Проблемы электромагнитной массы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы электромагнитной массы

Хронология

· 1874 г. Н.А. Умов. Закон сохранения энергии для движущихся сред.

· 1880 г. О. Хевисайд свел систему из 20 уравнений с 12 переменными к 4 дифференциальным уравнениям, известным как уравнения Максвелла.

· 1881 г. Эксперименты Майкельсона по обнаружению эфира.

· Д.Д. Томсон ввел в физику понятие «электромагнитная масса».

· 1884 г. Пойнтинг вывел свой закон сохранения для электромагнитных волн.

· 1888 г. Г. Герц. Экспериментальное доказательство существования электромагнитных волн.

· 1892 г. Х. Лоренц вывел выражение для силы, действующей на заряд со стороны полей Е и Н.

· 1895 г. Классическая электродинамика в окончательном виде (Х. Лоренц)

· 1896 г. А. Попов. Опыты по передаче и приему электромагнитных волн.

· 1897 г. Открытие Дж. Дж. Томсоном электрона.

· 1899 г. П.Н. Лебедев экспериментально открыл давление светового потока.

С момента выхода в свет книги Максвелла «Трактат об электричестве и магнетизме» в 1873 г. начался триумф уравнений Максвелла. Ученые разных стран приступают к исследованию этих уравнений и решений, вытекающих из них. О. Хевисайд приводит уравнения к современной форме записи. Л.В. Лоренц вводит электромагнитные потенциалы и приводит уравнения Максвелла к двум волновым уравнениям для векторного и скалярного потенциалов, связывая потенциалы условием Лоренца. За три года до Лоренца Хевисайд находит выражение для силы Лоренца, действующей на движущийся заряд. В 1887 г. Фогт до Лоренца впервые выводит преобразование Лоренца. Триумф налицо.

Электромагнитная масса

В науке нет легких путей. В 1881 г. Джозеф Томсон Подробные описания попыток решения проблемы электромагнитной массы можно найти в работах [1],[2],[3] и других. , исследуя удельный заряд электрона, выдвинул гипотезу: если инертность электрона целиком обязана электрическим силам, не имеет ли вся его масса электромагнитное происхождение?

Изучая историю открытий, мы часто ориентируемся на положительные достижения ученого. Нам не известно: сколько бесперспективных вариантов было проанализировано исследователем и отброшено, прежде, чем он получил интересный результат? Для глубокого знания необходимо предусмотреть и проанализировать все возможные варианты. Работа это достаточно трудоемкая, но именно она позволяет понять тонкости развития науки.

В классической механике есть метод, позволяющий получить законы сохранения [4] для некоторых уравнений. Для этого записывается функция Лагранжа, из которой можно получить эти уравнения, опираясь на вариационные методы. Затем по функции Лагранжа вычисляется тензор энергии-импульса. Из дивергенции этого тензора должны следовать законы сохранения энергии-импульса. Можно предположить, что все крупные физики прошли по этому пути. Но их на этом пути ожидало разочарование. Оказалось, что:

1. Энергия поля скалярного потенциала оказывалась отрицательной. При такой энергии должен исказиться закон Кулона: одноименные заряды должны притягиваться, а разноименные - отталкиваться.

2. Кинетическая энергия для отрицательной массы получалась положительной.

Этот результат совершенно не укладывался в рамки известных представлений. Для ученых того времени стало «очевидным», что законы классической механики неприменимы (вообще говоря) к максвелловской электродинамике. Такова цена ошибки. Если бы уравнения квазистатики были сохранены Максвеллом, интерпретация этого результата оказалась бы иной.

Но это «если бы». Реально неприменимость классической механики стали объяснять тем, что в ней описания опираются на мгновенное действие на расстоянии. Этот ошибочный вывод, ставший предрассудком, явился прямым следствием ошибки Максвелла. Предрассудок по отношению к мгновенному действию на расстоянии сохраняется до сих пор.

Идея Томсона состояла в том, чтобы объяснить природу материального мира через электромагнитную модель природы вещества. Через 10 лет после установления Н.А. Умовым закона сохранения энергии Пойнтинг доказывает свой закон сохранения энергии для уравнений Максвелла. Казалось бы: вот теперь-то проблема электромагнитной массы будет быстро решена. Но не тут-то было.

Пойнтинг установил свой закон сохранения для поперечных электромагнитных волн, а не для мгновенно действующих на расстоянии полей зарядов. Попытка применить закон Пойнтинга к полям зарядов провалились. Вновь ошибка Максвелла «испортила» результаты. Покажем это.

Электромагнитную массу покоящегося заряда можно определить через энергию электрического поля. Точно также можно через поля Е и Н можно выразить электромагнитную массу заряда m_e электромагнитный импульс P_e и электромагнитную кинетическую энергию заряда K_e:

· Как мы видим из формул, электромагнитная масса m_e является скалярной величиной. Пусть заряд представляет собой эллипсоид с равномерной плотностью заряда. Пусть главные оси эллипсоида ориентированы вдоль осей координат x, y, z. Если мы будем перемещать заряд вдоль любой оси со скоростью v и подсчитаем импульс Р_е отдельно для каждой из осей, то обнаружим «ненормальный» результат. Электромагнитная масса m_e приобрела «тензорный характер»:

- при движении вдоль оси х импульс равен Р_ех = m_exv;

- вдоль оси y импульс равен Р_еy = m_eyv ? Р_еx;

- вдоль оси z импульс равен Р_еz= m_ezv ? Р_еy ? Р_ех.

· Ученые нашли «выход». Они предложили считать, что заряд имеет сферическую форму и радиально симметричное распределение плотности заряда. Это паллиатив - полумера. Достаточно рассмотреть электромагнитную массу двух связанных зарядов, и мы вновь столкнемся с ее тензорным характером. Удивительно, но до сих пор эта проблема считается «мелочью». Об этом вы не услышите на лекциях по электродинамике и не прочтете в учебниках.

· Но и это еще далеко не все. Оказалось, что даже в этом случае связь между m_e, P_e и K_e зависит от радиально симметричного закона распределения плотности пространственного заряда: P_e = k m_ev, K_e = k m_ev²/2.

Величина k всегда больше 1 и принимает минимальное значение только для заряда, равномерно распределенного по поверхности сферы («мыльный пузырь»). Для «пузыря» k = 4/3. Отсюда берет свое начало известная «проблема 4/3». Если распределение заряда внутри объема равномерное, то k = 8/5 и т.д.

· Вместо того, чтобы осмыслить и проанализировать причины, была выдвинута гипотеза: масса заряда есть сумма электромагнитной массы и массы неэлектромагнитного происхождения; последняя должна «уменьшить» k до единицы и «компенсировать» нарушение законов механики. Вот так в физике накапливаются нелепости одна за другой. Одну ошибку стремятся «исправить» другой ошибкой. Это закономерно: неисправленная ошибка Максвелла «порождает» новые и новые ошибки.

Проблема электромагнитной массы этим не исчерпывается. Но она имеет корректное решение, если исправить ошибку Максвелла [5], [6] Решение проблемы электромагнитной массы было впервые дано в [5] (нерелятивистский случай). Строгое решение для релятивистского случая дано в [6].. Мы продолжим дальше искать ошибки и промахи ученых, считающих, что поле заряда и волна одно и то же.

электромагнитная масса тензорный

Зависимость массы от скорости

Уже сама постановка проблемы свидетельствует о слабости мировоззренческих позиций естествоиспытателей. По какой причине масса заряда должна зависеть от его скорости? Действительно, если заряд покоится в нашей системе отсчета, его масса покоя равна m.

Теперь мы перейдем в другую инерциальную систему отсчета, которая движется относительно этого заряда со скоростью v. Заряд продолжает покоиться в своей системе отсчета. Никакие силы на него не подействовали. Что произошло с зарядом? Почему же должна измениться его масса? Для изменения массы нет никаких объективных причин. Те же выводы можно сделать, когда заряд переходит в другую инерциальную систему.

Тем не менее, несколько ученых См. [3]. (М. Абрагам, Х. Лоренц, А. Бухерер, В. Кауфман и др.) провели теоретические и экспериментальные исследования в этой области. Чем можно объяснить такой подход? Выскажем предположения.

· Во-первых, слабая мировоззренческая компетентность.

· Во вторых, непонимание сути метода измерений (метод «парабол» Д. Томсона).

Объясним последний тезис. Упомянутые ученые, на наш взгляд, взяли за основу незыблемость формулы Лоренца для силы, действующей на заряд q со стороны электрического и магнитного поля.

Они ошибочно предположили, что формула Лоренца верна для любых скоростей заряда v. Тогда логически последовательной становится идея о том, что масса заряда m должна зависеть от скорости. На самом деле, от скорости может зависеть (сложным образом) только энергия взаимодействия заряда q как с электрическим, так и с магнитным полем и его импульс.

Масса заряда не может зависеть от скорости заряда. Действительно, допустим мы с помощью полей Е и Н переместили заряд в новую инерциальную систему отсчета. Теперь, мы сами вслед за зарядом переместимся в эту систему отсчета. Мы увидим покоящийся в ней заряд. Если мы измерим массу этого покоящегося заряда, никаких изменений массы мы не обнаружим.

Представьте себе, что после каждого взаимодействия с полями масса заряда бы менялась! Какой бы набор масс зарядов мы обнаружили! Поэтому тонкие эксперименты В. Кауфмана свидетельствуют не об изменении массы движущегося заряда, а об изменении характера взаимодействия быстро движущегося заряда с электрическим и магнитным полями.

Те же комментарии мы можем дать «продольной» и «поперечной» массам заряда, введенным Эйнштейном. Но о СТО и Эйнштейне мы поговорим в другом Очерке.

Неэлектромагнитная масса заряженной частицы

Напомним, что «заряд» это свойство материального объекта, которое определяет, например, способность к взаимодействию с материальными телами, имеющими такое же свойство. Говоря об «электромагнитной массе» заряда, нам следует принимать во внимание две стороны проблемы:

1. Кулоновские силы расталкивания стараются «растянуть» заряд, увеличить его размеры, поэтому помимо кулоновских сил должны существовать силы противодействия, обеспечивающие заряду устойчивость. Этим силам должна отвечать масса неэлектромагнитного происхождения.

2. Установление тождественности инерциальных свойств массы электромагнитного происхождения m_e и инерциальных свойств массы обычного тела m₀ автоматически означает, что масса неэлектромагнитного происхождения m_н имеет те же свойства, что и электромагнитная масса m_e, поскольку: m₀ = m_e + m_н. А это весьма сильное ограничение на возможные модели структуры заряда. Знак массы m_н может быть отрицательным.

Заметим, что в физике есть выражение для «радиуса» электрона a:

«Радиус» а не является реальным радиусом электрона, поскольку в выражении не учтена масса неэлектромагнитного происхождения.

С массой неэлектромагнитного происхождения, видимо, можно также связать классические силы, которые способствуют взаимному расталкиванию заряженных частиц (одного или разных знаков) на малых расстояниях. С явлениями такого аномального «расталкивания» электронов мы неоднократно встречались при экспериментальных работах с вакуумными СВЧ приборами (клистроны, ЛБВ и др.).

Представьте себе заряженный цилиндр. Если мы будем сжимать этот цилиндр с торцов, то превратим в тонкий заряженный диск. Для сжатия нам не потребуется совершать бесконечно большую работу. Но при радиальном сжатии цилиндра до «нити», работа будет бесконечно большая.

В экспериментах для получения высокого КПД в вакуумных приборах электроны необходимо было сгруппировать в очень короткие сгустки, т.е. «сжать» электронные цилиндры в продольном направлении. Казалось, что для этого нужна небольшая работа. Но опыты показали, что сильного продольного сжатия достичь трудно, поскольку появляются «короткодействующие» силы (некулоновского характера), мешающие сжатию. Квантовые теории здесь «молчат».

Источники

1. И. Мисюченко, В. Викулин. Электромагнитная масса и проблема 4/3. http://electricaleather.com/d/358095/d/em43_1.pdf

2. Ю.В. Ганкин, В.Ю. Ганкин, О.Д. Куприянова, И.Л. Мисюченко. История электромагнитной массы. http://scicommunity.ru/materials/84-article/130-gankin-yu-v-gankin-v-yu-i-dr-istoriya-elektromagnitnoj-massy.html

3. Ф.С. Завельский. Масса и ее измерение, М.: Атомиздат, 1974. http://ritz-btr.narod.ru/zavel.html

4. Л.Д. Ландау, Е.М Лифшиц. Теория поля. - М.: ГИФФМЛ. 1960.

5. В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина. «Электромагнитная масса», Заявка на Открытие 32-ОТ- 8457, 1974 (нерелятивистский случай).

6. М.В. Корнева, В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина. Электромагнитная природа инерции заряда. http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9763.html

Размещено на Allbest.ru