Опилки на магните

   Речь о природе магнитных и электрических полей и их визуализации. Вы не задумывались – почему магнитное поле так сильно отличается от электрического поля, а, между тем, в электромагнитной волне различие этих непохожих полей – лишь в направлении вектора вращения (колебания)? Других различий нет!
   Однако, что говорит нам нынешнее знание? Электрическая составляющая электромагнитной волны отвечает за силу, с которой электрическое поле действует на неподвижные электрические заряды. Магнитная составляющая отвечает за силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды (токи) или на магнитные диполи. В электромагнитной волне объёмные плотности энергии электрического и магнитного полей равны. Это означает, что энергия распределяется между двумя компонентами поровну. Хотя составляющие различны в физических проявлениях, но они неразделимы в электромагнитной волне. Нельзя сказать, что одна из них первична, а другая – вторична; они постоянно порождают друг друга. Например, ускоренно движущийся заряд создаёт переменное электрическое поле, которое, распространяясь, индуцирует магнитное поле, а переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает новое переменное электрическое поле и так далее. Таким образом, электрическая и магнитная составляющие – это две стороны одной медали, две компоненты единого электромагнитного поля, которые не могут существовать друг без друга и совместно переносят энергию.
   Тогда вопрос, что называется, на засыпку. Существуют ли неподвижные электрические заряды? Наука отвечает – существуют! Электростатика стоит на этом представлении! Неподвижным (или статическим) зарядом называют заряд, который не движется относительно выбранной системы отсчёта. Он может существовать в виде элементарных частиц – например, электрона (с отрицательным зарядом) или протона (с положительным). Также заряд может быть сосредоточен на макроскопическом теле, если заряженные  частицы (ионы, протоны в ядре, электроны) не перемещаются относительно друг друга. Взаимодействие между неподвижными зарядами осуществляется через создаваемое ими электростатическое поле. Это означает, что каждый заряд создаёт поле в окружающем пространстве, и другой заряд «чувствует» это поле, попадая в него – на него начинает действовать сила притяжения или отталкивания. Закон взаимодействия неподвижных зарядов, известный как закон Кулона, описывает силу их взаимодействия. Она прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. С неподвижными зарядами мы сталкиваемся постоянно. Например, когда после расчёсывания волосы становятся наэлектризованными и начинают разлетаться в разные стороны. Или когда натирают эбонитовую палочку – она притягивает лёгкие предметы, потому что на них возникает статический заряд. Таким образом, неподвижные электрические заряды – это реальность, с которой мы имеем дело в повседневной жизни и которая описывается законами электростатики.
   Обратите внимание на словесное определение неподвижного заряда: заряд, который не движется относительно выбранной системы отсчёта, например, поверхности наэлектризованного пластикового шарика. Но неподвижность относительно поверхности шарика не означает, что заряд, как локальный физический объект, также неподвижен! Напротив, заряд только и может существовать как некая устойчивая, допустим, вращательная динамика элементов некой среды! Остановись она – и заряда никакого не будет! К тому же, любой заряд – диполен, магнитен! Именно собственная вращательная динамика заряда и создаёт его поле! К великому прискорбию, такой взгляд на заряд наша наука отказывается понимать на протяжении двухсот лет!   
   Тема природы электрического заряда – одна из самых неопределённых и неясных в нашей науке, как и поле электрического заряда! Хотя поле заряда, повторяю ещё, есть именно следствие собственной вращательной динамики заряда, причём, вращательная динамика определяет и дипольность заряда, где заряд может поворачиваться как правым вращением, так и левым вращением (по часовой и против часовой стрелки)! Притяжение или отталкивание наэлектризованных предметов объясняется как раз сонаправленной полярностью дипольных зарядов на поверхности предметов или разнонаправленностью! Т. е. заряды – это частицы с магнитной дипольной природой, частицы с полуцелым спином. Любая частица или квазичастица в кольцевом или вихревом вращении и образует такой электрический заряд частицы. Даже квазичастица фотон есть связь двух противоположных спиновых вращений. В сущности, вообще не бывает частиц без спиновых вращений, это – главное условие их существования, как физических объектов. И надо понимать, что непременным участником всех явлений электродинамики является среда физ. вакуума, с её колоссальной энергией давления и большой плотностью. Сами заряды и взаимодействия полей зарядов изменяют вокруг себя энергию давления и плотность среды физ. вакуума. Без участия среды физ. вакуума никакой электродинамики и электростатики не существовало бы, не было бы никаких полей!       
  Теперь о визуализации магнитных и электрических полей. Если взять лист бумаги, положить его на постоянный магнит, и посыпать на лист бумаги очень мелких и сухих, очень сухих, деревянных опилок, то ничего особенного не произойдёт. Деревянные опилки так и останутся лежать без изменений. Но если взять обрезок пластиковой трубы, натереть её шерстью и поднести к деревянным опилкам на листе бумаги – опилки зашевелятся и потянутся к пластику. Вот ведь какая избирательность! Магнитное поле для деревянных опилок – не указ, а вот наэлектризованный пластик – совсем другое дело!  Конечно, чуда здесь никакого нет! Электростатика и магнетизм – различные явления, различная природа полей, хотя и не без некого подобия. Дерево – диэлектрик, в его углеродных молекулах нет частиц с неспаренными спинами, как у ферромагнетиков. Но, что удивительно, опилка дерева может поляризоваться, становится дипольной, как магнитик, при поднесении к ней наэлектризованного предмета! Если на поверхности заряженного   предмета будет минусовой заряд, то на одном конце опилки появится положительный заряд, а на противоположном конце опилки – отрицательный. Электрическое поле заряженного тела изменяет геометрию положение дипольных зарядов молекул древесины, перераспределяет их (электростатическая индукция). И металлические опилки не будут реагировать на электростатическое поле. Но вот если в достаточно сухом воздухе помещения взять магнитную стрелку на игле и поднести к ней наэлектризованный пластик, то обнаружится явное взаимодействие. Стрелка начнёт реагировать, поворачиваться. Верно и второе: магнитную стрелку поднести к покоящемуся наэлектризованному пластику; взаимодействие полей тоже обнаружится. Если поле статического заряда взаимодействует с магнитным полем стрелки, то это явно говорит о тождественности полей, о том, что поле статического заряда – тоже магнитное! Но тут обязательно найдутся те, кто станет возражать: нет, не тождественно; просто заряды с наэлектризованного предмета по воздуху перешли на магнитную стрелку; обычная электростатическая индукция! Но это дело легко проверить опытом: нужно заземлить иглу, на которой сидит магнитная стрелка. Если заряды перешли на стрелку с наэлектризованного тела, то заряды и уйдут сразу в землю, не создавая электростатический заряд на стрелке. Тождественность вихревых электростатических и магнитных полей давно доказана опытом, и неоднократно. Но сообщество учёных пытается игнорировать этот важный момент, как будто ничего не случилось. Ещё в январе 1983 года мне пришла мысль – проверить: будет ли взаимодействие магнитных полей и статических полей зарядов. Убедился – взаимодействие есть!
   Если визуализировать магнитное поле постоянного магнита или электромагнита легко с помощью железных опилок, то визуализировать электростатическое поле можно с помощью или густой шерсти кошек, или волос на голове, или с помощью множества лёгких ворсинок или бумажек на наэлектризованном предмете. Визуализировать электростатическое поле, даже очень сильное, с помощью железных опилок не получится. Причина проста: магнитное поле в теле магнита создаётся миллиардами и миллиардами частиц с сонаправленными спинами. Тогда как электростатическое магнитное поле частиц «размазано» тонким слоем по поверхности предмета, и спины частиц-зарядов смотрят согласно геометрии поверхности предмета. Нет единого направления!               
   Есть ещё примеры визуализации электрического поля с очень большой разностью потенциалов источника тока (десятки тысяч вольт) в кювете с  касторовым маслом и манной крупой. Но это, конечно, никакое не электростатическое поле, а поле именно разности потенциалов, напряжение которого поляризует крупинки манки и выстраивает в ряды, как магнитики железных опилок в поле постоянных магнитов. 
   Выходит так, что существуют два электрических поля – электростатическое поле наэлектризованного тела и электрическое поле разности потенциалов, созданное разделением зарядов и напряжением давлений этих зарядов на электродах. Хотя наука отвергает различие этих полей. Но механизм создания и визуализации подобных электрических полей говорит об обратном! Какое из этих электрических полей соседствует с магнитным полем в электромагнитной волне? Вывод напрашивается такой: различие между магнитным и электрическим полем так явно и очевидно, что встретиться и взаимодействовать в одной электромагнитной волне они не могут. Любая электромагнитная волна – это переменная магнитная волна, порождаемая принудительным поперечным вращением любого магнитного диполя! А диполями являются и частицы, и атомы, и молекулы, и наэлектризованные тела, и колебания тока в проводнике, и постоянный магнит, и электромагнит. Никакой электрической составляющей в так называемой электромагнитной волне нет, а есть две магнитные составляющие, но различного направления вихревого вращения. И эти составляющие не порождают друг друга. Волна уходит от источника в «готовом» виде, как переменная магнитная! Если волна встречает на пути металл, где есть неспаренные спины частиц-зарядов, волна начинает их не просто колебать, а также поперечно вращать. И чем короче длина волны (больше частота), тем больше энергия и импульс волны (фотона). Коэффициент пропорциональности – постоянная Планка.          
   В одном из недавних своих опусов я говорил о том, как возникла в физике квантовая эра, эра постоянной Планка. Но мой пассаж особо никто не заметил. Хочется повторить. Странно то, что, говоря об открытии постоянной Планка, почти никогда не поминается, что Макс Планк нашел её благодаря классическим опытам русского физика А. Г. Столетова по фотоэффекту, но выполненным немецкими учёными много позднее и на лучшем оборудовании. Безразмерная постоянная величина Пи находится делением длины окружности на диаметр этой окружности. Макс Планк нашел размерную константу, столь же фундаментальную, но уже в физике (h), тоже делением! Из опытов «а-ля Столетов» Планк узнавал энергию выбиваемых светом из металлов электронов; через них узнавал энергию световых волн, которыми облучался металл. И делил энергию световых волн на частоту этих волн (x = E/v)! Для волн разных энергий и частот всегда получалась примерно одна и та же величина: 6,548•10^-34 Дж•с (x = h; h = E/v). Примитивное деление энергии волны на частоту этой волны – то же самое, что деление длины окружности на диаметр этой окружности! А. Эйнштейну в 1905 году оставалось только переставить местами символы величин и получить уравнение E = hv. Вот так незатейливо и просто родилась квантовая теория! Никакой мистики и сверхъестественного тут нет и не было!
   Резюмируя тему природы полей, можно сказать: магнитное поле – это сумма дипольных магнитных полей связанных, сонаправленных спинов частиц-зарядов в теле или в среде. Электрическое поле – это сумма дипольных магнитных полей не связанных, свободных частиц-зарядов, сонаправленность спинов которых обусловлена геометрией поверхности тела или потенциалом источника тока.
   История не сохранила имени человека, который, для визуализации магнитного поля постоянного магнита, первым использовал железные опилки. Но Майкл Фарадей в 1831 году, как и другие учёные, уже использовали железные опилки для изучения природы магнитного поля, что делал позднее и Дж. К. Максвелл, создатель теории электромагнетизма. Релятивистская революция в физике начала 20-го века была порождением электродинамики Максвелла. В теории Максвелла имелась одна постоянная с размерностью скорости. Эта постоянная выявилась в электродинамических опытах Вебера и Кольрауша (1855-56 гг.), где использовались тысячеметровые катушки проводов с бегущими по ним токами, постоянными и переменными (переменными токами – при переключении полярности батарей), с возникающими магнитными полями, постоянными и переменными. Вебер и Кольрауш определяли отношение единиц электрического заряда в двух разных системах измерения (электростатической и электромагнитной). В результате они получили некую постоянную с размерностью скорости, близкую по величине скорости света. Позднее Максвелл, работая над теорией электромагнитного поля, и изучая результаты опытов Вебера и Кольрауша, преобразовал данные опытов в формат, совместимый со своими уравнениями, и пришел к выводу, что свет – это электромагнитное возмущение, распространяющееся в форме волны с похожей скоростью, что нашли ранее экспериментаторы.    
   Но, я думаю, для Максвелла было бы большим удивлением узнать, что его уравнение электромагнитной индукции (по следам опытов Фарадея) и вывод волнового уравнения означают на самом деле поперечное принудительное вращение магнитного диполя с его дипольным магнитным полем, где в пространстве на место правого вихревого магнитного поля приходит левое вихревое магнитное поле! А эти энергичные поперечные изменения внешнего магнитного поля вызывают в проводнике похожие вращательные движения дипольных частиц-зарядов с неспаренными спинами со своими дипольными магнитными полями. Как говорят в народе: как аукнется – так и откликнется! И эти коллективные согласованные вращения дипольных частиц-зарядов в проводнике создают переменные импульсы тока в виде квазичастиц сжатий и расширений плотности этих частиц…   
   Существует мнение, что теория относительности началась с опыта Майкельсона-Морли по обнаружению «эфирного ветра». Но на самом деле эти опыты по обнаружению эффектов движения относительно эфира начались много раньше, в середине 19-го века. Считалось, что если быстро ускорять «слипшиеся» постоянные магнитны между собой или с железом, а также и электромагниты, то сила взаимодействия между магнитами должна изменяться, уменьшаться. Магниты и электромагнитны сбрасывали с высоких зданий, быстро раскручивали на горизонтальных и вертикальных платформах, но сила взаимодействия никак не менялась, среда эфира нисколько не влияла при движении магнитов. Также опыты проводили со светом. Источники света ускоряли, заставляли лучи света взаимодействовать на больших скоростях, но скорости и эфир также не оказывали никакого влияния на свет. Физики были уверены, что эфир существует, ведь постоянство и большая величина скорости света обусловлены именно средой эфира! Иначе – никак! Но эфир упорно не давался опытному наблюдению. С другой стороны, железные опилки вполне определённо указывали, что магнитное поле – реальность! Но и оно не меняет силу взаимодействия магнитов и железа при их быстром ускорении. И неважно – в каком направлении и с какой силой ускоряются тела, абсолютная безотносительность, инвариантность!
   Повторяю, все эти проблемы взаимодействия эфира с движущимися телами и магнитными полями изучались задолго до А. Эйнштейна. Конечно, у многих учёных возникал законный вопрос: существует ли эфир вообще?! Не легче ли от эфира отказаться и найти иной путь? Уже Дж. К. Максвелл допускал мысль об отсутствии эфира в принятой трактовке, как тонкой всепроникающей субстанции, вроде жидкости. Максвелл считал, что если есть эфир, то он должен быть иным, и призывал учёных к пристальному изучению подобной материи. Г. А. Лоренц и А. Пуанкаре развили тему относительности движения, относительности скоростей, и показали, что ни секунды, ни метры не остаются неизменными для любой движущейся системы отсчёта с точки зрения другой системы отсчёта, при учёте постоянства скорости света. Эйнштейн не был первым и единственным, кто увидел – что скрывается за этим подходом. Он лишь обобщил наработки Лоренца и Пуанкаре, создав специальную теорию относительности. Кинематика  релятивизма позволяла отказаться от эфира, как абсолютной системы отсчёта, а явления электродинамики движущихся тел рассматривать как результат относительности движения самостоятельных, независимых систем отсчёта и их скоростей. Шаг абсолютно спекулятивный, но на время разрешивший кризисную ситуацию в физике. Только Пуанкаре тогда понял, что физику завели в тупик примитивного релятивизма, из которого рано или поздно нужно искать выход. Почему? Если величина скорости света велика и постоянна, то для изменения скорости тел нужна сила! И кинематика релятивизма здесь бесполезна. Выход из тупика надо искать в динамике, в колоссальной энергии давления отвергнутой за ненадобностью материальности физического пространства, по-современному – физического вакуума. Но кинематика релятивизма необходима, когда речь идёт об обмене радиосигналами между движущимися объектами, удалёнными на большие и очень большие расстояния. Релятивистские поправки важны для систем позиционирования,  навигации (метод триангуляции, трилатерации).      
   Вернусь к теме магнитных полей. Бытует такого рода недоразумение: почему, если магнитное поле – сплошное, заполняет всё пространство вокруг магнита, – между железными опилками существуют пустоты, как бы незаполненные полем пространства? У нас до сих пор неверное представление о природе  магнитного поля: мол, силовые линии поля выходят из северного полюса и входят в южный. Но надо прямо сказать: нет никакого выхода и входа силовых линий! Нарисуйте фломастером на прозрачном стекле круговую стрелку справа налево! Для того, кто стоит перед стеклом, стрелка – по часовой стрелке. Для того, кто стоит за стеклом, – против часовой стрелки. Дипольное вихревое магнитное поле ферромагнетика создаётся сонаправленными неспаренными спинами атомных частиц, вот этими самыми кольцевыми вращениями частиц! Для того, кто смотрит на южный полюс с торца магнита, направление поля – по часовой стрелке. Для смотрящего на магнит с противоположной стороны, направление вихревого магнитного поля – против часовой стрелки. «Притягиваются» те полюса магнитов, где направление вращения поля – сонаправленно, в одну сторону. Как ни странно, но это – противоположные полюса! Отталкиваются те полюса магнита, где направление поле противоположно (одноимённые полюса). Так называемое магнитное притяжение обусловлено интерференцией, наложением сонаправленных полей, при которой увеличивается динамика элементов вакуумной среды, что приводит к падению давления и плотности среды физ. вакуума. А внешний, более плотный вакуум с большим давлением, сдавливает   ферромагнетики. Никакого буквального «притяжения» нет! 
   Каждая опилка (независимо от формы) на листе бумаги, под которой магнит, становится маленьким магнитиком со своим дипольным вихревым магнитным полем, где будет и притяжение, и отталкивание соседних опилок. Так что сплошной картины распределения опилок не получится. Разве что взять опилки микронных размеров. Вот тогда картина будет выглядеть более однообразной. Но всё равно промежутки между опилками сохранятся, но их разглядеть можно будет только под микроскопом. 
   В заключение хотелось бы сделать ещё несколько замечаний принципиального рода. В сущности, вся физика 19-го века делалась без высшей математики, методом проб и ошибок. Математика приходит потом, когда общие вопросы проясняются окончательно, и позволяют измеримые величины определять символами и создавать уравнения. Что и сделал Дж. К. Максвелл 30 с лишним лет спустя после опытов Майкла Фарадея. Одно из уравнений Максвелла как раз отражало явление электромагнитной индукции: изменение напряжённости магнитного поля порождает вихревое электрическое поле, а изменение напряжённости электрического поля порождает вихревое магнитное поле. Но почему-то никто не видит в такой формулировке капитальный изъян! В химических источниках тока как бы не участвует изменяющееся вихревое электрическое поле, но магнитное поле при течении постоянного тока по проводнику рождается! В химических реакциях происходит разделение зарядов (положительные, отрицательные). На электродах создаются разности потенциалов этих зарядов, напряженности зарядов, давление. А вот формулировка явления эл. маг. индукции вообще ничего не говорит о разделении зарядов в проводнике при энергичном движении постоянного магнита! Тогда, откуда и как появляются импульсы тока в проводнике прямого и обратного направления, если там не происходит разделения зарядов, а просто происходит колебание на месте существующих зарядов?! Явление эл. маг. индукции станет более понятным, если принять, что и в проводнике, при энергичном изменении магнитного поля, происходит разделение зарядов, рождение новых квазичастиц-зарядов, а не просто колебание существующих зарядов.             
   Дж. К. Максвелл в завершении своего трактата по электричеству и магнетизму призывал учёных ко внимательному изучению среды эфира. Именно в среде эфира Максвелл видел ответы на важнейшие вопросы физики. В 1902 году, в работе «Физико-механическая модель живой материи», выдающийся русский учёный Николай Алексеевич Умов писал: «Как дымка тумана рассеивается лучом света, так исчезает перед светом науки дуализм материи и эфира. Мы сами, вся природа, являемся как бы построенными из эфира. Материальность со всеми её признаками является лишь на границах бесконечно разнообразных волнений эфира совершенно так, как мы не видим зеркальной поверхности обширного водоема, пока она не всколыхнется и не покроется рябью. В эфире, покоящемся, застывшем, везде одинаково построенном, нет и не может быть материи… Подсчет энергии, который до сих пор делался, касается лишь внешних движений молекул и атомов и внешних, действующих между ними сил. Эти энергии действительно рассеиваются, но не ими одними обусловливается жизнь мира, его энергия. Они составляют лишь ничтожную крупицу той неисчерпаемой энергии, которая запасена в движениях и силах частей атомов, иначе говоря, эфире…».
   Слова Н. А. Умова находят сегодня подтверждение, в частности, в природе основной частицы материального физического мира – протон. Частица протон – это одновременно и коллективное радиальное колебание плотности элементов среды физ. вакуума (эфира), и вращение этого колебания, как целого! Остановить ни колебание, ни вращение – нельзя! Именно в такой природе протона изначально заложена неопределённость и вероятность, невозможность одновременного измерения импульса и координаты, как элемента среды, так и самой частицы протон в её непрерывной динамике. И то, что такая колебательная динамика протона получила в 2000 году название «дыхание вакуума», лишь подтвердило провидческие взгляды Н. А. Умова о модели живой материи!