Б.Ф. Полторацький
Відомо, що проблема єдиного поля виникла в результаті підміни складної теорії Максвелла його приватним прикладом з плоскими хвилями та введенням системи координат Лоренца. Але при найближчому розгляді цієї теорії з'ясувалося, що справжня класична електродинаміка не тільки дає однозначне рішення проблеми єдиного поля, але і дозволяє розкрити сутність природного зв'язку між світом безперервних і світом дискретних процесів у природі.
Відомо, що Максвелл залишив нам не тільки теорію нової фізичної реальності - електромагнітного поля [1], яку він оформив у вигляді системи диференціальних рівнянь математичної фізики. Він також навів приклад їх вирішення для ідеальної плоскої хвилі. Приклад відрізнявся наочністю і переконливістю. Однак такі ідеальні хвилі в природі відсутні (див., наприклад, теорію часткової когерентності в [2]). Більш того, їх неможливо отримати навіть штучно за допомогою когерентного лазерного випромінювання (див., наприклад, [3,4]). Тому будь-яка спроба використовувати приватне рішення задачі про плоских хвилях для пошуку інших рішень рівнянь Максвелла або для їх інтерпретації вимагає крайньої обережності. Наприклад, маніпуляції з рухомою системою координат, вжиті Х. Лоренцо, засновані на гіпотезі про існування якоїсь визначеної і єдиної швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль. Безсумнівно, ця гіпотеза прямо випливала з приватного прикладу Максвелла. Але в загальному випадку вона ніяк не відповідає дійсності, тобто є в принципі неспроможною. Справа в тому, що в природі електромагнітні хвилі володіють крім поступальної ще й обертальної ступенем свободи [5]. У цьому можна переконатися, якщо розглядати еволюцію хвильового фронту у природному світловий хвилі, використовуючи, наприклад, сучасну техніку голографії. Але сам процес повороту видно найкраще на прикладі розповсюдження електромагнітних хвиль в замкнутому тороідальному діелектричному хвилеводі, який проілюстрований на Рис. 1. Тут представлені результати чисельного експерименту у вигляді зображення напівпрозорих изоповерхностей щільності енергії електричної та магнітної компонент (We і Wh) в різних стадіях повороту хвиль (за кутом j) під двома ракурсами (q). Техніка одержання таких зображень описана в [5]. Постадійне розташування полів на Рис. 1 свідчить про те, що хвилі зазнають складну трансформацію при повороті, і групові швидкості компонент не рівні між собою.
Рис.1.
В іншому випадку поля не могли б розходитися і сходитися знову. Очевидно, що сильно розрізняються і їхні фазові швидкості. Тим же властивістю володіють обертові хвилі також і в сферичних хвилеводах і в рухомих нелінійних середовищах [5].
Таким чином, система повертаються хвиль характеризується непостійними і нерівними між собою реальними чотирма швидкостями. А в цій ситуації будь-який сенс пов'язувати систему координат з цими швидкостями відсутня повністю. По всій видимості, зручніше, слідуючи Максвеллу і Герцу [6], скористатися системою відліку Галілея і залишити швидкості у вигляді функцій координат і часу.
Зі сказаного вище випливає, що ні перетворення Лоренца, ні теорія відносності, яка на ньому базується, не є універсальними настільки, щоб підмінити собою всі вчення Максвелла. Але що вийде, якщо повернутися до його оригінальним рівнянням? У цьому випадку ми будемо змушені досліджувати ці рівняння, удосконалюючи і самі рівняння і методи їх вирішення. А в наш комп'ютерний вік ця задача зовсім не є безнадійною при належній повазі до вихідних позицій Максвелла і Герца. Проте, багато що можна з'ясувати, аналізуючи особливості вже відомих рішень для електромагнітних сферичних хвильових систем [7]. Зокрема вийде, що будь-які просторові електромагнітні дислокації створюють у зовнішньому середовищі змінні поля, амплітуди і фази яких мають кутову залежність, яка описується приєднаними поліномами Лежандра. А їх радіальна залежність однозначно має форму відповідних функцій Бесселя. На цій основі можна показати [5], що, якщо ці дислокації обертальну мають ступінь свободи (наприклад, містять в собі електромагнітні вихори), то ми зіткнемося з такими незаперечними фактами:
Дислокації мають механічний момент (спін).
Дислокації містять самі в собі сильний стабілізуючий фактор - внутрішній тиск, що перешкоджає безмежного стиску (колапсу).
Вивчення властивостей дислокацій пов'язане з проблемою нелінійності середовища або польових рівнянь з урахуванням того, що принципово нелінійність в природі є загальним правилом, але не винятком.
Нелінійні дислокації можуть мати електричний заряд і магнітний момент.
Нелінійні дислокації взаємодіють між собою: на малих відстанях проявляется зонний характер сильної взаємодії, а на великих відстанях має місце усереднення взаємодій, але навколо мінімуму загальної енергії - це вже гравітація (взаємодія постійних зарядів і моментів зручніше розглядати окремо).
Процес переходу, наприклад пари дислокацій, від одного стійкого стану до іншого зі зміною повної енергії досить цікавий, тому що його властивості ведуть нас прямо до основ квантової механіки. Звичайно, його можна досліджувати прямими розрахунками на потужних комп'ютерах. Але є і вже готові аналітичні методи вивчення коливань в нелінійних системах. Вони відразу ж дають результат, що свідчить про обов'язкове обміні енергією з навколишнім полем через випромінювання або поглинання. Причому частота першої гармоніки випромінювання або поглинання хвиль повинна бути пропорційна різниці початкової і кінцевої енергій. А Макс Планк, як відомо, вже вирахував коефіцієнт пропорційності за експериментальними даними. Вищі гармоніки, які мають місце при дуже великих амплітудах процесів, ймовірно відповідальні за ті енергетичні сюрпризи, які приписуються зараз появи різного роду нейтрино.
Таким чином, ми бачимо два принципові якісних вкладу, які вносить класична електродинаміка Максвелла у фундамент теоретичної фізики. По-перше, вона робить повністю неактуальною проблему поєднання силових полів, оскільки колективні властивості нелінійних обертових дислокацій крім звичайних електромагнітних властивостей (взаємодіють електромагнітним чином) в повній мірі володіють усіма відомими квантовими властивостями елементарних частинок, включаючи в себе всі нюанси сильної взаємодії, і, крім того, дислокації наражаються ще й гравітації. По-друге, вона встановлює природний зв'язок між світом безперервних і світом дискретних фізичних процесів, обумовлених принципово простий нелінійної інтерференцією звичайних електромагнітних хвиль, які завжди можуть бути розраховані з будь-яким ступенем точності.
І немає ніякої потреби в жахливому нагромадженні гіпотез і фантастичних образів, з якими так звикли фізики 20-го століття. Всі випливає логічно і самим природним чином з вчення Максвелла, побудованого на всім відомих результатах безлічі переконливих експериментів.
Список літератури
James Clerk Maxwell. Royal Society Transactions, v. CLV, 1864.
M. Born, E. Wolf. Principles of optics. NY, Pergamon divss, Chapters 10 and 11, 1964. (Російське видання: М. Борн і Е. Вольф. Основи оптики. Москва, "Наука", 1970.)
Б. Ф. Полторацький. Листи до: рис, том 27, вип. 7, с. 406, (1978).
Б. Ф. Полторацький. ЖТФ, тому 49, вип. 11, с. 2295, (1979).
BF Poltoratsky. Fundamental particles in pictures without hypothesis. Moscow, "Sputnik +", 2007.
Heinrich Hertz. Gesammelte Werke, Band II, s. 256-285. Leipzig, 1914.
Andre Angot. Complements de Mathematiques. Paris, Chapter VII, 1957. (Російське видання: Андре Анго. Математика для електро-і радіоінженерів. Москва, "Наука", 1965.)