УДК 530
Интернет-магазин
http://shop.rcd.ru
• физ и к а
• ма те м а ти ка
• био л ог и я
• те х н и к а
Новые проекты издательства РХД
• Электронная библиотека на компакт-дисках
http://shop.rcd.ru/cdbooks
• Эксклюзивные книги — специально для Вас любая книга может быть
отпечатана в одном экземпляре
http://shop.rcd.ru/exclusive
Уиттекер Э.
История теории эфира и электричества. — Ижевск: НИЦ «Регулярная
и хаотическая динамика», 2001, 512 стр.
Фундаментальное сочинение выдающегося английского математика и
механика направлено на своего рода ревизию стройного здания науки об
электричестве и магнетизме. Однако эта ревизия принадлежит перу крупного
мастера, а его соображения по поводу фундаментальных физических
принципов и понятий — поле, сила, энергия — представляют большой интерес
для современной науки. Первый том трактата Уиттекера на английском
языке появился в 1910 г., второй — в 1959. Оба они ранее не переводились
на русский язык.
Для широкого круга читателей — физиков, математиков, историков
науки, философов.
НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001
http://shop.rcd.ru
ISBN 5-93972-070-6
c
В
нимание
!
Стр.4
Оглавление
Эдмунд Тейлор Уиттекер (1873–1956) .. .. .. ... .. . 14
Предисловие . ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. . 16
Памятка . . . ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. . 17
ГЛАВА 1. История развития теории эфира до смерти Ньютона 18
Связь древней науки и философии . . ...... ..... 18
Физика Аристотеля .... ....... ...... ..... 18
Падение схоластики: Бэкон, Декарт, Галилео ... ..... 20
Кеплер: работы Декарта по физике . . ...... ..... 22
Космогония и оптика Декарта ..... ...... ..... 27
Ферма подвергает сомнению теорию света Декарта. Принцип
наименьшего времени .... ...... ..... 29
Волновая теория Гука. Распространение фронта волны . . 31
Ньютон опровергает теорию цветов Гука ..... ..... 35
Концепция эфира в работах Ньютона . ...... ..... 37
Теории Ньютона о периодичности однородного света и о
приступах легкого прохождения . ...... ..... 40
Скорость света: Галилео, Ремер .... ...... ..... 41
Трактат о свете Гюйгенса. Его теории распространения
волн и оптики кристаллов .... ...... ..... 42
Ньютон показывает, что лучи, подвергшиеся двойному лучепреломлению
имеют грани. Его несогласие с волновой
теорией ..... ....... ...... ..... 47
Начала Ньютона: долгое непринятие . ...... ..... 49
Корпускулы, расположенные за пределами Солнечной системы,
Лесажа ... ....... ...... ..... 52
ГЛАВА 2. Электричество и магнетизм до введения потенциалов 53
Ранняя история магнетизма: Пьер де Марикур, Гильберт,
Декарт . ....... ....... ...... ..... 53
Исследования электричества Гильбертом. Теория излучений 55
Состояние физики в первой половине XVIII века. Природа
тепла . ....... ....... ...... ..... 57
Стр.5
6
Оглавление
Грей открывает электрическую проводимость. Дезагюлье . 62
Электрическая жидкость ....... ....... ..... 63
Дюфе проводит различие между стеклянным и смоляным
электричеством . . ....... ....... ..... 65
Вытекающие и притекающие потоки Нолле .... ..... 65
Лейденская банка .... ....... ....... ..... 67
Одножидкостная теория: идеи Уотсона и Франклина . . . 67
Эпинус окончательно опровергает теорию испарений .... 73
Пристли открывает закон электростатической силы .... 75
Кавендиш . ....... ....... ....... ..... 76
Мичелл открывает закон магнитной силы ..... ..... 79
Двухжидкостная теория: Кулон ... ....... ..... 80
Ограниченность движения магнитных жидкостей ..... 82
Математическая теория электростатики Пуассона ..... 85
Эквивалентные поверхностные и объемные распределения
магнетизма: теория Пуассона о магнитной индукции 88
Ноттингемский научный труд Грина ....... ..... 89
ГЛАВА 3. Гальванизм: от Гальвани до Ома . ... .. ... 91
Открытие Зульцера ... ....... ....... ..... 91
Гальванические явления ....... ....... ..... 91
Конкурирующие гипотезы гальванической жидкости .... 93
Гальванический столб . . ....... ....... ..... 95
Никольсон и Карлейль разлагают воду с помощью гальванического
столба . ....... ....... ..... 98
Химическая теория столба Дэви ... ....... ..... 100
Гальваническая поляризация ..... ....... ..... 101
Цепь Гротгуса ...... ....... ....... ..... 101
Гипотеза де ля Рива . . ....... ....... ..... 102
Схема электрохимии по Берцелиусу . ....... ..... 103
Первые попытки обнаружения связи между электричеством
и магнетизмом ...... ....... ..... 106
Опыт Эрстеда и объяснение этого опыта автором ..... 106
Закон Био–Савара ... ....... ....... ..... 108
Исследования электродинамики Ампером ..... ..... 109
Явление Зеебека .... ....... ....... ..... 115
Исследования проводимости Дэви .. ....... ..... 116
Теория Ома: электроскопическая сила ....... ..... 118
Стр.6
Оглавление
7
ГЛАВА 4. Светоносная среда от Брадлея до Френеля .. .. 121
Брадлей открывает аберрацию ..... ...... ..... 121
Модель эфира Иоганна Бернулли ... ...... ..... 123
Мопертюи и принцип наименьшего действия ... ..... 124
Эфир Эйлера ....... ....... ...... ..... 125
Взгляды Куртиврона и Мелвилла ... ...... ..... 126
Лучистая энергия и ультрафиолетовый свет .... ..... 127
Юнг защищает волновую теорию и объясняет цвета тонких
пластинок ...... ....... ...... ..... 128
Лаплас поддерживает корпускулярную теорию двойного лучепреломления
... ....... ...... ..... 132
Юнг предлагает динамическую теорию света в кристаллах 133
Исследования поляризации Малюсом . ...... ..... 133
Брюстер открывает двухосные кристаллы ..... ..... 135
Френель успешно объясняет дифракцию ..... ..... 136
Его теория об относительном движении эфира и материи . 137
Юнг говорит о поперечности колебаний света . . ..... 143
Френель исследует динамику поперечных колебаний .... 145
Теория Френеля о распространении света в кристаллах . . 146
Гамильтон предсказывает коническое преломление ..... 152
Теория отражения Френеля ...... ...... ..... 153
Опыты Эйри, Фуко и Физо ...... ...... ..... 157
ГЛАВА 5. Эфир как упругое твердое тело .. .. ... .. . 159
Теория упругого твердого тела не подтверждается астрономическими
наблюдениями: гипотеза Стокса ..... 159
Навье и Коши открывают уравнение колебаний упругого
твердого тела .... ....... ...... ..... 160
Пуассон проводит различие между волнами сгущения и
волнами деформации ....... ...... ..... 162
Первая и вторая теории Коши о свете в кристаллах .... 164
Первая теория отражения Коши .... ...... ..... 166
Вторая теория отражения Коши .... ...... ..... 168
Теория отражения МакКуллага и Неймана .... ..... 169
Грин правильно определяет условия на границах раздела сред 171
Теория отражения Грина и ее критика ...... ..... 172
МакКуллаг представляет новый тип упругого твердого тела 175
Модель вращательно упругого тела У.Томсона .. ..... 178
Третья теория отражения Коши: сжимающийся эфир . . . 178
Стр.7
8
Оглавление
Научные работы У.Томсона и других на тему сжимающегося
эфира .... ....... ....... ..... 181
Грин: Первая и вторая теории света в кристаллах ..... 182
Влияние Грина: при жизни его работы не замечали .... 188
Стокс: исследование связи между направлением колебаний
света и его плоскостью поляризации .... ..... 188
Гипотезы об аэлотропной инерции . . ....... ..... 191
Вращение плоскости поляризации света активными телами 193
Теория МакКулага о естественной вращательной силе . . . 195
Теория металлического отражения МакКулага и Коши . . 197
Распространение теории упругого твердого тела на металлы 199
Возражения лорда Рэлея ....... ....... ..... 200
Теория дисперсии Коши ....... ....... ..... 201
Теория упругого твердого тела Буссинеска .... ..... 203
ГЛАВА 6. Фарадей .. ... .. ... .. .. ... .. ... 207
Открытие индукционных токов: силовые магнитные линии 208
Самоиндукция ...... ....... ....... ..... 211
Идентичность электричества трения и гальванического
электричества: взгляд Фарадея на природу электричества
....... ....... ....... ..... 213
Электрохимия ...... ....... ....... ..... 215
Спор между приверженцами химической и контактной гипотез.......
....... ....... ..... 218
Свойства диэлектриков . ....... ....... ..... 223
Теория поляризации диэлектриков: Фарадей, У.Томсон и
Моссоти ...... ....... ....... ..... 225
Связь между магнетизмом и светом . ....... ..... 230
Теория Эйри о магнитной вращательной поляризации . . . 231
Thoughts on Ray-Vibrations Фарадея . ....... ..... 234
Исследования диамагнетизма Фарадеем и Плюккером . . . 235
ГЛАВА 7. Математическая теория электричества в середине девятнадцатого
века . ... .. ... .. .. ... .. ... 239
Теория Ф. Неймана об индукционных токах. Электродинамический
потенциал ...... ....... ..... 239
Теория электронов В.Вебера ..... ....... ..... 243
Электростатические и электромагнитные единицы измерения 244
Критика теории Вебера . ....... ....... ..... 245
Вывод формул для индукции токов . ....... ..... 246
Стр.8
Оглавление
9
Закон Римана ....... ....... ...... ..... 248
Предложения по изменению закона тяготения .. ..... 249
Теория парамагнетизма и диамагнетизма Вебера. Последующие
теории .... ....... ...... ..... 251
Закон Джоуля: энергетика гальванического элемента . . . 255
Механический эквивалент теплоты . . ...... ..... 256
Гельмгольц и сохранение энергии ... ...... ..... 257
Принцип Карно: циклические процессы ...... ..... 258
Теплота, энтропия и абсолютная температура ... ..... 259
Уравнение доступной энергии У.Томсона ..... ..... 261
Гельмгольц: исследования электростатической и электродинамической
энергий ....... ...... ..... 262
У.Томсон различает вихревой и невихревой магнитные
векторы ....... ....... ...... ..... 263
Его теория магнитокристаллического действия . . ..... 265
Его формула для энергии магнитного поля .... ..... 266
Распространение этой формулы на случай полей, созданных
токами . ....... ....... ...... ..... 267
Кирхгоф отождествляет электроскопическую силу Ома с
электростатическим потенциалом ...... ..... 270
Разряд лейденской банки. Теория У.Томсона .. ..... 271
Скорость электричества и распространение телеграфных
сигналов ....... ....... ...... ..... 272
Закон силы между электрическими зарядами Клаузиуса.
Решающие опыты . ....... ...... ..... 280
Природа тока ....... ....... ...... ..... 281
Термоэлектрические исследования Пельтье и У.Томсона . 283
ГЛАВА 8. Максвелл .. .. ... .. ... .. .. ... .. . 287
Гаусс и Риман о распространении электрических действий 287
Аналогии, предложенные У.Томсоном ...... ..... 288
Гидродинамическая аналогия Максвелла ..... ..... 290
Векторный потенциал ... ....... ...... ..... 291
Линейная и вихревая интерпретации магнетизма . ..... 293
Механическая модель электромагнитного поля Максвелла . 294
Электрическое смещение . ....... ...... ..... 297
Сходство электрических и световых колебаний . . ..... 300
Связь показателя преломления и диэлектрической проницаемости
...... ....... ...... ..... 302
Научный труд Максвелла 1864 года . ...... ..... 304
Стр.9
10
Оглавление
Вопрос, касающийся тяготения .... ....... ..... 307
Теория Максвелла о движущихся телах ...... ..... 308
Распространение электрических возмущений в кристаллах
и металлах .... ....... ....... ..... 308
Аномальная дисперсия . ....... ....... ..... 311
Теория дисперсии Максвелла–Зельмайера .... ..... 312
Недостатки электромагнитной теории света .... ..... 316
Теория Л.Лоренца ... ....... ....... ..... 318
Теория напряженности в электрическом поле Максвелла . 322
Давление излучения . . ....... ....... ..... 324
Отдача, вызванная испусканием света ....... ..... 327
Теория Максвелла о магнитном вращении света . ..... 327
ГЛАВА 9. Модели эфира .. .. ... .. .. ... .. ... 331
Аналогии, которые приписывают магнетизму вращательный
характер ... ....... ....... ..... 331
Модели, в которых магнитная сила представлена как линейная
скорость .. ....... ....... ..... 332
У.Томсон, Бьеркнес и Леги: исследования пульсирующих
и колеблющихся тел ...... ....... ..... 336
Квазиупругое тело МакКулага как модель электрической
среды ....... ....... ....... ..... 339
Эффект Холла ..... ....... ....... ..... 342
Модели Римана и Фитцджеральда . ....... ..... 345
Открытие Гельмгольца, касающееся вихревого движения . 347
Связь с атомной теорией материи: вихревые атомы У.Томсона347
Теория эфира как вихревой губки. Исследования У.Томсона,
Фитцджеральда и Хикса ... ....... ..... 349
Лармор об эфире .... ....... ....... ..... 359
ГЛАВА 10. Последователи Максвелла .. .. ... .. ...360
Гельмгольц и Лоренц представляют электромагнитную теорию
отражения . ....... ....... ..... 360
Решающие опыты Гельмгольца и Шиллера .... ..... 361
Движущаяся заряженная сфера: исследования Дж.Дж.Томсона,
Фитцджеральда и Хевисайда . ....... ..... 362
Действие механической силы на электрический заряд, движущийся
в магнитном поле . . ....... ..... 367
Проводимость быстропеременных токов ...... ..... 368
Фитцджеральд изобретает магнитный радиатор . ..... 369
Стр.10
Оглавление
11
Теорема Пойнтинга .... ....... ...... ..... 371
Пойнтинг и Дж.Дж.Томсон развивают теорию движущихся
силовых линий .. ....... ...... ..... 372
Механический импульс в электромагнитном поле ..... 375
Новый вывод уравнений Максвелла Герцем ... ..... 377
Допущения Герца и теория Вебера . . ...... ..... 380
Опыты Юза и Герца с электрическими волнами . ..... 380
Научные труды Герца и Хевисайда о полях, в которых
движутся материальные тела ... ...... ..... 388
Ток диэлектрической конвекции .... ...... ..... 390
Магнитооптическое явление Керра .. ...... ..... 390
Теория магнитооптики Роуланда .... ...... ..... 391
ГЛАВА 11. Проводимость в растворах и газах от Фарадея до
открытия электрона .. ... .. ... .. .. ... .. . 396
Гипотеза Уильямсона–Клаузиуса ... ...... ..... 396
Перемещение ионов .... ....... ...... ..... 397
Исследования Гитторфа и Кольрауша . ...... ..... 397
Поляризация электродов . ....... ...... ..... 398
Электрокапиллярность .. ....... ...... ..... 399
Единичная разность потенциалов ... ...... ..... 402
Теория Гельмгольца о концентрационных гальванических
элементах ...... ....... ...... ..... 403
Гипотеза Аррениуса ... ....... ...... ..... 406
Исследования Нернста . . ....... ...... ..... 408
Ранние исследования разряда в разреженных газах .... 412
Фарадей наблюдает темное пространство ..... ..... 413
Катодные лучи: исследования Плюккера, Гитторфа, Гольдштейна
и Варли ... ....... ...... ..... 414
Крукс и четвертое состояние материи . ...... ..... 415
Критика и альтернативы теории катодных лучей как потока
заряженных частиц . ....... ...... ..... 417
Ионная теория проводимости в газах Гиза и Шустера . . . 419
Фотоэлектричество .... ....... ...... ..... 420
Дж.Дж.Томсон измеряет скорость катодных лучей .... 421
Открытие рентгеновых лучей. Гипотезы, связанные с ними 422
Дальнейшие исследования катодных лучей Дж.Дж.Томсоном424
Гипотеза Праута ..... ....... ...... ..... 426
Отношение m/e ..... ....... ...... ..... 427
Каналовые лучи ...... ....... ...... ..... 428
Стр.11
12
Оглавление
Стеклянное и смоляное электричество ....... ..... 429
Определение ионного заряда Дж.Дж.Томсоном и Таунсендом
....... ....... ....... ..... 429
Электроны. Природа ионизации ... ....... ..... 431
Аргумент Лармора в пользу дискретной природы электрического
заряда . . ....... ....... ..... 431
ГЛАВА 12. Классическая теория излучения .. ... .. ... 433
Первые открытия, касающиеся спектра ...... ..... 433
Принцип Доплера .... ....... ....... ..... 434
Связь испускания и поглощения спектральных линий . . . 435
Закон обмена Прево .. ....... ....... ..... 437
Бальфур Стюарт и Кирхгоф об испускании и поглощении.
Абсолютно черные тела .... ....... ..... 437
Внутренняя яркость поверхности . . ....... ..... 440
Закон Стефана и его доказательство Больцманом ..... 441
Введение волновых чисел Стонеем и Хартли... ..... 442
Обнаружение серии в спектре .... ....... ..... 443
Формула Больмера и постоянная Ридберга .... ..... 443
Серия щелочных металлов ...... ....... ..... 444
Комбинационный принцип Ридберга–Ритца ... ..... 446
Теоремы Вина об излучении абсолютно черного тела . . . 447
Равномерное распределение энергии по степеням свободы . 450
Закон Рэлея об излучении абсолютно черного тела .... 452
ГЛАВА 13. Классическая теория в эпоху Лоренца .. .. .
. 455
Теория Стокса об эфирном движении вблизи движущихся
тел . . ....... ....... ....... ..... 455
Астрономические явления, связанные со скоростью света . 457
Решающие опыты, касающиеся оптики движущихся тел . . 459
Электронная теория Лоренца ..... ....... ..... 462
Скалярныйивекторный потенциалы в теорииЛоренца . . 463
Потеря энергии при излучении от движущегося заряда . . 466
Теория диэлектриков Лоренца .... ....... ..... 467
Опыт Рентгена с диэлектриком, движущемся в электростатическом
поле ... ....... ....... ..... 470
Электронная теория дисперсии .... ....... ..... 472
Вывод формулы Френеля изтеории электронов . ..... 474
Экспериментальное подтверждение гипотезы Лоренца . . . 475
Фитцджеральд объясняет опыт Майкельсона ... ..... 477
Научный труд Лоренца 1895 года .. ....... ..... 477
Стр.12
Оглавление
13
Модификация формулы Френеля ... ...... ..... 478
Местное время Лоренца . ....... ...... ..... 478
Выражение потенциалов черездискретные электронные заряды
.. ....... ....... ...... ..... 480
Два скалярных потенциала ....... ...... ..... 482
Эффект Зеемана ..... ....... ...... ..... 484
Теория Лоренца об эффекте Зеемана . ...... ..... 484
Результаты опытов не совпадают с этой теорией . ..... 487
Связь эффекта Зеемана с магнитным вращением света . . 487
Оптические свойства металлов ..... ...... ..... 490
Электронная теория металлов ..... ...... ..... 492
Термоэлектроника ..... ....... ...... ..... 499
Именной указатель .. .. ... .. ... .. .. ... .. . 504
Стр.13