М. А. Ельяшевич Н. Г. Кембровская, Л. М. Томильчик icon

М. А. Ельяшевич Н. Г. Кембровская, Л. М. Томильчик



НазваниеМ. А. Ельяшевич Н. Г. Кембровская, Л. М. Томильчик
страница1/3
Дата конвертации10.09.2012
Размер384.46 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3

[вернуться к содержанию сайта]


ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Б.И.СТЕПАНОВА

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ



М.А.Ельяшевич
Н.Г.Кембровская, Л.М.Томильчик


ВАЛЬТЕР РИТЦ И РАЗВИТИЕ БЕСПОЛЕВОГО ПОДХОДА В ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ


Препринт № 710


Минск, 1997

УДК 530.1:539.12

Проведён анализ работ В.Ритца, посвящённых проблемам электродинамики. Показано, что распространённая в литературе негативная оценка электродинамических идей В.Ритца не вполне адекватна. Установлено, что фактически подход Ритца целиком лежит в русле известной концепции запаздывающего действия, которая восходит к К.Гауссу и Б.Риману, получила развитие в работах К.Шварцшильда, приобрела современную форму в трудах Дж.Уилера и Р.Фейнмана и продолжает развиваться в качестве самостоятельного направления в настоящее время.

Дан краткий исторический очерк развития бесполевого подхода в теории электромагнетизма.


The analysis is given of works by W.Ritz devoted to the electrodynamics’ problems. The unsoundness of the widespread fully negative appraisal of the Ritz’s electrodynamic approach is shown. It is established that the Ritz’s approach as a whole corresponds actually to the well-known concept of the direct retarding action which goes back to K.Gauss and B.Riemann, was developed by K.Schwarzschield, became the contemporary form in works by J.Wheeler and R. Feynmann and is developed nowadays as an original scientific direction. The brief historical story of the fieldless approach to the theory of the electromagnetism is given.

Вместо предисловия


Первоначально материал, составляющий содержание данной публикации, представлял собой составную часть общего историко-методологического обзора творческого наследия Вальтера Ритца, предназначенного для опубликования в УФН. Однако, редакция журнала предложила авторам ограничиться на первом этапе рассмотрением лишь спектроскопической линии исследований Ритца, анализ же его электродинамических работ выделить в самостоятельную публикацию. В то же время, оформление соответствующего материала в виде отдельной статьи потребовало его доработки.

К нашему глубочайшему сожалению, завершать эту работу нам пришлось уже без Михаила Александровича Ельяшевича, который скончался 4 января 1996 г. Публикуя нашу последнюю совместную с М.А.Ельяшевичем работу, мы отдаём дань светлой памяти этого выдающегося исследователя и удивительного человека, чей высочайший профессионализм, необычайная эрудиция и неиссякаемая творческая активность навсегда останутся для нас образцом, на который мы будем постоянно ориентироваться во всех наших дальнейших исследованиях.


Н.Г.
Кембровская

Л.М.Томильчик

ВВЕДЕНИЕ


Активная творческая деятельность швейцарского учёного Вальтера Ритца (1878 – 1909), ушедшего из жизни в возрасте 31 года, продолжалась всего семь лет. Тем не менее, он сумел оставить заметный след в науке нашего времени. Так, с именем Ритца связан хорошо известный в атомной спектроскопии комбинационный принцип. Вариационный метод Ритца широко применяется в теоретической физике, одновременно составляя важный раздел соответствующей области математики.

Ритц как учёный приобрёл достаточно широкую известность и признание ещё при жизни. Об этом свидетельствует, в частности, факт публикации полного собрания его научных трудов спустя всего два года после его безвременной кончины. Этот однотомник [1], имеющий объём свыше пятисот страниц, вышел в свет в 1911 году в Париже в известном издательстве Готье-Виллар. Характеризуя научное творчество Ритца в целом, в предисловию к изданию его трудов, составители, в число которых входили крупные учёные из Германии, Франции и Швейцарии, в частности, писали, что швейцарское научное общество “не только предполагало, способствуя знакомству с научными работами редкой красоты, привлечь ещё раз внимание физиков и математиков к труду самого изысканного ума (d’un esprit d’elite)”. Но оно “убеждено, что облегчая распространение новых и смелых идей, оно благоприятствует прогрессу Науки” ([1], с.5).

Объединённые в собрании трудов Ритца 25 работ охватывают его исследования по трём тематически различным направлениям.

Первое из них посвящено проблемам атомной спектроскопии и включает 13 названий [2, 14]. Второе направление генетически связано с математическими методами, использованными Ритцом в его спектроскопических исследованиях. Здесь предложен новый способ решения задач вариационного исчисления и дано его применение к ряду конкретных случаев. Это направление представлено тремя крупными статьями [15, 16, 17], суммарный объём которых занимает около четверти однотомника.

Наконец, работы Ритца, выполненные в третьем направлении, представляют собой попытку реконструкции электродинамики на базе альтернативного максвелловскому бесполевого подхода. Сюда относятся 9 статей, по объёму составляющие более трети всего собрания трудов Ритца (8 из них [18 - 25] опубликованы в 1908-1909 гг.).

Вместе с тем историография, посвящённая Ритцу, всё ещё остаётся недостаточно разработанной, что находится в очевидном противоречии с истинным масштабом его фигуры как учёного и действительным местом его научного творчества в становлении физики начала двадцатого века.

В относительно более выгодном положении оказалась история создания вариационного метода. Здесь можно отметить математические монографии С.Г.Михлина [26] и С.Гулда [27], в которых приведены очень интересные, хотя и несколько фрагментарные исторические данные.

Однако, вплоть до самого последнего времени единственной в мировой литературе публикацией, специально посвящённой описанию жизненного пути учёного и анализу его научной деятельности в целом, фактически оставалась статья известного американского историка науки П.Формана, напечатанная в одиннадцатом томе многотомного словаря научной биографии, вышедшем в свет в 1975 г. ([28], с.475). Этот превосходно написанный и весьма информационно насыщенный очерк, к сожалению, до сих пор недостаточно известен физикам и историкам науки, как, впрочем, и само полное собрание трудов Ритца [1]. Наиболее существенным с точки зрения конструктивности вклада в развитие современной физики несомненно оказался тот цикл работ Ритца, который содержит его спектроскопические исследования.

Тем не менее и он вплоть до самого последнего времени не получил достаточного освещения как в физической, так и в историко-научной литературе. В определённой мере этот пробел заполнен в работах авторов [29, 30], где дан подробный анализ фундаментальных исследований Ритца по теории атомных спектров. Там детально обсуждены упругостная и магнитная модели атома , которые были предложены Ритцом для объяснения атомных спектров в рамках классического (неквантового) подхода, и показано, что и обобщение формул Бальмера-Ридберга и формулировка комбинационного принципа, которые послужили впоследствии базой для формулировки второго постулата Бора – условия частот, были получены Ритцом в качестве достаточно строгих математических следствий его теоретических моделей, а не носили, как это принято считать, полуэмпирический характер.

Больше всего “не повезло” трудам Ритца по электродинамике.

С одной стороны, они до сих пор фактически оставались вне рамок специального историко-методологического исследования. А с другой – в литературе, “с лёгкой руки” А.Эйнштейна [32] и особенно В.Паули [33] электродинамические работы Ритца традиционно оцениваются как ошибочные. Между тем, внимательное ознакомление с содержанием этих работ показывает, что подобная оценка не вполне справедлива.

Дело в том, что критические замечания В.Паули, высказанные в его известной монографии [33], относятся исключительно к эмиссионному подходу (баллистическая гипотеза) и совершенно не касаются существа той исследовательской программы, которую пытался реализовать Ритц.

Однако, в действительности эта программа имела достаточно богатую историческую традицию, основанную на представлении о прямом запаздывающем взаимодействии между зарядами. Возникновение такой концепции связано, прежде всего, с именами Гаусса [34] и Римана [35]. Уже после создания электродинамики Максвелла-Лоренца бесполевой подход разрабатывался К.Шварцшильдом [36], а позднее – Г.Тетроде [57] и А.Фоккером [58].

Концепция в целом приобрела известное завершение в работах Дж.Уилера и Р.Фейнмана [37, 38, 39] и в различных вариантах продолжает развиваться в наши дни.

В настоящей работе проведён анализ всех публикаций Ритца, посвящённых проблемам электродинамики, и выявлена связь его теоретических построений с бесполевым подходом.

В §1 дана общая характеристика электродинамических идей Ритца. Содержанием следующего раздела является краткий исторический очерк развития бесполевой концепции в теории электромагнетизма. В третьем параграфе показано, что исследования Ритца по электродинамике представляют собой попытку развития концепции прямого запаздывающего действия. Краткие итоги обсуждения подведены в Заключении.

§1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ИДЕЙ РИТЦА


Работы Ритца, посвящённые пересмотру оснований электродинамики, составляют весьма значительную часть его научного наследия. По свидетельству Формана на них “он затратил больше всего усилий”, связывал с ними свои основные надежды и для их продолжения “тщетно желал ещё несколько лет жизни” ([28], с.480). По злой иронии судьбы именно эти исследования Ритца вошли в историю физики как полностью ошибочные. Сегодня можно с уверенностью сказать, что распространённая в литературе негативная оценка электродинамических идей Ритца справедлива лишь отчасти. Дело в том, что обычно внимание фиксируется исключительно на том пункте общей концепции Ритца, который связан с отказом от одного из основных постулатов специальной теории относительности – принципа независимости скорости света от скорости движения источника. Баллистическая гипотеза Ритца действительно оказалось неверной, и впоследствии была опровергнута прямым экспериментом. Подробный анализ тех многочисленных принципиальных трудностей, которые возникают в электродинамике и оптике в случае принятия этой гипотезы, содержится в классической монографии Паули “Теория относительности” [33].

В действительности, однако, критические замечания Паули относятся к “эмиссионному” подходу в целом, который, как известно, был предложен, помимо Ритца, ещё несколькими авторами (Толмэн, Кунц, Комсток). Ритц выделен в этом ряду прежде всего потому, что только у него данный подход был реализован “в форме систематической теории” ([33], с.17, курсив Паули – авт.).

Совершенно естественно, что сколько-нибудь подробное рассмотрение теоретической концепции Ритца не входило в задачу Паули. Он ограничился лишь кратким резюме её конструктивной части, указав, что по существу дело сводится здесь к замене запаздывающего аргумента на величину (где - радиальная скорость в стандартном выражении для соответствующих потенциалов (см. там же, формулы (а) и (в)). Это утверждение вполне точно отражает существо дела в том отношении, что использование видоизменённых таким путём потенциалов в принципе позволяет воспроизвести все основные результаты теории Ритца.

Вместе с тем подобное изложение не является удовлетворительным с историко-научной точки зрения . Дело даже не в том, что в действительности Ритц получил свои результаты вовсе не тем способом, который указывает Паули. Важнее другое: при этом полностью остаётся вне поля зрения суть той исследовательской программы, которую Ритц пытался реализовать, и которая содержала ряд важных аспектов, логически совершенно не связанных с баллистической гипотезой, имела достаточно богатую историческую традицию и, как показало дальнейшее развитие физики, оказалась, в общем, вполне жизнеспособной.

В работах Ритца по электродинамике отчётливо выделяются критическая и конструктивная части, каждая из которых заслуживает подробного историко-методологического анализа. Общие цели настоящей статьи и её объём вынуждают нас ограничиться по необходимости сжатым обсуждением наиболее существенных моментов, преимущественно тех, которые либо недостаточно освещены в физической и историко-научной литературе, либо вообще не нашли в ней отражения.

Центральным пунктом критической части программы Ритца является резкое неприятие им концепции эфира. Практически во всех статьях своего электродинамического цикла он отводит значительное место вполне убедительной демонстрации несостоятельности модели мирового эфира как в чисто субстанциональном плане, так и с точки зрения её несовместимости с принципом относительности; в частности, третья статья цикла, носящая характерное название “О роли эфира в физике”, [20] специально посвящена этой проблеме.

Вместе с тем, для позиции Ритца в этом вопросе характерна та особенность, которую Паули определил как “старое понимание эфира” ([33], с.13), когда эфир трактуется как среда, необходимая для физической реализации электромагнитных процессов. Так, во введении к первой статье цикла, “Критические исследования по общей электродинамике” [18] Ритц прямо определяет предмет уравнений электродинамики как описание “способа действия одних электрических зарядов на другие через посредство эфира” ([1], с.318). Аналогичное по смыслу высказывание мы встречаем и в его последней работе “Принцип относительности в оптике”: “как известно, две теории сделали область оптики ареной борьбы в течение долгого времени: эмиссионная теория и волновая или эфирная теория (курсив Ритца – авт.). Согласно первой энергия светящегося тела выбрасывается во все стороны. Согласно второй – она распространяется волновым образом в наполняющем всю вселенную светоносном эфире” ([1], с.509-510).

Понятно, что при подобной трактовке положение о независимости скорости света от скорости движения источника является самоочевидным, поскольку, согласно стандартной теории волновых процессов, скорость распространения волн любой природы в соответствующей среде определяется исключительно свойствами среды. Именно это имеет в виду Паули, называя данное положение “истинным ядром старого понимания эфира” ([33], с.16).

Однако с таких позиций признание физической несостоятельности концепции эфира выглядит как основание для отказа от понятия поля вообще, а следовательно – и от использования связанных с ним физических представлений и математического аппарата (уравнений Максвелла-Лоренца). Именно этот путь и предлагал Ритц. Из текста его трудов и перечня цитированных им оригинальных работ других авторов видно, что он был детально знаком как с электронной теорией [40, 41] так и с содержанием статей Лоренца [42], Эйнштейна [43], Пуанкаре [44], а позже – также и доклада Минковского [45], в которых были сформулированы основы специальной теории относительности. Вне всякого сомнения Ритцу было хорошо известно и то решение проблемы согласования электродинамики и оптики движущихся сред с принципом относительности, в рамках которого достигалось, в частности, также и устранение эфира как абсолютной системы отсчёта. Возникает естественный вопрос: почему подобное решение не представлялось ему удовлетворительным? Свою позицию Ритц подробно аргументирует во всех работах своего электродинамического цикла. Мы ограничимся тем, что приведём соответствующие его высказывания из статьи “Критические исследования электродинамических теорий Кл. Максвелла и Г.-А. Лоренца” [19], которые, на наш взгляд, содержат наиболее концентрированное выражение того, как Ритц понимал суть обсуждаемой проблемы.

Касаясь вопроса о принципиальных основаниях электромагнитной теории Максвелла (“этого обширного интеллектуального построения” [1], с.429), Ритц пишет: “Известно, что среди этих оснований находится гипотеза абсолютной системы координат и что опыт Майкельсона-Морли и другие более недавние опыты в данном отношении показали полное противоречие с теорией: как и в механике, равномерное поступательное движение не сказывается на оптических и электромагнитных явлениях в ней (абсолютной системе координат – авт.) происходящих. Лоренц, Эйнштейн, Пуанкаре и другие спрашивали себя, какие новые гипотезы следовало бы внести, чтобы объяснить этот факт, не затрагивая основных уравнений (курсив Ритца – авт.). Выяснилось, что следует отказаться от классического понятия универсального времени; сделать из одновременности полностью относительное понятие, отказаться от концепции неизменности массы, отказаться от концепции твёрдого тела и отказаться от аксиом кинематики, параллелограмма скоростей и т.д.” ([1], с.429). И несколько ниже “…в настоящее время уравнения Максвелла рассматриваются как столь абсолютно неприкосновенные, что эти следствия никого не испугали. Скорее, чем заключить, что уравнения нуждаются в более или менее глубоком изменении, решают пожертвовать кинематикой, понятием времени и т.д. После того, как игнорировали, более или менее систематически в течение тридцати лет плодотворную теорию, мы впадаем в противоположную крайность. Эти уравнения действительно ли заслуживают столь чрезмерного доверия?” ([1], с.430).

Из приведённых высказываний Ритца видно, что он не принимал концепцию СТО не столько потому, что она представлялась ему основанной на совокупности специальных гипотез, противоречащим устоявшимся физическим представлениям, а скорее в силу того, что он не считал такой путь единственно возможным. Альтернативу же он видел, как мы убедимся в дальнейшем, в применении такого способа описания всей совокупности экспериментально наблюдаемых электромагнитных и оптических эффектов, который исключал бы использование полевых уравнений теории Максвелла-Лоренца.

Поэтому то объяснение истоков антирелятивистской позиции Ритца, к которому склоняется Паули, мотивируя только стремлением избежать тех радикальных изменений фундаментальных физических понятий, которые вносились концепцией СТО (см. [33], с.17), едва ли может быть признано достаточным, хотя бы потому, что для физика, работавшего в начале нашего столетия, предложение отбросить полевые уравнения Максвелла должно было выглядеть отнюдь не менее радикально, чем призыв к отказу от абсолютного ньютонова времени.

Попытки обоснования возможности отказа от использования полевых уравнений при описании электромагнитных процессов осуществлялись Ритцом в двух направлениях, которые лежат соответственно в критическом и конструктивном русле.

В первом из них центральное место занимает утверждение о том, что среди решений полевых уравнений, удовлетворяющих всем условиям теории, имеются и такие, которые противоречат опыту. Речь идёт главным образом об интерпретации стандартных опережающих решений, что послужило в своё время предметом известной дискуссии между Ритцом и Эйнштейном, итогом которой явилось опубликование краткой совместной статьи [24], причём истина в этом споре оказалась на стороне Эйнштейна. К обсуждению этого вопроса мы ещё вернёмся.

Что же касается второго направления, то здесь для уяснения позиции Ритца необходимо дать анализ конструктивной части его исследовательской программы. Насколько можно судить, такого рода анализ до настоящего времени вообще не проводился. В итоге фигурирующие в литературе известные ошибочные утверждения Ритца приводятся вне общего контекста его теории, в результате чего может создаться ложное впечатление о некоторой одиозности его электродинамических воззрений в целом, их полной изолированности от общего развития науки об электромагнетизме.

Однако, в действительности концепция Ритца целиком лежит в русле известного бесполевого подхода к описанию электромагнитных процессов, который восходит к К.Гауссу, В.Веберу, Б.Риману, К.Нейману и Р.Клаузиусу, приобрёл современную форму в трудах Дж.Уилера и Р.Фейнмана [37, 38], продолжая достаточно интенсивно разрабатываться и в последующие годы (см., напр. Монографию [46] и обзор [47], а также книгу [48]). Вообще говоря, это направление в теории электромагнетизма достаточно хорошо представлено как в физической, так и в историко-научной литературе. Тем не менее, в целом оно остаётся сегодня мало известным широкому кругу читателей. Поэтому представляется целесообразным дать характеристику основных этапов и особенностей его развития. Этому посвящён следующий раздел.

§2. КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ БЕСПОЛЕВОГО ПОДХОДА В ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА


В основе данного направления лежит трактовка элементарного взаимодействия между двумя произвольно движущимися точечными электрическими зарядами в терминах прямого (без каких-либо промежуточных агентов) межчастичного взаимодействия.

Исторически первым результатом в этой области, опубликованным в 1846 г., была сразу получившая широкую известность формула Вебера для силы такого взаимодействия [49]:

(2.1)

где - абсолютная величина расстояния между точечными зарядами и . Данная формула приводится Максвеллом в его “Трактате”, (см. [50], т.2, с.372, формула (19)).

Основным побудительным мотивом Вебера было стремление реинтерпретировать известные формулы Ампера для взаимодействия токов путём их представления посредством движения электрически заряженных частиц . Наличие скорости в выражении для элементарной силы привело к проблеме согласования теории с законом сохранения энергии, что явилось впоследствии предметом оживлённой дискуссии между Вебером и Гельмгольцем (см. по этому поводу [46], т.II, с.373; [48], с.178; [144]). Известно, что необходимым условием возможности такого согласования является существование потенциала, который для силы вида (2.1) был найден Вебером в 1848 г. И имеет следующий вид [145]:

(2.2)

Эта формула также приводится Максвеллом, см. [46], т.2, с.373, формула (20).

С содержанием своей первой работы Вебер ознакомил Гаусса ещё до её публикации, результатом чего явилось знаменитое письмо Гаусса Веберу от 19 марта 1845 года, которое, однако, увидело свет лишь 22 года спустя в посмертном издании трудов великого немецкого учёного [49]. В этом письме Гаусс сообщает, что подобными исследованиями он сам “весьма много занимался примерно 10 лет назад” (см. [34], с.627). Вне всякого сомнения Гаусс здесь имеет в виду полученную им в июле 1835 года формулу для силы взаимодействия между двумя движущимися зарядами

(2.3)

( - относительная скорость частиц), которая была опубликована в том же пятом томе его “Трудов”, под характерным заголовком “Основной закон для всех взаимодействий гальванических токов” ([34], с.616).

Наибольший интерес представляет заключительная часть письма Гаусса, которую, с учётом того, что само письмо в русском переводе никогда не публиковалось *, мы приведём дословно (все выделенные места подчёркнуты самим Гауссом).

“Без сомнения, я давно обнародовал бы мои исследования, если бы ко времени, когда я их прервал, не отсутствовало бы то, что я рассматривал как ключевой камень (Schlussstein).


Nil actum reputans si quid resset agendum , а именно – вывод дополнительных сил (которые добавляются к взаимодействию покоящихся частиц, когда они находятся во взаимном движении) из не мгновенного, а (наподобие тому, как в случае света), распространяющегося во времени действия, тогда мне это не удалось, однако я оставил в то время исследования, насколько помню, не совсем без надежды, что это могло бы удасться позже, хотя – если верно вспоминаю – с внутренним убеждением, что прежде необходимо создать для себя пригодное для построения представление о том, как происходит распространение” ([34], с.629).

Таким образом, в этом письме Гаусс совершенно отчётливо сформулировал идею запаздывающего межчастичного электрического взаимодействия и одновременно поставил вопрос об установлении механизма, который мог бы лежать в основе подобного процесса. Попытки конкретной реализации программы Гаусса связаны, прежде всего, с именами Б.Римана, К.Неймана и датского физика Л.Лоренца . Наибольший интерес представляют в этом плане исследования Римана, результаты которых содержатся в работе “По поводу электродинамики” [35], выполненной им в 1858 г. , но опубликованной им в 1867 г., спустя год после его смерти.

Вступительный абзац этой статьи заслуживает того, чтобы воспроизвести его полностью.

“Королевскому Обществу я позволю себе сообщить одно замечание, которое приводит в тесную связь теорию электричества и магнетизма с теорией света и лучистой теплоты. Я установил, что электродинамические действия гальванических токов могут быть объяснены, если исходить из допущения, что действие электрической массы на другие совершается не мгновенно, а распространяется по направлению к ним с постоянной скоростью (в пределах возможных ошибок наблюдений равной скорости света). При этом допущении дифференциальное уравнение распространения электрической силы – то же самое, что и уравнение распространения света и лучистой теплоты” ([35], с.443). В качестве уравнения, определяющего потенциальную функцию произвольным образом распределённого с плотностью электрического заряда Риман постулирует неоднородное уравнение Даламбера ([35], с.445)

(2.4)

Затем, используя стандартные запаздывающие решения этого уравнения, Риман получает выражение для известного потенциала Неймана, определяющего взаимодействие двух замкнутых токов в электродинамике Ампера-Вебера, давая тем самым его теоретическое обоснование в духе концепции Гаусса. Вопрос о возможном механизме передачи “электрического действия” Риман предпочитает не обсуждать.

Очевидно, что уравнение (2.4) формально идентично уравнению для скалярного потенциала в теории поля. Однако, не вызывает сомнения, что определяемая им функция трактовалась Риманом полностью в духе традиционной теории потенциала. Это представляется совершенно естественным, поскольку исследования Максвелла в это время находились в предварительной стадии, до формулировки понятия электромагнитного поля (1864 г.) оставалось ещё шесть лет, до появления “Трактата об электричестве и магнетизме” (1873 г.) – пятнадцать, а до опытов Герца (1887 г.) и начала признания полевой теории (1889 г.) – более трёх десятилетий.

Максвелл познакомился с идеями Гаусса и работами Римана только после их опубликования (1867-1868 гг.). К этому времени теория электромагнитного поля была им уже завершена, а “Трактат” готовился к опубликованию. Здесь подробному анализу всего бесполевого направления посвящена отдельная глава, из содержания которой, в частности, видно, что сам Максвелл несомненно рассматривал свою полевую концепцию в качестве физической реализации того механизма межчастичного взаимодействия, о котором говорил Гаусс в письме к Веберу.

Триумф теории Максвелла в предсказании электромагнитных волн, а также её плодотворное развитие Лоренцом сделали полевую концепцию электромагнитных взаимодействий к началу XX в. Практически общепринятой.

На этом фоне не привлекла особого внимания современников работа Шварцшильда [^ 36], где он, в частности, используя известные формулы Льенара [55] и Вихерта [56] для поля, создаваемого движущимся точечным зарядом, получил выражение для силы, действующей между двумя точечными зарядами, которое вообще не содержит полевых переменных.

Результаты Шварцшильда были впоследствии переоткрыты, уже с учётом требований релятивизма, Тетроде [^ 57] и Фоккером [58], который ввёл в рассмотрение функционалы действия специального вида, названные впоследствии его именем (“интегралы действия типа Фоккера”).

Решающий этап в современном развитии бесполевого подхода связан с работами Уиллера и Фейнмана [37, 38], которые построили полностью самосогласованную релятивистски ковариантную классическую теорию прямого межчастичного взаимодействия . Эта теория эквивалентна, однако, не обычной, а модифицированной теории поля (adjunct field theory), в которой:


  1. Не существует понятия поля как самостоятельной сущности со своими степенями свободы.

  2. Отсутствует действие элементарного заряда самого на себя.

  3. Имеется явно постулируемая симметрия между прошлым и будущим.


Последнее условие играет в подходе Уиллера и Фейнмана ключевую роль. Конкретно оно состоит в том, что поле, ассоциированное с каждым точечным зарядом, задаётся полусуммой запаздывающих и опережающих потенциалов. Именно благодаря использованию такого представления удалось получить естественное обобщение на релятивистский случай принципа равенства действия и противодействия, а также дать корректное решение проблемы учёта реакции излучения. Исключительно яркое популярное изложение основных идей бесполевого подхода, и, в частности, описание роли опережающих решений содержится в Нобелевской лекции Фейнмана [39]. Интересно отметить также, что Уиллер и Фейнман [38] прямо указывают на Гаусса, как основоположника концепции прямого межчастичного взаимодействия, цитируя, в частности, и приведённую нами выше заключительную часть его письма к Веберу [34]. Кроме того, они специально подчёркивают значение работы Шварцшильда [36] как одной из ключевых в развитии направления в целом.

Оценивая сегодняшний статус бесполевой теории, следует признать, что она едва ли может быть отнесена к магистральным направлениям в развитии современной теории фундаментальных взаимодействий, где безусловный приоритет принадлежит теоретико-полевым моделям калибровочного типа. Тем не менее, различные варианты бесполевого подхода продолжают разрабатываться и в наши дни, привлекая к себе внимание серьёзных исследователей.

Нельзя не отметить, что после признания электромагнитной теории Максвелла-Лоренца каждый существенно новый шаг в развитии данного направления стимулировался не столько “внутренними потребностями” электродинамики, сколько внешними по отношению к ней факторами, в первую очередь стремлением построить единую картину электромагнитных и гравитационных взаимодействий.

Если учесть, с одной стороны, то сходство, которое существует здесь в описании статического поля точечного источника, а с другой – отсутствие свободного гравитационного поля (известно, что существование гравитационных волн остаётся открытой проблемой до сих пор), то становится понятным, что бесполевая картина передачи взаимодействия должна была многим представляться подходящей теоретической базой для объединения электромагнетизма и гравитации. И действительно, практически все те, кто внёс существенный вклад в разработку данного направления, начиная от Шварцшильда и кончая Уиллером, широко известны также и своими результатами в области гравитации. Интерес к данной проблеме характерен и для Ритца. Обсуждению относящихся сюда вопросов он отводит заметное место в своих работах (см., в частности [21]). Однако, в настоящей статье мы вовсе не будем касаться этого аспекта его исследований, поскольку здесь рассмотрение ведётся им в сугубо качественном ключе, без использования сколько-нибудь разработанных теоретических моделей. Анализ этой части творческого наследия Ритца представляет интерес, главным образом, в контексте ранних попыток объединения гравитации и электромагнетизма (см. по этому поводу монографию [60]).


  1   2   3




Похожие:

М. А. Ельяшевич Н. Г. Кембровская, Л. М. Томильчик iconН. Г. Кембровская исследования м. А. Ельяшевича по истории физики (фрагмент из книги:. стр. 41-59) Настоящая статья
Академик М. А. Ельяшевич: Воспоминания учеников и современников, избранные статьи (К 100-летию со дня рождения). – Минск: Голиафы,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов