Модель электромагнетизма

В статье предлагается "классическая" микроскопическая модель электрического и магнитного полей по типу МКТ для термодинамики. На её основании выводятся закон Кулона и сила Лоренца.

Теория электромагнетизма, несмотря на относительно сложный матаппарат, воспринимается легко. Даже в школе. Причиной этому является наглядное описание электрического и магнитного полей посредством линий электрической (Е) и магнитной (Н) напряжённости. Да и уравнения Максвелла ясны и красивы. В последнее время благодаря развитию физики элементарных частиц созданы квантовые модели сильного и слабого взаимодействий, а также, электромагнитного излучения. Но реальный фотон не подходит на роль кванта электрического (ЭП) и магнитного поля (МП), или "единого и неделимого" электромагнитного поля (ЭМП). Вся ответственность возлагается на виртуальные фотоны физвакуума. (Договоримся в дальнейшем называть их виртуонами, для краткости.)

Попытки создать микроскопическую модель ЭП и МП (по удачному примеру МКТ для термодинамики) неоднократно предпринимались, но безуспешно. Как, впрочем, и модели лессажистов для гравитации.

Физика может существовать и без моделей — достаточно матаппарата. Но без модели не может быть полноценного понимания природы явления. Как и шансов углубиться в корни, создать более фундаментальную/универсальную теорию. Именно благодаря моделям мы имеем сегодня не нагромождение явлений и законов, а многоуровневую дендритную структуру Физической Картины Мира…

Здесь будет предложена модель, из которой выводятся свойства ЭП и МП в их органическом единстве. Для простоты ограничимся лишь объяснением закона Кулона и силы Лоренца.

Часть первая: Модель

А. Наглядные представления:

1. Элементарный заряд (е⁺, е^—) представляет собой как бы две половинки шара, разделённые экваториальной щелью.

2. Виртуоны представляют собой половинки фотона, находящиеся в виртуальном состоянии. Они нейтральны и бывают двух типов: Vp и Vn.

Виртуон, как и фотон, характеризуется тройкой векторов Е, Н, с.

Физсмысл векторов Е и Н здесь пока таков — быть факторами в "правилах отбора".

3. Элементарный заряд неупруго взаимодействует с виртуонами только одного типа: е⁺ с Vn, е^— с Vp.

Заряд (опускаем и далее слово элементарный) поглощает и переизлучает виртуон, движущийся под любым углом к его оси, кроме наскакивающих на экваториальную щель. При этом сохраняется его вектор импульса.

Виртуоны второго типа упруго отскакивают назад.

В. Постулаты взаимодействия:

1. Для неподвижного заряда вероятности поглощения виртуонов одинаковы для обоих полушарий, а для движущегося — больше в направлении движения.

2. Заряд поглощает виртуон (которого назовём инициативный), а излучает инвертированный: e^—: Vp—> Vn, е⁺: Vn —> Vp

3. Параллельно с этим через экваториальную щель должен пройти ещё один виртуон любого типа (комплиментарный), в соответствии с правилами отбора. Все остальные виртуоны, наскакивающие на экваториальную щель заряда, будут упруго отскакивать.

4. Комплиментарный виртуон при этом испытывает поворот на 180° вокруг оси движения (т.е. вектора Н и Е меняются на противоположные).

Возможно, комплиментарный виртуон тоже испытывает инверсию. В любом случае, результирующая картина никак не изменится.

С. Правила отбора комплиментарного виртуона:

1. Вектора Н инициативного и комплиментарного виртуонов сонаправлены.

2. Направление прохождения комплиментарного виртуона параллельно вектору Е инициативного виртуона. Причём,

— для е⁺: вектора с и Е противонаправлены,

— для е^—: вектора с и Е сонаправлены.

На рис. 1 и 2 показаны процессы, происходящие на заряде е+ при одном сбалансированном акте взаимодействия с двумя инициативными виртуонами однородного изотропного двухкомпонентного поля. Виртуоны надвигаются на заряд слева и справа. (В качестве комплиментарного виртуона выбран Vn).

<Рис.1>

<Рис.2>

Часть вторая: Последствия

Присутствие неподвижных зарядов в однородном изотропном виртуонном двухкомпонентном поле нарушает его симметрии.

1. Заряд создаёт вокруг себя стабильную картину распределения концентраций виртуонов относительно фона — избыток для одного типа и недостаток для другого. Анизотропия является центрально — симметричной, концентрации подчиняются закону обратных квадратов (1/R²). Вокруг е⁺ доминируют виртуоны р-типа, вокруг е^— преобладают виртуоны n-типа.

2. В экваториальной плоскости заряда вдоль каждой диагонали будут выходить виртуоны с противоположным инициативному направлением вектора Н. В изотропном поле они образуют в экваториальной плоскости заряда закрученные по или против часовой стрелки концентрические окружности.

Образуется стабильная картина распределения концентраций виртуонов по окружностям, подчиняющаяся закону обратной линейности (1/R).

3. Если заряд покоится, то закрученные окружности в обоих направлениях полностью компенсируют друг друга, маскируя внутренние процессы. Но если количество инициатиивных взаимодействий для одного полушария заряда будет больше, чем для второго (заряд движется равномерно и прямолинейно), то по вектору Н образуется асимметрия. Благодаря этой разнице и проявляются замкнутые линии магнитной напряжённости, чья картина стабильна относительно заряда. Потоки же самих виртуонов через заряд при этом взаимно скомпенсированы.

Часть третья: Закон Кулона

Рассмотрим судьбу пробного заряда, находящегося на некоем расстоянии от заряда е₁⁺ (и пренебрежём процессами в экваториальной щели, которые взаимно скомпенсированы).

1. Пробный заряд тоже положителен: е₂⁺

По оси, соединяющей заряды, наблюдается следующее. Полушарие заряда е₂⁺, обращённое к заряду е₁⁺(внутреннее), будет испытывать избыток р-виртуонов и недостаток n—виртуонов. Последнее означает, что внешняя полушарие заряда е₂⁺ подвергается избыточному воздействию n—виртуонов.

* Избыточные р-виртуоны отражаются от внутренней полусферы, оказывая на неё постоянное давление, отталкивающее заряд е₂⁺ от заряда е₁⁺.

* Избыточные n—виртуоны проходят сквозь заряд е₂⁺, пусть с инверсией, но без всякого влияния на его импульс.

Т.о. именно и только избыточные р-виртуоны приводят к появлению отталкивающей силы.

<Рис.3>

2. Пробный заряд отрицателен: е₃^—

* Избыточные р-виртуоны проходят сквозь внутреннее полушарие заряда е₃^—, пусть с инверсией, но без всякого влияния на его импульс.

* Избыточные n—виртуоны отражаются от внешней полусферы, оказывая на неё постоянное давление в направлении заряда е₁⁺.

Т.о. именно и только избыточные n—виртуоны приводят к появлению притягивающей силы.

<Рис.4>

Закон Кулона обретает своё микроскопическое объяснение.

Заметим, что теперь становится наглядным физсмысл понятия "напряжённость электрического поля". Причём, вектор Е виртуонов не имеет к ней никакого отношения, являясь лишь одним из критериев отбора при взаимодействии виртуонного поля с зарядами.

Часть четвёртая: Сила Лоренца

Во внешнем магнитном поле часть виртуонов поля будет поляризована по вектору Н. Если заряд равномерно движется (v = const, Н ^v <> 90), то в направлении движения будет наблюдаться избыток инициативных взаимодействий вообще, и с этой анизотропией, в частности. При том, что потоки виртуонов к обеим полушариям заряда по-прежнему одинаковы. Возьмём положительный элементарный заряд е⁺ и

рассмотрим последствия одного такого взаимодействия с зарядом.

1. Играть роль инициативного виртуона чаще достаётся виртуонам по ходу движения. (Постулат №1). Но виртуоны n-типа проходят через заряд без обмена импульсами, т.е. без всякого воздействия. Динамическое воздействие виртуонов р—типа также сбалансировано.

2. В экваториальной плоскости виртуоны "работают" парами, идущими из противоположных направлений. Однако, один из пары будет отобран в качестве комплиментарного, который без обмена импульсами с зарядом пройдёт через экваториальную щель. Второй виртуон отскочит, передав заряду импульс в направлении, перпендикулярном как скорости заряда, так и вектору Н. Так получается правило левой руки.

<Рис.5>

Часть пятая: Явления

А. Явление электромагнитной индукции

При изменяющемся значении Н нарушается количественный баланс взаимодействий как по оси заряда, так и в экваториальной плоскости. Первый приводит к появлению силы в направлении движения заряда (ЭДС), второй — силы Лоренца. Это интерпретируется как вихревое электрическое поле.

В. Излучение

Фотон представляет собой пару соединённых виртуонов обеих типов, перешедших в реальное состояние. Для его излучения сырьём являются два комплиментарных виртуона. Ускоренное движение заряда сопровождается их переходом в реальные в соответствии с Законом сохранения энергии. При гармонических колебаниях это и наблюдается в плоскости, перпендикулярной току. (В экваториальной для зарядов).

Данные о синхротронном излучении, например, позволяют смоделировать/воссоздать непростой механизм взаимодействий зарядов с виртуонами и процесс излучения фотонов более детально.