мент и момент вращения), исходя из представления об электроне как о вращающемся вокруг своей оси заряженном шарике, потерпели неудачу: теория приводит к определенной зависимости’между характеризующими такой шарик величинами q, т, М и К, тогда как измеренные для электрона значения этих величин этой зависимости не удовлетворяют. Решение этого вопроса принесла работа Дирака (1928).
Оказалось, что последовательное применение основных положений теории относительности и квантовой механики приводит к заключению, что электроны, характеризуемые только определенной массой и определенным зарядом, должны двигаться и взаимодействовать между собой примерно так, как по классической теории они двигались бы и взаимодействовали бы в том случае, если бы помимо массы и заряда, они обладали еще магнитным и механическим моментами М и К. Вытекающие из дираковской теории значения этих величин М и К полностью согласуются с данными опыта. Таким образом можно сказать, что в спине электронов проявляется лишь своеобразие законов движения электронов.
От дальнейших успехов релятивистской квантовой механики можно ожидать ответа на фунт даментальнейший вопрос электронной теории: чем объясняется устойчивость и недробимость элементарных электрических зарядов? В доквантовый период физики много, хотя и бесплодно, дискутировался вопрос о том, что сдерживает отдельные элементы заряда электрона, не давая им разлететься под влиянием вза-г имного отталкивания. То обстоятельство, что электрон не является простым шариком, а обладает и волновой природой, существенно видоизменяет самую постановку этого вопроса.
Однако вопрос о том, как связана величина элементарного заряда с другими фундаменталь^ ными физическими величинами (скорость света, квантовая постоянная Планка и т. д.) и чем объясняется самое существование и устойчивость таких элементарных порций Э., во всяком случае нуждается в ответе, Еще до выяснения двойственной корпускул лярной и волновой природы электрона выяснилось, что и электромагнитное поле также обладает не только свойствами континуума (непрерывной среды), но и свойствами дискретными, Противоречия, к которым приводило применение классической (доквантовой) теории поля к вопросу о распределении энергии в спектре излучения нагретых тел по волнам различной длины, привели Планка (1900) к формулировке гипотезы квант. Классическая теория рассматривала электромагнитное* поле как чистый континуум. Считалось, что характеризующие поле величины (напряженности Е и JET) имеют определенное значение в каждой точке пространства и непрерывно меняются от точки к точке, что энергия поля непрерывно распределена по пространству с определенной объемной плотностью, непрерывно меняющейся от точки к точке, и т. д. Теория же квантов, в особенности в ее крайней форме — в виде т. н. гипотезы световых квантов (Эйнштейн, 1905), исходила из представления, что энергия электромагнитных волн (в частности световых) может излучаться, распространяться и поглощаться только вполне определенными дискретными порциями или квантами энергии.
Величина этих порций различна для волн различной длины и обратно пропорциональнаих длине. Таким образом и электромагнитное доле приобретало зернистую, атомистическую структуру. Некоторые (правда, немногочисленные) физики пытались даже определить геометрические размеры световых квант.
В пользу этой теории, говорило то обстоятельство, что лишь на ее основе удавалось понять и объяснить большой круг экспериментальных фактов преимущественно из области атомной физики. С другой стороны, в пользу классической концепции непрерывного электромагнитного поля неопровержимо свидетельствовали такие например явления, как интерференция и диффракция электромагнитных волн. Около 20 лет обе эти теории противостояли друг другу, причем каждая из них объясняла свой круг фактов, будучи бессильна в области применения другой теории. Новая квантовая механика и в этом вопросе, как и в вопросе о природе электрона, указала правильный путь синтеза обеих концепций электромагнитного поля, способного охватить весь круг известных нам фактов. Правда, в квантовой теории поля количество нерешенных вопросов и противоречий и их относительная важность значительно больше, чем напр. в квантовой теории атома в узком смысле слова. Решения этих вопросов мы опятьтаки должны ожидать от дальнейшего развитии релятивистской квантовой механики.
При всей чрезвычайной принципиальной важности и интересе вопроса о природе электрона и электромагнитного поля, о законах микрокосма и квантовой механики значительная часть учения об Э. может быть изложена вне связи с этими вопросами. Классическая,, т. е. доквантовая теория Э, несомненно правильно отображает громадный круг электромагнитных явлений, носящих макроскопический характер. Больше того, доквантовая электронная теория несомненно правильно устанавливает связь макроскопических явлений с электронной структурой весомых тел. Так. обр., ограничиваясь в дальнейшем кратким изложением основ доквантовой теории Э., мы не совершим значительных погрешностей против истины в кругу тех вопросов, к-рые этой теорией рассматриваются. Ибо хотя мы напр. в дальнейшем и будем рассматривать электрон как корпускулу, отвлекаясь от его волновой природы, однако результаты такого рассмотрения в пределах намеченного круга вопросов почти полностью совпадают с результатами последовательного применения квантовой механики Л II. Основные законы теории Э. в отсутствии диэлектриков и магнетиков.
Силы, действующие на заряды. Напряженность электромагнитного поля. Основной закон
электростатики, открытый Кулоном (1785), в современной формулировке гласит, что два. находящихся в вакууме неподвижных электрических заряда qr и q2, размеры к-рых достаточно малы по сравнению их взаимным расстоянием R (т. н. «точечные» заряды), действуют друг на друга с равными и противоположными силами притяжения или отталкивания, прямо пропорциональными qr и q2 и обратно пропорциональными квадрату R\ F-k^.
(4>.
Значение коэффициента пропорциональности 1$ определяется выбором единицы количества • Историческая часть настоящей статьи написана* группой работников института физики МГУ.
