Опыт с силовыми линиями
В этом опыте каждый кусочек опилок представляет собой небольшой магнит. Разноимённые полюсы, принадлежащие различным зёрнышкам, притягивают друг друга и сцепляются один с другим, и множество опилок прилипает к полюсам магнита, т. е. к концам ряда опилок. Этим путём опилки, вместо того чтобы образовать на бумаге спутанную систему точек, располагаются рядами — зёрнышко к зёрнышку, пока не составятся из них длинные волокна, показывающие своим направлением расположение силовых линий в каждой части поля.
Математики не видят в этом опыте ничего, кроме способа обнять одним взглядом направления в различных местах равнодействующей двух сил, направленных к каждому полюсу магнита; несколько сложный результат простого закона силы.
Но Фарадей, идя целым рядом ступеней, замечательных как своей геометрической определённостью, так и своим умозрительным остроумием, сообщил этой концепции силовых линий ясность и точность, далеко оставляющие за собой ясность и точность, каковые математикам удалось сообщить своим формулам.
Во-первых, силовые линии Фарадея не должно рассматривать в отдельности, они образуют у него систему, расположенную в пространстве определённым образом — так, что число линий, проходящих сквозь площадь, например, в один квадратный дюйм, даёт напряжение силы, действующей сквозь эту площадь. Таким образом становится возможным численное определение силовых линий. Сила магнитного полюса измеряется числом линий, из него выходящих; электротоническое состояние цепи измеряется числом линий, сквозь неё проходящих.
Во-вторых, каждая индивидуальная линия имеет непрерывное существование в пространстве и во времени. Когда кусок стали делается магнитом или когда электрический ток начинает течь, то возникающие силовые линии не остаются каждая на своём собственном месте, но по мере возрастания силы внутри магнита или тока появляются новые линии и постепенно распространяются вовне, так что вся система развёртывается изнутри, подобно Ньютоновым кольцам в нашем первом опыте. Таким образом каждая силовая линия сохраняет своё тождество в течение всего своего существования, хотя и её вид и размеры могут до некоторой степени изменяться.
У меня нет времени описывать методы, посредством которых каждый вопрос, относящийся к силам, действующим на магниты, или на токи, или к индукции токов в проводящих цепях, может быть решён рассмотрением силовых линий Фарадея. В этих случаях они никогда не могут быть забыты. Руководясь этим новым символизмом, Фарадей с математической точностью развил целую теорию электромагнетизма языком, свободным от математических вычислений, которая приложима как к самым сложным, так и к простейшим случаям. Но Фарадей не остановился на этом. От концепции геометрических силовых линий он перешёл к концепции физических силовых линий. Он заметил, что движение, которое стремится произвести магнитная или электрическая сила, несомненно таково, что стремится укоротить силовые линии и побуждает их раздвигаться в стороны. Таким образом, он открыл, что в среде имеет место некоторое состояние напряжений, проявляющееся в натяжении, подобном натяжению верёвки, в направлении силовых линий, соединённом с давлением во всех направлениях, к ним перпендикулярных.
Такова эта новая концепция действия на расстоянии, сводящая его к явлению такого же рода, как и действие на расстоянии, вызываемое натяжением верёвки и давлением стержня. Когда мускулы нашего тела приводятся в возбуждение стимулом, который мы способны прилагать к ним некоторым, неизвестным нам путём, то волокна стремятся укорачиваться и в то же время раздвигаться в стороны. В мускуле появляется состояние напряжения, и орган приходит в движение. Но такое объяснение мускульного действия далеко не полно. В нём ничего не говорится о причине возбуждения состояния напряжения, в нём не исследуются и силы сцепления, дозволяющие мускулам выдерживать это напряжение. Тем не менее тот простой факт, что вместо одного действия, относительно которого нам известны только причина и эффект на расстоянии, подставляется другого рода действие, непрерывно распространяющееся вдоль некоторой материальной субстанции, — уже один этот факт побуждает нас принять его как действительный вклад в наши познания о механике живых организмов.