Физические основы современных представлений в теории электромагнитного поля

Следовательно, соотношение (10) можно, казалось бы, назвать полевым аналогом уравнения динамики поступательного движения в механике (II закон Ньютона). Действительно, указанную размерность магнитного векторного потенциала, другими словами, его физический смысл находят (например, в работе [7]) при анализе действия вихревого поля вектора на точечный электрический заряд посредством именно II закона Ньютона, обычного механического. Однако, по нашему мнению, обобщать выводы, полученные в рамках уравнения динамики поступательного движения для точечного заряда на случай макрообъекта (совокупности точечных зарядов), находящегося в вихревых полях: с физической точки зрения, мягко говоря, весьма сомнительно.

Для прояснения сложившейся ситуации рассмотрим далее соотношение (9а), которое представим в интегральной форме:

. (14)

Видно, что величина циркуляции вектора по контуру С определяется магнитным потоком через поверхность SC и имеет единицу измерения в системе СИ Вебер = (Джоуль∙секунда)/Кулон, что соответствует модулю момента импульса на единицу электрического заряда. При этом, согласно (14), размерность магнитного векторного потенциала может бытьдвоякой: либо указанная выше общепринятая импульс на единицу заряда, либо ей альтернативная линейная плотность момента импульса на единицу заряда. Конечно, с формальной точки зрения обе размерности вектора , выраженные через единицы измерения, математически тождественны, нофизически это принципиально различные величины.

Целесообразно отметить, что сам Максвелл призывал ответственно относиться к математическим операциям над векторами электромагнитного поля и физической трактовке таковых. Вот его слова: “В науке об электричестве электродвижущая и магнитная напряженности принадлежат к величинам первого класса – они определены относительно линии. … Напротив, электрическая и магнитная индукция, а также электрические токи принадлежат к величинам второго класса – они определены относительно площади.” ([9] п. 12). И далее конкретно: “В случае напряженности следует брать интеграл вдоль линии от произведения элемента длины этой линии на составляющую напряженности вдоль этого элемента. … В случае потоков следует брать интеграл по поверхности от потока через каждый ее элементов.” ([9] п. 14).

Не преувеличивая, трактат Максвелла [9] можно назвать «Библией электромагнетизма» и физическими основами математического анализа, однако даже в учебной литературе повсеместно встречаются физически бессмысленные математические выражения “div” и “rot”. Такое формальное использование математики создает путаницу понятий и попросту мешает действительно разобраться в физическом содержании соотношений электродинамики. Это усугубляется и абсолютной системой единиц СГС, когда безразмерные коэффициенты e0 = 1 и m0 = 1 делают векторы и , и физически тождественными, где Эрстед и Гаусс равны в пустоте, а в средах различаются только численно.

Итак, согласно Максвеллу, в электродинамике линейные (циркуляционные) векторы и имеют размерность линейной плотности физической величины, а потоковые векторы , и – ее поверхностной плотности. В частности, размерность вектора магнитной индукции равнаповерхностной плотности момента импульса на единицу заряда, в системе СИ - Тесла. Экспериментально это наглядно иллюстрируется эффектом Эйнштейна-де Гааза, где в материальной среде при ее однородном намагничивании возникает механический момент вращения, направленный коллинеарно полю, обусловленный упорядочением собственных магнитных моментов, соответственно, моментов импульса электронов в атомах вещества среды. Следовательно, поле вектора - это поле момента импульса среды, порождающее ее вращение. Поэтому в соотношении (6а) размерностью вихревого поля магнитного векторного потенциала является линейная плотность момента импульса на единицу заряда.

В итоге, согласно формулам (14), локальной характеристике микрочастицы - моменту импульса на единицу заряда сопоставляется его полевой эквивалент - магнитный векторный потенциал с размерностью линейной плотности момента импульса на единицу заряда, что дает вторую фундаментальную корпускулярно-полевую пару: для электрона - с единицами измерения (Джоуль∙секунда)/Кулон(Джоуль∙секунда)/(Кулон∙метр).

Вернемся к соотношению (10) связи вектора с вектором . Как теперь показано, размерность вихревого поля вектора электрической напряженности однозначно равна линейной плотности момента силы на единицу заряда с единицей измерения в СИ (Ньютон∙метр)/(Кулон∙метр), что естественно нисколько не опровергает традиционную единицу измерения этой величины Вольт/метр, а лишь уточняет ее физический смысл. Таким образом, в действительности соотношение (10) является полевым аналогом основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела, что логически соответствует рассмотренным выше корпускулярно-полевым представлениям.

Подводя предварительный итог, приходим к заключению, что установленная здесь принципиальная двойственность физических параметров электрического заряда говорит о реальном существовании фундаментального «корпускулярно-полевого дуализма» природы электричества, кстати, схожего по названию с «корпускулярно-волновым дуализмом» в квантовой механике. Формально и здесь и там имеем неразрывную взаимосвязь материи с ее пространственно-временным собственным полем. Однако их сущностные различия принципиальны: корпускулярно-полевой дуализм реализуется на микро- и макроуровнях строения Материи и основан на объективном единстве частицы материи и ее собственного первичного векторного поля в реальном пространстве физического вакуума, что в свою очередь неразрывно связано с реально наблюдаемым обычным традиционным электромагнитным полем, а в концепции корпускулярно-волнового дуализма микрочастица представляется некой скалярной волной вероятности в абсолютно пустом, абстрактном пространстве.

 Скачать реферат