Пропущенные задачи классической электродинамики

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 3/2018 ISSN 2410-700Х бета-излучения и содержание радиоактивного изотопа стронций-90 (90Sr) техногенного происхождения. Максимальные показатели уровня бета-излучения в различных образцах достигали следующих значений: в пробах ревня - 365 Бк/кг; в пробах лука Розенбаха - 314 Бк/кг; в пробах эремуруса - 330 Бк/кг; в пробах дикой мяты - 430 Бк/кг; в пробах конского щавеля - 380 Бк/кг; в пробах многолетнего мха - 963 Бк/кг. Все указанные пробы были взяты на одной и той же точке отбора, где максимальный уровень бета-излучения в образце поверхностного слоя почвы достигал значений 1432,0 Бк/кг.

Коэффициент перехода для радионуклида стронций-90 в системе почва-растение для данной точки отбора проб составил значения для разных образцов: для ревня - 0,25; для лука Розенталя - 0,22; для эремуруса - 0,23; для дикой мяты - 0,30 и для конского щавеля - 0,27. Расчёт коэффициента перехода в системе почва-растение для мха сочли неуместным, так как мхи получают влагу не из почвы, а прямо из воздушных масс и атмосферных осадков. Этим объясняется наиболее высокий уровень суммарной бета-активности в образцах мха.

Список использованной литературы:

1. Буриев Н.Н., Буриев Н.Т., Давлатшоев Т. Радиоэкологические аспекты пищевых дикорастущих растений. Сборник статей Международной научно-практической конференции «Тенденции и перспективы развития науки XXI века» (28.01.2016 г., г. Сызрань РФ), МЦИИ Омега Сайнс. -Уфа: - 2016. - Т.2. - С.3-6.

2. Буриев Н.Н., Айдарова С., Шанбиев М. Применение метода толстослойных образцов при измерении суммарной бета-активности разнообразных проб окружающей среды. Международный научный журнал «Символ науки». - 2017. -№4. - Ч.2. -С. 13-14.

3. Буриев Н.Н., Буриев Н.Т., Давлатшоев Т. Бета-излучающий радионуклид техногенного происхождения в пробах мха в высокогорных районах Таджикистана. Международный научный журнал «Символ науки». -2017. -№7. -С.8-9.

© Буриев Н.Н., Хасанов Т.А., Шанбиев М., 2018

УДК 001.98

Кулаков Владимир Геннадьевич

преподаватель

Московский техникум космического приборостроения Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана г. Москва, РФ.

E-mail: kulakovvlge@gmail.com SPIN РИНЦ: 2111-7702

ПРОПУЩЕННЫЕ ЗАДАЧИ КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Аннотация

В данной статье рассматривается причины, по которым вплоть до настоящего времени остаются нерешенными некоторые фундаментальные задачи классической электродинамики.

Ключевые слова Электродинамика. Предрассудок. Светоносный эфир.

Предрассудки - это взгляды или мнения, основанные на неточном знании и принимаемые на веру со слов других людей. В настоящее время становится все более очевидным, что стагнация в теоретической физике связана именно с накоплением предрассудков. В качестве яркого и наглядного примера можно привести ситуацию в электродинамике и смежных с ней разделах: научное сообщество оказалось

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 3/2018 ISSN 2410-700Х совершенно неспособным разобраться с многочисленными парадоксами, которые были обнаружены еще в начале XX века.

Самым эффективным способом борьбы с предрассудками в науке является использование принципа Декарта - «Все подвергать сомнению!». Рене Декарт считается создателем первой научно разработанной концепции о среде, в которой распространяется свет и, поэтому, применение принципа Декарта логично будет начать с рассмотрения его же собственных идей. Свои гипотезы о свете и о среде, через которую он распространяется, Декарт опубликовал в работе «Мир, или трактат о свете» [1] в 1634 году. Декарт опирался на труды Аристотеля, однако, в отличие от Аристотеля, полагавшего, что мир состоит из пяти типов первоэлементов (огня, воздуха, воды, земли и эфира), Декарт относил элементы воздуха, воды и эфира к одному и тому же типу и сократил, таким образом, количество первоэлементов до трех (огня, воздуха и земли). Декарт также считал, что за распространение света отвечают элементы воздуха, и в своем трактате принял следующие допущения о свойствах среды, в которой распространяется свет:

1) свет представляет собой импульсы движения, передающиеся через среду;

2) свет сквозь среду передается мгновенно.

Гипотеза Декарта о мгновенном распространении света была еще в XVII веке опровергнута Олафом Ремером, который в 1676 году провел эксперимент по определению скорости света путем наблюдения за спутниками Юпитера. Несколько позже свет в теоретической физике стали рассматривать не как импульсы, а как волны. Представление о «светоносном эфире» как среде распространения волн было впервые введено Христианом Гюйгенсом в опубликованном 1690 году «Трактате о свете» [2]. За период с XVII по XIX век учеными был разработан целый ряд различных моделей светоносного эфира как газа, жидкости и даже как твердого тела [3-7]. Кроме того, в течение XVII и XVIII веков друг с другом конкурировали корпускулярная теория, рассматривавшая свет как поток частиц, и волновая теория, рассматривавшая свет как волну в эфире. Только в начале XIX века благодаря работам Томаса Юнга и Огюстена Френеля волновая теория одержала победу над корпускулярной, подтвердив таким образом гипотезу Декарта о существовании некоторой среды, в которой распространяется свет. После открытия Джеймсом Максвеллом в середине XIX века уравнений классической электродинамики и экспериментов по обнаружению электромагнитных волн, проведенных в конце XIX века Генрихом Герцем, светоносный эфир стали рассматривать как среду распространения электромагнитных волн, а свет - как электромагнитные волны, лежащие в определенном частотном диапазоне.

Однако само существование некоторой среды, относительно которой могут двигаться материальные тела, порождает проблему определения величины силы сопротивления механическому движению тел, которое данная среда будет оказывать.

Необходимость учета сопротивления среды усложняет вычисления, поэтому в истории развития двух разделов физики - электродинамики и баллистики - можно обнаружить много общего. Например, с древнейших времен было известно, что стрелы и снаряды на излете теряют убойную силу. В 1537 году итальянский ученый Никколо Тарталья разработал экспериментальный метод построения траектории полета снаряда и доказал, что эта траектория не является параболой, однако вплоть до середины XVIII большинство теоретиков не желало принимать в расчет силу сопротивления воздуха, причем ими игнорировались даже исследования о влиянии сопротивления воздуха на брошенное тело, опубликованные в 1687 году Исааком Ньютоном. Только после того, как в 1740 году английский военный инженер Бенджамин Робинс изобрел баллистический маятник и разработал метод для определения начальной скорости снаряда, необходимость учета сопротивления воздуха была наконец признана и во всех ведущих мировых державах того времени начались экспериментальные исследования с целью выведения формулы, описывающей зависимость силы сопротивления воздуха от скорости движения и формы снарядов. Затем, по мере совершенствования огнестрельного оружия и увеличения скорости полета пуль и снарядов, баллистики вынуждены были периодически возобновлять исследования с целью уточнения указанной формулы.

Аналогичным образом, в астрономии и физике было принято считать, что среда, в которой распространяются свет, не оказывает совершенно никакого сопротивления движению материальных тел и

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 3/2018 ISSN 2410-700Х свободно проходит сквозь материальные тела, но в первой половине XIX века была выявлена проблема неравноправия заряженных и незаряженных тел в задачах электродинамики. Большая группа известных ученых, в которую входили Андре-Мари Ампер, Густав Кирхгофф, Франц Нейман, Вильгельм Вебер и Герман Гельмгольц, попыталась избавиться от понятия среды, через которую распространяются электромагнитные взаимодействия, и ввести в электродинамику заимствованную из астрофизики концепцию дальнодействия, которая предполагает, что тела действуют друг на друга на любом расстоянии без материальных посредников, через пустоту, и такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью. Гипотеза дальнодействия противоречила уже имевшимся в то время экспериментальным данным и материалистической картине мира, не допускающей мгновенно протекающих процессов, однако полностью экспериментально опровергнута была только в конце XIX века опытами Генриха Герца. Здесь следует также отметить, что Герц был учеником Гельмгольца и свои опыты в области электродинамики начинал именно с попытки опровергнуть существование электромагнитных волн и доказать, тем самым, отсутствие среды, в которой они могут распространяться.

Проведенные Альбертом Майкельсоном в конце XIX века эксперименты по обнаружению эфирного ветра, хотя и не позволили решить основную задачу, с целью которой они выполнялись, то есть доказать или опровергнуть само существование эфирного ветра, но вполне убедительно показали, что светоносный эфир не проходит свободно сквозь материальные тела.

Еще один предрассудок XIX века, связанный со светоносным эфиром, заключался в том, что электромагнитные волны принято было считать волнами сдвига, в то время как на самом деле они являются совершенно иным типом поперечных волн - волнами изменения поляризации среды. Создать правдоподобную с точки зрения физического смысла модель поведения светоносного эфира ученым XIX века никак не удавалось, так как они не учитывали, что механическое движение самого эфира и распространение в эфире электромагнитных волн представляют собой различные процессы.

Необходимость учета сопротивления механическому движению физических тел, которое может оказывать окружающая среда, настолько усложняет вычисления, что вызывает массовое психологическое неприятие. Например, примитивная модель полета снаряда с движением по параболе, непригодность которой для практических целей еще пятьсот лет назад доказал Никколо Тарталья, используется во всех учебниках физики, а более современные модели движения снаряда описываются, как правило, только в книгах по баллистике.

Аналогичным образом, даже в самых современных учебниках и задачниках можно встретить утверждение о том, что при отсутствии внешних полей заряженное тело будет по инерции двигаться равномерно, а также другое утверждение, вытекающее из первого и гласящее, что при попадании в магнитное поле точно поперек его линий подобное тело станет двигаться по окружности. Происхождением данных предрассудков электродинамика обязана недоработке, допущенной Хендриком Лоренцем в процессе построения математической модели эффекта Зеемана: создавая вспомогательную модель, описывающую движение заряженного тела поперек линий магнитного поля, Лоренц нарушил обычный порядок действий «от простого к сложному» и проигнорировал более простую задачу о прямолинейном движении заряженного тела по инерции, ошибочно посчитав ее тривиальной. Указанная примитивная модель движения заряженного тела была включена в написанный Лоренцем учебник физики [8], после чего ее стали совершенно бездумно использовать многие поколения ученых.

Даже после того, как в начале XX века было открыто явление запаздывания потенциала, никто из ведущих физиков-теоретиков, включая Лоренца, не обратил внимания на очевидное сходство подобного явления с головной (баллистической) волной, создаваемой в воздухе летящим снарядом, четкую фотографию которой Эрнст Мах получил и опубликовал в 1888 году. Аналогично тому, как снаряд расходует часть своей энергии на создание баллистической волны, заряженное тело, движущееся относительно светоносного эфира, должно создавать в нем электромагнитную ударную волну и расходовать на ее создание свою кинетическую энергию. Следовательно, движение заряженного тела относительно светоносного эфира будет замедленным, а не равномерным, и заряженное тело не может считаться инерциальной системой даже в том случае, если его движение происходит в глубоком вакууме.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 3/2018 ISSN 2410-700Х Аналогичным образом создает ударную волну в эфире и не может считаться инерциальной системой прямолинейно движущийся магнит.

Допущенный Лоренцем недосмотр оказал влияние как на его собственные последующие исследования, так и на развитие электродинамики в целом. Молодые ученые того времени, находившиеся под влиянием огромного научного авторитета Лоренца, также не стали учитывать сопротивление движению заряженных тел со стороны светоносного эфира в своих работах: например, в формуле для расчета силы радиационного трения, разработанной Джозефом Лармором, присутствует компонента, связанная с производной по ускорению движущегося тела, но отсутствует компонента, связанная с его скоростью. Однако даже из упрощенной формулы Лармора следовало, что поперек линий магнитного поля заряженное тело по инерции будет двигаться по сходящейся спирали, а не по окружности.

Психологическое неприятие необходимости учитывать в расчетах сопротивление механическому движению, оказываемое светоносным эфиром, оказалось всеобщим и настолько сильным, что эфир в начале XX века был переименован в «физический вакуум», а исследование его свойств было фактически табуировано научной общественностью и до сих пор во всем мире остается под негласным запретом.

Между тем, для того чтобы доказать наличие сопротивления движению заряженных частиц со стороны среды, в которой распространяются электромагнитные волны, вполне достаточно было бы зафиксировать уменьшение средней энергии электронов по мере увеличения расстояния между источником электронов и соответствующим измерительным прибором [9]. В общем виде задачу можно сформулировать следующим образом: если заряженное тело движется по инерции прямолинейно в глубоком вакууме, то какой формулой описывается зависимость силы сопротивления среды от скорости движения тела и величины его заряда?

В научной печати сведения о подобных опытах отсутствуют, несмотря на то, что при проведении, к примеру, измерения длины пути свободного пробега бета-частиц в воздухе в качестве контрольного необходим был следующий эксперимент: если постепенно снижать плотность среды до нуля (до образования вакуума), то насколько будет увеличиваться длина свободного пробега? В случае использования высокоэнергетических электронов именно создаваемая ими электромагнитная ударная волна порождает вторичные электроны, «выбивая» их из молекул воздуха, поэтому потери энергии электронов на создание подобной волны в светоносном эфире никак нельзя считать пренебрежимо малыми. Кроме того, исследования свободного пробега бета-частиц опровергают предрассудок о том, что электроны могут излучать энергию только квантами, так как они способны создавать также и ударную волну.

Другая задача, от решения которой теоретики под различными предлогами также уклоняются уже более ста лет, связана с вращающимся магнитом. Задача формулируется так: постоянный магнит вращается в вакууме и в процессе вращения создает вокруг себя электромагнитные колебания, следовательно, на излучение волны тратится механическая энергия и вращение магнита должно постепенно замедляться. Какой системой уравнений описывается подобное движение?

Потери энергии вращающегося магнита, связанные с излучением в окружающее его пространство электромагнитной волны, не могут считаться пренебрежимо малыми, так как, например, именно на излучении волны магнитом основан принцип действия динамо-машины.

Список использованной литературы:

1. Декарт Р. Космогония: два трактата. - М.: ГТТИ, 1934. - 326 с.

2. Гюйгенс X. Трактат о свете, в котором объяснены причины того, что с ним происходит при отражении и при преломлении, в частности при странном преломлении исландского кристалла. Пер. с фр. / Под ред. и с примеч. В. К. Фредерикса. Изд. 2-е. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. - 176 с.

3. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики (с начала XIX до середины XX вв.). - М.: Наука, 1979. - 317 с.

4. Кудрявцев П.С. История физики. т. II. От Менделеева до открытия квант. - М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1956. - 487 с., ил.

5. Лауэ М. История физики / Пер. с нем. Т.Н. Горнштейн. / Под ред. И. В. Кузнецова. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. - 229 с.

6. Терентьев М. В. История эфира. - М: ФАЗИС, 1999. - 176 с.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 3/2018 ISSN 2410-700Х

7. Уиттекер Э. Т. История теории эфира и электричества. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2001, - 512 с.

8. Лорнцъ Г. А. Курсъ физики. Томъ II / Переводъ под ред. проф. Н. П. Костерина. - Одесса: Товарищество «Матезисъ», 1910. - 466 с.

9. Кулаков В. Г. О возможном способе экспериментальной проверки наличия сопротивления движению заряженных тел со стороны среды, в которой распространяются электромагнитные волны // Символ науки. 2017. №3, ч. 3. С. 32-34.

© Кулаков В.Г., 2018