3.4.0 некоторых недостатках современной теории электромагнетизма 95
ное отсутствие представлений о природе электричества, магнетизма и обо всем, что сопутствует этим физическим явлениям. Ученые-электротехники, широко пользуясь явлениями электромагнетизма для решения самых разнообразных прикладных задач, не имеют ни малейшего представления о природе электрического заряда, электрического тока, электрического и магнитного полей и т.д. Они не знают ни их структуры, ни того, что же является их носителем. Отсутствие представлений о внутренней сущности физических явлений позволяет описывать их только поверхностно. Это, правда, не мешает пользоваться электромагнитными явлениями для различных практических нужд, но это же означает, что далеко не все возможности электромагнитных явлений используются в полной мере. А кроме того, появились различные парадоксы, которые современная теория объяснить не в состоянии.
Два одинаковых покоящихся электрических заряда, отталкиваясь по закону Кулона, пока они неподвижны в некоторой системе координат, начинают притягиваться как токи по Закону Ампера, если они вместе начали передвигаться относительно этой системы координат. Почему? Ведь относительно друг друга они по-прежнему неподвижны! А если мы сменим систему координат по совету Эйнштейна и сама система координат будет двигаться с той же скоростью, что и заряды, они что, перестанут от этого притягиваться друг к другу (рис. 3.11)?
Другой пример. Простой расчет показывает, что скорость электронов в металлах при температуре 4- 20°С составляет 115 км/с, в то же время для того чтобы в проводе сечением в 1 кв. мм создать ток величиной 1А, достаточно, чтобы электроны перемещались вдоль провода со скоростью 6 мкм/с. При этом сам проводник остается электрически нейтральным. Если бы ток представлял собой только поток электронов, то достаточно было бы переложить с места на место любой кусок металла, чтобы вокруг него возникло магнитное поле. Однако этого нет, и следовательно, наши представления о сущности электрического тока не достаточны.
Таких примеров существует множество.
Непонимание сущности электромагнитных явлений приводит к тому, что некоторые задачи, полностью физически определенные, невозможно решить. Например, нельзя определить эдс на отрезке проводника, помещенном в пульсирующее магнитное поле. Уравнения Максвелла и закон Фарадея справедливы для контура и то лишь частично, но для отдельного проводника они не. пригодны.
Имеется серия задач, которые при всей очевидности постановки вообще нельзя решить с помощью уравнений Максвелла.
Такой задачей является, например, определение плотности переменного тока в полу-проводящей среде, в которую помещен излучатель с сосредоточенными параметрами Рис. 3.11. Покоящиеся одинако-(рис. 4.12), При полной определенности всех вые заряды (а) отталкиваются по за-параметров излучателя - размеров излуча- К0НУ Кулона, а движущиеся совмест-ющих электродов, величины и частоты из- но (б) притягиваются друг к другу по лучаемого тока и т.п., а также всех парамет- закону Ампера. Почему.
ров среды - диэлектрической и магнитной проницаемостей и проводимости, задача определения величины плотности тока в заданной точке пространства с помощью уравнений Максвелла не решается.
y(r,t,co,e,n,CT) = ?
/ е=?
Рис. 3.12. Как определить эдс на отрезке проводника, помещенном в пульсирующее магнитное поле(а)? Как определить плотность тока в полупроводящей среде от диполя (б)?
Не все величины, используемые в современной электродинамике, имеют физический смысл, например, понятие векторного потенциала или понятие электрической индукции.
Существуют и другие, не менее важные обстоятельства. В ряде случаев измеренные в экспериментах значения напряженностей полей расходятся с вычисленными в несколько раз. Например, относительное изменение напряженности магнитного поля около токонесущего проводника отличается от вычисленного по Закону полного тока в 4-5 раз, и это не может быть отнесено за счет погрешностей измерений. Взаимоиндукция больших контуров при изменении их размеров существенно отличается от логарифмического закона, вытекающего из уравнений Максвелла. Есть и другие примеры.
Таким образом, налицо необходимость дальнейшего совершенствования теории электромагнетизма.
Нужно заметить, что теоретические основы электротехники и электродинамика со времен Максвелла практически не претерпели изменений. С тех пор разработано множество методик расчета и на их основе созданы многочисленные системы, устройства и приборы в самых разнообразных областях науки и техники, но принципиальные основы теории всей теории электромагнетизма, включая теорию электромагнитного поля Максвелла, сохранены неизменными, и так длится уже более 130 лет. И хотя теория электромагнетизма оказалась весьма совершенной, считать ее завершенной нет оснований. Основой такого мнения является как принципиальная неполнота любой теории в любой области, так и ряд конкретных примеров, которые вполне можно отнести к числу парадоксов этой теории электромагнетизма.
Однако здесь положение усложнено тем, что Максвелл, разрабатывая теорию, опирался на представление о материальном носителе электромагнитного поля -эфире, мировой среде, заполняющей все пространство. Исправление недостатков теории должно начинаться с уточнения модели, положенной в ее основу. Но созданная в начале XX в. специальная теория относительности декларировала
