Всю физику можно описать механическим образом
Все физические явления, такие как электромагнетизм, термодинамика или квантовые эффекты, обнаруживаются и измеряются с помощью приборов, которые в конечном итоге преобразуют эти явления в механические взаимодействия. Например, электрический ток может быть зафиксирован по отклонению стрелки амперметра, а свет - по движению фотонов, воздействующих на детектор. Даже квантовые состояния регистрируются через макроскопические изменения в измерительных устройствах.
Если все наблюдаемые явления в конечном счёте сводятся к механическим взаимодействиям (движению, силам, деформациям), то все эти явления имеют единую основу, через которую и происходит взаимодействие. Напротив, если явление носит нематериальный характер, то даже если оно существует, мы его не можем никаким образом зафиксировать. А потому такое явление не влияет на материальный мир и не может являться предметом физики. Это не отрицает сложности и многообразия физических законов, но подчеркивает, что их проявления в наблюдаемом мире всегда выражаются через механические процессы. Таким образом, механика может рассматриваться как фундаментальная основа для описания физической реальности.
Пространство заполнено газоподобным эфиром
Из экспериментов с распадом атомов и частиц можно сделать вывод, что частицы микромира состоят из общего материала, который содержится в пустом, на первый взгляд, пространстве. Например, дефект масс при ядерных реакциях показывает, что вещество может превращаться в более тонкую форму материи и обратно. Это указывает на существование некой среды, из которой возникают частицы и в которую они могут преобразовываться.
Различные виды излучений, такие как свет или радиоволны, переносят энергию через вакуум. Однако энергия, как механическая характеристика, не может существовать без носителя. Это значит, что в вакууме должна быть среда, которая служит переносчиком энергии. Исторически эту среду называли эфиром.
Физические законы работают одинаково как на Земле, так и в далёких галактиках. Это говорит о том, что эфир равномерно заполняет всё пространство. При этом движение тел в вакууме не встречает заметного сопротивления, а скорость передачи взаимодействий (например, света) чрезвычайно высока. Такие свойства возможны только у среды с низкой плотностью, низкой вязкостью и высокой упругостью.
Из экспериментов также известно, что плотность ядер вещества очень велика. Это означает, что эфир должен уметь изменять свою плотность в широких пределах. При этом в космосе не наблюдается поверхностей, трещин или других свойств, характерных для жидкостей и твёрдых тел.
Только газоподобная среда может обладать всеми необходимыми свойствами:
- низкой плотностью,
- низкой вязкостью,
- высокой упругостью,
- способностью равномерно заполнять пространство,
- возможностью менять плотность в широких пределах,
- способностью реализовывать сложные взаимодействия через механизмы, подобные аэро- и гидродинамике.
Таким образом, можно сделать вывод, что пространство заполнено газоподобной субстанцией — эфиром, который служит основой для всех физических явлений.
Элементарные частицы - тороидальные вихри эфира или их комбинации
Существование плотных частиц микромира указывает на то, что материя должна быть локализована в малых объёмах. Достоверно установлено, что разнообразные излучения имеют поперечную составляющую. Константы различных силовых взаимодействий радикально различаются, что говорит о принципиально разных механизмах их реализации. Время жизни многих частиц весьма велико, из чего следует абсолютная или условная устойчивость образований в эфире. Заряженные частицы создают электромагнитные поля, что говорит о постоянном взаимодействии тел этих частиц с окружающей средой. При этом из долгого времени жизни таких частиц следует, что они не только рассеивают запасённую энергию в окружающую среду, но и поглощают энергию окружающей среды, т.е. являются диссипативными системами.
Совокупный объём известных опытных данных говорит о том, что элементарные частицы могут быть только структурами типа тороидальных вихрей эфира или их комбинациями. На текущий момент нет чёткой теории образования и разрушения вихрей, но есть наблюдения, что, например, смерчи самопроизвольно образуются в атмосфере и живут продолжительное время. При достаточно низкой вязкости и высокой энергетике среды подобные образования могут жить на порядки более продолжительное время.
При достаточно интенсивных течениях самопроизвольно образуются разнообразные вихревые структуры. Тороидальные вихри также возникают в широком спектре условий. Потому представление о микромире, который тесно связан с вихревыми структурами, оказывается логичным и непротиворечивым. А через механическое взаимодействие потоков эфира можно моделировать разнообразные считающиеся сегодня фундаментальными взаимодействия.
Сила Лоренца - это сила Жуковского (эффект Магнуса) в эфире
Если считать заряженные частицы вихревыми образованиями в эфире, то совершенно естественным направлением для поиска механического принципа действия электромагнетизма является анализ известных законов взаимодействия потоков некоторой среды с вихревыми образованиями. Аналитическое выражение для подобной силы может быть записано через теорему Жуковского.
Эта сила, называемая также эффектом Магнуса, имеет контр-интуитивный на первый взгляд принцип работы. Получаемая сила перпендикулярна и скорости частицы, и вектору её вращения, из-за чего может быть не сразу понятно, каким именно механизмом обеспечивается этот вид взаимодействий.
Рассмотрим также силу Лоренца.
Обратим внимание, что приведённая формула по своей записи очень похожа на выражение для теоремы Жуковского. В силу высокой специфичности этих формульных выражений, а также попросту отсутствия принципиально других взаимодействий, которые бы могли быть рассчитаны с помощью аналогичного рода формул, можно выдвинуть гипотезу о соответствии силы Лоренца и силы Жуковского. Тогда в качестве модели величины заряда разумно рассмотреть циркуляцию эфира по поверхности частицы.
Заряд - это циркуляция эфира по поверхности тороидального вихря эфира
В процессе поиска подходящей модели заряда было опробовано множество разных вариантов. Предлагаемая далее формулировка стала логичным развитием всех проделанных трудов.
Если представлять заряженную частицу тороидальным вихрем эфира и принимать во внимание аналогию между силой Лоренца и силой Жуковского, то разумно полагать, что за величину заряда (Q) отвечает циркуляция эфира по поверхности частицы (f). В силу осевой симметрии вихря логично разделить циркуляцию на две составляющих - поперёк вертикальной оси вихря и вдоль неё. Эта циркуляция пропорциональна действию заряженной частицы на окружающий эфир, проявляясь в виде электромагнитного поля.
Поскольку время жизни протонов и электронов по крайней мере очень велико, то с хорошей точностью можно считать, что энергия этих частиц постоянна, а потеря энергии по одному из видов циркуляции восполняется энергией, получаемой по второму виду. Можем заключить, что оба варианта циркуляции равны по модулю.
Обе циркуляции будут направлены по вертикальной оси. Тогда при одинаковом направлении получаемых векторов мы можем считать заряд положительным, а при обратном - отрицательным.
Сведение силы Жуковского к силе Лоренца
Попробуем теперь формально свести силу Лоренца и силу Жуковского друг к другу, пользуясь полученными данными.
Действие со стороны некоторой среды на тело, обтекаемое потоком, описывается теоремой Жуковского. Если моделировать заряд твердым вращающимся телом с профилем скоростей его поверхности u и движущимся относительно некоторой среды со скоростью v, можно записать выражение:
Для каждого малого объема будет верно:
Запишем плотность силы:
Скорость среды относительно поверхности тела равна скорости поверхности тела относительно среды с обратным знаком. Потому можем записать:
Запишем плотность силы Бернулли:
Воспользуемся математическим тождеством:
Первое слагаемое правой части — сила Жуковского, действующая вращающееся тело, движущееся в среде со скоростью v в соответствии с (4). Второе слагаемое — часть плотности силы Бернулли, не связанная с движением тела. Если умножить (5) на объем, получим выражение для силы:
Рассчитать силу Лоренца можно по следующей формуле:
Поскольку магнитная индукция и напряжённость электрического поля исторически вводятся через действие на заряд, который имеет сложную модель, введём некоторый коэффициент пропорциональности 1/k, связывающий электромагнитные и механические величины.
Тогда если принять:
можем записать:
Приравняем (6) и (7):
Получены механические аналогии в макромире для силовых взаимодействий микромира.
Из приведённого вывода формулы силы Лоренца через механику эфира не следует какой-либо конкретной механической модели взаимодействий, но фундаментальность используемых принципов, таких как закон сохранения энергии и количества движения и отсутствие каких-либо существенных допущений позволяют уверенно говорить о высокой степени универсальности полученных выражений для широкого спектра разных механических моделей.
Вывод уравнений Максвелла из уравнения Эйлера
Когда нам известны предполагаемые выражения для магнитной индукции и напряжённости электрического поля, можно попробовать вывести уравнения Максвелла из механики сплошных сред. В качестве точки отсчёта возьмём уравнения Эйлера для идеальной несжимаемой жидкости:
Возьмём ротор:
Можем поменять порядок дифференцирования в правой части, а также учесть, что ротор градиента равен нулю. Дополнительно разделим на плотность:
Воспользуемся известным алгебраическим тождеством:
Учтём волновое уравнение:
Умножим на ρc² и разложим вторую производную по времени:
Возьмём дивергенцию от уравнения Эйлера:
Запишем ещё одно известное в алгебре тождество:
Система уравнений (I), (II), (III), (IV) эквивалентна уравнениям Максвелла при учёте следующих выражений:
Таким образом уравнения Максвелла являются частным случаем уравнения Эйлера. Однако остаются нерешёнными некоторые вопросы соответствия электромагнитных и механических величин.
Уравнения Максвелла могут быть получены из уравнений Навье-Стокса
Сразу рассматривать сложный случай, учитывающий переменную плотность и вязкость было бы затруднительно. Потому предварительно была проделана работа с упрощённой схемой рассмотрения. Чтобы более полно понять физический смысл уравнений Максвелла с точки зрения механики, рассмотрим случай, когда учитывается кинематическая вязкость эфира, уравнение Навье-Стокса:
Возьмём ротор:
Воспользуемся известным алгебраическим тождеством:
Учтём волновое уравнение:
Разложим вторую производную по времени:
Возьмём дивергенцию от уравнения Навье-Стокса:
Запишем тождество:
Приведём уравнения 1-4 к единообразным коэффициентам, домножив или поделив, где необходимо, на ρ, ν и c²:
Уравнения I-IV эквивалентны уравнениям Максвелла, если принять следующие выражения:
Обратим внимание на довольно сложное выражение для электрической индукции. Несложно сопоставить с ним известное в электродинамике выражение:
Тогда вектор поляризации (P) будет определяться следующим образом:
Во всех случаях, когда вычитается член, умноженный на коэффициент кинематической вязкости, можно рассматривать это, как торможение эфира о соседние слои течений. Остальные выражения содержат кинематическую вязкость, как нормирующий коэффициент.
Физическая суть электромагнитного поля раскрывается только при наличии заряда
Исторически характеристики электромагнитного поля вводятся через силу, действующую на заряженное тело. Если заряженное тело не помещено в электромагнитное поле, то суть электромагнитного поля без пробного заряда может существенно отличаться от того, что описывается уравнениями Максвелла и другими аналитическими формулами. Соответственно, при создании механической модели мы должны строить модель с уже размещённой в электромагнитном поле заряженной частицей и уже потом делать выводы о том, чем порождается электромагнетизм в отсутствие заряда.
Более того, электромагнитное поле порождается заряженными частицами, которые могут на себе испытывать влияние пробного заряда. Следовательно, и источник электромагнитного поля не может быть достоверно смоделирован при изолированном рассмотрении. Как источник электромагнитного поля, так и его приёмник испытывают на себе влияние друг друга. Потому при построении наглядной механической модели электромагнетизма необходимо идти от базовых причин в микромире к макроскопическим проявлениям в конкретных электромагнитных устройствах, как совокупности проявлений объектов микромира.
Чтобы это было возможным, необходимо рассмотреть базовые принципы взаимодействия тороидальных вихрей с внешними потоками и друг с другом.
Модель взаимодействия потока и тороидального вихря
Рассмотрим тороидальный вихрь, как устойчивую форму с заданными скоростями на поверхности. Выделим кольцевую и тороидальную составляющие скорости.
Поместим вихрь в поток (v) произвольного направления и рассмотрим их взаимодействие.
Взаимодействие с кольцевой составляющей вращения можно описать через озвученную ранее теорему Жуковского.
Получаем силу (F), стремящуюся сдвинуть вихрь в область с меньшим давлением.
Взаимодействие с тороидальной составляющей проще рассмотреть в сечении, проходящем вдоль скорости набегающего потока.
Имеем аналогичного рода силу, которая действует на разные части сечения в разные стороны, создавая момент сил (М). Этот момент сил стремится развернуть частицу своей вертикальной осью вдоль внешнего потока.
Имеем два принципиально разных вида взаимодействия: сдвиговый и вращающий.
Действие друг на друга тороидальных частиц
Если одна частица попала в поле скоростей эфира, сформированное другой частицей, это неминуемо приведёт к взаимодействиям, описанным ранее. Частица будет стремиться встать вдоль внешнего потока.
При этом вторая частица действует на первую аналогичным образом, стремясь развернуть её. Взаимное действие частиц друг на друга уравновесится в среднем положении, когда оси вихрей параллельны.
В результате будет нескомпенсированный поток эфира, обтекающий каждую из частиц. Такое взаимодействие также описано в ранее.
Итого имеется два основных вида взаимодействий между двумя тороидальными вихрями. Если такие вихри движутся в среде, то их скорость движения может быть векторно сложена со скоростью среды. Потому движущиеся системы не представляют принципиальной сложности.
Распределение заряда по нуклонам и магнитный момент
Существуют экспериментальные результаты Хофштадтера, показывающие распределение заряда в структуре протона и нейтрона (Радиальное распределение плотности заряда протона (слева) и нейтрона (справа)).
Можно обратить внимание, что имеются явно выраженные структуры керна и шубы.
Видя в структуре протона и нейтрона две ярко выраженных раздельных области, предположим, что нуклоны состоят из двух вложенных вихрей. Внешний радиус керна составляет около 0.25∙10^(-15)м, а внешний радиус шубы — 1.3∙10^(-15)м.
Вместе с тем будем считать, что в протоне и нейтроне составляющие вихри примерно одинаковые, но их относительная ориентация разная.
Магнитные моменты протона и нейтрона экспериментально установлены и равны соответственно 2.79 и -1.91 ядерного магнетона. Тогда можно записать простую систему уравнений, чтобы выяснить, какую именно часть в эти значения вносят керн и шуба, если в протоне они складываются, а в нейтроне вычитаются:
Обратим внимание, что заранее неизвестно, керн или шуба вносят больший вклад в результирующий магнитный момент. Потому раскрыть модуль можно двумя способами:
Откуда:
или наоборот:
Эфиродинамическая модель заряда показывает, что электрический заряд частицы можно рассчитать по формуле:
Если радиус вихря постоянный, то на элементы этого вихря действует центростремительное ускорение:
Соответственно, сила, действующая на каждый элемент вихря со стороны окружающего эфира, равна:
А момент сил будет пропорционален ещё и радиусу. Таким образом момент сил, действующий на заряд, с точностью до постоянного коэффициента равен:
Совокупный заряд нейтрона нулевой. В свою очередь совокупный заряд протона равен элементарному заряду. Из предположения, что структуры, входящие в состав протона и нейтрона одинаковы, делаем однозначный вывод, что заряд керна и шубы равен половине элементарного заряда. Для них можно записать:
Из равенства зарядов керна и шубы можем записать:
В первом варианте раскрытия модуля для моментов сил можно записать:
Учтем соотношение угловых скоростей:
Теперь сравним полученное соотношение с результатами эксперимента Хофштадтера, где радиус керна составляет 0.25∙10^(-15)м, а радиус шубы – от 1.3∙10^(-15)м до 1.42∙10^(-15)м. Соотношение этих радиусов совпадает с указанным ранее. То есть приведенная модель заряда и магнитного момента полностью удовлетворяет опытным данным и традиционным гидромеханическим расчетам.
В случае проверки второго варианта раскрытия модуля мы получим соотношение, не удовлетворяющее опытным данным.
Таким образом, численные отношения магнитных моментов и зарядов удовлетворяют представленной модели, где магнитный момент керна выше магнитного момента шубы.
Иллюстрация физических явлений с помощью приведённой модели
Обобщая всё вышеописанное, будет разумно привести наглядные иллюстрации, которые показывают, как именно происходят взаимодействия частиц, как устроен конденсатор, ток, магнит и многое другое.
Начать стоит с уже упомянутого взаимодействия одиночных заряженных частиц, как тороидальных вихрей:
Общую скорость потока можно разделить на тороидальную и кольцевую составляющие, которые взаимодействуют разным способом. Одна из частей ориентирует частицы, а вторая составляющая – обеспечивает притягивающее или отталкивающее действие.
Однако есть и такой вид поля, где электрической составляющей практически нет. Т.е. частицы ориентируются строго по потоку из-за отсутствия кольцевой компоненты движения. Тогда мы получаем магнитное поле, которое ориентирует тороидальные вихри, заставляя испытывать на себе невращательные силовые взаимодействия только при движении. Элементарный заряд в поле магнита можно изобразить следующим образом:
Заряженный конденсатор же представляет собой некоторое множество заряженных частиц одного знака, которые в совокупности действуют на помещённый в поле конденсатора пробный заряд подобно одиночному заряду. Аналогичное ориентирующее действие частицы конденсатора испытывают и на себе.
Вопрос генерации тока и полей в проводниках также может быть рассмотрен в рамках эфиродинамической модели. По внешним проявлениям можно предположить, что внутри проводника частицы ориентируются кольцевым образом. Тогда снаружи мы будем наблюдать кольцевое магнитное поле вокруг проводника:
При этом при прохождении изменяющегося магнитного поля через проводник без тока, будет наблюдаться частичная ориентация частиц, которая приведёт к созданию замкнутых потоков внутри проводника.
Однако, если поле будет постоянным, то частицы займут устойчивое положение, которое не приведёт к циркуляции эфира и замыканию потоков внутри проводника.
В представленной модели есть ещё много тонкостей и областей для развития и расширения. Однако уже сейчас она предоставляет весьма обширный материал, способный найти применение во многих задачах.