§ 1.14 Энергия поля и давление света

§ 1.14 Энергия поля и давление света

Давление, оказываемое светом на зеркало даже в вакууме, противоречит, например, принципу равенства действия и противодействия, когда он применяется только к веществу. Поэтому мы вынуждены будем "овеществить" лучистую энергию, чтобы спасти этот принцип и принцип сохранения энергии во всех случаях, когда имеется тело, в котором излучение не встречает какого-либо материального препятствия в некотором направлении, и для которого энергия не может, следовательно, когда-либо полностью восстановиться.

Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]

Одна из основных проблем теории Максвелла и всей современной электродинамики связана с объяснением энергии поля. Электрическое воздействие, как известно, передаётся от заряда к заряду с конечной скоростью, равной скорости света. Однако, как было замечено ещё Ритцем, с позиций максвелловой электродинамики затруднительно понять: в какой форме существует в пустом пространстве электрическое воздействие (его энергия и импульс), после того, как оно покинуло один заряд, но ещё не пришло к другому, — максвеллова теория противоречит закону сохранения энергии и импульса! Будь даже пространство между зарядами заполнено неподвижным эфиром, и то не удалось бы понять, как в нём может переноситься импульс и энергия электрического поля, в отсутствие волн. А, поскольку эфира нет, то объяснить это тем более проблематично, поскольку энергия и импульс неразрывно связаны с весомой материей. В отсутствие материи, — массы m, понятия энергии E=mV²/2 и импульса p=mV теряют смысл. Совершенно так же нет смысла говорить о температуре и давлении пустого пространства: температура и давление — это, соответственно, мера энергии и импульса частиц среды.

Но в электродинамике Ритца эта проблема легко решается. Как показали выше, импульс от заряда к заряду переносят элементарные, весомые частицы, — реоны, движущиеся со скоростью света. Через посредство реонов заряды и обмениваются импульсами, энергией, иначе говоря, — взаимодействуют в полном согласии с законом Кулона. Всё пространство между зарядами пронизано летящими со скоростью света реонами. Они и образуют динамическую среду, с которой связаны энергия и импульс электрического действия. Но эта среда из частиц кардинально отличается и от неподвижного эфира, и от абстрактного электромагнитного поля, и от виртуальных фотонов. В отличие от них, реоны — это, во-первых, субстанция вполне материальная, весомая, а потому — способная переносить энергию и импульс, а, во-вторых, всегда пребывающая в движении. Реоны и ареоны — это не только стройматериал, образующий частицы, но и универсальный переносчик всех видов взаимодействий.

В форме кинетической энергии реонов, покинувших заряд, и существует вокруг него потенциальная энергия электрического поля. Плотность энергии поля w (энергия, приходящаяся на единицу объёма), равна w=?₀E²/2, где E — напряжённость поля [45, 60]. Внутри плоского электрического конденсатора поле E=?/?₀, где ? — поверхностная плотность заряда на обкладках конденсатора, имеющих площадь S (Рис. 40). Отсюда в конденсаторе w=?²/2?₀. С другой стороны, плотность электрической энергии можно представить, как энергию u реонов, заключённых в единице объёма, равную концентрации реонов k, умноженной на кинетическую энергию одного реона mc²/2. Концентрацию k найдём из условия, что любой из Z электронов обкладки ежесекундно испускает

N=e²/?c?₀r²m

реонов (§ 1.4). Из них половина попадает в полость конденсатора. Отсюда

k=ZN/Sc,

где Ze/S=?, то есть

k=?e/?c²?₀r²m.

В итоге плотность энергии

u=kmc²/2=?e/2??₀r².

Рис. 40. Энергия w плоского конденсатора как кинетическая энергия u потока реонов внутри него.

Как видим, плотность кинетической энергии реонов u=?e/2??₀r² больше энергии поля w=?2/2?₀ в e/??r² раз. Это означает, что не всю кинетическую энергию реонов можно преобразовать в работу. Ведь энергия конденсатора находится, как работа по его зарядке, совершаемая против электрической силы при разделении, переносе зарядов, скажем, — путём разведения обкладок конденсатора [45, 60]. А заряды одной пластины конденсатора не способны поглотить все реоны, испущенные другой пластиной, поскольку между электронами есть промежутки, в которые вылетают реоны. За счёт этого реоны и проникают в тела, неся электрическое, магнитное и гравитационное воздействие к самым глубоким слоям вещества, что делает их похожими на другие известные частицы, — нейтрино, тоже возникающие в распаде, имеющие световую скорость, массу — много меньше электронной и огромную проникающую способность. Если бы заряды на пластине помещались вплотную друг к другу, без зазоров, так что ?=e/?r², то тогда бы плотность энергии поля w совпала с плотностью кинетической энергии u. Ведь при этом вся энергия потока реонов преобразуется в электрическое взаимодействие.

Итак, потенциальная энергия электрического поля представляет собой, в действительности, кинетическую энергию движения реонов. Лишь малую часть этой последней можно преобразовать в электрическое воздействие, в работу (оттого эту часть и называют потенциальной), о чём говорил ещё Тесла, более других разбиравшийся в электричестве и принявший теорию Ритца [110]. Примерно так же и внутренняя энергия сжатого газа, потенциально способного совершить работу при расширении, на деле является кинетической энергией атомов газа. Поэтому, при адиабатическом расширении газа и совершении им работы, скажем, — в виде поднятия поршня, газ охлаждается, скорость его атомов уменьшается. Но, опять же, преобразовать в работу можно не всю кинетическую энергию атомов, а лишь часть её (называемую свободной энергией), как утверждает второе начало термодинамики. Аналогичный закон имеет место и в электродинамике. Именно он, как показал Ритц, вводит необратимость электродинамических явлений, подобно второму началу (§ 4.1).

Вполне естественно, что электрическая и все прочие виды энергии сводятся к энергии движения частиц, так же, как некогда тепловая, внутренняя энергия оказалась всего лишь кинетической энергией хаотического движения атомов и молекул. А превращение одного вида энергии в другой означает лишь передачу движения, перераспределение кинетической энергии в системе частиц. Так что, закон сохранения энергии — это закон неуничтожимости движения, вместе с законом неуничтожимости материи открытый ещё Демокритом. И предельно абсурдна электродинамика Максвелла, где энергию, — свойство весомой материи, — приписали пустому пространству, пространству самому по себе, без весомых частиц. Следуя столь почитаемому учёными принципу Оккама, по которому не стоит преумножать сущностей сверх необходимого, надо отвергнуть нынешнюю электродинамику, которая увела физику в колею кванторелятивизма, ввела избыточные формы энергии и материи: абстрактное электромагнитное поле, невесомые фотоны, разные типы взаимодействий. Неизбежно и все прочие виды энергии рано или поздно будут сведены к кинетической, — к чисто механической энергии движения (§ 3.16).

Именно в этом состоит причина сохранения энергии. Движение не исчезает, а лишь меняет свой характер, передаётся от одних тел, частиц, — другим. Так что закон сохранения энергии — это, фактически, закон неуничтожимости движения, за который ратовали ещё первые учёные-материалисты: Левкипп, Демокрит, Лукреций. Точно так же, причина сохранения массы (или заряда) в том, что масса, материя не возникает и не исчезает, а лишь переходит от одного тела к другому. Фактически, это закон неуничтожимости материи, представляющий собой основу материалистической науки. Строго закон сохранения массы был открыт и обоснован Ломоносовым и, поздней, — Лавуазье, на примере окисления свинца: при окислении масса свинца увеличивалась, но — лишь потому, что он поглощал невидимый кислород: атомы кислорода присоединялись к свинцу, — переходили из воздуха в окалину (§ 3.13). И потому не совсем правильно говорить о превращениях материи или энергии из одной формы в другую. Химические превращения материи — это лишь переход неизменных частиц от одних телам к другим, тогда как превращения энергии из одного вида в другой — это, всего лишь, перенос кинетической энергии частицами от одного тела к другому или преобразование характера движения частиц.

Возьмём, к примеру, два разноимённо заряженных металлических шарика. Поначалу они покоятся, но затем под действием притяжения начинают сближаться, постепенно увеличивая скорость. Говорят, что при этом потенциальная энергия электрического поля шариков переходит в кинетическую. Но, поскольку потенциальная энергия электрического поля — это, в конечном счёте, кинетическая энергия движения реонов, то происходит лишь передача движения, кинетической энергии от реонов к шарикам за счёт столкновений. Когда шарики, набрав скорость, столкнутся, часть их кинетической энергии перейдёт в тепло, в тепловую энергию. Но и в этом случае нет, в действительности, никакого превращения энергии: просто упорядоченное движение атомов каждого шарика, перейдёт частично в их беспорядочное, хаотическое движение, которое и есть тепло. Таким образом, во всех трёх случаях сохранялась, в действительности, именно кинетическая энергия: движение тел и частиц не исчезало, а передавалось от одних тел к другим, проявлялось в разных формах. А, потому, следует ожидать, что и все другие формы энергии — гравитационная, ядерная, химическая и, вообще, любая мыслимая — это, именно, кинетическая энергия, то есть энергия движения весомых тел и частиц. Вот почему причина сохранения энергии состоит в неуничтожимости движения, лишь передающегося от тела к телу. И, если мы этого движения не замечаем, это не значит, что его нет. Ведь и теплового движения атомов мы не наблюдаем, хотя оно имеет место, как показал ещё Демокрит на примере броуновского движения взвешенных частиц и пылинок.

Полную противоположность материалистическому подходу Демокрита составляет максвеллова электродинамика, в которой энергия приписывается абсолютно пустому пространству, пространству самому по себе, без каких-либо весомых частиц. Но ведь энергия, как показал многовековой ход развития науки, — это свойство весомой материи, энергия mV²/2 неотделима от материи, массы m. И, в этом смысле, теория Ритца имеет перед электродинамикой Максвелла огромное превосходство, поскольку сводит электромагнитные явления и энергию к чисто механическим, к движению частиц. Следуя столь почитаемому учёными принципу бритвы Оккама, согласно которому не следует преумножать сущностей сверх необходимого, мы должны отвергнуть теорию Максвелла и всю современную электродинамику, вкупе с квантовой. Ведь, помимо лишних форм энергии, они вводят ещё и излишние формы материи: абстрактное электромагнитное поле и невесомые фотоны.

В теории Ритца мы тоже вынуждены временами пользоваться термином "электрическое, электромагнитное поле". Однако, здесь, как говорилось, мы вкладываем в него совсем иной смысл. По Ритцу поле — это не новая форма материи, не состояние физического вакуума, эфира или пустого пространства, а лишь математическая характеристика распределения реонов в пространстве, определяющая характер и степень воздействия реонов на заряженные тела. Совершенно так же, в физике вводят поле скоростей, температур газа или жидкости, то есть, — математический закон распределения этих характеристик в пространстве. Ошибка физиков, придерживающихся максвелловой электродинамики, состояла в том, что чисто математический объект, — поле, они наделили физическими свойствами, объективной реальностью, — отсюда его загадочные абстрактные свойства, из которых невесомость и неуловимость — самые безобидные.

Кроме энергии, реоны переносят импульс, оказывая электрическое воздействие. Но, опять же, не весь импульс, несомый реонами, преобразуется в давление, поскольку заряженное тело поглощает лишь малую часть идущего сквозь него потока реонов. Ещё меньше давление света, открытое русским учёным Лебедевым в его опытах с крыльями и истолкованное как подтверждение максвелловой электродинамики [60], хотя на деле это подтвердило передачу света от источника к приёмнику материальным, весомым носителем (см. эпиграфы § 1.2, § 1.14). Фотоны и поле на эту роль не годятся, поскольку передавать импульс mV, давление могут лишь частицы ненулевой массы m. Частицы и среды с нулевой массой или плотностью должны иметь и импульс с энергией — нулевые.

Впрочем, и в БТР источник света, испуская поровну реонов и ареонов, гасящих импульсы друг друга, казалось бы, не окажет давления. Но, в действительности, поскольку в источнике света заряды (электроны) движутся, то и воздействие от положительных и отрицательных зарядов — разное: движение электронов меняет скорость испущенных ими реонов в сравнении с ареонами. Поэтому, поток реонов и ареонов переносит некий импульс, создавая давление света. Это давление зависит от скорости колебаний электронов, а, значит, — от частоты и интенсивности света. Выходит, и поток вектора Пойнтинга (энергии света) через площадку имеет ясный физический смысл: это поток переносимой частицами энергии. Столь же простую физическую интерпретацию получает и плотность силовых линий электрического поля заряда (Рис. 11, Рис. 45). По сути, это плотность потока реонов k, характеризующая величину поля заряда в данной точке.

Давление, оказываемое светом на зеркально отражающую поверхность, как показал Лебедев, в два раза превосходит давление на чёрную, поглощающую. Но неверно это понимать так, будто несущие свет частицы в одном случае упруго отскакивают от поверхности, а в другом — поглощаются ею. Ведь реоны, в отличие от фотонов, движутся всегда прямолинейно, не меняя направления движения от момента испускания и до поглощения. Реально происходит следующее: и зеркальная и чёрная поверхность (крылья Лебедева) одинаково воспринимают импульс, переносимый потоком реонов, оказывающим одинаковое давление. При этом электроны крылышек в обоих случаях колеблются под действием падающего излучения. Однако, зеркальная поверхность сразу же переизлучает поглощённый свет в обратном направлении (отражает его). Это вторичное направленное излучение и связанный с ним поток реонов создаёт дополнительный реактивный импульс, равный импульсу от давления исходного потока света. Вот почему парусная, подъёмная сила зеркальных крыльев в два раза больше, чем у чёрных.

Как видим, поток энергии, импульса света и электрического поля неразрывно связан с потоком частиц, — реонов и ареонов. Недаром, всё тот же Тесла сравнивал поток электромагнитной энергии с потоком материи, источаемой излучателем [110]. Это вполне соответствует БТР, — теории истечения, представляющей электромагнитную волну потоком частиц, источаемых источником. И Тесла же говорил, что реально свет и электромагнитные воздействия представляют собой продольное движение частиц, прямолинейно разлетающихся от источника и, подобно пулям, переносящих своим потоком огромную энергию. Мы же воспринимаем лишь малую её часть, связанную с поперечными воздействиями. Так что, в потоке этих частиц-переносчиков электровоздействия (реонов) заключено гораздо больше энергии, чем можно было помыслить на основании опыта.