Visuotinai priimtos elektromagnetizmo teorijos trūkumai

Nepaisant neginčijamų šiuolaikinės elektromagnetizmo teorijos sėkmių, jos pagrindu kuriant tokias sritis kaip elektrotechnika, radijo inžinerija, elektronika, nėra pagrindo laikyti šią teoriją išsamia. Pagrindinis esamos elektromagnetizmo teorijos trūkumas yra modelio koncepcijų stoka, elektrinių procesų esmės supratimo stoka; taigi toliau tobulinti ir tobulinti teoriją yra praktiškai neįmanoma. Dėl teorijos trūkumų kyla ir daug taikomųjų sunkumų.

Nėra pagrindo manyti, kad elektromagnetizmo teorija yra tobulumo viršūnė. Tiesą sakant, teorijoje yra nemažai praleidimų ir tiesioginių paradoksų, kuriems buvo sugalvoti labai nepatenkinami paaiškinimai, arba tokių paaiškinimų iš viso nėra.

Pavyzdžiui, kaip paaiškinti, kad du vienas po kito nejudantys identiški krūviai, kurie pagal Kulono įstatymą turėtų būti atstumti vienas nuo kito, iš tikrųjų traukia, jei juda kartu palyginti ilgai apleistame šaltinyje? Bet jie traukia, nes dabar jie yra srovės, traukia identiškos srovės, ir tai buvo eksperimentiškai įrodyta.

Kodėl elektromagnetinio lauko energija laidininko ilgio vienete, kai srovė, sukurianti šį magnetinį lauką, yra linkusi į begalybę, jei grįžtamasis laidininkas yra atitrauktas? Ne viso laidininko energija, o tiksliai vieno ilgio vienetas, tarkime, vienas metras?

Kaip išspręsti elektromagnetinių bangų, skleidžiamų puslaidininkinėje terpėje įtaisytą Hertzo dipolį (tai yra dipolis su pakreiptais parametrais), sklidimo problemą? Nepaisant nereikšmingo teiginio pobūdžio, Hertzo dipolio radiacijos puslaidininkinėje terpėje problema niekada nebuvo išspręsta, o bandymai ją išspręsti visada nepavyko. Vadovėliuose ir žinynuose užrašyti sprendimai yra sudaromi iš dviejų sprendimų remiantis „sveiku protu“, tačiau jie nėra gaunami kaip griežtas sprendimas. Bet išsprendus šią problemą, galima gauti daug konkrečių rezultatų: dipolio radiacija idealioje terpėje nesant aktyvaus laidumo, puslaidininkio plokštumos banga silpnėja begaliniais atstumais nuo dipolio ir keletas kitų (atskirai, kai kurios iš šių problemų išsprendžiamos atskirai). )

Neįmanoma išspręsti ribinių magnetinio lauko atsiradimo pulsuojančiame elektriniame lauke ir elektrinio potencialo, sukelto pulsuojančiame magnetiniame lauke ant vieno laidininko ir daugelio kitų, problemų. Elektrodinamikos metodika ne visada skiriasi seka. Pavyzdžiui, Maksvelo statiškas postulatas (Gausso teorema), įdėtas į elektrodinamikos teorinių pagrindų vadovėlius statikos skyriuje, pateikus jį diferencine forma, jau yra patalpintas dinamikos skyriuje, nors pastaroji vaizdavimo forma fizine prasme nesiskiria nuo ankstesnės. Dėl to neatsižvelgiama į elektrinio potencialo D vertės uždelsimą, kai krūviai q juda erdvėje, kurią dengia S paviršius.

O koks yra „vektoriaus potencialas“? Ne skaliarinis potencialas - ar tai vienetinio krūvio perkėlimas iš begalybės į tam tikrą erdvės tašką, būtent vektorinį? Kokią fizinę prasmę jis turi, be to, kad jis turi atitikti tam tikras matematines sąlygas? Kas gali pasidalinti šia paslaptimi?

Aukščiau išvardyti dalykai, kaip ir kai kurie kiti argumentai, neleidžia mums apsvarstyti elektromagnetizmo teorijos, kaip ir bet kurio mokslo, tobulinimo. Tačiau tolesnė jo raida įmanoma tik išsamiai ir kokybiškai ištyrus elektromagnetiniuose reiškiniuose vykstančius procesus.Naudinga prisiminti, kad šiandien ir daugelį metų mes taikėme teoriją, kurią John C. Maxwell pateikė galutine forma savo garsiajame traktate apie elektrą ir magnetizmą, kuris buvo paskelbtas 1873 m. Nedaugelis žino, kad šiame darbe Maksvelas apibendrino savo ankstesnius 1855–1862 metų darbus. Savo darbe Maksvelas remiasi eksperimentiniu M. Faradėjaus darbu, paskelbtu 1821–1856 m. (Faradėjus visiškai išleido 1859 m. „Eksperimentiniai elektros ir magnetikos tyrimai“). Į V. Thomsono 1848–1851 m. Kūrinį, H. Helmholtzo 1847 m. Kūrinį „Dėl galios išsaugojimo“, W. Rankino kūrinį. 1850 m. „Taikomoji mechanika“ ir daugelis kitų to paties laikotarpio. Maxwellas niekada nieko nepaskelbė, nes kai kurie teoretikai mėgsta dabar fantazuoti, visos jo išvados buvo pagrįstos grynai mechaninėmis idėjomis apie eterį kaip idealų nematomą ir nesuspaudžiamą skystį, apie kurį Maksvelas ne kartą rašo savo raštuose. Skaitytojas gali susipažinti su dalimi Maxwello darbų, išdėstytų rusų kalba, remiantis Z. A. Zeitlino vertimu (J. C. Maxwell. Išrinkti darbai apie elektromagnetinio lauko teoriją. M., GITTL, 1952, 687 p.).

L. Boltzmanno užrašuose prie Maxwello darbo „Faradėjaus jėgos linijose“ (1898) pažymima:

"Galėčiau pasakyti, kad Makswello pasekėjai šiose lygtyse tikriausiai nepakeitė nieko, išskyrus raides. Tačiau tai būtų per daug. Žinoma, neturėtų stebinti, kad prie šių lygčių buvo galima pridėti ką nors, bet daug daugiau kiek mažai jų pridėta “.

Tai buvo pasakyta 1898 m. Ir tai visiškai tiesa dabar, beveik po šimto metų.

Tiesą sakant, elektromagnetizmo teorija sustojo plėtojant Maksvelo, kuris naudojo XIX amžiaus pirmosios pusės mechaninius vaizdavimus, lygyje. Daugybė dvidešimtajame amžiuje pasirodžiusių elektrotechnikos, elektrodinamikos ir radijo inžinerijos vadovėlių patobulina (ar pablogina?) Ekspoziciją, bet nieko iš esmės nekeičia. Ko šiandien trūksta elektromagnetizmo teorijai? Visų pirma, trūksta supratimo, kad bet kuris modelis, įskaitant Maxwello sukurtą elektromagnetizmo modelį, yra riboto pobūdžio, todėl jį galima ir reikia tobulinti. Trūksta supratimo, kad reikia grįžti prie modeliavimo ir tiksliai prie mechaninio elektromagnetizmo modeliavimo. Maksvelas veikė eterio, kaip idealaus, sąvokas, t. Y. Nematomą ir nesuspaudžiamą skystį. Ir eteris pasirodė esąs dujos, ir dujos, ir klampios, ir suspaudžiamos. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, Maksvelio naudojamos G. Helmholtzo idėjos, kad sūkuriai nesusiformuoja ir neišnyksta, o tik juda ir deformuojasi, kad cirkuliacijos produktas sūkurio skerspjūvio plote išlieka pastovus per visą ilgį, yra toli nuo visada tiesa. Tikruose dujose sūkuriai susiformuoja ir išnyksta, o į tai Maksvelas neatsižvelgia. Maksvelo lygtys neatspindi proceso apimties, nes tiek pirmoji, tiek antroji Maksvelo lygtys atspindi procesą plokštumoje. Tiesa, tada ši plokštuma sukasi koordinačių ašimis, o tai sukuria trimatį efektą, tačiau iš tikrųjų esmė nuo to nesikeičia, plokštuma išlieka plokštuma. Jei procesas būtų nagrinėjamas apimtimi, tuomet reikėtų atsižvelgti į sūkurio, išilgai jo ašies, intensyvumo pokyčius, tada sūkurių susidarymo ir sūkurių irimo procesai tam tikru mastu būtų aprėpti. Tačiau būtent to trūksta Maksvelo lygtims. Taigi tų problemų, kuriose kyla šie klausimai, pavyzdžiui, Hertzo dipolio puslaidininkinėje terpėje problema, negalima iš esmės išspręsti naudojant Maksvelo lygtis.

Maksvelas neatsižvelgė į tiesioginį laidininko sąveiką su magnetiniu lauku tuo metu, kai laidininkas kerta šį lauką.Faradėjaus dėsnis, kuris yra tiesioginė pirmosios Maksvelo lygties pasekmė, šia prasme yra aprašomasis, fenomenologinis dėsnis, ilgo nuotolio dėsnis, nes jame laukas keičiasi vienoje vietoje, grandinės viduje, o šio pokyčio rezultatas yra EML grandinės periferijoje. Ir šiandien jau žinomi reikšmingi skirtumai tarp skaičiavimų, atliktų pagal Faradėjaus dėsnį, ir tiesioginių matavimų rezultatų. Kai kuriais atvejais skirtumas yra ne vienas ar du procentai, o kelis kartus!

Prireikus šį sąrašą galima tęsti.

Mažiausiai iš visų šių priekaištų galima priskirti pačiam J. K. Maxwellui. Maksvelo elektromagnetizmo teorija pasirodė tokia gera, kad jos pagrindu buvo sukurta daugybė svarbiausių šiuolaikinio mokslo sričių, išspręsta daugybė taikomųjų problemų, suburtos tyrėjų kartos. Bet šie priekaištai yra teisingi sekant kartoms mokslininkų, kurie įsivaizdavo, kad viską padarė Maxwellas, ir toliau neišplėtė Maxwello mokymų. Nesigilinant į detales, galima pastebėti, kad eterio, kaip klampios, suspaudžiamos terpės, sąvokos leido paaiškinti kai kuriuos elektromagnetizmo teorijos vaizdus, ​​ypač išspręsti kai kuriuos aukščiau išvardytus paradoksus. Pavyzdžiui, judantys krūviai, nors ir nejuda vienas kito atžvilgiu, juda eterio atžvilgiu, todėl atsiranda magnetinis laukas, kuris pradeda juos sujungti.

Paaiškėjo, kad artimoje spinduolių zonoje atsiranda išilginis elektrinis laukas, kuriame vis dar formuojami eteriniai sūkuriai. Tokiame lauke elektrinės įtampos vektorius yra ne energijos judėjimo kryptimi, o išilgai jo. Ir tik tam tikru atstumu nuo spinduolių, pridėjus tokius laukus vektoriais, susidaro banga, kurioje elektrinės įtampos vektorius jau yra statmenas energijos sklidimo krypčiai.

Paaiškėjo, kad dėl eterio suspaudžiamumo taip pat gali būti suspaustas magnetinis laukas, ir šis suspaudimas yra gana pastebimas net laukams, kuriuos sukuria srovės dešimtainėse amperų. Eksperimentinis viso galiojančio įstatymo patikrinimas, kurio, kaip paaiškėjo, niekada nepatikrino dėl jo akivaizdumo ir kuris tiesiogiai išplaukia iš antrosios Maksvelo lygties, parodė, kad šis dėsnis tiksliai laikomasi tik esant nykstančiam mažam magnetinio lauko intensyvumui. Net ir įprastais atvejais skirtumai tarp tikrojo lauko stiprumų ir apskaičiuotųjų pagal šį dėsnį gali būti labai dideli, o tai žymiai viršija galimų matavimo paklaidų ribas arba nepaisant krašto efektų.

Paaiškėjo, kad galima apskaičiuoti EML, atsirandantį laidininkui, įdėtam į pulsuojantį magnetinį lauką, o eksperimentai patvirtino šių skaičiavimų teisingumą.

Paaiškėjo, kad įmanoma sukurti „abipusio laidininkų indukcijos“ sąvoką, nors elektrodinamikoje yra tik „abipusio grandinių indukcijos“ sąvoka. Tai leido sukurti metodiką, kaip sukurti etaloninius trukdžius orlaivių aviacijos įrangos ryšių linijose, įdiegti ją į atitinkamą GOST ir sėkmingai panaudoti praktikoje užtikrinant oro skraidymo elektrinių ryšių linijų atsparumą triukšmui. Ir anksčiau tai nepasiteisino ...

Ir tai tik pradžia. Elektromagnetizmo teorija laukia savo „Faraday“ ir šiuolaikinių „Maxwells“. Negalite be galo išnaudoti didžiųjų, bet seniai buvusių mokslininkų autoritetų. Privalome patys dirbti.