Реферат: Явление запаздывания потенциала

Вебер вывел свой закон из закона Ампера для взаимодействия двух проводников с током и выдал как формализм, не объясняя причинных его обоснований. Вместо скорости взаимодействия в нем фигурирует коэффициент перехода от электростатической к электродинамической системе единиц. После того, как сам же Вебер совместно с Кольраушем экспериментально показали, что величина этого коэффициента равна скорости света (естественно, это так и должно было быть по Гауссу!), и все поняли, что свет – электромагнитные колебания, закон Вебера попал в центр внимания исследователей. Так родилась классическая электродинамика.

Два великих физика, Гельмгольц и Максвелл, восприняли формализм Вебера как закон дальнодействия (ведь коэффициент – не скорость взаимодействия) и выступили с резкой его критикой. Гельмгольц усмотрел в законе Вебера нарушение закона сохранения энергии. И это справедливо, так как запаздывание потенциала, о котором еще никто не догадывался и не знал, само по себе означает неполную реализацию затраченной энергии мгновенно, а с некоторым запозданием. Вспомните у Максвелла: «энергия взаимодействия уже покинула одно тело, но не достигла другого»! Заблуждение Гельмгольца очень хорошо «оформлено» им в предисловии к книге Г.Герца «Принципы механики, изложенные в новой связи» [4]. Он написал: «Законы электродинамики выводились в Германии из гипотезы Вебера, который пытался свести объяснение электрических и магнитных явлений к некой модификации ньютоновского предположения о силах, непосредственно и прямолинейно действующих на расстоянии... В гипотезе Вебера делалось предположение, что распространение этой силы в бесконечном пространстве происходит мгновенно с бесконечной скоростью (выделено мной – Н.Н.)... Подобные гипотезы выдвигались Ф.Э.Нейманом, его сыном К.Нейманом, Риманом, Гроссманом, позднее Клаузиусом... Из этого пестрого собрания гипотез отнюдь не следовало ясных выводов. Для того чтобы их сделать, необходимо было обратиться к сложным расчетам, к разложению отдельных сил на их различно направленные компоненты и т.д. Так область электродинамики превратилась в то время в бездорожную пустыню. Факты, основанные на наблюдениях, и следствия из весьма сомнительных теорий – все это было вперемежку соединено между собой».

Мы же видим теперь, что заблуждался сам Гельмгольц. Но он был в то время известным и весьма влиятельным ученым, и его мнение сыграло решающую роль. Даже убедительная реабилитация этих законов Максвеллом в «Трактате об электричестве и магнетизме» [5], где он после ознакомления с соображениями Гаусса посвятил целую главу законам Гаусса и Вебера, показав, что оба закона одинаково выводятся из закона Ампера, являются законами близкодействия, а закон Вебера подчиняется закону сохранения энергии, осталась незамеченной последующими поколениями физиков.

Однако еще более негативную роль в отвержении законов запаздывания потенциала сыграл, как ни странно, еще один очень знаменитый и влиятельный ученый – физик Г.Лоренц. Как ни странно – потому, что он сам в свое время продолжил исследования электродинамики и, объединив два подхода, Клаузиуса и Максвелла, вывел знаменитый закон электродинамики частица – поле [6]:

. (3)

Этот закон известен как «электронная теория» и был создан Лоренцем в 1892г. Он устанавливает взаимосвязь силы взаимодействия заряженной частицы (электрона) с полем от скорости. И именно он должен был объяснить аномальные отклонения в движении электронов в поперечном магнитном поле в экспериментах Дж.Дж.Томсона и В.Кауфмана. А если бы он расходился с экспериментом, то потребовалась бы его корректировка. И действительно, рассматривая теперь его с позиций явления запаздывания потенциала, мы видим, что хотя сила взаимодействия и зависит здесь от скорости электрона, запаздывающий потенциал, который бы уменьшал ее сообразно отношению v² /c² , как это происходит в законах запаздывания потенциала (в том числе и у Клаузиуса), отсутствует. Это наводит на мысль о том, что Лоренц смутно представлял себе идеи Гаусса. Правда, Р.Фейнман [7] показал, что значение Е в формуле (3) надо представлять как закон запаздывания потенциала, указав, что в нем «содержится и принцип действия генераторов тока, и особенности поведения света – словом, все явления электричества и магнетизма». Тем не менее, он не пошел далее этих выводов и не попытался применить их для экспериментов Кауфмана.

Первым заметил аномальные отклонения от закона классической механики в движении электронов в поперечном магнитном поле Дж.Дж.Томсон в 1881г. Свои наблюдения он соотнес лишь с законами классической механики, а применить электродинамику у него и в мысли не приходило, по причине того, что соображения Гаусса ему были неизвестны, закон Вебера был непонятным формализмом, а до электронной теории Лоренца оставалось еще 11 лет. Он пришел к выводу как бы лежащему на поверхности: с ростом скорости электронов растет их масса.

И когда в 1902...1903гг. Кауфман [8], [9] повторил эксперименты Дж.Дж.Томсона, он уже не задумывался о причинах аномальных отклонений в движении электронов. Его задачей было нахождение эмпирического закона. И здесь произошло удивительное совпадение: закон предполагаемого изменения массы электрона приблизительно совпал с множителем Лоренца, который тот применил как гипотезу сокращения продольных линейных размеров для объяснения «нулевых» экспериментов Майкельсона – Морли.

Именно в период с 1881 по 1904гг. исследователями Дж.Дж.Томсоном, В.Кауфманом и Г.Лоренцем с придумыванием некой «электромагнитной массы», совершенно ничем не подтверждаемой субстанции, был нарушен самый главный закон развития физики – причинность, без выяснения которой нельзя было делать вывода о том, какой параметр является переменным и почему. Кроме этого, Лоренц дважды неверно интерпретировал результаты экспериментов: эксперименты Майкельсона и Морли не были нулевыми, а Кауфмана – не совсем удовлетворительно ложились на множитель Лоренца.

Совпадение закона предполагаемого увеличения массы электрона с множителем Лоренца сыграло решающую роль во введении общего принципа относительности. Лоренц уже обдумывал к нему подходы, и после того, как ему с большим трудом и с большой кровью удалось победить гипотезу Френеля о частичном увлечении эфира телами, подарок с увеличением массы электронов просто упал ему в руки. В 1904 году в статье «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света» [10] Лоренц приводит все результаты экспериментов Кауфмана и показывает хорошее их согласие с гипотезой об увеличении массы электрона при применении множителя, носящего его имя. В этой же статье он окончательно сформировал идею общего принципа относительности. Формирование и обоснование заблуждений завершилось. Пуанкаре с некоторыми колебаниями, а Эйнштейн без них и без критического анализа перенесли эти заблуждения в свои работы. Именно этот факт особенно ярко устанавливает запоздалый, хотя и теперь ненужный приоритет Лоренца по введению общего принципа относительности. Заметим, однако, что Пуанкаре полностью признавал приоритет Лоренца. Об этом он писал и говорил неоднократно, когда обсуждал работы Лоренца в своих статьях и выступлениях 1898...1905гг.

Но особенно убедительно это выражено в его главной работе [11], вышедшей практически одновременно со статьей Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» [12]. В начале своей работы «О динамике электрона» он пишет: «Согласно теории Лоренца двумя равными отрезками – по определению – будут такие два отрезка, через которые свет проходит в одно и то же время. Может быть, достаточно только отказаться от этого определения, чтобы вся теория Лоренца была совершенно уничтожена, как это случилось с системой Птолемея после вмешательства Коперника». В цитате есть все: и признание приоритета; и то, что из теории Лоренца следует постулат о постоянстве скорости света в смысле релятивистской формулы сложения скоростей, который был приписан впоследствии Эйнштейну; и то, что введен он недостаточно корректно, вызывая сомнения в его справедливости. Имеющий ухо – да услышит!

На фоне этого высказывания Пуанкаре весьма странной выглядит дискуссия о приоритете, длящаяся уже более 90 лет. Однако внимательный читатель работы Эйнштейна мог бы заметить, что он собственно не совершал в ней процедуры введения общего принципа относительности, а постулировал его как свершившийся факт. Целью его работы скорее было показать последствия его введения. А поскольку они были ужасны: рушились все инварианты классической механики; появлялись чудовищные монстры в виде эквивалентности массы и энергии; искусственного симбиоза пространства и времени, которое к тому же еще искривлялось (о геометрии этого искривления до сих пор идет жестокий спор); эффекта близнецов и т.д., работа Эйнштейна по этой причине сразу попала в центр внимания. И здесь неблаговидную роль сыграла группа физиков, вознесшая Эйнштейна и его работу на пьедестал.

* * *

Как будет показано ниже, законы запаздывания потенциала приводят к выводу о том, что при приближении скорости электрона к скорости взаимодействия, равной скорости света, сила взаимодействия его с магнитным полем приближается к нулю, а его энергия – к Е_max :

E_max = m_e c² · f ² /2, где: (4)

m_e – масса электрона;

с – скорость взаимодействия, равная скорости света;

f = v_{лин. макс.} / v_фаз – коэффициент, зависящий от закона запаздывания потенциала.

Здесь не нарушен классический закон энергии, и он имеет конечную величину. Что же касается релятивистской формулы:

E = mc² , где: (5)

m – релятивистская масса, равная;

c – скорость света (заметьте, здесь уже нет скорости взаимодействия!);

то в ней, при приближении скорости электрона к c, его масса, а, следовательно, и энергия, стремится к бесконечности. Электрон, разогнанный на циклотроне до скоростей близких к c, попадая в мишень, разнес бы мишень и сам циклотрон, однако такого не происходит, поскольку большей энергии, чем в (4) получено быть не может. Масса электрона в формуле (4) не изменяет своей величины от скорости, а энергия растет за счет увеличения частоты продольных колебаний, что выражено неизвестной пока зависимостью f. Закон изменения f от скорости, однако, не может быть «множителем Лоренца», поскольку при скорости взаимодействия имеет конечную величину, в то время как «множитель Лоренца» при v→c стремится к нулю, а масса и, следовательно, и энергия стремится к бесконечности.

Принимая к сведению сказанное выше, можно сделать вывод о том, что выпадает второе, одно из главных оснований введения общего принципа относительности, а именно: новые преобразования координат в виде инварианта группы Лоренца недействительны для динамики.

И хотя никто до сих пор не хочет замечать, но и первый постулат о постоянстве скорости света (в смысле релятивистской формулы сложения скоростей) давно рухнул. Прямым следствием этого постулата является утверждение о невозможности никакими электромагнитными экспериментами (в частности, имелись в виду эксперименты Майкельсона – Морли) обнаружить движение инерционной системы, каковой можно считать Землю. Это было главным аргументом существования общего принципа относительности.

С самого начала этот постулат был введен с искажением результатов экспериментов Майкельсона – Морли [13], [14]. Результатом этих экспериментов было движение Земли относительно эфира со скоростью от 3 до 7,5км/с, что хотя и оказалось много меньше ожидаемой, но это был совсем не нулевой результат и он, скорее, подтверждал гипотезу Френеля о частичном увлечении эфира, чем показывал его отсутствие.

Однако затем были эксперименты Д.Миллера [15], который обнаружил, что с увеличением расстояния от поверхности Земли скорость эфира растет. На основании своих экспериментов и согласно гипотезе Френеля о частичном увлечении эфира, он пришел к выводу о том, что Земля в составе Солнечной системы имеет суммарное движение на север со скоростью более 200км/с (она может быть 300 и 400км/с).

Вывод Миллера блестяще подтвержден в 1958г. американскими физиками [16], сделавшими замеры анизотропии фонового излучения в космосе, которое релятивисты считают реликтовым. Земля движется относительно фонового излучения в составе Солнечной системы со скоростью ≈400км/с на север.

Обнаружение движения инерционной системы с помощью электромагнитных экспериментов, коими являются замеры анизотропии фонового излучения, опровергают релятивистскую формулу сложения скоростей и, следовательно, постулат о постоянстве скорости света относительно приемника.

Таким образом, исчезли все основания для введения общего принципа относительности. Его не существует в природе. Его введение Лоренцем, Пуанкаре и Эйнштейном ввергло физику на целое столетие в пучину математических формализмов, начиная от общей теории относительности (ОТО) Гроссмана – Эйнштейна, кончая релятивистской теорией гравитации (РТГ) Логунова – Местверишвили и др.