (Интересно, но, именно в 1831 году, в год открытия явления электромагнитной индукции, родился Джеймс Клерк Максвелл, James Clerk Maxwell, создатель «классической» электродинамики.)

В 1833 году российский физик Эмилий Христианович Ленц определяет, в каком именно направлении течет фарадеевский индукционный ток (правило Ленца). А сам Майкл Фарадей публикует результаты своих экспериментов в области электричества и магнетизма в трех томах «Experimental Researches in Electricity» («Экспериментальные исследования электричества»), изданных в 1839, 1844 и 1855 годах.

Итак, уже в первой половине XIX века было ясно, как электрический ток индуцирует магнитное поле и как при помощи магнитного поля можно возбудить в проводнике электрический ток.

В 1861/62 годах Джеймс Максвелл публикует свою статью (в нескольких частях) «On physical lines of force» («О физических силовых линиях»).

Основываясь на практическом совпадении скорости распространения электромагнитных возмущений и скорости света, Максвелл предположил, что свет тоже является электромагнитным возмущением. И эта, казалось бы, абсолютно фантастическая для того времени идея вдруг начала обрастать экспериментальными подтверждениями.

И все бы вроде ничего, да вот в 1885 году некий преподаватель школы для девочек в Базеле Иоганн Якоб Бальмер (Johann Jakob Balmer), после своих экспериментов, пишет коротенькую, буквально на пару страничек, статью «Notiz über die Spektrallinien des Wasserstoffes» (что-то вроде «Обратите внимание на спектральные линии водорода»), которая ввела физиков-теоретиков в состояние ступора на ближайшие два десятилетия.

Четкие спектральные линии серии Бальмера наглядно продемонстрировали мировому физическому научному сообществу, что не всё так просто в этом мире. Повторить опыт Бальмера могли все – но объяснить не мог никто. С развитием спектрографии в начале XX века были экспериментально открыты еще две спектральных серии излучения атомов водорода – серия Лаймана (1906 год) и серия Пашена (1908 год).

Самое большое недоумение вызывала дискретность спектральных линий. Человечество, привыкшее оперировать исключительно аналоговыми понятиями и непрерывными функциями, описывающими физические законы, оказалось морально не готово ко встрече с дискретной действительностью.

Было ясно, что спектры излучений должны объясняться строением атомов, но вот как именно устроены атомы, не знал никто.

И перед физиками-теоретиками остро встал вопрос разработки расчетной схемы (эскизно-математической модели) атома, которая могла бы объяснить и магнитные свойства предметов, и открытые в XIX веке электрические явления, и дискретность спектральных линий.

Продолжение следует