Настоящая статья посвящена раскрытию природы электромагнитного излучения. Напомним, что в современной физике электромагнитное излучение заряженных частиц трактуется как единый процесс в рамках корпускулярно-волнового дуализма [1]. В соответствии с этим принята шкала электромагнитных волн (рис. 1) с ярко выраженными волновыми свойствами слева (радиоволны) и корпускулярными - ее правая часть.

Такое вот соединение несовместимого - волн и частиц, в нечто абстрактное третье и составляет суть корпускулярно-волнового дуализма. Если к этому добавить примат волнового подхода к описанию электромагнитного излучения во всем диапазоне шкалы рис.1 (а вышеуказанный дуализм фактически и означал сохранение волновой концепции излучения), то о продуктивности принципа нечего было и говорить с самого начала. Именно примат волнового подхода, где частица теряет свою индивидуальность и "растворяется" в волне, и привел всего лишь к декларации корпускулярных ее свойств.

В результате квантовая механика так и не стала таковой со времен Планка, а является чисто волновой, где начисто отсутствуют физические модели, в той или иной степени отражающие физическую реальность. Все это заменено безликими квантовыми числами, запретами и просто ссылками на квантовый характер процесса или явления (что звучит уже, как заклинание). Всевозможные схемы и диаграммы физических процессов (фейнмановские, например), уместные на начальной стадии их познания, прочно заняли место физических моделей.

В работе [2] показано, что волновая концепция электромагнитного излучения (пусть даже в рамках корпускулярно-волнового дуализма) является неадекватной его физической природе, что и обнаруживается при анализе экспериментальных фактов.

Автор убежден в неисчерпаемости и разнообразии окружающего нас мира (природы), существовании множества еще не открытых явлений, особенно в микромире. Но является ли оправданным то, что для описания микрочастиц, следы которых мы видим (в камере Вильсона, например), молекул и атомов, контуры которых мы видим в электронных микроскопах, используются квантовые теории, где начисто отсутствует сам принцип использования физической модели, все более приближающейся к реальности?

Накопленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что законы и идеи классической физики, ее методы и модели могут быть продвинуты далеко вглубь микромира, охватив всю экспериментально доступную часть физической реальности. Такой же вывод можно сделать и в отношении известных данных о макро и мегамире.

И самое главное, в заключение этого вступления. Кто сказал, что квантовый характер излучения, противоречит классической физике? Ведь сказал же! И это выражение кочует из одной научной монографии в другую, не говоря уже об учебниках по физике. Вроде бы и не было корпускулярной теории света Ньютона, баллистической теории света Ритца и т.д.

На самом деле (в этом может убедиться каждый) открытие квантовой природы излучения сразу вошло в противоречие именно с волновой его концепцией, господствовавшей в то время в физике. И эта концепция,

Шкала электромагнитных волн (открыть рисунок в новом окне)

приведшая к кризису физики (ее неспособность объяснить результат опыта Майкельсона и "ультрафиолетовая катастрофа"), в дальнейшем нашла свое продолжение в теории относительности (ТО) А. Эйнштейна, правда, в неявной форме, и в квантовой механике [3].

Таким образом, произошла чудовищная подмена понятий. Квантовый характер излучения, а затем и некоторых других процессов, был противопоставлен не волновой концепции (что означало бы, в конечном итоге крах последней), а всей классической физике в целом. Так возникла новая физика, обещавшая решить все и вся. Насколько мы продвинулись в решении фундаментальных физических проблем, сейчас очевидно.

Но физика едина, ибо объект исследования у нее один - физическая реальность. Не потому ли новой физике так и не удалось обойтись без классического, полуклассического ( и такой термин узаконен в этой физике!) теоретического описания исследуемых явлений.

В настоящее время уже невооруженным глазом видно, что новая физика на самом деле представляет собой группу теорий (независимо от предмета физических исследований), базирующихся на несостоявшейся ТО А. Эйнштейна - релятивистских и неправомерном, точнее, неадекватном распространении волновой концепции на природу исследуемых явлений.

В настоящей работе автор опирается исключительно на законы и экспериментальные факты, установленные в процессе изучения электромагнетизма физики XIX-XXвв. Таким путем автор приходит к неординарному для современной физики выводу о двухкомпонентной структуре электромагнитного излучения.

Как известно, в соответствии с законом Фарадея в проводящем контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, когда он находится в переменном магнитном поле или движется, пересекая силовые линии магнитной индукции [4]:


, где (1)

DФ - изменение магнитного потока через контур за время Dt.

Это явление широко используется в технике, например, в электрогенераторах, трансформаторах и т.д.

Под действием ЭДС Еu в замкнутом контуре 1 возникает электрический ток I, причем контур можно замкнуть с помощью внешних проводов на нагрузочное сопротивление R (рис. 2)




Рис. 2

 

Под действием электрического тока I вокруг проводников в пространстве возникает магнитное поле. По закону Био-Совора его индукция определяется выражением:


, где (2)

m - магнитная проницаемость,

m0 - магнитная постоянная,

r - расстояние от проводника.

Контур 1 можно перемещать в магнитном поле с переменной скоростью и тогда ток в нем, а следовательно и в цепи рис.2, будет переменным. Значит и магнитное поле вокруг проводов, определяемое выражением (2) также будет переменным. Тогда если поместить на расстоянии r от контура 1 проводящий контур 2, то в нем также возникнет ЭДС индукции в соответствии с тем же законом Фарадея. Причем ЭДС на этот раз возникнет не в результате перемещения контура 2, а в результате изменения магнитной индукции поля во времени. Чем дальше находится второй контур от первого, тем слабее индукция согласно закону убывания , в соответствии с (2), а значит и слабее наведенная ЭДС в нем.

Если первичный ток I будет изменяться по гармоническому закону I=I0sinwt (подчеркнем, что это частный случай), то в соответствии с (2) магнитная индукция поля в пространстве также будет изменяться по гармоническому закону.

При этом следует отметить тот примечательный факт, что ни для генерации тока в контуре 1, ни для индуцирования ЭДС в контуре 2 нам не понадобилась гипотеза Максвелла о токах смещения, ошибочность которой показана автором в [5].

Таким образом, из вышеизложенного вытекает, что в основе передачи электрических сигналов на расстоянии лежит закон Фарадея в сочетании с законом Био-Совора. И осуществляется это посредством не электромагнитного, а только магнитного поля.

Нам остается лишь заменить рис.2 на рис.3, где в качестве излучателя магнитных колебаний и возмущений в пространстве, изображен обычный радиопередатчик с генератором электрических колебаний 1 и антенной А.




Рис 3.

 

Фактически на рис.3 представлен схематически знаменитый диполь Герца. Естественно, возникает вопрос, почему опыт Герца 1888г. сравнительно легко был воспринят как подтверждение гипотезы Максвелла о токах смещения в вакууме? Во-первых, совпадение величины электродинамической постоянной в теории Максвелла со скоростью света укрепляло позиции безраздельно господствующей тогда волновой теории строения света. Поэтому, во-вторых, и из теории электромагнетизма должны были бы следовать те самые волны. И Максвелл своей гипотезой о токах смещения "обеспечил" их образование. Это были волны в среде (эфире), возникающие за счет непрерывного переливания энергии магнитного поля в электрическую и наоборот.

Механизм же распространения магнитного поля в пространстве, в соответствии с законом Био-Совора (адекватный явлению) и в совокупности с законом Фарадея, приведший к возможности передачи радиосигналов на расстояние, абсолютно не устраивал "волновиков". Ибо в таком случае передавались не возмущения среды а любые изменения магнитного поля.

Таким образом, опыт Герца 1888г. на самом деле подтвердил факт распространения в пространстве изменений (возмущений) магнитного поля на большие расстояния. А эти изменения, в свою очередь, вызывают появление ЭДС в проводниках, что и обусловливает техническую возможность передачи радиосигналов на расстояние. Скорость их передачи, как выяснилось из подобных экспериментов, совпадает со скоростью света.

В работе [5] автор приходит к уточненной системе уравнений Максвелла:


(3)

куда входят векторные величины:

Н - напряженность магнитного поля,

j - плотность электрического тока,

D - электрическая индукция,

E - напряженность электрического поля,

В - магнитная индукция,

а также скалярные величины:

с - скорость света в вакууме,

t - время,

r - плотность электрического заряда.

Как видим, отличаются эти уравнения от классических отсутствием члена , ответственным за ток смещения в вакууме. Следовательно, из уравнений (3) уже не последует их решение в виде электромагнитных волн, трактуемых, как распространение в пространстве взаимопревращений электрического и магнитного полей.

Но возвратимся к рис.2. известно. Что ток I создает вокруг проводника не только магнитное поле, но и обязательно сопутствующее ему (естественно, кроме сверхпроводников) поле теплового, а в отдельных случаях и светового излучения.

Количество выделяемого при этом тепла согласно закону Джоуля-Ленца

Q=I2Rt, где (4)

R - сопротивление проводника,

t - время протекания тока I.

При этом мощность излучения

Р=I2R.

Очевидно, что любой передатчик радиосигнала, начиная от диполя Герца и кончая самым современным, является еще и источником теплового излучения вплоть до светового. Для этого (несколько утрируя эксперимент) потребуется всего лишь увеличить ток I плавно, пока, например, нагрузочное сопротивление не начнет светиться.

Таким образом, электромагнитное излучение, соответствующее шкале рис.1, на самом деле состоит из двух, совершенно разных процессов:

1.      Процесс распространения в пространстве переменного магнитного поля или изменений (возмущений) постоянного магнитного поля, создаваемых переменными и изменяющимися токами.

2.      Процесс теплового, светового излучения, обусловленный токами п.1, а также иными процессами в веществе. Естественно, сюда следует добавить и имеющее общую природу с тепловым и световым также ультрафиолетовое, рентгеновское и g-излучение. [6,7].

Другими словами, электромагнитное излучение имеет двухкомпонентную структуру, абсолютно не соответствует теории Максвелла и из нее не следует. Скорость распространения компонент равна скорости света. При наложении на шкалу рис.1 обе компоненты перекрываются. При этом автор пользуется указанной шкалой только в целях обеспечения соответствия между его концепцией излучения и старой. Очевидно, что раскрытие природы первой ("магнитной") компоненты излучения напрямую связано с познанием природы самого магнитного поля. Однако, несмотря на огромный экспериментальный материал, теоретические успехи в этой области весьма невелики. Вторая компонента сравнительно хорошо изучена экспериментально и как показано в [2] адекватно описывается в рамках корпускулярной концепции электромагнитного излучения.

Выше уже говорилось, что идеи и законы классической физики, ее методология, могут быть с успехом продвинуты далеко вглубь микромира, а также в макромир с тем, чтобы теоретически осмыслить весь, известный к настоящему времени, массив экспериментальных данных. Именно без привлечения, так называемых, "революционных" идей новой физики - ТО А. Эйнштейна и подобных ей релятивистских и иных, неадекватных физической реальности, теорий. Ведь новая физика фактически "законсервировала" классическую на переднем крае познания. Только что родившаяся теория электромагнетизма Максвелла-Лоренца, еще не успела пройти должную апробацию - ни теоретическую, ни экспериментальную. Но из нее, как и из всей классической физики, стали выдергивать удобные теоретические фрагменты (например, тот же волновой аспект электромагнитного излучения), а результаты экспериментов трактовались с позиций новой физики (начиная с известного опыта Майкельсона и т.д.). А природа, механизмы электромагнетизма оставались нераскрытыми до конца.

Поэтому открытие двухкомпонентной структуры электромагнитного излучения является лишь еще одним шагом в направлении познания электромагнетизма и потребует дальнейших усилий в этой фундаментальной области физики.

Возьмем, к примеру, проблему собственно излучения. Из теории Максвелла-Лоренца следует: движущиеся ускоренно электрические заряды излучают электромагнитные волны. Причем, именно такое движение зарядов обеспечивает условия, при которых напряженности электрического и магнитного полей убывают не быстрее, чем . Здесь r - расстояние от источника излучения [8].

Но тогда как быть с круговыми токами? Например, электрон в поле центральных сил атомного ядра, движущийся по круговой орбите равномерно, является ускоренным (имея центростремительное ускорение). Значит по Максвеллу, он должен излучать, а значит, теряя энергию, очень скоро должен упасть на ядро. То есть с этой точки зрения подобная структура является неустойчивой. Именно поэтому и была отвергнута в свое время планетарная модель атома, предложенная Резерфордом.

Еще раз обратимся к эксперименту. Известно, что индуцированный в сверхпроводящем кольце электрический ток, циркулирует без затухания месяцами и более. Электроны, составляющие этот ток, также испытывают центростремительное ускорение. Независимо от причин его вызывающих, по теории Максвелла-Лоренца, эти электроны должны излучать. Но тогда ток в кольце из-за затухания, в результате потери энергии электронами, должен прекратиться, чего на самом деле не происходит. Т.е. это тот случай, когда классическая теория электромагнетизма "не работает".

Но обратимся к раскрытой здесь концепции электромагнитного излучения. Так как при постоянном круговом токе изменения его магнитного поля не происходит, значит, нет и первой компоненты излучения. Нет и второй его компоненты, так как нет сопротивления в сверхпроводнике. Вот почему в сверхпроводящем кольце ток не затухает.

Значит, на основании предложенной двухкомпонентной структуры электромагнитного излучения можно говорить и о "реабилитации" планетарной модели атома, предложенной Резерфордом? Вполне. Электрон, движущийся по круговой орбите равномерно (по скорости) в поле центральных сил атомного ядра, создает постоянное магнитное поле, следовательно излучения первой компоненты не будет. Что касается второй компоненты, то здесь излучение возможно лишь скачкообразно (в виде квантов) при переходе на более низкую орбиту а, при переходе на более высокую орбиту (возбуждение) - наоборот, после поглощения кванта. Т.е. здесь в полном соответствии с экспериментом мы говорим о стационарных и нестационарных орбитах электронов в атомах, а переходы между ними возможны только скачкообразно путем излучения (поглощения) кванта излучения.

Приведенные примеры показывают актуальность разработки на основе предложенной здесь двухкомпонентной концепции электромагнитного излучения адекватной его теории. А это в свою очередь будет означать дальнейшее развитие теории электромагнетизма в целом, уточнения и переосмысления многих ее положений.

Что касается излучения, то центральное место в дальнейшей разработке его теории будет играть конкретная физическая модель атома и его ядра. Автор склоняется к планетарной модели, к обоснованию которой намерен возвратиться в последующих работах. Разумеется, решающее слово - за экспериментом. Модель должна быть адекватной всему массиву экспериментальных данных в этой области. В заключении, следует отметить, что открытие двухкомпонентной структуры электромагнитного излучения свидетельствует о плодотворности последовательно проводимой автором концепции познания физической реальности и его подходов к решению фундаментальных проблем физической науки.

 

 

Литература

1.      Савельев И.В. Курс физики, т.3, М., Наука, 1989

2.      Карпенко В.Н. Подтверждение корпускулярной концепции строения света в физике 19-20-го веков. Физический смысл постоянной Планка. Доклад на VI международной научной конференции "Современные проблемы естествознания" (21-25 августа 2000г), С-Петербург, Россия.

3.      Карпенко В.Н. Теория относительности, как несостоявшаяся гипотеза или заблуждение века. сб. Проблемы естествознания на рубеже столетий. С‑Петербург, Политехника, 1999

4.      Тамм И.Е. Основы теории электричества., М., ГИТТЛ, 1957

5.      Карпенко В.Н. Электромагнитные волны Максвелла и фотоны (кванты), 2000 (отдано в печать).

6.      Карпенко В.Н. Единая теория материи. Постановка задачи. Основные идеи. сб. Проблемы естествознания на рубеже столетий. С‑Петербург, Политехника, 1999

7.      Карпенко В.Н. Структура и механизм образования фотона. Доклад на VI международной научной конференции "Современные проблемы естествознания" (21-25 августа 2000г), С-Петербург, Россия.

8.      Лорентц Г.А. Теория электронов. ГИТТЛ, 1953

 

 

г. Днепропетровск 15 января 2001г.

Автор:
Карпенко Владимир Никитович,
5-23, ул. 20 лет Победы,
49127, Днепропетровск
Украина.

Вернуться к списку статей