ЗАГАДОЧНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
В. МАШКОВ
Человечество уже почти двести лет пользуется таким благом цивилизации, как электричество. И мы до сих пор не знаем физического смысла электрического заряда, поля, тока, силовых линий магнитного, электрического полей, механизма притяжения ( отталкивания) зарядов. После фундаментальных работ Ампера, Фарадея, Вольта, Кулона, открытия Дж. 'Томсоном электрона, определения величины заряда Милликеном мы просто проскочили эту проблему, обозначив её определённым набором слов, и успокоились. «Скажите мне, что такое электричество. — воскликнул знаменитый физик В. Томсон, — и я объясню вам всё остальное». Американский физик Э. Роджерс высказал такую мысль: "Если мы попытаемся узнать, что это на самом деле такое, понять изначальную природу электричества, то мы снова окажемся в кругу старых как мир проблем философии, и как учёные мы никогда этого не узнаем». Да, действительно, процесс познания природы бесконечен, но попытаться приоткрыть эту завесу тайн стоит.
Прежде всего , постараемся выяснить, что такое электрический заряд и его физические характеристики. Заряд, по современным понятиям, — это источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем, обладающим определённой энергией. Между энергией и массой (зарядом) любого вещества существует связь, которая даётся уравнением Е - mс^2. Кстати, непонятно, почему вывод этого уравнения приписывают Эйнштейну? Это же обычная формула для определения кинетической энергии с учётом потенциальной энергии, то есть полной энергии тела. Данная формула была известна достаточно давно. Эйнштейн просто обозначил скорость (v) другой буквой. Так как заряд обладает энергией, то её можно найти с помощью уравнения Е - ес^2) где е — элементарный электрический заряд. Возникающую при этом размерность можно записать и в обычном виде.
Изменению любой энергии соответствует определённое излучение. В нашем мире пульсирует все начиная от Вселенной (модели Фридмана—Леметра), Солнца, Земли и заканчивая молекулами, атомами. Если предположить, что элементарные электрические заряды тоже пульсируют с определённой частотой, то, используя уравнение М. Планка (Е= hv), можно определить частоту излучения электрона и протона. Для электрона она равна ; 2,17-10^31 Гц, протона — 1,18-10^34 Гц. Для определения частоты излучения протона необходимо использовать аналог постоянной Планка для слабых взаимодействий — 1,216-10^36. Это связано с особенностями внутреннего строения протона. Так как значение электрического заряда зависит от частоты, то должны существовать и дробные заряды, то есть гармоники основной частоты. В 1998 году была присуждена Нобелевская премия (Лафлин, Штёрмер, Цуи) за открытие нового типа квантовой жидкости, в которой возбуждённые состояния частиц имеют дробный электрический заряд.
Определив значение энергии и частоты отрицательных и положительных зарядов, мы установили, что их энергия излучения одинакова, а частоты различны. Так как заряды пульсируют, а не смещаются около положения равновесия, то можно предположить, что они должны излучать продольные электромагнитные волны (волны-частицы). Дуализм волн-частиц можно (грубо) сравнить с морскими волнами, которые при распространении ведут себя как волны, а при взаимодействии с берегом (прибой) как частицы. Частицы, участвующие в процессах обмена между зарядами, назвали виртуальными фотонами. Хотя переносчиками взаимодействий должны быть вполне реальные фотоны. Кванты этого излучения должны иметь ещё одно свойство — заряд (частоту), который должен быть еще меньше элементарного заряда протона или электрона. Кроме того, фотоны должны обладать огромной проникающей способностью, что и неудивительно при такой супервысокой частоте.
С помощью найденных характеристик электрических зарядов можно объяснить механизм их взаимодействия. При излучении протоном положительных фотонов, они (проходя через электрон) в соответствии с эффектом Доплера будут изменять свою частоту. При сближении с электроном частота фотона увеличится, а при удалении будет уменьшаться. Так как его заряд зависит от частоты, то механизм притяжения разноимённых нарядов можно объяснить разницей сил взаимодействия сближающихся и удаляющихся (относительно электрона) заряженных фотонов. Обратный процесс взаимодействия электрона с протоном обусловлен излучением электроном отрицательных фотонов. Механизм отталкивания одноимённых зарядов аналогичен, только в процессе обмена участвуют одноимённо заряженные фотоны. Так как плотность излучаемых частицами фотонов уменьшается пропорционально квадрату расстояния, то и сила взаимодействия зарядов будет уменьшаться обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Механизм взаимодействия между электрическими зарядами и гравитационный механизм притяжения тел одинаковы. При совпадении частот и амплитуд излучаемых фотонов, которые распространяются навстречу друг другу, между одноимённо заряженными частицами возникнут стоячие волны. В стоячей волне, в отличие от бегущих волн, энергия переносится в равных количествах и в противоположных направлениях. Процесс взаимодействия зарядов должен иметь обменный характер (в виде стоячих волн) между частицей и окружающим пространством. Иначе не будет соблюдаться закон сохранения энергии. Этим процессом объясняется электрическая нейтральность атомов, молекул и макротел.
Что же такое силовые линии электрического поля? Если вспомнить рисунок электростатического поля одиночного заряда, который приводится в учебниках физики, то можно заметить полную аналогию с типичной картиной интерференции волн, где сочетание узлов и пучностей волн соответствует радиальным и эквипотенциальным линиям электрического поля в диэлектриках. Силовые линии двух разноимённых или одноимённых зарядов образуются в результате индукции заряда на микрочастицах, из них и формируется картина электрического поля. Вид электрического поля зависит от знаков зарядов микрочастиц и частоты. Частота продольных волн микрочастиц определяется их радиусом и суммарным зарядом. На электромагнитную природу силовых линий указывает и их характер прохождения через вещества с различной диэлектрической проницаемостью. На границе раздела двух сред силовые линии преломляются, как обычные электромагнитные волны (свет). Магнитные силовые линии возникают при перемещении заряда. При движении заряда частота фотонов, излучаемых частицей, увеличится в направлении его движения, а в противоположном направлении уменьшится. В результате разницы частот возникнет электрический диполь частицы. Картина интерференции будет соответствовать двум перемещающимся в одном направлении источникам волн, частоты которых различны. Структура силовых линий магнитного поля будет иметь вид замкнутых линий. Если направление движения заряда изменится, то поменяется и направление магнитных силовых линий, то есть полярность магнитного поля.
В настоящее время принято такое определение тока: направленное движение электрических зарядов под действием электрического поля. Но дело в том, что электроны перемещаются по проводнику со средней скоростью 2,5 см в минуту. Если включить свет в комнате, то нужно будет ждать часа два, пока электроны доберутся до нити накаливания и загорится лампочка. При переменном токе лампочка вообще не загорится, так как электроны будут просто колебаться около положения равновесия. Значит, электроны не могут служить переносчиком энергии. Это недоразумение «устранили» с помощью электрического поля. Под воздействием этого поля электрические заряды почти одновременно начинают перемещаться по проводнику, и возникает электрический ток. Но согласно законам электростатики в металлическом проводнике электрического поля нет. На этом принципе, в частности, основана защита (экранирование) от электростатических полей и электромагнитных волн. Этот факт экспериментально подтвердил академик Р. Авраменко при исследовании полей антенн. Оказалось, что электрической составляющей поля в них не существует. Обычные поперечные электромагнитные волны тоже не могут являться переносчиком энергии, так как не распространяются внутри металлов. Английский физик Пойнтинг разработал теорию, из которой следует, что энергия электрического тока переносится магнитным полем. Но он не учёл одно обстоятельство. Магнитное поле вторично и появляется в результате движения зарядов, то есть в его теории нарушены причинно-следственные связи.
Переносчиком электрической энергии в проводниках могут служить продольные электромагнитные волны. Если создать разность потенциалов на концах проводника, то при наличии в них свободных электронов в проводнике возникнет продольная электромагнитная волна, которая сместит электроны (распространяясь со скоростью света) в направлении положительного полюса, то есть появится электрический ток. Движение электронов проявит себя в тепловом, химическом воздействии на проводник, а также вызовет появление магнитного поля. Можно сказать, что электрический ток — это направленное движение электрических зарядов под воздействием продольных электромагнитных волн.
Существование продольных электромагнитных волн подтверждается с помощью простого эксперимента. В металлическую емкость поместили вибрирующий электрический заряд (электрет). В качестве датчика волн использовался полевой транзистор с изолированным затвором, реагирующим на электрическую составляющую электромагнитного поля. При вибрации заряда с определённой частотой наблюдается прохождение продольных волн через металлический экран. Для обычных (поперечных) электромагнитных волн это невозможно, Характеристики и свойства продольных электромагнитных волн ещё практически не изучены.
Из предложенного механизма взаимодействия зарядов следует, что должна существовать сила, перемещающая электроны по стационарным орбитам. Сила Кулона является центральной. Взаимодействие зарядов осуществляется по прямой линии, соединяющей их центры. При движении электрона по орбите сила Кулона (центростремительная) и центробежная просто уравновешивают друг друга. Как показывают расчёты, электрон при взаимодействии с другими зарядами, магнитными полями должен терять свой момент количества движения и почти сразу упасть на ядро. Что же удерживает электроны на стационарной орбите? При излучении вращающимся протоном фотонов на них будет действовать сила Кориолиса, которая начнёт искривлять траекторию частиц в направлении, противоположном его вращению. В результате этого воздействия траектории фотонов приобретут вихревой характер и пройдут через электрон под углом к линии, соединяющей оба заряда. Сила Кулона уже не будет центральной. При сложении нецентральной силы взаимодействия зарядов и центробежной возникает сила, перемещающая электроны по орбитам. Её вектор совпадает с направлением движения электрона по стационарной орбите. Закон Кулона применим только к неподвижным зарядам.
Вращение электронов (спин) вокруг своей оси тоже происходит под воздействием излучения фотонов. При вращении электрона одна его половина будет удаляться от протона, а другая сближаться. В соответствии с эффектом Доплера частота фотонов относительно сближающейся половины электрона увеличится, то есть возрастёт и сила притяжения, а с удаляющейся половины уменьшится. Сила притяжения будет меньше. В результате сложения сил, действующих на разные половины электрона, возникнет момент сил, поддерживающий его вращение.
Таким образом, элементарные частицы должны иметь определённые размеры, а не представлять собой нечто расплывчатое и бесформенное. Радиус протона может быть равен 1,01-10^-15, а электрона - 5,52-10^-19 м. Нейтрон можно представить в виде «чёрной дыры» зарядов, которая аналогична черной гравитационной дыре. При сближении протона и электрона на определённое расстояние, в результате сильных взаимодействий, происходит их коллапс. Продольные электромагнитные волны не могут покинуть эту область пространства и начинают существовать в виде стоячих волн внутри нейтрона, чем объясняется его нейтральность. Свободный нейтрон, покинув радиус действия ядерных сил, распадается через 17 минут на протон и электрон. Механизмы электромагнитных, гравитационных, слабых, сильных взаимодействий одинаковы и основаны на эффекте Доплера. Переносчиком всех взаимодействий служат волны-частицы.
Предложенный механизм притяжения и отталкивания зарядов, а также причины возникновения электрического тока позволяют объяснить различные парадоксы, существующие в электродинамике, предсказать и экспериментально подтвердить ряд явлений, неизвестных науке, усовершенствовать электроустановки и электрические приборы и, самое главное, понять природу электрического тока.
•
