Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Экзамен на «Homo Sapiens – II». От концепций естествознания ХХ века – к естествопониманию
Поляков В. И.,
4.2.3. О теоретических основах электро- и магнитодинамики
Электромагнитные волны, как и гравитация, обладают одной замечательной особенностью: мы не имеем ни малейших представлений о том, какова их физическая природа. Существование этих волн подтверждается только математикой - и только математика позволила инженерам создать радио и телевидение....
М. Клайн
Теория электромагнитного поля, основы которой были заложены экспериментами М. Фарадея (1791-1867), признанным основоположником учения об электромагнитном поле, была математически завершена английским учёным Д.К. Максвеллом (1831-1879). Блестяще владевший математическим аппаратом, он интуитивно поверил в считавшуюся в то время заблуждением полевую концепцию электромагнитных явлений Фарадея (в отличие от более тогда предпочтительных корпускулярных теорий электромагнетизма). Ему удалось, используя уравнения аналогичные выражениям гидродинамики для движения жидкостей и обобщая экспериментальные работы Кулона, Фарадея, Вебера, Кирхгофа и др. учёных, предложить уравнения электромагнитного поля. Он теоретически ввёл понятие токов смещения и выдвинул идею электромагнитной природы света. Но что такое поле? Было признано, что это некий иной вид материи, который отождествлялся с понятием «эфир».
Фарадей, будучи экспериментатором, не увлекался математикой, и его представления об электромагнитных явлениях были изложены как «силовые линии», аналогичные «резиновым жгутам». Эти потоки силовых линий и легли в основу новой теории. Максвелл предположил идею симметрии во взаимодействии магнитного и электрических полей: «Если в некоторой области пространства происходит изменение электрического потока, то создаётся вихревое магнитное поле. Аналогично магнитное напряжение, взятое вдоль замкнутой кривой, должно быть равно изменению электрического потока, пронизывающего эту замкнутую кривую». Исходя из эфирных представлений, он смог описать, каким образом электрический ток порождает магнитное поле, и как магнит может порождать электрический ток. И электрический заряд, и магнитные полюса - порождают поля, состоящие из силовых линий Фарадея. В 1864 г Максвелл разработал четыре сравнительно простых уравнения электромагнитного поля. В соответствии с ними электрическое и магнитное поле всегда присутствуют вместе, действуя под прямым углом друг к другу.
Максвелл обнаружил, что изменяющееся электрическое поле должно производить изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, должно производить меняющееся электрическое поле, и т.д.; таким образом, они чередуются, и поле распространяется наружу во всех направлениях. Результатом этого является излучение, обладающее волновыми свойствами. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн, имеющих частоту, равную той, с которой сжималось и расширялось электромагнитное поле.
Максвелл придал линиям Фарадея, соответствующим одинаковой силе воздействия на «пробный» заряд, математические выражения в виде уравнений, приравнивающих математические операторы: «роторы» и «дивергенции» (ротор - это вектор в пространстве, указывающий направление и силу вихревого движения, а дивергенция векторного поля, это изменяющаяся с расстоянием плотность источника, - количество векторных линий, начинающихся в бесконечно малом объёме в расчёте на единицу этого объёма). Уравнения Максвелла - основа современной электродинамики. Записанные в векторной форме, они указывают на взаимосвязь изменения напряжённости электрического - Е и магнитного - Н полей:
(dE/dt)/c = rot H, (dH/dt)/c = -rot E.
Но эти гениальные уравнения не отвечают на вопросы, почему и как.
Электромагнитные колебания описываются с помощью силовых характеристик электрического и магнитного полей. В эти уравнения входят некие постоянные величины, которые характеризуют среду с = 1 / (ε0μ0)½, где ε0 и μ0 - константы: универсальная диэлектрическая и магнитная проницаемость. Они характеризуют свойства того, что в XIX веке называли эфиром или того, что в ХХ веке стали называть электромагнитным полем. Понятие поля в теории Максвелла проявляется как исходное в физике, наряду с материальными телами и тоже было признано материальным образованием. Физическое поле стало рассматриваться как особая форма материи. К физическим полям стали относить электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля, затем поля приписали разным частицам, вплоть до «хиггсовских» полей, принадлежащих экспериментально не обнаруженным, а реально - не существующим частицам огромной массы. Все эти разновидности полей, - это фетишизация разных названий, не понятых объектов и явлений.
Источником электрического поля являются электрические заряды. Это верно, хотя физика и не способна объяснить: заряд - это объект или явление. Источником магнитного поля является электрический ток - движение электронов. Но в постоянном магните нет электрического тока. Физика предполагает, что «магнетизм - особая форма взаимодействия между движущимися электрически заряженными частицами. Источником магнетизма (спинового и орбитального) являются электроны и нуклоны... В ферромагнитных материалах вследствие сильного обменного взаимодействия атомов, обладающих собственным магнитным моментом, происходит их параллельная ориентация, и, даже при отсутствии внешнего магнитного поля микроскопические области магнита (домены) оказываются намагниченными» [114]. Как можно представить «особую форму взаимодействия», «спиновый магнетизм»? Почему ориентация магнитных моментов происходит только в веществах, названных ферромагнитными? Теория молчит...
Теоретические уравнения электродинамики непосредственно связаны с магнитодинамикой. Уравнения ещё усложняются, когда в движении оказывается проводящая среда. Теоретическое описание изменения магнитных полей - законы движения непрерывной электропроводящей среды разработаны в рамках магнитной гидромеханики. Математический аппарат магнитной гидромеханики составляют общие уравнения электродинамики и уравнения движения непрерывной среды, в которой приняты во внимание все действующие на среду силы, включая электромагнитной природы. Например, в работе [13] автор, рассматривая бесконечно протяжённую однородную несжимаемую проводящую среду, которая находится в состоянии гидростатического равновесия в поле массовых сил, преобразованием уравнений движения Лапласа с учётом условия «вмороженности» магнитных силовых линий показал, что плотность энергии магнитного поля равна кинетической энергии движения единицы объёма среды. Сравнение энергии переменного магнитного поля с механической энергией колебаний среды даёт уравнение: Н2/8π =1/2 ρv2. Отсюда следует явный вывод, что энергия магнитного поля есть кинетическая энергия движения электропроводящей среды! При этом энергия в единице объёма - это безмассовая энергия движения вихревой среды ДУХ.
Несмотря на различие физической природы: магнитного поля в проводящей среде и поля вихрей в идеальной жидкости, - между ними существует аналогия: оба поля одинаково связаны с частицами движущейся среды. При движении проводящей среды магнитное поле отвечает теоремам Гельмгольца о вихрях. Если в какой то момент линия тока жидкости совпадает с магнитной силовой линией, то совпадение имеет место в течение всего времени движения. Элементы проводящей среды не могут покинуть магнитную линию, на которой они расположены: силовые линии как бы вклеены или вморожены в вещество среды.
В среде ДУХ такое движение потока массы, согласованное с линиями магнитной напряжённости закономерно объясняется тем, что заряд является свойством массы. Заряды во взаимодействии с магнитным полем могут двигаться только вдоль силовых линий. Поэтому массовые элементы проводящей среды, так же как заряды, оказываются «вмороженными» в силовые линии. Выполняется также теорема, аналогичная второй теореме Гельмгольца: в процессе движения проводящей среды интенсивности магнитных трубок остаются постоянными. Сохранение магнитных силовых линий и интенсивностей магнитных трубок в среде ДУХ объясняется безмассовой природой магнетизма.
Сложность эффектов взаимодействия материальных объектов, электрических и магнитных сил обусловлена их взаимосвязями: движение проводника в магнитном поле вызывает электрический ток, который создаёт магнитное поле, которое взаимодействует с исходным магнитным полем, и с током. Г.В. Николаев писал о теории электромагнетизма: «Эта теория практически сплошь и рядом пронизана всевозможными противоречиями и парадоксами... Неясна природа самого электрического поля» [54].
Естественно, что уравнения для «поля», природа которого не понятна, не могут удовлетворительно описывать все его кочки и ухабы, канавы и овраги. Уравнения Максвелла, удовлетворительно описывающие движение тока в макро-проводниках, не могут давать правильных результатов на уровне нано-размеров, где значительную роль играют поверхностные эффекты, а, тем более, фемто-размеров. В теории до настоящего времени рассматривается возможность существования и зарядов разных типов и магнитного монополя - гипотетической частицы, обладающей одним магнитным полюсом. Бредовость этой идеи П. Дирака состоит в том, что по оценке теоретиков масса этого монополя составляет 10-8 г, что в миллиард миллиардов раз больше массы электрона, и монополь, если бы он существовал, легко бы был обнаружен.
Отметим также парадокс, который отмечал сам Максвелл. Даже для простейшего случая течения постоянного тока по линейному проводнику энергия единицы длины проводника с током, в соответствии с уравнениями, равна бесконечности независимо от величины тока. Истоком ошибки являются уравнения гидродинамики, в которых энергия единицы длины вихря равна бесконечности независимо от интенсивности. Физическое понимание этого парадокса легко объясняется в системе ДУХ, непрерывной и безразмерной. В ней единица длины вихря - непрерывно изменяющейся структуры - не существует и поэтому в математике может считаться равной нулю. Тогда энергия математически превращается в бесконечность.
Известны более сотни опытных фактов, доказывающих ограниченность теории Максвелла. Они были получены учёными НИИ и КБ, прошли требуемые проверки и были внесены в реестры. Так, например, в 1973 г. в СССР был открыт акустомагнетоэлектрический эффект. Автор открытия доказал взаимодействие электронов с ультразвуковой волной с увеличением энергии в тысячи раз. Это принципиально противоречит теории Максвелла, которая запрещает подобные эффекты. Для ХХ века характерно, что сотни открытий, оказавшихся под грифами «ДСП», «секретно», «совершенно секретно» оказались вне науки, не были обобщены, и теория Максвелла продолжала оставаться непогрешимой.