Мне нередко пишут что-то вроде "свет — это поперечные волны", намекая, что имеется именно колебательное движение некой среды или даже пространства (что бы это ни значило). Но достоверно известна целая прорва обстоятельств, которые на корню лишают эту точку зрения фундамента.
Стоит обратиться к определению понятий колебания и волны:
Колебания — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия.
Волны – изменения во времени какого-либо из физических параметров среды, распространяющиеся в пространстве.
Важно отметить, что здесь имеет место весьма абстрактное понятие «изменение состояний» и «каких-либо физических параметров». Если мы возьмём обычный маятник и зафиксируем его координату вдоль Земли, у нас будут колебания.
На рисунке эта изменяющаяся периодически величина – координата по оси Х точки на отрезке AС. В нулевом положении точка имеет координату x_2 (именно x_2, а не (x_2, y_2)). В крайнем левом – x_1, а в крайнем правом x_3. Мы взяли как характеристику именно значение одной координаты, параллельной Земле. Остальное нас не интересует. И мы имеем колебание.
Точно так же у нас будет и с координатой высоты. Отдельно взятая координата Y тоже описывает некие колебания. Более того, если мы возьмём, к примеру, потенциальную энергию груза на маятнике, это тоже будет колебанием. То же самое и с кинетической энергией. В верхних точках она будет нулевой, в нижней – максимальной. Во всех этих случаях мы имеем периодическое изменение характеристики вокруг некоторого заданного значения. Ровно это и понимается под колебанием. Правда, скорее, в математике и физике, а не в обиходе. Но большинство людей мыслят бытовыми понятиями. Для них колебание – это конкретно возвратно-поступательное движение некого материального тела то от некоторого положения, то к нему.
Волны и колебания, как вы уже догадались, могут быть разными. Они могут быть очевидными, могут быть не наглядными, как в случае с потенциальной энергией. Наглядные же волны могут быть продольными и поперечными. Продольность в данном случае подразумевает, что периодическое изменение положения «груза» происходит вдоль линии общего движения волны. Самый типовой пример такой волны – это звук. Частица смещается в сторону, толкает следующую, затем возвращается на место. А следующая частица продолжает передачу возмущения по цепочке. Так и получаем волну, где в каждой точке вдоль прямой распространения колеблются частицы.
С поперечными волнами ситуация аналогичная, но подразумевается, что частицы колеблются поперечно направлению распространения волны.
Кажется, всё просто, но есть много нюансов. Например, любители говорить о поперечных волнах, очень любят вспоминать сейсмологов. И им есть, что показать. В частности, в сейсмологии известны волны Лява и Релея. Они различаются тем, в какую сторону относительно покоившейся поверхности объекта движутся частицы. Волны Релея то поднимаются относительно исходного положения поверхности, то опускаются. При этом сама волна идёт вдоль этой поверхности и затухает по мере движения вглубь тела экспоненциально (очень быстро). Волны Лява подразумевают колебания вдоль поверхности, но поперек движения волны. При этом затухают они так же быстро, как и волны Релея. Их движение вглубь возможно только при слоистой структуре вещества, где они распространяются. Т.е. при множественном количестве разнообразных трещин и вторичных поверхностей. В учебниках по сейсмологии это хорошо описано. Выглядят поперечные волны так:
Если вы начнёте читать самую разнообразную литературу по поперечным колебаниям и волнам, то на каждой странице будете видеть слова «поверхность», «граница», «слой». Это связано именно с тем фактом, что поперечные волны никогда не отходят далеко от поверхности. Хотя многие пытаются с этим спорить. И причина спора понятна. Сегодня общепринято, что, например, электромагнитные волны являются поперечными волнами в сплошном теле (пустом пространстве или эфире). Но в механике поперечных волн в сплошном теле (без границ, слоёв и поверхностей или вдали от них) попросту не бывает. Нет никакого механизма для их реализации. Действительно, если мы рассмотрим продольные волны, мы сможем легко на самом бытовом уровне показать, куда перемещается энергия, как осуществляется взаимодействие, что конкретно происходит в каждый момент. А с поперечными волнами всё сильно по-другому.
При подходе к границе раздела сред волна встречает непреодолимую преграду. Отдать энергию вперёд нельзя, там попросту нет доступных носителей энергии. Но на выручку приходит сила поверхностного натяжения или связи молекул. Эта сила, действуя поперёк исходному импульсу, разворачивает его вдоль поверхности. Именно это и приводит к распространению волны поперёк движению самих колебаний. Вдали же от поверхности каждая частица быстро встречает на своём пути новую частицу, которой и отдаёт энергию. Но это происходит в продольном направлении и никак иначе.
Это, казалось бы, понятное обстоятельство только сейчас начинает робко доходить до разнообразных теоретиков и адептов поперечных волн в сплошном теле. Доходит до того, что в той же википедии пишут, что продольность или поперечность волн определяется принятым методом описания. Т.е. если мы ввели какую-то произвольную характеристику, которая меняется условно поперечно распространению волны, то у нас поперечные волны. А если мы фактически тот же процесс описали через похожую характеристику, которая колеблется вдоль распространения волны, то у нас уже волна продольная. Эта попытка замылить суть процесса связана лишь с тем, что в науке сейчас не принято перечить видным деятелям (даже давно умершим). То, что было принято авторитетами верным ранее, обязательно должно остаться верным. Даже если для этого придётся донельзя исказить весь смысл происходящего.
Вообще говоря, когда мы имеем дело с механическими колебаниями, всё это вполне понимаемо и даже в некотором смысле очевидно. Но для электромагнетизма, который в современной науке не имеет никакой механической модели, действительно сильно влияет метод описания. Разумнее, наверное, не говорить о поперечности или продольности волн, а ввести какое-то отдельное понятие, которое бы описывало относительную ориентацию колеблющихся немеханических величин. Но с переходом физики в руки далёких от природы математиков весь здравый смысл испарился.
Но есть и здравое зерно в поперечности электромагнитных волн. Ещё опытами Герца вполне достоверно установлено, что электрическая волна имеет поперечную составляющую. И что если её ограничить специальными медными решётками, то волна не проходит препятствие. Так как же быть? Поперечных колебаний в теле без границ не существует, но очевидно существуют электромагнитные волны с поперечной составляющей. А ответ очень прост и даже известен современным физикам. В технической литературе часто называют продольные волны безвихревыми, а поперечные – вихревыми. Т.е. технари, как это и положено, до всего давно догадались, потому что они никогда не отходят далеко от реальности. Им зачастую чужд математический формализм без привязки к реальным объектам.
Я уже молчу, что многие инженеры догадались, что и в обычной воде известные нам поперечные поверхностные волны можно легко представить вихрями. И это даже наблюдается в реальности. А отсюда занимательный вывод – если электромагнитные волны имеют поперечную составляющую, они не могут быть ничем кроме вихрей в эфире. В сплошном твёрдом теле и уж подавно в пустом пространстве не бывает поперечных в бытовом смысле волн. Другими словами, единственная адекватная реальности модель электромагнитных процессов – это вихри некоторой жидкости или газа. Всё остальное ненаучно и не должно рассматриваться в принципе.
Стоит ли упоминать, что именно такая модель принята в эфиродинамике? И именно эта модель позволила строго математически вывести уравнения электромагнетизма из обычной механики. Без постулатов, без неправомерных допущений. Более того, в эту модель непротиворечиво удалось включить даже гравитацию, которая во всех других известных мне теориях стоит особняком из-за сильных различий в силовых константах.
В прошлой публикации я писал, что любая теория, где скорость гравитации не очень сильно превосходит скорость света, равна ей или даже меньше, несостоятельна. Теперь в этот список нереалистичных теорий можно отнести и все те версии, где электромагнетизм является поперечными в бытовом смысле, а не вихревыми волнами.