Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Однако Фарадей решил совсем иным путём обойти основную трудность теории дальнодействия. Наблюдая железные опилки, выстроенные вдоль силовых линий магнита и провода с током, он решил, что есть некая вездесущая среда-поле, передающая воздействие от одних тел другим, — так появилась полевая концепция близкодействия. Согласно Фарадею и открывшему магнитное действие тока Эрстеду, воздействие создают не сами заряды и токи, а вызванные ими возмущения этой среды-поля (эфира), отчего притяжение двух токов напоминает взаимодействие двух воронок-вихрей на воде. Обоснование такому нецентральному, вихревому характеру взаимодействия токов Эрстед и Фарадей усмотрели в расположении магнитной стрелки возле провода с током. Она всегда направлена не к проводу, а перпендикулярно ему, отчего железные опилки выстраиваются вокруг провода в замкнутые кольца, которые и навели Эрстеда с Фарадеем на мысль о вихрях некой среды возле токов. Максвелл математически развил эту теорию, опираясь на гипотезу среды-поля (эфира), хотя уже тогда все считали полевую концепцию Эрстеда-Фарадея наивной, а их спекуляции о реальности силовых линий и вихрей — детским лепетом.

Да и с высоты современного уровня науки видно, что Эрстед, Фарадей и Максвелл ошибались. Силовые линии и поле, подобно полю скоростей, давлений, — это не физические, а математические объекты. Однако учёные верят в физическое поле-эфир, как они ещё долго цеплялись за теплород после открытия механической природы теплоты. Опыт Майкельсона доказал ложность эфира и основанной на нём электродинамики Максвелла [152]. Укладка же опилок вдоль силовых линий говорит не о наличии среды-поля, а об ориентации каждой крупицы опилок центральными силами Ампера. Как показал Ампер, любая магнитная крупица или стрелка — это, по сути, виток с током, образованный совокупностью молекулярных токов и перпендикулярный магнитной стрелке. Так что стрелку ориентируют не вихревые силы, "кругами вьющиеся" возле тока, а центральные силы Ампера, направленные к проводу: участок витка, где ток сонаправлен с током в проводе, притягивается им, а участок, где направление тока противоположно, — отталкивается. Поэтому виток располагается в одной плоскости с проводом (Рис. 18), а магнитный момент витка (ось магнитной стрелки или железной крупицы) перпендикулярна этой плоскости и проводу.

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 F 0= e 2/4πε 0R 2 зарядов e , а магнитное — его частное проявление. Вебер развил эту мысль, дав уточнённое выражение F = F 0[1–V 2/c 2+2Rа/c 2] 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=F 0 ), 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 I индв 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 F л1—F л2 , действующих на заряды в ближнем и дальнем участке рамки, поскольку поле B 2 меньше, чем в ближнем B 1 [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/c 2 . 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 = f 0[1–V 2/c 2+Rа/c 2] от движения источника (см. § 1.20 и § 1.10). Потому похожее выражение получается и для силы взаимодействия зарядов F=F 0[1–V 2/c 2+2Rа/c 2]. 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.