экспериментальных исследованиях Фарадея и на его исходных концепциях реальности существования у движущегося электрического заряда магнитного поля, а также реальности существования магнитной силовой линии и магнитных взаимодействий токов (конкретно явления поперечного магнитного взаимодействия токов). Реальность существования магнитного поля в пространстве около электрического тока доказано Фарадеем экспериментально в его многочисленных наблюдениях различных явлений магнитного взаимодействия и даже непосредственным наблюдением самих «силовых линий магнитного поля» с помощью железных опилок. Вблизи любого источника магнитного поля, как принято считать в настоящее время, железные опилки образуют наглядную структуру поля, чем, вроде бы, доказывается действительная реальность его существования. Но полученных в то время Фарадеем экспериментальных фактов, очевидно, было все же еще недостаточно, если в уравнениях Максвелла, все таки, чего-то еще не хватало. Не малую отрицательную роль в электродинамике сыграло и априорное допущение самого Максвелла о применимости к электрическому полю зарядов теоремы Остроградского-Гаусса не только в статике, в состоянии покоя электрических зарядов, но и в динамике при их движении. Этими грубыми допущениями, которые стали следствием недостаточности экспериментальных фактов, электродинамика, как физическая наука, перестала существовать, так как была подменена просто одной абстрактной электростатикой, в которой электростатические взаимодействия вообще не зависят от движения зарядов. А чтобы абстрактная электростатика все же соответствовала действительности, ее дополнили формальной деформированной магнитодинамикой, существующей самостоятельно от электростатики и дополняющей ее.
Однако во времена Максвелла были известны уже и другие экспериментальные факты и подходы. В частности Ампером [ 28 ], на основе полученных им экспериментальных фактов, была выдвинута прямо противоположная концепция, что никакого особого магнитного поля и магнитных силовых линий в природе реально вообще не существует и все новые обнаруживаемые эффекты и явления при движении зарядов связаны просто с динамическими свойствами электрических полей этих зарядов. То есть, электростатические взаимодействия и явления не остаются неизменными при движении зарядов, как это считали ранее и продолжают считать и в настоящее время (следствие гипотезы Максвелла), а изменяются таким образом, что для описания их вообще не требуется вводить какие-то магнитные поля и магнитные взаимодействия. Поэтому в формуле Ампера для "магнитного" взаимодействия движущихся зарядок никакого "магнитного" поля не вводилось, а указывалась только скорость движения взаимодействующих зарядов. Кроме того, Ампером было экспериментально установлено, что кроме поперечных сил "магнитного" взаимодействия движущихся зарядов (сила взаимодействия направлена перпендикулярно току), существуют еще и продольные "магнитные" силы взаимодействия (взаимодействие токов по одной прямой вдоль направления этих токов) [ 29 ]. В своих формулах силового взаимодействия элементов тока понятия магнитного поля Ампер вообще не использовал. Поэтому концепции Ампера явно не вписывались в примененный Максвеллом математический формализм записи уравнений через электрические и магнитные поля. Возможно поэтому, Максвелл не смог понять существа предложений Ампера как по магнитному полю, так и по продольной магнитной силе, между тем как в этих предложениях был заложен глубокий смысл, раскрывающий причины ограниченности полученной Максвеллом системы уравнений электродинамики. Ампером еще в свое время было высказано удивительно прозорливое высказывание, которое гласило, «Что если в электродинамике не отказаться от понятия «магнит», то в дальнейшем это грозит неимоверной путаницей в теории...». И только в настоящее время, основываясь на общем анализе теоретических и экспериментальных фактов [ 30,31 ], удается убедиться в полной справедливости предупреждений Ампера. Кроме реально существующего у покоящего заряда электрического поля, никакого специального "магнитного поля" у движущегося электрического заряда действительно не появляется. Это то же самое электрическое поле заряда, но уже несколько деформированное и измененное (известные эффекты запаздывающих потенциалов!) за счет его движения в среде физического вакуума. Следовательно, в исходных физических предпосылках электродинамики Максвелла действительно были заложены определенные заведомо ошибочные исходные концепции. Максвелл оказался залож- Л ником установившихся еще до него и даже при нем ошибочных общих исход- У ных представлений о законах электричества и магнетизма. Кроме того, апри- л орные допущения неизменности силового кулоновского электрического взаи- в модействия между движущимися зарядами требовали полного отказа от по- Р стулата конечности скорости распространения света и существования эффек- н то в запаздывающих потенциалов у движущихся зарядов, что прямо противо- н речит уже основным фундаментальным концепциям современной физики. На- Д пример, согласно подобных абстрактных допущений, электрическое взаимо- TI действие между движущимися зарядами остается неизменным даже при ско- м рости света, когда электрические поля зарядов за счет их деформации уже во- н обще не могут взаимодействовать друг с другом. Зато, с другой стороны, эф- IV фекты взаимодействия движущихся зарядов вынуждены были количественно А компенсировать введением формальных, реально не существующих, "магнит- Д ных" взаимодействий. И все эти формальные допущения оказались естествен- oi ным следствием ограниченности исходных начальных представлений как о н< свойствах покоящегося и движущегося электрического заряда, так и его полях. те
В исходных уравнениях Максвелла действительно чего-то еще не хватало и поэтому они были не применимы к не замкнутым токам и отрезкам тока.
Но практическая необходимость требовала от физиков решения задач не только для замкнутых токов, но и для случаев как незамкнутых токов и отрезков тока, так и для случаев отдельных движущихся электрических зарядов. Игнорируя предупреждения Максвелла, физики не стали искать причин ограниченности его исходных уравнений (очевидно по причине отсутствия полного осознания сложившейся в то время физической ситуации), а пошли по хорошо проторенным и стандартным к тому времени формальным путям решения проблемы. В математике хорошо известно, что любые прорехи физических теорий (неточность и ошибочность в исходных предпосылках) всегда приходиться латать заплатами математического формализма и современные математические методы электродинамики представляют собой достаточно наглядный пример этому, так как залатанная и заштопанная теория по-прежнему остается и противоречивой и не менее парадоксальной. Используя всякого рода математические подстановки, накладывая произвольные дополнительные условия, нормировки, калибровки, вводя штрихованные координаты, специальную 5-функцию и т.д., физикам, чисто формальными методами, удалось «натянуть» уравнения Максвелла и на этот круг заведомо не решаемых этой теорией задач, получив результаты решений, вроде бы, соответствующие экспериментальным наблюдениям.
Например допустим, что нам необходимо, с помощью системы уравнений Максвелла, решить простейшую задачу — определить в заданной точке наблюдения напряженность магнитного поля от одиночного движущегося заряда. Задача простейшая, однако уравнения Максвелла к такой задаче принципиально неприменимы (это определил еще сам Максвелла!), так как div А для этого случая нельзя положить равной нулю. Для того, чтобы «натянуть» уравнения Максвелла на эту заведомо не решаемую для этих уравнений область, с использованием чисто математических формальных методов, оказывается необходимым данную простейшую задачу предварительно и целенаправленно (или умышленно!) усложнить [ 32 ]. Оказывается, согласно формальных требований, необходимо предположить, что задача у нас не простейшая, не одиночный движущийся заряд, а целая система зарядов, которая при своем движении образует, к тому же еще, замкнутые токи. В этом случае, применительно к замкнутым токам, уравнения Максвелла оказываются уже применимыми и в этом случае оказывается возможным наложить на них еще дополнительное формальное условие, что div А = 0. При этом система уравнений Максвелла легко сводится к уравнению Пуассону для векторного потенциала А, решение которого оказывается уже возможным, но это решение, вообще то, для системы одиночных движущихся по замкнутой кривой зарядов, а не просто одиночного заряда. Далее, для нахождения решения для случая одиночного движущегося заряда, оказывается необходимым использование еще математически-абстрактного формализма штрихованных координат и 5-функции, с помощью которого, как раз, и находится окончательное решение для магнитного поля от одиночного движущегося заряда в заданной точке наблюдения. После нахождения подобного решения для векторного потенциала А для одиночного движущегося заряда, с помощью частной производной rot А , мы действительно находим выражение для магнитного поля Н в точке наблюдения для одиночного движущегося заряда. Более того, как это не удивительно, найденное выражение, вроде бы, соответствует экспериментальным наблюдениям. Впечатление такое, что мы, вроде бы, действительно нашли правильное решение системы уравнений.
Однако, в математике также хорошо известно, что правильность решения любого уравнения можно проверить методом подстановки в исходное уравнение найденного решения. Так вот, простая проверка показывает, что если найденный в процессе решения системы уравнений результат - магнитное поле Н , подставить в исходные уравнения Максвелла, то мы неожиданно обнаружим, что правая часть уравнения не равна левой. Проверка показывает, что решения системы уравнений Максвелла с использованием подобных формальных методов не являются, в действительности, верными, так как в процессе решения в систему уравнений были внесены изменения, однако обратно эти изменения не были изъяты, так как этого невозможно уже сделать. Таковы результаты реально практикуемых чисто формально-математических методов выхода из заведомой ограниченности исходной системы уравнений Максвелла.
Более того, если после подобного решения уравнения Пуассона для поля векторного потенциала А попытаться взять еще и вторую пространственную производную div А этого векторного потенциала (вспомним, что в начале решения в дополнительных условиях для общего векторного потенциала А искусственно было положено условие div А = 0 !!!), то неожиданно обнаруживаем, что div А оказывается уже снова не равной нулю div А Ф 0 , т.е. после решения мы получили результат, который отрицает искусственно введенное нами же предварительное дополнительное условие.
Сторонники чисто формально-математических методов в электродинамике, не без гордости, заявляют, что в любой физической теории главным является строгость, законченная форма и изящный вид самих математических уравнений, а как они получены, какие использовались при этом физические предпосылки, исходные физические концепции, допущения, то все это, по их представлению, всего лишь «строительные леса, о которых не надо вспоминать, чтобы не портить фасад красивого теоретического здания». Свою теорию электромагнетизма, как известно, Максвелл строил на вполне определенных физических концепциях, основываясь на допущении реальности существования эфира, реальной материальной среды - носителя полей. Однако со временем, в связи с отказом в физике от любой модели среды, физическая сущность из уравнений Максвелла начала постепенно выхолащиваться. Более того, Максвеллу было поставлено даже в упрек [ 26 ] , что он, видите ли, не предвидел значительной общности выведенных им уравнений, что «...сейчас мы лучше понимаем (сам Максвелл, очевидно, этого не понимал?! - Г.Н.), что дело в самих уравнениях, а не в модели, с помощью которой они были выведены... Если мы отбросим все строительные леса, которыми пользовался Максвелл, чтобы получить уравнения, мы придем к заключению, что прекрасное здание, созданное Максвеллом, держится само по себе». Не нужно быть дальновидным, чтобы понять, что как только уравнения Максвелла были отделены от их исходной модели, как только они стали представлять собой самостоятельную абстрактно-математическую сущность, с этого же самого момента уравнения Максвелла лишились и своего физического содержания. Более того, с этого самого момента уравнения Максвелла лишились и практически любой возможности своего дополнения, изменения и совершенствования. Осталась только одна возможность чисто абстрактного формально-математического совершенствования, что и осуществлялось в действительности теми, кто продолжал поддерживать фасад «прекрасного здания». И чем дальше осуществлялась эта «поддержка», чем более изощренными, «изящными» и «красивыми» становились формально-математические методы в электродинамике, тем больше в электродинамике возникало трудностей, странных необъяснимых явлений, парадоксов и противоречий. Как говорится, чем дальше в лес. тем больше дров и в результате в настоящее время мы имеем в электродинамике то, что заслуженно имеем.
Однако, выдающимся открытием Максвелла является также то, что в правую часть своих уравнений, кроме токов переноса, им введены странные токи смешения, о физической сущности которых физики спорят до настоящего времени. Максвелл полагал, что токи смещения представляют собой реальную действительность, т.е. реальные токи смещения в эфирной материальной среде. Но после того, как в физике восторжествовала концепция «пустого пространства» А.Эйнштейна, токи смещения полностью потеряли свою физическую сущность.
Согласно современным представлениям известно, с одной стороны, что токи смешения представляют собой физическую реальность, так как без них невозможно понять работу простейшего конденсатора, с другой же стороны, токи смешения - это математическая формальность, которая не имеет физической сущности и с помощью которой оказывается возможным сделать уравнения Максвелла симметричными |см. Парсела Э., Ле-вича В.Г.|. С одной стороны магнитные свойства токов смешения принимаются эквивалентными магнитным свойствам токов переноса, так как "эти токи одинаковым образом входят в правую часть уравнений Максвелла" |см. Тамма И.Е|. С другой стороны, магнитные поля движущихся зарядов определяются всегда, почему-то, только через одни токи переноса, как будто токи смешения при этом вообще отсутствуют. Однако, в то же время, запись уравнений Максвелла вообще без токов смещения оказалась в принципе невозможной.
В настоящее время физическая сущность токов смещения, вроде бы,-снова возрождается в связи с общим признанием важной роли среды физического вакуума во всех электромагнитных явлениях. Однако, тем не менее, решений уравнений Максвелла через токи смещения (по принципу близко-действия) в физике по-прежнему не найдено и магнитные поля находятся только через одни токи переноса по не физическому принципу дальнодействия.
Известно, что в пространстве около движущегося заряда или элемента тока токи смещения замыкаются на токе переноса
Причем в любой точке N пространства, вектор плотности тока смещения jcw (г), в общем, не совпадает с направлением движения заряда. Таким образом, в заданной точке пространства г мы всегда можем определить как напряженность магнитного поля Н(г), так и величину соответствующего этой напряженности тока смещения J(r). И, тем не менее, несмотря на то, что понятие тока смещение в электродинамике известно давно, до настоящего времени во всех практических случаях магнитные поля в точке наблюдения находятся только по принципу дальнодействия через токи переноса
Первая же попытка выразить магнитное поле через токи смещения сразу же привела к весьма неожиданному результату. Было установлено , что только одна аксиальная компонента вектора плотности тока смещения J|| CM (г) в точке наблюдения г уже полностью определяет собой известное в науке векторное магнитное поле Нх
Hx(r)= 2J„CM(r)/r0, или
H,=^[VxE]
между тем как оставшаяся радиальная компонента вектора плотности тока смешения Jj см (г) определяет собой существование в этой же точке наблюдения г еще одного вида неизвестного ранее в науке скалярного магнитного поля Нц
H„(r)= 2JXcM(r)/x,
между тем как по направлению движения заряда и против известное векторное магнитное поле Нх оказывается равным нулю, хотя значение векторного потенциала А в этих направлениях остается не равным нулю. Но в математике хорошо известно, что одна пространственная производная rot А еще не определяет вектор А полностью, пока не определена еше и вторая пространственная производная этого вектора, то есть div А . Оказалось, что от любого движущегося заряда (а также от элемента тока и не замкнутого тока, т.е. в тех случаях, о которых как раз предупреждал еще Максвелл!) вторая производная от векторного потенциала А движущегося заряда, о чем. в общем, было уже давно известно в физике [ 32 ] , также не равна нулю div А = Ни ^ 0 , и, более того, имеет размерность эрстеды и определяет собой существование около движущегося заряда еще одного неизвестного ранее в науке скалярного магнитного поля Нц . Причем скалярное магнитное поле, в противоположность известному векторному магнитному полю, в пространстве около движущегося заряда распределяется, в основном, по направлению движения заряда и против (см. рис. 2), то есть там, где как раз отсутствуют обычные векторные магнитные поля. И только совместно векторное и скалярное магнитные поля дают, наконец, общее представление о полных магнитных свойствах любого движущегося электрического заряда (или элемента тока и не замкнутого тока). После установления общих исходных концепций о полных магнитных свойствах движущегося электрического заряда, разрешаются, наконец, практически все известные противоречия и парадоксы в современной электродинамике как в теоретическом, так и в экспериментальном плане [ 30,31 ]. Полная система уравнений электродинамики для двух типов магнитных полей оказалась теперь хорошо применимой как для замкнутых токов, так и для не замкнутых токов, отрезков тока и для одиночных движущихся зарядов (т.е. полностью устранялись ограничения, обнаруженные самим Максвеллом!). Более того, сами решения полной системы дифференциальных уравнений существенно упростились, так как безо всяких дополнительных условий, нормировок и калибровок, решения уравнений может быть найдено как в рамках формализма поля векторного потенциала, так и простым интегрированием правых и левых частей уравнений. Но наиболее важным в полной системе уравнений электродинамики является то, что правая часть уравнений определяется теперь только параметрами токов смещения среды физического вакуума, что в полной мере отражает физический принцип близкодействия. Оказалось, что природа электромагнитных явлений непосредственно связана с природой самой материальной среды физического вакуума, роль которой так упорно пытались игнорировать сторонники чисто формально-математических методов. В какой-то мере становятся понятными теперь и некоторые странные природные электромагнитные явления, связанные с атмосферным электричеством и ШМ, а также аномальные явления электромагнетизма.
|
|
| Меню |
|
 |
|
|
