Механизм распространения электромагнитных волн по Канну К.Б.

 

     Конспект написан по материалам сайта К.Б. Канна «Электродинамика. Взгляд физика» [1].

Из него же взяты все формулы и рисунки. Цитаты из «Электродинамики» даются без ссылки на источник.

 

Содержание 

 

О чём этот сайт

Сокращения и термины

1. Система уравнений Максвелла

2. Парадоксы системы уравнений Максвелла

3. Ток смещения

4. Что внесли в уравнения Максвелла релятивисты

5. Механизм формирования электромагнитной волны

• Как в нейтральном эфире возникают заряды     

• Возникновение тока смещения

• Формирование плоской поляризованной магнитной волны

      • Формирование волны индукционного тока

6. Энергия электромагнитных волн

Источники информации

 

О чём этот сайт

    

     «К настоящему времени накопилось много новых соображений и экспериментальных фактов, которые, как мне кажется, требуют пересмотра основных понятий электродинамики. Вот об этом я и хочу поговорить на страницах этого сайта. Почему — сайт? Ведь есть много научных журналов — как отечественных, так и зарубежных! Пробовал! Публикация в отечественных журналах затягивается на много месяцев (а то и лет!). Ответы из тех журналов, куда я посылал этот материал, приходили уклончивые: не по профилю, не соответствует основам, отправьте в другой журнал и т.п.».

Оn-line и зарубежные издательства работают оперативней, но: «неприемлемо для публикации», «противоречит основам», «не представляет интереса для читателей». Рассмотрение работ по существу полностью отсутствует. «Интернет – единственная возможность изложить новые мысли, которые не упрутся в глухую стену чиновничьей тупости и равнодушия и к науке, и к читателям, и к научно-техническому прогрессу».

«Двигателями прогресса являются «революционные» теории, радикально меняющие существующие представления. Некоторым из них (вроде квантовой механики, теории относительности) удаётся встроиться в «официальную» систему научных знаний. Другие идеи многие годы (десятилетия!) остаются хоть и увлекательными, но непризнанными теориями. Как правило, это теории, которые принципиально меняют основы научного знания. К таким теориям относится, например, «Причинная механика» Н. А. Козырева [2], согласно которой в звёздах «сгорает» время»».

//СТО Эйнштейна, основанная на мышлении обитателей сумасшедших домов, навязана науке сионизмом. Что же касается времени, то оно гореть не может, ибо время – свойство материи.

Здание официальной науки «стоит непоколебимо и необычайно прочно. Немалую роль в этом играют усилия чиновников от науки, которые сегодня берегут «чистоту» научных догм усерднее, чем инквизиция в средневековье берегла догматы религиозные». //Классическая физика в фазе подъёма, а абсурдность релятивизма осознана подавляющим большинство физиков. Она ждут лишь только того, чтобы РАН сделала об этом официальное заявление и покаялась. – Не дождутся! Есть мнение некоторых «академиков» из Рунета: РАН надо во благо научного прогресса ликвидировать, создав новую, достойную и уважаемую всеми Академию наук на общественных началах. Как в США.

     «Ошибочные представления об электромагнитных взаимодействиях привели к ряду парадоксальных выводов о природе электромагнитных волн. Распространение электромагнитных волн возможно лишь в материальной среде, содержащей электрические заряды. Предполагается, что «электромагнитное излучение» – это процесс переноса электрической энергии в физическом вакууме».

//«Физический вакуум» – неудачный термин. Давно и неопровержимо доказано, что эфир (в частности, светоносный) существует. Поэтому всюду ниже, где это только возможно, вместо термина «физический вакуум» я буду использовать термин «светоносный эфир» (или просто – «эфир»).

Гипотеза Канна о механизме распространения ЭМВ, на мой взгляд, есть лучшее из того, что было написано по этому поводу за последнюю сотню лет. Сокращённый вариант конспекта можно прочитать на сервере «Прозе.ру».

 

Сокращения и термины

 

      Термины со значком «*» предлагаются автором в порядке обсуждения.

• ЭМВ – электромагнитные волны.

• ЭМИ – электромагнитная индукция.

• ε0 — электрическая постоянная

 

• индукционный ток – синоним термина «сторонний ток». По Фарадею индукционный ток предшествует возникновению ЭДС индукции, т.е. опережает её по фазе.

• магнитное поле – поле движущегося электрического заряда, порождаемое деформациями его 

  электрического поля. Возможно, со временем найдут более удачный термин, чем этот – дань догме сложившихся представлений.

• неофициальная физика* – официальная физика за исключением таких гипотез, как теории относительности Эйнштейна, гипотеза Большого взрыва, гипотеза о пустоте отрицание эфира и т.п. «размышлений», выдаваемых за фундаментальные теории.

• сторонний ток (феноменологическая электродинамика) – ток, создающий на концах проводника разность потенциалов – ЭДС. В эфиродинамике – ток, возникающий при поляризации атомов эфира*.  

• ток смещения складывается из стороннего и потенциального тока – аналога тока проводимости,

1. Система уравнений Максвелла

     Представления о природе ЭМВ заложены в систему уравнений, являющейся основой современной электродинамики. Теория волн разрабатывалась Максвеллом почти два десятилетия (1855 – 1873), и в дальнейшем неоднократно правилась и преобразовывалась другими исследователями: Г. Герцем, О. Хевисайдом, А. Эйнштейном, Г. Лорентцем и др. Существенным правкам подверглись не только уравнения, но и некоторые идеи Максвелла. При этом, «Общеупотребительная ныне система уравнений Максвелла не соответствует ни одной из систем, данных в работах Д. К. Максвелла» [3].

Вывод о существовании ЭМВ и электромагнитной природе света является основным следствием из теории Максвелла. Сегодня трудно говорить о деталях его творческого метода. Поэтому многие высказывания о ходе мыслей Максвелла сегодня являются не более чем предположениями. Канн полагает, что мысль о существовании ЭМВ была не следствием, а предшествовала разработке системы уравнений электродинамики. Более того, была одной из целей этой работы. Из письма Джеймса к У. Томсону (1861): «... магнитная и светоносная среды идентичны». Есть документальные свидетельства того, что о существовании ЭМВ догадывался и Фарадей.

     К середине XIX века все основные законы электродинамики были уже известны: закон Био-Савара-Лапласа, Ампера, закон электромагнитной индукции Фарадея, теорема Гаусса-Остроградского. Максвелл обобщил эти зависимости, сведя их в единую систему из семи уравнений. В основе её два уравнения:

I. rot H = jпр + D/t           (1)

                                                      II. rot E = - B/t,

которые описывают взаимные превращения электрического поля в магнитное (I) и наоборот (II).

     Опережая своё время, Максвелл остро ощущал дефицит знаний, необходимых для понимания природы электромагнитных взаимодействий. Процесс генерации и распространения ЭМВ требовал симметрии взаимопревращений электрической и магнитной компонент волны. Так появилась максвелловская формулировка закона электромагнитной индукции, получившая своё отражение во втором уравнении системы (1).

2. Парадоксы системы уравнений Максвелла

     Решение системы уравнений электродинамики приводит к волновым дифференциальным уравнениям для напряжённостей электрического и магнитного полей:

• Уравнения дают для E и H два одинаковых волновых решения. Электрическая и магнитная волны, как утверждают все учебники и пособия по электродинамике, лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях и синфазны. Но, если компоненты ЭМВ синфазны, то возникает коварный вопрос: а возможно ли вообще существование электромагнитных волн? Ведь распространение колебаний в пространстве возможно лишь в том случае, когда существует механизм передачи возбуждения из одной точки среды в соседнюю точку. В упругих средах этот механизм обусловлен взаимодействием молекул среды. В вакууме механизмом близкодействия может быть лишь переход энергии электрических колебаний в энергию магнитных колебаний в соседней точке пространства и наоборот.

     В этом заключалась основная идея Максвелла, которая привела его к мысли о существовании электромагнитных волн! Но если колебания синфазны, то электромагнитное зацепление между точками пространства отсутствует и электромагнитные колебаний распространяться в пространстве не могут. Синфазная электромагнитная волна не может быть бегущей.

• Если электрическая и магнитная компоненты ЭМВ синфазны, то плотность потока электромагнитной энергии (модуль вектора Умова-Пойнтинга) пульсирует по гармоническому закону. В таком случае, с точки зрения здравого научного смысла, здесь имеет место нарушение закона сохранения энергии.

• Синфазность компонентов в ЭМВ противоречит самой максвелловской формулировке основного закона электромагнитной индукции, согласно которой напряжённость электрического поля должна быть пропорциональна производной от магнитной индукции.

• И ещё. Для электромагнитного излучения в замкнутой области (например, стоячие волн в резонаторе) уравнения Максвелла дают между компонентами ЭМВ сдвиг в четверть периода [4]. При этом одна из компонент волны должна иметь на стенках резонатора пучность, что невозможно, так как стенки резонатора непрозрачны для электромагнитного поля. Кроме того, полная электромагнитная энергия в такой стоячей волне совершает колебания на отрезке в четверть волны, что также не характерно для стоячих волн.

     Таким образом, строгий физический анализ решений современной системы уравнений электродинамики приводит к странным выводам: бегущая электромагнитная волна не может «бежать», а стоячая волна не хочет стоять! Однако официальная теоретическая физика в упор не видит эти парадоксы. Менее уверены в правильности такого решения практики. Например, автор [5], как и другие специалисты по электросвязи, убеждён в том, что «колебания магнитного поля опережают колебания электрического поля на π/2». Известны также эксперименты, подтверждающие эту точку зрения [6], но нет вразумительного объяснения этому «парадоксу».

 

3. Ток смещения

     Современные представления о природе ЭМВ сводятся к тому, что переменное вихревое магнитное поле создаёт нестационарное вихревое электрическое поле, перпендикулярное магнитному. В свою очередь электрическое поле генерирует вихревое магнитное поле и т.д. Но со времён Эрстеда и экспериментов Био и Савара известно, что магнитное поле создаётся электрическим током!

    В исходной системе уравнений Максвелла он есть. В 1837 году Фарадей обнаружил явление поляризации диэлектриков в электрическом поле и высказал мысль о возможности распространения электрического и магнитного действия через промежуточную материальную среду. В 1861 году, анализируя поведение диэлектрика в электрическом поле, Максвелл предположил, что взаимное смещение зарядов в молекулах диэлектрика пропорционально напряжённости внешнего электрического поля E. В современных обозначениях эта зависимость определяет электрическую индукцию D = ε0εE.      

     При изменении электрического поля в диэлектрике кратковременно протекает ток поляризации, плотность которого определяется зависимостью jсм = dD/dt = ε0εdE/dt. Этот ток, ток реальных зарядов, Максвелл назвал током смещения и объединил его плотность jсм с плотностью тока проводимости jпр в общий, полный ток.

Максвелл полагал, что эфир, как и диэлектрик, содержит связанные электрические заряды. Исключив заряды из закона электромагнитной индукции (уравнение II), он вынужден был ввести их в процесс распространения ЭМВ. В то время это был единственный разумный выход, позволявший сохранить идею существования электромагнитных волн.

 

4. Что внесли в уравнения Максвелла релятивисты

     После создания СТО Эйнштейна с первым уравнением Максвелла начали происходить чудеса.  Вместе с эфиром выплеснули и ребёнка – идею Фарадея о неразрывной связи электрического поля с электрическими зарядами. Казалось бы, с исчезновением эфира должна была обрушиться вся система рассуждений, положенная Максвеллом в основу электродинамики. Ан нет, – релятивисты изобрели вихревое электрическое поле. «Гениальная» находка избавила индукционный процесс (а, следовательно, и ЭМВ) вообще от всяких зарядов. В пустоте не могло быть тока проводимости, поэтому первое уравнение приобрело вид:

rot H = D/t          (2)

     Таким образом, магнитное поле в ЭМВ создавалось теперь только «полем электрического смещения». Авторы этой идеи не заметили, что электрические заряды присутствуют и в величине D, так как по своему физическому смыслу электрическая индукция представляет собой поверхностную плотность зарядов, возникающую в диэлектрике в процессе поляризации. Без зарядов переменное электрическое поле не может ни поляризовать пустоту, ни создавать ток смещения. Отсутствующие в вакууме молекулы заменили несуществующим вихревым электрическим полем, а производную от этого фантома назвали «током смещения в вакууме».

     Во втором томе Берклиевского курса физики [7] Парсел приводит любопытный анализ тока смещения в вакуумном конденсаторе. Он показывает, что ток смещения в вакууме магнитное поле… не создаёт. Напряжённость магнитного поля в любой точке пространства внутри и вне конденсатора определяется суперпозицией полей от двух «полутоков» проводимости – втекающего в одну пластину конденсатора и вытекающего из другой.

     Сторонники непорочности преобразованной системы уравнений Максвелла утверждают, что способность изменяющегося электрического поля создавать в вакууме ток смещения без участия зарядов есть, мол, эффект релятивистский, а производная dD/dt – релятивистскаяой поправка. Такое Максвеллу, кажется, не могло бы присниться и в самом кошмарном сне.

 

5. Механизм формирования электромагнитной волны

     Электромагнитные волны — это очень важный для практики, сложный и плохо изученный природный процесс. Ошибочные представления об электрической энергии и о процессах её генерации и расходования привели к ряду противоречивых утверждений о природе ЭМВ.

     Нет необходимости доказывать то, что электромагнитная индукция имеет непосредственное отношение к образованию и распространению ЭМВ. Один из двух процессов взаимопревращений в электромагнитных волнах – это процесс генерации электрической энергии из энергии магнитной, требующий участия электрических зарядов и сторонних сил.

 

• Как в нейтральном эфире возникают заряды     

      Эфир не является проводящей средой и не содержит свободных зарядов. Поэтому единственным током, генерирующим магнитное поле в ЭМВ, может быть только ток смещения. Но это не тот иллюзорный ток, который возникает в умах релятивистов при дифференцировании так называемого вихревого электрического поля, а ток смещения реальных зарядов с противоположными знаками. Это тот самый единственный постулат, который Максвелл положил в основу всей системы уравнений электродинамики, и чего упорно не желают замечать его последователи.

Сегодня об этих зарядах можно сказать лишь только то, что они существуют и как-то заполняют эфир. Известно, например, реально существующее электронейтральное образование – позитроний. Его и считает Канн, до лучших времён, источником зарядов противоположного знака.

 

• Возникновение тока смещения

     Допустим, в некоторой области плоскости YОZ появилось возмущение – заряды позитрония оказались разнесёнными на некоторое расстояние (Рис.1). //Источником возмущения частицы эфира могут стать: электрическая дуга, колебательный контур антенны, релаксирующий атом и т.д.

В процессе разведения зарядов возникает система двух неподвижных зарядов, обладающая потенциальной электрической энергией qΔφ0; q заряд одного знака,  Δφ0 – разность потенциалов между полюсами диполя.

В предоставленная самой себе системе электрические заряды устремятся навстречу друг другу, а запасённая потенциальная энергия начнёт переходить в кинетическую энергию движущихся зарядов.  //Так возникает потенциальный (или кулоновский ток эфира).    

 Положим теперь, что потенциальная энергия изменяется по гармоническому закону, а разность потенциалов релаксирующей системы  

∆φ = ∆φ0 Cos ωt.      (3)

Возникающий при этом ток, по аналогии с гармонической индукцией, естественно считать отстающим по фазе от Δφ на π/2. Плотность этого тока

i = i0 sin(ωt) = i0 cos(ωt - π/2)         (4)

 

• Формирование плоской поляризованной магнитной волны

      Для образования волны необходимо передать энергию движения в соседнюю точку пространства. Согласно существующим представлениям передача энергии в ЭМВ осуществляется посредством магнитного поля. Эта модель используется в электродинамике уже более 100 лет и даёт хорошие результаты как при качественной интерпретации, так и при проведении расчётов.  

     В соответствии с электромагнитной моделью распространения ЭМВ ток смещения создаёт в перпендикулярной ему плоскости магнитное поле, распространяющееся в пространстве в виде волны. По закону ЭМИ Фарадея магнитный поток (а, значит, и напряжённость магнитного поля H) отстаёт по фазе от индукционного тока на π/2. Осцилляции атомов «позитрония» можно рассматривать, как колебания тока в «микрогенераторе», с той разницей, что в эфире энергия движения не рассеивается, а целиком переходит в потенциальную энергию.

Таким образом, для магнитной напряжённости в начальной плоскости, создаваемой током смещения, можно записать соотношение:

H = - Ho cost)       (5)

Так возникает плоская магнитная волна, поляризованная в плоскости XOZ и движущаяся по оси ОХ:                                                      

        H = - Ho cos(ωt - kx)       (6)

 

• Формирование волны индукционного тока

В соответствии с механизмом индукции магнитная волна создаёт волну индукционного тока, опережающую её на четверть волны: 

i = io sin(ωt – kx)       (7)

На Рис. 2а (без учёта плоскостей поляризации волн) пунктиром приведена волна магнитной напряжённости (уравнение 6) и волна плотности тока смещения (уравнение 7).

     По аналогии с током в разомкнутом микрогенераторе, ток смещения складывается из стороннего i* и потенциального i' тока – аналога тока проводимости, являющегося продолжением стороннего тока. Сторонний и потенциальный токи сменяют друг друга каждую четверть периода.      

     Разность потенциалов, создаваемая сторонним током, играет здесь роль обратной ЭДС Эi. Как и в разомкнутом микрогенераторе, она опережает индукционный ток по фазе на π/2 и образует волну, опережающую ток смещения на четверть волны:

∆φ = ∆φ0 cost - kx)       (8)

     Сторонние (магнитные) силы приводят к поляризации эфира, а потенциальные создают пульсирующий ток. Участки волны плотности тока, на которых «работают» сторонние силы, на Рис. 2а затенены. На этих участках происходит генерация потенциальной электрической энергии. На светлых участках потенциальная энергия превращается в кинетическую электрическую энергию.

 

6. Энергия ЭМВ

 

          Потенциальная электрическая энергия определяется соотношением Wφ = qΔφ. Так как q ~ Δφ, то можно считать, что плотность потенциальной энергии в плоскости YОZ с учётом (3) изменяется со временем по закону (9):

wφ ~ ∆φ2 ~wφ0 cos2ωt = (wφ0/2) [1 + cos(2ωt)],           (9)

где wφ0 ~ q0Δφ0. Эта зависимость представляет косинусоиду с удвоенной частотой (2ω), «приподнятую» над осью абсцисс на половину амплитуды (см. Рис. 2b).

     Плотность кинетической электрической энергии (Канн употребляет термин «электрическая энергия движения) пропорциональна квадрату плотности тока смещения: wi ~ i2. Поэтому колебания энергии тока смещения в плоскости YОZ будут определяться с учётом (4) зависимостью

wφ ~ i2 ~wi0 sin2ωt = (wi0/2) [1 – cos(2ωt)].           (10)

     На Рис. 2b плотности потенциальной энергии wφ и кинетической электрической энергии wi представлены волнами, распространяющимися в направлении оси X. Если отсутствуют потери энергии, то каждые четверть периода потенциальная энергия целиком переходит в энергию движения. В любой точке волнового пространства плотность электрической энергии равна wφ0 = wi0 = wφ + wi = w0 = const. Это значит, что плотность потока энергии (модуль вектора Умова-Пойнтинга) w0c = const. c – фазовая скорость волны.

     Таким образом, то, что сегодня называют электромагнитными волнами, согласно сказанному представляет собой волны электрической энергии. Распространение этих волн обусловлено процессом перехода электрической энергии из потенциальной формы в форму кинетической электрической энергии и обратно.

     Механизмом, связывающим соседние точки пространства и обеспечивающим движение электрических волн, следует сегодня считать модель с участием магнитного поля. Оно не обладает собственной энергией и выполняет в этом процессе лишь роль посредника, передающего электрическую энергию в соседнюю точку пространства.

     Вопрос о физической природе электрической упругости эфира остаётся открытым. Понять природу этого процесса можно будет лишь тогда, когда определится структура эфира. Автор [8] считает, что эфир состоит из перемежающихся положительных и отрицательных зарядов, образующих кубическую структуру, подобную структуре NaCl. В такой модели передача энергии движения в соседнюю точку пространства будет происходить в результате обычного кулоновского взаимодействия разноимённых зарядов.   

    

Источники информации

 

1. Канн К.Б. Сайт «Электродинамика. Взгляд физика».  http://electrodynamics.narod.ru/

2. Козырев Н. А. О возможности экспериментального исследования свойств времени.

3. Маркчев Н. Т. Сравнение различных форм системы уравнений Максвелла // Максвелл и развитие физики XIX-XX веков. М.: Наука, 1985. С. 93.

4. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.3. Электричество. М.: Физматлит, 2004. С. 591.

5. Пирогов А. А. Распространенная и очень вредная ошибка в представлении электромагнитных волн. // Электросвязь. 1993. N 5. С. 13.

6. Гейнце С. С., Тимофеева Г. Я., Пирогов А. А. и др. Синхронное радиовещание. М.: Радио и связь, 1989. С. 18.

7. Парселл Э. Электричество и магнетизм: Учебное руководство (Пер. с англ.). М.: Наука, 1983. (Берклиевский курс физики; Т. II). С. 249.

8. Харченко К. П. Эфир. //Интермост. 2007. N 6(53). С. 59.