ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ В КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ. ФИЗИЧЕСКАЯ АКУСТИКА ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМА-ЭФИРА

Полный текст - http://osh9.narod.ru/gl/cl/vo.htm 

Волновые процессы в физическом вакууме-эфире. Как легче всего и лучше понять физический вакуум-эфир. Физическая акустика физического вакуума-эфира.

    В современной физике физический вакуум рассматривается как реальная материальная среда, наделенная определенными физическими свойствами, которые могут проявляться в эксперименте. Так, например, лэмбовский сдвиг уровней в атомах происходит за счет взаимодействия электрона с нулевыми колебаниями свободного электромагнитного поля, т.е. с электромагнитным вакуумом [6].

   Взаимодействие с колебаниями вакуума приводит к тому, что электрон в атоме начинает “дрожать” на своей орбите. В результате он как бы размазывается в пространстве, и вследствие этого изменяется его кулоновское взаимодействие с ядром. Притяжение к ядру ослабевает, и уровни энергии стационарных состояний повышаются. В этом взаимодействии представление о физическом вакууме практически ничем не отличаются от классического представления об эфире как о реальной материальной среде с происходящими в ней внутренними колебаниями и другими процессами.

   В современной физике наряду с электромагнитным вакуумом, т.е. нулевыми колебаниями поля, рассматривают электрон-позитронный вакуум. Это может означать, что в физическом вакууме-эфире предполагается присутствие электрон-позитронных пар, находящихся в некотором связанном состоянии. Физический вакуум-эфир обуславливает силовое взаимодействие между частицами. При этом электромагнитное взаимодействие рассматривается несколько абстрактно, а именно: один электрон испускает “псевдофотон”, а другой его поглощает. Электрическое поле рассматривается как возбужденное состояние электромагнитного вакуума. Однако такой упрощенной моделью удается объяснить далеко не все явления в электродинамике.

   С другой стороны, физический вакуум рассматривается как своеобразный резервуар, откуда “извлекаются” реальные частицы при их порождении и куда они “переходят” в результате аннигиляции (или рекомбинации). Иными словами, физический вакуум-эфир можно рассматривать как строительный материал для формирования, т.е. синтеза более сложных частиц из частей более простых.

   Считается общепризнанным, что в электрическом поле вблизи частиц физический вакуум заметно поляризуется, как и любой диэлектрик, а именно, происходит некоторое смещение электронов и позитронов, находящихся в вакууме, от своих равновесных положений. Точно также проявлял бы себя и обычный классический эфир. Реально поляризоваться может материальная среда, содержащая в себе не виртуальные частицы, исчезающие по неведомому закону, а реальные электроны и позитроны, находящиеся в эфире в связанном состоянии.

   При вычислении лэмбовского сдвига энергетических уровней в атомах производится усреднение электрического потенциала по области дрожания электрона, т.е. точно так же, как это происходит в обычной классической статистической физике.

   Очень многие положения в современной теории поля или в квантовой электродинамике постулируются на основе особых квантовых представлений. Однако это не является обязательным условием для вычислений, поскольку те же самые результаты могут быть получены и в классической электродинамике с учетом статистического, т.е. случайного характера взаимодействий между частицами.

   Описание взаимодействия электронов с физическим вакуумом (эфиром) следовало бы начать с предпосылок самого общего характера. Известно, что различного рода частицы (или локальные неоднородности), находящиеся в некоторой непрерывной среде, рассеивают падающие на них волны любого типа. Если расстояние, с котopoгo приходит волна, значительно больше характерных размеров частицы, то падающую волну с достаточной степенью точности можно считать плоской, а волну, рассеянную частицей, на значительном удалении от последней - сферической. Для данного процесса не являются особо существенными ни природа волн, ни природа частицы, важно лишь наличие между ними сколько-нибудь заметного взаимодействия, что в конечном итоге может характеризоваться величиной эффективного сечения рассеяния  s частицей энергии волн определенного типа.

   Под волной в некоторой материальной среде следует понимать любое изменение физической величины u (возмущение), распространяющееся в пространстве с течением времени с определенной скоростью v, характерной для данной среды. Скорость распространения возмущения (скорость волны) определяется внутренними упругими и инерционными свойствами данной среды и при малых возмущениях является постоянной величиной. Для величин, характеризующих состояние среды при волновых процессах (например, плотность, смещение частиц, давление и т.п.), справедливо волновое уравнение

 D u = 1/v ² ¶ ²u /¶ t ². (11.1)

В частности, выражение вида

u = f (t – r n /v) (11.2)

называют уравнением плоских волн. В уравнении (11.2) u - любая величина, характеризующая состояние среды, r - радиус-вектор точки пространства, в которой рассматривается изменение той или иной величины, n - единичный вектор, совпадающий с направлением распространения плоской волны.

    Теперь уточним некоторую терминологию, а также определимся с  основными понятиями из механики сплошной среды [7]. Пусть в среде выделен элементарный объем DV, обладающий некоторой кинетической энергией, DW_k = r/2(¶ u /¶ t) ² DV, (r DV - масса объема,       ¶ u /¶ t - его скорость), а также потенциальной энергией упругой деформации   DW_p, тогда выражение

 w= DW/DV = (DW_k + DW_p) DV (11.3)

дает плотность энергии в каждый момент времени в разных точках пространства, Например, для плоской синусоидальной (или гармонической) волны, описываемой уравнением

  u(r,t) = a cos(w t – k r + a) ,                  (11.4)

где a -амплитуда волны, a - начальная фаза, w - угловая частота, k = kn - волновой вектор, имеющий направление нормали к волновой поверхности и равный по модулю волновому числу  k = 2p /l  (l - длина волны), имеем [7]:

                  w = r a² w ²sin² (w t – kr +a ) ,             (11.5)

 где учтено, что для гармонических колебаний DW_k = DW_p . Соответственно среднее по времени значение плотности энергии в каждой точке среды

<w> = r a ² w ²/2. (11.6)

   Таким образом, среда, в которой распространяются волны, обладает некоторой дополнительной энергией, доставляемой от источника волн в различные точки среды самой волной. Количество энергии, переносимое волной через некоторую поверхность в единицу времени, называют потоком энергии через эту поверхность. Ф = dW/dt - скалярная величина, имеющая размерность мощности. Для характеристики потока энергии в разных точках пространства вводится векторная величина, называемая плотностью потока энергии. Если через площадку DS_^, перпендикулярную к направлению распространения волн, переносится за время   Dt   энергия   DW,  тогда модуль плотности потока энергии равен

 J = DФ/DS_^ = DW/DS_^ Dt , (11.7)

   Если рассматривать ориентированную площадку dS = n dS_^, то последнее соотношение лучше переписать в виде

 dФ = J dS, (11.8)

где  J - вектор Умова, который может быть выражен через плотность энергии и скорость волн [8], J = wv. Когда говорят об интенсивности волны в данной точке, то имеют в виду среднее по времени значение плотности потока энергии, переносимой волной

 <J> = <w>v.        (11.9)

   Другими словами, под интенсивностью волны понимается средняя энергия, переносимая волной за секунду (или мощность) через волновую поверхность площадью 1 м². В частности, интенсивность звуковых волн имеет специальное название – сила звука.

   Поскольку в дальнейшем рассматриваются волновые процессы в эфире, характеризуемые скоростью распространения света с, то удобно сразу перейти от обозначения   v к стандартному   с.

    Для одномерного случая (плоская волна) волновое уравнение можно записать в общем виде

с² u_xx =u_tt. (11.10)

   Решение такого уравнения записывается в виде линейной комбинации двух произвольных функций Ф и  F, определяемых из начальных условий,

  u(x,t)  =  Ф(x - ct)  +  F(x + ct).          (11.11)

    Функция Ф(x - ct) называется прямой бегущей волной, а функция F(x +ct) - обратной бегущей волной. Данное естественное толкование непосредственно следует из физической интерпретации решений.

   Итак, пусть на частицу падают произвольные по форме однонаправленные волны, которым присуща интенсивность 

 <J> = <w>c. (11.12)

    Падающие с некоторого направления на частицу волны теряют при рассеянии поток энергии

        <J>s = c <w> s , (11.13)

где  s - полное эффективное сечение рассеяния волн. Рассеиваясь на частице, волны сообщают ей некоторый импульс  p, т.е. оказывают на нее давление со средней силой  <F> (т.к. выбор направления при этом не играет решающей роли, можно говорить о скалярных величинах)

 <dp/dt> = <F> = <J>s/c = <w>s.                        (11.14)

   Отметим, что соотношение (11.14), в силу законов сохранения импульса и энергии, выполняется универсально для волн любого типа,  т.е. и в акустике, и в электродинамике [9,10].

 КАК ЛЕГЧЕ ВСЕГО И ЛУЧШЕ ПОНЯТЬ ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ-ЭФИР

    К изучению физического вакуума-эфира можно подходить с различных сторон. При первом знакомстве с эфиром каждому физику приходится преодолевать серьезный психологический барьер, поскольку нашими органами чувств вакуум-эфир воспринимается как абсолютная пустота.

   Однако каждый из нас неоднократно откуда-нибудь падал вниз, каждый ощущает на себе силу тяжести – результат действия гравитации.

   А раз всегда имеется силовое поле, значит это – уже не пустота, и вообще, абсолютной пустоты, очевидно, в природе просто не существует. При этом к гравитации еще добавляются и хорошо знакомые нам электромагнитные поля. Таким образом, прощай пустота, и здравствуй ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ-ЭФИР.

   С точки зрения электромагнитных свойств, т.е. взаимодействия вакуума-эфира с электронами, достаточно хорошую информацию дает учебник МГУ – Соколов, Тернов, Жуковский – Квантовая механика, с. 338 – под заголовками ЛЭМБОВСКИЙ СДВИГ УРОВНЕЙ – Электромагнитный вакуум.

   Идея здесь сводится к тому, что благодаря наличию реальных «нулевых» (квазиупругих) колебаний вакуума осуществляется реальная и достаточно сильная тряска электронов. В результате такой тряски смещаются электронные орбиты и уровни энергии в атомах (сдвиг Лэмба).

   Смещение энергетических уровней в водородоподобных атомах достаточно легко регистрируется самыми обычными спектральными приборами со средним разрешением. Поэтому здесь можно вести речь о самых реальных событиях, а не о каких-то виртуальных процессах, как это принято рассматривать в КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ. В квантовой механике, вообще, физический вакуум рассматривается несколько абстрактно – на основе никому не ведомых виртуальных процессов.

   Гораздо лучше с этой задачей справляется КЛАССИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. Рассматривая «нулевые» колебания вакуума как некоторые квазиупругие (акустические) колебания в сплошной среде, можно прийти к весьма интересным результатам.

   Как и любая другая неоднородность в сплошной среде, коей является ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ, электроны рассеивают эти «нулевые» квазиупругие колебания, образуя вокруг себя сферические расходящиеся продольные волны.

   В отличие от случайных, хаотических волн вакуума, которые являются совершено бесполезными для прямого использования в энергетике, рассеянные электронами сферические расходящиеся волны являются направленными. Другими словами, эти волны направленно переносят энергию. Эти сферические продольные волны могут оказывать волновое давление на другие электроны, а, следовательно, может быть совершена полезная работа над другими частицами.

   Эти расходящиеся сферические квазиупругие волны вокруг электронов и предстают для обычных физиков и инженеров как хорошо известное кулоновское или электрическое поле. При этом знак фазы рассеянных волн будет определять и знак кулоновского поля.

  ФИЗИЧЕСКАЯ АКУСТИКА ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМА

      Понять физический вакуум-эфир с позиций физической акустики не представляет особой сложности. Но именно эта модель (упругой сверхтекучей жидкости) привлекает особое внимание, поскольку она начинается с простых упругих колебаний эфира - так называемых "нулевых" колебаний физического вакуума.

     А в дальнейшем происходит прямой выход в классическую электродинамику Максвелла-Лоренца. Проследить весь этот путь опять же не представляет особого труда. Кто же не знаком у нас с акустикой!     Рассмотрение акустики физического вакуума-эфира, начиная с "нулевых" колебаний дает практически полное представление обо всех явлениях, происходящих в природе. Постепенно Вы сможете вполне сами убедиться в этом.

     В настоящее время хорошо известно, что физический вакуум совершает так называемые "нулевые" колебания. Реальность этих колебаний подтверждается "тряской" электронов в атомах. Дрожание электронов приводит к размытию атомных орбит, к смещению этих орбит по отношению к ядрам, и в результате этого смещаются энергетические уровни в атомах (сдвиг Лэмба).

     С акустикой знакомы почти все. Осталось лишь немножко углубить свои познания в этой области. Раньше под звуком понимали только то, что воспринимается ушами. Теперь акустика в физике захватила очень широкий диапазон частот и практически все упругие среды. Согласно Ландау (в томе 6 - Акустика) это - упругие процессы в различных средах.

     Проблема акустического эфира неоднократно поднималась в физике и раньше. Но потом все затмили собой квантовая механика и теории относительности, уводя физику несколько в сторону от реальности.

   Учитывая тот факт, что впервые все уравнения КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ были выведены на основе рассмотрения квазиупругих (акустических) процессов в физическом вакууме-эфире, можно прийти к мысли о том, что КЛАССИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА и АКУСТИКА ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМА-ЭФИРА есть идентичные представления о силовых полях.

     Теперь, наконец, выяснилось, что совсем не обязательно иметь кристаллический эфир для реализации в нем поперечных упругих волн. Для этого вполне достаточно иметь эфир в виде сверхтекучей жидкости.

Поперечность силовой волны просто означает перпендикулярное воздействие силы.

   В продольной электрической волне сила действует в том же направлении, куда движется и волна. Все векторы и скаляры в уравнениях Максвелла-Лоренца являются волнами, поскольку удовлетворяют волновому уравнению. Сюда же относятся и продольные электрические волны, которые прекрасно наблюдаются в электрическом проводе.

   Авторитеты всего мира на протяжении многих десятилетий не смогли догадаться, как обычные продольные упругие волны физического вакуума-эфира превращаются в поперечные (для нас электромагнитные) волны, посредством самой обычной геометрической  поперечной модуляции первичных продольных волн.

   В классической электродинамике это можно увидеть достаточно легко, если гонять электроны "поперек" направления распространения волн. При этом в дальней (волновой) зоне выделяется поперечная составляющая от продольной электрической волны. Такой эффект можно реализовать и в газе, и в жидкости на обычных акустических волнах.

     Вакуумные упругие волны это для нас - электромагнитные продольные и поперечные волны. Можно сделать некоторые замечания по поводу уравнения продольной электрической волны. Электрический вектор Е - в любом месте пространства является векторной силовой волной. Эта волна может быть как продольной, так и поперечной во всех уравнениях электродинамики. Ведь поперечные электромагнитные волны мы сами выделяем в дальней волновой зоне диполя, когда волна может уйти на бесконечность.

   Поперечные модулированные волны в газе или жидкости можно достаточно легко создать, если заставить колебаться камертон или какой-либо другой достаточно мощный излучатель первичных продольных волн вдоль вертикальной оси. Примерно то же самое делает в вакууме и колеблющийся электрон.

 БОЛЬШИМ ТЕОРЕТИКАМ НЕ ХВАТИЛО ЛИШЬ СМЕКАЛКИ.

   Оказывается, поперечные силовые волны можно легко создать в любых средах за счет поперечной (геометрической) модуляции первичных продольных волн. Это очень легко реализуется в обычной акустике.
Таким образом, на роль эфира вполне подходит сверхтекучая жидкость с очень большой упругостью.

   ОЧЕНЬ ВЫСОКУЮ УПРУГОСТЬ эфиру (или по-современному - физическому вакууму) могут придать электрон-позитронные пары, находящиеся в связанном состоянии в составе эфира. Это - почти по Дираку, только более конкретно и ясно без туманных намеков.

   Плохо понимая волновые процессы в вакууме, а также характер движения частиц, большинство корифеев физики начинают амплитуды электромагнитных волн сопоставлять с какими-то перемещениями  или статическими напряжениями в эфире (к примеру, у Фейнмана).

   Все забыли совершенно о том, что электромагнитные волны выражают исключительно силовые воздействия на частицы, т.е. просто силы, а это самая обычная механика, которую и пытался выявить Максвелл.