Но откуда же количество движения, если и электрическое и магнитное поля постоянные? Здесь нет никаких объектов, которые бы двигались, более того, величины, характеризующие систему, не меняются. Свыкнуться с тем, что количество движения все-таки имеется, чрезвычайно трудно даже человеку, искушенному в физике. Количеством движения, например, обладает свет. Но световой луч все-таки движется! А здесь полное постоянство. Причем, заметьте, что если между пластинами конденсатора, как говорят, нет утечки, изоляция идеальная, то система из конденсатора и магнита может просуществовать хоть миллион лет и ничто в ней не изменится. Электрическое и магнитное поля останутся теми же самыми. Может, здесь вкралась какая-нибудь ошибка?
Достоверность всякой теории подтверждается экспериментом. Такой эксперимент был поставлен. Конденсатор, состоящий из двух цилиндров — внутреннего и наружного, подвесили на тонкой шелковой нити между полюсами постоянного магнита. Конденсатор зарядили, и, как следовало ожидать, ничего не произошло. В пространстве между цилиндрами действовало, во-первых, электрическое поле, направленное к оси цилиндров, во-вторых, магнитное поле, направленное снизу вверх. Как полагали теоретически, всюду в пространстве между цилиндрами существовал вектор количества движения, направленный против часовой стрелки. Поскольку пластины конденсатора имели форму цилиндра, то здесь речь шла о моменте количества движения.
Система оставалась в покое сколь угодно долго, и ничего в ней не менялось. Изоляция между пластинами конденсатора была хорошей, а постоянный магнит — на то он и постоянный. Но вот разрядили конденсатор, причем не прикасаясь к пластине, а осветив воздух между пластинами рентгеновскими лучами и сделав его тем самым проводящим. Исчезло электрическое поле, исчез и момент количества движения. Но как может исчезнуть момент количества движения? Ведь он подчиняется закону сохранения. Правильно, не может. Поэтому цилиндры на нитке начали вращаться. Момент количества движения, на этот раз обычного механического движения, оказался равным теоретически рассчитанному моменту, пропорциональному, как мы и говорили, произведению напряженности электрического поля и магнитной индукции. Теперь приходится признать, что электрическое и магнитное поля, направленные перпендикулярно друг другу, обладают магнитной индукцией.
Так что же все-таки движется?
Чтобы не оставалось никаких сомнений в том, что электрический ток — это действительно движение электрических зарядов, в частности электронов, в 1916 году американцы Стюарт и Толмен поставили такой опыт. Они раскрутили катушку с проводом, а потом быстро ее затормозили. В момент торможения присоединенный к концам провода гальванометр зарегистрировал прохождение электрического тока. Казалось бы, что может быть убедительнее? Раскручиваем катушку с проводом, и находящиеся в проводе электроны раскручиваются вместе с катушкой. Потом катушка резко тормозится. Но электроны в проводнике свободны. После того как катушка остановилась, они продолжают двигаться по инерции, как положено материальным объектам, обладающим массой, н создают электрический ток.
Стюарт и Толмен не первыми обнаружили факт появления тока. Еще до них, в 1913 году это сделали русские физики Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси. Но Стюарт и Толмен в своем опыте определили очень важную величину: отношение заряда электрона к массе электрона. Эта величина также определялась до них в других опытах, но важно было то, что результаты Стюарта и Толмена совпали с ранее полученными значениями.
Нам хотелось бы предостеречь вас. Опыт Стюарта и Толмена, казалось бы, восстанавливает в нашем сознании старую картину. Проводник наполнен маленькими шариками — электронами. Раскрутили катушку, раскрутились и шарики. Затормозили катушку — шарики продолжают двигаться но инерции. Почему? Потому что, раскручивая катушку, сообщили шарикам определенный запас кинетической энергии, а энергия не исчезает бесследно. После остановки катушки шарики сохраняют свой запас кинетической энергии, т. е. движутся с определенной скоростью. Количественное совпадение результатов Стюарта и Толмена с результатами других опытов свидетельствует о том, что каждый электрон обладает именно тем запасом кинетической энергии, который был ему сообщен при раскручивании катушки.
Поразительно, до чего все представляется простым, когда только скользишь по поверхности явлений. Но как же быть с магнитным полем? Откуда оно берется, если вся энергия движущегося электрона — это механическая кинетическая энергия, равная полупроизведению его массы на квадрат скорости? Именно такую величину энергии и дает опыт Стюарта и Толмена.
