Читать онлайн «Баллистическая теория Ритца и картина мироздания». Страница 17

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+2Rа/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, наводящие ЭДС индукции с током Iинд в контуре.

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 (реонами). Именно так он вывел из своей модели силы магнитного взаимодействия (§ 1.7). В своём главном труде [8] Ритц объяснил не только все магнитные эффекты, 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. Но и эта индукционная сила, по своей природе, — чисто электрическая, ибо, подобно магнитной силе, вызвана малым изменением электровзаимодействия зарядов от их движения. Как легко вычислить, ЭДС U =-dФ/dt создаётся разницей сил Лоренца Fл1—Fл2, действующих на заряды в ближнем и дальнем участке рамки, поскольку 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 разные участки рамки воспримут 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. Замедление зарядов в проводнике (ускорение a направлено против скорости) снижает величину тока I и вызванный им поток индукции Ф через рамку, а также 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 по степеням V/c и Rа/c2. Влиянию 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 квадратичного эффекта Доплера и Ритца — изменения частоты f = f0[1–V2/c2+Rа/c2] от движения источника (см. § 1.20 и § 1.10). Потому похожее выражение получается и для силы взаимодействия зарядов F=F0[1–V2/c2+2Rа/c2]. Это, как и все электродинамические эффекты, — прямое следствие открытых Ритцем пространственно-временных соотношений и конечной скорости c реонов, то есть запаздывания электрических сигналов. Именно единая кинетическая природа эффектов Доплера и Ритца позволяет понять, почему изменение потока Ф через контур как от скорости (Рис. 18), так и от ускорения зарядов (Рис. 19), порождает одинаковую ЭДС индукции, а также найти исключения из этого эмпирического правила Фарадея.

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, которые налагаются на исходные и потому преобразуют их. 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. Таким образом, 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 расхождение между этими электродинамическими теориями, что позволит однажды строго, на основании опытов, сделать выбор в пользу одной из теорий. Но уже сейчас в пользу БТР говорит то, что в электродинамике Ритца все явления трактуются чисто механически, наглядно. Существование магнитных и индукционных эффектов в БТР само собой вытекает из модели взаимодействия зарядов и не нуждается, в отличие от максвелловой теории, в принятии искусственных дополнительных гипотез об абстрактных электрических и магнитных полях.

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 эмпирически открытых 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 Фарадея [88]. Наконец, третье уравнение divD=ρ — это, опять же, не более чем обобщение закона Кулона, задающего электрическое поле D заряда, и теоремы Остроградского-Гаусса. Иногда утверждают, что Максвелл, кроме обобщения этих известных законов, сделал важное и даже гениальное добавление — открыл ток смещения (∂D/∂t — плотность этого тока), который, как следует из первого уравнения, создаёт магнитное поле H, подобно току проводимости (j — его плотность).