Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyce. Wojciech Sady

w innych celach – zbudowanie elektromagnesów. Tego, że trzech badaczy prawie w tym samym czasie i pracując niezależnie – Zantedeschi, Faraday i James – odkryło indukcję elektromagnetyczną, nie należy więc uważać za wynik przypadkowego zbiegu okoliczności. Trudno też wyobrazić sobie, że gdyby ci trzej badacze zaprzestali w roku, powiedzmy, 1825 prowadzenia badań, to indukcji elektromagnetycznej nie odkryłby wkrótce ktoś inny.

      3.7. Siły elektryczne według Webera

      Eksperymentalne prace Ampère’a i Faradaya miały charakter głównie jakościowy, a jeśli już prowadzali oni pomiary, to mało dokładne. Co więcej, nie przeprowadzali – bo nie było to wówczas w zwyczaju – rachunku błędów. Ta sytuacja zaczęła się zmieniać głównie za sprawą Niemców. (Wcześniej na niemieckich uniwersytetach uczono jedynie elementów fizyki; ok. 1830 uruchomiono na szeregu z nich profesjonalne seminaria fizyczne i zaczęto szkolić kadry dla przyszłych badań). Gdy Adrien-Marie Legendre w 1806 ogłosił podstawy metody najmniejszych kwadratów, matematyk i astronom Carl Friedrich Gauss stwierdził, że używał jej dziesięć lat wcześniej. Gauss w latach 1830., wraz Wilhelmem Weberem, przeprowadził szereg precyzyjnych pomiarów sił elektrycznych i magnetycznych. W 1845 na tej podstawie Franz Neumann sformułował prawa rządzące zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej. Oparł je m.in. na zasadzie, że indukcja zależy tylko od względnych ruchów magnesów i przewodników – w przeciwnym razie ruch Ziemi wywoływałby prądy indukcyjne w przewodnikach znajdujących się w sąsiedztwie magnesów. Unikał spekulacji na temat natury prądu elektrycznego, w jego wzorach występowały tylko wielkości mierzalne eksperymentalnie.

      W 1835 Gauss stwierdził, że jeśli prąd elektryczny jest ruchem elektryczności, to stąd, w koniunkcji z (1.1) i wynikami eksperymentów, wynika, iż siły elektryczne zależą nie tylko od odległości między ładunkami, ale też od ich względnych prędkości. W 1845 Fechner przyjął, że prąd elektryczny polega na jednoczesnym ruchu fluidu szklanego i żywicznego w przeciwnych kierunkach z tą samą prędkością. Będąc słabym matematykiem, nie był w stanie wyprowadzić wzorów na siły między porcjami fluidów. Weber był zarówno znakomitym eksperymentatorem, jak i teoretykiem i w 1846 wywnioskował z hipotezy Fechnera, praw mechaniki i wyników eksperymentów wzór na siłę między ładunkami elektrycznymi e i e′:

(3.3)

      gdzie a – stała będąca odwrotnością pewnej prędkości. (Wkrótce Weber zamienił ją na 1/v). Miała to być siła centralna, działająca wzdłuż linii łączącej naelektryzowane cząstki. Jeśli pozostają one względem siebie nieruchome, to drugi i trzeci człon w nawiasie są równe zeru i otrzymujemy siłę Coulomba. Drugi człon wyjaśnia zjawiska zbadane przez Ampère’a: jeśli ładunki poruszają się względem siebie, to działają między nimi dodatkowe siły. Jeśli natężenie prądu w jednym z obwodów się zmienia – a zatem ładunki ulegają przyspieszeniu – to niezerową wartość zyskuje trzeci człon w nawiasie, co wyjaśnia zjawisko indukowania prądów. Weber od razu odpowiedział na cisnący się na usta zarzut dziwaczności założenia o zależności sił od prędkości i przyspieszeń:

      Prawo zależności sił od danych związków fizycznych nazywa się fundamentalnym prawem fizyki i, zgodnie z celami fizyki, ma ono dostarczyć nie wyjaśnienia sił na podstawie ich prawdziwych przyczyn, a jedynie jasno przedstawionej i użytecznej ogólnej metody ilościowego wyznaczania sił, zgodnie z podstawowymi miarami ustalonymi w fizyce dla przestrzeni i czasu. Dlatego z punktu widzenia fizyki nie można obruszać się na fakt, że siła została przedstawiona jako funkcja związku zależnego od czasu, bardziej niż można by się obruszyć na to, że przedstawiono ją jako funkcję odległości, ponieważ związek zależny od czasu jest wielkością mierzalną tak samo, jak odległość (Weber 1846, § 20).

      Dodajmy, że założenia Fechnera, na których Weber oparł obliczenia, nie były całkiem dowolne. Z doświadczenia wiedziano, że przepływ prądu elektrycznego nie wywiera siły na ciała naelektryzowane nieruchome względem obwodu. Siła wyrażona przez (3.3) przyjmie w takich przypadkach wartość zerową tyko pod warunkiem, że jednocześnie w ruchu znajdują się elektryczność dodatnia i ujemna, zaś ich ilości są odwrotnie proporcjonalne do kwadratu prędkości. Założenie, jakie przyjął Fechner, to najprostszy przypadek spełniający ten warunek.