Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электричества и магнетизма и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на асимметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.
Максвелл ввел в физику понятие вихревого электрического поля и предложил новую трактовку закона магнитоэлектрической индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:
Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного физического процесса - электромагнитной индукции:
Рис. 1 и 2 иллюстрируют взаимное превращение электрического и магнитного полей.
|
|
Гипотеза Максвелла была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе Максвеллу удалось записать непротиворечивую систему уравнений, описывающих взаимные превращения электрического и магнитного полей, то есть систему уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла). Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:
1. Существуют электромагнитные волны, то есть волны совместных колебаний магнитного и электрического полей, распространяющееся в базовой физической среде Вселенной - космическом эфире. Он подтвердил открытие, сделанное еще в XVII веке Робертом Гуком для оптических лучей, что электромагнитные волны, как и свет, поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 3).
Рисунок 3. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы , и взаимно перпендикулярны. |
2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью
|
Здесь ε и μ – коэффициенты диэлектрической и магнитной проницаемости вещества, ε0 и μ0 – диэлектрическая и магнитная проницаемости эфира: ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м. Скорость электромагнитных волн в вакууме - свободном от вещества эфире (ε = μ = 1):
|
Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме, то есть в свободном от вещества эфире, является одной из фундаментальных физических постоянных. Вывод Максвелла о конечной скорости распространения электромагнитных волн находился в противоречии с принятой в то время ньютонианцами спекулятивной теорией дальнодействия, в которой, несмотря на открытие Рёмера, сделанное еще в XVII веке, скорость распространения электрического и магнитного полей принималась бесконечно большой. Поэтому теорию Максвелла называют теорией близкодействия, учитывающей то, что любое физическое взаимодействие в реальной физической среде происходит только при физическом соприкосновении физических объектов среды, - в данном случае корпускул эфира, - от точки к точке с характеристической скоростью распространения взаимодействия (волн) в этой среде, определяемой ее инерционностью μ0 и упругостью ε0
3. По гипотезе Максвелла в электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому, Максвелл считал, что объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ = wм
|
Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля и напряженности электрического поля в каждой точке пространства связаны соотношением
|
4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S (рис. 3), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная
ΔWэм = (wэ + wм)vSΔt. |
Плотностью потока или интенсивностью I [W/m2] называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:
Подставляя сюда выражения для wэ, wм и v, можно получить:
|
Поток энергии в электромагнитной волне можно задавать с помощью вектора направление которого совпадает с направлением распространения волны, а модуль равен EB / μμ0. Этот вектор называют вектором Умова - Пойнтинга, впервые выведенный Николаем Алексеевичем Умовым, 1873, а затем примененный Пойнтингом, 1885 г.). В синусоидальной (гармонической) волне в вакууме среднее значение Iср плотности потока электромагнитной энергии равно
|
где E0 – амплитуда колебаний напряженности электрического поля. Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
5. Из теории Максвелла следовало, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения сегодня теоретики объясняют тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало. Так, например, давление солнечного излучения, приходящего на Землю, на абсолютно поглощающую поверхность составляет примерно 5 мкПа. Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены П. Н. Лебедевым (1900 г.). Опыты Лебедева имели огромное значение для утверждения электромагнитной теории Максвелла. Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что им присущ механический импульс. Импульс электромагнитной волны в единичном объеме выражается соотношением
где wэм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме, то есть в свободном от вещества эфире.
Наличие электромагнитного импульса позволяет ввести понятие электромагнитной инерционной массы (также называемой инерцией, инертной, присоединенной массой), то есть инертности волн в эфире. Для поля в единичном объеме
Отсюда следует:
Это соотношение между инертной массой, присущей как веществу, так и эфиру, и энергией электромагнитного поля является универсальным законом природы, выведенным в 1874 году великим русским физиком Николаем Алексеевичем Умовым. Оно справедливо для любых тел независимо от их природы и внутреннего строения. Таким образом, эфирная среда обладает признаками физической материи – энергией, конечной скоростью распространения в ней волн, импульсом и инертной массой. Это говорит о том, что электромагнитное поле в эфире является одной из форм движения эфира - базовой материи физической Вселенной.
6. Первое экспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было дано примерно через 15 лет после создания теории в опытах Генриха Герца (1888 г.). Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но впервые начал изучать их свойства – поглощение и преломление в разных средах, отражение от металлических поверхностей и т. п. Ему удалось измерить на опыте длину волны и скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равной скорости оптического излучения. Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла. Через семь лет после этих опытов электромагнитные волны нашли применение в беспроволочной связи (А. С. Попов, 1895 г.).
7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами или электрическими диполями. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p(t) которого быстро изменяется во времени. Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ (рис. 4).
Рисунок 4. Элементарный диполь, совершающий гармонические колебания. |
Рис. 5 дает представление о структуре электромагнитной волны, излучаемой таким диполем.
Рисунок 5. Излучение элементарного диполя. |
Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Генриху Герцу принадлежит не только экспериментальное открытие электромагнитных волн, но и свойств электрических диполей, которые он Герц использовал в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.