«материалистический принцип кумулятивного характера знаний, на преемственность знаний. Для меня, например, оказалось очень важным и неожиданным, что принципы Н.Бора (принцип соответствия, принцип дополнительности) в их со ...»
доказательство вектора Пойнтинга.
В третьих, из выражений (7.4.3) и (7.4.4) вытекает новое интересное следствие. В свободном пространстве плотности потоков и плотности энергий должны удовлетворять волновому уравнению, т.е. плотность потока и плотность энергии тоже являются запаздывающими, подобно потенциалам полей электромагнитной волны.
Это означает, что решение некоторых задач, например, по дифракции волн, связанных с решением векторных волновых уравнений, можно свести к тем же задачам, но описываемым волновым уравнением для скалярной плотности энергии w. Иными словами, в принципе иногда можно уменьшить громоздкость вычислений при решении подобных задач.
В четвертых, полученные результаты нетрудно распространить на любые волновые процессы, описываемые волновым уравнением. Мы получили законы сохранения для электромагнитных волн в свободном пространстве. Закон сохранения энергии Пойнтинга можно обобщить при наличии источников полей. Результаты занесены в Таблицу 1.
В пятых, предельный переход от волновых явлений к явлениям квазистатическим принципиально невозможен из-за отрицательной энергии поля скалярного потенциала.
Одновременно невозможно решить проблему электромагнитной массы в рамках запаздывающих потенциалов.
Эти принципиально новые результаты меняют многое в понимании явлений электродинамики. Они позволяют избавиться от заблуждений и предрассудков. Теперь, как мы полагаем, вам понятно, по какой причине предпочитают излагать «топорный»
вывод Пойнтинга, а не вывод на основе аналитической классической механики?
Таблица 7.1. Энергетические компоненты волновых полей Поперечные волны векторного потенциала Продольные волны векторного потенциала Продольные волны скалярного потенциала 7.5 Условие отсутствия продольных волн Продольные волны не были обнаружены экспериментами. Очевидно, что продольные волны не будут существовать, если не будет источников, возбуждающих эти волны. Для решения этой задачи нам необходимо рассмотреть правую часть уравнений Максвелла в калибровке Лоренца для потенциалов А2 и, создающих продольные волны. Запишем для анализа необходимые уравнения.
Используем здесь идею Ландау Л.Д. [1] о возможности исключения одного из четырех уравнений (см. гл. 3, параграф 18, «Градиентная инвариантность», стр. 66). Например, можно исключить уравнение для скалярного потенциала, чтобы привести два волновых уравнения (7.3.5) к одному векторному.
Для этой цели продифференцируем выражение для A2 по времени, возьмем градиент от выражения для скалярного потенциала, а затем сложим результаты. Получим выражение для продольного электрического поля ЕL Итак, электрическое поле, обуславливающее продольные волны вектора ЕL, описывается выражением (7.5.4). В правой части имеются источники продольного электрического поля.
Чтобы поле EL = 0, необходимо, чтобы источники этого поля отсутствовали, т.е.
Помимо этого, мы можем использовать уравнение непрерывности для безвихревого компонента тока Оба условия (7.5.5) и (7.5.6) приводят к следующим конечным волновым уравнениям Мы обнаружили интересный факт: отсутствие продольных волн будет иметь место тогда и только тогда, когда плотность зарядов и плотность безвихревого компонента тока удовлетворяют волновому уравнению, т.е. являются «запаздывающими» или же «опережающими»!
Это означает, что такие заряды должны перемещаться со скоростью света, т.е. они, повидимому, не должны иметь инерции! Токи и заряды это интересный вопрос, который мы рассорим позже.
Математика точно отвечает на все вопросы. Она позволит нам расставить точки над i!
Во-первых, энергия поля скалярного потенциала в калибровке Лоренца отрицательна!
Именно по этой причине в квантовой электродинамике стараются избегать использование калибровки Лоренца, а предпочитают иметь дело с кулоновской калибровкой..
Во вторых, проблема электромагнитной массы не имеет решения в рамках запаздывающих потенциалов. Поэтому мы видим подлог. Специалисты замалчивают эти факты, «подсовывают» «топорный» способ доказательства теоремы Пойнтинга, а также применение вектора Пойнтинга за пределами границ ее применимости.
В третьих, мы познакомились с необычными токами. Их существование противоречит электронной проводимости металлов. К этим токам мы вернемся.
7.6 Кулоновская калибровка Кулоновская калибровка противоречит современным представлениям об отсутствии мгновенного действия на расстоянии. Калибровка содержит мгновенно действующий скалярный потенциал и запаздывающий векторный потенциал. Интересно проиллюстрировать, какую ложь (навоз!) могут выдать учОные, объясняя существование мгновенно действующего скалярного потенциала в кулоновской калибровке. Автор [3], например, пишет:
«….. Наряду с калибровкой Лоренца, иногда, (особенно в квантовой теории поля) пользуются другой, так называемой кулоновской калибровкой, при которой divA = При этой калибровке уравнения для потенциалов …приобретают вид При кулоновской калибровке скалярный потенциал определяется распределением зарядов так, как будто бы они покоились. Само собой разумеется, напряженности поля Е и Н, найденные из решений уравнений для потенциалов с кулоновской калибровкой и калибровкой Лоренца совпадают…»
Сама по себе кулоновская калибровка эклектична, противоречива. В ней скалярный потенциал мгновенно действующий. Здесь автор хочет обмануть математику! В свою очередь, магнитное поле, которое создает движущийся заряд, является запаздывающим, не связанным с движением скалярного потенциала! Дать логическое объяснение явлениям квазистатики в рамках кулоновской калибровки невозможно.
Решение об излучении диполя Герца в калибровке Лоренца является традиционным. Мы пытались в течение нескольких лет найти решение этой задачи в научной периодике, с использованием кулоновской калибровки. Такого решения мы не обнаружили ни в отечественной периодике, ни в зарубежных научных журналах! Опять нарушение логики, обман и фальсификации.
Авторы «Теории поля» и «Электродинамики сплошных сред» Ландау и Лифшиц, видимо, понимали суть вопроса. Чтобы скрыть проблему, они в своих учебниках пишут о «градиентной» инвариантности. Они даже не упоминают о кулоновской калибровке, хотя постоянно прибегают к ней, лишь вскользь упоминая о калибровочной инвариантности.
Эта несуразная кулоновская калибровка используется в квантовой электродинамике.
Именно она рождает «квантовую запутанность» и «запутанность» самих теоретиков.
Сколько разделов физики микромира придется из-за этого пересматривать!
Вот мы «почистили» от хлама вопросы о калибровках. Математика оказалась точным и незаменимым инструментом. Как тут не восхититься ее возможностями!?
Список литературы:
1. Л.Д. Ландау, Е.М Лифшиц. Теория поля. - М.: ГИФФМЛ. 1960.
2. Ахиезер А.И., Берестецкий В.Б. Квантовая электродинамика. - М.: Наука. 1969.
3. Левич В.Г. - Курс теоретической физики (в 2-х томах). Том 1. – М.: Наука. 8.1 Излучение инерциального заряда 8.2 В поисках решения 8.3 Токи проводимости 8.4 «Рождение» заряда 8.5 Некирхгофовские цепи 8.6 Предполагаемый вариант 8.1 Излучение инерциального заряда Теперь перед нами стоит непростая задача выяснить: что является источником, порождающим электромагнитную волну? Излучает ли ускоренный электрон, как это следует из современных учебников?
Обратимся к независимым экспериментальным исследованиям. Крупные учОные не допускают опубликование результатов, противоречащих учебникам, в «толстых научных журналах». Об этих исследованиях можно прочитать только в сборниках трудов настоящих исследователей и Ученых. Вот что пишет Ю.К. Сахаров [1] об исследовании излучения свободного электрона:
«Ускорение, которое испытывают электроны у катода электронной пушки кинескопа современного телевизора, на два порядка превышают максимальные нормальные ускорения в циклических ускорителях, но излучение в рентгеновском диапазоне вблизи телевизоров не наблюдается….
В циклических ускорителях, по мнению автора, источником синхротронного излучения являются не сами заряженные частицы, но возбуждаемые ими атомы газа (азот, аргон), часть которых неизбежно остается в камере прибора после его промывки и вакуумирования. (При разряжении 10-13 мм. рт. ст.
в 1 см3 содержится 4000 атомов газа)….
Таблица 8. ….. Однако элементарный расчет показывает, что СИ (синхротронное излучение) не может являться следствием нормального ускорения частиц, так как последнее на ускорителях различного диаметра варьируется на два порядка и более, что показано в приведенной ниже таблице, тогда как параметры СИ на всех ускорителях достаточно близки».
В таблице, приведенной выше, величина s = an/an (дубна) есть отношение нормального ускорения электрона в упомянутых ускорителях к нормальному ускорению электрона в ускорителе в Дубне. Это отношение меняется в 30 раз, но излучение не меняется.
8.2 В поисках решения Итак, следуя современной интерпретации уравнений Максвелла, мы имеем две модели источников излучения электромагнитных волн. Первая модель (калибровка Лоренца) использует источник «безынерциальные заряды и токи». Во второй модели имеет место полевой источник излучения. Запаздывающий вихревой векторный потенциал кулоновской калибровки порождается токами проводимости и изменением во времени поля скалярного потенциала. Он порождает поперечную электромагнитную волну.
Попытки рассчитать задачу об излучении диполя Герца с бесконечно тонки излучающим проводником (аналог той же задачи в калибровке Лоренца) окончилась неудачно. Решение сводилось к расходящимся интегралам. Иными словами, кулоновская калибровка (которая широко используется в КЭД!) оказалась «недееспособной»!
И вот, что интересно. С одной стороны, калибровка Лоренца не способна описать квазистатические явления электродинамики. С другой стороны, в рамках этой калибровки превосходно решаются задачи современной теории антенн, теории распространения и излучения электромагнитных волн. Причем, правая часть волнового уравнения достаточно удачно вписывается в эти задачи.
Возвратимся к результатам Главы 6. Выпишем уравнение для векторного потенциала А* поперечной электромагнитной волны.
Видимо, связь этого поперечного векторного потенциала с соответствующим потенциалом калибровки Лоренца отнюдь не случайна. И эту калибровку можно принять как исходную в поисках правой части выражения (8.2.1).
8.3 Токи проводимости Хорошо известна теория электромагнитной проводимости Друде. Под действием продольного поля электроны проводимости ускоряются и набирают скорость. Далее, испытывая неупругое столкновение с атомом кристаллической решетки, они теряют часть своей кинетической энергии, которая нагревает проводник. Средняя скорость электронов в металле порядка миллиметров в минуту. Это довольно инерциальные и «медленные»
носители заряда.
Так как же при такой скорости и инерции электронов проводимости граничные условия для электромагнитных волн на поверхности металла выполняются практически мгновенно?
Рассмотрим граничные условия на поверхности металлов. пов = (n 0 E); jпов = [H n 0 ], Поверхностная плотность заряда и поверхностная плотность тока безо всякой инерции меняется с полями синхронно!
Возникает вопрос о природе безынерциальных зарядов и токов. Одно из предположений содержало мысль, что «безинерциальные заряды» это электроны, по какой-то причине «потерявшие» свои инерциальные свойства в результате взаимодействия с ионной решеткой. Однако такая гипотеза имеет трудности.
Рассмотрим длинный тонкий проводник, вдоль которого распространяется электромагнитная волна (ТЕМ тип). Проводник это квазинейтральная система. В ней при отсутствии источников напряжения и тока средняя сумма плотности положительных и отрицательных зарядов равна нулю + + = 0 (значки говорят о соответствующих одноименных зарядах).
Пусть безынерциальные электроны создают синусоидальный ток вдоль проводника, ориентированного вдоль оси z. Положительные ионы неподвижны. Возникают области, где поле направлено от проводника (избыток положительных зарядов, как показано на рис. 11.2) и к проводнику (избыток отрицательных зарядов). Выделим поверхностный слой, в котором движутся заряды. Результирующая поверхностная плотность зарядов в этом случае равна Это точно соответствует знакопеременному электрическому полю Е, перпендикулярному поверхности проводника, поскольку вектор напряженности пропорционален поверхностной плотности заряда и направлен перпендикулярно поверхности.
Теперь запишем выражение для поверхностной плотности тока где: v+ и v- скорости соответствующих зарядов.
Поскольку положительные ионы неподвижны (v+ = 0), ток будет определяться только движением отрицательных зарядов. Как нетрудно заметить, этот переменный ток должен иметь переменную и постоянную составляющие.
Соответственно, магнитное поле, окружающее проводник, тоже должно иметь постоянную и переменную составляющие при прохождении переменного тока. А это противоречит опыту, поскольку постоянное магнитное поле не возникает при переменном токе, и оно экспериментально не обнаруживается.
Таким образом, гипотеза о безынерциальных «электронах» отпадает. В создании поверхностного тока должны участвовать как положительные, так и отрицательные безынерциальные заряды. Это очень важный вывод. Оказывается, что помимо инерционных электронов проводимости в проводниках может существовать новый вид переносчиков тока!
Мы не открыли нового. Эти токи известны, но никто из учОных не хочет акцентировать внимание на них!
Пример. В линиях передач токи создаются за счет движения избыточных зарядов, т.е.
зарядов, не скомпенсированных зарядами противоположного знака проводника.
Рассмотрим движение избыточных зарядов в коаксиальной линии, изображенной на рис.
8.2. Диаметр внутреннего проводника коаксиальной линии равен b, а внешнего проводника равен a.
Заряды и токи в такой линии связаны с полями. Чтобы вычислить скорость движения избыточных зарядов, воспользуемся выражением v - скорость движения зарядов - равна отношению тока, проходящего через поперечное сечение проводника, к величине линейной плотности заряда, движущегося в проводнике.
Вычислим избыточный заряд, приходящийся на отрезок dz центрального проводника коаксиальной линии.
где Er(b) – напряженность поля на поверхности внутреннего проводника.
Ток вдоль внутреннего проводника равен где H (b) – напряженность магнитного поля на поверхности внутреннего проводника.
Величины напряженностей полей связаны соотношением Er (b) = / H (b). Таким образом, скорость движения избыточного заряда равна скорости света Это же следует из теоремы Гаусса. Выделим объем V внутри (рис. 8.2) и рассмотрим количество избыточных зарядов, втекающих в этот объем, через поперечное сечение.
Легко найти, что скорость перемещения этих зарядов равна скорости света.
Из уравнений следует, что избыточные поверхностные заряды q, создающие поверхностные токи I, движутся вдоль коаксиальной линии с постоянной скоростью, равной скорости света! Эта скорость неизменна. Заряды не могут ускоряться или замедляться под действием каких-либо сил. Они не имеют инерциальных свойств.
Масса покоя этих зарядов равна нулю. Мы еще раз хотим повторить, что единственным источником этих зарядов служит источник внешнего постоянного напряжения.
Описанные выше токи и заряды не являются чем-то новым. Любой учебник, описывающий распространение волн в волноводах, коаксиальных линиях и т.д., содержит упоминание о поверхностных зарядах и токах.
Существование безинерциальных зарядов и токов – не гипотеза. Вся современная теория антенно-фидерных систем подтверждает их существование. Они постоянно фигурируют в математических выкладках ученые и инженеров-разработчиков. Именно безинерциальные токи, а не электроны проводимости отвечают за излучение электромагнитных волн и их поперечный характер. Необходимо отбросить предрассудки и догмы современных представлений и опереться на логику и здравый смысл.
Итак, помимо электронно - ионной и дырочной проводимостей появился новый вид проводимости. Нужно осознать, принять этот факт и изучить его.
8.4 «Рождение» заряда Мы установили, что электрон обладает электромагнитной массой. Она обусловлена мгновенным действием на расстоянии. Но, возможно, запаздывающие потенциалы помогут пролить свет на природу безинерциальных зарядов и токов? Назовем такие заряды «виртуальными» и проведем их испытание.
Пусть виртуальный заряд представляет собой сферу, на поверхности которой равномерно распределен заряд с поверхностной плотностью = q / 4a 2, где а – радиус сферы. Заряд неподвижен. Уравнение для потенциала поля виртуального заряда имеет вид:
Потенциал при r = 0 должен быть ограничен. Допустим, что виртуальный заряд рождается в начальный момент времени (t = 0). Для решения волнового уравнения мы должны задать начальные условия. Начальные условия выберем нулевые.
Здесь существуют два предрассудка, которые нам необходимо показать. Во-первых, есть убеждение, что уравнения Максвелла не способы описывать «рождение» зарядов. Оно достаточно прочно укоренилось в сознании тех, кто профессионально занимается проблемами электродинамики.
Однако наличие «начальных условий» опровергает этот факт. Волновое уравнение описывает потенциалы, начиная с момента времени t = 0. Правая часть волнового уравнения (в силу этого) для t < 0 тождественно равна нулю. Все процессы до момента времени t = 0 «сжаты и запечатлены» именно в начальных условиях. Таким образом, процесс «появления» («рождения») заряда не противоречит математическому описанию.
Во вторых, процесс «рождения» одиночного заряда противоречит закону сохранения зарядов. Покажем, что линейность уравнений Максвелла позволяет обойти этот факт.
Рассмотрим два тонких соосных заряженных цилиндра, вставленных друг в друга, как показано на рис. 8.3. В силу того, что равномерно распределенные по поверхности заряды имеют противоположные знаки и равны по величине, поле вне этих цилиндров (исключая краевые эффекты) наблюдаться не будет.
Теперь сдвинем один цилиндр вдоль общей оси на очень небольшое расстояние x. Тогда слева на краю системы появится «избыточный» заряд отрицательного знака, а справа – положительный заряд, равный по величине отрицательному. Таким образом, в соответствии с законом сохранения заряда мы получили на большом расстоянии друг от друга два разноименных заряда.
Уравнения Максвелла в калибровке Лоренца являются линейными дифференциальными уравнениями. По этой причине мы можем использовать для описания появления потенциалов полей зарядов принцип суперпозиции. Другими словами, мы можем дать раздельное описание «рождения» каждого из зарядов и описание потенциала каждого из этих двух зарядов. Ниже мы это сделаем для положительного заряда. Потенциалы отрицательного заряда могут быть описаны аналогичным образом.
Мы не будем описывать процедуру решения. Описываемый уравнением (8.4.1) потенциал равен сумме двух потенциалов (рис. 2.3), один из которых движется от а в бесконечность вдоль радиуса, а второй - к центру и, отразившись от начала координат с потерей фазы на (жесткий «керн»), движется от центра, вычитаясь из первого при r > a (рис. 8.4). Потенциал при r > a является запаздывающим.
Для точечного виртуального заряда (при a 0) потенциал имеет вид (r > 0):
системе отсчета, связанной с наблюдателем, световой поток будет распространяться со скоростью света в виде сфер, равномерно расширяющихся от точек излучения (рис.9.2).
В отличие от предыдущего случая центр каждой сферы будет неподвижен в системе отсчета наблюдателя, но сам источник S будет перемещаться со скоростью V. Радиус сферы в системе отсчета наблюдателя равен R = ct Легко видеть, что стандартный вариант и параметрический вариант описывают различные модели распространения волновых процессов.
9.4 Способы отображения В физике существуют два вида отображений характеристик материальных объектов в систему отсчета наблюдателя.
1. Классическое отображение. Еще в школе, решая физические задачи механики, мы привыкли к тому, что положение тела в пространстве в данный момент времени отображается мгновенно (без каких либо искажений). Такое отображение опирается мгновенную передачу информации. Классическое отображение никогда и ни у кого не вызывало подозрений в некорректности, хотя оно фактически опирается на принцип мгновенного действия на расстоянии.
2. Отображение с помощью световых лучей. Отображение с помощью световых лучей существует параллельно классическому способу. Оно имеет свои особенности. Свет (электромагнитные волны), как известно, способен переносить и передавать информацию. Однако эта информация в отличие от мгновенного отображения может восприниматься с искажениями. Искажения связаны с относительным движением источника и наблюдателя. Параметрическое преобразование описывает такой способ отображения информации.
Эти способы отображения не являются взаимоисключающими. Они взаимосвязаны.
Всегда можно перейти от одного способа описания к другому, от мгновенного отображения к отображению с помощью световых лучей и обратно.
Особенность параметрического преобразования в том, что оно отображает механическое перемещение объектов с помощью световых лучей и дает отображение, опираясь на принцип постоянства скорости света во всех инерциальных системах. Это обстоятельство обуславливает определенные искажения при отображении наблюдаемых объектов и явлений.
Отображение с помощью световых лучей пространственных отрезков и интервалов времени из одной инерциальной системы отсчета в другую имеет кинематический характер. Оно не связано с реальным изменением отображаемых объектов.
«