Притяжение и отталкивание

Притяжение и отталкивание. Представим себе два тела А и В. Среда, окружающая эти тела (если она есть), пусть кажется нам находящейся в покое. Если при этих условиях обнаруживается, что на тело А действует сила по направлению к В, а на В равная сила по направлению к А, то мы говорим, что тела А и В притягиваются. При наличности сил, имеющих направление, обратное вышеупомянутому, мы говорим, что тела отталкиваются. Явления притяжения и отталкивания принадлежат к числу наиболее распространенных в природе. Перечислим важнейшие случаи притягательных и отталкивательных взаимодействий.

1) Пульсирующая или колеблющиеся тела, погруженные в жидкость. Пусть имеем два пульсирующие (т. е. периодически сжимающиеся и расширяющиеся) или же маятникообразно колеблющиеся шарика, погруженные в жидкость. Гидродинамическая теория согласно с опытом показывает, что такие два шарика притягиваются обратно пропорционально квадрату расстояния, если колебания их согласны, и отталкиваются по тому же закону, если колебание одного в каждый момент противоположно колебанию другого.

2) Плавающие тела. Всякий замечал, что легкие тела, как воздушные пузырьки, щепки, соломинки, плавая на поверхности воды, собираются в группы или стремятся к краям заключающего воду сосуда. Такое притяжение замечается на каждой паре тел, смачиваемых жидкостью, равно как и на каждой паре тел не смачиваемых; если же одно тело смачивается, а другое нет, то они как бы взаимно отталкиваются. Все эти явления объясняются поверхностным натяжением жидкости и от него зависят. 3) Магниты и электрические токи и 4) наэлектризованные тела (см. магнетизм и электричество). 5) Наконец, наиболее распространенный случай притяжения — так называемое ньютоново тяготение. В самом общем виде закон Ньютона формулируется так: всякая частица материи во вселенной притягивает всякую другую с силой, которой направление указывается прямой, соединяющей обе частицы, а величина прямо пропорциональна произведению масс частиц и обратно пропорциональна квадрату их расстояния. Наиболее блестящее подтверждение закона Ньютона представляют движения небесных тел; прилагая к ним закон тяготения, можно считать их за материальные точки, вследствие огромности существующих между ними расстояний; как первое следствие такого приложения, получаются законы, найденные эмпирически Кеплером (см. XXXII, 299). Но и помимо этого, закон тяготения неоднократно проверялся на земных телах. Так, Маскилайн и другие измеряли отклонение отвеса от вертикальной линии под действием отдельно стоящих гор, масса которых была приблизительно известна; Кавендиш и др. при помощи крутильных весов исследовали притяжение металлических шариков большими (свинцовыми) шарами; Жолли измерял кажущееся увеличение веса тела, обусловленное действием свинцовой массы, помещенной под чашкой весов, па которой лежит тело, и т. д. Взгляды на сущность притяжения материальных,  магнитных и электрических масс в точение 2 ½  столетий служили предметом горячих споров между учеными. Из них одни не считали нужным или, по крайней мере (в их время), возможным объяснять притягательные и отталкивательные явления при помощи представлений о каком-нибудь «более понятном» механизме; к точке зрения такого «действия на расстоянии» (actio in distans) фактически склонялся и сам Ньютон. С другой стороны, иные, исходя из того представления, что взаимодействие тел, соприкасающихся между собой, является наиболее понятным взаимодействием, прилагали усилия к тому, чтобы свести притяжение 3-го, 4-го, 5-го видов к случаям, когда взаимодействие обусловливается присутствием промежуточной среды, передающей давления и натяжения (как это имеет место для 1-го и 2- го случаев нашего перечня). Стоя на такой точке зрения, исстари и до настоящего времени многие выставляли тезис: «тело не может действовать там, где его нет», забывая, что совершенно не очевидна возможность действительного соприкосновения между телами, которые нам кажутся соприкасающимися (ведь все тела нам кажутся в мельчайших частях сплошными, тогда как более глубокое рассмотрение их свойств заставляет считать их строение прерывистым — атомическим), поэтому, если ради устранения идеи действия на расстоянии мы воображаем  материальную среду, передающую его, то этим мы, быть может, лишь вместо действия на большем расстоянии и подставляем ряд действий на малых расстояниях между частями среды, а при этом условии наша цель осталась бы недостигнутой. В сущности, как точка зрения приверженцев actionis in distans, так и противоположная ей обладают  одинаковой равноправностью, пока приводят к следствиям, согласующимся с опытом. Этим объясняется, почему история физики в течение последних 250 лет представляет периодическую смену отношений ученого мира к обеим теориям: от Декарта до Ньютона тяжесть, магнитные взаимодействия объясняются посредством мирового эфира и вихрей в нем; в XVIII веке actio in distans получает решительный перевес; из знаменитостей того времени только Эйлер и Ломоносов защищают эфир, но без успеха. Эксперименты Кулона, теории Лапласа, Пуассона способствуют самому пышному расцвету теории действия на расстоянии в начале XIX в.  Отсюда уже начинается ее упадок. Фарадей, У. Томсон, усовершенствовавший идеи Фарадея Максвелл объясняют электромагнитные явления участием промежуточной среды, и как  в начале XVIII в. британской школе физиков принадлежал первый шаг в возведении стройного здания теории actionis in distans, так и теперь английская школа прежде других воздвигает и принимает новое учение. Опыты Герца (1888) заставляют присоединиться к новой теории весь ученый мир; но в то же время всеобщее внимание привлекается новым взглядом на растворы, теорией электролитической диссоциации (см. электрохимия), и эти теории, в связи с экспериментальными и теоретическими исследованиями движения электричества в газах, приводят к идее о возможности конструировать весь материальный мир из электрических атомов (электронов), одаренных притягательными и отталкивательными силами; таким образом actio in distans опять вступает в свои права. Обращаемся к рассмотрению механизмов, предложенных для объяснения различных классов явлений притяжения. Электромагнитные явления. Фарадей нашел, что плоскость поляризации светового луча, пущенного в прозрачной среде вдоль магнитного поля, поворачивается на некоторый угол.

У. Томсон заключил отсюда, что передача магнитной силы сопряжена с вращательным движением мельчайших частиц среды. Представление о механизме такого рода было подробнее развито Максвеллом. По Максвеллу, магнитные силовые линии суть эфирные вихри. Поэтому, если мы, например, имеем южный магнитный полюс А (см. рис.) в однородном магнитном поле NS, то вихри этого поля и вихри, принадлежащие полюсу А, будут друг друга усиливать слева от А, а ослаблять справа. Так как вследствие развивающейся при вращении центробежной силы вихри тянут полюс по своему направлению, то тяга слева возьмет верх над тягой справа — полюс А станет двигаться налево. Подобным же образом толкует Максвелл взаимодействие токов. Объяснение электростатических взаимодействий менее удовлетворительно; но во всяком случае Максвеллу удалось открыть путь для объяснения роли среды в случае сил, которые, изменяясь обратно пропорционально квадрату расстояния, являются притягательными для тел разных наименований и отталкивательными — для тел одного наименования.

Рис.

Тяготение. Сила тяготения существенно отличается от сил электрических и магнитных, ибо здесь нет тел отталкивающихся. (Впрочем, некоторые ученые допускают существование во вселенной «отрицательных масс», которые обнаруживают отталкивание по отношению к обыкновенной, знакомой нам материи; легко понять, почему опыт не указывает нам существования этих отрицательных масс: вследствие отталкивательного взаимодействия с нашей материей они находятся на чрезвычайно больших расстояниях от обитаемой нами системы и потому недоступны наблюдению). Для объяснения силы тяготения были предложены различные теории. Из теорий механических наибольшей простотой отличается опубликованная в 1782 г. теория Лесажа (в общих чертах предвосхищенная в 1748 г. Ломоносовым), состоящая в следующем: пространство заполнено летающими по всем направлениям «замировыми тельцами», которые приходят к нам из отдаленнейших, совершенно неизвестных нам частей вселенной. Эти тельца столь малы, что чрезвычайно редко сталкиваются между собой; напротив, столкновения их с частицами «весомых» тел происходят в большом числе. Тело, помещающееся в пространстве вне соседства с другими телами, будет испытывать со стороны замировых телец толчки по всем направлениям в одинаковой мере, поэтому не получит преобладающего импульса в какую-нибудь сторону. Если же в пространстве имеются два тела, то каждое из них будет заслонять от другого известную часть телец; на стороны тел, обращенные друг к другу, будет производиться тельцами давление более слабое, чем на другие стороны: поэтому тела получат импульс к взаимному сближению. Кажущуюся силу притяжения тел можно вычислить. Она оказывается обратно пропорциональной квадрату расстояния тел и прямо пропорциональной произведению площадей их сечений, нормальных к расстоянию между телами. Чтобы этот закон совпал с законом ньютонова тяготения, надо воображать весомые тела построенными так, чтобы их «истинные» поверхности (т. е. суммы поверхностей мельчайших элементов, составляющих их) были пропорциональны массам. Лесаж показывает, что для этого достаточно считать атомы весьма пористыми для замировых телец. Теория Лесажа разрабатывалась и совершенствовалась Изенкраэ, Яролимеком и др. В настоящее время ученые предпочтительно склоняются к электромагнитному объяснению тяготения. Согласно общепринятому воззрениио, материальный атом состоит из положительных и отрицательных электрических зарядов, связанных между собой силовыми линиями; если налицо имеются два атома, то некоторые силовые линии, исходящие из первого, будут заканчиваться на втором, и наоборот; таким образом между ними получится притягательное взаимодействие.

А. Бачинский.