PDA

Просмотр полной версии : ошибки современной физики - 0



Шаляпин А.Л.
17.11.2009, 09:25
НАИБОЛЕЕ ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ, ДОПУСКАЕМЫЕ В КВАЗИСОВРЕМЕННОЙ АБСТРАКТНОЙ ФИЗИКЕ - 0

Полный текст - http://osh9.narod.ru/naib/naib0.htm

Теоретическая физика – достаточно трудный раздел точной науки не только для процесса обучения школьников и студентов, но и для восприятия и понимания корифеями науки, разработчиками новых теорий. Поэтому, для того чтобы легче было осмыслить допускаемые в теоретической физике ошибки, их удобно рассматривать в хронологическом порядке – по мере их совершения теоретиками и поступления в теоретическую физику.

В самом начале достаточно подробно рассмотрим очень распространенное инженерное эмпирическое понятие – “электрический заряд”.

Первые серьезные научные работы в области электричества были выполнены Бенджамином Франклином (1706 – 1790).

В 1746-54 гг. он осуществил ряд экспериментальных исследований, принесших ему широкую известность [1]. Франклин объяснил действие лейденской банки, построил первый плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин, разделенных стеклянной прослойкой, изобрел в 1750 г. молниеотвод, доказал в 1753 г. электрическую природу молнии (опыт с воздушным змеем) и тождественность земного и атмосферного электричества. В 1750 г. он разработал теорию электрических явлений – так называемую “унитарную теорию”, согласно которой электричество представляет особую “тонкую жидкость”, пронизывающую все тела. В каждом незаряженном теле, по представлениям Франклина, всегда содержится определенное количество “электрической жидкости”. Если по каким-либо причинам в теле появляется ее излишек, то тело заряжается положительно, когда ее недостает – отрицательно.

Здесь мы видим, что Франклин подходит к явлению электричества с макроскопической точки зрения, т.е. эмпирически и под “электрической жидкостью” с точностью до знака следует понимать просто электроны. Такое название возникло по той причине, что количество этой “таинственной жидкости” в телах можно было плавно изменять: убавлять или прибавлять.

В этой теории Франклина впервые было введено понятие положительного и отрицательного электричества. Исходя из своей теории, он объяснял наблюдаемые им явления. В унитарной теории Франклина содержался закон сохранения “электрической жидкости” или электрического заряда в современном представлении.

Это были первые макроскопические, опытные представления о электрических полях. Впоследствии эти макроскопические представления были перенесены на микрочастицы. По аналогии с макроскопическими телами физики стали представлять себе микрочастицы не иначе как заряженные некоторой “электрической жидкостью”, которая до последнего времени оставалась загадкой.

Таким образом, мы видим, что исторически понятие “электрический заряд” было введено в то время, когда носители электрических явлений – электроны, позитроны и другие элементарные частицы еще не были известны. При этом заряд воспринимался макроскопически как некоторая непрерывная субстанция вроде жидкости, которую можно добавлять или убавлять на поверхности диэлектриков, т.е. как бы “заряжать” или “разряжать” поверхность стекла, янтаря и т.д. Аналогами понятия “электрический заряд” можно назвать “теплород” или “флогистон”, которые были в употреблении в то время, когда физики весьма смутно представляли себе тепловые явления в веществах. Сюда же можно отнести и самую обычную влагу, которую можно также наносить на поверхность твердых тел.

Поскольку электрические и магнитные явления до последнего времени до конца не поняты, то и в настоящее время понятие “электрический заряд” воспринимается макроскопически, т.е. этой “жидкостью” физики “заряжают” даже элементарные частицы. Искать заряд на электроне, позитроне или внутри протона и нейтрона – столь же нелепое занятие, как и поиск влаги внутри молекулы воды Н2О.

Достаточно вспомнить историю в средних веках с теплородом, чтобы понять, насколько это абсурдно. Ведь когда мы говорим об электромагнитных явлениях, то речь идет на самом деле не о каких-то зарядах, а о силовых взаимодействиях между частицами, которые осуществляются через посредника, которым является физический вакуум или более привычно – эфир. В этом случае снимаются какие-либо условности, и мы непосредственно переходим к реальным механизмам взаимодействий. Остается только с логической последовательностью проанализировать различные возможные варианты подобных взаимодействий.

Термин “заряженная частица” был введен Г. Лоренцем в отношении электрона. Получалось так, что электрон, как и другие макроскопические тела, тоже был “заряжен” этой таинственной макроскопической “электрической жидкостью”, т.е. опять же электронами. Поскольку под “электрической жидкостью” понимались в дальнейшем именно электроны - электронная жидкость.

Нетрудно заметить, что при введении терминов “электрическая жидкость” и “заряд” в отношении электрона и других микрочастиц появляется явное как логическое, так и семантическое противоречие, поскольку макроскопическое свойство многих тел, а именно, способность “заряжаться” были перенесены на отдельный электрон. При этом “заряд” приобрел некую реальность вне зависимости от материальных объектов. Получается так, что любое тело, а в равной степени и электрон можно зарядить “зарядом”. Здесь явно просматривается неверное использование русского языка, поскольку зарядить материальный объект можно чем угодно, но только не зарядом. Слово “заряд” при этом очень часто используется как обычный инженерный жаргон в том случае, когда всем хорошо понятно, что под этим подразумевается.

Чтобы лучше понять это логическое несоответствие, приведем в качестве аналога для “электрической жидкости” обыкновенную влагу, как макроскопическое свойство тел. Древним аналогом “электричества” можно назвать “теплород” как очень удобное понятие в области теплоты. Избыток влаги делает тела влажными и даже мокрыми, недостаток же ее делает тела сухими. По аналогии с “электрической жидкостью” элементарным носителем влаги является молекула воды. По аналогии с понятием “заряженная частица” можно рассматривать понятие “влажная молекула” как носитель влаги. Здесь мы хорошо видим явный парадокс и логическое противоречие, поскольку некоторое макроскопическое свойство тел перенесено на отдельную молекулу.

В случае же электрона вопрос с его “зарядом” оказался более завуалированным, поскольку в области электричества и электромагнитных явлений до сих пор существует масса неясностей. Более естественным, на наш взгляд, был бы следующий подход. Следует обратить внимание не на таинственные “заряды” частиц, а на силовые поля, которые возникают вокруг электронов и других частиц. Полезно также обратить внимание на причину возникновения силового поля и на его материальный носитель - эфир или по-современному - физический вакуум. В этом случае пришлось бы рассматривать не “светоносный эфир”, а эфир как формирователь силового поля, и это могло бы привести к более раннему, на наш взгляд, пониманию эфира как переносчика силовых взаимодействий между частицами.

В энциклопедическом словаре [2] понятие “электрический заряд” рассматривается как “внутренняя характеристика” элементарной частицы, что явно не соответствует действительности. Реально же наблюдаются как раз только внешние проявления электромагнитных явлений в пространстве вокруг частиц, а у таких частиц как электроны и позитроны мы никогда не имеем дело с их внутренними свойствами, а имеем дело с силовыми полями, окружающими эти частицы. В отношении же протонов, нейтронов, мезонов и других более сложных частиц разговор следует вести отдельно, поскольку они обладают вполне ощутимыми размерами и, по всей вероятности, сложной структурой.

Когда мы проводим эксперименты с электронами или ионами, у которых недостает одного или несколько электронов до полного атома, то мы имеем дело не с таинственными зарядами, а с непосредственными механическими силами, действующими между частицами, которые могут порой достигать огромной и даже фантастической величины [3]. Эти силы в физике стали характеризоваться и описываться электрическими и магнитными полями, однако это мало что меняет в понимании природы данных сил. Слово “сила” заменяется словом “поле”, а что вызывает такую силу, остается пока скрытым. Поэтому продолжим наши исследования.

Из самых общих соображений понятно, что для реализации силы, действующей на расстоянии между двумя объектами, требуется определенный посредник. Рассмотрим различные варианты такого взаимодействия. Например, частицы могут обстреливать друг друга какими-нибудь маленькими снарядами, стараясь тем самым оттолкнуть соседа. Однако это не может продолжаться вечно, поскольку рано или поздно запас этих снарядов все равно иссякнет. Кроме снарядов, частицы могут “озвучивать” друг друга, т.е. облучать какими-нибудь волнами, что может привести к похожему эффекту. Но и на это требуются определенные затраты энергии, запасы которой у маленьких частиц не могут быть безграничными.
Наверх

Шаляпин А.Л.
01.12.2009, 08:42
О НЕКОТОРЫХ НЕТОЧНОСТЯХ В ОЧЕНЬ ТОЧНОЙ НАУКЕ КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ

В данной работе затронуты вполне очевидные вопросы, которые очень часто встречаются в такой точной науке как классическая электродинамика. Статью можно было бы озаглавить и так: “Как так случилось, что все вместе очень дружно не заметили обычных продольных электрических волн в вакууме в рамках самой обычной классической электродинамики?
А теперь начнем все по порядку и в качестве образца возьмем типичный учебник И.В. Савельева «Курс общей физики», т. 2 [1], который отличается достаточно упорядоченным изложением материала.
За редким исключением, материал по электромагнетизму изложен примерно так же и в других учебниках для вузов. Поэтому сделанные здесь замечания совершенно не относятся лично к автору данного учебника, а скорее всего, касаются уровня понимания электромагнитных явлений современными физиками. И так, читаем (стр. 302).
«В главе IХ мы выяснили, что переменное электрическое поле порождает магнитное, которое, вообще говоря, тоже оказывается переменным. Это переменное магнитное поле порождает электрическое и т.д. Таким образом, если возбудить с помощью колеблющихся зарядов переменное электромагнитное поле, то в окружающем заряды пространстве возникнет последовательность взаимных превращений электрического и магнитного полей, распространяющихся от точки. Этот процесс будет периодическим во времени и в пространстве и, следовательно, представляет собой волну».
Получается так, что, еще совершенно не зная механизмов формирования силовых полей, уже утверждается, что переменное электрическое поле может породить магнитное поле (при этом обязательно – переменное) и наоборот.
А вот, в лекциях у Фейнмана [2] такого взаимного превращения полей вообще не просматривается.
В лекциях Фейнмана (вып. 6) достаточно последовательно показано, что причиной возникновения переменного электрического и магнитного полей является движущийся и ускоряющийся «точечный» заряд, т.е. самый обычный электрон. И данные силовые поля зарождаются одновременно, синфазно и синхронно с ускорением электрона, разумеется, с учетом запаздывания рассеянных движущимся электроном волн вакуума.
При этом, совсем не обязательно будут формироваться синусоидальные силовые поля. Могут рождаться импульсные силовые поля или любой другой формы вплоть до постоянных полей.
Далее в учебнике [1] на основе уравнений Максвелла, полученных первоначально, как известно, из опытных данных, выводятся волновые уравнения для силовых полей. Однако здесь могут быть волны любого типа – как продольные, так и поперечные.
Лишь в последнее время практически все основные уравнения классической электродинамики были полностью выведены, исходя из очень простых волновых процессов в физическом вакууме [3].
Электрон, совершая ускорение, производит модуляцию во времени своего электрического поля. При этом в направлении ускорения электрона производится модуляция продольных электрических волн, а в направлении, перпендикулярном ускорению электрона, производится модуляция поперечных электромагнитных волн. Механизм формирования силовых полей из рассеянных электроном волн физического вакуума очень подробно рассмотрен в работе [3].
В качестве примера формирования продольной электрической волны рассмотрим прохождение электрической волны через плоский электрический конденсатор. Допустим, что в исходном состоянии конденсатор не заряжен, и электрическое поле в нем равняется нулю.
При подаче электрического сигнала на подводящий провод входной пластины конденсатора, потенциал на ней начнет изменяться. При этом переменное электрическое поле в виде продольной электрической волны со скоростью с начнет распространяться в направлении второй (выходной) пластины конденсатора. В данном случае мы имеем дело с прохождением продольной электрической волны, поскольку волна распространяется перпендикулярно пластинам конденсатора, и направление электрического вектора совпадает с направлением движения волны.
Спустя интервал времени d/c , где d – расстояние между пластинами конденсатора, потенциал второй пластины конденсатора также начнет изменяться.
Одновременно с появлением продольной электрической волны между пластинами конденсатора здесь же образуется аксиальное магнитное поле, вызванное протеканием тока на подводящем проводнике к конденсатору.
Для данного случая (вакуумного промежутка между пластинами конденсатора) подойдет следующее уравнение Максвелла:

rot H = (ε0 /c) d E / d t (1)

где Н – вектор магнитного поля, Е - вектор электрического поля, ε0 - диэлектрическая постоянная вакуума. По очень хорошо известной исторической причине, правую часть в уравнении (1) часто называют «током смещения», хотя для этого нет особых оснований, да и сам Максвелл ввел этот термин чисто формально, не придавая ему никакого физического смысла.
Вот, здесь-то и затерялась наша с Вами продольная электрическая волна, которая замаскировалась под продольный ток смещения.
Отсюда следует вывод, что от введения лишних «красивых слов» в классическую электродинамику ее понимание ничуть не улучшается, а, скорее, наоборот ухудшается.
Наблюдать прохождение продольной электрической волны достаточно легко в обычном проводнике, если подать на его вход короткий электрический импульс. Для измерения времени прохождения волны по проводнику нужно иметь достаточно высокочастотный осциллограф и широкополосный импульсный усилитель.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1982. T.2.
2. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып. 6.
3. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УМЦ УПИ, 2006. 490 с.
Более подробно - http://s6767.narod.ru

Шаляпин А.Л.
02.06.2013, 11:55
Здесь начинаются Основы Фундаментальной Физики.