Последняя тайна бога (И. Мисюченко). И. Мисюченко Последняя тайна
 Скачать 6.4 Mb.
|
|
Глава 9. Элементарные заряды. Электрон и протон § 9.1. Электромагнитная масса и заряд. Вопрос о сущности заряда В главе 5 мы выяснили механизм возникновения инерции, объяснили, что же такое «инерционная масса» и какие электрические явления и свойства элементарных зарядов определяют её. В главе 7 мы проделали всё то же самое для явления тяготения и «гравитационной массы». Выяснилось, что и инерцию и тяготение тел определяют геометрический размер элементарных частиц и их заряд. Поскольку геометрический размер есть понятие привычное, то в основе таких фундаментальных явлений, как инерция и гравитация, оказывается лежащей лишь одна малоизученная сущность - «заряд». До сих пор понятие «заряд» является загадочным и почти мистическим. Сначала учёные имели дело лишь с макроскопическими зарядами, т.е. зарядами макроскопических тел. В начале изучения электричества в науке использовались представления о незримых «электрических жидкостях», избыток или недостаток которых и приводит к электризации тел. Долгое время споры шли лишь о том, одна это жидкость или их две: положительная и отрицательная. Затем выяснили, что существуют «элементарные» носители заряда электроны и ионизированные атомы, т.е. атомы с избыточным электроном, либо недостающим электроном. Ещё позже были обнаружены «самые элементарные» носители положительного заряда – протоны. Затем выяснилось, что «элементарных» частиц много и многие из них обладают электрическим зарядом, причём по величине заряд этот всегда кратен некоторой минимальной обнаруживаемой порции заряда Кл q 19 0 10 602 1 − ⋅ ≈ . Эта порция и названа была «элементарным зарядом». Заряд определяет меру участия тела в электрических взаимодействиях и, в частности, взаимодействиях электростатических. На сегодняшний день вразумительных объяснений, что же такое элементарный заряд не существует. Любые рассуждения на тему того, что заряд состоит из других зарядов (например, кварков с дробными величинами зарядов), это не объяснение, а схоластическое «замыливание» вопроса. Давайте попробуем подумать о зарядах сами, пользуясь тем, что мы уже установили ранее. Вспомним, что главный закон, установленный для зарядов, есть закон Кулона: сила взаимодействия между двумя заряженными телами прямо пропорциональна произведению величин их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Получается, что если мы выведем закон Кулона из каких-либо конкретных уже изученных физических механизмов, то тем самым сделаем шаг в понимании сущности зарядов. Мы уже говорили о том, что элементарные заряды в части взаимодействия с внешним миром вполне определяются своим электрическим полем: его структурой и его движением. И говорили, что после объяснения инерции и гравитации в элементарных зарядах ничего, кроме движущегося электрического поля, и не осталось. А электрическое поле есть не что иное, как возмущённые состояния вакуума, эфира, пленума. Ну, так будем же последовательны и попытаемся свести электрон и его заряд к движущемуся полю! Мы уже догадались в главе 5, что протон полностью подобен электрону, за исключением знака заряда и геометрического размера. Если, сведя электрон к движущемуся полю, мы увидим, что мы можем объяснить и знак заряда и независимость количества заряда частиц от размера, то наша задача будет выполнена, хотя бы в первом приближении. И. Мисюченко Последняя тайна Бога 178 § 9.2. Странные токи и странные волны. Плоский электрон Для начала рассмотрим крайне упрощённую модельную ситуацию (рис. 9.1) кольцевого заряда, движущегося по круговой траектории радиуса 0 r . И пусть он в целом электронейтрален, т.е. в его центре размещён противоположный по знаку заряд. Это так называемый «плоский электрон». Мы не утверждаем, что реальный электрон именно таков, мы лишь пытаемся пока понять, можно ли получить электрически нейтральный объект, эквивалентный свободному элементарному заряду в плоском, двумерном случае. Попробуем создать наш заряд из связанных зарядов эфира (вакуума, пленума). Пусть, для определённости, заряд кольца отрицателен, а движение кольца происходит по часовой стрелке (рис. 9.1). В этом случае ток t I течёт против часовой стрелки. Выделим малый элемент кольцевого заряда dq и припишем ему малую длину dl . Очевидно, что в каждый момент времени элемент dq движется с тангенциальной скоростью t v и нормальным ускорением n a . С таким движением мы можем ассоциировать полный ток элемента dI – величину векторную. Эту величину можно представить как постоянный по величине тангенциальный ток t dI , постоянно «поворачивающий» своё направление с течением времени, то есть – ускоренный. То есть имеющий нормальное ускорение n I d & . Трудность дальнейшего рассмотрения связана с тем, что до сих пор в физике рассматривались в основном такие переменные токи, чьё ускорение лежало на одной прямой с направлением самого тока. В данном случае ситуация иная: ток перпендикулярен своему ускорению. И что же? Разве это отменяет твёрдо установленные ранее законы физики? Рис. 9.1. Кольцевой ток и его силовое действие на пробный заряд Так же как с самим элементарным током связано его магнитное поле (согласно закону Био-Савара-Лапласа), так и с ускорением элементарного тока связано электрическое поле индукции, как показано нами в предыдущих главах. Эти поля оказывают силовое действие F на внешний заряд q (рис. 9.1). Поскольку радиус 0 r конечен, то действия элементарных токов правой (по рисунку) половины кольца не могут быть полностью скомпенсированы противоположным действием элементарных токов левой половины. И. Мисюченко Последняя тайна Бога 179 Таким образом, между кольцевым током I и внешним пробным зарядом q должно возникать силовое взаимодействие. В результате мы получили, что мы можем умозрительно создать объект, который в целом будет совершенно электронейтрален по построению, но содержать в себе кольцевой ток. Что же такое кольцевой ток в вакууме? Это ток смещения. Можно представить его как круговое движение связанных отрицательных (или наоборот - положительных) зарядов вакуума при полном покое оппозитных зарядов, расположенных в центре. Можно представить и как совместное круговое движение положительных и отрицательных связанных зарядов, но с разными скоростями, или по разным радиусам или в разные стороны… В конечном итоге как бы мы ни рассматривали ситуацию, она будет сводиться к вращающемуся электрическому полю E r , замкнутому в круге. При этом возникает магнитное поле B r , связанное с тем, что текут токи и дополнительное, не ограниченное кругом электрическое поле инд E , связанное с тем, что эти токи ускорены. Именно это мы и наблюдаем вблизи реальных элементарных зарядов (например, электронов)! Вот наша феноменология так называемого «электростатического» взаимодействия. Не требуется свободных зарядов (с дробными или ещё какими-то величинами заряда), чтобы построить электрон. Достаточно лишь связанных зарядов вакуума! Вспомните, что по современным представлениям фотон также состоит из движущегося электрического поля и в целом электронейтрален. Если фотон «загнуть» кольцом, то у него появится заряд, поскольку его электрическое поле теперь будет двигаться не прямолинейно и равномерно, а ускоренно. Теперь понятно, как образуются заряды разных знаков: если поле E в «кольцевой модели» (рис. 9.1) направлено от центра к периферии частицы, то заряд одного знака, если наоборот – то другого. Если разомкнуть электрон (или позитрон), то создадим фотон. В реальности из-за необходимости сохранения момента вращения, чтобы превратить заряд в фотон, надо взять два противоположных заряда, свести воедино и получить в итоге два электронейтральных фотона. Такое явление (реакция аннигиляции) действительно наблюдается в экспериментах. Так вот что такое заряд – это момент вращения электрического поля! Далее мы попытаемся заняться формулами и расчётами и получить закон Кулона из законов индукции, приложенных к случаю переменного тока смещения. § 9.3. Закон Кулона как следствие закона индукции Фарадея Покажем, что в двумерном (плоском) приближении электрон в электростатическом смысле эквивалентен круговому движению тока, который по величине равен току заряда 0 q , движущемуся по радиусу 0 r со скоростью, равной скорости света c Для этого разобьем полный круговой ток I (рис. 9.1) на элементарные токи Idl , вычислим инд dE , действующие в точке нахождения пробного заряда q , и проинтегрируем по кольцу. Итак, ток, текущий в нашем случае по кольцу, равен: (9.1) 0 0 0 0 2 2 r c q r v q I π π = = Поскольку этот ток является криволинейным, то есть ускоренным, то он является переменным: И. Мисюченко Последняя тайна Бога 180 (9.2) 0 0 0 0 2 2 r a q r c q dt d dt dI π π = = где a - центростремительное ускорение, которое испытывает каждый элемент тока при движении по окружности со скоростью c Подставляя известное из кинематики выражение для ускорения 0 2 r c a = , получим: (9.3) 2 0 2 0 0 0 2 2 r c q r a q dt dI π π = = Понятно, что производная для элемента тока будет выражаться формулой: (9.4) dl r c q dl r a q dt dIdl 2 0 2 0 0 0 2 2 π π = = Как следует из закона Био-Савара-Лапласа, каждый элемент тока Idl создаёт в точке нахождения пробного заряда «элементарное» магнитное поле: (9.5) 3 0 ] , [ 4 r r l d I dB r r π μ = Из главы 4 известно, что переменное магнитное поле элементарного тока порождает электрическое: (9.6) 2 0 ] , [ 8 2 1 r r l d I B d B B r B d v E d B r r &r r & r r r r π μ = = = Теперь подставим в это выражение значение производной элементарного кругового тока из (9.4): (9.7) ( ) r l d r c q E d β π π μ sin 2 8 2 0 2 0 0 r r ⋅ ⋅ = Остаётся проинтегрировать эти элементарные напряжённости электрического поля по контуру тока, то есть по всем dl , которые мы выделили на окружности: (9.8) ( ) ( ) dl r r q dl r r c q E d E ∫ ∫ ∫ = ⋅ ⋅ = = β ε π β π π μ sin 16 sin 2 8 2 0 0 2 0 2 0 2 0 0 r Нетрудно видеть (рис. 9.1), что интегрирование по углам даст: (9.9) ( ) 2 2 0 2 0 0 4 2 2 sin r r r r r dl r π π β = ⋅ = ∫ Соответственно, полное значение напряжённости электрического поля индукции инд E от нашего криволинейного тока в точке нахождения пробного заряда будет равно: И. Мисюченко Последняя тайна Бога 181 (9.10) 2 0 0 2 2 0 2 0 0 2 0 4 4 16 r q r r r q E инд πε π ε π = ⋅ = Это же не что иное, как хорошо знакомое нам Кулоновское электрическое поле точечного заряда 0 q в точке, удалённой от центра заряда на расстояние r ! Таким образом, мы с удивлением обнаружили, что воздействие кругового тока I на пробный заряд q в точности такое же, как воздействие элементарного заряда, например, электрона. То есть, тот факт, что электрон - это заряд (так как подчиняется закону Кулона в опытах), и тот факт, что электрон - это ток (так как проявляет магнитные свойства), - это две стороны одного и того же явления, а именно, криволинейного движения связанных зарядов в вакууме, его зарядовых континуумов. § 9.4. Почему все элементарные заряды равны по величине? Из выражения (9.10) для напряжённости поля индукции, создаваемой круговым током на расстоянии r , непосредственно следует, что каким бы ни был размер элементарной частицы 0 r , лишь бы её внутренний ток удовлетворял условию (9.1), напряжённость поля вне частицы будет одна и та же. Значит, сравнительно маленький протон и сравнительно большой электрон легко и просто создают одно и то же поле, и нет в том более никакой мистики. Рассмотрим теперь внимательно картину E r и B r полей, полученную для кольцевого электрона: Рис. 9.2. Расположение полей и тангенциальной скорости в электроне. Вектор B r на самом деле направлен «на нас» Ничего не напоминает?! E r перпендикулярно B r , и оба они перпендикулярны вектору тангенциальной скорости cr . Да это же «электромагнитная волна»! Только не такая, которая куда-то бежит из точки A в точку B , а такая, которая бегает по кругу вокруг вектора B r . Можно показать, что от того, правую или левую тройку векторов образуют E r , B r и cr , зависит то, каким нам кажется знак такого заряда. Можно представить себе, что вращается некая, центрально симметричная система диполей, если так кому-то проще. Более того. Давайте подсчитаем величину B r и покажем, что она связана с E r соотношением B c E r r r ⊗ = , как раз таки характерным для электромагнитной волны. Как известно, магнитное поле в центре кругового витка с током: И. Мисюченко Последняя тайна Бога 182 (9.11) 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 2 2 2 r q r c q r r I B π ε μ π μ μ ⋅ = = = В то же время поле на поверхности электрона: (9.12) 2 0 0 0 4 r q E πε = Сопоставляя эти выражения (9.11) и (9.12), видим, что: (9.13) cB B B E = = = 0 0 0 0 0 1 μ ε ε μ ε , что и является типичным соотношением, установленным именно для электромагнитных волн. Таким образом, можно сказать, что электрон является криволинейным замкнутым током смещения или что он является движущейся по кругу «электромагнитной волной» . И то и другое будет приблизительно верно. А в таком случае можно определить собственный магнитный момент такого «плоского» электрона: (9.14) ] [ 10 3.36 2 10 4 1 10 3 10 602 1 2 2 26 - 15 8 19 0 0 0 0 2 0 Тл Дж cr q r c q r S I p m ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ = ⋅ = − − π π Однако в современной физике считается, что проекция собственного магнитного момента электрона на направление внешнего поля B r имеет значение: (9.15) ] [ 10 9.26 10 1 9 4 10 625 6 10 602 1 4 24 - 31 34 19 Тл Дж m eh p e m ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ± = − − − π π Ничего себе разница – 275 раз! Кстати, эта величина почти точно равна удвоенной обратной величине «альфа». Так называемой постоянной тонкой структуры. Это требует объяснений. Одно из них невероятно простое: во внешнем поле электрон испытывает круговую прецессию с радиусом, гораздо большим, чем его собственный радиус. Простите, но прецессия свободно движущихся в магнитном поле электронов – это классика, это многократно доказанный факт. Почему же движущийся электрон атома должен вести себя как-то иначе?! Таким образом, мы фактически предположили, что электрон в атоме при наличии внешнего магнитного поля (а именно на электронах в атомах, а не на свободных электронах установлены их основные магнитные свойства!) не только носится по орбите вокруг ядра, но ещё и крутится по кругу вокруг B r , то есть прецессирует. Вот откуда в опытах Эйнштейна-де Газа оказывалось такое странное (удвоенное) гиромагнитное отношение. Разумеется, электрону присуще и собственное вращательное движение, которое и делает его зарядом, но это движение, этот ток порождает много меньший магнитный момент из-за малости радиуса электрона. Магнитный же момент орбитального движения электрона в атоме водорода вполне соответствует магнетону Бора B μ : (9.16) ] [ 10 9.22 2 10 28 5 10 18 2 10 602 1 2 2 24 - 11 6 19 0 0 2 0 Тл Дж vr q r v q r S I p b b m ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ = ⋅ = − − π π И. Мисюченко Последняя тайна Бога 183 Нельзя не отметить, что и сами опыты Эйнштейна - Де Гааза с определением гиромагнитного отношения в железном стержне допускают множество трактовок: иная эффективная масса электронов, участие в процессе другого числа электронов, чем полагали экспериментаторы и т.д. и т.п. Так что экспериментальное выяснение магнитных свойств самих элементарных частиц как таковых ещё впереди. § 9.5. Мягкий и вязкий. Излучение при ускорении. Ускорение элементарного заряда Попытка изменить скорость элементарного заряда приводит к нескольким явлениям: во-первых, заряд сопротивляется этому ускорению с силой инерции F , во- вторых, он движется в пространстве ускоренно, в-третьих, он наверняка испытывает механическую деформацию, хотя бы в малейшей степени. Поэтому, наблюдая экспериментальный факт излучения электромагнитных волн ускоренными зарядами, мы не можем ограничиться констатацией увиденного, как это фактически делает современная физика, а должны понять и показать, какие именно явления, сопутствующие ускоренному движению заряда, и как именно приводят к появлению электромагнитных волн. В любых макроскопических излучателях доселе был необходим колебательный процесс, чтобы воспоследовало излучение. Есть все основания положить, что и в ускоряемом электроне происходит также некий «колебательный» процесс. Логика наших рассуждений довольно прозрачна: ускоренно движущийся заряд есть переменный ток, и в то же время заряд есть самый маленький проводник. Когда переменный ток течёт через макроскопические проводники, мы всегда получаем излучение. А чем тут другая ситуация? Итак, рассмотрим для начала равноускоренное движение. Его спектр будет спектром линейно нарастающего импульса тока. Такой спектр, как известно, будет иметь вид 2 / 1 f . Способность же проводника длиной 0 2r l = излучать равна излучательной способности диполя длины l . Излучать электрон будет вследствие колебаний, в которые он приходит под действием ускоряющей силы и силы инерции. Как известно, средняя мощность излучения диполем Герца равна: (9.17) c I l P π ω μ 12 2 0 2 2 0 = Имелось в виду излучение при подведении гармонического тока 0 I . А что такое ток в случае равноускоренного движения заряда? Мы это уже выясняли ранее и неоднократно: (9.18) l qv I = , где q – заряд, v – скорость. Не вызывает сомнений, что член 2 0 2 I ω в (9.17) - это квадрат производной тока. Почему? Потому что электромагнитную «волну» в вакууме производит ток, текущий через диполь. Этот ток снаружи диполя замыкается токами через вакуум, то есть он есть ток смещения. Излучение порождается индукцией, как мы показали ранее. Индукция пропорциональна производной тока. Производная тока равна по амплитуде: И. Мисюченко Последняя тайна Бога 184 (9.19) l qa dt dI = , где a – ускорение. Квадрат амплитуды производной тока равен: (9.20) 2 2 2 2 l a q dt dI = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Спектр же квадрата гармонического тока, выраженный через его производную будет иметь вид: (9.21) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 0 2 2 ) ( ω ω ω ⋅ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = l a q dt dI I Подставляя (9.21) в (9.17) получим для средней мощности: (9.22) c a q l a q c l P π μ ω π ω μ 6 2 12 2 2 0 2 2 2 2 2 2 0 = ⋅ ⋅ = , то есть получили классическую формулу излучения ускоренного заряда, которая показывает независимость мощности излучения от частоты. Если рассмотреть механические движения заряда по гармоническому закону, то, конечно же, получим другую классическую формулу: (9.23) c q A P π ω μ 12 2 4 2 0 = где A - амплитуда смещения заряда. Поскольку (9.22) и (9.23) относятся к одному и тому же заряду, то можем оценить механическую деформацию ускоряемого заряда и спектральный состав деформаций: (9.24) a A a A c q A c a q = ⇒ = ⇒ = 2 2 12 6 2 2 4 2 2 4 2 0 2 2 0 ω ω π ω μ π μ Откуда можно записать для спектра деформаций: (9.25) 2 2 ) ( ω ω a A = Это известный спектр линейно изменяющейся во времени величины. Теперь ясно и понятно, что деформация электрона под действием ускорения носит линейный характер, то есть постоянно нарастает со временем, пока действует ускорение. Это значит, что передний и задний края ускоряемой частицы движутся чуть-чуть по-разному. Абсолютная величина деформации, по всей видимости, ничтожна. Поэтому при малых ускорениях деформацию электрона невозможно заметить в опытах непосредственно. Но можно оценить по излучению. Потери на излучение, конечно же, отличны от нуля и при не слишком больших ускорениях. Это похоже на то, как вы пытаетесь ускорить мешок с вязкой жидкостью: он, с одной стороны, ускоряется как единое тело, а с другой, он сравнительно медленно, но неуклонно деформируется. На эту деформацию уходит И. Мисюченко Последняя тайна Бога 185 энергия. Если деформация носит отчасти неупругий характер, то вот эта неупругость, вызывающая безвозвратные потери энергии и есть аналог лучевого трения, потерь энергии на излучение. Выводы : элементарный заряд электрически эквивалентен диполю Герца длины 0 2r . Элементарный заряд под действием ускорения непрерывно деформируется, вызывая белое излучение одинаковой мощности на всех частотах (если всё происходит в веществе, то вещество поглощает отдельные частоты и искажает спектральный состав излучения!). Излучение ускоренного заряда говорит о том, что он не является абсолютно твёрдым телом. Он деформируем. Поскольку равноускоренный заряд излучает, а как мы ранее установили, заряд, неподвижный в поле тяготения, равноускорен относительно окружающего эфира (вакуума), то он вроде бы также должен излучать. Не правда ли? Однако опыты показывают, что даже весьма приличный заряд Земли (600 000 Кулон) в поле её тяготения не излучает. Почему? Наш подход даёт совершенно понятный ответ: электрон излучает до тех пор, пока он деформируется. Но рано или поздно наступает момент, когда дальнейшая деформация становится невозможной и прекращается. Такой предельно деформированный электрон, даже будучи ускоряем далее, уже не будет излучать. Так как тяготение установилось значительное время тому назад, то все заряды в поле тяготения давно деформировались до предела (при данном ускорении) и перестали излучать. Другой вопрос: что происходит, если ускорять связанные заряды? Не компенсируются ли взаимно излучения отдельных зарядов при этом? Видимо, да. Иначе каждый раз, махнув рукой, состоящей из астрономического количества зарядов, мы бы заметно излучали. Да и вся материя на Земле, находясь в поле тяготения и состоя из зарядов, излучала бы со страшной силой. Да и орбитальное движение планеты приводило бы к огромному излучению. Раз этого нет, то, следовательно, ускоренные заряды не всегда излучают, не при всех условиях. И квантовая механика тут явно не причём. Постулаты Бора следовало бы изменить. Не электрон в атоме, находясь на стационарных орбитах, не излучает, а наоборот: электрон излучает, только перемещаясь с одной стационарной орбиты на другую. § 9.6. Число «пи» или свойства электрона, о которых забыли подумать Возмущённый электрон и его реактивность В предыдущих главах нами была выведена новая характеристика элементарного заряда – собственная индуктивность электрона π μ 2 0 0 0 r L ⋅ = . Эта величина являет собой коэффициент самоиндукции, обнаруживаемый при попытке ускорить заряд как целое. Зададимся теперь несколько иным вопросом – как поведёт себя такой модельный заряд, если установившееся за счёт внешних сил ускорение внезапно прекратится? Поскольку движущийся электрон представляет собой конвекционный ток, а никакой ток не может прекратиться или измениться мгновенно, то ЭДС самоиндукции будет продолжать действовать некоторое время после прекращения действия внешней вынуждающей силы. Эта сила приведёт к отрицательному ускорению электрона, что в свою очередь вызовет изменение направления действия сил самоиндукции. Нам представляется, что электрон придёт в колебательное движение при сохранении его средней поступательной скорости. Пусть на некотором конце сферы заряд возмущён внешним воздействием, и возмущение двинулось по сфере от источника возмущения. Сгущение заряда на противоположном конце приводит к нарушению симметрии сил Кулона (хотя мы теперь И. Мисюченко Последняя тайна Бога 186 понимаем, что силы Кулона, это всё те же силы взаимоиндукции криволинейных токов, но иногда мы будем использовать представления электростатики, просто для удобства мышления) и появлению дополнительных электростатических сил, стремящихся вернуть равновесие. Поскольку перемещение заряда по сфере – это протяжённые в пространстве токи, то вступают в силу законы индукции, ограничивающие скорость этого перемещения и создающие инерцию перемещения. Налицо все условия для возникновения внутренних колебаний электрона. При такой модели оказывается, что возмущение заряда сначала перемещается на противоположный полюс сферы, а затем возвращается в первоначальную точку. Процесс повторяется, энергия этого процесса постепенно расходуется на «лучевое трение», т.е. на хорошо известное явление излучения ускоряемым зарядом. При малом возмущении заряда его геометрические размеры изменяются мало. Таким образом, емкость и собственную индуктивность можно считать постоянными. Следует только учесть, что за один цикл возмущение заряда проходит через электрон дважды. Мы предлагаем учесть это, вводя «волновую индуктивность», равную «собственной индуктивности», умноженной на 2 : (9.26) π μ 0 0 0 2 r L L w ⋅ = = [Гн]. Волновая индуктивность отражает только что подмеченное нами свойство электрона возмущаться не только как целое, а и в более «мелком» масштабе, частями. С другой стороны, вспомним, что собственная емкость электрона в нашей модели принята «классическая» и в отношении неё никаких изменений не произошло: (9.27) 0 0 0 4 r C πε = [Ф]. В обеих величинах фигурирует некий эффективный радиус электрона 0 r , ранее выведенный нами: 0 r =1.408879·10 -15 [м]. Несложно вычислить из (9.26) и (9.27): 0 L =2.817758·10 -22 [Гн]. w L =2L 0 =5.635516·10 -22 [Гн]. 0 C =1.5675916·10 -25 [Ф]. Некоторые важнейшие следствия из наличия реактивностей электрона Коль скоро мы определили реактивности электрона и дали ему возможность совершать некие колебательные движения, то интересно было бы получить его собственную (резонансную) частоту, как колебательной LC - системы, а заодно определить и его волновое сопротивление. По формуле Томсона для колебательной LC - системы определим угловую частоту резонанса: (9.28) 0 0 0 0 2 1 d c r c C L w = = = ω =1.0639416·10 23 [рад/с], где c = 2.99793·10 8 [м/с] - скорость света в вакууме. Соответственно частота 0 ν резонанса в герцах: И. Мисюченко Последняя тайна Бога 187 (9.29) 0 0 0 4 2 r c ⋅ = = π π ω ν =1.693315·10 22 [Гц]. А соответствующая данной частоте длина волны: (9.30) 0 0 0 4 r c l ⋅ = = π ν = 1.7704497·10 -14 [м], что подводит нас к мысли о том, какой именно полный путь по «электронной сфере» проходит возмущение заряда за один период его колебаний. Отсюда уже элементарно определяется период 0 τ колебаний зарядового возмущения электрона: (9.31) 0 0 1 ν τ = = 5.905575·10 -23 [c] А волновое же сопротивление, как известно: (32) π ε π μ 2 4 0 2 0 0 0 B w Z C L Z = = = = 59.958444 ≈ 60 [Ом], где в Z - именуется в физике «волновое сопротивление вакуума» ( в Z = 376.73006 ≈ 377 [Ом]). То есть мы только что установили, что электрон, будучи материальным телом, имеет волновое сопротивление, отличное от «волнового сопротивления открытого вакуума» ровно в π 2 раз. При желании, это можно было бы счесть «физическим смыслом числа пи». Другой разговор, что понятие, которое сегодня принимается за волновое сопротивление вакуума, требует глубокого переосмысления. Мы покажем это в дальнейшем, в главе 12. Нельзя не отметить, что для заряженной элементарной частицы любой массы волновое сопротивление будет именно таким, ибо не зависит ни от величины заряда, ни от его эффективного радиуса. Так как же выглядит реальный электрон? Понятно, что наши рассуждения, проделанные с помощью модели электрона как плоского кольцевого тока смещения, показывают пока лишь принципиальную возможность объяснить сущность элементарных зарядов и самого понятия «заряд». Но совершенно не факт, что реальный электрон именно плоский. Скорее всего, ток, которым является реальный электрон, движется не в одной плоскости, а одновременно в двух перпендикулярных плоскостях, обеспечивая электрону пространственную изотропность, шарообразность. Мы полагаем так, поскольку нет никаких данных, что элементарные частицы обладают какой-либо анизотропией. Позитрон выглядит точно также, как электрон, с той разницей, что вектор напряжённости поля внутри позитрона направлен противоположно электронному. Протон идентичен позитрону, только его размер на три порядка меньше. Про антипротон уже всё, надеемся, понятно? И. Мисюченко Последняя тайна Бога 188 § 9.7. «Релятивистская» масса электрона и других заряженных частиц. Объяснение опытов Кауфмана из природы зарядов В начале XX века в экспериментах на ускорителях была установлена странная закономерность: чем сильнее разгоняли электрон, тем труднее становилось его ускорить. Создавалось впечатление, что электрон как бы «тяжелеет». Первые попытки объяснить массу электронов, исходя из электрических явлений и законов, привели к странному члену в формуле для массы. Выходило, что масса электрона зависит от скорости, с которой он движется. Сопоставляя эти формулы с результатами опытов Кауфмана по ускорению электронов, учёные заметили хорошее соответствие между теоретическими выражениями для массы и измеренными опытным путём энергиями околосветовых электронов. Получалось, что либо заряд, либо масса электронов зависит от скорости. Было ещё предположение Лоренца о том, что у движущегося электрона искажается его поле, обретает анизотропию (что, в принципе, эквивалентно сокращению длины электрона в направлении вектора скорости). И почти никто не поставил вопрос так, как его следовало бы поставить, исходя из Аристотелевой логики: почему по мере роста скорости электрона в ускоряющем поле его взаимодействие с этим полем ослабевает? Из всех возможных объяснений опытов Кауфмана было избрано самое невероятное: изменяется масса электрона. Поскольку масса полагалась (да и доселе полагается) фундаментальной и необъяснимой характеристикой материи, то зависимость от скорости отнесли на счёт так называемой «электромагнитной массы», а «массу покоя» стали полагать не зависящей от скорости. Неудивительно, что в наше время ни один нормальный школьник или студент не в состоянии понять релятивистскую концепцию массы. Сейчас, продвинувшись в понимании природы заряда, мы уже можем понять, почему по мере роста скорости электрон всё слабее и слабее взаимодействует с разгоняющим его полем. И именно это воспринимается как изменение (рост) массы электрона. Все остальные случаи взаимодействия электрона с полем сводятся к этому простейшему. Представим себе простейший линейный ускоритель (рис. 9.3). В нём имеется избыток электронов на катоде и соответствующий недостаток на аноде. Именно этот факт и имеют в виду, говоря об ускоряющем поле линейного ускорителя. Значит, конкретный электрон разгоняет не какое-то абстрактное поле, а поле тех самых конкретных положительных (на аноде) и отрицательных (на катоде) элементарных зарядов, избыток которых там создан искусственно. Значит, достаточно разобрать, как именно взаимодействует движущийся электрон с неподвижным электроном. Рис. 9.3. Линейный ускоритель, ускоряемый электрон и траектория точки на поверхности околосветового электрона Рассматривая взаимодействие кольцевого тока с пробным зарядом, мы установили, что Кулоновское взаимодействие имеет место потому, что заряд - это кольцевой ток. Кольцевой ток есть ток ускоренный (т.е. переменный), и его электромагнитная индукция И. Мисюченко Последняя тайна Бога 189 со стороны ближайшей к пробному заряду превалирует над индукцией другого знака, исходящей со стороны, дальней от пробного заряда. То есть, чтобы имело место Кулоновское взаимодействие необходимо, чтобы была определённая асимметрия между взаимодействием различных участков кольцевого тока с пробным зарядом. Теперь рассмотрим ситуацию, когда скорость электрона возрастает и приближается к скорости света. В этом случае пока внутреннее поле электрона поворачивается на 180 градусов, электрон успевает пройти почти свой диаметр (рис. 9.3). Траектория каждой точки на поверхности движущегося электрона является циклоидой. Когда скорость линейного движения приближается к скорости света, циклоида вырождается в набор «дуг» (рис. 9.4, 9.5). И получается, что индукция за первые пол-оборота внутреннего поля электрона практически полностью компенсируется индукцией за вторые пол-оборота. Взаимодействие вдоль вектора скорости уменьшается, вплоть до нуля. Зато появляется перпендикулярное скорости взаимодействие (сегодняшняя физика трактует его как магнитное взаимодействие релятивистских зарядов). Следовательно, при приближении скорости движения электрона к скорости света уменьшается его «продольное» взаимодействие с другими зарядами. Какими? Любыми, в том числе с зарядами катода и анода, разумеется. Это и означает на практике, что ослабевает связь электрона с ускоряющим полем. И выглядит так, словно электрон «тяжелеет»: его становится труднее разогнать. На самом же деле ни масса не растёт, ни заряд не изменяется, ни реальный размер электрона. Просто само Кулоновское взаимодействие, будучи изначально динамическим эффектом (явлением взаимоиндукции), естественным образом зависит от взаимных скоростей. Рис. 9.4. Траектория каждой точки на "поверхности" электрона, движущегося ровно со скоростью света И. Мисюченко Последняя тайна Бога 190 Рис. 9.5. Траектории точек «поверхности» электрона при движении со скоростью равной скорости света, меньшей её и большей её Вот почему невозможно разогнать частицы до большей скорости, чем скорость света: мы разгоняем её за счёт той скорости, которая внутренне присуща всем частицам, а она равна ровно скорости света. А кроме заряженных частиц у нас ничего нет для разгона, разве что электромагнитная «волна», порождённая всё теми же частицами и имеющая всё ту же скорость света. Если же каким-либо волшебным образом мы ускорим частицу сверх скорости света (рис. 9.5, случай d 1. Г.Н.Берман. Циклоида. Об одной замечательной кривой и некоторых других, с ней связанных. М. Наука. 1980. 2. Б.А.Арбузов, А.А.Логунов. Строение элементарных частиц и связи между различными силами природы. УФН. Т.123. Вып. 3, ноябрь 1977 г. 3. Википедия. Элементарная частица. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%87 %D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%86%D0%B0 4. Т.И.Трофимова. Курс физики. 9-е издание. – М.: Издательский центр «Академия», 2004 г. 5. Б. М. Яворский, Ю. А. Селезнев. Справочное руководство по физике. Для поступающих в вузы и для самообразования. М.: «Наука», 1989 г. 6. Завельский Ф.С. МАССА И ЕЁ ИЗМЕРЕНИЕ. М.: Атомиздат, 1974. |