Со времени обнаружения поляризации световых волн [3, стр. 665] считается, что свет является поперечной волной. А так как свет считается электромагнитной волной, то и электромагнитные волны также стали считать поперечными. В учебнике [4] написано: “Электромагнитные волны поперечны. Это следует из уравнений Максвелла div B = 0.” Указанное утверждение поясняется находящимся там же рядом рисунком. Но этот рисунок ничего не объясняет, вернее, он даёт сугубо неправильное объяснение, притянутое “за уши”. Ничего не объясняет в этом отношении и уравнение Максвелла.
Попробуем сами рассмотреть возникновение электромагнитных волн. На рис. 1 показан “бесконечно длинный” проводник, по которому течёт ток I. На некотором расстоянии от проводника находится концентричная и также “бесконечно длинная” цилиндрическая поверхность, образованная магнитными линиями с направлением, показанным вектором В.
Проводник с током I окружают бесконечное число таких поверхностей. Вектор В на этих поверхностях имеет наибольшую величину вблизи провода, а с удалением от него постепенно уменьшается до нуля в бесконечности. При увеличении или уменьшении тока I пропорционально увеличивается или уменьшается вектор В на каждой из этих поверхностей. При изменении направления I меняется и направление В.
Представим себе, что ток
I постепенно начинает возрастать, начиная с нуля. Тогда создаётся впечатление, что поверхности с малым значением В постепенно удаляются в бесконечность (растёт их радиус), а на их место приходят поверхности с большим значением В. При постепенном уменьшении тока происходит как бы обратное движение этих поверхностей. Но можно и считать, что все поверхности находятся на месте, но на них меняется величина вектора В. Дело вкуса.При изменении по величине тока
I на указанных поверхностях одновременно индуцируется вектор электрической напряжённости Е, но со сдвигом по фазе на 90° по сравнению с вектором В. Когда вектор В максимален по величине, вектор Е равен нулю и наоборот.Представим себе, что ток
I меняется по синусоидальному закону. Имеем ли мы тогда здесь волны?Если мы считаем, что цилиндрические поверхности неподвижны, то в течение каждого периода на каждой окружности каждого цилиндра мы имеем синусоидальное изменение величины магнитного поля, в любой момент времени одинаковое по всей длине каждой окружности. Амплитуда этого изменения на каждой окружности уменьшается по мере увеличения радиуса цилиндра. Но мы не имеем никаких механических отклонений, никаких изменений координат, связанных с синусоидальным изменением величины магнитного поля. Мы имеем бесконечное число “волн” магнитного поля, находящихся в фазе и расположенных концентрично каждая на своём цилиндре. Но они никуда не перемещаются, и изменяются только во времени.
Параллельно этому мы имеем бесконечное число “волн” электрического поля, также находящихся в фазе, но их фаза сдвинута относительно волн магнитного поля. Величина электрического поля также для любого момента времени постоянна вдоль каждой окружности на всём цилиндре. Амплитуды “волн” электрического поля также уменьшаются по мере удаления от проводника.
Но и в этом случае мы также не имеем никаких механических отклонений, никаких изменений координат, связанных с синусоидальным изменением величины электрического поля во времени.
Амплитуда колебаний в обоих случаях есть, но это не амплитуда пространственных отклонений. Это колебания во времени, временные, но не пространственные. Поэтому возникающие колебания нельзя считать ни продольными, ни поперечными. Эту ситуацию дополнительно поясняет рис. 2, на котором показаны рядом колебания материальной
точки и колебания вектора магнитного поля. Сходство этих графиков только внешнее.Если же считать, что поверхности движутся, то за один период они дважды приходят в любую точку пространства и дважды уходят из неё, или, другими словами, синусоидальная волна каждый период приходит в любую точку. Причём волны эти можно было бы назвать продольными, так как их амплитуда меняется по мере изменения радиуса концентрических поверхностей, но ни в коем случае не поперечными. Но вдоль радиуса отклонения меняются не по синусоидальному закону, а только уменьшаются по мере увеличения радиуса. Поперечными эти волны можно было бы назвать только в том случае, если бы их амплитуда менялась вдоль каждой окружности каждой цилиндрической поверхности, то есть, поперёк направлению перемещения. Амплитуда же в определённый момент времени всегда одинакова по всей длине окружности и на всём цилиндре. Следовало бы думать, что мы имеем типичные продольные колебания, так как изменение амплитуды происходит вдоль радиуса. Но это не продольные колебания, так как это не колебание относительно
точки равновесия, а колебание относительно точки в бесконечности. Кроме того, это не колебание (изменение положения) точки, обладающей некоторой массой, а изменение величины некоторого состояния.
На рис. 3 представлены поперечные колебания для двух моментов времени t1 и t2, в которых участвуют 12 точек. Наибольшие отклонения имеют точки 3 и 9.
Мы видим, что описанные выше колебания вектора В магнитного поля и вектора электрической напряжённости Е ни в коей мере не напоминают поперечные колебания, показанные на рис. 3.
У них то, что у поперечных колебаний должно меняться с изменением координаты, меняется с изменением времени. Мы имеем не колеблющуюся относительно положения равновесия точку (массу), а колеблющееся относительно нулевого значения состояние. Там изменяется во времени координата (отклонение) точки, а здесь – степень выраженности состояния.
При поперечных колебаниях две соседние в поперечном направлении точки колеблются с разной амплитудой (см. рис. 3), в случае же электромагнитной “волны” соседние в поперечном направлении точки имеют одинаковую амплитуду (степень выраженности состояния).
Таким образом, можно придти к выводу, что электромагнитные “волны” не являются ни продольными, ни поперечными. Мы не наблюдаем пространственных перемещений изменяющейся по синусоидальному закону величины, пространственных перемещений каких-либо частичек. Это нечто совсем иное, это не механические колебания, которые всегда сопровождаются периодическими перемещениями каких либо частичек, например, перемещениями частичек морской волны, колебаниями частичек гитарной струны, маятника часов и т.д. В данном случае колеблются величины магнитного и электрического поля. Нет ни колебаний масс, ни периодических изменений их координат. Признаком продольных или поперечных колебаний является именно соответствующее периодическое изменение координат колеблющейся величины (массы).
Если же электромагнитные волны не являются ни поперечными, ни продольными, то надо предполагать, что и световые волны не являются таковыми? Если свет и поляризован, так же как поляризованы электромагнитные “волны”, то это вовсе не означает, что это состояние поляризованности надо (или можно) передавать с помощью механических поперечных колебаний (перемещений) передающей среды.
Кстати, в приложении к ч. 6 данной книги [1, стр. 197] “Прав ли был Ньютон? Разлагает ли призма солнечный свет на цветовые составляющие?” на основе описанного в ней эксперимента был сделан вывод, что ход лучей при прохождении через призму не следует ни волновой, ни корпускулярной теории. Другими словами, на основе результата приведённого там эксперимента можно утверждать, что свет не является (чисто механическим) волновым явлением. Следовательно, в любом случае утверждение о том, что свет является поперечной (механической?) волной становится более чем сомнительным. Но, по-видимому, в очередной раз встаёт вопрос: что же такое свет?
Утверждение о том, что световые волны являются поперечными, в значительной мере затормозило развитие теории эфира, заставило искать модель эфира в виде твёрдого тела и послужило одной из причин возникновения кризиса в физике в конце 19-го века.
Разумеется, аргументы на основе эффекта поляризации [3, стр. 665] в пользу того, что свет должен быть поперечной волной, кажутся абсолютно логичными. Но они основаны на представлении чисто механических, пространственных колебаний. Изображение же электромагнитных колебаний в виде изменений пространственных перпендикулярно друг к другу расположенных векторов, возможно, является такой же ошибкой, как представление времени в виде пространственной координаты. Разумеется, мы представляем силовые линии индуцированных магнитных и электрических полей направленными перпендикулярно друг к другу. Но кто может сказать, что вектор магнитного или электрического поля расположен “от точки А до точки С”? Всё, что мы можем сказать, это только то, что вектор в точке А направлен в сторону точки С. Но, во первых, это направление в ту или в противоположную сторону выбрано чисто условно; во-вторых, мы не можем сказать, что этот вектор заканчивается в точке С или в какой-либо другой точке. Векторы магнитных и электрических полей не только не имеют истинного направления, но и не имеют линейных размеров. Поэтому и электромагнитные колебания не являются пространственными изменениями их величин, а только временными. Сравнение электромагнитных колебаний с механическими является чисто условным. Придание им механического подобия и рассуждения на основе их механического подобия могут оказаться глубоко ошибочными. Поэтому создаётся впечатление, что вопрос о том, должен ли эфир иметь свойства твёрдого тела, или же он может быть и газообразным, надо решать в несколько ином ключе.
|
|
 |
