Выбрать главу

Х. Дж. Уелс е придал конкретна форма на голяма част от тази митология в своя класически роман „Невидимия“, в който един учен в областта на медицината случайно открива тази способност на четвъртото измерение и става невидим. За съжаление той използва тази фантастична възможност за лична изгода, извършва поредица от дребни престъпления и накрая загива по време на отчаян опит да се изплъзне на полицията.

Уравненията на Максуел и тайната на светлината

Едва след работата в тази област на шотландския физик Джеймс Кларк Максуел, един от гигантите във физиката през XIX в., физиците започнали да разбират ясно законите на оптиката. В известен смисъл Максуел е пълна противоположност на Майкъл Фарадей. Докато Фарадей притежавал превъзходен експериментален инстинкт, но нямал каквото и да е официално образование — Максуел, който бил съвременник на Фарадей, бил експерт по висша математика. Той изпъкнал още като студент по математическа физика в Кеймбридж, където Исак Нютон бил работил преди два века.

Нютон бил създал математическия анализ, който получавал израз на езика на „диференциалните уравнения“ и който описва как обектите претърпяват лесно безкрайно малки промени в пространството и времето. Движението на океанските води, на течностите, газовете и гюлетата може да бъде изразено на езика на диференциалните уравнения. Максуел си поставил една ясна цел — да изрази революционните открития на Фарадей и неговите силови полета посредством точни диференциални уравнения.

Максуел започнал с откритието на Фарадей, че електрическите полета биха могли да се превръщат в магнитни полета и обратно. Той взел описанията на силовите полета от Фарадей и ги пренаписал на прецизния език на диференциалните уравнения, създавайки по този начин една от най-важните поредици от уравнения в модерната наука. Това е поредица от осем страховити на вид диференциални уравнения. Всеки физик и инженер в света трябва да се поти над тях, докато учи за електромагнетизма в гимназията.

След това Максуел си задал съдбоносния въпрос: ако магнитните полета могат да се превръщат в електрически и обратно, то какво ще стане, ако те постоянно се превръщат едно в друго в един вечен модел? Максуел открил, че тези електромагнитни полета биха създали вълна, която до голяма степен прилича на океанска вълна. За негово удивление той изчислил скоростта на тези вълни и установил, че тя съвпада със скоростта на светлината! През 1864 г., след като открил този факт, той написал пророчески следното: „Тази скорост е толкова близка до тази на светлината, че изглежда така, сякаш имаме силно основание да стигнем до заключението, че самата светлина… е електромагнитно смущение.“

Това било може би едно от най-големите открития в човешката история. За първи път тайната на светлината била разкрита. Изведнъж Максуел осъзнал, че всичко, като се почне от яркостта на слънчевия изгрев и се стигне до блясъка на залязващото слънце, ослепителните цветове на дъгата и непоколебимостта на звездите в небесата би могло да се опише чрез вълните, които той надраскал върху лист хартия. Днес разбираме, че целият електромагнитен спектър — от радара до телевизията, инфрачервената светлина, видимата светлина, ултравиолетовата светлина, рентгеновите лъчи, микровълните и гама-лъчите — не е нищо друго освен вълни на Максуел, които на свой ред представляват вибриращи силови полета на Фарадей.

Коментирайки значението на уравненията на Максуел, Айнщайн писал, че те са „най-важното и най-плодотворно събитие, което е преживяла физиката от времето на Нютон“.

(Трагично е обстоятелството, че Максуел починал на ранната възраст от четиридесет и осем години от рак на стомаха — вероятно същата болест, която погубила и майка му на същата възраст. Ако той бе живял по-дълго, може би е щял да открие, че неговите уравнения са допускали изкривявания на континуума пространство-време, които биха довели директно до теорията на относителността на Айнщайн. Зашеметяващо е да осъзнаем, че относителността е можела да бъде открита още по времето на Американската гражданска война, ако Максуел бе живял по-дълго.)

Теорията за светлината на Максуел и атомната теория дават прости обяснения на оптиката и невидимостта. В едно твърдо тяло атомите са свързани здраво, а в течност или газ молекулите са разредени. Повечето твърди тела са матови, защото светлинните лъчи не могат да преминават през гъстата матрица от атоми в едно твърдо тяло, която действа като тухлена стена. Много течности и газове, обратното, са прозрачни, тъй като светлината може да преминава по-лесно между големите пространства между техните атоми — пространство, което е по-голямо от вълновата дължина на видимата светлина. Например водата, алкохолът, амонякът, ацетонът, водородният прекис, бензинът и т.н. — всички те са прозрачни, каквито са и газове като кислорода, водорода, азота, въглеродния диоксид, метана и т.н.