Введение
1873 книги Джеймса Клерка Максвелла
«Трактат об электричестве и магнетизме» – двухтомный труд по электромагнетизму, написанный Джеймсом Клерком Максвеллом в 1873 году. Максвелл пересматривал «Трактат» ко второму изданию, когда скончался в 1879 году. Пересмотр был завершен Уильямом Дэвидсоном Нивеном и опубликован в 1881 году. Третье издание подготовил Дж. Дж. Томсон для публикации в 1892 году. Считается, что «Трактат» чрезвычайно сложен для чтения, содержит множество идей, но лишен четкой направленности и систематичности, что могло бы способствовать его более легкому усвоению. Один из историков науки отметил, что стремление Максвелла создать всеобъемлющий труд по всей электрической науке зачастую скрывало важные результаты его работы под «подробными описаниями разнообразных явлений, рассматриваемых с различных точек зрения». Работа Максвелла рассматривается как образец научной риторики: уравнения Лагранжа предстают в «Трактате» как кульминация целой серии риторических приемов, включающих (в частности) теорему Грина, теорию потенциала Гаусса и линии силы Фарадея – все они подготовили читателя к лагранжевому представлению о целостном и взаимосвязанном естественном мире: коренному перевороту в сравнении с видением Ньютона.
Lagrange's equations appear in the Treatise as the culmination of a long series of rhetorical moves, including (among others) Green's theorem, Gauss's potential theory and Faraday's lines of force – all of which have prepared the reader for the Lagrangian vision of a natural world that is whole and connected: a veritable sea change from Newton's vision.
Содержание
Предварительно. Об измерении количеств. Часть I. Электростатика. Описание явлений. Элементарная математическая теория электричества. Об электрической работе и энергии в системе проводников. Общие теоремы. Механическое действие между двумя электрическими системами. Точки и линии равновесия. Формы эквипотенциальных поверхностей и линий тока. Простые случаи электризации. Сферические гармоники. Конфокальные поверхности второго порядка. Теория электрических изображений. Сопряженные функции в двух измерениях. Электростатические приборы. Часть II. Электрокинематика. Электрический ток. Проводимость и сопротивление. Электродвижущая сила между телами в контакте. Электролиз. Электролитическая поляризация. Математическая теория распределения электрических токов. Проводимость в трех измерениях. Сопротивление и проводимость в трех измерениях. Проведение через неоднородные среды. Проводимость в диэлектриках. Измерение электрического сопротивления проводников. Электрическое сопротивление веществ. Часть III. Магнетизм. Элементарная теория магнетизма. Магнитная сила и магнитная индукция. Частные формы магнитов. Индуцированная намагниченность. Магнитные задачи. Теория магнитной индукции Вебера. Магнитные измерения. Земной магнетизм. Часть IV. Электромагнетизм. Электромагнитная сила. Взаимное действие электрических токов. Индукция электрических токов. Самоиндукция. Общие уравнения динамики. Применение динамики к электромагнетизму. Электрокинетика. Исследование поля посредством вторичной цепи. Общие уравнения. Размеры электрических единиц. Энергия и напряжение. Токовые листы. Параллельные токи. Круговые токи. Электромагнитные приборы. Электромагнитные наблюдения. Электрическое измерение коэффициентов индукции. Определение сопротивления в электромагнитной мере. Сравнение электростатических и электромагнитных единиц. Электромагнитная теория света. Магнитное действие на свет. Электрическая теория магнетизма. Теории действия на расстоянии.
Elementary Theory of Magnetism. Magnetic Force and Magnetic Induction. Particular Forms of Magnets. Induced Magnetization. Magnetic Problems. Weber's Theory of Magnetic Induction. Magnetic Measurements. Terrestrial Magnetism. Part IV. Electromagnetism. Electromagnetic Force. Mutual Action of Electric Currents. Induction of Electric Currents. Induction of a Current on Itself. General Equations of Dynamics. Application of Dynamics to Electromagnetism. Electrokinetics. Exploration of the Field by means of the Secondary Circuit. General Equations. Dimensions of Electric Units. Energy and Stress. Current Sheets. Parallel Currents. Circular Currents. Electromagnetic Instruments. Electromagnetic Observations. Electrical Measurement of Coefficients of Induction. Determination of Resistance in Electromagnetic Measure. Comparison of Electrostatic With Electromagnetic Units. Electromagnetic Theory of Light. Magnetic Action on Light. Electric Theory of Magnetism. Theories of Action at a distance.
Отзывы
24 апреля 1873 года журнал Nature объявил о публикации, сопроводив её подробным описанием и высокими похвалами. Когда второе издание вышло в 1881 году, Джордж Кристал написал рецензию для Nature. Пьер Дюгем опубликовал критическое эссе, в котором указал на ошибки, найденные в «Трактате» Максвелла. Книга Дюгема также была рассмотрена в журнале Nature.
Комментарии
Герман фон Гельмгольц (1881): "Теперь, когда математические интерпретации представлений Фарадея о природе электрической и магнитной силы были даны Клерком Максвеллом, мы видим, в какой степени точности и ясности были скрыты слова Фарадея. Удивительно видеть, что большое количество общих теорий, механический вывод которых требует высочайших математических способностей, он обнаружил своего рода интуицией, с уверенностью инстинкта, без использования единой математической формулы." Оливер Хевисайд (1893): "Что такое теория Максвелла? Первое приближение – сказать: есть книга Максвелла, как он ее написал; есть его текст и есть его уравнения: вместе они составляют его теорию. Но если присмотреться, то этот ответ окажется неудовлетворительным. Достаточно обратиться к работам физиков, написанным, скажем, в течение первых двенадцати лет после первой публикации трактата Максвелла, чтобы увидеть, что мнения относительно его теории могут сильно различаться. Она может и была истолкована по-разному разными людьми, что свидетельствует о том, что она изложена не в совершенно ясной и однозначной форме. В ней много неясностей и некоторые противоречия. Говоря за себя, я смог ясно увидеть ее только изменив форму ее представления, чтобы избежать этих противоречий. В развивающейся науке нет окончательности. Поэтому строго придерживаться теории Максвелла в том виде, в котором он представил ее миру, невозможно, хотя бы из-за ее неудобной формы. Александр Макфарлейн (1902): "Эта работа послужила отправной точкой для многих достижений последних лет. Максвелл – научный предок Герца, Герц – Маркони и всех, кто занимается беспроводной телеграфией." Оливер Лодж (1907): "Затем приходит Максвелл, с его проницательностью и широтой мышления, в сочетании с математической тонкостью и силой выражения; он усваивает факты, сочувствует философским, но ненаучным способам выражения, изобретенным Фарадеем, связывает теоремы Грина, Стоукса и Томсона с фактами Фарадея и из этого союза вырастает молодая современная наука об электричестве." Э. Т. Уиттакер (1910): "В этой знаменитой работе охвачены почти все отрасли теории электричества и магнетизма, но автор намеревался рассматривать все с единой точки зрения, а именно с точки зрения Фарадея, поэтому гипотезам, выдвинутым в течение двух предыдущих десятилетий великими немецкими электриками, уделялось мало или совсем не уделялось внимания. Доктрины, свойственные Максвеллу, не были введены в первом томе или в первой половине второго." Альберт Эйнштейн (1931): "До Максвелла люди представляли физическую реальность – настолько, насколько она должна представлять события в природе – как материальные точки, изменения которых состоят исключительно из движений, подчиняющихся уравнениям в полных дифференциалах. После Максвелла они стали представлять физическую реальность как непрерывные поля, не поддающиеся механическому объяснению, подчиняющиеся уравнениям в частных дифференциалах. Это изменение в представлении о реальности – самое глубокое и плодотворное, произошедшее в физике со времен Ньютона; но следует признать, что программа еще далеко не завершена." Ричард П. Фейнман (1964): "Если взглянуть на историю человечества в долгосрочной перспективе – скажем, с точки зрения десяти тысяч лет в будущем, – то нет сомнений в том, что самым значительным событием XIX века будет признано открытие Максвеллом законов электродинамики. Американская гражданская война покажется незначительной по сравнению с этим важным научным событием того же десятилетия." Л. Пирс Уильямс (1991): "В 1873 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал пространный и сложный двухтомный "Трактат об электричестве и магнетизме", который должен был изменить общепринятую картину физической реальности. Этот трактат сделал для электромагнетизма то, что "Математические начала натуральной философии" Ньютона сделали для классической механики. Он не только предоставил математические инструменты для исследования и представления всей электромагнитной теории, но и изменил саму основу как теоретической, так и экспериментальной физики. Хотя этот процесс шел на протяжении всего XIX века, именно эта работа окончательно вытеснила физику действия на расстоянии и заменила ее физикой поля." Марк П. Сильверман (1998): "Я изучал принципы самостоятельно – в данном случае, используя "Трактат Максвелла" и как вдохновение, и как учебник. Это опыт, который я не обязательно рекомендовал бы другим. Несмотря на его легендарную мягкость, Максвелл – требовательный учитель, и его magnum opus – далеко не журнальный столик."
E. T. Whittaker (1910): "In this celebrated work is comprehended almost every branch of electric and magnetic theory, but the intention of the writer was to discuss the whole from a single point of view, namely, that of Faraday, so that little or no account was given of the hypotheses that had been propounded in the two preceding decades by the great German electricians The doctrines peculiar to Maxwell were not introduced in the first volume, or in the first half of the second." Albert Einstein (1931): "Before Maxwell people conceived of physical reality – in so far as it is supposed to represent events in nature – as material points, whose changes consist exclusively of motions, which are subject to total differential equations. After Maxwell they conceived physical reality as represented by continuous fields, not mechanically explicable, which are subject to partial differential equations. This change in the conception of reality is the most profound and fruitful one that has come to physics since Newton; but it has at the same time to be admitted that the program has by no means been completely carried out yet." Richard P. Feynman (1964): "From a long view of the history of mankind—seen from, say, ten thousand years from now—there can be little doubt that the most significant event of the 19th century will be judged as Maxwell's discovery of the laws of electrodynamics. The American Civil War will pale into provincial insignificance in comparison with this important scientific event of the same decade." L. Pearce Williams (1991): "In 1873, James Clerk Maxwell published a rambling and difficult two volume Treatise on Electricity and Magnetism that was destined to change the orthodox picture of physical reality. This treatise did for electromagnetism what Newton's Principia had done for classical mechanics. It not only provided the mathematical tools for the investigation and representation of the whole of electromagnetic theory, but it altered the very framework of both theoretical and experimental physics. Although the process had been going on throughout the nineteenth century, it was this work that finally displaced action at a distance physics and substituted the physics of the field." Mark P. Silverman (1998) "I studied the principles on my own – in this case with Maxwell's Treatise as both my inspiration and textbook. This is not an experience that I would necessarily recommend to others. For all his legendary gentleness, Maxwell is a demanding teacher, and his magnum opus is anything but coffee table reading At the same time, the experience was greatly rewarding in that I had come to understand, as I realized much later, aspects of electromagnetism that are rarely taught at any level today and that reflect the unique physical insight of their creator.