Баллистическая


Электромагнитная индукция и полнота электродинамики Ритца



жүктеу 8.2 Mb.
бет9/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   99

Электромагнитная индукция и полнота электродинамики Ритца

Интересно отметить, что по нашей теории в покоящихся телах явления индукции в замкнутой цепи возникают только вследствие конечной скорости распространения. Действительно, если обратиться к разложениям параграфа 3, то увидим, что, поскольку члены второго порядка затронуты слабо, то только эта конечная скорость вводит ускорения, и именно ускорения определяют явления индукции.



Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]
Итак, хотя в настоящее время общепринят максвеллов вариант электродинамики, задолго до неё была принята электродинамика Ампером, развитая Вебером с Гауссом. Настолько проста и естественна была их теория, что почти весь XIX в. все признавали только её, отвергая возникшую позднее туманную теорию Максвелла. Лишь открытие Герцем в 1888 г. электромагнитных волн привело к признанию максвелловой электродинамики и забвению исконной теории Ампера. Но уже в 1908 г. Вальтер Ритц показал, что электродинамика Ампера объясняет всё известное из максвелловой теории, включая электромагнитные волны, и предсказывает много нового, естественно приводя к тому, что Максвелл лишь постулировал. Ритц вскрыл глубинные механизмы электрических, магнитных, гравитационных воздействий, объяснив и релятивистские эффекты без теории относительности.

Ампер, метко прозванный "Ньютоном электричества", строил электродинамику, избегая гипотез, опираясь лишь на опыт. Так он открыл взаимодействие токов и свёл к нему магнетизм, показав, что магниты – это наборы круговых молекулярных токов. Как в законе тяготения Ньютона, Ампер сводил электрические эффекты к силам взаимодействия элементарных частиц и токов - центральным силам, направленным вдоль линии соединения частиц. Сходство законов взаимодействия зарядов, токов и масс Ампер объяснял единством электрических, магнитных и гравитационных сил. Не в пример простой и естественной электродинамике Ампера, Максвелл оперировал абстрактными искусственно введёнными понятиями, вроде эфира, электромагнитного поля, вектор-потенциала, нецентральных, вихревых сил.

А электродинамика Ампера имела только тот порок, что и теория Ньютона, – это была теория дальнодействия: взаимодействие двух точек определялось лишь их взаимным положением, независимо от того, что лежало меж ними, словно воздействие передавалось мгновенно, без всякого посредника [60]. Две разнесённых точки сразу испытывали силы отталкивания или притяжения, непосредственно и мгновенно действующие на любом расстоянии по закону Кулона, Ампера или Ньютона. Ритц продолжил программу Ампера-Вебера, и как раз ритцева механическая модель избавила теорию дальнодействия от главного порока путём учёта материального посредника-носителя – реонов, транспортирующих воздействия от заряда к заряду с запозданием от конечной скорости реонов. При движении зарядов именно задержка воздействия ведёт к его изменениям, имеющим вид магнитных и индукционных сил. Сравнив заряд с пулемётом, стреляющим реонами и придающим им, как пулям из едущего броневика, добавочную скорость, Ритц объяснил роковой для теории Максвелла опыт Майкельсона и вскрыл природу магнитных, релятивистских эффектов.

Однако Фарадей решил совсем иным путём обойти основную проблему теории дальнодействия. Наблюдая железные опилки, выстроенные вдоль силовых линий магнита, он решил, что есть некая вездесущая среда-поле, передающая воздействие от одних тел другим - так появилась полевая концепция близкодействия. Максвелл математически развил эту теорию, опираясь на гипотезу среды-поля (эфира), хотя уже тогда все считали полевую концепцию Фарадея наивной, а его спекуляции о реальности силовых линий и вихрях – детским лепетом.

Да и с высоты современной науки видно, что Фарадей и Максвелл ошибались. Силовые линии и поле, подобно полю скоростей, давлений, – это не физические, а математические объекты. Однако учёные верят в физическое поле-эфир, как они ещё долго цеплялись за теплород после открытия механической природы теплоты. Опыт Майкельсона доказал ложность эфира и основанной на нём электродинамики Максвелла [152]. Укладка же опилок вдоль силовых линий говорит не о наличии среды-поля, а об ориентации каждой частицы силами Ампера. Пороком максвелловой теории было и то, что она давала равные права электрическому и магнитному полям, способным взаимообращаться, порождать друг друга [60]. Ампер же считал магнитные воздействия вторичными, сводя магнитные эффекты к взаимодействию подвижных зарядов (токов). Реально лишь электрическое взаимодействие F0=e2/4πε0R2 зарядов e, а магнитное - его частное проявление. Вебер развил эту мысль, дав уточнённое выражение F=F0[1–V2/c2+2/c2] для элементарной силы взаимодействия зарядов, учитывающее, кроме их дистанции R, относительные лучевые скорости V и ускорения a [106]. Слагаемые, содержащие V и a, давали магнитные и индукционные силы в качестве малых добавок электрической силы от движения зарядов. Так возник термин "электродинамика", где, в противовес электростатике (F=F0), изучалось взаимодействие подвижных зарядов. А концепцию Максвелла правильней называть теорией электромагнетизма ввиду отведения электричеству и магнетизму равных ролей без объяснения причин перехода одного в другое.

Рис. 18. Движение проволочной рамки ведёт к уменьшению потока Ф поля B через рамку и создаёт в ней силы Лоренца, разница которых есть ЭДС индукции, рождающей ток.

Впрочем, и формула Вебера была эмпирической. Строго её обосновал Вальтер Ритц, получив формулу как прямое следствие открытого им механизма взаимодействия элементарных зарядов (электронов) посредством обмена стандартными микрочастицами массы m – реонами. Именно так он вывел из своей модели силы магнитного взаимодействия (§ 1.7.). В своём главном труде [8] Ритц объяснил не только магнитные явления, но и явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем. Суть его в том, что изменение магнитного потока Ф вектора B через замкнутый контур (скажем, проволочное кольцо) наводит в этом контуре ЭДС индукции, создающей ток индукции и по правилу Ленца мешающей изменению потока [60]. Рассмотрим прямоугольную проволочную рамку и лежащий в её плоскости проводник с током (Рис. 18). По закону Фарадея удаление рамки от провода со скоростью V наведёт в рамке ЭДС индукции U=–dФ/dt. В этом случае ЭДС – это снова чисто электрическая сила, равная разнице сил Лоренца U=Fл1Fл2, действующих на заряды в ближнем и дальнем участке рамки, где поле B2 меньше, чем в ближнем B1 [45]. В силу классического принципа относительности, то же получим и в случае, если рамка неподвижна, а удаляется проводник с током. Сложнее случай, когда провод и рамка неподвижны, но меняется ток в проводнике и создаваемое им магнитное поле B и его поток Ф через рамку (Рис. 19). В этом случае из-за эффекта Ритца и запаздывания электрических воздействий рамка воспримет воздействие движущихся с ускорением a зарядов проводника с разным запозданием и интенсивностью. Это снова породит электрическую силу индукции U=–dФ/dt и ток в рамке.

Рис. 19. Ускоренное движение зарядов увеличивает поток Ф через рамку и создаёт разность сил, наводящих ЭДС и ток индукции в контуре.

Итак, магнитные, индукционные и прочие электродинамические эффекты, включая релятивистские, возникают в БТР как малые добавки к силе электрического воздействия от равномерного или ускоренного движения зарядов. Эти добавки возникают при учёте высших порядков при разложении электрической силы в ряд. Учёту этих малых, но весьма существенных поправок Ритц придавал основное значение в своей электродинамике, показав, что эти добавки вызваны запаздыванием воздействий, конечной скоростью их распространения (см. эпиграф § 1.8.), отчего меняется частота f прихода реонов к заряду, а значит сила воздействия на него. То есть, электродинамические эффекты – это прямое следствие эффектов Доплера и Ритца – изменения частоты f=f0[1–V2/c2+/c2] от движения источника. Потому похожее выражение получается и для силы взаимодействия зарядов F=F0[1–V2/c2+2/c2] – это, как и все электродинамические эффекты, прямое следствие открытых Ритцем пространственно-временных соотношений и конечной скорости c реонов, то есть запаздывания электрических сигналов.

Электродинамику Максвелла предпочли исконной веберовской ещё и потому, что он рассматривал электромагнитные явления в средах, Вебер же говорил лишь о взаимодействии в пустоте. Вдобавок электродинамику сред проще изучать в рамках полевого, эфирного подхода, на языке физики сплошных сред, к которым относили эфир. Но, как показал Лоренц в своей электронной теории, все выводы электродинамики Максвелла для диэлектриков, металлов, преломляющих сред, получаются и в прежнем описании элементарных взаимодействий зарядов в вакууме. Надо лишь представить среду совокупностью зарядов (электронов и ионов), смещаемых и колеблемых под действием внешних источников, тем самым порождая вторичные воздействия и волны, преобразующие исходные. Так что и здесь концепция Ритца логичней максвелловой, вводящей для каждой среды свои свойства эфира. Впрочем, учёные во главе с Лоренцем пытались встроить электронную теорию, отрицающую особую роль среды, в максвеллову, хотя куда естественней она вписывалась в электродинамику Вебера.

Объясняет Ритц и электромагнитные волны, давшие признание электродинамике Максвелла (§ 1.11.). Как показал Ритц, электромагнитные волны получались и в электродинамике Вебера, причём много проще. Если Максвеллу требовались нескончаемые превращения электрического и магнитного поля для распространения волн, то в электродинамике Ритца световые колебания возникали как естественное следствие передачи переменных электрических воздействий с конечной скоростью потока частиц равной скорости света c. Опыты Герца доказали реальность электромагнитных волн, электрическую природу света, но ничуть не подтвердили физической реальности поля или эфира и основанной на них теории Максвелла.

Как видим, электродинамика Ритца описывает те же самые эффекты, что и электродинамика Максвелла, в большинстве случаев естественно приводя к тем же результатам. И лишь в тонких и ещё неисследованных эффектах можно найти различие между этими электродинамическими теориями, что позволит однажды на строгом основании опытов сделать выбор в пользу той или иной теории. Но уже сейчас в пользу БТР говорит то, что в электродинамике Ритца все явления трактуются чисто механически, наглядно. Существование магнитных эффектов и эффектов индукции в БТР само собой следует из модели взаимодействия зарядов и не нуждается, в отличие от максвелловой теории, в принятии специальных дополнительных гипотез о существовании электрического и магнитного полей.

Физики, однако, боготворят Максвелла и его уравнения. Восхищение уравнениями Максвелла доходит до того, что их обожествляют, словно в них заключена вся мудрость природы, и всё из них следует. А между тем эти уравнения построены чисто формально, как произвольные обобщения эмпирических законов. Так первое уравнение Максвелла rotH=∂D/∂t+j и четвёртое уравнение divB=0 - это всего лишь обобщения известных законов Био-Савара-Лапласа и Ампера, позволяющих найти величину магнитного поля проводника с током. Второе уравнение Максвелла rotE=-∂B/∂t - это просто обобщённый закон электромагнитной индукции. Наконец, третье уравнение divD=ρ - это опять же не более чем обобщение закона Кулона, позволяющего найти электрическое поле заряда. Физики считают, что именно этим-то обобщением уравнения Максвелла и замечательны, ибо выражают гораздо больше открытых эмпирически законов Кулона, Ампера и Фарадея. Но как показал Ритц, именно в силу своей чрезмерной общности уравнения Максвелла часто допускают физически невозможные решения. Истинная же электродинамическая теория должна давать единственное, причём физически верное решение. Поэтому Ритц критиковал электродинамику Максвелла и особенно его уравнения в частных производных, имеющие множество физически недопустимых решений [8]. Ритц считал, что такого рода уравнения должны быть изгнаны из фундаментальных законов природы.

В баллистической теории Ритца воздействия находится не аналитическим, а синтетическим путём: не из дифференциальных уравнений, а как результат интегрирования элементарных воздействий. Поэтому теория Ритца даёт всегда единственное и при том верное решение. Как видели, БТР легко и естественно объясняет законы Кулона, Ампера и Фарадея - то есть она полна и исчерпывающе объясняет всё то, на чём основаны уравнения Максвелла. При этом теория Ритца не нуждается в абстрактных понятиях электрического и магнитного полей, играющих столь важную роль в электродинамике Максвелла. В теории Ритца речь идёт непосредственно о воздействии. Именно поэтому электродинамику Ритца называют ещё бесполевой.

Впрочем, заданные в каждой точке пространства распределения реонов и ареонов по концентрации и скорости их потока в принципе в какой-то мере эквивалентно прежнему понятию поля. Ведь в каждой точке воздействие на ток или на заряд определяется именно этим распределением. Но в этом случае мы уже не говорим о поле как о некой абстрактной физической материи. В БТР поле имеет чисто математический смысл, а не смысл особого рода материи. Исконно именно так и вводили поле в математике и физике. Скажем, поле скоростей, давлений, температур - это всего лишь пространственные распределения данных характеристик. Лишь потом физики стали приписывать полю самостоятельный физический смысл, что, разумеется, неверно. Примерно так же нереальны силовые линии поля - это чисто математические образы, введённые для удобства описания. Интересно отметить, что Максвелл и Фарадей, подобно полю, считали реальными объектами и силовые линии. Ясно, что при таком подходе они и не могли построить правильную электродинамику. Таким образом, именно Фарадей и Максвелл направили классическую физику по ложному пути, уведя её от наглядных механических моделей и электродинамики Гаусса-Вебера. Теория относительности, да и квантовая механика были лишь следствием, дальнейшим развитием абстрактно-аналитического пути Максвелла.

Итак, если в дальнейшем мы и будем время от времени употреблять термин "поле", то лишь в математическом смысле. Также для удобства мы будем в расчётах пользоваться привычными всем обозначениями полей B и E и формулами для них, имея в виду, что те же величины воздействий получаются и в баллистической бесполевой теории Ритца. Лишь из стремления не затруднять читателю понимание дальнейших глав книги, мы будем пользоваться принятыми в электродинамике обозначениями и способами расчёта. Точно так же мы до сих пор пользуемся, например, формулами термодинамики, говорим о давлении, температуре газа, хотя эти характеристики по сути лишь математически построенные абстракции, характеризующие движение частиц, молекул газа. И возникли эти абстрактные понятия в те времена, когда учёные не имели представления о молекулярно-кинетической теории. Однако понятия давления и температуры оказались весьма удобными макроскопическими статистическими характеристиками газа как ансамбля частиц. Говорить о давлении и температуре газа проще, чем рассматривать микроскопические величины - скорости и координаты отдельных молекул. Так и мы зачастую будем пользоваться привычными понятиями полей, дабы избежать сложного анализа на основе распределения в пространстве реонов и ареонов. При этом, как показал Ритц, знание величины поля, являющейся макроскопическим статистическим параметром, часто недостаточно для определения воздействия, так же как знание величины давления газа, ещё недостаточно для нахождения силы давления газа на пластинку - эта сила зависит также от скорости пластинки в газе и угла её поворота.

Электродинамические теории Ампера, Вебера и Гаусса сами по себе были достаточно удачны, поскольку сводили магнитные воздействия к электрическим. Однако там возникали проблемы при объяснении электромагнитных волн, электродинамических воздействий, особенно в средах. Вдобавок не было механизма, объяснявшего электрические и магнитные силы. Электронная теория Лоренца была первым шагом к упразднению эфира и теории Максвелла. Ведь Лоренц свёл электродинамику сред к электродинамике вакуума, по сути, к электродинамике Вебера и Гаусса, достаточно лишь было принять, что среда представляет собой набор электронов и ионов, которые создают собственные поля, налагающиеся на внешние и тем самым влияющие на поле в среде. Следующим шагом была ритцева баллистическая модель, давшая механизм взаимодействия неподвижных и движущихся зарядов и позволившая объяснить электромагнитные волны. Теории Ритца и Лоренца стали для электродинамики тем же, чем была молекулярно-кинетическая теория для термодинамики. Термодинамика и электродинамика Максвелла - это чисто феноменологические теории, устанавливающие связь между внешними экспериментально измеримыми характеристиками (давлением, температурой в термодинамике, электрическим и магнитным воздействием в электродинамике). А молекулярно-кинетическая теория дала термодинамике теоретическое обоснование, свела к наглядным, механическим основам, не только показав, КАК всё происходит, но и объяснив ПОЧЕМУ. Так же и теории Ритца, Лоренца объяснили законы электродинамики, исходя из наглядных механических моделей.

Итак, перед нами два варианта электродинамики. Один, придуманный Фарадеем и Максвеллом, общепринят, хотя основан на абстрактных электрических и магнитных полях, равноправных и взаимообратимых. Второй вариант, открытый Ампером, развитый Вебером и обоснованный Ритцем, отвергнут, хотя опирается исключительно на опыт и простые наглядные механические модели. Какой из вариантов выбрать? На этот вопрос давно ответил опыт Майкельсона, упразднивший эфир и основанную на нём электродинамику Максвелла. Однако учёные по косности ума не смогли отказаться от этой теории, противоречащей опыту и механике Ньютона, и, отвергнув классическую механику, построили механику теории относительности – формальное согласующее звено, примирившее результат Майкельсона с электродинамикой Максвелла. Однако, раз противоречия возникли в теории Максвелла, и опыт отверг эфир, естественней отказаться от этой полевой теории, сохранив классическую механику и согласную с ней электродинамику, основы которой были уже заложена в теории Ампера-Вебера-Гаусса и корпускулярной теории истечения света Демокрита-Ньютона.

В целом, как отмечает Ритц, его баллистическая кинетическая электродинамика предсказывает в большинстве случаев те же эффекты и значения электродинамических воздействий, что и теория Максвелла, и лишь с помощью прецизионных экспериментов, предложенных Ритцем, можно сделать выбор в пользу той или иной теории. Впрочем, уже открытие релятивистских эффектов, противоречащих теории Максвелла, подтверждает теорию Ритца. И лишь введение искусственного согласующего звена в виде релятивистской механики Эйнштейна спасло максвеллову электродинамику от краха, однако, страшной ценой, - ценой отказа от классической механики и здравого смысла.



    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет