Баллистическая


Природа электрического отталкивания и закон Кулона



страница6/112
Дата05.05.2018
Размер9.6 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   112

Природа электрического отталкивания и закон Кулона

Электрические заряды постоянно испускают во всех направлениях частицы, разлетающиеся с постоянной скоростью вдоль прямых линий. Воздействие на заряд зависит лишь от расположения и скорости этих частиц возле него… Можно сказать, что это будет своего рода механическая теория электричества.



Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]
Прежде чем перейти к электродинамике Ритца - теории взаимодействия подвижных зарядов и токов, рассмотрим сначала взаимодействие неподвижных, иными словами электростатику. Как гласит известный всем со школы закон Кулона, два одноимённых заряженных точечных тела отталкиваются с силой F, пропорциональной величине их зарядов q1, q2 и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между ними F~q1q2/R2. Как же БТР объясняет закон Кулона? Согласно Ритцу сила отталкивания складывается из элементарных сил взаимодействия между элементарными зарядами двух тел. И действительно, известно, что заряд любого тела состоит из стандартных зарядов электронов и ядер, образующих данное тело, поэтому заряд меняется дискретно, скачками. Вот и рассмотрим для начала взаимодействие двух элементарных зарядов (электронов). Согласно Ритцу, электрон испускает по всем направлениям однородные частицы, разлетающиеся со скоростью света c и имеющие стандартную массу m, а значит переносящие стандартный импульс p=mc. Попадая в другой электрон, эти частицы передают ему свой импульс, чем и создают кулоновское отталкивание зарядов. Подобно тому, как пули, выстреливаемые из автомата Калашникова со скоростью v, ударяют в консервную банку и заставляют её отлетать в направлении удара, передавая свой импульс Mv, так и частицы, попав в электрон, вызывают отталкивание, сообщая электрону свой импульс p=mc. Огромная скорость частиц, даже при ничтожной их массе m, делает этот импульс p=mc ощутимым. Эта перестрелка зарядов, обмен «выстрелами» и создаёт отталкивание зарядов с силой F, действующей вдоль «линии огня». В самом деле, если в электрон попадает n частиц в секунду, ему каждую секунду сообщается импульс nmc – это и есть кулоновская сила отталкивания F электронов. Ведь сила по определению - это импульс, сообщаемый телу в единицу времени. Таким образом, кулонова сила отталкивания по Ритцу имеет чисто механическую, кинематическую природу - совсем как сила давления газа на поршень. Не зря Ритц утверждал, что БТР - это, по сути, механическая теория электричества. Чисто механически скорость c выбрасывания частиц электроном и определяет световую скорость распространения электрического взаимодействия, а значит и скорость света, электромагнитных волн.

Ритц показал, что каждый элементарный заряд (электрон) ежесекундно испускает одно и то же число частиц N. Словно пулемёт, строчащий пулями, электрон выбрасывает во всех направлениях со скоростью света c и частотой N реоны. Однако лишь малая их доля n долетают до другого электрона, расположенного на расстоянии R. Эту долю легко найти, считая электрон шариком известного радиуса r. Раз электрон ежесекундно испускает N частиц, то такое же число частиц должно пересекать в секунду поверхность 4πR2 окружающей электрон сферы. Поскольку частицы разлетаются по всем направлениям равномерно, то в другой электрон, расположенный на расстоянии R и имеющий поперечное сечение πr2, попадает доля частиц, составляющая πr2/4πR2 от полного их потока N. Другими словами n=Nπr2/4πR2=Nr2/4R2. Таким образом, кулоновская сила отталкивания двух электронов, расположенных на расстоянии R, найдётся в модели Ритца как F=nmc=Nr2mc/4R2 (Рис. 6).



Рис. 6. Испущенные электронами реоны производят своими ударами электрическое отталкивание с кулоновой силой F~1/R2.

Тем самым мы получили механическое выражение закона Кулона: сила отталкивания, действующая между двумя элементарными зарядами, обратно пропорциональна квадрату расстояния R между ними. Если заряды не элементарны, а содержат первый – q1 электронов, второй – q2 электронов, то результирующая сила взаимодействия будет складываться из элементарных сил взаимодействия отдельных зарядов во всех возможных комбинациях. Каждый из q1 электронов будет взаимодействовать с каждым из q2 электронов. То есть, всего будет q1q2 одинаковых элементарных сил отталкивания Nr2mc/4R2, дающих в сумме силу F= q1q2Nr2mc/4R2= Aq1q2/R2, где A=Nr2mc/4 – некая константа, а q1 и q2 - заряды тел, измеренные в единицах заряда электрона. То есть получили полную формулировку закона Кулона: F=q1q2e2/4πε0R2, где e – заряд электрона, ε0 – электрическая постоянная. Отсюда находим A=Nr2mc/4=e2/4πε0, или πNr2m=e2/cε0. То есть получили связь фундаментальных констант e, c, ε0. Также находим число испускаемых электроном в единицу времени частиц N=e2r2mcε0. А кроме того, если считать, что радиус электрона равен классическому r=e2/4πε0Mc2, где M - масса электрона, то получим интересное соотношение r/c=(4M/m)/N, смысл которого раскроем в следующем разделе.

Итак, Ритц не только вскрыл механизм электричества, электрического взаимодействия, но и дал ему наглядную механическую интерпретацию: отталкивание одного заряда другим возникает так же как отталкивание мишени градом пуль из пулемёта. БТР объясняет транспортировку воздействия от заряда к заряду и само это воздействие. Каждая пуля, вылетающая из пулемёта, несёт стандартный импульс mc, который при попадании передаётся мишени. Сила отталкивания складывается из отдельных ударов частиц-пуль, барабанящих по зарядам, словно реальные пули, град, капли дождя по мишени. Именно так отталкивает консервную банку град пуль, пускаемых из автомата Калашникова. Такой и должна быть истинная теория электричества – наглядной, открывающей потайные пружины электрического воздействия. Тогда как нынешняя электродинамика лишь констатирует наличие электрического воздействия, не объясняя его сути, а ссылаясь на выдуманное электрическое поле с его весьма туманной природой. Подобное объяснение одного непонятного явления другим сомнительным, конечно, нельзя считать научным. Поэтому максвеллова электродинамика напоминает мифические объяснения электричества и грозы древними греками, считавшими, что молнии метает громовержец Зевс – существо сверхъестественное и ещё более загадочное, непонятное, чем сами молнии. Но в античном мире были и учёные-материалисты - атомисты Демокрит и Лукреций, которые учили, что гроза - это природное явление, и связывали молнии с электричеством и движением мельчайших частиц, предвосхитив открытие электронов [77] (§ 4.17.). Материалистическая наука должна сводить все явления к естественным, известным или интуитивно понятным. Именно это и сделала в отношении электричества теория Ритца.

Нынешнее же состояние электродинамики более всего напоминает состояние термодинамики и химии до создания молекулярно-кинетической теории. Тогда в термодинамике, химии все явления тоже объясняли посредством абстрактных субстанций, таких как теплород, флогистон, различных алхимических высокоучёных терминов (чем не эфир или электромагнитное поле современной электродинамики). Лишь с появлением молекулярно-кинетической теории стало понятно, что тепло – это не какая-то абстрактная субстанция, а всего лишь случайное, хаотическое движение атомов и молекул; давление газа на поршень – это просто бесчисленные удары молекул о стенку; превращения веществ – это никакие не сказочные алхимические превращения, а механическое соединение и разъединение атомов в молекулах. Поэтому молекулярно-кинетическую теорию называют часто механической теорией теплоты. Так же и Ритц назвал свою электродинамику механической теорией электричества. Всякая физическая теория должна сводить явления к механическому движению и взаимодействию тел, частиц, должна быть атомистической. Ибо есть мистика, и есть атомистика. Там, где исчезает атомистики, неизбежно возникают элементы мистики, сверхъестественного, не материалистичного, иррационального и трансцендентного, даже если всё это облекается в наукообразные математические формулировки.

Именно атомистической была теория Ритца. Если молекулярно-кинетическая теория показала, что сила давления газа на поршень складывается из отдельных ударов молекул газа о стенку, то теория Ритца говорила, что и сила электрического отталкивания зарядов складывается в действительности из отдельных ударов частиц, испускаемых зарядами. Неудивительно поэтому, что и первый атомист Демокрит по сути придерживался тех же взглядов на природу света, что и Ритц. Не зря и Дж. Томсон, открывший атом электричества (электрон) и предложивший первую структурную модель атома с электронами (§ 3.1.), поддержал баллистическую теорию [6, 93]. Если термодинамика толковала тепло уже не как абстрактную субстанцию теплород, а как движение атомов и молекул, то и Ритц считал электрическое поле не состоянием пространства или абстрактного эфира (как в теории Максвелла), а всего лишь полем скоростей и концентраций движущихся частиц, испущенных зарядами и наполняющих всё окружающее нас пространство.

Осталось понять, что же это за частицы – эти атомы, кванты электрического воздействия, испускаемые и поглощаемые зарядами. Многие из тех, кто занимался теорией Ритца, ошибочно считали их фотонами. При этом забывали, что фотоны несовместимы с БТР. К тому же фотоны – это, как следует из их названия, кванты света, тогда как частицы Ритца – это кванты электрического воздействия, существующие даже в отсутствие источников света и совсем не обязательно создающие свет. Поскольку слово квант дискредитировало себя, то лучше будем называть эти частицы всё же не квантами, но атомами электрического воздействия. Ведь "атом" означает "неделимый" - это именно элементарная, не делимая далее единица материи, воздействия, заряда (так электрон называют атомом электричества). Частицы Ритца – это, по всей видимости, наименьшие среди известных элементарных частиц, имеющие стандартную массу, много меньшую массы электрона. О других их характеристиках говорить пока сложно. Эти частицы не имеют ни заряда, ни магнитного момента. В отношении их вообще нельзя говорить об этих характеристиках, поскольку именно эти частицы и создают электрическое и магнитное воздействие. Точно так же в термодинамике нельзя говорить о температуре и давлении одного атома – это характеристики большого ансамбля атомов, более того это характеристики процессов движения частиц, а не самих частиц. Так же и электрический заряд, электрическое воздействие – это в действительности процесс, создаваемый движением огромного коллектива частиц.

Чтобы в дальнейшем не повторять из раза в раз "частицы, испускаемые зарядами", дадим для определённости этим элементарным частицам название, как принято в физике. К несчастью, сам Ритц из-за скорой смерти не успел дать им имени. Поэтому, дабы почтить его память, будем называть эти атомы, кванты электрического воздействия реонами (от греч. rheos – "течение", "поток"), ввиду истекания их из заряженных тел и того, что Ритц называл свою концепцию теорией истечения, эмиссии [92, 93]. И обозначать реоны на чертежах будем латинской «R», напоминающей опять же об открывателе этих частиц – Вальтере Ритце. От древнегреческого "rheos" и древнеиндийского "rayas" (поток, бег) происходят и русские слова "реять" (струиться, лететь), "рой" (скопище летящих тел), английское "rain" (дождь). Поэтому очень удачно известное сравнение светонесущих частиц (реонов) с каплями дождя, реющими в пространстве и барабанящими по зонтику-заряду, словно рой дробинок, градин [40]. Если же ищем электрических аналогий, то стоит заметить, что от слова "rheos" происходит и название прибора реостата (переменного сопротивления току). Да и английское слово "ray" (луч, проблеск, излучение), видимо, исторически возникло ввиду представления всех излучений потоками частиц из источников. Не случайно Демокрит и Лукреций говорили об источении телами светоносных частиц, которые реют в пространстве (Часть 1., эпиграф). Там же сказано, что частицы эти должны иметь мизерные размеры, и потому легко проникать через любые преграды, несясь с огромными скоростями. А самое удивительное, что Демокрит и Лукреций именно ударами этих частиц объясняли электрические и магнитные воздействия, а также свет, удивительным образом догадавшись о единой природе этих явлений [77].

И согласно Ритцу реоны обладают ничтожной величиной, даже в сравнении с электроном. Поэтому их можно рассматривать как материальные точки, имеющие нулевые размеры. Благодаря этому реоны движутся в пространстве свободно, без столкновений и взаимодействий друг с другом: их потоки пересекаются, никак не взаимодействуя – столь ничтожна за счёт малых размеров вероятность столкновения реонов. Это значит, что если два заряда, источающие потоки реонов, действуют на третий, то в силу независимости этих потоков, совместное действие зарядов равно сумме воздействий зарядов, взятых в отдельности. Так теория Ритца объясняет принцип суперпозиции – принцип наложения полей. В то же время чрезвычайно мала благодаря малым размерам и вероятность столкновения реонов с частицами вещества. Поэтому, даже пройдя через достаточно толстые слои вещества, поток реонов ослабевает весьма незначительно. Реоны должны обладать огромной проникающей способностью и иметь гигантские длины пробега в веществе, прошивая его, словно пули навылет. Поэтому эффективное сечение столкновения с электронами тоже имеет весьма малые размеры, возможно, много меньше квадрата классического радиуса электрона. Огромные длины пробега связаны с тем, что реоны практически не взаимодействуют друг с другом и с веществом, что естественно, если учесть, что они сами выполняют функции переносчиков взаимодействий (§ 3.16.).

Рис. 7. По Ритцу заряды подобны бенгальским огням и взаимодействуют посредством выбрасываемых электронами со скоростью света частиц.

Как заряд салюта взрывается сверкающим шаром или бенгальский огонь сыпет снопами искр, так и электроны взрываются каскадами реонов (Рис. 7), мечущимися меж двух огней. Этот поток искр, реонный ветер и порождает давление, кулоновское воздействие одного заряда на другой, как обычный ветер (поток атомов) давит на стенку. Словно чувствуя взрывную, баллистическую природу электрического заряда, его назвали зарядом и в русском, и в английском (charge) языках. Ведь согласно Ритцу, электрический заряд подобен бомбе, заряду дроби, шрапнели, разлетающейся при взрыве сотней мелких осколков с огромной скоростью. Также и электрический заряд выбрасывает во всех направлениях стремительные осколки-реоны, которые, будто град дробинок из ружья или пуль из автомата Калашникова, барабанят по мишени - по другим зарядам. Удивительно, но даже прибор для измерения заряда назвали баллистическим гальванометром, где определяющей для калибровки заряда оказывается баллистическая постоянная. Об этом приборе подробно рассказано в наиболее популярном курсе электричества С. Калашникова [60], что тоже можно рассматривать как необычное совпадение. Таких совпадений, на первый взгляд случайных, читатель встретит ещё немало. Им не стоит удивляться, поскольку всё в нашем мире взаимосвязано: люди и вещи получают имена не случайно, а по определённым законам. Так что уже из анализа языка можно многое узнать о глубинном устройстве мира (§ 5.16.). Итак, изложенная в этом разделе баллистическая модель, уподобляющая заряды огневым точкам, и составляет суть Баллистической Теории Ритца (БТР).





    1. Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   112


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница