Волны де Бройля

Присоединенные волны
«Крупныеоткрытия в области физики (например,… корпускулярно-волновой дуализм ивзаимопревращаемость двух форм материи — вещества и поля,… и др.) всегдабыли связаны с борьбой материализма и идеализма.»
Курсфизики. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. 2000. С.4.
Основнаяпроблема, связанная с волнами де Бройля, — это различие материалистической иидеалистической точек зрения на природу полей, т.е. признается или нет материальностьполя. Если материальность поля признается, то и проблемы на самом деле нет — волна де Бройля естественным образом представляет волновой пакет, образованныйполевыми парциальными волнами, который движется с частицей как единое целое ввиде присоединенной волны.
Например,если объект совершает колебания в среде, то такие возмущения среды образуютволны, которые расходятся (излучаются). Если же объект движется равномерно ипрямолинейно, то в каждой точке, через которую он проходит, также возникает возмущениесреды и соответственно возникают волны, которые начинают распространяться. Нотак как волны, возникающие во всех точках, через которые прошел объект,оказываются когерентными, то они, интерферируя между собой, гасят друг друга иизлучение волн не происходит, т.е. колебания среды можно наблюдать тольковблизи от точек, через которые прошел объект. На больших же расстояниях волныполностью гасят друг друга и колебания среды не наблюдаются. Таким образом, собъектом движется присоединенная волна, представляющая пакет парциальных волн,которая не образует излучения.
«К волнамможно отнести любые последовательные пространственно-временные изменения поля...»
Физическаяэнциклопедия. ВОЛНЫ.
Поле, как илюбая материя, может находиться в возмущенном и невозмущенном состоянии.Движущиеся возмущения поля представляют волны. Например, электрон обладаетэлектрическим и магнитным потоками (электрическим полем и магнитным моментом),т.е. электрон обладает электромагнитным потоком и при движении, так же как и фотон,представляет движущееся электромагнитное возмущение. Равномерно движущеесяэлектромагнитное возмущение поля образует присоединенную волну, котораядвижется с электроном как единое целое, так как при равномерном движенииизлучение не возникает — все парциальные электромагнитные волны, интерферируя,гасят друг друга. Любой движущийся заряд представляет движущеесяэлектромагнитное возмущение поля и образует парциальные волны. При движениизаряда, кроме потенциального (постоянного) поля, появляются вихревые(переменные) поля, т.е. возникает переменная составляющая поля в виде волновогоэлектромагнитного поля.
«Электромагнитноеполе неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связанос этими частицами; при ускоренном движении частиц электромагнитное поле«отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитныхволн.»
Физическийэнциклопедический словарь. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
Такоеидеализированное объяснение не раскрывает саму физику процесса. На самом жеделе при ускоренном движении частиц нарушается когерентность парциальныхэлектромагнитных волн и они «отрываются» от частиц в виде излучения.
«…электромагнитные волны возбуждаются электрическими зарядами, движущимися сускорением.»
Справочникпо физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.349.
Если болееточно, то парциальные электромагнитные волны возбуждаются при любом движенииэлектрических зарядов, но при ускоренном движении нарушается когерентностьпарциальных электромагнитных волн и они не могут, распространяясь в пространстве,погасить друг друга, что и наблюдается как излучение. Парциальные волны, так жекак и любые волны, обладают энергией. Надо заметить, что источником парциальныхволн является не сам заряд, а возмущение поля, которое движется с электрическимзарядом, представляя переменное поле. Движущееся возмущение поля вместе спарциальными волнами образует присоединенную волну.
Согласнофизике волновых процессов, существуют как расплывающиеся, так инерасплывающиеся волновые пакеты. Например, нерасплывающийся электромагнитныйволновой пакет возникает при равномерном движении электрического заряда.
«Вкогерентном состоянии гармонического осциллятора волновой пакет нерасплывается, а его центр движется по классической траектории.… Например,классический ток, создаваемый движущимися электрическими зарядами, излучаетфотоны, находящиеся в когерентном состоянии.»
Физическаяэнциклопедия. КОГЕРЕНТНОЕ СОСТОЯНИЕ.
Приравномерном движении заряда все возникающие парциальные фотоны оказываютсякогерентными, поэтому, интерферируя между собой, представляют нерасплывающийсяволновой пакет — присоединенную электромагнитную волну. При этом свойстваволнового пакета являются квантовыми, так как он образован электромагнитнымиквантами — парциальными фотонами. Если движутся вместе несколько зарядов, топарциальные фотоны от всех зарядов, интерферируя между собой, образуют единыйволновой пакет. Так как при равномерном движении заряда парциальные фотоныиз-за интерференции не излучаются, то их можно рассматривать как виртуальныефотоны. Такие виртуальные фотоны, хотя и не могут излучаться, но их можнонаблюдать в виде вихревого электромагнитного поля, окружающего движущийсязаряд. Парциальные фотоны обладают энергией, но при равномерном движении зарядаони, интерферируя в окружающем пространстве, полностью гасят друг друга. Это посути означает, что их энергия в сумме равна нулю, т.е. в результатесуперпозиции волн энергия одних парциальных фотонов как бы отрицательна поотношению к энергии других парциальных фотонов. Когда же энергия парциальныхфотонов в сумме становится не равной нулю (волны не гасят друг друга) — возникает излучение. С движущимся зарядом всегда движется электромагнитноевозмущение, которое обладает электромагнитной энергией и своим движениемвозбуждает парциальные (отдельные, элементарные) электромагнитные волны(виртуальные фотоны), которые также обладают энергией, но при равномерномдвижении их энергия в сумме равна нулю (волны в процессе излучения полностьюгасят друг друга).
При движениизаряда в пространстве изменяется электрическое смещение поля, что представляетток смещения в виде вихревого электрического и магнитного полей, т.е. возникаетпеременное электромагнитное поле. Таким образом, движение зарядовсопровождается вихревыми электрическими и магнитными полями — электромагнитнымивозмущениями, но для нерелятивистских скоростей энергия вихревогоэлектрического поля ничтожно мала по сравнению с энергией магнитного поля,поэтому при расчете ей можно пренебречь. Если же скорость заряда приближается кскорости света, то энергия вихревого электрического поля приближается к энергиимагнитного поля и при расчете электромагнитной энергии ее необходимо учитывать:Wэ/Wм = v2/c2, где Wэ — энергия вихревого электрического поля, Wм — энергия вихревогомагнитного поля, v — скорость движения заряда, c — скорость света.
«Такимобразом, уже рассмотрение электрического поля простейшей системы — равномернодвижущегося заряда — показывает, что иногда ГE не равно нулю, т.е. вприроде существует наряду с потенциальным качественно новое, вихревоеэлектрическое поле.»
Фундаментальныйкурс физики. А.Д.Суханов. 1998. Т.2. С.273.
«Благодаряналичию магнитного поля энергия шара увеличилась на величину Wм. Этоувеличение можно трактовать как увеличение кинетической энергии или как возрастаниемассы шара на величину электромагнитной массы.»
Общий курсфизики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.60.
«Магнитноеполе движущегося заряда переменно, так как даже при v = constрадиус-вектор r изменяется и по модулю и по направлению.»
Справочникпо физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.237.
Переменноемагнитное поле является источником электромагнитных волн, но при равномерномдвижении заряженных частиц все возникающие парциальные волны, интерферируямежду собой, гасят друг друга. Т.е. равномерно движущиеся частицысопровождаются присоединенными волнами, которые не могут излучаться из-заинтерференции. Если же изменяется скорость движения, то парциальные волныстановятся некогерентными, т.е. не могут, интерферируя, погасить друг друга — возникает излучение.
«Приравномерном движении частицы эти волны оказываются когерентными и поэтомуинтерферируют между собой.»
Волновыепроцессы. И.Е.Иродов. 1999. С.241.
«Длякаждого значения lдлины волны излучения можно найти такое значение l =lal, при котором D= l/2, так что элементарные волны гасят друг друга ...»
Справочникпо физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.400.
«Попринципу Гюйгенса в результате интерференции парциальные волны гасят друг другавсюду, за исключением их общей огибающей, которой соответствует волноваяповерхность света, распространяющегося в среде.»
Физическаяэнциклопедия. ЧЕРЕНКОВА — ВАВИЛОВА ИЗЛУЧЕНИЕ.
Чтобыпарциальные волны могли создать излучение, они должны быть либо некогерентными,либо иметь общую огибающую. Т.е., согласно физике волновых процессов, еслипарциальные волны когерентны и не имеют общей огибающей, то излучениевозникнуть не может. Данное правило, представляя по сути закон излучения,действует во всех случаях независимо от того, происходит движение с ускорениемили нет. Когда же в учебной литературе встречается утверждение, что придвижении заряженных частиц с ускорением всегда возникает излучение, то это насамом деле неверно, так как в некоторых случаях при движении с ускорением можетсохраняться когерентность парциальных волн и излучение не возникает. С другойстороны, при движении без ускорения не всегда парциальные волны когерентны иможет возникать излучение, например, если среда неоднородна и в ней изменяетсяскорость распространения волн. Таким образом, излучение возникает не от того,какое движение — с ускорением или нет, а от того, нарушается или неткогерентность парциальных волн и имеется ли у них общая огибающая. Хотякогерентные парциальные волны, не имеющие общей огибающей, нельзя наблюдать ввиде излучения, но они, как и любые когерентные волны, могут образовыватьинтерференционную картину, что можно наблюдать экспериментально, например, припрохождении парциального волнового пакета через отверстия.
«Если жеразность фаз постоянна во времени, то такие колебания (и волны) называюткогерентными.»
Волновыепроцессы. И.Е.Иродов. 1999. С.81.
«…когерентностью называют согласованное протекание колебательных (волновых)процессов.»
Волновыепроцессы. И.Е.Иродов. 1999. С.85.
Любое движениеэлектрических зарядов образует электромагнитные волны, но из-за интерференцииони не всегда могут излучаться. Такие присоединенные электромагнитные волны,представляя присоединенную электромагнитную энергию, могут начатьраспространяться самостоятельно (излучаться), например, при торможениизаряженных частиц или когда частицы движутся по орбитам, на которых неукладывается целое число длин волн, т.е. когда движение волн несинфазное — неткогерентности.
«…стационарными являются лишь те орбиты, на которых укладывается целое число волн...»
Физика.В.Ф.Дмитриева. 2001. С.357.
Синфазныеорбиты, на которых укладывается целое число волн, называются боровскими.Скорость движения по таким орбитам равномерная и возникающие вторичные волныоказываются когерентными, т.е. каждая точка орбиты является источникомпарциальных волн, которые когерентны. Согласно принципу Гюйгенса, этипарциальные волны, не имея общей огибающей, не могут излучаться. При переходе сорбиты на орбиту когерентность нарушается — возникает излучение. Таким образом,согласно принципу Гюйгенса, стационарными являются лишь те орбиты, на которыхукладывается целое число волн, так как возникающие при этом вторичные волныполностью гасят друг друга, не излучаясь. Такие орбиты с замкнутыми волнами называютсяборовскими.
Свойствапарциальных волн гасить друг друга часто используется на практике, например,направленные вибраторные антенны. Электромагнитное возмущение распространяетсявдоль вибраторов и каждый вибратор является источником когерентных парциальныхволн, которые, гася друг друга, почти не создают излучения в боковомнаправлении. Если вибраторы расположить по кругу, так чтобы укладывалось целоечисло длин волн, то в идеале излучаться электромагнитные волны не будут, таккак, интерферируя в окружающем пространстве, полностью погасят друг друга. Т.е.электромагнитные колебания вокруг вибраторов представляют движущуюся по кругу(замкнутую) присоединенную электромагнитную волну, которую можно наблюдатьтолько в окружающем пространстве вблизи вибраторов. Присоединеннаяэлектромагнитная волна состоит из электрических и магнитных потоков индукции и,как все волны, обладает энергией. Распределение плотности электромагнитнойэнергии в пространстве представляет интерференционную картину, образованную парциальнымиволнами и зависит от числа волн, которое укладывается на орбите. Возникающаяинтерференционная картина идентична распределению электронной плотности вокругядра атома.
Движениеэлектрона сопровождается электромагнитным возмущением, образующим присоединеннуюэлектромагнитную волну, т.е. полевые потоки индукции, окружающие частицу, придвижении образуют волну — волновое электромагнитное поле (волновой пакет).Поэтому при прохождении электронов, например, через отверстия может наблюдатьсяинтерференция электромагнитных потоков, что индукционно отражается на движенииэлектронов (изменить направление движения частицы может только полевой поток).
«Явлениеже дифракции доказывает, что в прохождении каждого электрона участвуют обаотверстия — и первое и второе.»
Курсфизики. И.В.Савельев. 1989. Т.3. С.55.
Рассмотримволновые процессы наглядно, например, проведем эксперименты в водяной ванне:движением объекта создается возмущение на поверхности воды — если объектдвижется быстрее скорости распространения волн, то от него расходятся волны(как от корабля), т.е. возникает излучение (излучение Черенкова), так как упарциальных волн появляется общая огибающая. Когда же объект движетсяравномерно со скоростью, не превышающей скорости распространения волн, то возмущениев виде волны, сопровождая движущийся объект, не образует расходящихся волн — парциальные волны гасят друг друга, не излучаясь. Т.е. возникает интерференцияволн между собой и они гасят друг друга в окружающем пространстве, неизлучаясь, образуя присоединенную волну, которая в зависимости отинтерференционной картины может представлять как цуг волн, так и одиночноевозмущение. Чтобы возникло излучение, движение должно быть либо быстреескорости распространения волн, либо переменным. Длина присоединенной волнызависит от скорости движения объекта и присоединенной массы — чем вышескорость, тем больше напряженность возмущения среды и тем быстрее средавозвращается в исходное состояние, т.е. длина волны обратно пропорциональнаскорости (импульсу) объекта, а энергия растет вместе с частотой. Такаязависимость присуща всем присоединенным волнам. Движущийся объект, кромеосновного центрального возмущения, состоящего из двух разноименных областей, засчет интерференции вторичных волн может образовывать соседние возмущения (цугпарциальных волн), амплитуда которых убывает с увеличением расстояния отобъекта. Т.е. присоединенная волна имеет определенную длину когерентности.Особенность присоединенной волны в том, что она при равномерном движении неизлучается, представляя присоединенную энергию. Присоединенные волны, как илюбые волны, могут образовывать дифракцию и интерференцию. Аналогичным образомв полевом пространстве возникают присоединенные волны де Бройля, которыесопровождают любую движущуюся микрочастицу (согласно современнымпредставлениям, частицы — это возбужденные состояния поля).
«В такомподходе частицы выступают как возбужденные состояния системы (поля).»
Физическаяэнциклопедия. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ.
«Волны деБройля — волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, ...»
Физическаяэнциклопедия. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ.
Любоедвижущееся возмущение поля образует парциальные волны. Так как частицы — этовозбужденные состояния поля, то при их движении всегда будут возникать полевыепарциальные волны, которые при равномерном движении из-за интерференции неизлучаются и движутся с частицами как единое целое в виде нерасплывающихсяволновых пакетов — присоединенных волн. Все поля являются квантовыми,соответственно, и волновой пакет, имея полевую природу, также будет обладатьквантовыми свойствами.
Такиеявления, как присоединенная масса и присоединенная волна давно уже рассмотреныв физике, поэтому присоединенные волны де Бройля не являются чем-то необычным.Т.е. с точки зрения физики — это обычный волновой процесс как, например,дифракция или интерференция и для объяснения которого не требуется придумыватькаких-либо интерпретаций. Волны де Бройля — это вторичные волны, которыевозникают при движении, но которые из-за интерференции не могут излучаться ипредставляют присоединенные волны, т.е. переносятся с частицами как единоецелое. Волны де Бройля, представляя волновые поля, отражают полевую структурудвижущихся частиц.
«Приравномерном движении объекта в однородной среде излучение возможно, только еслион движется со скоростью, превышающей скорость распространения волн в этойсреде, т.е. при «сверхволновом» — сверхзвуковом,«сверхсветовом» и т.д. движении. Возмущение, создаваемое движущимсятелом, как бы «сдувается» средой.… При движении в однородной средесо скоростью V
Физическаяэнциклопедия. ВОЛНЫ.
Т.е. этивозмущения, представляя волновой пакет парциальных волн, движутся с телом какединое целое, не излучаясь, в виде присоединенной волны. Таким образом, с точкизрения физики волновых процессов, волна де Бройля — это обычный волновой пакетполевого происхождения. Частица и присоединенная волна де Бройля как единоецелое представляют взаимосвязь вещества и волнового поля, т.е. частицы могутиметь не только потенциальные, но и волновые поля, которые неразрывно связаны сними при равномерном движении.
«Корпускулярно-волновойдуализм есть проявление наиболее общей взаимосвязи двух основных форм материи,изучаемых физикой, — вещества и поля.»
Физика.В.Ф.Дмитриева. 2001. С.270.
«Волнойназываются распространяющиеся в пространстве возмущения состояния вещества илиполя. Колебания вещества порождают упругую волну, а колебания электромагнитногополя — электромагнитную волну.»
Основыфизики. Б.М.Яворский, А.А.Пинский. 2000. Т.2. С.62.
«…электромагнитное поле может быть представлено как совокупность бесконечнобольшого числа гармонических осцилляторов.»
ОТФ.Квантовая механика. И.В.Савельев. 1996. Т.2. С.343.
Т.е.электромагнитное поле можно представить в виде поля квантовых гармоническихосцилляторов, где состояние поля с наименьшей энергией называется физическимвакуумом. Если среда квантовая, то возмущения среды и парциальные волны такжеобладают квантовыми свойствами.
Для любыхволн необходима материальная среда в виде вещества или поля, так как волныпредставляют возмущение среды. Существование материального физического вакуумаподтверждено экспериментально, например, эффект Казимира, где наблюдаютсянулевые колебания электромагнитного поля. Эффект Казимира проверен с точностьюдо 1% и является экспериментальным доказательством того, что даже в основномвакуумном состоянии происходят нулевые колебания (флуктуации) поля. Вакуум — это состояние поля с наименьшей энергией, частицы — возбужденные состоянияполя, поэтому даже в вакууме движение частиц будет сопровождаться возмущениямиполя — присоединенными волнами. Движущееся возмущение среды является источникомволн, но при равномерном движении, не превышающем скорость распространения волн,излучение не возникает, так как все вторичные (парциальные) волны, образуя вокружающем пространстве интерференцию, гасят друг друга, представляя движущийсяволновой пакет. При этом волны наблюдаются только вблизи движущегосявозмущения, там где парциальные волны еще не смогли погасить друг друга. Еслисреда идеальная, например, полевая, такой движущийся волновой пакет не теряетэнергию, так как из-за интерференции нет излучения. Это можно наблюдатьэкспериментально: например, электрический заряд при равномерном движении вдиэлектрике (вакууме) представляет движущееся электромагнитное возмущение, но,если скорость заряда не превышает скорости распространения электромагнитныхволн в данной среде, то нет излучения Черенкова, так как все возникающиепарциальные волны, образуя в окружающем пространстве интерференцию, гасят другдруга.
«…заряженная частица, равномерно движущаяся в среде, излучает, если ее скоростьбольше фазовой скорости света в этой среде.»
Волновыепроцессы. И.Е.Иродов. 1999. С.242.
Если движетсяэлектрический или магнитный диполь, то он также представляет движущеесяэлектромагнитное возмущение и также сопровождается присоединеннойэлектромагнитной волной. Таким образом, если полевая структура частицы являетсядипольной, то она также сопровождается волной де Бройля, даже если частица вцелом нейтральна. Не только внешние электрические и магнитные поля, но ивнутренняя полевая структура частиц участвует в образовании волн де Бройля.
«…нуклоны обладают сложной внутренней структурой, т.е. внутри них существуютэлектрические токи,… Электромагнитные свойства нейтрона определяютсяналичием у него магнитного момента, а также существующим внутри нейтронараспределением положительных и отрицательных зарядов и токов.… Внутренняяэлектромагнитная структура нейтрона проявляется при рассеянии электроноввысокой энергии на нейтроне ...»
Физическийэнциклопедический словарь. НЕЙТРОН.
«Исследованиярассеяния электронов и гамма-квантов на протоне позволили найтипространственное распределение электрического заряда и магнитного моментапротона — его формфактор, а также обнаружить электрическую и магнитнуюполяризуемости протона, т.е. получить экспериментальное доказательствосуществования внутренней структуры протона.»
Физическаяэнциклопедия. ПРОТОН.
«…элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное,как сгущения электромагнитного поля, ...»
А.Эйнштейн.Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689.
Частица(возбужденное состояние поля) и присоединенная волна де Бройля движутся какединое целое. Волна де Бройля представляет электромагнитный волновой пакетквантового электромагнитного поля, где электрические и магнитные потокиобладают квантовыми свойствами. Длина присоединенной волны де Бройля зависит отскорости и массы (импульса) частицы l = 2eФ0/p,где e — квант электрического потока (заряда) 1.602·10-19 Кл, Ф0 — квант магнитного потока 2.068·10-15 Вб, p — импульс. Чисто дляупрощения формулы можно использовать коэффициент пропорциональности h = 2eФ0= 6.626·10-34 Кл·Вб, представляющий квант электромагнитного потока.Постоянная Планка — это произведение электромагнитных постоянных h = 2eФ0и имеет физическую размерность Кл·Вб.
«Электромагнитныепостоянные. Элементарный заряд e… Квант магнитного потока Ф0...»
Физическиевеличины (справочник). 1991. С.1234.
«Собственноговоря, постоянной Планка называется коэффициент пропорциональности ...»
Квантоваяфизика. И.Е.Иродов. 2001. С.11.
Электромагнитнаяволна де Бройля, как и фотон, представляет электромагнитный квант, состоящий изкванта электрического потока (заряда) и кванта магнитного потока. Длина волныде Бройля и энергия рассчитываются так же, как у всех электромагнитных квантов- через электромагнитные постоянные.
«Волны — изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде инесущие с собой энергию.»
Физическийэнциклопедический словарь. ВОЛНЫ.
Так как волны- это возмущения (напряженность), волна де Бройля представляет присоединеннуюэнергию. Электромагнитная энергия волны де Бройля для нерелятивистских частиц W= eФ0v = eФ0v/l = mv2/2,где v — частота v = v/l, l — длина волны l = 2eФ0/mv, m — масса частицы, v — скорость. При приближениик скорости света энергия волн де Бройля приближается к энергии фотонов W = 2eФ0v= mv2, так как становится существенной энергия вихревыхэлектрических полей. Таким образом, электромагнитная энергия волны де Бройля — это кинетическая энергия движущейся частицы, т.е. кинетическая энергия частицыраспределена в пространстве в виде волны де Бройля. Например, электромагнитныйквант — фотон представляет кинетическую энергию в чистом виде.
«Полнаяэнергия света — это чисто кинетическая энергия, ...»
Фундаментальныйкурс физики. А.Д.Суханов. 1996. Т.1. С.121.
Т.е. вэлектромагнитной волне плотность кинетической энергии можно рассчитать какплотность электромагнитной энергии. Таким образом, не только потенциальная, нои кинетическая энергия имеет полевую природу. Кинетическая энергия, в отличиеот потенциальной, представляет волну — колебания поля. Например, когда потенциальнаяэнергия поля переходит в кинетическую энергию движения частицы, то возникаютколебания поля, представляющие присоединенную волну, которая движется счастицей как единое целое.
«Вчастности, электрическое поле, создаваемое системой неподвижных зарядов,является чисто потенциальным. Электрическое поле излучения, в том числе поле впоперечных электромагнитных волнах, является чисто вихревым.»
Физическаяэнциклопедия. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.
Полевыепотоки напряженности неподвижных зарядов представляют потенциальную энергию.Когда же заряды движутся, то возникают вихревые поля (потоки), представляющиекинетическую энергию. Например, когда электрические заряды под действиемпотенциального электрического поля начинают двигаться, то энергияпотенциального поля переходит в вихревые поля (волновые поля), возникающиевокруг движущихся зарядов, которые представляют кинетическую энергию движущихсязарядов.
Волны деБройля являются материальной сущностью кинетической энергии частиц. Фотоны(электромагнитные кванты) представляют волну де Бройля в чистом виде.
«Присоединеннаямасса — физическая масса (или момент инерции), которая присоединяется к массе(или моменту инерции) движущегося в жидкости тела для количественнойхарактеристики инерции окружающей его жидкой среды.… Физический смыслприсоединенной массы заключается в том, что если присоединить к телу,движущемуся в жидкости, дополнительную массу, равную массе жидкости, увлекаемойтелом, то закон его движения в жидкости будет таким же, как в пустоте.… Длякругового цилиндра присоединенная масса равна массе жидкости в объеме цилиндра.… Для шара присоединенная масса равна половине массы жидкости в объеме шара...»
Физическаяэнциклопедия. ПРИСОЕДИНЕННАЯ МАССА.
Т.е. движениетела в идеальной среде такое же, как в вакууме. Сила действует только приускорении, а при равномерном движении торможение отсутствует. Для примерарассмотрим движение безмассового тела, имеющего форму шара, в идеальной газовойсреде. При таком движении за счет присоединенной массы тело обладает импульсом(количеством движения). Кинетическая энергия тела, движущегося со скоростьюзначительно меньшей скорости распространения волн в данной среде, равна W = mv2/2,где m — присоединенная масса, v — скорость движения тела. При поступательномдвижении на тело действует сила F = am, где a — ускорение. Движущееся телосоздает возмущение среды, т.е. возникают парциальные волны, которые приравномерном движении из-за интерференции не излучаются, а движутся с телом ввиде присоединенной волны как единое целое. Сами же частички среды,представляющие присоединенную массу, не движутся вместе с телом, они только,смещаясь, совершают колебания, образуя волну. Энергия колебаний среды (энергияприсоединенной волны) — это кинетическая энергия движущейся присоединенноймассы. Таким образом, с телом движется волновое возмущение среды,характеристики которого зависят от величины присоединенной массы, скоростидвижения и свойств среды. Например, длина присоединенной волны l = k/mv, где k — коэффициент пропорциональности, который зависит отсвойств среды. Присоединенная масса движется с телом в виде волны, поэтомуприсоединенная волна является одним из признаков присоединенной массы, чтоможет наблюдаться в виде дифракции или интерференции при прохождении тела околопрепятствий. Например, если на пути движения тела находится препятствие сотверстием, размер которого намного меньше длины присоединенной волны, тонезависимо от размеров тела оно не сможет пройти через отверстие, так как непройдет его присоединенная волна — без кинетической энергии тело не сможетдвигаться. По тому, как тело проходит через отверстия различного диаметра,можно судить о длине волны, которую имеет присоединенная масса. При движениитела со скоростью, превышающей скорость распространения волн в данной среде, упарциальных волн появляется общая огибающая, т.е. возникает излучение волн,представляя потерю кинетической энергии. Кинетическая энергия, представляющаяволновое возмущение среды, как бы «сдувается» средой в виде излученияволн.
«Принятосчитать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с нейсвязаны.»
Физическийэнциклопедический словарь. МАССА.
Если массаэлементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны, то такая массаявляется присоединенной. Например, движение заряда аналогично движениюбезмассового тела в среде, так как сам заряд не имеет массы — вся его масса(энергия) полевая и находится в окружающем пространстве, т.е. представляетприсоединенную полевую массу и движение сопровождается присоединенной полевойволной. Таким образом, масса потенциального электрического поля — этоприсоединенная масса заряда. При движении заряда возникают вихревыеэлектрические и магнитные поля, представляющие волновое электромагнитное поле — присоединенную электромагнитную волну. Так же, как круговые токи смещениявокруг движущегося заряда, при движении тела в среде возникают круговые потокисреды и работа сил при движении в них пробного тела по замкнутой линии можетбыть отлична от нуля.
«Работасил вихревого электрического поля при движении электрического заряда позамкнутой линии может быть отлична от нуля.»
Физика.О.Ф.Кабардин. 1991. С.189.
Вихревые поля- это переменные поля, а работа сил таких полей при движении по замкнутой линииможет быть отлична от нуля. Аналогия между движением тела и заряда даетвозможность наглядно представить, как текут токи смещения вокруг заряда ивозникают вихревые поля. Например, кинетическая энергия движущегосябезмассового тела — это энергия текущих потоков смещения среды вокруг тела, акинетическая энергия движущегося заряда — это энергия текущих токов смещенияполя вокруг заряда. Ток электрического смещения поля вокруг движущегося зарядаобразует вихревые поля — электрическое и магнитное. Не только движущийся электрическийзаряд, но и диполь образует в пространстве ток смещения. Поэтому, не тольковнешние поля, но и внутренняя полевая структура движущихся частиц образует токисмещения, даже если частица в целом нейтральна.
Хотяфизические свойства полевой и вещественной среды отличаются, все равно,независимо от того, какая среда — газовая или полевая, в любом случаедвижущееся возмущение сопровождается присоединенной волной, так как в любомслучае образуются парциальные волны. Т.е. при равномерном движении, не превышающемскорость распространения волн, парциальные волны представляют присоединеннуюволну, а при ускоренном движении из-за нарушения когерентности парциальныеволны образуют излучение.
Надозаметить, что в систему единиц как одна из основных величин входит масса, но смассой имеются некоторые проблемы, например, одни частицы имеют массу покоя,другие нет. Если же заменить массу на энергию, то таких проблем не возникает.Для энергии, как и для массы, действует закон сохранения. Например, уэлементарных частиц масса измеряется энергией. Также, если исходить из того,что масса частиц является присоединенной, то получается, что масса связана сувлекаемым в возмущение объемом полевой среды и ее размерность L3.Если в системе единиц СГС в размерностях заменить массу на объем, т.е. M на L3,то исчезают квадратные корни в размерностях электромагнитных величин иразмерность принимает более естественный вид. Например, размерностьэлектрического и магнитного потоков — это объем, деленный на время L3/T.Таким образом, теоретически в размерностях как основные величины можно оставитьтолько длину и время.
«Существованиеинтерференционной картины является прямым следствием принципа суперпозиции ...»
Физическаяэнциклопедия. КОГЕРЕНТНОСТЬ.
Так как дляволн действует принцип суперпозиции, то, рассматривая излучениеэлектромагнитных волн, возникающее при движении заряженных частиц, надо всегдаучитывать интерференцию волн, из-за которой парциальные электромагнитные волнымогут полностью погасить друг друга. Т.е., когда согласно законамэлектродинамики должны возникать электромагнитные волны, это еще не значит, чтодолжно возникнуть и излучение, так как волны, интерферируя, могут погасить другдруга. Одним из таких примеров являются боровские орбиты. Также ток всверхпроводящем кольце, где движущиеся по кругу электроны образуютэлектромагнитные волны, но из-за интерференции излучение не возникает. Принизкой температуре в сверхпроводниках не разрушаются синфазные цепочки изкогерентных электронов (электроны находятся в когерентном состоянии). Т.е.электроны не излучают по тем же причинам, что и на атомных орбитах — излучениеневозможно, так как все парциальные волны когерентны и у них нет общейогибающей, в противном случае это бы противоречило законам физики волновыхпроцессов.
«Когерентностьсостояния бозе-конденсата куперовских пар ...»
Физическаяэнциклопедия. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
«Свойствасверхтекучести и сверхпроводимости также могут быть объяснены тем, чтосоответственно сверхтекучая компонента в жидком гелии и куперовские пары всвехпроводниках находятся в когерентном состоянии.»
Физическаяэнциклопедия. КОГЕРЕНТНОЕ СОСТОЯНИЕ.
Такимобразом, круговое движение заряженных частиц не всегда создает излучение.Процесс возникновения и излучения электромагнитных волн всегда примерноодинаков — изменяется электрическое смещение поля, возникает электрический токсмещения, представляющий вихревое электрическое поле и вихревое магнитное поле,которые излучаются в виде электромагнитных волн, если, конечно, из-заинтерференции волны сами себя не погасят. Т.е. волны распространяются(движутся) в том направлении, в котором они сами себя не гасят, при этомдвижение волн может быть как прямолинейным, так и круговым — по синфазныморбитам. Без представления интерференционно-волновой картины невозможнообъяснить некоторые волновые процессы. Например, рассматривая электронныеоболочки атомов, надо учитывать не только то, что волны не гасят себя присинфазном движении по боровским орбитам, но также и возникающую в окружающемпространстве интерференционную картину колебаний поля в виде распределенияэлектронной плотности. Т.е. масса электрона, представляя присоединенную полевуюмассу, распределена вокруг ядра атома в виде электронной плотности.
«При этомэлектроны как бы размазаны в пространстве и образуют электронное облако,…Для s-состояний (l = 0) волновая функция и распределение электронной плотностиобладают сферической симметрией ...»
Физическаяэнциклопедия. АТОМ.
Если круговоедвижение электрона происходит по орбите, значительно превышающей его длинуволны, т.е. движение не синфазное, то всегда будет возникать излучение, чтонаблюдается экспериментально на ускорителях частиц.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.comail.ru:8081/