 |
Глава 13. Электрические заряды
|
|
|
|
Глава 13
Электрические заряды
История развития математического понимания электричества и магнетизма была одной из успешных историй науки и техники. Явлениями, абсолютно неизвестными еще несколько веков назад, овладели так, что они буквально перевернули жизнь более продвинутых человеческих обществ. Но по странному стечению обстоятельств замечательное свидетельство успеха в определении и применении математических отношений, включенных в эти явления, сосуществует с почти полным отсутствием понимания базовой природы величин, с которыми имеют дело математические выражения.
Чтобы обрести надлежащее концептуальное понимание электричества и магнетизма, нужно ответить на следующие вопросы:
Что такое электрический заряд?
Что такое магнетизм?
Что такое электрический ток?
Что такое электрическое поле?
Что такое масса?
Каково соотношение между массой и зарядом?
Как создаются электрические и магнитные силы?
Чем они отличаются от гравитационной силы?
Как передаются эти силы?
Какова причина направления электромагнитной силы?
Почему массы взаимодействуют только с массами, а заряды с зарядами?
Как индуцируются заряды в электрически нейтральных объектах?
Современная наука не имеет ответов на большинство этих вопросов. Чтобы оправдать неудачу представления объяснений, физики говорят, что нам не следует задавать вопросы:
“Вопрос: “Что такое электричество? ” – так часто задаваемый вопрос – не имеет смысла”. (И. Н. даС. Андрад)36
Что такое электричество? По сути, определений, которых нельзя дать, не следует и требовать. (Рудольф Карнеп)”37
Озадачивает и трудность рассмотрения возникновения базовых сил. Наблюдается, что материя вызывает гравитационную силу, а электрический заряд – электрическую силу и так далее, но теоретики не могут определить происхождение этих сил. Их реакция – уйти от проблемы, характеризуя силы как самостоятельные “фундаментальные концепции физики”, которые следует принимать как данные характеристики вселенной. Затем допускается, что эти силы являются оригинальными источниками всей физической активности.
|
|
|
“Насколько известно сейчас, все события, происходящие во вселенной, управляются четырьмя фундаментальными видами сил”. 38
Как указывалось в главе 12, подобное допущение, очевидно, неправомочно, поскольку входит в прямой конфликт с принятым определением силы. Но те, кто отчаянно пытаются создать некий вид теории явлений, закрывают глаза на этот конфликт.
“Решив” проблему происхождения сил посредством допущения, что ее не существует, теоретики продолжили решать проблему передачи базовых сил таким же способом. Поскольку у них нет объяснения этому феномену, они создают замену объяснению, приравнивая передачу к другому виду феномена, которому (по их мнению) у них имеется, по крайней мере, частичное объяснение. Электромагнитное излучение обладает электрическими и магнитными аспектами, и, бесспорно, является процессом передачи. Исходя из настоятельной потребности в некоем виде объяснения передачи электрических и магнитных сил, создатели теории ухватились за неуловимую связь и допустили, что электромагнитное излучение является носителем электростатических и магнитных сил. Тогда, поскольку гравитационная сила является аналогом этих двух сил и может быть представлена тем же видом математических выражений, допускалась обязательность существования и некоего вида гравитационного излучения.
Но имеется обилие свидетельств, демонстрирующих, что эти силы не переносятся излучением. Как говорилось в томе 1, гравитация и излучение – это абсолютно разные процессы. Излучение – это процесс передачи энергии. Количество энергии излучения создается в виде фотонов. Движение фотонов несет энергию от точки возникновения до места назначения, где она доставляется получающему объекту. При этом не требуется движения ни объекта возникновения, ни получающего объекта. В любом конце пути энергия осознается как таковая и легко превращается в другие формы энергии.
|
|
|
С другой стороны, гравитация – это не процесс передачи энергии. (Очевидное) гравитационное действие одной массы на другую не меняет общего содержимого внутренней энергии (потенциального и кинетического) любой массы. Каждая масса, движущаяся в ответ на гравитационную силу, обретает некое количество кинетической энергии, а ее потенциальная энергия уменьшается на ту же величину, но общее содержание остается неизменным. Как установлено в томе 1, гравитационная или потенциальная энергия является чисто энергией положения; то есть, для любых конкретных масс общая потенциальная энергия определяется исключительно их пространственным разделением.
Все, что говорилось о гравитации, так же относится к электростатике и магнитостатике. Каждый член любой системы, состоящей из двух или более объектов, взаимодействующих электрически или магнитно, обладает потенциальной энергией, определяемой величинами зарядов и расстоянием взаимодействия. Как и в ситуации с гравитацией, если разделение между объектами меняется по причине статических сил, приращение кинетической энергии передается одному или более объектов. Но его или их потенциальная энергия уменьшается на ту же величину, оставляя общее количество энергии неизменным. Гравитация отличается и от процесса электромагнитного излучения, переносящего энергию из одного положения в другое. Энергия положения в пространстве не может распространяться в пространстве. Концепция передачи данного вида энергии из одного пространственного положения в другое полностью несовместима с тем фактом, что величина энергии определяется пространственным разделением.
Как устанавливалось раньше, сосуществование почти полного отсутствия концептуального понимания основ электричества и магнетизма с полностью развитой системой математических отношений и представления кажется нелепым. Однако на самом деле, это обычный начальный результат способа обычного осуществления научного исследования. Законченная теория любого физического явления состоит из двух разных компонентов - математической формулировки и концептуальной структуры, которые во многом не зависят друг от друга. Чтобы представить полное и точное определение явления, теория должна быть корректна и математически, и концептуально. Такого результата трудно достичь. В большинстве случаев практически обязательно подходить к концептуальным и математическим проблемам отдельно, так, чтобы очень сложная проблема сводилась к более выполнимым измерениям. Мы либо развиваем математически корректную теорию, несовершенную концептуально (“модель”), а затем атакуем проблему примирения теории с концептуальными аспектами явлений, либо наоборот, развиваем концептуально корректную, но математически несовершенную теорию, а затем атакуем проблему рассмотрения математических форм и величин физических отношений.
|
|
|
Как сейчас обстоят дела в традиционной науке, самое трудное – это удовлетворить требованию концептуальной правомочности. При наличии ныне доступных математических техник почти всегда можно вывести точное или почти точное математическое представление физической связи на основе тех физических факторов, которые, как известно, входят в конкретную ситуацию и ныне принятые концепции природы этих факторов. Следовательно, превалирующая политика – отдавать приоритет математическим аспектам рассматриваемых явлений. Строгий математический анализ применяется к моделям, которые, по общему признанию, представляют лишь определенные части явлений, к которым они относятся, и как следствие, концептуально некорректным или, по крайней мере, не полным. Затем предпринимаются попытки модифицировать модели так, чтобы они приближались к концептуальной правомочности, сохраняя математическую правомочность.
|
|
|
В обычном ходе физического исследования имеется важная причина следовать политике “сначала математика”. Первичная цель – подойти к результату, полезному в практическом применении; то есть, к чему-то, что обеспечит корректные математические ответы на практические проблемы. С этой точки зрения проблема концептуальной правомочности, по сути, к делу не относится. Однако научное исследование на этом не заканчивается. Изучение темы не закончено до тех пор, пока мы не придем к (1) концептуальному пониманию исследуемых физических явлений; и (2) установлению природы отношений между этими и другими физическими явлениями.
Математическое отношение, необъяснимое концептуально, не имеет никакой ценности в достижении целей. Его нельзя распространить выше сферы, в которой его правомочность проверена экспериментально или посредством наблюдения, без того, чтобы пойти на риск превышения пределов применимости (что будет продемонстрировано в томе 3). Также, оно не может распространяться на любую сферу кроме той, для которой было создано. Однако оказалось, что многие физические проблемы сопротивлялись всем попыткам обнаружения концептуально корректных объяснений. Многие разочарованные теоретики реагировали отказом от усилий достижения концептуальной правомочности и сейчас считают, что математическая согласованность между теорией и наблюдением представляет “экспериментальное подтверждение”. Очевидно, это не так. Такое “подтверждение” или любое количество подобных математических корреляций говорит лишь о том, что теория математически корректна. Как подчеркивалось в нескольких положениях в предыдущем обсуждении, математическая правомочность никоим образом не подтверждает концептуальную правомочность. Она не указывает на то, верна или неверна интерпретация математических отношений. Неминуемый результат ныне превалирующей политики – перегрузка физической науки теориями, математически корректными, но концептуально неверными.
Решения многих давнишних проблем физической науки не могут быть получены до тех пор, пока атаки на проблемы прекращаются по достижении математической согласованности. Но даже если дефект нынешней практики исправляется, сомнительно, что ответы на большинство трудных проблем могут получаться посредством превалирующего метода выведения сначала математического решения, а затем поиска концептуального объяснения. Причина в том, что правомочное математическое выражение может строиться для увязывания с любой моделью. Как констатировал Эйнштейн:
|
|
|
“Часто, даже всегда, возможно придерживаться общей теоретической основы посредством верного приспособления теории к фактам с помощью искусственных дополнительных допущений”. 39
Следовательно, нельзя надеяться на то, что математические выражения дадут необходимые подсказки к концептуальному пониманию.
Важный вклад теории Обратной Системы в решение этих проблем таков. Она позволяет атаковать их с противоположного направления - то есть, сначала достигать концептуального понимания путем выведения из общих базовых отношений, а затем развивать математические аспекты установленных концептуальных отношений. Иными словами, вместо получения математического ответа, а затем поиска удовлетворительного концептуального объяснения, мы начинаем с получения концептуального ответа, а затем ищем математический способ его выражения. В общем, это намного более простая техника, но ею нельзя пользоваться в широком масштабе до тех пор, пока отсутствует единая общая теория, чтобы концептуальные ответы могли получаться посредством процессов дедукции. Теория Обратной Системы удовлетворяет этому требованию.
Прояснение базовых аспектов электричества и магнетизма предлагает важный пример ценности нового способа подхода к физическим проблемам. Больше не нужно отвергать существование ответов на вопросы, перечисленные в начале этой главы, или довольствоваться как бы ответами, такими как объяснение гравитации “искривлением пространства”. На два вопроса: “Что такое масса и что такое электрический заряд? ” уже отвечено на предыдущих страницах данного и предшествующего тома. На вопросы о магнетизме будет отвечено в процессе обсуждения темы, которое начнется с главы 19, процесс создания заряда будет освещаться в главе 18. Ответы на все другие вопросы списка будут предоставлены в этой главе. Когда представление закончится, мы обеспечим простые и логические объяснения каждого из пунктов, с которыми у современной науки имеется так много трудностей.
Во вселенной движения все физические сущности и феномены являются движениями, комбинациями движений или отношениями между движениями. Из этого следует, что развитие структуры теории, описывающей такую вселенную, - это в основном дело определения, какие движения и комбинации движений могут существовать при условиях, определенных в постулатах. До настоящего момента в нашем обсуждении физических явлений мы имели дело лишь с поступательным движением, движением электронов в материи и разными влияниями этого движения, скажем, с механическими аспектами электричества. Сейчас мы обратим внимание на электрические феномены, включающие вращательное движение.
Как мы видели в томе 1, гравитация – это трехмерное вращательно распределенное скалярное движение. Было обнаружено существование одного или двух действующих измерений скалярного вращения. Но такие объекты, субатомные частицы, играют очень ограниченную роль в физических явлениях. Если рассматривать общий паттерн генерирующих движений большей сложности как комбинацию разных видов движения, естественно предположить возможность наложения одномерного или двумерного скалярного вращения на притягивающиеся объекты для создания феноменов более сложной природы. Однако, анализируя ситуацию, мы обнаруживаем, что прибавление к гравитационному движению обычного вращательно распределенного движения меньше чем в трех измерениях просто меняло бы величину движения и не приводило бы к появлению любых новых видов явлений.
Однако имеется разновидность вращательно распределенного паттерна, которую мы еще не исследовали. До этого момента рассмотрены три общих вида простого движения (скалярного движения физических положений): (1) поступательное движение; (2) линейная вибрация; и (3) вращение. Сейчас нам следует осознать существование четвертого вида – вибрационно-вращательного движения, связанного с вращением так же, как линейная вибрация связана с поступательным движением. Векторное движение такого вида обычно (пример – движение волосковой пружины в часах), но во многом игнорируется традиционной научной мыслью. Оно играет важную роль в базовом движении вселенной.
На атомном уровне вибрация вращения – это вращательно распределенное скалярное движение, подвергающееся непрерывному изменению снаружи вовнутрь и наоборот. Как и при линейной вибрации, чтобы быть постоянным, измерение скалярного направления должно быть непрерывным и однородным. Следовательно, подобно фотону излучения, оно должно быть простым гармоническим движением. Как отмечалось в обсуждении температурного движения в главе 5, когда простое гармоническое движение прибавляется к существующему движению, оно совпадает с этим движением (и, следовательно, не действует) в одном из скалярных направлений и обладает действующей величиной в другом скалярном направлении. Каждое добавочное движение должно приспосабливаться к правилам комбинации скалярных движений, установленным в томе 1. На этом основании действующее скалярное направление самоподдерживающейся вибрации вращения должно быть направлением наружу, противоположно вращательному движению вовнутрь, с которым оно связано. Подобное прибавление скалярного направления вовнутрь не стабильно, но может поддерживаться внешним влиянием, в чем мы убедимся позже.
Скалярное движение в форме вибрации вращения будет определяться как заряд. Одномерное вращение такого типа – это электрический заряд. Во вселенной движения любое базовое физическое явление, такое как заряд, - это обязательно движение. И единственным вопросом, требующим ответа посредством исследования его места в физической картине, является вопрос: Какой это вид движения. Мы обнаруживаем, что наблюдаемый электрический заряд обладает свойствами, которые теоретическое развитие определяет как одномерную вибрацию вращения; следовательно, мы можем уравнять эти два понятия.
Интересно отметить, что традиционная наука, которая так долго не могла объяснить происхождение и природу электрического заряда, осознает, что он скалярный. Например, У. Дж. Даффин сообщает, что описанные им эксперименты демонстрируют, что “заряд можно определить единичным числом”, подтверждая вывод, что “заряд – это скалярная величина”. 40
Однако в традиционном физическом мышлении электрический заряд рассматривается как одна из фундаментальных физических сущностей, и его определение как движение, несомненно, явится сюрпризом для многих людей. Следует подчеркнуть, что это не особенность теории вселенной движения. Независимо от наших открытий, основанных на данной теории, заряд – это обязательно движение, и на основании определений, работающих в традиционной физике, факт, которым пренебрегают потому, что он не согласуется с современной теорией. Ключевой фактор ситуации – определение силы. Из главы 12 мы знаем, что сила – это свойство движения, а не нечто фундаментальной природы, существующее само по себе. Понимание данного положения существенно для развития теории зарядов. В этой связи будет уместно дальнейшее рассмотрение относящихся к делу фактов.
В целях использования в физике сила определяется вторым законом движения Ньютона. Это произведение массы на ускорение, F = ma. Движение, отношение пространства ко времени, на основе индивидуальной единицы массы измеряется как скорость или быстрота, v (то есть, каждая единица движется со своей скоростью), или на коллективной основе как момент – произведение массы на скорость, mv, ранее называемое более описательным названием “количество движения”. Степень изменения величины движения во времени – это dv/dt (ускорение, а) в случае индивидуальной массы, и m dv/dt (сила, ma), если она измеряется коллективно. Тогда сила определяется как скорость изменения величины общего количества движения во времени; мы можем называть ее “количеством ускорения”. Из определения следует, что сила – это свойство движения. Она имеет тот же статус, что и любое другое свойство, а не нечто, что может существовать как автономная сущность.
Так называемые “фундаментальные силы природы”, предположительно автономные силы, которые призываются для объяснения происхождения физических явлений, - это обязательно свойства стоящих за ними движений; они не могут существовать как независимые сущности. Каждая “фундаментальная сила” должна появляться из фундаментального движения. Это логическое требование определения силы, и оно справедливо независимо от физической теории, в контексте которой рассматривается ситуация.
Современная физическая наука не способна определять движения, которые требует определение силы. Например, физический заряд создает электрическую силу, но как определяется из наблюдения, он не делает этого по своей собственной инициативе. Отсутствует указание на любое предшествующее движение. С таким явным противоречием определению силы ныне справляются игнорированием требований определения и рассмотрением электрической силы как сущности, каким-то неопределенным образом создаваемой зарядом. Сейчас необходимость уклонения такого рода устраняется определением заряда как вибрации вращения. Сейчас ясно, что причина отсутствия любого свидетельства движения, вовлеченного в возникновение электрической силы, в том, что сам по себе заряд и есть движение.
Следовательно, электрический заряд – это одномерный аналог трехмерного движения атома или частицы, которое мы определили как массу. Пространственно-временные размерности массы – t3/s3. В одном измерении это будет t/s. Вибрация вращения – это движение подобное вращению, составляющему массу, но отличающееся лишь периодическим переворотом скалярного направления. Из этого следует, что электрический заряд - одномерная вибрация вращения - также обладает размерностями t/s. Из величин заряда можно вывести измерения других электростатических величин. Напряженность электрического поля - величина, играющая важную роль во многих отношениях, включающих электрические заряды, - это заряд на единицу площади, t/s x 1/s2 = t/s3. Произведение напряженности поля и расстояния, t/s3 x s = t/s2, - это сила, электрический потенциал.
По тем же причинам, которые относятся к созданию гравитационного поля массой, электрический заряд окружен силовым полем. Однако взаимодействие между массой и зарядом отсутствует. Как говорилось в главе 12, скалярное движение. изменяющее разделение между А и Б, можно представить в системе отсчета либо как движение АБ (движение А к Б), либо движение БА (движение Б к А). Отсюда движения АБ и БА не являются двумя отдельными движениями; они - просто два разных способа представления одного и того же движения в системе отсчета. Это значит, что скалярное движение – взаимный процесс. Он не может иметь места пока объекты А и Б не способны к одному и тому же виду движения. Следовательно, заряды (одномерные движения) взаимодействуют только с зарядами, а массы (трехмерные движения) только с массами.
Линейное движение электрического заряда, аналогичное гравитации, подвергается тем же рассмотрениям, что и гравитационное движение. Однако как отмечалось раньше, оно направлено наружу, а не вовнутрь, и, следовательно, не может напрямую прибавляться к базовому движению вибрации по способу комбинаций вращательного движения. Ограничение движения наружу возникает за счет того, что последовательность наружу естественной системы отсчета, которая присутствует всегда, распространяется на полную единицу скорости наружу - ограничивающую величину. Дальнейшее движение наружу может прибавляться только после того, как в комбинацию движения будет вводиться компонент вовнутрь. Таким образом заряд может существовать лишь как прибавление к атому или субатомной частице.
Хотя скалярное направление вибрации вращения, составляющее заряд, – это всегда движение наружу, возможны и положительное (временное) смещение, и отрицательное (пространственное) смещение, поскольку скорость вращения может быть либо больше, либо меньше единицы, а вибрация вращения обязательно должна быть противоположна вращению. Это поднимает весьма неудобный вопрос терминологии. С логической точки зрения вибрация вращения с пространственным смещением должна называться отрицательным зарядом, поскольку она противоположна положительному вращению, а вибрация вращения с временным смещением должна называться положительным зарядом. На этом основании термин “положительный” всегда относится к временному смещению (низкой скорости), а термин “отрицательный” всегда относится к пространственному смещению (высокой скорости). Использование этих терминов обладало бы некоторыми преимуществами, но в целях данной работы не представляется желательным идти на риск введения дополнительной путаницы к объяснениям, уже страдающим от неизбежного использования незнакомой терминологии для выражения ранее неосознанных связей. Поэтому для нынешних целей мы будем следовать нынешнему использованию, и заряды положительных элементов будут называться положительными. Это значит, что значение терминов “положительный” и “отрицательный” в связи с вращением обратно в связи с зарядом.
В обычной практике это не должно создавать никаких особых трудностей. Однако в нынешнем обсуждении определенная идентификация свойств разных движений, входящих в исследуемые комбинации, существенна в целях ясности. Чтобы избежать путаницы, термины “положительный” и “отрицательный” будут сопровождаться звездочками, если используются обратным способом. На этом основании электроположительный элемент, обладающий вращением с низкой скоростью во всех скалярных направлениях, принимает положительный* заряд - вибрацию вращения с высокой скоростью. Электроотрицательный элемент, обладающий компонентами вращения с высокой и низкой скоростями, может принимать любой вид заряда. Однако обычно отрицательный* заряд ограничен большинством отрицательных элементов класса, элементов Деления IV.
Многие проблемы, возникающие когда скалярное движение рассматривается в контексте фиксированной пространственной системы отсчета, появляются в результате того, что система отсчета обладает свойством, положением, которым не обладает скалярное движение. Другие проблемы возникают по обратной причине: скалярное движение обладает свойством, которым не обладает система отсчета. Это свойство мы назвали скалярным направлением, вовнутрь или наружу.
Последнюю проблему можно разрешить введением концепции положительных и отрицательных точек отсчета. Как мы видели раньше, приписывание точки отсчета существенно для представления скалярного движения в системе отсчета. Тогда точка отсчета представляет нулевую точку для измерения движения. В зависимости от природы движения это будет либо положительная, либо отрицательная точка отсчета. Фотон возникает в отрицательной точке отсчета и движется наружу к более положительным величинам. Гравитационное движение возникает в положительной точке отсчета и движется вовнутрь к более отрицательным величинам. Если оба движения возникают в одном и том же положении в системе отсчета, в этой системе представление обоих движений принимает одинаковую форму. Например, если объект падает на землю, начальное положение объекта – положительная точка отсчета в целях гравитационного движения и скалярное направление движения объекта – направление вовнутрь. И наоборот, точка отсчета для движения фотона, испускающегося из объекта и движущегося тем же путем в системе отсчета, отрицательная, и скалярное направление движения – движение наружу.
Один из недостатков системы отсчета в том, что она не способна различать две эти ситуации. С помощью положительных и отрицательных точек отсчета мы компенсируем этот недостаток, используя вспомогательный механизм. Это не новый прием, это обычная практика. Например, вращательное движение представляется в пространственной системе координат с помощью вспомогательной величины – числа оборотов. Обычное вибрационное движение можно точно определить лишь с помощью подобного приема. Скалярное движение не уникально в требовании подобных вспомогательных величин или направлений; в этой связи оно отличается от векторного движения только тем, что обладает более широким масштабом и, следовательно, во многих отношениях превосходит пределы системы отсчета.
|
|
|
