Что такое магнитное поле?.

Сайнюк Н.Т.

 

Свойства магнитного поля как составной части единого электромагнитного поля  в настоящее время хорошо изучены. И здесь вряд ли можно открыть что-то новое. Однако существует ряд особенностей магнитного поля, суть которых так и осталась нераскрытой до сих пор. Известно, что магнитное поле порождается движущимся электрическим зарядом. При переходе в систему отсчета, в которой электрический заряд остается неподвижным, магнитное поле таинственным образом исчезает.  При движении электрического заряда в постоянном магнитном поле на него действует сила перпендикулярная к  направлению скорости:

     (1)

где  - электрический заряд,  - скорость света в вакууме,  - скорость заряда, B  магнитная индукция. Кроме того, в отличие от электрического поля, магнитное поле не имеет магнитного заряда  монополя. Хотя некоторое исследователи предполагают, что они существуют, но экспериментально их до сих пор не удалось обнаружить. С тех пор, как были сформулированы уравнения электродинамики, в физике был получен значительный объем новых экспериментальных и теоретических данных. Возникает вопрос  нельзя ли эти особенности магнитного поля объяснить исходя из уже накопленных знаний?

Рассмотрим массивное  сферическое тело, имеющее на своей поверхности выступ. Такое тело будет иметь гравитационное поле, убывающее на бесконечность. Обозначим это поле силовыми линиями. В районе выступа это гравитационное поле будет несколько искажено (рис. 1). Придадим телу вращательное движение. Естественно предположить, что вместе с вращением тела начнет вращаться и искаженное гравитационное поле данного тела.  Согласно опытным данным любое поле не может распространяться со скоростью превышающею скорость света в вакууме, то силовые линии обозначающее это поле примут вид раскручивающейся спирали (рис. 2). В любой точке пространства гравитационное поле нашего тела будет обладать некоторой энергией и импульсом. Поэтому на любое пробное тело  кроме силы притяжения, которая определяется законом тяготения Ньютона и направлена к центру, появиться некоторая сила перпендикулярная к радиальному направлению, обусловленная вращением гравитационного поля. Что может быть подтверждением существования  такой силы? Известно, что все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца в том же направлении что и само Солнце. Луна также вращается вокруг Земли в том же направлении, в каком Земля вращается вокруг собственной оси. Это может свидетельствовать о том, что вращающееся гравитационное поле Солнца и Земли закручивает планеты  и Луну в том же направлении в каком вращается само гравитационное поле. Эта сила также может быть причиной нестабильности Солнечной системы. К примеру, в системе Земля-Луна вращающееся гравитационное поле Земли будет сообщать постоянно Луне дополнительное ускорение. Вследствие этого Луна должна удаляться от Земли, а вращение самой Земли, из-за потери энергии будет замедляться. Можно было бы утверждать, что вследствие разгона вращающимся гравитационным полем Солнца планеты Солнечной системы также должны удаляться от Солнца. Но это не совсем так. Как было показано в работе [mtokma.narod.rusolar.html]  орбиты планет Солнечной системы квантуются точно так же, как и энергетические уровни электронов в атомах. Проведенные расчеты показали, что ни одна из планет не находиться на своей основной орбите. Так для Земли значение квантового числа n равняется 8, для Марса  - 17, Венеры  8 и т.д. Если проводить аналогию с атомами, то Солнечная система находится в возбужденном состоянии.  Планеты в таком случае со временем будут переходить на более низкие орбиты, то есть приближаться к Солнцу. Луна же от начала своего образования еще не достигла своей основной орбиты, которая находиться значительно дальше, чем та по которой она вращается сейчас.  Поэтому вращающееся гравитационное поле Земли будет разгонять ее до тех пор, пока она не достигнет своей основной орбиты. И наблюдая, с какой скоростью Луна удаляется от Земли, можно определить экспериментально силу, с которой действует вращающееся гравитационное поле Земли на Луну. Пока что такая работа никем не проводилась. Для дополнительного подтверждения выше сказанного можно провести следующий эксперимент. На экваторе запустить одновременно в противоположных направлениях на одну орбиту два спутника. При одинаковых остальных условиях эти спутники будут терять высоту с различной скоростью, так как один из них будет разгоняться вращающимся полем Земли, а другой тормозиться. При длительном наблюдении за этими спутниками этот эффект возможно удастся заметить.

Рассмотрим теперь носителей элементарных электрических зарядов  электрон и протон. Из экспериментов известно, что оба они обладают внутренним моментом количества движения  - спином, который равный половине кванта минимального действия h. В квантовой механике принято считать, что спин элементарных частиц не может иметь аналога в классической физике, поскольку скорость вращения при допустимом радиусе элементарных частиц будет превышать скорость света. Однако согласно гипотезе о полевом строении элементарных частиц [podelise.rudocs/43206/index-164.html], элементарные частицы состоят из вихрей полей и обладают более плотным ядром, диаметр которого равен комптоновской длине волны этих частиц. При таком рассмотрении получается, что поля, из которых состоят частицы, вращаются в ядре с максимально возможной скоростью  скоростью света в вакууме. А как же обстоит дело с электрическим полем, которое создают заряженные элементарные частицы? К сожалению, возможности продемонстрировать с такой наглядностью как в случае гравитационного поля, что и электрические поля частиц также вращаются вместе со своим ядром, нет. Поэтому сделаем следующее предположение: если носитель электрического заряда имеет внутренний момент количества движения, то потенциальное электрическое поле, создаваемое им также вращается. Это относится не только к электрону и протону. Можно придать вращательное движение любому заряженному телу и провести серию экспериментов с целью проверить, как ведет себя в этом случае электрическое поле. Подобный эксперимент был проведен в домашних условиях. Заряженная эбонитовая палка была раскручена в токарном станке и на нее стряхивались заряженные пылинки. Не долетая до эбонитовой палки, они начинали вращаться вокруг нее  в том же направлении, в котором вращалась и палка. К сожалению, этот эксперимент ничего не доказывает. Пылинки могли вращаться и под действием увлекаемого палкой потока воздуха.  Такие эксперименты нужно проводить в вакуумной камере, чтобы исключить влияние побочных  эффектов. Их пока никто не проводил, и, следовательно, в данной работе  возможность того, что электрические поля электрона и протона могут вращаться, только постулируется.

Рассмотрим два параллельных проводника. При подключении источника питания по ним потечет ток. Примем для простоты, что в возникновении тока принимают участие только электроны. Во внешнем поле спины электронов будут ориентированы по направлению тока. В результате того, что электрическое поле электронов вращается, вокруг проводника возникнет вихревое электрическое поле,  вращающееся в одну сторону (рис. 3). Если токи в проводниках направлены в одну сторону, то вихревые поля между проводниками будут вращаться в противоположных направлениях,  компенсируя друг друга. Это приведет к взаимному притяжению проводников. Если токи движутся в противоположных направлениях, то между проводниками вихревые поля будут двигаться в одном направлении. Поток вихревого электрического  поля взрастет и между проводниками возникнет сила отталкивания. Описанный процесс взаимодействия токов в электродинамике носит название закона Ампера:

      (2)

Как видно, то, что ранее принималось за магнитное поле, на самом деле является потоком вихревого электрического поля. Для того, чтобы образовать поток вихревого электрического поля не обязательно двигать электрические заряды. Достаточно сделать так, чтобы спины носителей электрического заряда были ориентированы в одном направлении. В природе существуют некоторые вещества, в которых из-за особенностей строения кристаллической решетки спины электронов ориентированы в одном направлении. Это ферромагнетики, которые обладают магнитным полем, даже в отсутствии  электрических токов. Само по себе существование ферромагнетиков может служить одним из доказательств того, что электрическое поле элементарных зарядов электрона и протона вращается.

Рассмотрим движение электрона  в поле постоянного магнита, в котором, как теперь понятно на самом деле, имеется поток вихревого электрического поля направленный от одного полюса к другому. Спин электрона направлен по направлению его движения. Из-за этого возникнет тот же самый эффект, что и в случае токов в проводниках.  С одной стороны движение вихревого поля электрона будет совпадать с движением внешнего потока, с другой - будет направлено против этого потока.  В результате этого электрон будет выталкиваться  перпендикулярно в ту сторону, где его вихревое поле движется в противоположном к внешнему потоку направлении. Кроме того, вместе с электроном движется и его вихревое электрическое поле. Взаимодействие этих двух вихревых потоков и приводит к возникновению силы, которая определяется формулой (1). Если скорость электрона равна нулю, он ориентируется таким образом, что его вихревое поле становиться перпендикулярно к внешнему потоку, кинетическая энергия поступательного движения  электрического поля исчезает, и взаимодействие двух потоков электрического поля прекращается. На электрон в этом случае будет действовать только потенциальное электрическое поле.

Теперь очевидно, что магнитных монополей не существует. Источником и потенциального поля и кругового потока электрического поля, являются одни и те же носители электрических зарядов, обладающие спином.

Из всего сказанного следует один вывод. Если потенциальные электрические поля элементарных носителей зарядов электрона и протона вращаются,  то  в электродинамике для объяснения всех происходящих там явлений отпадает необходимость вводить магнитное поле. Конечно, это не означает, что нужно переписывать всю электродинамику заново. Уравнения электродинамики Максвелла были сформулированы на основании опытных данных и все эффекты, которые порождаются взаимодействием вихревых полей там учтены. Поэтому здесь не имеет принципиального значения, чем обусловлено, к примеру, возникновение силы действующей на движущийся заряд. Можно назвать это магнитным полем, можно -  вихревым потоком потенциального электрического поля. От смены названия суть явлений не измениться. Значительно больше интереса вывод об отсутствии магнитного поля будет иметь при изучении возможных свойств гравитационного поля. Рассмотрим некоторые из них.

Кванты гравитационного поля.

Отсутствие магнитного поля приводит к тому, что электрическое и гравитационное поля становятся практически идентичными.  Почти все физические явления, которые наблюдаются в электродинамике и атомной физике, будут иметь место и в гравитации. Другое дело, что их обнаружение будет затруднено из-за слабости гравитационного поля. Из атомной физики известно, что находящийся в возбужденном состоянии атом излучает кванты электромагнитного поля, энергия которых определяется выражением:

     (3)

Но электроны в атоме взаимодействуют с ядром также посредством гравитационного поля. Поэтому одновременно с излучением кванта электромагнитного поля, будет излучаться и квант гравитационного поля, энергию которого также можно выразить аналогично выражению (3):

       (4),

где      обобщенная постоянная Планка пригодная как для электромагнитного поля, так и гравитационного поля [podelise.rudocs/43206/index-163.html],

m         масса частички или тела (данном случае электрона)

d          диаметр электрона

c           скорость света.

Энергия гравитационного кванта при излучении атомом ничтожна, и экспериментально его обнаружить будет практически невозможно. Как уже упоминалось, квантоваться могут и орбиты планет Солнечной системы. При спонтанном переходе планеты из одной разрешенной орбиты на другую квант гравитационного излучения будет намного мощнее. И его, несомненно, удалось бы зафиксировать. Какова же вероятность такого перехода. В атомной физике атом может находиться в возбужденном состоянии на протяжении порядка  секунды. За это время электрон успевает сделать несколько сотен миллионов оборотов вокруг ядра. Если пересчитать это на условия Солнечной системы, то получиться, что такой переход  планеты могут осуществлять не чаще, чем один раз  в сотни миллионов, а то и миллиарды лет. Т.е. в обозримом будущем, человечеству зафиксировать такой квантовый скачок не удастся. И это даже к лучшему, поскольку ничего хорошего от таких переходов ждать не приходиться. К примеру, если бы Земля сорвалась с 8-й орбиты, на которой она сейчас находиться и перешла на 7-ю, то последствия для всего живого на Земле были бы катастрофические.  Но надежда на то, что гравитационные кванты все же можно обнаружить в земных условиях, есть. Для этого можно использовать искусственные спутники Земли. Для системы Земля-спутник уравнение Шредингера можно записать в виде:

  (5)

 

где     m      -          масса  спутника;

          M      -          масса Земли;

       G      -           гравитационная константа

Решение уравнения (5) приводит к тому, что орбиты спутника квантуются подобно тому, как энергетические уровни электронов в атоме.

 

           (6)

Учитывая, что для спутника, движущегося в гравитационном поле Земли, значение постоянной Планка определяется выражением:

 

       (7)

где  m -      масса спутника

d - диаметр этого спутника

c -       скорость света

Выражение (6) примет вид:

       (8)

Где  r  -   радиус спутника

Для спутника радиусом 1м значения квантовых чисел n, радиусов квантовых орбит , высота орбит над уровнем моря , а также расстояние между двумя соседними орбитами , рассчитанными по формуле (8) представлены в таблице 1.

 

Таблица 1.

Значение квантового числа, n	Радиус круговой орбиты спутника  , Км	Высота орбиты над уровнем моря , Км	Разница по высоте между соседними орбитами , Км
…	…	…	…
530	6432,61	61,31
531	6456,88	85,58	24,27
532	6481,24	109,94	24,36
533	6505,64	134,34	24,4
534	6530,07	158,77	24,43
535	6554,55	183,25	24,48
536	6579,08	207,78	24,53
537	6603,65	232,35	24,57
538	6628,27	256,97	24,62
539	6652,93	281,63	24,66
540	6677,64	306,34	24,71
541	6702,39	331,09	24,75
542	6727,2	355,9	24,81
543	6752,04	380,74	24,84
544	6776,93	405,63	24,89
545	6801,87	430,57	24,94
546	6826,86	455,56	24,99
547	6851,89	480,59	25,03
548	6876,96	505,66	25,07
549	6902,08	530,78	25,12
550	6927,25	555,95	25,17
551	6952,46	581,16	25,21
552	6977,72	606,42	25,26
553	7003,03	631,73	25,31
554	7028,38	657,08	25,35
555	7053,77	682,47	25,39
556	7079,21	707,91	25,44
557	7104,7	733,4	25,49
558	7130,24	758,94	25,54
559	7155,82	784,52	25,58
560	7181,44	810,14	25,62
…	…	…	…

 

Расчеты показывают, что без влияния посторонних факторов спутник может находиться на разрешенной орбите достаточно долгое время и спонтанный переход с одной орбиты на другую может происходить не чаще одного раза на десятки тысяч лет. В реальных же условиях из-за влияния различных факторов, среди которых наибольший вклад дает трение в верхних слоях атмосферы, спутник теряет высоту значительно быстрее. Это соответственно намного уменьшает энергию гравитационного кванта, который излучает спутник при переходе с одной орбиты на другую, поскольку большая часть энергии спутника теряется, образно говоря, на разогрев атмосферы. Скорее всего, такой слабый квант гравитационного излучения также трудно будет обнаружить. Но если спутник все же излучает кванты гравитационного поля, то это должно приводить к возникновению другого эффекта. При пересечении разрешенной орбиты скорость падения спутника будет замедляться, поскольку в это время он не излучает, и на него действуют только внешние факторы. Как видно из таблицы (1)  разница в высоте между соседними разрешенными орбитами меняется очень слабо. Поэтому замедление скорости падения спутника будет иметь почти периодический характер. Если эти периодические замедления падения спутника удастся обнаружить, то это будет однозначным доказательством того, что гравитационные кванты существуют.

Антигравитация возможна!?

Как известно из многочисленных опытов, гравитационное взаимодействие приводит только к притяжению тел. И в этом существенная разница между гравитационными и электрическими полями. Частиц или тел, которые обладали бы анти гравитационными свойствами не обнаружено. Между тем из рассмотренного в данной работе закона Ампера следует весьма примечательный факт. Независимо от того, как взаимодействуют между собой электрические  заряды, вихревые поля создаваемые ими могут приводить как к притяжению, так и к отталкиванию проводников. Безусловно этот эффект должен наблюдаться и в гравитации. Создать вихревое гравитационное поле достаточно просто. Для этого нужно придать вращательное движение любому телу. Вихревое гравитационное поле имеет и Земля. Поток этого кругового вихревого поля максимальный на экваторе и обращается в нуль на полюсах. По аналогии с электродинамикой два тела, обладающие внутренним моментом количества движения, могут в зависимости от направления вращения притягиваться или отталкиваться. Проверить существование этого эффекта можно, изучая взаимодействие двух гироскопов. Сила взаимодействия в этом случая будет пропорциональна массе гироскопов, частоте вращения и обратно пропорциональна расстоянию между гироскопами:

     (9)

Более точное выражения для силы (9) можно получить при проведении проверочных экспериментов, которые либо подтвердят формулу  (9), или докажут, что подобного эффекта не существует. Во втором случае придется признать, что все написанное в данной работе не более чем вымысел.