Новые реалии в физическом содержании великих уравнений электродинамики Максвелла (стр. 2 из 4)

Однако к настоящему времени исследованиями в области электродинамики, квантовой механики, сверхпроводимости достоверно установлено, что в фундаментальных уравнениях должны фигурировать не электромагнитные поля, а именно их потенциалы. В частности, эффекты Ааронова-Бома, Джозефсона, Мейснера реализуются в поле магнитной компоненты векторного потенциала [4], проявляющего себя тем самым вполне наблюдаемой физической величиной. Известно предложение о применении указанного поля векторного потенциала в технологиях обработки разного рода материалов [5]. Отметим также сообщение [6], где на основе формального использования представлений об электромагнитном векторном потенциале металлического проводника с током установлено, что в проводник при электропроводности вместе с потоком электромагнитной энергии (вектора Пойнтинга) поступают потоки чисто электрической и чисто магнитной энергии, момента электромагнитного импульса. Таким образом, имеем серьезную, необходимо требующую разрешения проблему, в которой надо должным образом проанализировать известные либо вскрыть новые реалии в физическом содержании уравнений Максвелла, в частности, понять роль и место векторных потенциалов в явлениях электромагнетизма. Покажем, как это можно сделать!

Поставленная задача и проведенный в этом направлении анализ показал, что исходные соотношения первичной взаимосвязи электромагнитного поля с компонентами

и напряженностей и поля электромагнитного векторного потенциала с электрической и магнитной компонентами можно действительно получить при использовании непосредственно системы максвелловских уравнений (1):

(a)

, (b) ,

(c)

, (d) . (4)

Здесь соотношение (4a) для магнитной компоненты векторного потенциала

вводится с помощью уравнения (1d), так как дивергенция ротора произвольного векторного поля тождественно равна нулю. Аналогично соотношение (4b) для электрической компоненты векторного потенциала следует из уравнения (1b) при , справедливого для сред с локальной электронейтральностью. Однозначность функций векторного потенциала, то есть чисто вихревой характер таких полей, обеспечивается условием кулоновской калибровки: div . Далее подстановка соотношения (4a) для в уравнение вихря электрической напряженности (1a) приводит к известной формуле (4с) связи полей векторов и [2], описывающей закон электромагнитной индукции Фарадея. Поскольку мы рассматриваем только вихревые поля, то формально следующий из таких рассуждений электрический скалярный потенциал здесь не рассматривается. Аналогичная подстановка соотношения (4b) для в уравнение вихря магнитной напряженности (1c) с учетом соотношений (2) дает формулу (4d) связи полей векторов и , где - постоянная времени релаксации электрического заряда в среде за счет ее электропроводности.

Как видим, полученные соотношения являются основой для интерпретации физического смысла поля электромагнитного векторного потенциала (см. работу [7]), выяснения его роли и места в явлениях электромагнетизма. Однако самое главное и конструктивно перспективное в них то, что они представляют собой логически связанную систему дифференциальных уравнений, описывающих свойства необычного вихревого векторного поля, состоящего их четырех полевых векторных компонент

, ,

и

, которое условно назовем единое электродинамическое поле.

Объективность существования указанного единого поляоднозначно и убедительно иллюстрируется основным фундаментальным следствием из соотношений (4), которое состоит в том, что подстановки (4c) в (4b) и (4d) в (4a) приводят к системе новых электродинамических уравненийдля поля электромагнитного векторного потенциала с электрической

и магнитной компонентами. Видно, что математически структура этих уравнений, полностью аналогична системе традиционных уравнений электродинамики Максвелла (1):

(a) rot

, (b) div ,

(c) rot

, (d) div . (5)

Чисто вихревой характер компонент

и поля векторного потенциала обеспечивается условием калибровки посредством дивергентных уравнений (5b) и (5d), которые также представляют собой для уравнений (5a) и (5c) начальные условия в математической задаче Коши, что делает систему (5) замкнутой. Неординарность уравнений системы (5) вполне очевидна, поскольку в каждом одном роторном уравнении компоненты потенциала или содержится информация о свойствах обоих роторных уравнений электромагнитных полей и системы (1). Убедиться в этом посредством дифференцирования по времени и пространству этих уравнений с учетом соотношений (4) предоставим читателю. Дивергентные уравнения системы (5) с помощью дифференцирования их по времени преобразуются в соответствующие уравнения системы (1) при .

Однако вернемся к соотношениям (4) единого электродинамического поля. Подстановки соотношения (4с) в продифференцированное по времени соотношение (4a) и аналогично (4d) в (4b) дают систему электродинамических уравнений электромагнитного поля (1) при

, где уравнения (1d) и (1b) получаются взятием дивергенции от (4a) и (4b). Уравнения (1а) и (1с) можно также получить, если взять ротор от (4с) и (4d) при подстановке в них (4а) и (4b).

Применение операции ротора к (4c) и подстановка в него (4a) с учетом (4d) преобразует систему (4) в еще одну систему теперь уже уравнений электрического поля с компонентами напряженности

и векторного потенциала :

(a) rot

, (b) div ,

(c) rot

, (d) div . (6)