С одной стороны, движущийся электрон обладает не только кинетической энергией, но и количеством движения, равным произведению массы электрона на его скорость. С другой стороны, электрон, как и всякий электрический заряд, окружен электрическим полем, напряженность которого направлена вдоль линий, исходящих из электрона как из центра. Возьмите ваш лист бумаги (мы надеемся, что вы его еще не выбросили) и снова представьте себе, как электрон, а еще лучше положительный заряд — тогда вам не придется думать о знаках — движется вдоль прямой линии, пронзающей лист бумаги снизу вверх и перпендикулярной к его плоскости. Представьте себе, что заряд именно в сию минуту проходит сквозь лист бумаги. Проведите прямую линию из точки, где заряд протыкает бумагу, в данную точку. Продолжите ее и пририсуйте на кончике стрелку. Это и есть вектор напряженности электрического поля для описанной ситуации.
Ну а вектор магнитной индукции? Мы уже не раз имели случай убедиться: он исходит из той же точки, но перпендикулярен к линии, соединяющей точки, т. е. перпендикулярен к вектору напряженности электрического поля. А вектор количества движения? При таких условиях он перпендикулярен к листу бумаги и направлен в ту же сторону, куда движется заряд. Итак, электромагнитное поле, окружающее движущийся заряд, обладает собственным количеством движения, причем если аккуратно посчитать, то получается, что полное количество движения всего поля равно массе этого поля (помните, мы однажды установили, что поле облаоает массой), помноженной на скорость движения заряда.
Так что же обладает количеством движения? Электрон или поле? И еще один вопрос. Из приведенных рассуждений вроде бы следует, что электромагнитное поле, в частности его магнитная составляющая, обладает массой. Действительно, есть магнитная составляющая — есть количество движения, нет магнитной составляющей — нет количества движения. Обладать массой — все равно что обладать энергией. Вообще, давайте постепенно привыкать, что масса и энергия — это просто два различных слова, обозначающих одно и то же свойство материи. Но если все так, что же тогда обладает кинетической энергией? Движущийся электрон или его электромагнитное поле? Конечно, можно предположить, что энергия как-то делится. Часть ее принадлежит электрону, а часть — полю. Но ведь в опыте Стюарта и Толмена явно было показано: вся кинетическая энергия электронов есть полупроизведение массы на квадрат скорости.
Остается еще маленькая надежда. Может быть, магнитное поле в отличие от электрического не несет в себе энергию? Ведь оно действительно вроде бы неспособно совершить работу. Может быть, магнитное поле лишь свидетельствует о том, что заряд движется и обладает кинетической энергией? Что ж, давайте посмотрим, какими фактами мы располагаем.
Представьте себе такой опыт. Раскручиваете катушку с проводом, такую же, как в опыте Стюарта и Толмена, только к концам провода подсоединен не гальванометр, а электрическая плитка. Раскрутили катушку, а потом резко ее затормозили. Сначала в катушке потечет ток. Но ток этот постепенно уменьшается до тех пор, пока вся запасенная электронами кинетическая энергия не превратится в тепло в электроплитке. Количество тепла можно измерить. Но не надо даже тратить время на подобные измерения. Из многочисленных опытов, проделанных ранее, не совсем, правда, таких, как только что описанный, с полной очевидностью следует: количество выделившегося тепла равно той кинетической энергии, которую сообщили электронам, раскручивая катушку. Снова все, казалось бы, свидетельствует о том, что никакой энергией магнитное поле не обладает.
Но тогда следующий опыт. Не станем больше вращать катушку, это далеко не самый эффективный способ создать в проводнике ток. Возьмем лучше проводник, а еще лучше сверхпроводник, чтобы не мешали процессы, связанные с выделением тепла, и подсоединим к нему батарейку. По проводнику потечет ток. Отключим батарейку и замкнем концы проводника между собой. Поскольку это сверхпроводник, протеканию тока в нем ничто не мешает, и ток продолжает протекать, несмотря на отсутствие батарейки. И это не какой-то мысленный опыт. Именно сверхпроводниковые катушки используются в магнитах, удерживающих железнодорожные вагоны в системах магнитной подвески.
Представьте себе колечко из сверхпроводника, по которому течет ток и которое окружено магнитным полем. Если это сверхпроводник, продолжаться так может сколь угодно долго. А теперь проделаем следующее. Поднесем к сверхпроводниковому колечку другое колечко, такое же по размерам, но выполненное из обычного проводника, обладающего сопротивлением. Ток в сверхпроводящем колечке уменьшится. Возможно, что второе колечко придется подносить и отводить несколько раз. Но результат известен и однозначен. Закончатся все эти опыты полным прекращением тока в сверхпроводящем .колечке.
