12833-1 (Дискретность электромагнитных волн), страница 2

Стивен Вайнберг. (Нобелевская премия по физике за 1979 год)

Поле может находиться в двух состояниях, представляя скалярное или векторное поле. Невозбужденное состояние - это скалярное поле, так как нет напряженности и, соответственно, нет зависимости от поворота системы координат. Возбужденное состояние - это векторное поле, так как есть напряженность поля, которая имеет направление. Возбуждения поля образованы полевыми потоками индукции, представляющими напряженность (возмущение) поля. Например, состояние поля с наименьшей энергией, которое называется вакуумом, представляет скалярное поле, так как нет зависимости от поворота системы координат. Т.е. с точки зрения физики правильнее называть не "вакуумное состояние поля", а "скалярное состояние поля", тем самым подчеркивая, что такое поле не чувствительно к направлению в пространстве, в отличие от векторного. Таким образом, разделение поля на два состояния - вакуумное и возбужденное - это разделение на скалярное и векторное. Любой поток индукции представляет возмущение поля и всегда зависит от поворота системы координат. Скалярное состояние поля не имеет потока индукции. При возникновении потока индукции скалярное состояние поля переходит в векторное, так как возникает зависимость от направления в пространстве. Любая материя может находиться в возмущенном и невозмущенном состоянии. Таким образом, скалярное поле - это поле, где нет возмущения. Когда же возникает напряженность, такое состояние представляет векторное поле, так как поток напряженности имеет направление в пространстве. "Скалярное состояние поля", если коротко - "скалярное поле", также "векторное состояние поля", коротко - "векторное поле".

«... у поля выявляются корпускулярные свойства, ...»

Физическая энциклопедия. ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ.

Все формы материи являются дискретными.

«... разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным.»

Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.337.

Потоки электрической индукции поля материальны, обладают энергией, массой и имеют дискретность (по сути представляют вещество). Движущиеся электрические потоки также обладают кинетической энергией - релятивистской массой, которая представляет магнитную энергию.

Вся энергия любого заряда находится в электрическом потоке, который измеряется в кулонах и представляет количество электричества. Таким образом, количество электричества - в виде заряда - представляет электрический поток. Движение электрического заряда - это движение электрического потока. Энергия любого количества электричества - это чисто энергия электрического потока. Частица, имеющая электрический заряд, - это частица, имеющая поток электрической индукции, измеряемый в кулонах. Поэтому можно считать, что электрически заряженная частица обладает не электрическим зарядом, а электрическим потоком, который чисто условно для удобства называется электрическим зарядом, при этом знаки (+) и (-) указывают направление потока относительно частицы.

«За положительное направление силовой линии условились считать направление самого вектора E.»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.11.

Но не всегда направление потоков можно указать в виде знаков заряда (знаков направления потока). Например, если электрический поток - вихревой с замкнутыми силовыми линиями, то, хотя он также измеряется в кулонах, но его направление можно изобразить только графически, так как он замкнут - у него нет начала и конца, где можно было бы с помощью знаков (+) и (-) условно указать его направление. Аналогичная ситуация с магнитными полюсами - они также являются условностью и не всегда направление магнитного потока можно указать в виде магнитных полюсов, например, если магнитный поток круговой, то его направление можно изобразить только графически. Поэтому ошибочно считать, что у магнитного поля всегда есть полюса, а у электрического - знаки зарядов. Так как электрические заряды - это просто знаки (+) и (-), введенные для указания направления потока, соответственно, эти знаки, условно называемые зарядами, не имеют ни энергии, ни массы, так как вся электрическая энергия (масса) находится в электрических потоках, которые представляют материальную суть заряда (это также относится и к магнитным полюсам).

«Неотъемлемой характеристикой материи является энергия.»

Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.258.

Плотность энергии электрического потока вокруг заряженной частицы w = q²/32e₀p²r⁴, где e₀ - электрическая постоянная. Т.е. под электрическим зарядом всегда подразумевается материальный электрический поток. Например, частица, обладающая зарядом, - это частица, обладающая электрическим потоком (полем), а знак заряда - это просто указатель направления потока. Также суперпозиция полей - это суперпозиция потоков. Там, где нет электрических потоков, там нет электрических зарядов, так как знаки зарядов - это всего лишь указатели направления потока. Таким образом, получается, например, такая терминология: электрон имеет отрицательный электрический поток величиной в один квант потока (заряда) 1.602·10^-19 Кл. Все, что измеряется в кулонах, связано с электрическими потоками и имеет дискретность. Квант электрического потока - элементарный электрический заряд. Вся энергия электрических зарядов и полей - это чисто энергия электрических потоков (плотность энергии электрического потока w = D²/2e₀), т.е. там, где в пространстве имеется электрический поток, - там есть энергия. Таким образом, электрические потоки - это материальные образования, обладающие энергией и массой. Электрические потоки, представляя материальные образования, могут существовать как совместно с заряженными частицами, так и самостоятельно, независимо от частиц, в виде вихревых электрических полей. Вихревые электрические поля - это вихревые потоки электрического смещения поля, которые, представляя количество электричества, измеряются в кулонах. Квантом электрического потока является квант количества электричества (квант заряда), что наблюдается как дискретность вихревого электрического поля излучения. Таким образом, величина дискретности потока вихревого электрического поля - квант электрического заряда, т.е. вихревое электрическое поле является квантовым (дискретным, корпускулярным) - согласно современным представлениям, все поля имеют квантовую природу.

«... элементарный заряд играет роль кванта, ...»

Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1999. Т.3. С.7.

Электрическое поле представляет поток электрического смещения, измеряемый в кулонах. Элементарный заряд играет роль кванта электрического поля. Т.е. дискретность электрических потоков - это один из важнейших законов электродинамики, который необходимо учитывать при рассмотрении полевых процессов. Закон можно сформулировать так: не существует электрических полей (потоков), у которых величина электрического потока меньше, чем квант заряда, независимо от того, потенциальное поле или вихревое. Таким образом, природу дискретности электрических зарядов можно объяснить дискретностью электрических потоков.

Электрические поля (потоки) - это один из видов материи и они могут существовать как совместно с частицами, представляя заряды, так и самостоятельно, независимо от частиц, в виде вихревых полей - вихревых потоков электрической индукции. Вихревые электрические потоки (поля) измеряются в кулонах и представляют количество электричества, которое не связано с частицами вещества.

«Электрическое поле может быть как потенциальным, так и вихревым, ...»

Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.251.

Надо заметить, что в пространстве средняя плотность потенциальных электрических потоков во много раз меньше, чем вихревых, например, электромагнитные волны - это вихревые поля (потоки). Получается, электрические поля (потоки), в основном, - это самостоятельно существующие материальные образования и только в относительно редких случаях они находятся вместе с частицами, представляя электрические заряды.

«Вселенная еще заполнена и квантами света - фотонами, число которых около 500 в каждом кубическом сантиметре Вселенной, в миллиарды раз больше, чем протонов. Мир заполнен светом!»

Наука и жизнь. 2000. 2. С.26.

«... свет есть частный случай электромагнитных волн. От всех остальных электромагнитных волн свет отличается только количественно - длиной волны.»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.18.

Таким образом, электрические поля и частицы могут быть как вместе, так и по отдельности. При этом не может быть электрического заряда без электрического потока. Электрический же поток может существовать без заряда. Т.е. электрический заряд представляет электрическое поле, связанное с частицей, такое поле (поток) называется электростатическим (потенциальным). Свободные электрические поля (потоки), не связанные с частицами, называют вихревыми (непотенциальными).

«Вихревое электрическое поле отличается от электростатического поля тем, что оно не связано с электрическими зарядами, ...»

Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.189.

Точнее, вихревые электрические потоки отличаются от электростатических потоков тем, что они не связаны с частицами вещества, так как электрические заряды - это электрические потоки, связанные с частицами. Зарядов без частиц не бывает, так как это уже будут свободные электрические потоки, которые не называются зарядами. Можно сказать, что заряды в свободном состоянии представляют вихревые электрические потоки, которые также измеряются в кулонах. Так как потенциальные электрические потоки отличаются от вихревых тем, что они всегда связаны с частицами, то их свойства, соответственно, также имеют определенные отличия, поэтому электрические потоки, связанные с частицами, называют зарядами, хотя можно обойтись и без термина "заряд", заменив его термином "поток". Например, с точки зрения электродинамики выражение "частица имеет электрический заряд" означает то же самое, что "частица имеет электрический поток" - все измеряется в кулонах. Таким образом, электрический заряд частицы - это поток количества электричества, где знаками (+) и (-) указывается направление потока относительно частицы. Аналогично, полюса магнита - также всего лишь указатели направления полевого потока. По сути магнитные полюса, вместо исторически сложившегося названия "северный" и "южный", можно называть "положительный" и "отрицательный" в зависимости от направления потока. Магнитные поля (потоки), так же как и электрические, могут быть либо связаны с вещественной материей, либо свободны от нее.

К сожалению, иногда еще приходится сталкиваться с идеалистическими предрассудками, когда электрические поля (потоки) обязательно связывают с заряженными частицами, т.е. как бы забывают про теорию близкодействия и материальность полей. Также до сих пор еще встречается заблуждение, что только электрические потоки, связанные с частицами, являются дискретными, а свободные от частиц электрические поля, представляющие вихревые потоки количества электричества, дискретности не имеют. Т.е. как бы забывают про современные квантовые представления, согласно которым все поля имеют квантовую природу. Квантовыми свойствами обладает любая форма материи - как вещественная, так и полевая.

Вихревое электрическое поле обладает энергией (массой), так же как и потенциальное электрическое поле, даже если оно чисто вихревое. Электрические поля, как статические (потенциальные), так и вихревые (непотенциальные), представляют потоки электрического смещения поля, измеряемые в кулонах и обладающие энергией. Электрический ток и электромагнитные волны - это движущиеся потоки электрического смещения поля. Например, движение зарядов - это движение электрических потоков, также излучение электромагнитных волн - это излучение электрических потоков. Движущиеся электрические потоки проявляются как магнитные потоки - релятивистский эффект (эффект движения) B = m₀[vD], где m₀ - магнитная постоянная, v - скорость, т.е. движущийся электрический поток для покоящегося наблюдателя представляет магнитный поток, поэтому магнитные потоки также являются квантовыми (дискретными), как и электрические. Согласно квантовым представлениям, все поля (полевые потоки) - квантовые. Квантом электрического поля является квант электрического потока (заряда), квантом магнитного поля является квант магнитного потока, соответственно, квантом электромагнитного поля излучения является квант электромагнитного потока. Электромагнитная волна состоит из индукционно связанных потоков - электрического и магнитного, что представляет электромагнитный поток (электромагнитное возмущение), его размерность Кл·Вб. Величина кванта электромагнитного потока:

h = 2eФ₀= 6.626·10^-34 Кл·Вб,

где e - квант электрического потока (заряда) 1.602·10^-19 Кл, Ф₀ - квант магнитного потока 2.068·10^-15 Вб. Энергия электромагнитного кванта:

W = 2eФ₀v,

где v - частота, или:

W = 2eФ₀/T,

где T - период кванта электромагнитного возмущения, т.е., чем больше плотность кванта (меньше период), тем больше его энергия. Объемная плотность энергии электромагнитного потока в вакууме w = cDB (w = EH/c), где D - плотность потока электрической индукции Кл/м², B - плотность потока магнитной индукции Вб/м² (сокращенно - электрическая и магнитная индукция или плотность электрического и магнитного потоков), c - скорость света. Т.е. объемная плотность энергии электромагнитного потока равна произведению плотности электрического потока на плотность магнитного потока и на скорость их распространения. Таким образом, чем меньше длина волны (меньше период), тем больше энергия кванта электромагнитного потока (фотона), так как увеличивается плотность потоков индукции. Например, длина волны уменьшилась в два раза, соответственно, плотность электрического и магнитного потоков возросла в четыре раза, следовательно, плотность энергии электромагнитного потока (w = cDB) возросла в шестнадцать раз, но эффективный объем электромагнитного возмущения уменьшился в восемь раз, отсюда - энергия кванта электромагнитного потока возросла в два раза, т.е. энергия растет обратно пропорционально длине волны, что соответствует экспериментальным данным.

«... плотность энергии электромагнитного поля складывается из плотностей энергии электрического и магнитного полей.»

Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.258.