Я решил написать очень простую статью об очень важном в физике феномене- электромагнитном поле. Обозначу сразу - хотя я очень стараюсь следовать с изложением материала в фарватере линии официальной науки, но, свои пять копеек внести не откажусь. Поэтому, свой канал считаю околонаучным, рассчитанный на тех, кому интересна физика, ее история, знаменитые ученые разных эпох, ну и главное - это разные интересные идеи, которые не очень далеки от «генеральной линии партии».
- Электромагнитное поле – это вид полевой материи, единая субстанциональная среда, которая является той частью Вселенной, где справедливы законы электромагнетизма
Для "рождения" электромагнитного поля не нужен никакой источник, не нужны материальные частицы- это поле единая фундаментальная среда- существует самостоятельно с момента рождения Вселенной и является той ее частью, где "работают" законы электромагнетизма. Масштабность и размеры этого поля трудно объективно представить. Просто нужно понять - оно почти везде и очень-очень огромное. Абстрактное представления поля- это бесконечный океан электромагнетизма Вселенной. Т.к. поле единое целое, тогда и физические законы электромагнетизма в разных точках поля Вселенной такие, как в любой его точке - одинаковые. Это принципиально важно тем, что изучив электромагнетизм в земной лаборатории, можно описывать электромагнитные явления, которые происходят в разных точках электромагнитного поля Вселенной, на расстояниях многих сотен, тысячах, миллионах и т.д. световых лет от нас. Несмотря на то, что электромагнитное поле едино, само поле не является однородным и изотропным - в разных точках этого поля электромагнитные показатели могут различаться, тем самым определяя в них индивидуальность и изменчивость электромагнитных процессов, порождая разнообразие в проявлениях электромагнетизма разных частей Вселенной. Целостность электромагнитного поля не дает возможность "выдернуть" и "оторвать" его часть:
- Электромагнитное поле является одним целым, неразделяемым и неразрывным полем Вселенной
Если вдруг когда-нибудь получится, отделить часть поля от его целого - это будет означать зарождение новой "параллельной" вселенной. Поэтому, попытки локально «выдернуть» или "оторвать" часть электромагнитного поля- скорее всего обречены на неудачу - нельзя ножом разрезать и разделить воду в океане. Хотя.....такая идея интересная - взять и отрезать кусок поля, изолировать его от родителя и создать новую вселенную, но это лишь пока фантазия. Возможно в этом заключается суть "кротовых нор". Об этом позже..
Целостность и бесконечность электромагнитного поля дает еще одно важное свойство- его невозможно локально "сдвинуть", никаких локальных механических движений с электромагнитным полем осуществить не получится. И это вполне логично - раз невозможно "отрезать" часть поля, тогда придется "сдвинуть" все поле, а оно бесконечно большое и очень-очень-очень тяжелое - даже античные Боги-Силачи не справятся с такой задачей. т.е. нет возможности для механических перемещений ни самого поля, ни его "частей"- оно неподвижно.
И тут возникает соблазн - раз поле неподвижно, может возможно его использовать как особую систему отсчета - абсолютную. Об этом мечтают многие "эфирщики" и "антирелятивисты". И тут снова не получится- к электромагнитному полю нельзя механически "привязаться" и "зацепиться", нельзя связать с ним точку отсчета. Это немеханическая среда.
- Электромагнитное поле является механически неподвижным, его невозможно локально "сдвинуть", на него невозможно действовать чисто механически и невозможно связать с ним систему отсчета. Электромагнитное поле не обладает механическими свойствами.
Однако в некоторых случаях электромагнитное поле способно само оказывать силовое воздействие через электромагнитные силы (Кулона и Лоренца) на некоторые виды материи - участвовать в механических процессах с физическими телами и частицами материи, обладающими особым фундаментальным свойством- электрическим зарядом. Об этом все будет подробно изложено в следующих статьях.
- Электромагнитное поле может оказывать силовое(механическое) воздействие через электромагнитные силы (Кулона и Лоренца) на другие виды материи, обладающие электрическим зарядом.
В науке существует два основных способа математического описания/представления электромагнитного поля: классический и квантовый:
- Классический способ - это волновой способ описания в теории Дж.Максвелла, основанный на опытах и представлениях М.Фарадея;
- Квантовый способ- в рамках идей квантовой теории поля.
Исторически первым был классический волновой способ описанный в известных трудах Дж.Максвелла во второй половине XIX века (1855-1880) и он успешно использовался для описания электромагнетизма на макроскопическом уровне, этот способ и сегодня не теряет свою эффективность. Спустя примерно 50 лет, уже в ХX веке (1920-1930) в науку ворвалась квантовая механика и появились идеи описать электромагнетизм на микроскопическом уровне в терминах квантовой теории поля. Так сложилось, что оба способа находились в "недружественном" между собой отношении, сторонники каждого способа противопоставляли эти описания между собой. Но, я уверен, что эти два разных подходя прекрасно сочетаются вместе. Нужно только правильно их "подружить". В будущих публикациях я напишу про оба способа подробно. А сейчас очень кратко.
В классическом волновом описании электромагнитное поле описывается физическими величинами E и H (интенсивностью двух переменных полей) :
E- интенсивность переменного электрического поля;
H -интенсивность переменного магнитного поля.
В теории Дж. Максвелла, эти переменные поля являются составными полями электромагнитного поля. Поля называются переменными потому, что интенсивность этих двух полей (описываемая величинами E и H) изменяется во времени и изменяется не просто а бы как, а строго- синфазно и по гармоническому зону. Такой процесс условно можно представить в виде волнового процесса-плоской монохроматической волны. Тогда электромагнитное поле можно представить в виде суммы (суперпозиции) плоских монохроматических волн с частотой ω и длиной волны λ , которые описывают интенсивность переменного электрического и переменного магнитного полей в любой его точке и в любой момент времени. Каждая такая волна обладает энергией. Т.к. мы представили электромагнитное поле в виде суммы (суперпозиции) плоских монохроматических волн, тогда логично предположить то, что энергия самого поля равна сумме энергий всех его плоских волн. Что из этого следует? Чем больше число волн и чем выше энергия каждой волны- тем выше энергия самого электромагнитного поля, и наоборот. А отсутствие волн будет означать, что энергия электромагнитного поля равна нулю. Т.е. в этом случае электромагнетизм "выключатся". При таком подходе за элементарную единицу электромагнитного поля можно считать волновую единицу- плоскую монохроматическую волну и можно смело утверждать, что электромагнитное поле состоит из суммы(суперпозиции) плоских монохроматических волн.
- Классическое электромагнитное поле состоит из суммы (суперпозиции) плоских монохроматических волн.
В квантовом описании электромагнитное поле состоит из бесконечного большого числа его единичных элементов- квантовых гармонических осцилляторов. Каждый квантовый гармонический осциллятор обладает набором только определенных (дискретных) значений величин энергии E и потенциала V, т.е. величина энергии и потенциала квантового гармонического осциллятора может принимать не все возможные значения, а лишь определенные и дискретные значения. Все это называется состоянием квантового осциллятора
Состояние квантового гармонического осциллятора определяет энергию электромагнитного поля в любой его произвольной точке в любое время, а бесконечно большое число осцилляторов определяют само бесконечное электромагнитное поле и его состояние , т.е. "частицей" квантового электромагнитного поля является квантовый гармонический осциллятор, а его состояние определяется его энергией и потенциалом.
- Квантовое электромагнитное поле состоит из бесконечно большого числа квантовых гармонических осцилляторов, которые образуют единое электромагнитное поле.
- Состояние гармонического осциллятора определяется его энергией и потенциалом, т.е. энергией электромагнитного поля в каждой его точке, в любое время. Энергия и потенциал гармонического осциллятора могут принимать только определенные дискретные значения.
В этом весь смысл, что существуют только определенные дискретные энергетические состояния гармонического осциллятора, а значит и определенные изменения его состояния. Другими словами - изменение состояния гармонического осциллятора есть дискретное изменение его энергии, т.е. способность отдавать или принимать энергию порциями - квантами. Такие кванты называются фотонами.
- Фотон – квант электромагнитной энергии, т.е. порция электромагнитной энергии передающейся в электромагнитном поле при помощи гармонических осцилляторов.
- Элементарной частицей материи самого электромагнитного поля является не фотон, а гармонический осциллятор.
Еще немного о фотоне- зачастую ошибочно фотон понимается как «квант электромагнитного поля», его элементарная частица, т.е. то, из чего состоит само поле. Да, фотон является проявлением электромагнитного поля- порцией его энергии, но фотон не частица самого поля.
- Фотон - это один из способов описания изменения энергетического состояния гармонического осциллятора квантового электромагнитного поля.
Фотон - это тоже модель, конечно, никакой реальной частицы "фотон" не существует. Есть определенные энергетические состояния гармонического осциллятора, изменением которых и является фотон.
Поэтому, представлять фотон как некую частицу, да и еще "летящую" в пространстве- это очень вредно для понимания процесса. Фотон описывает в каком состоянии находится электромагнитное поле в определенной его точке и в определённый момент времени, а состояние какого-либо участка электромагнитного поля описывается количеством и энергией находящихся там фотонов, и для этого нужно знать сколько и какие у участка поля фотоны в нужное время. Сам фотон никуда не летит, т.к. лететь нечему - это изменение энергетического состояния гармонического осциллятора, которое распространяется, т.е. передается другим (соседним) гармоническим осцилляторам электромагнитного поля со скоростью 300 тыс. км/сек -скорость распространения электромагнитной энергии в вакууме, что в просторечии называется "скоростью света"..Т.е. фотон - это энергия электромагнитного поля- распространяется в нем в волновом виде со скоростью света.
Исходя из вышеизложенного нужно понимать, что для распространения фотонов, т.е. порций электромагнитной энергии нужна субстанциональная среда, условно ее назвали -физический вакуум, состоящий из "кипящих" гармонических осцилляторов, которую аккуратно можно также назвать светоносный эфир, только нужно учесть то, о чем я написал выше- это субстанциональная среда неподвижна механически и к ней нельзя прикрепить систему отсчета.
Конечно, очень хотелось увидеть и «достать» из поля сам гармонический осциллятор - это сделать вполне возможно, но примерно также, как и достать содержимое куриного яйца- нужно повредить скорлупу яйца -"разломить" гармонический осциллятор. Если передать гармоническому осциллятору необходимое количество энергии, а затем разбить его "скорлупу", для этого поместить его в таком накаченном энергетическом состоянии в очень-очень сильное электрическое поле- то "скорлупа" "лопнет" и содержимое квантового гармонического осциллятора появится в виде электрон-позитронной пары. Называется такая возможность рождения электрон-позитронной пары из "ниоткуда", т.е. из окружающего нас электромагнитного поля вакуума-эффектом Швингера.
Поэтому, квантовый гармонический осциллятор- это не просто удобная модель- это модель хорошо описывает свойства электромагнитного поля в любой его точке.
Но, если вы думаете, что это все способы описания электромагнитного поля, то это не так. Есть еще один способ описания электромагнитного поля, очень интересный- это 4х мерное метрическое поле, 4х мерный континуум- пространство-время. Такой способ дает возможность описать гравитацию, через состояние и свойства электромагнитного поля. Об этом способе описания электромагнитного поля - тема следующей статьи.
Благодарю всех за прочтение статьи, будет желание дискуссии – пишите. Всё продолжение в следующих статьях. За лайками не гонюсь, за монетизацией тоже.
.