Поэма об электромагнетизме

   Мои друзья-гуманитарии часто не подозревают, какой чудесный мир существует за пределами их интересов - мир физических явлений и математических уравнений, их описывающих. Вот в заголовке уравнения Максвелла, написанные (правда, в более громоздкой форме) полторы сотни лет назад великим шотландским физиком и математиком Джеймсом Кларком Максвеллом. Посмотрите, какой они удивительной красоты и стройности. И при всей их предельной лаконичности они охватывают всё разнообразие электромагнитных явлений в природе. Давайте разберёмся, что здесь написано. Это очень просто.
      В первой строке написано, что электрическое поле создаётся электрическим зарядом, и в том месте, где находится этот заряд, силовые линии поля расходятся во все стороны радиально. И всё! Правда ведь, как всё просто?
      Во второй строке написано, что "магнитных зарядов" в природе не существует, и магнитные поля имеют "вихревую" структуру: их силовые линии замкнуты, это кольца. Тоже очень просто!
      В третьей строке написано, что всякое изменение магнитного поля порождает электрический ток в замкнутом проводящем контуре, охватывающем магнитный поток. Чуть сложнее для понимания, но вспомните школьный опыт, когда вы махали магнитом около проволочной петли, в которую был включён гальванометр. Не делали этого опыта? Жаль! Мы делали в седьмом классе.
      И наконец, четвёртая строка. Первый член уравнения говорит о том, что вокруг провода с электрическим током возникает магнитное поле кольцевой структуры, описанное во второй строке. Наверное вы делали в школе такой опыт: перемещали магнитный компас вокруг провода с током, и стрелка компаса всё время устанавливалась боком к проводу. Тоже седьмой класс.
      А вот второй член последнего уравнения говорит о таком явлении, которое для многих из вас может оказаться неожиданным и не очень понятным: что электрический ток может протекать не только по проводнику, но и в непроводящей среде, даже в вакууме! Это действительно довольно сложно себе представить, потому что нам в школе долбили "электрический ток есть упорядоченное движение зарядов по проводнику". Но тут ни проводников, ни зарядов, а ток течёт! Придётся вам смириться с представлением, что происходит какое-то неосязаемое, неощутимое изменение электрического состояния среды - и это тоже электрический ток. Максвелл назвал его "током смещения" - что-то сместилось, сдвинулось в среде. Это не математическая фикция: ток смещения реально порождает магнитное поле точно так же, как и ток, протекающий по проводнику. Обратите внимание, что постоянных токов смещения не бывает, они существуют только в виде изменения в среде.
      Здесь начинается самое интересное. Если в пространстве существуют токи смещения, то они создают вокруг себя вихревые магнитные поля, изменяющиеся вместе с токами. Но всякое изменение магнитного поля порождает охватывающие его вихревые (замкнутые кольцами) токи смещения, а те, в свою очередь, новые вихревые магнитные поля. И вся эта сказка про белого бычка распространяется во все стороны со скоростью света, потому что символ "с" в последнем уравнении - это и есть скорость света, равная 300 000 км с секунду. То есть в каждой точке пространства, через которую протекает ток смещения, возникает электромагнитная волна сферической формы. И таким густым клубящимся "туманом" всех цветов радуги из точечных источников электромагнитных волн широчайшего спектра частот заполнен весь наш мир! Удивительная картина! Но опять-таки наверное хорошо, что мы лишены способности её видеть. Всё к лучшему!