Ошибка Максвелла

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7444
Advertisement

ОШИБКА МАКСВЕЛЛА

 

 

 

 

© Виктор Кулигин

Контакт с автором: victor_kuligin@mail.ru

Аннотация.

Максвелл, сформулировал уравнения электродинамики, не согласуя их с механикой.

В результате ошибки он "предсказал" электромагнитные волны, но угробил механику Ньютона и его теорию тяготения.

________________________________________________________________

Введение

Развитие науки никогда не обходится без ошибок. Обычно ошибки быстро исправляются. В иных случаях ошибка может остаться “не замеченной”. Она порождают веер последующих частных (вторичных) ошибок. Постепенно к исходной ошибке привыкают, и она превращается в предрассудок (догму). Происходит “цепная реакция”, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Развитие ошибок в науке

“Кризис физики”, который относят к рубежу XIXXX веков, возник гораздо раньше. Он появился из-за нескольких исходных ошибок. За полтораста лет неисправленные ошибки превратились в предрассудки. Это нашло отражение в современной науке. Частные ошибки вызывают недовольство у многих исследователей и критику.

Читая общие курсы и спецкурсы, мы постоянно сталкивались с “нестыковками” в теориях. Желание дать студентам четкое, непротиворечивое изложение материала привело к необходимости анализа проблем физики. Постепенно у нас сложилась картина “размножения” ошибок, представленная на рис.1.

В физике несколько “исходных” (начальных) ошибок. Здесь мы покажем одну “гениальную ошибку”, допущенную Максвеллом. Эта ошибка “предсказала” существование электромагнитных волн, но “выбросила” из физики “мгновенное действие на расстоянии”. Мгновенное действие составляло фундамент ньютоновской механики, фундамент теории тяготения. Теория тяготения и механика имели солидное экспериментальное подтверждение и почти двухсотлетнее практическое применение. Устранение мгновенного действия породило последующие ошибки.

Если отследить эту цепочку, то получим:

Первая ошибка. Отождествление полей зарядов и электромагнитных волн. Запрет на мгновенные действия на расстоянии. Некорректное описание явлений электродинамики.

Вторая ошибка (следствие). Неверное философское истолкование причинности и взаимодействия. Появление ошибочного (бессодержательного) понятия “скорость распространения взаимодействий”.

Третья ошибка. Неправильное объяснение сущности преобразования Лоренца и т.д.

 

  1. Путь к системе уравнений

Мы не будем пересказывать историю о том, как Максвелл сформулировал уравнения электродинамики, а процитируем материал из работы [1]. Вот что пишет автор:

Вчитываясь в страницы “Экспериментальных исследований”, Максвелл увидел, что упреки “в нематематичности воззрений” Фарадея были несправедливыми.

“Когда я стал углубляться в изучение работ Фарадея, – писал Максвелл, – я заметил, что метод его понимания тоже математичен, хотя и не представлен в условной форме математических символов. Я также нашел, что метод может быть выражен в обычной математической форме и таким образом может быть сопоставлен с методами признанных математиков”…..

….. Итак, и Ампер, и Фарадей считали, что каждый электрический ток окружен магнитным полем. Максвелл решает записать этот тезис в форме уравнения

(1.1)

Здесь H – вектор напряженности магнитного поля;
jвектор плотности электрического тока, в который Максвелл включает и никем пока не наблюдавшийся “ток смещения;
cнекоторая постоянная……”

Мы можем записать уравнение (1.1) в системе СИ

Цитируем дальше [1]:

“…… Другой, сразу завоевавшей признание Максвелла идеей стало представление Фарадея о природе электромагнитной индукции – то есть возникновение электричества в контуре, число магнитных силовых линий в котором изменяется то ли вследствие относительного движения контура и магнита, то ли вследствие изменения магнитного поля. Эта зависимость также вполне укладывалась во внешне формальные математические операции. После многолетних трудов Максвелл записал строку:

Здесь Eвектор электрического поля; изменение магнитного поля во времени;
снекоторая постоянная величина…..

……. Максвелл добавляет к двум имеющимся уравнениям еще два:

divD = 4πρ, где ρ – плотность электрических зарядов; divB = 0.

Физический смысл уравнений прозрачен. Силовые линии электрического поля кончаются на зарядах, плотность которых ρ. Силовые линии магнитного поля не кончаются нигде – они замкнуты сами на себя.

Вот какая система уравнений появилась в результате работ Максвелла:

(1.2)

Входящие в эти уравнения векторы электрической и магнитной индукции (D и B) и векторы напряженностей электрического и магнитного полей (E и H) связаны простыми соотношениями: D = εE и B = μH, где μ – магнитная проницаемость среды, ε – диэлектрическая постоянная среды.

Четыре строчки этих простых уравнений и составляют “уравнения Максвелла”, а система взглядов, которая легла в основу уравнений, получила название “максвелловой теории электромагнитного поля”.

Как мы увидим далее, весь “фокус” заключался в правильной записи тока смещения. Об этом в следующем параграфе. Мы будем использовать систему СИ. Запишем в этой системе уравнения Максвелла (1.2).

(1.3)

Литература:

[1] В. Карцев. Приключения великих уравнений. М.: Знание, 1986.

     

2. Фарадей, Максвелл и аналитическая механика

Я начну с анекдота про физиков-теоретиков. Один физик-теоретик перебрался, наконец, из общежития в квартиру. На новоселье он пригласил двух друзей тоже физиков-теоретиков. Пришедшие друзья застали коллегу за странным занятием.

Тот стоял на стуле и, приставив гвоздь шляпкой к стене, бил по острию молотком. Гвоздь гнулся. Он его выбрасывал и брал новый. На вопрос удивленных коллег он ответил, что хочет забить гвоздь, чтобы повесить картину.

Первый физик-теоретик подобрал согнутый гвоздь и приставил его шляпкой к стене. “Конструкция гвоздя неверная.- заявил гость. - Шляпка имеет большую площадь. Из-за этого гвоздь плохо входит в стенку. Виноваты инженеры-конструкторы. Прошляпили!”.

Не-е-т!” – возразил другой коллега. Он взял свежий гвоздь, прижал его шляпкой к стене и затем понес гвоздь перпендикулярно стене в сторону. Гвоздь острием воткнулся в противоположную стенку. “Вот видите! – воскликнул он. – Этот гвоздь вот от этой стены! Я сразу это понял!”.

Я привел этот анекдот, чтобы проиллюстрировать следующий факт. Физики иногда “варятся в собственном соку”, забывая о том, что многие вопросы уже решены аналитически и проверены экспериментально в смежных областях.

Классическая механика и ее раздел - аналитическая механика - является фактически разделом математики и развивалась трудами математиков и физиков: Пуассона, Лагранжа, Лапласа, Грина, Остроградского, Гамильтона, Гаусса, Неймана, Гельмгольца, Кирхгофа, и других. К моменту формулировки Максвеллом своих уравнений основы аналитической механики были уже достаточно хорошо развиты. Почему Максвелл не воспользовался ее результатами? Этого никто не узнает.

Попробуем устранить этот недостаток.

Чтобы не возникало недоразумений, мы обязаны выполнить рутинную часть. Прежде всего, отметим аналогию между квазистатическими явлениями электродинамики и ньютоновской теорией тяготения. Поэтому, говоря о квазистатических явлениях электродинамики, можно провести прямую и глубокую аналогию с теорией тяготения, поскольку потенциалы этих полей описываются уравнением Пуассона.

Покоящееся заряженное тело создает вокруг себя электростатическое поле (пропорциональное заряду), которое обладает энергетическими и силовыми свойствами. Это есть образная физическая модель (как отражение фрагмента реальности), позволяющая нам дать умозрительное представление (на основе аналогии) и нарисовать картину физических явлений и процессов взаимодействия.

Потенциал поля это энергетическая характеристика поля покоящегося заряда в некоторой точке пространства. Он численно равен работе, которую мы должны совершить, чтобы переместить пробный (единичный, положительный, точечный) заряд из бесконечности в данную точку пространства. В этом определении важны все детали.

Напряженность электрического поля неподвижного заряда в некоторой точке пространства есть силовая характеристика поля. Она численно равна силе, которая будет действовать на пробный (единичный, положительный, точечный) заряд, покоящийся в данной точке пространства в системе отсчета наблюдателя. Выделенное курсивом, как будет показано, весьма важный момент. Отсутствие слова “покоящийся” привело к противоречиям и позволило релятивистам сделать вывод о неспособности классических теорий объяснить магнитные явления и об “ошибочности” классических представлений.

В физике имеет место закон сохранения заряда. Точечный заряд не “расползается” в пространстве, поэтому , где v есть скорость точечного заряда. Помимо этого, если точечный заряд вращается вокруг своей оси, вокруг него не возникает движения скалярного потенциала и, соответственно, магнитного поля.

При движении заряда поле движется только поступательно. При поступательном движении некоторого потенциала, окружающего заряд, (или же тела) все точки потенциала (тела) имеют один и тот же вектор скорости. Потенциал заряда не совершает вращательного движения относительно своего центра масс.

Теперь, закончив формальную сторону, мы можем насладиться математикой.

Свойства непрерывных полей.

Рассматривая условно потенциал как некую “среду” мы можем использовать результаты механики сплошных сред [1].

Первое, что мы можем использовать – уравнение непрерывности скалярного потенциала

Это известное уравнение. Мы можем ввести векторный потенциал А. Пусть , тогда мы можем записать новую форму уравнения непрерывности . Для точечного заряда все точки потенциала имеют всегда одну и ту же скорость.

Второе – мы можем использовать уравнение сохраняемости векторных трубок и их интенсивности. Для некоторого произвольного вектора а это уравнение имеет вид:

Если мы заменим a векторным потенциалом , то можем записать:

.

Окончательная форма полученного уравнения имеет вид:

; где: .

Третье. При движении скалярного потенциала поля заряда относительно неподвижного наблюдателя наблюдатель обнаружит “добавку” к напряженности поля. Эта добавка есть сторонняя ЭДС и, соответствующая ей, напряженность стороннего поля . Сторонней она является потому, что она не может быть заменена градиентом потенциала электростатического поля, т.е. она не имеет электростатического происхождения. Сторонняя ЭДС есть результат движения поля скалярного потенциала относительно покоящегося пробного заряда в системе отсчета наблюдателя.

Следовательно, можно записать еще одно тождество

В его справедливости можно убедиться, подставив соответствующие скалярный и векторный потенциалы. Итак, используя только математику, мы получили систему уравнений квазистатической электродинамики. Вот она:

(2.1)

(2.2)

и (2.3)

где:

Я полагаю, что вы сами сможете указать отличия системы уравнений (2.1) – (2.3) от уравнений Максвелла. Все же для сравнения уравнений (1.2) с уравнениями (2.1) – (2.3) сведем уравнения в Таблицу 1.

 

Таблица 1

 

    Уравнения Максвелла

    Квазистатические уравнения

     

Главное различие в первых уравнениях для ротора Н (первая строка в Таблице 1). В уравнении Максвелла в правой части присутствует частная производная от векторного потенциала А. В уравнении для квазистатики эта частная производная не входит в правую часть (отсутствует).

Казалось бы, что отличие небольшое, но это только “казалось бы”. На самом деле радикально изменился характер функциональной зависимости решений. Вместо потенциала, описывавшего мгновенное действие на расстоянии, возник запаздывающий потенциал!

Нет оснований считать, что запаздывающие потенциалы появились закономерно. Ампер, Фарадей и другие ученые могли экспериментально изучать только квазистатические, а не волновые явления. Только много позже Герц, зная об уравнениях Максвелла, дал качественное экспериментальное подтверждение существования таких волн.

Максвелл сделал “фатальную” ошибку, записав некорректно ток смещения. Но это была “гениальная ошибка”. Она открыла дорогу новым научно-техническим направлениям и, прежде всего, радиотехнике, радиолокации и т.д. Это был громадный шаг вперед.

Вместе с тем, эта ошибка нанесла удар по материалистическому мировоззрению. Ученые абсолютизировали волновые процессы, сделав мгновенное действие на расстоянии изгоем, предметом для критицизма и насмешек. Это повлекло не менее негативные следствия для науки. Так родился в физике предрассудок или догма.

 

Литература:

[1] Н.Е. Кочин Векторное исчисление и начала тензорного исчисления, Наука, М. 1963

3. Поля зарядов и поля электромагнитных волн

Давайте сравним некоторые свойства полей зарядов и свойства полей электромагнитных волн. Для этого основные свойства сведем в Таблицу 2.

 

Таблица 2

     

    Квазистатические поля заряда

    Волновые поля

     

    1

    Поля Е и Н заряда всегда “привязаны” к заряду и не могут существовать без заряда.

    После излучения волна распространяется и уже не зависит от источника излучения

     

    2

    Магнитное поле заряда зависит от скорости перемещения заряда. Если заряд покоится, магнитное поле равно нулю.

    Магнитное поле волны всегда жестко связано с электрическим полем. Эти поля не могут существовать раздельно.

     

    3

    Электрическое поле заряда обладает инерциальными свойствами, т.е. имеется электромагнитная масса (масса покоя), импульс и кинетическая энергия. Электромагнитная масса обладает всеми свойствами обычной (механической) инерциальной массы

    Плотности энергии электромагнитной волны нельзя поставить в соответствие плотность инерциальной массы. Плотность массы покоя электромагнитной волны всегда равна нулю.

     

    4

    Скорость перемещения полей заряда всегда равна скорости движения заряда и может быть равна нулю.

    Скорость перемещения электромагнитной волны в свободном пространстве постоянна и всегда равна с.

     

    5

    Связь между электромагнитной массой, электромагнитным импульсом и кинетической энергией полей заряда описывается законом Умова и законом Ленца [1], [2], [3] и др.

    Связь между плотностью энергии и плотностью импульса электромагнитной волны определяется законом сохранения Пойнтинга [1], [2], [3] и др.

     

Уже приведенного достаточно, чтобы установить, что поля заряда и поля электромагнитных волн это принципиально различные поля, т.е. поля , имеющие различную физическую природу. Об этом свидетельствуют взаимоисключающие свойства полей. По этой причине поля должны описываться самостоятельными группами уравнений. Только деревянному “Буратино” это недоступно для понимания.

Литература:

[1] В. Кулигин. “Гимн математике или авгиевы конюшни теоретической физики”. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14175.html

[2] М.В. Корнева, В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина. “Ошибки, предрассудки и заблуждения в современной электродинамике”. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/12397.html

[3] Кулигин В.А., Корнева М.В., Кулигина Г.А. Анализ ошибок и заблуждений в современной электродинамике. [ISBN-13:978-3-659-32667-7; ISBN-10: 3659326674; EAN: 9783659326677]. LAP, Berlin. 2012.

     

4. Есть ли путь от уравнений Максвелла к уравнениям квазистатики?

Опираясь на результаты Таблицы 2, можно сказать, что перехода от волновых полей (запаздывающие потенциалы) к квазистатическим полям зарядов (мгновенное действие) в рамках уравнений Максвелла не существует. Проверим этот вывод.

В современных учебниках утверждается, что уравнения для описания квазистатических явлений можно легко получить, если устремить скорость света к бесконечности. Давайте проследим все подробно.

Исключая последовательно Е или Н из уравнений Максвелла, запишем отдельные уравнения для этих векторов.

К этим уравнениям мы для анализа должны добавить силу Лоренца, описывающую взаимодействие зарядов.

Теперь вспомним, как определяется скорость света в уравнениях: . Итак, чтобы обратить скорость света в бесконечность, мы должны либо устремить к нулю , либо устремить к нулю .

Испытаем оба варианта.

1) . Мы сразу же сталкиваемся с “неприятностью”:

2) . И здесь получаем несуразную систему уравнений:

Здесь ток смещения отсутствует, а взаимодействие зарядов сводится к электростатическому взаимодействию. Взаимодействие через магнитное поле “исчезает”.

Иными словами, в обоих случаях мы не получаем ни систему квазистатических уравнений (2.1) – (2.3), ни правильное описание взаимодействий. Это какие-то “огрызки” квазистатики. Предельный переход принципиально невозможен.

После опубликования работы [1] мы получили следующее письмо-отклик от доктора физ-мат наук. Его имя и электронный адрес я не привожу, поскольку подобные “опусы” являются скорее закономерностью, нежели случайностью. Планка образования в наше время сильно “провисла”. Итак, цитирую:

Сразу при начале чтения бросается в глаза: "Условие с-> OO неразрывно с
хотя бы одним из условий:
eps->0, mu->0 . Но в этом случае вся
квазистатическая электродинамика разрушается!". Утверждение явно неверное.
Статика - абстракция. Предполагает, что возбуждение со скоростью света уже
давно (бесконечно давно) распространилось. И не нужно стремить к нулю
проницаемости: достаточно устремить
d/dt->0, т.е. брать бесконечно
медленные процессы. И таких ляпов много. Если есть большая претензия,
нужно число ляпов минимизировать.”

Простим автору замечание о том, что “Статика - абстракция”. Я бы хотел посмотреть: как он опишет квазистатические поля диполя Герца? Будет ждать бесконечно долго, пока возбуждение со скоростью света не распространится?” А перл: “достаточно устремить d/dt -> 0, т.е. брать бесконечно медленные процессы”? Конечно, необходимо уточнить выражение: “устремление d/dt -> 0”. Следуя автору, видимо, следует устремлять к нулю “буковкуd, которая стоит в числителе! Действительно оппоненту следовало бы: “число ляпов минимизировать”.

Вот и проявляется образ нашего оппонента. Стоит величаво наш “Буратино”. Он выпячивает живот и для важности надувает щеки. Над головой нимб с надписью: “доктор ф.м.н.”, а в голове Торичеллева пустота и … пустой звон.


Литература:

[1] В. Кулигин. “Гимн математике или авгиевы конюшни теоретической физики”. www.sciteclibrary.ru/....html

Заключение

Подведем краткие итоги.
Максвелл, придавая математическую форму исследованиям Фарадея, Ампера, Кулона, не воспользовался результатами аналитической механики. Записанные им законы электродинамики содержали ошибку, а также случайный правильный результат: уравнения Максвелла “предсказали” существование электромагнитных волн.
Ошибка состояла в том, что описание явлений квазистатической электродинамики “выпало” из уравнений Максвелла. Ученые, работавшие тогда и позже, не провели полный анализ уравнений Максвелла. В результате было сделано несколько ошибочных обобщений. Во-первых, они отождествили поля заряда и электромагнитные волны. Во вторых, это отождествление “угробило” мгновенное действие на расстоянии, на котором основывалась механика Ньютона, теория тяготения, законы Фарадея, Кулона, Ампера и других. Классические теории стали рассматриваться как “анахронизм”.
Были нарушены основы материалистического мировоззрения. Появился “махизм”, “конвенционализм”. Содержание понятий “взаимодействие”, “причинность” и др. было искажено. Появились новые пустые, бессодержательные понятия такие, как например, “скорость распространения взаимодействий”, которые не имели научного основания.
Анализ показал, что многие проблемы, которые сейчас кажутся “не решаемыми” (объяснение сути преобразования Лоренца, например), т.е. несовместимыми с мгновенным действием на расстоянии, разрешаются без противоречий. Здесь мы не можем изложить все вторичные ошибки, варианты их исправления, и отсылаем интересующихся к библиографическим ссылкам.
Теперь исследователям нужно заново пойти путь от уравнений Максвелла к современным физическим теориям. Они могут воспользоваться нашими исследованиями, где дан анализ и предложены некоторые решения. А могут идти своим путем.
 

Итак, поля заряда и поля электромагнитных волн различны. Мгновенное действие на расстоянии отвечает физическим процессам.

Желаю успехов!

Рекомендуемая литература:

[1] В.А. Кулигин. “Гимн математике или авгиевы конюшни теоретической физики”. www.sciteclibrary.ru/....html

[2] М.В. Корнева, В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина. “Ошибки, предрассудки и заблуждения в современной электродинамике”. www.sciteclibrary.ru/....html

[3] В.А. Кулигин, М.В. Корнева, Г.А. Кулигина. Анализ ошибок и заблуждений в современной электродинамике. [ISBN-13:978-3-659-32667-7; ISBN-10: 3659326674; EAN: 9783659326677]. LAP, Berlin. 2012.

[4] В.А. Кулигин. “Практика – критерий истины” (саркастическое эссе). propaganda-journal.net/...
Дата публикации: 26 ноября 2014
Источник: SciTecLibrary.ru

Наши сайты:

n-t.ru/ac/iga/ kuligin.mylivepage.ru

Наши опубликованные работы можно также найти на сайте sciteclibrary.ru по авторскому каталогу (“Кулигин” и “Корнева”) и на других сайтах.