РЕФЕРАТЫ ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Курсовая: Свойства фотона
Свойства фотона
Электродинамический расчет фотона
Сначала коротко о свойствах фотона.
Иногда ошибочно считается, что электромагнитные кванты - это всегда микрочастицы (фотоны), но это неверно, потому что их длина волны может быть любой. Например, существуют электромагнитные кванты с длиной волны 21 см, свойства которых можно исследовать с помощью обычных радиоантенн, т.е. наблюдать у них электрические и магнитные потоки индукции. Таким образом, экспериментально подтверждено, что кванты электромагнитного потока излучения, как и все электромагнитные волны, имеют полевую структуру, т.е. состоят из электрических и магнитных потоков и, соответственно, на них распространяются все законы электродинамики. Поэтому, как любые электромагнитные волны, фотоны можно полностью рассчитывать чисто на основе электродинамики, используя только электромагнитные постоянные.
Электрические и магнитные потоки (поля) - это реальные физические объекты, представляющие одну из форм материи. Электрический поток - это количество электричества (кулон), магнитный поток - это количество магнетизма (вебер). Фотон - это квант электромагнитного потока излучения, т.е. состоит из кванта электрического потока и кванта магнитного потока. Дискретность энергии электромагнитных потоков излучения (квантов света) - это следствие дискретности энергии электрических и магнитных потоков. В электромагнитной волне энергия электрического потока всегда равна энергии магнитного потока. Согласно электродинамике, изменяющийся электрический поток образует ток смещения Iсм = dФe/dt, а изменяющийся магнитный поток создает ЭДС U = dФm/dt, т.е. изменяющийся электромагнитный поток представляет ток смещения Iсм = dФe/dt с ЭДС U = dФm/dt и мощностью UIсм = dФm·dФe/(dt)2.
Зная частоту изменения электрического потока индукции (частоту электромагнитного кванта), можно найти ток электрического смещения:
Iсм = 2ev,
где e - квант электрического потока (квант количества электричества) 1.602·10-19 Кл, v - частота. Магнитная энергия электромагнитного кванта:
Wм = IсмФ0/2,
где Ф0 - квант магнитного потока (квант количества магнетизма) 2.068·10-15 Вб. Согласно электродинамике, в поперечной электромагнитной волне электрическая энергия всегда равна магнитной Wэ = Wм, поэтому полная энергия электромагнитного кванта равна:
W = Wэ + Wм = 2Wм = IсмФ0.
Коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 упрощает выражение:
W = IсмФ0 = 2eФ0v = hv.
Зная частоту изменения магнитного потока индукции, можно найти ЭДС:
U = 2Ф0v.
Это максимальный потенциальный барьер, который может преодолеть, например, электрон при поглощении фотона. Об ЭДС фотонов можно судить по падению напряжения на светодиодах. Например, для светодиодов с красным спектром излучения 0.7·10-6 м оно примерно равно 1.8 В.
Эффективная мощность электромагнитного возмущения:
P = UIсм = 2Ф0v·2ev = 4eФ0v2.
Протяженность поперечного возмущения равна половине длины волны, так как в поперечном возмущении разноименные области расположены поперечно, а не продольно, что является отличием поперечного возмущения от продольного. Т.е., чтобы найти энергию, надо умножить мощность на время, равное половине периода:
W = PT/2 = 4eФ0v2/2v = 2eФ0v = hv.
Соотношение между ЭДС и энергией:
W = 2eФ0v = eU.
Получается, 1 В – 1.602·10-19 Дж, т.е. равен одному электронвольту. Таким образом, электромагнитный квант с ЭДС в один вольт обладает энергией, равной одному электронвольту (1 эВ = 1.602·10-19 Дж). Например, в фотоне с длиной электромагнитной волны 0.5·10-6 м:
ток смещения – 1.921·10-4 А;
ЭДС – 2.480 В;
мощность – 4.764·10-4 Вт;
электромагнитная энергия – 3.972·10-19 Дж;
электромагнитная энергия в электронвольтах – 2.480 эВ (We = 2Ф0v);
электромагнитная масса – 4.420·10-36 кг (M = ee0mm0W).
Таким образом, в электромагнитных волнах дискретны токи смещения и энергия электрических и магнитных потоков. Для их вычисления достаточно знать частоту электромагнитного кванта, величину кванта электрического потока и кванта магнитного потока, либо вместо них, чисто для упрощения выражения, можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока, его еще называют квантом действия, изменяя размерность с Кл·Вб на Дж/Гц или Дж·с. То, что электродинамика через электромагнитные постоянные позволяет рассчитывать дискретные электромагнитные волны - фотоны, не является чем-то необычным, электродинамика и создана для того, чтобы объяснять и рассчитывать электромагнитные процессы. В том, что частица фотон имеет электрический поток такой же, как, например, у частицы электрон, также нет ничего необычного - многие частицы имеют такой же элементарный электрический поток. При движении со скоростью света этот элементарный электрический поток представляет квант магнитного потока, так как магнитный поток - это движущийся электрический поток B = m0[vD]. В том, что частица фотон имеет электрический поток, но не имеет электрического заряда, также нет ничего необычного - электрические потоки материальны, обладают энергией (массой) и, согласно электродинамике, могут существовать без зарядов. Электрический поток, как и заряд, измеряется в кулонах и представляет количество электричества.
Теперь более подробно о свойствах фотона.
«Начнем с простой механической аналогии. Если ударить по какому-либо месту натянутого шнура, то от места удара в противоположных направлениях побегут два поперечных возмущения.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.248.
Фотон является дискретной поперечной волной (поперечное возмущение); его свойства можно представить, рассмотрев другие поперечные волны, например, одиночный горб, бегущий вдоль по шнуру. Волновое возмущение, распространяясь по шнуру, переносит энергию, импульс и момент импульса. В начале горба шнур, поднимаясь (смещаясь), и в конце, опускаясь, образует момент импульса, который ориентирован поперечно направлению движения. Перенос момента количества движения отражает вихревой характер поперечных возмущений. Все поперечные возмущения переносят момент количества движения, ориентация которого зависит от типа поляризации. Линейно поляризованные возмущения, распространяющиеся по натянутому шнуру, имеют поперечную ориентацию момента количества движения, а циркулярно поляризованные - продольную.
«... уединенные волновые возмущения, локализованные в ограниченной области пространства, проявляют свойства дискретных объектов (частиц или квазичастиц); ... Они (солитоны - уединенные возмущения) обнаруживают поведение, роднящее их с материальными частицами: они локализованы в конечной области; перемещаются без деформации, перенося энергию и импульс, момент импульса; способны сохранять свою структуру при взаимодействиях (соударениях) с такими же объектами, могут образовывать связанные состояния, объединяться в коллективы (ансамбли) и т.д.»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ.
Волны представляют распространяющиеся разноименные области возмущения, которые связаны с переменными (колебательными) потоками смещения среды.
Чтобы представить, как устроен фотон - квант света, надо проанализировать электродинамические процессы, протекающие в электромагнитной волне, рассмотреть полевую структуру поперечного возмущения, т.е. его вихревое электрическое поле, поток электрического смещения, ток смещения и пр.
«Электромагнитные волны - распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля.»
Энциклопедия элементарной физики. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.
Поперечные электромагнитные волны - это распространяющиеся со скоростью света поперечные электрические смещения поля, представляющие переменные токи смещения - вихревые электрические поля.
«... свет есть частный случай электромагнитных волн. От всех остальных электромагнитных волн свет отличается только количественно - длиной волны.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.18.
Согласно корпускулярно-волновому дуализму, фотоны нужно рассматривать не только как частицы, но и как электромагнитные волны. Дискретные электромагнитные потоки излучения представляют движущиеся электромагнитные кванты.
«... распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.378.
Электромагнитные волны представляют вихревые электрические поля, являющиеся дискретными, так как электрические потоки дискретны (квант электрического потока - элементарный электрический заряд). Движущийся электрический поток обладает магнитной индукцией B = m0[vD], т.е. любое движущееся электрическое возмущение поля представляет электромагнитное возмущение - электромагнитный поток, состоящий из двух потоков - электрического и магнитного. Если движение происходит со скоростью света, то, согласно электродинамике, энергия электрического потока равна энергии магнитного потока.
Максвелл еще в 1873 году создал теорию электромагнитного поля и описал электромагнитные волны как возмущения в виде вихревых электрических полей, поэтому свет не является чем-то неизвестным. Существенное, что изменилось со времен Максвелла, - была установлена квантовая природа полей, а так как вихревое электрическое поле представляет поток смещения поля, его дискретность приводит к дискретности возмущений, т.е. к дискретности электромагнитных волн в виде квантов света - фотонов. Фотон представляет дискретное поперечное электрическое смещение поля в один квант заряда, образующее две разноименные области возмущения поля. Рассмотрим более детально полевую структуру фотона и протекающие там электродинамические процессы с учетом квантовой природы поля.
Направление движения возмущения поля (фотона)
На рисунке условно изображено дискретное поперечное электрическое возмущение (смещение) квантового поля. Знаком (+) обозначена положительная область возмущения, знаком (-) - отрицательная. Между разноименными областями существует электрическое смещение, которое представляет электрический поток величиной в квант количества электричества. Движение (изменение) электрического потока всегда связано с током смещения. Стрелки "/" и "/" указывают направление тока электрического смещения квантов поля (квантов заряда). Вначале, образуя возмущение (напряженность), ток электрического смещения поля течет в одну сторону, в конце возмущения - в обратную, т.е. в результате смещения возникает область с избытком в один квант и область с недостатком - дырка, которые, распространяясь как поперечное возмущение, представляют вихревое (нестационарное) электрическое поле. Поперечное возмущение, проходя участки поля в виде расходящихся и затем сходящихся разноименных областей как поперечное противоположное движение зарядов с разными знаками, совершаемое за период в половину длины волны фотона, образует в пространстве движущийся дискретный круговой ток электрического смещения Iсм = 2ev, где e - квант электрического заряда, v - частота электромагнитной волны. Эффективный радиус, по которому течет замкнутый ток смещения: r = l/2p, где l - длина волны фотона. Надо заметить, что отрицательная область возмущения создает обратное направление тока, поэтому ток замкнут по кругу (аналогия с током проводимости, где отрицательно заряженные электроны движутся в одну сторону, но принято считать, что ток течет в обратном направлении). Иногда возмущение удобнее представлять как состоящее из двух разноименных токов смещения - положительного и отрицательного. Движущийся круговой ток смещения для покоящегося наблюдателя является переменным, так как в начале распространяющегося возмущения он течет в одном направлении, в конце - в обратном.
Движение фотона представляет волну де Бройля, т.е. движение поперечного возмущения поля, согласно принципу Гюйгенса, сопровождается возникновением вторичных электромагнитных волн (отражающих поперечную полевую структуру фотона), которые, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь. Таким образом, движущееся квантовое возмущение поля окружено вторичными (парциальными) волнами, которые не могут излучаться, так как в процессе распространения интерферируют между собой, гася друг друга, т.е. фотон представляет устойчивое возбужденное состояние поля (квантованное волновое образование) - стабильную элементарную частицу.
«... фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.381.
«Свет, испускаемый обычными источниками, представляет собой набор множества плоскополяризованных цугов волн, ...»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.401.
«Волны де Бройля - волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, ...»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ.
«Согласно принципу Гюйгенса каждая точка поверхности, которой достигла в данный момент волна, является точечным источником вторичных волн.»
Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.224.
«При равномерном движении частицы эти волны оказываются когерентными и поэтому интерферируют между собой.»
Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.241.
Таким образом, фотон - это элементарное электромагнитное возмущение, которое вместе со вторичными (парциальными) волнами образует волну де Бройля (волновой пакет). Волна де Бройля представляет цуг волн, имеющий длину когерентности, поэтому интерференция может возникать даже при прохождении через щели одиночных фотонов.
«Величина lког называется длиной когерентности или длиной гармонического цуга, ... Например, для видимого солнечного света, имеющего сплошной спектр частот от 4·1014 до 8·1014 Гц, время когерентности примерно равно 10-15 с и длина гармонического цуга примерно равна 10-6 м.»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.362.
«... волны де Бройля обладают важнейшим признаком всякой волны - способностью к интерференции.»
Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1999. Т.3. С.35.
«Каждый фотон обладает неожиданным свойством - способностью к интерференции с самим собой.»
Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1999. Т.3. С.25.
Свойства фотона являются неожиданными только с идеалистической точки зрения, когда пытаются представить фотон без рассмотрения его полевой структуры, отрицая материальность полевых потоков и не признавая законов электродинамики, по которым протекают полевые процессы. Например, исходя из идеалистических концепций, даже упоминание о токе смещения в дискретной электромагнитной волне - фотоне считается ересью. Как же без тока смещения рассчитывать электромагнитные волны? Только благодаря введению в электродинамику тока смещения удалось представить полевые процессы, протекающие в электромагнитных возмущениях, вывести уравнения и тем самым предсказать существование электромагнитных волн. Для всех электромагнитных волн (возмущений), независимо от того радиоволны это или фотоны, эффективный радиус, по которому течет замкнутый электрический ток смещения, рассчитывается одинаково: r = l/2p, т.е., зная эффективный радиус, по которому течет ток смещения в электромагнитном возмущении, можно найти его длину волны. Эффективный радиус, по которому течет ток смещения, можно определить, например, при помощи радиоантенн, где ток смещения переходит в ток проводимости. Надо заметить, что электрический ток смещения в диэлектрике и электрический ток смещения в вакууме обладают одинаковыми свойствами и по своей сути представляют один ток смещения, который, например, в виде замкнутого тока может течь как в диэлектрике, так и в вакууме, представляя распространяющееся электромагнитное возмущение - вихревое поле. Т.е. физическому вакууму присущи свойства диэлектрика и, благодаря этому, в нем могут распространяться электромагнитные возмущения (волны). Вакуум, обладающий физическими свойствами, представляет физический вакуум, например, в электродинамике используется термин "электродинамический вакуум".
«В электродинамическом вакууме свойства электрического поля полностью описываются напряженностью электрического поля.»
Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.
Материалистическое представление свойств фотонов не имеет логических противоречий и непосредственно вытекает из законов электродинамики. Т.е., если придерживаться электродинамики, где вакуум рассматривается как диэлектрик, то у электромагнитных волн естественным образом возникает дискретность, так как в любом диэлектрике электрические токи смещения всегда являются дискретными (любой электрический ток всегда связан с перемещением какого-то количества электричества, Кл/с). Но сторонники идеализма, вопреки логике, продолжают придерживаться двойных стандартов. Например, когда они рассматривают электромагнитные волны, то соглашаются, что в пространстве текут электрические токи смещения, т.е. признают, что вакуум обладает свойствами диэлектрика. Когда же рассматриваются фотоны, то здесь они уже не хотят признавать наличие токов смещения и тем самым отрицают диэлектрические свойства вакуума - именно отсюда и возникают надуманные проблемы с фотонами. Если же не применять двойных стандартов и придерживаться материалистических взглядов на природу полевых процессов, то на самом деле в электродинамике нет никаких проблем с дискретностью электромагнитных волн. Таким образом, нежелание при рассмотрении фотонов признавать материальность полей является основной причиной, по которой сторонники идеализма не хотят рассчитывать фотоны на основе электродинамики, т.е. чисто ради своих надуманных принципов, вместо полного расчета на основе электродинамики, они отдают предпочтение примитивному расчету с использованием коэффициента пропорциональности постоянной Планка.
«В монохроматическом свете с частотой v все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.339.
А также они имеют одинаковый ток смещения. Например, в фотоне с длиной электромагнитной волны 0.5·10-6 м замкнутый ток смещения: 1.921·10-4 А (Iсм = 2ev). Нелогично, если энергия в электромагнитных волнах дискретна, а токи смещения и потоки индукции, в которых и находится вся энергия электромагнитных волн, вдруг не дискретны.
«... фотон не имеет массы. Другими словами, покоящихся фотонов не существует. Этот вывод не должен вызывать удивления. Если распространяющуюся световую волну "остановить", то свет прекратит свое существование; ...»
Основы физики. Б.М.Яворский, А.А.Пинский. 2000. Т.2. С.242.
Фотоны не имеют энергии (массы) покоя, т.е., если фотоны "остановить", то "покоящиеся фотоны" не будут иметь энергии (массы). Но волны не могут покоиться, соответственно, "покоящихся фотонов" не существует, поэтому говорить о массе покоя фотонов - это все равно, что говорить, например, о цвете электронов, что также не имеет физического смысла. Если частица не может находиться в состоянии покоя, то какой смысл говорить о ее свойствах в этом состоянии? В состоянии же движения фотон имеет массу, которая определяется соотношением M = ee0mm0W (W = mc2). Электромагнитная масса фотона M = ee0mm02eФ0v, т.е., как и все электромагнитные волны, фотоны обладают электромагнитной массой. Масса, которая не может покоиться, является релятивистской массой и представляет кинетическую энергию.
«Полная энергия света - это чисто кинетическая энергия, ...»
Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1996. Т.1. С.121.
Т.е. полная энергия электромагнитного потока излучения - это чисто кинетическая энергия. Таким образом, кинетическая энергия представляет электромагнитную волну. Потенциальная энергия обладает массой покоя, поэтому она не может двигаться со скоростью света.
«В частности, электрическое поле, создаваемое системой неподвижных зарядов, является чисто потенциальным. Электрическое поле излучения, в том числе поле в поперечных электромагнитных волнах, является чисто вихревым.»
Физическая энциклопедия. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.
Вихревые потоки электрического смещения поля являются дискретными, что приводит к дискретности электромагнитных волн в виде электромагнитных квантов. Например, свет состоит из электромагнитных квантов - фотонов (квантов света). Дискретность полевых потоков индукции - это свойство квантового поля.
Дискретность присуща не только электромагнитным волнам.
«... являются фононами - квантами звука ...»
Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ ЖИДКОСТЬ.
Квантовые свойства среды проявляются в дискретности волн, представляя корпускулярно-волновой дуализм, т.е. отдельные кванты звука, так же как и отдельные кванты света, могут образовывать дифракцию и интерференцию. Движение кванта звука также, согласно принципу Гюйгенса, сопровождается возникновением вторичных (парциальных) волн, которые, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь, представляя движущийся волновой пакет парциальных волн. Фононы распространяются со скоростью звука, а их энергия зависит от длины волны, так же как и у фотонов.
«... излучаемая порция электромагнитной энергии сохраняет свою индивидуальность - распространяется и поглощается только целиком, т.е. ведет себя подобно частице.»
Физическая энциклопедия. ФИЗИКА.
Иногда ошибочно считается, что электромагнитные кванты - это всегда микрочастицы (фотоны), но это неверно, потому что их длина волны может быть любой. Электромагнитные кванты, даже при километровой длине волны, излучаются, распространяются и поглощаются порциями и по своим свойствам относятся к стабильным элементарным частицам, т.е. электромагнитные кванты в зависимости от длины волны являются микрочастицами или макрочастицами. Например, испускание (или поглощение) атомами водорода квантов излучения с длиной электромагнитной волны 21 см. Электромагнитные волны дискретны независимо от их типа - TM или TE (продольные или поперечные возмущения), так как электрические и магнитные потоки всегда дискретны.
«При изменении ориентации спина электрона на противоположную происходит испускание (или поглощение) кванта излучения с l = 21.1 см.»
Физическая энциклопедия. РАДИОЛИНИЯ ВОДОРОДА 21 см.
Электромагнитные кванты с длиной электромагнитной волны 21 см являются радиоволнами, которые можно принимать с помощью обычных радиоантенн. Полевое строение радиоволн известно - это индукционно связанные электрические и магнитные потоки, т.е. электромагнитные кванты представляют электромагнитные потоки, дискретность которых объясняется дискретностью электрических и магнитных потоков. С точки зрения электродинамики это единственно правильное объяснение, поэтому, когда были обнаружены дискретные электромагнитные волны, логичнее было не заниматься постулированием, а рассмотреть дискретность электрических и магнитных потоков. Совершенно очевидно, что, если фотон - это квант электромагнитного потока излучения, то и состоять он должен из кванта электрического потока и кванта магнитного потока.
«Опыты показывают, что фотоэффект практически безынерционен. При объяснении первого и второго законов встретились серьезные трудности.. Эти кванты движутся, не делясь на части; они могут поглощаться и испускаться только как целое.»
Курс физики. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. 2000. С.492.
Серьезные трудности при объяснении фотоэффекта могли возникать только от непонимания электродинамики. Из-за дискретности полевых потоков электрической и магнитной индукции все электромагнитные волны дискретны и могут поглощаться и испускаться только порциями. Т.е. Нобелевская премия была присуждена как бы за незнание электродинамики - нет необходимости в постулировании того, что и так впрямую вытекает из электродинамики. Постулирование свойств фотонов (световых волн) без объяснения электродинамики полевых процессов, протекающих в волне (математический формализм), надолго затормозило развитие теории дискретных электромагнитных волн.
«Единственный способ "объяснения" этих парадоксальных результатов заключается в создании математического формализма, ...»
Квантовая физика. И.Е.Иродов. 2001. С.71.
На сегодня можно считать, что все основные свойства электромагнитных волн (света), как волновые, так и корпускулярные объясняются и рассчитываются в рамках электродинамики, т.е. отпала необходимость в математическом формализме, что вполне естественно, так как задача физики - объяснять сущность физических процессов, а не бесконечно восхищаться красотой постулатов и подогнанных формул.
«... если в математике мы аксиоматизируем, чтобы понять, то в физике нам нужно сначала понять, чтобы аксиоматизировать.»
Ю.Вигнер.
То, что электродинамика позволяет рассчитывать дискретные электрические токи и дискретные электромагнитные волны (фотоны), не является чем-то необычным, электродинамика и создана для того, чтобы объяснять и рассчитывать электромагнитные процессы. Например, ни одна из идеалистических теорий, построенных на принципах математического формализма, даже примерно не позволяет рассчитывать токи смещения в фотонах - дискретных электромагнитных волнах.
«Теория Максвелла не только предсказала возможность существования электромагнитных волн, но и позволила установить все их основные свойства, ...»
Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.294.
«Фарадей предположил, что наблюдаемое взаимодействие электрических зарядов и токов осуществляется через создаваемые ими в пространстве электрические и магнитные поля, введя таким образом сами эти поля как реальные физические объекты.»
Физический энциклопедический словарь. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.
Фарадей сделал предположение, что индукционные (силовые) линии реально существуют, т.е. полевые потоки индукции материальны, и то, что они невидимы, абсолютно ничего не значит, например, воздух также невидим, но это не означает, что он нематериален. Максвелл, развивая идеи Фарадея, предположил, что потоки индукции, представляя материальные образования, могут распространяться самостоятельно, в виде электромагнитных волн.
«Термин "магнитное поле" ввел в 1845 английский физик М.Фарадей, считавший, что как электрические, так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Классическая теория электромагнитного поля была создана английским физиком Дж.Максвеллом (1873), ...»
Физический энциклопедический словарь. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
Таким образом, материалистическая теория электромагнитного поля была создана Максвеллом в 1873 году, до этого в физике господствовала идеалистическая концепция непосредственного действия на расстоянии, не признающая материальность поля. Идеалистическая концепция применима только для статических полей, попытка внести изменения, интерпретировав поле как обмен виртуальными фотонами, ничего не дала, например, она осталась также неприменима для вихревых электрических полей, которые могут существовать самостоятельно, - есть поле, но нет источников для испускания виртуальных фотонов.
«... взаимодействие двух электронов есть результат обмена между ними виртуальными фотонами.»
Физический энциклопедический словарь. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.
Т.е. электрическое поле интерпретируется как обмен виртуальными фотонами между заряженными частицами. Видимо, сторонники идеалистических интерпретаций просто не знают электродинамику полей, когда утверждают, что поле всегда связано с зарядами.
«Вихревое электрическое поле отличается от электростатического поля тем, что оно не связано с электрическими зарядами, ...»
Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.189.
Согласно современным представлениям, все поля являются квантовыми, но сторонники идеализма, придерживаясь своих надуманных интерпретаций, до сих пор не хотят признать, что вихревые электрические поля, как и все поля, имеют квантовую природу.
Возникновение вихревых полей объясняется только материалистической теорией электромагнитного поля Максвелла. Все, что было предсказано теорией Максвелла, подтвердилось экспериментально, но, к сожалению, не было признано при его жизни. Большинство его современников были сторонниками идеалистической концепции непосредственного действия на расстоянии, которая казалась простой и красивой. Также желание сторонников идеализма сохранить свои позиции в физике тормозило развитие электродинамики. Отрицательное отношение к электродинамике Максвелла проявляется и в современных идеалистических теориях, где умозрительные представления не основаны на материализме. Например, если авторитетный, но недостаточно знающий электродинамику физик не смог по каким-то причинам рассчитать дискретные электромагнитные волны, это еще не значит, что надо отменять электродинамику и переходить на его умозрительные интерпретации. Давно уже научились рассматривать электромагнитные волны как электрические и магнитные потоки (электромагнитные возмущения) и полностью их рассчитывать, но в учебной литературе для световых электромагнитных волн (фотонов) все еще приводятся логически непоследовательные гипотезы столетней давности, т.е. фотоны не представлены с современной точки зрения как кванты электромагнитных потоков излучения (кванты электромагнитных возмущений). В учебной литературе по электродинамике почти не рассматриваются электродинамические процессы, протекающие в движущихся потоках индукции. Поэтому большинство изучающих электродинамику даже не представляют полевое строение электромагнитных волн, например, не знают, как в них текут электрические токи смещения. В результате, изучающий радиотехнику часто лучше знает полевое строение электромагнитных волн, чем физик, занимающийся электромагнитными квантами.
«Более новая точка зрения, принятая в настоящее время, исходит из представления, что взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника, называемого электромагнитным полем.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.7.
Согласно современной теории электромагнитного поля, электрические и магнитные потоки являются материальными, обладают энергией и массой. Признание материальности полевых потоков (теория близкодействия) позволило понять физическую сущность электромагнитных процессов, а их дискретность - объяснить квантовый характер электромагнитных потоков.
«Введение Максвеллом понятия тока смещения привело его к завершению созданной им макроскопической теории электромагнитного поля, позволяющей с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но и предсказать новые, существование которых было впоследствии подтверждено.»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.251.
Понимание того, что электродинамический вакуум обладает свойствами диэлектрика и в нем могут течь электрические токи смещения, привело к созданию теории электромагнитного поля и предсказанию существования электромагнитных волн, которые представляют распространяющиеся токи смещения.
«Теория действия на расстоянии в учении об электрических и магнитных явлениях господствовала примерно до последней четверти XIX века.. Среди физиков XIX века, для которых концепция непосредственного действия на расстоянии была неприемлема, возвышается почти одиноко фигура гениального Майкла Фарадея (1791 - 1867) ...»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.7.
К сожалению, среди физиков соотношение между сторонниками идеалистических и материалистических концепций часто не в пользу последних, что можно в какой-то мере объяснить как проявление человеческой потребности принимать желаемое за действительное.
«Великий Галилей еще четыре столетия тому назад говорил: в вопросах науки мнение одного бывает дороже мнения тысяч. Иными словами, большинством голосов научные споры не решаются.»
О физике и астрофизике. В.Л.Гинзбург. 1995. С.257.
«Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу.»
М.Планк.
Всегда трудно отказаться от своих сложившихся убеждений, даже если этого требуют экспериментальные факты. Например, сторонники идеализма стремятся представить мир в таком виде, в котором они его желают видеть, что часто не отражает объективной реальности, т.е. имеет место перевес желания (веры) над реальностью - проявление человеческого фактора (не всегда удается преодолеть в себе идеалистические комплексы - вера сильнее разума).
Проникновение в науку в любом виде идеалистических взглядов и концепций всегда отрицательно сказывается на ее развитии, тем более, когда они становятся общепризнанными, т.е. различные метафизические концепции и интерпретации с материалистической точки зрения неприемлемы, так как не отражают реальных физических процессов, даже если они поддерживаются некоторыми представителями официальной науки. Например, антинаучная концепция непосредственного действия на расстоянии, не давая развиваться материалистической теории электромагнитного поля, задержала открытие электромагнитных волн, тем самым затормозив развитие технического прогресса. Т.е. в науке сторонники идеализма, сами не понимая того, в определенной мере тормозят ее развитие. К сожалению, в некоторых областях физики до сих пор существуют общепризнанные представления, основанные на идеалистическом мировоззрении. Например, согласно теории близкодействия, электрические поля - это электрические потоки, магнитные поля - это магнитные потоки, попытка интерпретировать полевые потоки как обмен виртуальными фотонами между частицами является проявлением идеализма, так как полевые потоки индукции - это материальные образования, обладающие энергией и массой, которые могут существовать самостоятельно, независимо от частиц, в виде вихревых полей. Электродинамика полевых процессов по своей сути - это электродинамика физического вакуума, поэтому она относится к полузакрытой области физики, так как материальность вакуума противоречит принципам, заложенным в некоторых общепризнанных идеалистических теориях, т.е. для сторонников идеализма дальнейшее развитие данной области электродинамики является нежелательным. На практике же, где нет идеалистических предрассудков, например, в радиотехнике приходится детально рассматривать полевую структуру электромагнитных волн и электродинамику полевых процессов, но, к сожалению, сторонники идеализма, придерживаясь своих умозрительных концепций и не желая замечать реальности, вопреки всем экспериментальным фактам до сих пор пытаются отрицать материальность и дискретность полевых потоков, которые представляют электромагнитные волны. Например, согласно идеалистическим взглядам, считается, что фотоны не имеют структуры, их невозможно представить, так как это выше возможностей нашего воображения - такие взгляды на самом деле ни на чем не основаны и не соответствуют действительности. Электродинамика позволяет рассмотреть полевую структуру любых электромагнитных волн, т.е. можно представить электрические и магнитные потоки в волне, токи смещения и рассчитать их. Фотоны - это те же самые электромагнитные волны (возмущения), только дискретные, и на основе электродинамики их можно рассчитать, например, зная длину волны, можно вычислить величину тока смещения или энергию (энергию полевых потоков). При этом рассчитывать отдельные фотоны значительно проще, чем множество одновременно распространяющихся электромагнитных волн.
«... не проявляющими внутренней структуры, на сегодняшний день можно считать лишь фотоны ...»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.409.
Фотоны (кванты электромагнитного потока излучения) - это поперечные электромагнитные волны, и как все электромагнитные волны, они имеют полевую электромагнитную структуру. Т.е. состоят из электрических и магнитных потоков и электрических токов смещения. Все электромагнитные процессы, протекающие в фотонах, можно представить и рассчитать на основе электродинамики, но с этим никак не хотят соглашаться сторонники идеализма - то начинают утверждать, что фотоны не имеют структуры, то у них проблемы с воображением - агностицизм.
«Каким образом фотон-частица может иметь волновые свойства? Представить себе такой объект, который совмещал бы несовместимое, - это выше возможностей нашего (классического) воображения.»
Квантовая физика. И.Е.Иродов. 2001. С.24.
Точнее - это выше возможностей идеалистического воображения. Чтобы не возникало странных проблем с воображением при рассмотрении дискретных электромагнитных волн (фотонов), надо просто придерживаться материалистической формы мышления.
«Познание мира есть процесс бесконечный.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.410.
Наука постоянно сталкивается с необъяснимыми на первый взгляд явлениями и можно привести множество примеров из истории, но это никак не связано с возможностями нашего воображения, так как с материалистической точки зрения все это надо рассматривать как текущие трудности, возникающие на данном этапе познания мира.
Сторонники идеализма, желая затормозить развитие электродинамики и тем самым сохранить свои позиции в физике, распространяют (навязывают) ложное мнение, что нельзя рассчитывать фотоны на основе электродинамики, так как они не имеют структуры и представить себе такой объект невозможно из-за проблем с воображением. С тех пор, как появилась электродинамика (победила теория близкодействия), сторонники идеализма никак не могут успокоиться, периодически делая попытки распространить на нее свои идеалистические интерпретации, т.е., хотя и победила теория близкодействия, но в физике сторонники идеализма как были, так и остались, продолжая отрицательно влиять на ее развитие. На самом же деле в электродинамике нет трудностей с электромагнитными волнами - они естественным образом являются дискретными. Также нет никаких надуманных проблем с воображением - любое возмущение поля можно представить и для этого в электродинамике существует графическое изображение потоков индукции. Например, частицы фотоны состоят из вихревых электрических и магнитных полей, а любое векторное поле всегда можно представить в виде индукционных линий. Физика, пожалуй, единственная наука, где еще имеют место идеалистические предрассудки, с которыми приходится бороться.
«Крупные открытия в области физики (например, ... корпускулярно-волновой дуализм и взаимопревращаемость двух форм материи - вещества и поля, ... и др.) всегда были связаны с борьбой материализма и идеализма.»
Курс физики. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. 2000. С.4.
«Введение тока смещения в уравнение позволило Максвеллу предсказать существование электромагнитных волн, ...»
Физическая энциклопедия. СМЕЩЕНИЯ ТОК.
Введение тока смещения позволило Максвеллу полностью представить полевую структуру электромагнитных возмущений, вывести уравнения и тем самым предсказать существование электромагнитных волн. Аналогичная ситуация и с электромагнитными квантами. К сожалению, в физической литературе, рассматривая кванты электромагнитного потока излучения, даже не упоминают о токах смещения, т.е. как бы забывают об их электромагнитной природе и о том, что без таких понятий, как электрический поток, магнитный поток и ток смещения просто нельзя обойтись при рассмотрении любых электромагнитных возмущений.
«Иначе говоря, возникает ток смещения, который также будет возбуждать магнитное поле, параллельное оси Y.. Это и есть электромагнитные волны, или электромагнитные возмущения.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.15.
Т.е. в электромагнитной волне вихревое электрическое поле (вихревой поток электрического смещения) представляет ток смещения, образующий магнитное поле.
«Электромагнитную индукцию Максвелл интерпретировал как процесс порождения переменным магнитным полем вихревого электрического поля. Вслед за этим он предсказал обратный эффект - порождение магнитного поля переменным электрическим полем ("током смещения").»
Физическая энциклопедия. ФИЗИКА.
«... осями "вихрей" магнитного поля в вакууме служат линии плотности "электрического тока смещения".»
Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1998. Т.2. С.274.
Так как количество электричества (Кл) дискретно, то, соответственно, все электрические токи (Кл/с) дискретны - токи проводимости, токи поляризации и токи смещения. При этом полный ток всегда является замкнутым. Электрические токи могут взаимопревращаться, например, в антенне токи проводимости могут перейти в замкнутые электрические токи смещения, которые, распространяясь в пространстве, могут снова в антенне перейти в токи проводимости.
Примеры расчетов токов смещения приведены в учебниках.
«Пример. В вакууме распространяется плоская гармоническая линейно поляризованная электромагнитная волна ... Найти амплитудное значение плотности тока смещения в этой волне.»
Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.45.
Ток смещения Iсм = dФe/dt, где Фe - переменный (вихревой) электрический поток. Дискретность электрических токов смещения в поперечных электромагнитных волнах (в вихревых потоках электрического смещения поля) Iсм = 2ev, где e - квант электрического потока (заряда), v - частота. Эффективный радиус, по которому течет замкнутый ток смещения: r = l/2p, где l - длина волны. Электродинамика позволяет рассчитывать дискретные электромагнитные волны - фотоны без использования коэффициента пропорциональности постоянной Планка, используя только электромагнитные постоянные, при этом расчет получается более полным. Т.е. электродинамика позволяет провести полный электродинамический расчет фотона, а не только примитивный расчет его энергии с помощью постоянной Планка.
«... постоянной Планка называется коэффициент пропорциональности ...»
Квантовая физика. И.Е.Иродов. 2001. С.11.
«Электромагнитные постоянные. Элементарный заряд e ... Квант магнитного потока Ф0 ...»
Физические величины (справочник). 1991. С.1234
В теоретической физике желательно не пользоваться коэффициентами пропорциональности, так как теряется физическая суть выражений и формулы приобретают неестественный вид. Зачем вводить лишние сущности, если можно обойтись без них, т.е. без кванта электрического заряда (потока) и кванта магнитного потока обойтись нельзя, так как это электромагнитные постоянные, а их произведение 2eФ0 = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляя коэффициент пропорциональности (постоянная Планка), является лишней сущностью. Например, если идти таким путем, то, умножив величину кванта заряда на скорость света, можно получить еще один коэффициент пропорциональности (еще одну лишнюю сущность) и т.д. Таким образом, существование постоянной Планка противоречит принципу Оккама, отсюда и возникают искусственные трудности.
«Не следует без необходимости умножать сущности.»
У.Оккам.
«Фундаментальные физические постоянные. Заряд электрона. Квант магнитного потока.»
Физический энциклопедический словарь.
Т.е. нет никакой необходимости в искусственной замене фундаментальных электромагнитных постоянных различными фундаментальными коэффициентами пропорциональности. От этого физика становится только более запутанной и возникает необходимость в различных странных теориях и интерпретациях. В итоге это проявляется как уход от объективной реальности, например, в учебной литературе почти не упоминается, что постоянная Планка - это всего лишь произведение электромагнитных постоянных h = 2eФ0, а его физическая размерность Кл·Вб. Электромагнитная волна состоит из электрического потока, измеряемого в кулонах, и магнитного потока, измеряемого в веберах, и если вместо лишней сущности - постоянной Планка использовать обычные электромагнитные постоянные, то формулы приобретают нормальный электродинамический вид, что еще раз подтверждает правильность принципа Оккама.
«Зная постоянную Планка, можно найти кванты энергии для колебаний с различными частотами.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.338.
В результате у изучающих складывается ошибочное представление, что кванты электромагнитного потока излучения являются дискретными не по причине дискретности электрических и магнитных потоков, из которых они на самом деле и состоят, а из-за какого-то непонятного коэффициента пропорциональности. В физике желательно называть вещи своими именами, т.е., если фотон представляет квант электромагнитного потока излучения, то и в формуле, естественно, должны стоять квант электрического потока и квант магнитного потока W = 2eФ0v, а не их произведение в виде коэффициента пропорциональности - постоянной Планка W = hv. Получается два варианта - либо в расчетах использовать коэффициент пропорциональности, не понимая его физической сути, либо просто рассчитывать дискретные электромагнитные волны - фотоны на основе электродинамики, исходя из материальности и дискретности электрических и магнитных потоков. Энергия любой электромагнитной волны - это сумма энергий электрического и магнитного потоков, при этом электрическая энергия всегда равна магнитной. Также и в любой дискретной электромагнитной волне энергия электрического потока равна энергии магнитного потока Wэ = Wм = eФ0v, т.е. электромагнитная энергия W = Wэ + Wм = 2eФ0v (в электронвольтах W = 2Ф0v). К сожалению, в учебной литературе всегда приводится только один вариант расчета энергии фотонов с использованием коэффициента пропорциональности - постоянной Планка, а о расчете на основе электродинамики даже не упоминается, как будто фотоны - это не электромагнитные волны. Например, существуют электромагнитные кванты с длиной волны 21 см, свойства которых можно исследовать с помощью обычных радиоантенн, т.е. наблюдать у них электрические и магнитные потоки индукции. Таким образом, экспериментально подтверждено, что кванты электромагнитного потока излучения, как и все электромагнитные волны, имеют полевую структуру, т.е. состоят из электрических и магнитных потоков, а метафизическое утверждение, будто бы электромагнитные кванты не имеют структуры - это просто идеалистический вымысел. Все кванты электромагнитного потока излучения имеют полевую структуру и отличаются только количественно - длиной волны, т.е. отличаются величиной тока смещения и энергией электрических и магнитных потоков. Сами же электрические и магнитные потоки у всех электромагнитных квантов одинаковы и равны кванту электрического и магнитного потоков.
Согласно Максвеллу, токи смещения могут течь в электродинамическом вакууме самостоятельно (без токов проводимости), при этом они всегда являются замкнутыми, например, представляя вихревые электрические поля. Введение электрического тока смещения в уравнение позволило Максвеллу предсказать существование электромагнитных волн, но в то время трудно было предвидеть квантовую природу полей и дискретность токов, приводящих к одному из следствий - дискретности электромагнитных волн.
«... в уравнениях не учитывается ни дискретная структура электрических зарядов и токов, ни квантовый характер самих полей.»
Физическая энциклопедия. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ.
Нельзя упрекать Максвелла в том, что, рассматривая электродинамические процессы, он не учитывал квантовый характер зарядов и полей, и тем самым не предвидел дискретность электрических токов и электромагнитных волн (жил в XIX веке). Исходя из современных представлений, при расчетах в электродинамике необходимо учитывать дискретность электрических зарядов, токов и квантовый характер самих полей (потоков, возмущений). Векторные поля, согласно электродинамике, - это потоки индукции, т.е. квантовый характер полей - это квантовый (дискретный) характер электрических и магнитных потоков индукции.
Электродинамика Максвелла, учитывающая квантовую природу полей и дискретность токов, является квантовой, и она стала квантовой (независимо от ее названия) с того момента, когда было установлено, что заряды имеют квантовую природу (1897). В такой квантовой электродинамике Максвелла (КЭДМ) квантами поля являются элементарные электрические заряды (кванты заряда), а не фотоны (кванты света), как в КЭД, что позволяет рассчитывать дискретные электромагнитные волны. При этом фотоны представлены естественным образом как дискретные вихревые потоки электрического смещения поля, которые, согласно B = m0[vD], также обладают магнитной индукцией, т.е. представляют дискретные электромагнитные потоки. Таким образом, согласно КЭДМ, фотон представляет элементарный электромагнитный поток, состоящий из кванта электрического потока и кванта магнитного потока.
Если в уравнениях учитывать квантовый характер полей и дискретную структуру токов смещения, то в расчетах электромагнитных волн появляется дискретность, что соответствует принципу корпускулярно-волнового дуализма. Квант электромагнитного потока излучения состоит из кванта электрического потока и кванта магнитного потока, т.е. энергия электромагнитного кванта состоит из энергии кванта электрического потока и энергии кванта магнитного потока.
«... плотность энергии электромагнитного поля складывается из плотностей энергии электрического и магнитного полей.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.258.
«... в бегущей плоской электромагнитной волне электрическая энергия в любой момент равна магнитной.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.18.
Наименьшее поперечное возмущение (дискретная волна) состоит из двух разноименных областей возмущения в один квант заряда, между которыми существует элементарный электрический поток величиной в один квант потока, т.е. ток электрического смещения поля:
Iсм = 2ev,
где e - квант электрического потока (квант количества электричества), v - частота. Зная силу тока, можно найти магнитную энергию электромагнитного кванта:
Wм = IсмФ0/2,
где Ф0 - квант магнитного потока (квант количества магнетизма). Согласно электродинамике, в поперечной электромагнитной волне электрическая энергия всегда равна магнитной Wэ = Wм, поэтому полная энергия электромагнитного кванта равна:
W = Wэ + Wм = 2Wм = IсмФ0.
Коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 упрощает выражение:
W = IсмФ0 = 2eФ0v = hv.
Зная частоту изменения магнитного потока, можно найти ЭДС:
U = 2Ф0v.
Эффективная мощность электромагнитного возмущения:
P = UIсм = 2Ф0v·2ev = 4eФ0v2.
Протяженность поперечного возмущения равна половине длины волны, так как в поперечном возмущении разноименные области расположены поперечно, а не продольно, что является отличием поперечного возмущения от продольного. Т.е., чтобы найти энергию, надо умножить мощность на время, равное половине периода:
W = PT/2 = 4eФ0v2/2v = 2eФ0v = hv.
Соотношение между замкнутым током смещения и массой:
Mc2 = W = IсмФ0, M = e0m0IсмФ0,
где e0 - электрическая постоянная, m0 - магнитная постоянная. Получается, 1 А – 2.301·10-32 кг. Соотношение между ЭДС и энергией:
W = 2eФ0v = eU.
Получается, 1 В – 1.602·10-19 Дж, т.е. равен одному электронвольту. Таким образом, электромагнитный квант с ЭДС в один вольт обладает энергией, равной одному электронвольту.
« 1 эВ = 1.60219·10-19 Дж »
Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ.
Таким образом, в электромагнитных волнах дискретны токи смещения и энергия электрических и магнитных потоков. Для их вычисления достаточно знать частоту электромагнитной волны, величину кванта электрического потока и кванта магнитного потока, либо вместо них, чисто для упрощения выражения, можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 = 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока.
«E = hv. Коэффициент пропорциональности h в этом выражении носит название постоянная Планка.»
Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.299.
Но для элементарных частиц, где единицей измерения является электронвольт, коэффициент пропорциональности только усложняет выражение W = hv/e, т.е. более рациональной является естественная формула W = 2Ф0v, без коэффициента пропорциональности. Эта формула как бы подчеркивает, что в фотоне магнитный поток равен кванту магнитного потока, где магнитная энергия равна W = Ф0v.
«Существование кванта магнитного потока отражает квантовую природу явлений магнетизма.»
Физический энциклопедический словарь. КВАНТ МАГНИТНОГО ПОТОКА.
«... на рис. 227 показана моментальная "фотография" плоской электромагнитной волны ...»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.299.
К сожалению, в учебной литературе - в виде моментальной "фотографии" - можно встретить только идеалистическое представление электромагнитной волны, что на самом деле не имеет ничего общего с ее реальным полевым строением. На таких рисунках все индукционные линии начинаются на оси X, что противоречит электродинамике, а линии электрических токов смещения вообще отсутствуют, т.е. как бы забывают, что введение тока смещения позволило Максвеллу представить полевую структуру электромагнитных возмущений, вывести уравнения и тем самым предсказать существование электромагнитных волн. Надо заметить, иногда ошибочно считается, что в линейных электромагнитных волнах электрические потоки замкнуты, на самом деле замкнуты линии тока смещения, а электрическое поле является вихревым, но не соленоидальным, так как линии электрической индукции направлены между разноименными областями возмущения, т.е. электрический поток существует между разноименными областями распространяющегося возмущения - нет кругового (замкнутого) потока электрической индукции. Движущийся электрический поток - это изменяющееся (нестационарное) электрическое поле, что представляет ток смещения Iсм = dФe/dt. Для наглядности можно рассмотреть движение двух поперечно ориентированных разноименных зарядов. Такое распространяющееся поперечное электрическое возмущение поля создает движущийся поперечный электрический поток, который представляет вихревое (нестационарное) электрическое поле, т.е. ток смещения и, соответственно, магнитный поток. Здесь, как и в поперечном электромагнитном возмущении, существует электрический поток между двумя разноименными зарядами. При этом ток смещения возникает без кругового потока электрической индукции. Также векторы электрической и магнитной индукции взаимно перпендикулярны, а их фазы совпадают. Такое движущееся электромагнитное возмущение, хотя и образует вторичные волны, но не создает излучения, так как все возникающие электромагнитные волны, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь.
«... каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, является, в свою очередь, центром вторичных волн.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.283.
Точнее, каждая точка полевой среды, до которой доходит электромагнитное возмущение, является центром вторичных волн, но при этом излучение может не возникать, если все вторичные волны, интерферируя между собой, полностью гасят друг друга.
То, что электрический поток в линейных электромагнитных волнах не является соленоидальным (замкнутым), - это экспериментальный факт: в продольном направлении электрическая индукция поля отсутствует, т.е. нет кругового электрического потока, электрическая индукция поля всегда поперечна, представляя поперечное электрическое возмущение поля (поперечное электрическое смещение поля).
«... на участках bc и ad направления напряженности поля и перемещения при обходе контура взаимно перпендикулярны ...»
Основы физики. Л.А.Грибов, Н.И.Прокофьев. 1995. С.319.
Т.е. линейная электромагнитная волна на продольных участках контура bc и ad не создает электрической напряженности поля - электрическая индукция всегда поперечна. Если бы линии электрической индукции были замкнуты по кругу, то обязательно имелась бы продольная составляющая напряженности поля.
«Меняющееся магнитное поле рождает электрическое поле, силовые линии которого охватывают силовые линии магнитного поля и т.д.. Кроме того, в электромагнитной волне векторы E и B всегда колеблются в одинаковых фазах, одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.259.
Если в электромагнитной волне линии электрической индукции охватывают линии магнитной индукции, т.е. между фазами у них есть сдвиг, то как же они могут колебаться в одинаковых фазах? Надо заметить, что такая ошибка в книгах по электродинамике встречается довольно часто, так как путают индукционные линии вихревого электрического поля с линиями тока электрического смещения. На самом же деле линии магнитной индукции охватывают линии тока смещения, а линии электрической индукции не замкнуты и это подтверждают прямые экспериментальные факты - в продольном направлении электрическая напряженность поля в поперечных электромагнитных волнах отсутствует. В начале электромагнитного возмущения электрическая индукция возрастает и ток смещения течет в одном направлении. В конце возмущения электрическая индукция уменьшается и ток смещения течет в обратном направлении. Например, если в распространяющихся электромагнитных возмущениях электрические потоки индукции равны одному кванту количества электричества, то такие возмущения создают круговые токи смещения силой Iсм = 2ev.
«Ток смещения Iсм = dФe/dt, где Фe - поток электрического смещения ...»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.289.
В тех точках электромагнитной волны, где плотность токов электрического смещения максимальна, плотность электрических и магнитных потоков равна нулю - нет электрической и магнитной индукции. И наоборот, в тех точках, где плотность электрических и магнитных потоков максимальна, там плотность токов электрического смещения равна нулю. Таким образом, в электромагнитной волне токи электрического смещения поля переходят в электрические и магнитные потоки возмущения поля и наоборот.
Электрические и магнитные потоки имеют квантовую природу и всегда дискретны, что в конечном итоге и проявляется как дискретность электромагнитных волн (электромагнитных потоков). Таким образом, рассматривая полевую структуру электромагнитных волн, необходимо учитывать квантовый характер электрических и магнитных потоков, что естественным образом приводит к дискретности электромагнитных волн - дискретности электромагнитных потоков излучения.
«В результате магнитное поле можно рассматривать как неизбежный релятивистский результат движения электрических зарядов ...»
Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.
Точнее, магнитное поле (поток) - это результат движения электрического потока B = m0[vD], а так как электрические потоки дискретны, соответственно, дискретны магнитные и электромагнитные потоки.
С током электрического смещения поля связана энергия и, соответственно, масса, в фотоне 1 А – 2.301·10-32 кг. Для тока смещения, выраженного через массу, подходит термин "текущий полевой поток" (ток по-английски сurrent - текущий поток), т.е. возмущения не возникают мгновенно, их образование связано с движением (смещением) квантов поля. Чем меньше текущий полевой поток, тем более длительный период времени (в процессе распространения возмущения) требуется для образования двух разноименных областей возмущения поля в один квант, т.е. чем больше длина волны, тем меньше текущий полевой поток (меньше энергия и масса потока), который связан с дискретным возмущением.
«Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона ...»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.384.
В основе материи лежит квантовое электромагнитное поле, кванты которого, смещаясь в виде токов смещения, образуют различные возмущения поля, представляющие элементарные формы материи. Дискретные поперечные возмущения (волны) представляют фотоны, продольные замкнутые - лептоны, продольные замкнутые стоячие - партоны, из которых образованы адроны (протон - из трех партонов). Замкнутые стоячие волны представляют "переменные магниты" и, если частоты совпадают (резонанс), то между ними возникают взаимодействия, которые также зависят от их ориентации (все ядерные силы, представляющие сильные взаимодействия, являются резонансными).
«По современным представлениям, квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее конкретных проявлений.»
Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ.
«... опыты по неупругому рассеянию электронов высоких энергий на нуклонах выявили зернистую ("партонную") структуру протона и нейтрона.»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.552.
«... кварки являются лишь вспомогательными образами (типа магнитных полюсов в электродинамике), пусть и удобными для описания различных явлений и свойств адронов, но не носящими фундаментального характера.»
О физике и астрофизике. В.Л.Гинзбург. 1995. С.62.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.comail.ru:8081/
