Основы безвихревой электродинамики

Основы безвихревой электродинамики.

1. Основополагающая идея. Из достоверных знаний следует, что в рамках одной и той же природной сущности причина явления описывается либо однонаправленным вектором, либо центрально-симметричными. Во втором случае, при локальной идеализации, геометрическое суммирование противонаправленных векторов даёт в итоге нуль-вектор. При этом действенность причины сохраняется. В условиях утраты векторной направленности количество центрально-симметричной причины описывается скалярным модулем вектора. Переход от однонаправленной причины к центрально-симметричной сопровождается изменением причинно-следственной связи и физических свойств участников. Приведём примеры симметрийно-физической двойственности.

Механические силы, однонаправлено воздействующие на тело, суммарным вектором входят во второй закон Ньютона. А образующие центрально-симметричное воздействие – скаляром в закон Гука (Рис.1). Различен физический отклик тела. В первом случае проявляется его свойство инерционности, во втором – упругости.

F1 F1 F2 ∑F = 0

F2

Рис.1

Центрально-симметричное силовое воздействие на микрочастицу делает её отклик таким, что частица одновременно движется в противоположные стороны с одинаковыми по модулю скоростями. Следствием является центрально - симметричное движение частицы самой относительно себя (Рис.2).

V1 V1 V2 ∑V = 0

Рис.2

Ток одиночных электронов в проводнике подчинятся закону Ома. При охлаждении проводника до критической температуры часть электронов объединяется в центрально-симметричные куперовские пары (Рис.3), вследствие чего проявляется сверхпроводимость.

S2 e2

S1 S2 S1 ∑S = 0

e1 e2 e1

Рис.3

Молекулы газа под воздействием однонаправленной разности давлений перемещаются вдоль трубы. Внутри замкнутого сосуда локальное газовое давление становится центрально-симметричным. Несмотря на хаотичность теплового движения молекул, в каждой локальной области пространства образуется центрально-симметричная система векторов мгновенных скоростей. При замене трубы замкнутым сосудом переносное аэродинамическое движение молекул переходит в газовые состояния, описываемые скалярным уравнением Менделеева–Клапейрона.

V V ∑V = 0

Рис.4

В максвелловской локальной электродинамике причина циркуляционного магнитного поля описывается только однонаправленным вектором плотности тока электрических зарядов (J). Причина индукционных явлений – только однонаправленными переменными векторами индуктирующих полей (), ). В рамках основополагающей идеи о двойственности векторной причины обоснованной является постановка задачи о теоретическом и экспериментальном исследованиях немаксвелловских центрально-симметричных вариантов вещественного и индукционных источников, а так же образуемых ими немаксвелловских электромагнитных полей (ЭМП).

2. Материальная основа немаксвелловского поля. Проблему покажем на примере гипотезы об образовании около движущегося электрического заряда помимо циркуляционного ещё и потенциального магнитного поля. При следовании электрического поля вслед за своим зарядом,

оно приобретает кинетическую энергию. Вследствие инвариантности электрического заряда (его величина не зависит от скорости движения) добавочная энергия не может пойти на увеличение электрического поля. Поэтому эквивалентным ей становится магнитное поле. Напоминание природы магнитного поля сделано с тем, чтобы подчеркнуть следующую подробность. Всей кинетической энергии эквивалентно известное циркуляционное магнитное поле. Идея о потенциальном магнитном поле противоречит принципу сохранения энергии. Второму магнитному полю не из чего образовываться в пространстве около движущегося заряда.

К аналогичному выводу приводит рассмотрение поля стационарного тока в проводнике.

Сопровождающая ток зарядов электромагнитная энергия перемещается по внешнему пространству вдоль проводника посредством поперечного ЭМП. В количественном описании её мощности

. (1)

участвует вектор потока плотности электромагнитной энергии

. (2)

Из (1), (2) следует, что вся мощность электромагнитной энергии (эквивалентная UI ), связана с циркуляционной магнитной составляющей. В максвелловской электродинамике количества полевых свойств и эквивалентных им энергосодержаний сбалансированы. Нет смысла искать около движущихся в пустом пространстве зарядов и около их токов в проводнике какое либо ранее неизвестное материальное поле. Лишней энергии для немаксвелловских полей там нет.

В безвихревой электродинамике другое поле не создаётся вместе с максвелловским. а образуется в общем поле, являющимся результатом центрально-симметричного наложения двух традиционных полей. Задача статьи заключается в том, чтобы продемонстрировать логические обоснования и математическое описание перехода поляризационных и структурных свойств в общем центрально-симметричном поле и полеобразующих свойств в центрально-симметричном источнике.

3. Идеализация локальной центрально-симметричной магнитостатики. Совокупность произвольно направленных элементов тока зарядов характеризуется суммарным однонаправленным

вектором. При переходе в шарообразный вариант центрально-симметричного распределения векторов плотности тока геометрическое суммирование даёт в итоге нуль-вектор (Рис.5).

∑J ∑J = 0

∑J ≡ |J|

Рис.5

Вместе с тем, радиальные однонаправленные движения зарядов, а вслед за ними и их полей, имеются. Алгебраической сумме кинетических энергий движущихся электрических полей эквивалентно общее магнитное поле системы центрально-симметричных токов зарядов. В противоположность векторным полевым свойствам скалярные кинетические энергии взаимно не компенсируются.

Математически корректный, но физически иррациональный нуль-вектор тока не пригоден для теоретического описания общего центрально-симметричного источника. Безальтернативной заменой ему является скалярный модуль вектора.

∑ ≡ ||. (3)

Лишённый направленности, он сохраняет способность описывать количественную сторону общего радиального движения зарядов. Двойственность описаний однонаправленного электротока и системы центрально-симметричных токов

ρ = , (4)

ρ | | = || (5)

обуславливает двойственность локальных магнитостатик

= rot , (6)

|| = div Б, (7)

Не обладающая выделенной направленностью локальная система центрально - симметричных

электротоков предстаёт в (7) скалярным источником потенциального магнитного поля.

4. Предельные геометрические симметрии полей. Симметрии причины и следствия не могут быть

разными. Шарообразная симметризация токового источника обуславливает соответствующую

геометрию его поля. Это подтверждается тем, что магнитостатическое равенство (7) аналогично электростатическому

. (8)

Объект сферической симметрии преобразуется сам в себя при любой малости повороте относительно каждой из двух своих осей симметрии. Объект цилиндрообразной симметрии имеет только одну такую ось.

Геометрия эквипотенциальных поверхностей потенциального поля электрического заряда в пустоте обладает высшей шарообразной симметрией. Менее симметрична цилиндрообразная магнитостатика. Эквипотенциальные поверхности векторного магнитного потенциала цилиндрами охватывают отрезок проводника с током. С точки зрения понятия предельной симметрии электростатика на одну градацию симметричнее магнитостатики с циркуляционным магнитным полем. В той же мере непоперечное безвихревое поле симметричнее поперечного вихревого.

Теперь можно уточнить первоначальную формулировку об образовании новых полевых свойств в общем поле. Это -- результат перехода цилиндрообразной симметрии накладывающихся полей в шарообразную симметрию общего поля.

Явления с участием максвелловского поперечного поля подчиняются в основном двум положениям учения о симметрии природных явлений – правилам правой (левой) руки, правого (левого) буравчика. Есть ещё правило гироскопа. Очевидно, что для описания явлений с участием непоперечного поля три перечисленных правила, касающихся взаимно ортогональных векторов, непригодны. Наука о симметрии располагает четырьмя правилами, охватывающими все известные природные явления. Помимо трёх названных, имеется ещё правило масштаба, касающееся явлений, описываемых полярным вектором и скаляром, или аксиальным вектором и скаляром. Мы получаем следующую подсказку. Немаксвелловское поле должно удовлетворять четвёртому правилу. Следовательно, его уравнения непременно должны иметь скалярно-векторную структуру.

Подчеркнём, что среди правил симметрии нет такого, которое бы удовлетворяло идее о продольном ЭМП, описываемым двумя коллинеарными векторами и . Продольная ЭМВ, характеризуемая двухвекторной конфигурацией ЭМП, запрещённа правилами симметрии.

5. Скалярно-векторные связи в поперечном и непоперечном ЭМП.. Покажем наглядно суть таких связей в поперечном максвелловском ЭМП. Для этой цели скалярный (φ) и векторный () потенциалы умножим на пространственную () и временную () производные. В итоге получим пять математически возможных результатов

( gradφ, rot, div, , ). (9)

Как известно, неоднозначность потенциалов позволяет для двух результатов сделать следующий выбор

( div = 0, = 0

В лоренцевой калибровке они объединены в одном равенстве

div + =

Остающиеся три результата входят в скалярно-векторные отношения максвелловского ЭМП

= - gradφ - , (12) = rot. (13)

В формуле (12) векторыи коллинеарны. В равенстве (13) векторы и взаимно ортогональны.

Следовательно векторы и взаимно ортогональны.

Переход максвелловского цилиндрообразного ЭМП в шарообразное разделим на два этапа.

Вначале приведём к более симметричному виду 4-потенциал ЭМП, применив к нему операцию

рангового преобразования, С этой целью умножим 4-потенциал на безразмерный 4-вектор

[. (14)

Преобразование увеличивает степень предельной симметрии 4-потенциала, переводя его

магнитную компоненту () из цилиндрообразной симметрии, описываемой вектором, в шарообразную, описываемую скаляром в виде модуля вектора (||)

. (15)

Электрическая компонента остаётся без изменения, поскольку симметричнее скаляра ничего нет.

Вторым действием умножим обе скалярные компоненты 4-потенциала на пространственную и временную производные. Полученные четыре математически возможных результата образуют

(, , gradφ, grad), (16)

скалярно-векторные отношения в безвихревом ЭМП

= - gradφ, (17) = - grad, (18) |, (19) = - |. (20)

Совместно с зарядовым токовым (5) векторы (17) – (20) входят в основополагающие уравнения безвихревой электродинамики

(21) (22)

и в формулу электромеханической связи

. (23)

Если применить графическое отображение нуль-векторов | Б| и | Б| в виде противонаправленных векторов, то скалярно-векторные схемы индукционных явлений будут такими (Рис.6).

D1 B1

∑D ≡ | DБ | HБ ЕБ ∑B ≡ | BБ |

D2

B2

Рис.6

В непоперечной ЭМВ синфазно совмещены оба индукционных явления.

Поперечная плоская ЭМВ занимает в 4-мерном пространстве две взаимно ортогональные пространственные координаты (Y, Z). Свободными остаются пространственная (X) и временная (cкалярная -- cτ) координаты, которые непоперечная ЭМВ и занимает.

Используя операцию рангового преобразования симметризируем описание ситуации, в которой переменное ЭМП связано с своим электротоковым источником. С этой целью умножим на безразмерный 4-вектор известное максвелловское уравнение

‡‡. (24)

В результате двумя уравнениями с тензорами первого и нулевого рангов описываются разные симметрии физически наполненных геометрических величин. Разные свойства у двух видов источников и их полей. Разные причинно-следственные связи у одной и то же природной сущности.

Сведём к нулю в правом уравнении производную по времени. В итоге получаем дифференциальную

форму записи теоремы Гаусса для шарообразной электростатики

ÑÑ. (25)

И гауссоподобное дифференциальное уравнение для шарообразной локальной магнитостатики (7)

с потенциальным магнитным полем, образуемым шарообразными (5) токами зарядов

Ñ Ñ . (26)

Приравнивая нулю источники поля в левом и правом уравнениях равенства (23), получаем

математическое описание симметрийно-физической двойственности поперечной и непоперечной

ЭМВ в пустом пространстве.

‡‡. (27)

В отношениях между поперечным и непоперечным ЭМП различия сочетаются с связями.

Первые имеют симметрийную причину, тогда как вторые обусловлены единой природой источника

ЭМП, которым являются электрические заряды и их токи. Составленный из векторов (12), (13)

4-мерный тензор F поперечного ЭМП, является основой традиционной математической модели

вихревой электродинамики. С использованием 4-вектора K непоперечного ЭМП, составленного из (16)—(19), построена математическая модель безвихревой электродинамики.

Практический аспект центрально-симметричного поля. Как при объединении двух полусфер с цилиндрообразной симметрией получается шар, так и при наложении цилиндрообразных циркуляционных магнитных полей общее их поле приобретает шарообразную симметрию.

Практически реализуемым дипольным источником потенциального магнитного поля являются разнесённые центрально-симметричные токи (i1, i2 и i3 , i4 ), образуемые в паре рядом расположенных прямоугольных многовитковых рамок (Рис.7).

A1 – А3

i3 i1

∑А = 0, ∑А ≡ |A|, - grad |A| = B

i4 i2

А2 – A4

Рис.7

Геометрическое суммирование векторов магнитного потенциала циркуляционного магнитного поля на линии симметрии даёт в итоге нуль-векторы. При этом магнитная энергия там имеется Эквивалентное ей свойство потенциального поля описывается безнаправленым скалярным модулем (|A|).

Некоторыми радиолюбителями применяются ЕН-антенны, представляющие собой короткий электродиполь [2]. Одним из технических средств образования центрально-симметричной ЭМВ в удалённом пространстве может стать реализация принципиальной схемы 2ЕН-антенны с двумя кольцевыми щелями, в которых токи электрического смещения имеют противоположные направления (Рис.8).

Н2

S2

Е2 Е1 Н2 ∑Н = 0

∑Е = 0

Е1 ∑S ≠ 0

Н1 S1 S2

S1 Е2

Н1

Рис.8

По аналогии с парой электродипольных излучателей, противофазное наложение ЭМВ можно

осуществить с использованием витковых магнитодиполей с противотоками в них (Рис.9).

Поле такого источника исследует [3], [4]. У него имеется собственное понимание его анормальности.

На рисунке 10 в противофазном наложении участвуют две ЭМВ, отражённые

 

i

∑S

S1

S2

i

Рис.9 Рис.10

Рис.!1

параболическим зеркалом. В фокусе расположены два волновода. Изменяя амплитуду у одной из ЭМВ, можно получать комбинированную продольно-поперечную ЭМВ. Либо с стационарной, либо с активно изменяемой во времени векторной диаграммой.

На рисунке 10 противофазное наложение происходит в суммирующем коаксиальном кабеле.

Излучение общей продольно-скалярной ЭМВ осуществляется посредством диэлектрической антенны.

L

L+0,5l

Рис.10

Возможны и другие схемы, синтезирующие продольно-скалярную ЭМВ из двух поперечных.

9. Двойственность света. Опубликована информация [5], [6] об обнаружении (

«Электрон») в луче лазера компоненты, названной пси-квантовым излучением. В человеческой крови под её воздействием происходит перерождение эритроцитов с негативными последствиями. На биологическом факультете МГУ обнаружено биопатагенное влияние на развитие рыбьей и лягушачий

икры. Рядом организаций (МФТИ, НИИ фармации, НИИ Прикладных Проблем) выполнены различные физические и биологические исследования. Высказана гипотеза о несветовой (о «нефизической») природе пси-квантовой составляющей

Признанные научные знания не позволяют предполагать, что возбуждённый атом, помимо электромагнитной энергии, излучает ещё и неэлектромагнитную. Не противоречащим достоверным теоретическим знаниям является предположение об образовании других (нуль-спиновых продольных) фотонов при переходе электрона с одной центрально-симметричной S - орбитали на другую S – орбиталь без инверсии спина электрона. Или при центрально-симметричном объединении двух поперечных фотонов по аналогии с куперовскими электронными парами.

Продольные фотоны могут содержаться не только в лазерном пучке, но в солнечном луче и в излучении, приходящем из космического пространства.

1. Научный журнал русского физического общества, 1-6, 1995 г,

2. http://www. ehant. *****/

3. http://www. *****/schemes/contribute/antenns/eh/index. shtml

4. http://www. *****/articles/detail. phtml? id=282

5. , "Открытие "нефизической" компоненты излучения ОКГ"

. Тезисы докладов Московской научно-практической конференции "Научные, прикладные и

экспериментальные проблемы психофизики на рубеже тысячелетия", Москва, октябрь 1999 г.,

6. www. *****/articles/journal14rus. htm