Путешествие в космос - Электромагнетизм космических тел

12. Гипотеза САЗЕРЛЕНДА

Пожалуй, хронологически первой стала «гипотеза разделения зарядов», выдвинутая молодым тогда теоретиком Сазерлен-дом, приехавшим в Англию из Австралии. Гипотеза выглядела так: благодаря гравитации Земли в ее недрах происходит перераспределение зарядов; электроны вытесняются из глубинных областей планеты к ее поверхности, которая оказывается, таким образом, заряженной отрицательно, тогда как в центральной части появляется избыточный положительный заряд (вся планета предполагается электронейтральной, т.е. ее полный заряд, согласно Сазерленду, — нулевой).

Но Земля (как и все другие планеты и звезды) вращается и, стало быть, вместе с ней вращаются и перераспределившиеся заряды. Вращающийся же заряд есть круговой ток, а он порождает магнитное поле. Вот он — новый механизм, предлагаемый для объяснения магнетизма небесных тел!

Приходиться сказать, что гипотеза Сазерленда встретила весьма прохладный прием. И тому было несколько причин. Во-первых, само разделение зарядов не получало сколько-нибудь убедительного физического объяснения. Во-вторых (и это можно назвать главным), эта гипотеза не имела надежных экспериментальных оснований.

Против нее выдвигалось и такое возражение: даже если в Земле происходит разделение зарядов и они вращаются вместе с Землей, то ведь вместе вращается и находящийся на Земле наблюдатель; стало быть, по отношению к нему заряды покоятся, а покоящийся заряд, как известно даже школьнику, магнитного поля не порождает ...

В этом «опровержении» упущено главное: заряд не создает магнитного поля только в том случае, если и он, и наблюдатель покоятся относительно так называемой инерциальной, т.е. не имеющей ускорения системы отсчета, каковой связанная с вращающейся Землей система отсчета не является. В том, что покоящийся во вращающейся системе заряд магнитное поле создает, можно убедиться хотя бы на простом опыте. Если положить на вращающийся табурет (часто его называют «скамьей Жуковского») заряженный металлический обруч, а в центре обруча поместить магнитную стрелку, то легко заметить, что на стрелку действует магнитное поле, стремящееся ориентировать ее вертикально. При этом, заметьте, и заряды на обруче, и стрелка друг относительно друга покоятся.

Настоятельно нужен был эксперимент, и за его проведение взялся Петр Николаевич Лебедев.

Выдающийся русский физик-экспериментатор, первым подтвердивший на опыте вывод Максвелла о наличии светового давления, Петр Николаевич Лебедев родился в Москве 8 марта 1866 г. Увлекся физикой еще в юношеские годы, но доступ в университет для него как выпускника реального училища, а не гимназии, был закрыт. Поэтому он поступил в Московское высшее техническое училище. Впоследствии П.Н. Лебедев говорил, что знакомство с техникой оказалось очень полезным при конструировании экспериментальных установок.

В 1887г., не закончив технического училища, П.Н. Лебедев направился в Германию, в лабораторию известного физика А. Кундта. Лебедев вначале работал в Страсбурге, а затем в Берлине. В 1891г., написав диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссоти-Клаузиуса», он сдал экзамен на первую ученую степень.

По возвращении в Россию П.Н. Лебедев получил в Московском университете место ассистента в лаборатории профессора А. Г. Столетова.

Цикл выполненных у Кундта работ вошел в представленную П.Н.Лебедевым в 1900г. магистерскую диссертацию «О пондеромоторном действии волн на резонаторы», за которую ему сразу (случай исключительный!) была присуждена степень доктора физики. Вскоре Лебедев был утвержден профессором Московского университета.

Не без некоторого противодействия со стороны отдельных коллег П.Н. Лебедев начинает активно проводить экспериментальную работу. К тому времени он уже успел приобрести опыт и был известен как один из первых исследователей, опирающихся на теорию Максвелла. Еще в 1995г. он создал установку для генерирования и приема электромагнитного излучения с длиной волны в 6 и 4 мм, исследовал отражение, преломление, поляризацию, интерференцию и др.

В 1899г. П.Н. Лебедев при помощи виртуозных, хотя и выполненных скромными средствами опытов подтвердил теоретическое предсказание Максвелла о давлении света на твердые тела, а в 1907г. — и на газы. Это явилась важной вехой в науке об электромагнитных явлениях. Одному из видных физиков того времени У. Томсону (лорду Кельвину) принадлежат слова: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот < ... > Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».

Изучение давления света на газы побудило П.Н. Лебедева заинтересоваться происхождением хвостов комет.

Не ограничиваясь научно-исследовательской деятельностью, Лебедев уделял много сил созданию научной школы, которая существует до наших дней. К 1905г. в лаборатории уже было около двадцати молодых его учеников, которым суждено было сыграть видную роль в развитии физики в России. Из них уместно назвать, в первую очередь, П. П. Лазарева (1878-1942), который начал работать с Лебедевым в 1905г. и вскоре стал его ассистентом и ближайшим помощником. После смерти П. Н. Лебедева Лазарев стал руководителем его лаборатории, а в 1916 г. — директором первого Научно-исследовательского института физики в Москве, из которого вышли такие ученые как С. И. Вавилов, Г. А. Гамбурцев, А. Л. Минц, А. П. Ребиндер, В. В. Шулейкин, Э. В. Шпольский. Именем П.Н.Лебедева назван Физический институт Академии наук.

Эксперименты Лебедева требовали применения тщательно продуманной, порой довольно сложной механики. Это иногда порождало нелепые упреки, что у Лебедева «наука сведена до уровня техники». Уместно заметить, что сам П.Н. Лебедев считал заслуживающими самого серьезного внимания вопросы связи науки с техникой.

Последний цикл исследований Лебедева незаслуженно недооценен и поныне. Эти исследования имели целью проверку гипотезы Сазерленда.

Поняв, что центробежные силы должны, как и гравитационные, вызывать перераспределение зарядов, П.Н. Лебедев выдвинул простую, но, как всегда, блестяще остроумную идею: в лаборатории невозможно воспроизвести ту гравитационную ситуацию, которая существует в планетах, но центробежные силы должны вызывать действие, подобное действию сил тяготения. Поэтому при быстром вращении электрически нейтральных тел должно возникать, если верна гипотеза Сазерленда, магнитное поле. Именно такое «намагничивание вращением» и пытался Лебедев обнаружить на опыте.

Нужно заметить, что работа проходила в очень трудных условиях. В 1911г. П.Н. Лебедев вместе с другими прогрессивными преподавателями принял решение, в знак протеста против реакционных действий министра Кассо, оставить Московский университет, и очень тонкий опыт, который он проводил в подвале физического факультета, был в известной мере скомкан.

Искомого эффекта обнаружить не удалось ни самому Лебедеву, ни американским экспериментаторам Сванну и Лангакру, повторившим в 1928 г. его попытку. Лишь в 1984г. дубнинский физик Б. В. Васильев, в распоряжении которого уже была экспериментальная техника значительно более высокого уровня — сверхпроводящие экраны и сквиды (квантовые магнетометры), смог заметить, да и то лишь «признаки» этого эффекта.

Как теперь стало понятно, причина отрицательных результатов опытов Лебедева заключалась не в отсутствии эффекта, по крайней мере в условиях лабораторного эксперимента, а в недостаточной чувствительности установки: те оценки для магнитных полей, на которые он ориентировался и которые основывались на работах Сазерленда, оказались значительно завышенными.

В Городском университете имени Шанявского, где на частные средства П.Н. Лебедев создал новую физическую лабораторию, продолжить исследования он уже не успел. У него было больное сердце, и однажды, когда он, еще сравнительно молодым, греб на лодке, оно вдруг остановилось. Тогда удалось вернуть Петра Николаевича к жизни, но прожил он всего 48 лет.

Отрицательные результаты опытов Лебедева еще более усилили скептицизм по отношению к гипотезе Сазерленда, которая отошла на второй план, а потом и попросту почти забылась. В немалой степени этому способствовало и появление новой идеи, направленное на разрешение проблемы магнетизма космических тел. Выдвинутая английским теоретиком Джозефом Лармором, она вошла в науку как идея «гидромагнитного динамо».

<<<Назад Страница 14 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz