Релятивистская динамика и физика Ньютона

Эфир и классическая электродинамика

Валерий Петущак

Полная версия статьи: PDF, 382 кб; DOC, 380 кб

Результаты опытов Томсона, Кауфмана, Бухерера на рубеже ХIХ...ХХ века по определению скоростей электронов в электрическом поле поставили в тупик физиков, т.к. электроны не удавалось разогнать до скоростей, больших скорости света. Выходом из тупика признали релятивистскую теорию Альберта Эйнштейна. Почему же физиков перестала удовлетворять физика Ньютона? В этом, пожалуй, наибольшая интрига, т.к. уравнение релятивистской динамики справедливо и в физике Ньютона, если учесть, что скорость распространения силового взаимодействия в электромагнитном поле равна скорости света.

Как известно, силовое действие электромагнитного поля характеризуется обычными механическими параметрами импульса и энергии, которые явно зависят от скорости распространения поля. Эти параметры определены, когда поле действует на частицу с нулевой скоростью. А если частица движется, как изменятся энергия и импульс?

Предварительно уточним смысл положения «силовое взаимодействие в электрическом поле распространяется со скоростью света». Очевидно, силовое взаимодействие в электрическом поле возникает вследствие деформации этого поля собственным полем частицы, и такая деформация не возникает мгновенно. Если частица перемещается, вместе с ней перемещается и деформация поля. «Силовое взаимодействие распространяется со скоростью света», следовательно, если частица движется в поле со скоростью света, деформация поля будет отставать от частицы, поэтому не будет силового действия поля на частицу. Если же частица движется с меньшей скоростью, поле оказывает на неё силовое воздействие с эффективностью, которая зависит от скорости движения деформации поля. Какую же модель силового действия поля на частицу нужно принять? Общепринятой моделью механизма давления света на поглощающую поверхность является модель неупругого удара, при котором бесконечно меньшая масса (масса фотона) передаёт свою кинетическую энергию неподвижной поверхности объекта с большей массой. Только энергию, масса не увеличивается, т.к. масса движения фотона принимается виртуальной массой. Аналогичную модель использовал В. Ритц в своей работе «Критический анализ общей электродинамики», однако массу движения он считал реальной массой.

Что же изменяется, если поле действует на движущийся объект? Вспомним модель неупругого удара: меньшая масса при ударе изменяет свою скорость до скорости большей массы и передаёт ей лишь часть кинетической энергии, равную разности её первоначальной энергии и кинетической энергии после удара. В работе показано, что в физике Ньютона такой потери энергии поля при взаимодействии с движущейся частицей соответствует импульс действия поля, уменьшенный пропорционально «релятивистскому» коэффициенту U, то есть уравнение релятивистской динамики справедливо в физике Ньютона для Галилеевой относительности.

Классическая электродинамика обычно рассматривается как частный случай специальной теории относительности (далее СТО) для малых нерелятивистских скоростей. Давайте проверим, нет ли принципиальных, взаимно исключающих противоречий между классической электродинамикой и СТО.

Основным, концептуальным положением СТО является постулат относительности, т.к. он отрицает существование эфира – материальной среды (далее МС), состоянием которой является электромагнитное поле. Проверим, удовлетворяют ли постулату относительности законы классической электродинамики при нерелятивистских скоростях. Справедливость и точность этих законов подтверждена более чем вековой практикой их применения в технологиях.

Рассмотрим «парадокс движущихся зарядов» – взаимное электромагнитное влияние друг на друга двух параллельно движущихся с одинаковой скоростью зарядов. Это действительно «парадокс» для СТО, т. к. один из зарядов можно рассматривать в качестве «наблюдателя» по отношению ко второму, который, не имея относительной скорости по отношению к нему, тем не менее фиксирует факт движения относительно земли, т.к. возникающее при движении магнитное поле вызывает взаимное притяжение зарядов одного знака. Напомним известную иллюстрацию принципа относительности СТО: «если Вы находитесь внутри железнодорожного вагона, никакие эксперименты не позволят Вам определить, движется он или нет." Классическая электродинамика опровергает постулат относительности СТО, т.к. движение относительно поверхности земли вызывает появление магнитного поля. Можно возразить, что при малых скоростях это поле будет иметь малую величину. Тем не менее и на малых скоростях это поле будет существовать, притягиваются же проводники, по которым идёт электрический ток в одном направлении, а ведь скорость дрейфа электронов в проводнике лишь сантиметры в секунду. Однако неожиданным является то, что и в СТО точно так же, как и в соответствии с законами классической электродинамики, можно определить факт движения зарядов в инерциальной системе, относительно которой эти заряды неподвижны, несмотря на то, что в СТО факты наличия электрического или магнитного поля являются относительными. То есть, и в СТО нарушается постулат относительности! И классическая электродинамика, и СТО позволяют фиксировать факт движения. Движения относительно чего?

Постулат относительности на первой странице работы А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» иллюстрируется примером: «Вспомним, например, электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником. Наблюдаемое явление зависит только от относительного движения проводника и магнита, в то время как согласно обычному представлению оба случая, в котором либо одно, либо другое из этих тел является движущимся, должны быть строго разграничены». Действительно ли равноправны движения электрических зарядов и магнитного поля, при условии, что при движении последнего, то есть источника магнитного поля, не будет изменяться величина и направление вектора напряжённости магнитного поля?

В классической электродинамике эти движения явно не равноправны. Вспомним, например, определение силы Лоренца, действующей на заряженную частицу в магнитном поле. Оно начинается так: «На частицу, движущуюся в магнитном поле..." Не относительно магнитного поля, а именно «в магнитном поле». При этом подчёркивается, что сила Лоренца действует только на движущуюся частицу. А движется ли магнитное поле, этот вопрос классическая электродинамика дипломатично не затрагивает. Не затрагивает потому, что иначе очевидным стало бы нарушение постулата относительности СТО.

Давайте определим, как движется магнитное поле. Сила Лоренца пропорциональна скорости заряженной частицы относительно земли и совершенно не зависит от скорости источника магнитного поля. То есть, относительная скорость частицы и источника магнитного поля не принимается во внимание. Движется ли магнитное поле вместе с заряженной частицей как составная часть энергии её движения? Ведь в силовом взаимодействии магнитное поле проявляет себя в качестве субъекта, неподвижного относительно поверхности земли независимо от того, как движется частица и как движется источник магнитного поля. Это непосредственно следует из определения силы Лоренца. Следовательно магнитное поле это состояние той среды, в которой оно возникает – среды, неподвижной относительно поверхности земли.

Продолжим вышеприведенную цитату: «В самом деле, если движется магнит, а проводник покоится, то вокруг магнита возникает электрическое поле, обладающее некоторым количеством энергии, которое в тех местах, где находятся части проводника, порождает ток.» Не возникает вокруг движущегося магнита электрическое поле, если вектор магнитного поля не изменяется при движении магнита. А вот Лоренцовы силы возникают, если движется проводник, даже если магнитное поле при таком движении не изменяется. Так что в классической электродинамике относительное движения магнита и проводника не существенно, постулат относительности СТО не применим.

Но если магнитное поле это состояние МС, тогда при силовых взаимодействиях эта среда должна проявлять себя в качестве субъекта такого взаимодействия. Так ли это?

В законах классической электродинамики фиксируется нарушение третьего закона Ньютона при силовых магнитных взаимодействиях (например, взаимодействие двух заряженных частиц, двух элементов проводников с током). Напомним закон: действие всегда сопровождает одинаковое по величине и противоположно направленное противодействие. Почему нарушается один из основных законов динамики?

Этот закон не нарушается, т.к. если магнитное поле действует на частицу с лоренцовой силой, частица действует на магнитное поле с «антилоренцовой» силой, равной лоренцовой силе по величине и протвоположной по направлению. То есть нарушение третьего закона Ньютона в классической электродинамике является лишь подтверждением того факта, что магнитное поле, которое является состоянием МС, является третьим субъектом силового взаимодействия.

Теперь рассмотрим подтверждение вышеприведенного на примере очень простого известного устройства – униполярного генератора Фарадея. Представьте себе круглый медный диск и того же диаметра круглый плоский магнит, полюса которого расположены на торцах. Диск и магнит расположены на одной оси и могут вращаться. Электродвижущая сила снимается щетками – одной, соединенной с осью, другой, скользящей по краю диска.

Генератор убедительно подтверждает отсутствие эффекта относительности движения магнита и проводящего диска: при вращении диска и неподвижном магните ЭДС наводится. Если вращается магнит, а диск неподвижен, ЭДС не возникает. Если превратить генератор в электромотор, подав напряжение на щётки, он начинает вращаться, даже если диск вращается вместе с магнитом. Удивительный факт – нет относительного движения диска и магнита, более того, нет статора, от чего же отталкивается ротор? Парадокс? Да, парадокс для СТО, хотя электромотор работает в соответствии с законами классической электродинамики: ротор отталкивается от неподвижного относительно земли магнитного поля – прямое доказательство того, что в силовых взаимодействиях магнитное поле – состояние неподвижной относительно земли МС – выступает самостоятельным субъектом силового взаимодействия.

Таким образом, магнитное и электрическое поля имеют кардинально отличные свойства и уравнения Лоренца, в соответствии с которыми при изменении скорости наблюдателя электрическое поле может трансформироваться в магнитное и наоборот, являются лишь математическими абстракциями.

Вернёмся теперь к Материальной Среде, т.е. к эфиру. Представим себе мощный генератор в миллионы киловатт. Вся энергия, которую производит генератор, передается через зазор в доли миллиметра между ротором и статором генератора. Передается через «третий субъект» силового взаимодействия – Материальную Среду. Какие фантастически огромные энергоёмкие возможности имеет эта МС, а мы до сих пор отрицаем её существование.

Литература

1. Эйнштейн А., «К электродинамике движущихся тел», Собрание научных трудов. Работы по теории относительности. 1905...1920 г.г. М.: Наука, 1965.
2. Роузвер Н.Т. Перигелий Меркурия от Леверье до Эйнштейна. М.: Мир, 1985.
3. Ритц Вальтер. Критический анализ общей электродинамики. Anales de Chimie et de Physique, Vol. 13, p. 145, 1908.
4. Носков Н.К. Явление запаздывания потенциала. НиТ, 2000.
5. Бом Д. Специальная теория относительности. М.: Мир, 1967.
6. Детлаф А., Яворский Б. Курс физики. М.: Academia, 2003.
7. Воловик П. Фізика для університетів. Киев: Перун, 2005.
8. Логунов А.А. Новые представления о пространстве, времени и гравитации. МЕ «Наука и человечество». М.: Знание, 1988.
9. Ивченков Г. Индукционные и силовые эффекты, вызванные движением носителя магнитного поля. Тангенциальная индукция и законы электромагнетизма.
10. Рыков А.В. Пустота или физическая среда. НиТ, 2001.
11. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. От явлений к сущности теории Эйнштейна. НиТ, 2004.
12. Тимофеев Е.И. Некоторые фундаментальные проблемы современной физики. Ч. 2., 1998.
13. Корнева М.В., Кулигин В.А., Кулигина Г.А. Анализ классической электродинамики и теории относительности. НиТ, 2008.

Дата публикации:

17 декабря 2008 года