Анализ классической электродинамики и теории относительности (стр. 49 из 54)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В недавнем письме Шапиро выказал интерес к сотрудничеству в исчерпывающем исследовании относительной скорости света в космосе. Он пишет, что лаборатория Линкольна прошла через серьёзное "затягивание поясов". И я надеюсь, что базы данных станут в итоге доступными, и что лаборатория Линкольна произведёт полное исследование c + v теории. Хотя анализ данных предоставляет сильное свидетельство против c и в пользу c + v теории, я не считаю, что это можно рассматривать как убедительный вывод, пока не будет проведено исчерпывающее c + v исследование.»

Специальная теория относительности уже пережила свой «старческий возраст» и должна быть заменена другой. Она основана на некорректном математическом формализме, не отвечает логике и не вписывается в существующие эксперименты.

14.5 Структурная схема описания взаимодействия

Обсудим качественную картину взаимодействия волны и заряда. Для этого рассмотрим электромагнитную волну, в поле которой оказалась заряженная частица. Скорость волны в любой инерциальной системе отсчета равна скорости света. Схема энергетического баланса представлена на рис. 14.3.

Рис. 14.3

Электромагнитное поле падающей волны взаимодействует с заряженной частицей, т.е. воздействует на заряд с некоторой силой. Частица начинает двигаться, т.е. забирает у волны энергию (или же отдает ей часть кинетической энергии). При этом кинетическая энергия частицы изменяется.

В свою очередь, двигаясь в поле электромагнитной волны, частица совершает в этом поле работу, т.е. создает новое поле, которое распространяется в обе стороны от частицы (диссипативный процесс). Это вторичные волны: отраженная назад и отраженная вперед. Последняя, складываясь с полем невозмущенной волны, создает прошедшую волну. В общем случае частоты всех трех волн могут отличаться друг от друга в различных инерциальных системах отсчета. Заметим, что энергетический баланс (баланс энергий или мощностей) не должен зависеть от выбора наблюдателем системы отсчета.

Этот подход аналогичен процессу распространения волны в длинной линии, в которую включен четырехполюсник. Этот четырехполюсник может не только потреблять энергию волны, но и отдавать волне свою, запасенную в нем энергию.

Рис. 14.4

В предыдущей главе мы приводили пример для одномерного случая. Он наиболее характерен для СВЧ приборов с длительным взаимодействием электронного потока с электромагнитной волной и некоторых ускорителей элементарных частиц. Мы полагаем, что в общем случае процесс взаимодействия сохранит эти черты.

Задача описания складывается из следующих частей:

1. Описание воздействия падающей электромагнитной волны на заряд.

2. Введение диссипативного члена в это взаимодействие.

3. Определение по диссипативному члену параметров отраженной и прошедшей волн.

Эта задача достаточно сложная. Причина в том, что поля заряда являются мгновенно действующими и необходимо задать модель взаимодействия волны и заряда. Есть много вариантов: взаимодействие с продольной составляющей электромагнитного поля, с поперечной составляющей; длительное взаимодействие с замедленными волнами; кратковременное взаимодействие с волнами в резонаторах и т.д. На этом мы сейчас не будем останавливаться по двум причинам.

Во-первых, модели требуют анализа и экспериментальной проверки.

Во вторых, Эти вопросы достаточно обширны и требуют специального изложения.

В третьих, для нас сейчас более важной задачей является обсуждение полученных результатов. Мы не хотим, чтобы обсуждение свелось к анализу предлагаемых вариантов и гипотез.

14.6 Атом Бора

Результаты, полученные выше, позволяют по-новому взглянуть на гипотезу Бора о строении атома. Как известно, Бор выдвинул следующие положения:

1. Электрон, двигаясь по стационарной орбите вокруг атомного ядра, не излучает электромагнитных волн. Добавление. Проведенный анализ подтверждает это положение. Поля заряда являются мгновенно действующими и не рождают волн. Добавим, что положение электрона на стационарной орбите является относительно устойчивым.

2. При воздействии электромагнитной волны (квантов) электрон может перейти с низкого на более высокий энергетический уровень, т.е. на соответствующую этому уровню стационарную орбиту. Добавление. При этом переходе электрон не только поглощает энергию электромагнитной волны, но и должен рассеивать падающую на него волну.

3. При переходе с более высокого энергетического уровня на более низкий электрон излучает квант энергии. Добавление. Поскольку положение электрона на орбите относительно устойчиво, он должен переходить на более низкий энергетический уровень только при наличии некоторого внешнего воздействия, например, при воздействии электромагнитной волны, но не «спонтанно».

С позиции классической электродинамики можно добавить следующее. Поскольку излученная энергия (квант) представляет собой электромагнитный импульс, имеющий узкополосный спектр, «связку» электрон – ядро можно рассматривать как резонансную систему с высокой добротностью. Существование дискретных энергетических уровней свидетельствует о том, что «связка» должна описываться нелинейными уравнениями или же нелинейными параметрическими уравнениями.

Есть еще точки, о которых следует помнить. Между макромиром и микромиром нет «непроходимых» границ. Природа не имеет «разрывов». Можно предположить следующее:

1. Вокруг атомного ядра существует короткодействующее поле неэлектромагнитного происхождения, которое не дает электрону приблизиться к ядру. Это поле должно определять устойчивые орбиты движения электрона.

2. Заряд это протяженная структура. Точечный заряд это идеализация, которая справедлива, когда внешние поля внутри заряда однородны (см. Главу 3, Приложение 1 к параграфу 3). Если заряд находится вблизи атомного ядра, то справедливость предположения об однородности электрического поля ядра внутри заряда зависит от соотношения размера электрона (радиуса электрона) и расстояния до ядра. По этой причине истинный размер электрона становится важным параметром.

3. Если внешнее поле внутри электрона неоднородно, то неизбежна «перестройка» структуры электрона. При этом должно быть изменение массы электрона (и заряда?). Более того, возможно, что такие изменения имеют «дискретный» характер (существует набор устойчивых состояний).

4. Описание устойчивой частицы вероятностными методами квантовых теорий есть паллиатив, полумера. Что касается «корпускулярно-волнового дуализма», то противоречивость этой гипотезы очевидна.

Таковы возможные подходы к микромиру с классических позиций.

Глава 15. Волны и функции Бесселя

15.1 Постановка задачи

Эта задача появилась благодаря желанию разобраться в процессах, происходящих при прохождении волной фокуса. В геометрической оптике пучки параллельных лучей, проходя тонкую круглую линзу, сходятся в точку, именуемую фокусом, как показано на рис. 15.1.

Геометрическая оптика это предел волновой оптики. А что же происходит «на самом деле» в этой точке, т.е. в окрестности фокуса? Анализ показывает, что при конечной длине волны такой точки не существует. Волновая оптика свидетельствует, что волна, имеющая после прохождения линзы сферический фронт, по мере приближения к фокусу преобразуется. В окрестности фокуса она превращается в «трубку», где форма фронта становится плоской, как показано на рис. 15.2 [1].

Рис. 15.2. Характер фронтов волны в окрестности фокуса

Между областями плоской и сферической волн появляется промежуточная (дифракционная) область, где происходят амплитудные и фазовые преобразования сферической волны в плоскую и обратно. Пример распределения интенсивности светового потока в фокальной плоскости приведен на рис. 15.3.

Рис. 15.3. Распределение интенсивности по сечению луча в фокальной плоскости

Все это согласуется с представлениями, сложившимися в волновой теории света и в теории электромагнитных колебаний. Например, в теории синфазных антенн (рупорные или зеркальные антенны) плоскость а-О-в (фокальная плоскость) рассматривается как излучающая поверхность синфазной антенны. А область, простирающаяся от фокальной плоскости до перехода плоской волны в сферическую, является зоной формирования главного луча антенны.

Однако при детальном рассмотрении есть аспект в существующих представлениях, который вызывает сомнения с физической точки зрения. Речь идет о «скачке фазы» волны при прохождении волной фокальной плоскости. Как утверждается в современной теории (см., например, [2]), волна, проходя фокальную плоскость (фокус) изменяет свою фазу на угол 180^о, как показано на рис. 15.4.