Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyce. Wojciech Sady

i rodzaju substancji, z jakiej został wykonany. Ogłoszone w 1827, zostało parę lat później dokładnie potwierdzone przez Gustava Fechnera – jednak nawet wtedy nie wszyscy je zaakceptowali.

      Faraday po 1831 poświęcił się badaniom nad elektrolizą. Zdawał sobie sprawę z tego, że jeśli hipoteza atomistyczna jest prawdziwa, to wykryte przez niego prawidłowości każą sądzić, iż z każdym atomem związana jest stała porcja elektryczności – stanowczo jednak takich twierdzeń nie wygłaszał. Z dużą dokładnością potwierdził zasadę zachowania ładunków elektrycznych. Systematycznie badał wpływ obecności dielektryków na pojemność kondensatorów.

      Prac Henry’ego najwyraźniej w Anglii nie czytano. Zjawisko samoindukcji zostało ponownie odkryte przez Williama Jenkina, a przebadane i opisane przez Faradaya w 1835.

      Uzyskane wyniki od czasu do czasu pobudzały Faradaya do spekulacji, które zwykle – z uwagi na brak formalnego wykształcenia w zakresie fizyki i chemii, a także nieznajomość matematyki – przybierały dziwaczne formy. Wyobrażał sobie np., że siły elektryczne rozchodzą się wprawdzie na odległość, ale tylko między sąsiadującymi cząstkami ośrodka; w rezultacie siła, jaką obserwujemy między odległymi ciałami, jest wynikiem łańcucha oddziaływań lokalnych. Spekulował też, że rzekomo odpychające siły elektryczne powstają wskutek przyciągania przez ciała znajdujące się po przeciwnej stronie. To, co uważamy za ładunek zgromadzony w przewodniku, traktował tu i ówdzie jako zakończenie linii, wzdłuż których następuje deformacja ośrodka otaczającego – a wobec tego to ośrodek, a nie ciała ważkie, byłby siedliskiem elektryczności. Opisując wyniki badań nad wyładowaniami w rozrzedzonych gazach, które przybierały formy iskier lub poświat o rozmaitych kształtach, pisał o liniach indukcji elektrycznej, analogicznych do linii prądów czy linii sił magnetycznych. Podkreślał wprawdzie tu i ówdzie, że takie pojęcia są raczej wygodnymi narzędziami opisu niż obrazami rzeczy samych w sobie, niemniej w miarę upływu lat interpretował je coraz bardziej realistycznie. Choć odkrycia eksperymentalne Faradaya budziły powszechne uznanie, to tego typu rozważania natrafiały na mur niezrozumienia.

      W 1841 W. Thomson ogłosił artykuł o analogiach między wzorami opisującymi rozchodzenie się ciepła w jednorodnych ciałach stałych a elektrostatyką: wzór na rozkład temperatury w zależności od wydajności źródeł ciepła i odległości miał identyczną strukturę ze wzorem na potencjał elektryczny w zależności od wielkości ładunków i odległości. Thomson był przekonany, że siły elektryczne działają na odległość i z niechęcią odnosił się do uwag Faradaya o liniach sił. Ale teoria rozchodzenia się ciepła opisywała właśnie zjawiska przebiegające między sąsiadującymi punktami. Nagle w 1843 zrozumiał, że obrazy kreślone przez Faradaya są na swój sposób spójne, a linie sił elektrycznych odpowiadają liniom, po jakich rozchodzi się ciepło.

      Pobudzony przychylną reakcją Thomsona, Faraday powrócił do badań, które kilka lat wcześniej zawiesił, wyczerpany pracą i zniechęcony nieporozumieniami. W 1845 zaobserwował skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła przechodzącego przez szkło ołowiowe umieszczone między biegunami silnego elektromagnesu. Zgodnie z zasadą systematyczności zaczął wypróbowywać inne substancje i stwierdził, że podobnie działają na światło m.in. woda, alkohol i sól kamienna.

      W trakcie tych badań odkrył, że wiele substancji – szkło ołowiowe, woda, alkohol, siarka, bizmut czy miedź – jest wypychanych z obszaru działania sił magnetycznych. Nazwał te substancje diamagnetykami. Stwierdził też, że niektóre substancje są wciągane między bieguny elektromagnesu. Te nazwał paramagnetykami. Opisując takie zjawiska, obszar wokół magnesu lub prądu elektrycznego określił mianem pola magnetycznego. Niechętny koncepcji eteru zaczął spekulować, że światło polega na poprzecznych drganiach linii sił pola. Ale, podkreślmy to raz jeszcze, takie spekulacje przechodziły bez echa.

      Po raz kolejny okazało się, że odpychanie bizmutu przez magnes spostrzegł i opisał już w 1778 Anton Brugmans. Przed Faradayem donosili o tym Antoine H. Becquerel, Seebeck i inni. Żaden z nich nie podjął jednak nad tym zjawiskiem systematycznych badań, nie może więc być uznany za odkrywcę diamagnetyzmu. Pojedyncze obserwacje, niepowiązane z innymi udanymi zastosowaniami przyjętych teorii, o niczym na dobrą sprawę nie świadczą.

      W 1847 Thomson, w związku ze wspomnianymi analogiami, zapisał równanie

(3.2)

      gdzie α w teorii ciepła oznacza przewodność cieplną, a w elektrostatyce stałą dielektryczną, V to odpowiednio temperatura lub potencjał elektryczny. (3.2) jest – przy oczywistych założeniach fizycznych – równoważne prawu Coulomba (1.2), a bezpośrednio otrzymuje się z niego jedno z równań Maxwella. Na tym etapie W. Thomson definiował używane pojęcia czysto operacyjnie, wzbraniał się zaś przed spekulacjami na temat ukrytej natury elektryczności i magnetyzmu. Odkąd ok. 1850 stał się zwolennikiem kinetycznej teorii ciepła, zaczął jednak spekulować na temat ogólnej teorii materii i eteru – co tutaj pominiemy.

      3.6. KOMENTARZ: Odkrycia „przegapione”

      W trzech ostatnich paragrafach zetknęliśmy się ze zjawiskiem, z jakim wielokrotnie będziemy mieć do czynienia poniżej (zob. §§ 4.2, 6.7, 6.9, 6.15): gdy już dokonano ważnego odkrycia eksperymentalnego, często okazywało się, że inni już coś takiego widzieli – a jakby nie zobaczyli. Zapewne wspomniane epizody stanowią jedynie wierzchołek góry lodowej – bo w tych przypadkach zachowały się jednak jakieś zapisy, relacje świadków, wspomnienia. A zatem coś zobaczono, tyle że wzięto to za coś innego niż było – z punktu widzenia przyszłych pokoleń badaczy – lub za coś, czego nie warto uczynić przedmiotem systematycznych badań. Przypadków, gdy coś widziano, ale w ogóle nie zauważono lub kompletnie zignorowano, było zapewne o wiele więcej.

      Te przypadki znakomicie ilustrują sformułowane w § 1.2 tezy o czynnej roli naukowego obrazu świata w procesie widzenia. Widzenie polega na rozpoznawaniu w strumieniach wrażeń przyswojonych wcześniej form. A gdy potrzebnych – z punktu widzenia przyszłych badaczy – form nie ma, to albo sygnały docierające do zmysłów zostają zignorowane, albo wtłacza się je w którąś z form, jakimi się dysponuje.

      Najwyraźniej Ørsted ujrzał elektryczny konflikt działający na igłę magnetyczną tam, gdzie Gautherot, Laplace czy Biot widzieli coś innego, gdyż należał zarazem do wspólnoty myślowej Schellingowskich filozofów przyrody, a to kazało mu szukać podobieństw między zjawiskami różnego – na pozór – rodzaju.

      Ampère dostrzegł siły między prądami, gdyż pobudziło go doniesienie Ørsteda. Skoro magnes działa na magnes, a prąd działa na magnes, to może prąd działa na prąd? Ale gdy zobaczył coś, co dzisiejszy fizyk automatycznie rozpozna jako przypadek indukowania prądów, to swoją obserwację niemal zignorował. Zignorowali ją też ci, do których dotarły lakoniczne o niej wzmianki. Gdy Ampère dowiedział się o odkryciu indukcji elektromagnetycznej, pisał do La Rive’a:

      Faktem jest, że w 1822 roku my pierwsi uzyskaliśmy prąd elektryczny przez wpływ czy indukcję, jak to nazywa pan Faraday, kiedy to przepuszczaliśmy prąd w cewce otaczającej cienki pierścień zawieszony na nici jedwabnej; efekt ten ujawnił się jako odpowiednio przyciąganie lub odpychanie przez silny magnes podkowiasty […]. Na nieszczęście ani Pan, ani ja nie pomyśleliśmy o analizie tych zjawisk i wyciągnięciu wszystkich wniosków (cyt. za Taton 1957: 136).

      Podobnie Arago i inni wprawdzie dostrzegli, że tarcza wykonana z metalu niemagnetycznego wygasza drgania igły kompasu, ale nie