Nedostaci opće prihvaćene teorije elektromagnetizma

Unatoč neospornim uspjesima moderne teorije elektromagnetizma, stvaranju na njenoj osnovi takvih pravaca kao što su elektrotehnika, radio inženjerstvo, elektronika, nema razloga ovu teoriju smatrati potpunom. Glavni nedostatak postojeće teorije elektromagnetizma je nedostatak koncepata modela, nerazumijevanje suštine električnih procesa; otuda praktična nemogućnost daljnjeg razvoja i poboljšanja teorije. A iz ograničenja teorije proizlaze i mnoge primijenjene poteškoće.

Nema razloga da se teorija o elektromagnetizmu smatra visinom savršenstva. U stvari, teorija je nagomilala brojne propuste i izravne paradokse za koje su izmišljena vrlo nezadovoljavajuća objašnjenja ili takvih objašnjenja uopće nema.

Na primjer, kako objasniti da se dva međusobno nepomična identična naboja, koja bi se prema Kulombovom zakonu trebala odbiti jedna od druge, zapravo privlače ako se kreću zajedno s relativno davno napuštenim izvorom? Ali oni privlače, jer sada su to struje, a privlače se identične struje, a to je eksperimentalno dokazano.

Zašto se energija elektromagnetskog polja po jedinici duljine vodiča sa strujom koja generira to magnetsko polje teži do beskonačnosti ako se povratni vodič vodi dalje? Ne energija cijelog vodiča, već točno po jedinici duljine, recimo, jednog metra?

Kako riješiti problem širenja elektromagnetskih valova koje emitira Hertzov dipol (to jest dipol s zbrajanim parametrima) smješten u poluvodičkom mediju? Unatoč trivijalnoj prirodi izjave, problem zračenja Hertzovog dipola u poluvodičkom mediju nikada nitko nije riješio, a pokušaji njegovog rješavanja uvijek su propali. Rješenja napisana u udžbenicima i priručnicima sastavljena su iz dva rješenja na temelju "zdravog razuma", ali uopšte se ne dobivaju kao strogo rješenje. No, riješivši ovaj problem, moglo bi se dobiti mnogo određenih rezultata: zračenje dipola u idealnom mediju u nedostatku aktivne vodljivosti, prigušivanje ravninskog vala u poluvodiču na beskonačnim udaljenostima od dipola i niz drugih (odvojeno, neki od ovih problema rješavaju se zasebno ).

Granični problemi pojave magnetskog polja u pulsirajućem električnom polju i električnog potencijala induciranog u pulsirajućem magnetskom polju na jednom vodiču i mnogi drugi nisu riješeni. Metodologija elektrodinamike nije uvijek različita slijeda. Na primjer, Maxwell-ov statički postulat (Gaussov teorem) smješten u udžbenicima teorijskih osnova elektrodinamike u odjeljku statika, nakon što ga je predstavio u različitom obliku, već je smješten u odjeljak dinamike, mada se potonji oblik predstavljanja u fizičkoj suštini ne razlikuje od prethodnog. Kao rezultat, zanemaruje se vrijednost električnog potencijala D kada se naboji q kreću unutar prostora koji prekriva površina S.

A koji je "vektorski potencijal"? Nije skalarni potencijal - radi li se o premještanju naboja jedinice od beskonačnosti do određene točke u prostoru, naime, vektorske? Kakvo fizičko značenje ima, osim činjenice da mora zadovoljiti određene matematičke uvjete? Tko može podijeliti ovu tajnu?

Gore navedene točke, kao i neka druga razmatranja, ne dopuštaju nam da razmotrimo razvoj teorije elektromagnetizma, kao i svake znanosti, potpuno dovršenu. Međutim, njegova daljnja evolucija moguća je samo na temelju detaljnog kvalitativnog ispitivanja procesa koji se događaju u elektromagnetskim pojavama.Korisno je podsjetiti se da danas i dugi niz godina koristimo teoriju koju je John C. Maxwell iznio u svom čuvenom Traktatu o električnoj energiji i magnetizmu, objavljenom 1873. Malo ljudi zna da je Maxwell u ovom djelu sažeo svoja ranija djela 1855-1862. Maxwell se u svom radu osvrće na eksperimentalni rad M. Faradaya, objavljen u razdoblju od 1821. do 1856. godine. (Faraday je u cijelosti objavio svoje "Eksperimentalne studije o električnoj energiji i magnetizmu" 1859.), djelu V. Thomson-a razdoblja 1848.-1851., Djelu H. Helmholtza "O očuvanju moći" iz 1847., djelu W. Rankina "Primijenjena mehanika" iz 1850. i mnogi drugi iz istog razdoblja. Maxwell nikada nije postulirao ništa, kao što neki teoretičari sada vole maštati, svi su se njegovi zaključci temeljili na čisto mehaničkim idejama o eteru kao idealnoj nevidljivoj i nestisljivoj tekućini, o čemu Maxwell u više navrata piše. Čitatelj se može upoznati s dijelom Maxwell-ovih djela iznesenih na ruskom jeziku prijevodom Z. A. Zeitlina (J. C. Maxwell. Izabrani radovi iz teorije elektromagnetskog polja. M., GITTL, 1952., 687 str.).

U bilješkama L. Boltzmanna o Maxwell-ovom djelu "O faradayevim linijama napajanja" (1898) primjećuje se:

"Mogao bih reći da Maxwellovi sljedbenici u tim jednadžbama vjerovatno nisu promijenili ništa osim slova. Međutim, to bi bilo previše. Naravno, ne bi trebalo čuditi da se tim jednadžbama može dodati nešto, ali puno više kako im je malo toga dodano. "

To je rečeno 1898. godine. A to je potpuno istina sada, gotovo stotinu godina kasnije.

Zapravo se teorija elektromagnetizma zaustavila u svom razvoju na razini Maxwella koji je koristio mehaničke predodžbe prve polovice 19. stoljeća. Brojni udžbenici elektrotehnike, elektrodinamike i radiotehnike koji su se pojavili u dvadesetom stoljeću poboljšavaju (ili pogoršavaju?) Prezentaciju, ali ne mijenjaju ništa u suštini. Što danas nedostaje teoriji elektromagnetizma? Prije svega, nedostaje razumijevanja da je svaki model, uključujući model elektromagnetizma koji je razvio Maxwell, ograničene prirode i da se stoga može i treba poboljšati. Postoji nerazumijevanje potrebe da se vratimo na modeliranje i precizno na mehaničko modeliranje elektromagnetizma. Maxwell je djelovao na koncepcijama etera kao idealne, tj. Nevidljive i nestisljive tekućine. Pokazalo se da je eter plin i plin, i viskozan i stisljiv. To znači da su ideje G. Helmholtza koje je Maxwell koristio, na primjer, da vrtlozi ne nastaju i ne nestaju, već se samo kreću i deformiraju, da produkt cirkulacije duž područja poprečnog presjeka vrtloga ostaje konstantan u cijeloj njegovoj duljini, daleko od toga uvijek istinito. U stvarnom plinu vrtlozi formiraju i nestaju, a Maxwell to ne uzima u obzir. Maxwell-ove jednadžbe ne odražavaju proces u volumenu, jer i prva i druga Maxwell-ova jednadžba razmatraju proces u ravnini. Istina, tada se ta ravnina rotira u koordinatnim osovinama, što stvara trodimenzionalni efekt, ali u stvari se od toga ne mijenja, ravnina ostaje ravnina. Ako bi se postupak razmatrao u količini, tada bi bilo potrebno razmotriti promjenu intenziteta vrtloga duž svoje osi, tada bi procesi formiranja vrtloga i propadanja vrtloga bili pokriveni u određenoj mjeri. Ali upravo to nedostaje Maxwellovim jednadžbama. Stoga se oni problemi zbog kojih ta pitanja postavljaju, na primjer, problem Herpove dipole u poluvodičkom mediju, ne mogu temeljno riješiti primjenom Maxwell-ove jednadžbe.

Maxwell ne uzima u obzir činjenicu izravne interakcije vodiča s magnetskim poljem u trenutku kada vodič prolazi kroz to polje.Faradayev zakon, koji je izravna posljedica prve Maxwell-ove jednadžbe, u tom je smislu opisni, fenomenološki zakon, zakon dugog dosega, jer se u njemu polje mijenja na jednom mjestu, unutar kruga, a rezultat te promjene je EMF na periferiji kruga. I danas su već poznate značajne razlike između izračuna izvršenih u skladu s Faradayevim zakonom i rezultata izravnih mjerenja. Razlika u nekim slučajevima nije jedan ili dva posto, već nekoliko puta!

Ovaj se popis može nastaviti ako je potrebno.

Najmanje svih ovih prigovora može se pripisati samom J. K. Maxwellu. Maxwell-ova teorija o elektromagnetizmu pokazala se tako dobrom da su na njezinoj osnovi stvorena brojna najvažnija područja moderne znanosti, riješen ogroman broj primijenjenih problema i odgajane generacije istraživača. Ali ti su prigovori istiniti u odnosu na buduće generacije znanstvenika koji su zamišljali da je sve učinio Maxwell, a nisu dalje razvijali Maxwell-ova učenja. Ne ulazeći u pojedinosti, može se primijetiti da je upotreba predodžbi etera kao viskoznog komprimirajućeg medija omogućila pojašnjenje nekih prikaza teorije elektromagnetizma, posebno da bi se razriješili neki od gore navedenih paradoksa. Na primjer, pokretni naboji, iako ostaju nepomični jedni prema drugima, kreću se u odnosu na eter i zato nastaje magnetsko polje koje ih počinje zbližavati.

Pokazalo se da u obližnjoj zoni emitora nastaje uzdužno električno polje u kojem se još formiraju eterski vrtlozi. U takvom se polju vektor električne napetosti nalazi ne preko smjera kretanja energije, već duž njega. I tek na određenoj udaljenosti od emitera kao rezultat vektorskog dodavanja takvih polja nastaje val u kojemu je vektor električne napetosti već okomit na smjer širenja energije.

Pokazalo se da se zbog kompresibilnosti etera magnetsko polje može komprimirati, a ta je kompresija prilično uočljiva čak i za polja koja stvaraju struje u desetinama ampera. Eksperimentalna provjera ukupnog trenutnog zakona, koju, kako se ispostavilo, niko nikad nije provjerio zbog svoje očiglednosti i koja izravno slijedi iz druge Maxwell-ove jednadžbe, pokazala je da se ovaj zakon točno promatra samo kod nestabilno malih intenziteta magnetskog polja. Čak i u uobičajenim slučajevima, razlike između stvarnih jakosti polja i izračunatih u skladu s ovim zakonom mogu biti vrlo velike, što daleko prelazi granice mogućih pogrešaka u mjerenju ili zanemarujuće rubove.

Pokazalo se da je moguće izračunati EMF nastao na vodiču smještenom u pulsirajućem magnetskom polju, a eksperimenti su potvrdili ispravnost tih izračuna.

Pokazalo se da je moguće stvoriti koncept "međusobne indukcije vodiča", iako u elektrodinamici postoji samo pojam "međusobne indukcije krugova". To je omogućilo razvijanje metodologije za stvaranje referentnih smetnji u komunikacijskim linijama opreme za avionsku zrakoplovstvo, uvođenje u relevantni GOST i uspješno korištenje u praksi osiguravanja otpornosti na buku od električnih komunikacijskih vodova u zraku. A prije se to nije uspjelo ...

A ovo je tek početak. Teorija elektromagnetizma čeka svog Faradaya i modernog Maxwellsa. Ne možete beskrajno iskorištavati autoritete velikih, već davno nestalih znanstvenika. Moramo raditi sami.