Wszyscy jesteśmy indoktrynowani. Czy chcemy tego czy nie. Czasami to zauważymy, często jednak indoktrynacja jest subtelna i trudno ją zaobserwować na żywo. Osoby indoktrynujące zwykle nie robią tego ze złej woli. Wiem, bo sam, jako wykładowca, mam ten grzech na sumieniu. Zostałem zindoktrynowany, przejąłem się jakąś doktryną, przyjąłem ją jako głęboka prawdę .... i indoktrynowałem, z całym przekonaniem, innych. W każdej indoktrynacji może być nawet spora część prawdy. Ale są tam też haczyki, często niewidoczne, na które łatwo się załapać. Gdy się raz połknie jakiś haczyk, potem trudno się go pozbyć. Taka już jest haczyka natura, tak właśnie sprytnie jest skonstruowany.
Pisałem sporo o magnesach. I będę pisał więcej. Przyglądając się opiłkom żelaznym w pobliżu magnesów trudno nie odnieść wrażenia, że coś tam w przestrzeni otaczającej magnes jest.
Coś tym opiłkom każe układać się tak a nie inaczej. I tak powstało pojęcie pola. To pojęcie jest dziś bardzo rozpowszechnione i warto je poznać bliżej. Na początek proponuję omówienie filmu (ściślej: tylko jego połowy)
36 Mechanical Universe Vector Fields and Hydrodynamics
Jest to wykład dla studentów z Caltech, z prezentacją video. Gdy się to wrzuci w wyszukiwarkę – można znaleźć i sobie ściągnąć. Plik jest spory (345 MB), zwykle trzeba ściągać w dwóch częściach i te części potem łączyć. Wykład ten jest dość ciekawy, jest typowym przykładem tzw. „dobrej dydaktyki”. W dzisiejszej notce zaprezentuję nieco zrzutek z ekranu wraz krótkim omówieniem. Będzie to wprowadzenie w zagadnienia „pola” - tak jak jak to pojęcie jest dziś powszechnie przedstawiane studentom. Dobrze to wiedzieć.
Isaac Newton musiał zapostulować siły działające na odległość. Nie satysfakcjonowało to nikogo. Nawet najgorętszy wielbiciel Newtona, to znaczy sam Isaac Newton, był tym zakłopotany.
Potem, w XIX wieku, Michał Faraday wyobraził sobie linie sił, po czym Maxwell przekształcił ta ideę w pole sił i wreszcie wszyscy byli zadowoleni.
Tu następuje zbliżenie na tego studenta
Nie wygląda on na zadowolonego.
Wprowadzenie pola sił zmieniło wszystko. Dlaczego? Bo pole sił posiada obiektywną rzeczywistość.
Dla podkreślenia tego faktu, by wbić to studentom mocno w głowy, wykładowca musi nie tylko odpowiednio wytonować głos, lecz także zagestykulować rękami:
Wiemy na przykład, co się dzieje, gdy pole zaburzamy – wtedy pole propaguje falę – z prędkością światła:
Jednakże badania pól nie zaczęły się od magnetyzmu czy elektryczności. Zaczęły się studiowania hydrodynamiki badającej strumień płynącej wody.
Na planecie Ziemia ludzie badający zjawiska magnetyczne i elektryczne biorą inspirację z obserwacji płynącej wody:
Pole magnetyczne, elektryczne i płynąca woda mają wiele wspólnego.
Woda jednak nie jest prosta. Powstają w niej wiry:
Jednak samego płynięcia raczej nie widzimy. Widzimy efekty tego płynięcia. I tak samo jest z polami elektrycznym i magnetycznym. Nie widzimy tych pól, widzimy jednak ich efekty.
Patrząc na stateczek w wannie z której ścieka woda, możemy zaobserwować pole prędkości wody. Podobnie możemy zaobserwować kierunki sił działających na ładunek w polu elektrycznym oraz ustawienia namagnesowanej igły w polu magnetycznym. Samych pól magnetycznych i elektrycznych zobaczyć nie możemy. Jednakże obserwując ich efekty, możemy badać ich formę. Odkrywamy w ten sposób, że płynąca woda, pole elektryczne i pole magnetyczne są polami wektorowymi. Opisać je możemy przy użyciu matematyki.
Wszystkie pola wektorowe są posłuszne równaniom opisującym ich formy
Mamy więc strumień pola elektrycznego przez powierzchnię sfery:
Ten jest proporcjonalny do ładunku elektrycznego zawartego wewnątrz tej sfery. Ale dla pola magnetycznego strumień pola przez zamkniętą powierzchnię jest zawsze równy zeru:
Całka okrężna pola elektrycznego jest równa zeru:
Natomiast dla pola magnetycznego całka okrężna po zamkniętej drodze jest proporcjonalna do prądu elektrycznego przechodzącego przez tą drogę.
Nie bardzo to jest poprawne. Prąd elektryczny nie przechodzi przez drogę. Przechodzi raczej przez powierzchnię naciągniętą na tę drogę.
Te oto równania wyrażają zasady rządzące enigmatycznymi siłami elektryczności i magnetyzmu.
Dalej wprowadzamy pojęcie strumienia, na przykładzie płynącej wody. Objętość przepływającej wody przez daną powierzchnię w jednostce czasu jest proporcjonalna do pola tej powierzchni i do prędkości wody.
Podobnie wprowadzamy pojęcie strumienia pola elektrycznego przez powierzchnię:
Dla pola magnetycznego jego strumień przez powierzchnię jest równy „liczbie linii pola magnetycznego przecinającego tą powierzchnię” liczonych z odpowiednimi znakami zależnie od tego czy dana liczba wchodzi do wnętrza czy wychodzi z niego.
To tyle na dziś z tego wykładu. A jak inni na te rzeczy patrzą?Hannes Alfvén otrzymał nagrodę Nobla za swe prace w dziedzinie magnetohydrodynamiki w roku 1970.
Fala van Alfvena
W swym wykładzie (tu, str 308-309), z okazji otrzymania nagrody Nobla, tak mówił m.in.
„Fizyka plazmy to miejsce zabaw dla teoretyków, którzy nigdy nie widzieli plazmy w laboratorium. Wielu z nich wciąż wierzy w formuły o których wiemy z doświadczeń laboratoryjnych, że są fałszywe (...) Podstawowe założenia na których te teorie się opierają nie mają zastosowania w warunkach przeważających w przestrzeni kosmicznej. [Teorie te] są ''powszechnie akceptowane'' przez większość teoretyków, są rozwijane przy użyciu wymyślnych metod matematycznych, tyle, że sama plazma jakoś nie ma zrozumienia dla tego jak piękne są te teorie i zdecydowanie odmawia podporządkowania się tym teoriom”
