История и методология физики

«Можно считать, что эксперименты Кулона с крутильными весами с некоторым 
приближением к точности установили закон силы. Эксперименты этого рода, одна-
ко, считаются трудными и до некоторой степени неопределенными из-за нескольких 
возмущающих воздействий, за которыми необходимо тщательно следить, чтобы 
вносить соответствующие поправки. Во-первых, два наэлектризованных тела 
должны иметь размеры, ощутимые в сравнении с расстоянием между ними, чтобы 
они могли нести заряды, достаточные для возникновения заметных сил. Тогда 
действие каждого тела влияет на распределение электричества на другом, так что 
нельзя будет даже считать, что заряды распределены по поверхности или 
сосредоточены в центре тяжести; этот эффект должен быть учтен путем 
сложных 
рассмотрений... 
Другая 
трудность 
происходит 
от 
действия 
электричества, индуцированного на стенках чехла, в котором находится прибор. 
Если сделать внутренность прибора в точности цилиндрической, а ее внутреннюю 
поверхность - из металла, то этот эффект можно считать определенным и 
измеримым. Независимая трудность проистекает от несовершенства изоляции тел, 
вследствие которой заряд непрерывно уменьшается...».
Так Максвелл совершенно 
точно указал на трудности при проведении опытов Кулона. Поэтому вплоть до наших 
дней было выполнено несколько исследований по установлению точности действия 
закона. Точность оценивается как поправка к квадрату степени в формуле закона 
. 
В 1971 г. американские физики Э. Уильяме, Дж. Фоллер и Г. Хилл показали, что 
закон Кулона выполняется с фантастической точностью: q
. 
Возникает естественный вопрос: для чего нужны подобные очень сложные и 
трудоемкие эксперименты? Разве и так не ясно, что закон Кулона справедлив? Однако 
такие эксперименты чрезвычайно важны для науки. Дело в том, что точное 
выполнение закона Кулона оказывается тесно связанным с принятым в физике 
положением, что масса фотона равна нулю: 
= 0. Так что опыты Э. Уильямса, Дж. 
Фоллера и Г. Хилла позволили оценить верхний предел массы фотона: m
λ 
≤ 1,6х10
-47
г. 

---

Эксперименты последнего времени установили новый предел массы фотона: т
λ
 ≤ 10 
-
51
г, или 7-10 
-19
эВ.
Закон Кулона отражал лишь внешнее проявление взаимодействия между 
электрическими зарядами - силу, при этом оставался вопрос - каким образом и почему 
взаимодействуют заряды? Вплоть до последней четверти XIX в. большинство физиков 
придерживалось концепции дальнодействия, непосредственного действия на расстоя-
нии. Собственно, такие же представления принимались и в теории тяготения еще со 
времен Ньютона. Согласно концепции дальнодействия воздействие одного тела на 
другое распространяется мгновенно на сколь уголь угодно большое расстояние. 
Одним из немногих, кто не разделял таких представлений, был выдающийся 
английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей (1701 -1867).Фарадей проводил 
экспериментальные 
исследования 
в 
области 
электричества, 
магнетизма, 
магнитооптики, 
электрохимии. 
Им 
сделано 
множество 
открытий: 
закон 
электромагнитной индукции, законы электролиза, возникновение экстратоков при 
замыкании и размыкании цепи, вращение плоскости поляризации света в магнитном 
поле и др. Он ввел различные понятия, которые широко используются в физике: катод, 
анод, ионы, электролиз, электролиты, анион, катион, подвижность, электроды, 
диэлектрическая проницаемость, поле и силовые линии поля. Он является одним из 
создателей учения об электромагнитном поле. Фарадей экспериментально доказал 
закон сохранения электрического заряда. Он высказал гипотезу об электромагнитной 
природе света. Его экспериментальные исследования легли в основу созданной 
Максвеллом теории электромагнетизма. 
По ньютоновским представлениям пространство является пассивным 
вместилищем тел и электрических зарядов. Заслуга Фарадея в выдвижении идеи, что 
само пространство активно участвует в физических явлениях, т.е. вокруг электрически 
заряженных тел существует электромагнитное поле. Введение представлений об 
электромагнитном поле явилось важным и плодотворным открытием в физике. Об 
этом писал Эйнштейн: «Надо иметь могучий дар научного предвидения, чтобы 
распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы 
описывают суть явлений, а скорее пространство между частицами». Джеймс 
Максвелл в «Трактате об электричестве и магнетизме» отмечал: «Фарадей своим 
мысленным взором видел пронизывающие все пространство силовые линии там, где 
математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду 
там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей усматривал 
местонахождение явлений в тех реальных процессах, которые происходят в среде, а 
они довольствовались тем, что нашли его в силе действия на расстоянии, которая 
прикладывается к электрическим жидкостям». 
После создания Максвеллом общей теории электромагнетизма, из которой 
следовало, что скорость распространения электромагнитных возмущений конечна, 
концепция дальнодействия была физиками отвергнута. 

---

Во времена Фарадея электричество многими рассматривалось как научная 
абстракция, которая не может быть использована в практических целях. Однако 
Фарадей был убежден, что это не так. Говорят, что когда премьер-министр 
Великобритании спросил Фарадея о практической ценности электричества, то он 
ответил: «Когда-нибудь Ваше правительство введет на него налог».