Изменение действия зарядов при движении

on 08 May 2008.

Есть множество явлений и эффектов, частично забытых, частично деликатно обходимых, понимание которых могло бы существенно продвинуть нас в овладении громадными силами природы.

К одному из очень интересных явлений, по мнению автора, относится изменение характеристик движущихся заряженных частиц.

До сих пор считается, что заряд частицы относится к некоторым абсолютам. Как-то не принято обсуждать, чтобы не портить общей сложившейся картины, что  заряд сохраняет свою величину независимо от скорости или ускорения пробной частицы.  По крайней мере, во все формулы подставляют одну и ту же величину заряда частицы независимо от условий эксперимента.  Виновной в том, что изменилось соотношение массы к заряду при движении частицы, считается только масса.

Казалось бы, все абсолюты рухнули после теории относительности, кроме скорости света.  Нет абсолютной массы, нет абсолютной длины, нет абсолютного времени! Нет даже понятия одновременности в разных системах отсчета!

Но вот заряд как-то обходился до сих пор стороной, представляя из себя новый (старый) абсолют. Именно в отношении к заряду делаются измерения изменяющихся величин, производятся расчеты траекторий частиц, вычисляются массы объектов и т. д. и т. п.  

Автор ставит перед собой задачу разубедить читателя в этом абсолюте. Гипотеза, которую он смеет выставить на обсуждение, достаточно проста.

Движущийся равномерно заряд изменяет свое воздействие на опытную неподвижную заряженную частицу в зависимости от величины и направления скорости. Движение заряженной частицы с ускорением сопровождается проявлением квантовых явлений, как увеличивающих, так и уменьшающих взаимодействие с пробной заряженной частицей. 

Все опыты, которые проводились для выяснения отношения заряда к массе у релятивистского электрона, имеют один недостаток: они проводились в полях, электрических или магнитных, которые были прочно связаны с их источниками, и любое изменение полей тут же компенсировалось схемами. Нет никаких сомнений, что опыты были произведены качественно, нет никаких сомнений, что в этих опытах для данных условий отношение определено верно. Результаты используются при строительстве и эксплуатации сотен ускорителей. Однако... эти ускорители опять-таки основаны на тех же схемах.

Так же, как объект измерения оказывает влияние на измерительную схему, так и любая измерительная схема вносит изменение в объект измерения. Однако если будет в измерительной схеме каким-нибудь образом компенсировано влияние объекта без учета этой компенсации, то результат измерения будет неверен.

Пролетающий в электрическом или магнитном поле пучок электронов оказывает влияние на эти поля. Это влияние компенсировалось без учета компенсации. Мощность источников полей на много порядков превосходила возможное влияние луча электронов.

Величина заряда оказывается прочно связанной со способом его измерения! Неизменный способ измерения давал неизменную величину заряда.

Чтобы максимально точно измерить возможные эффекты измерительный прибор должен создавать поля, близкие полям луча. Проще говоря,  следовало бы наблюдать взаимодействие двух лучей, один из которых был бы релятивистским, а второй малоэнергичным без введения каких либо других внешних полей.

Известно, что поле релятивистской частицы сжимается и время воздействия этого поля на пробный заряд по времени уменьшается (1, с. 175). Треки релятивистских заряженных частиц в эмульсии гораздо тоньше, чем треки медленных частиц. Поляризация - это отнюдь не мгновенный процесс. Поэтому атомы или молекулы вещества не успевают прореагировать с полем быстрой частицы. Но это отнюдь не означает, что поле ослабело. Это означает лишь, что время взаимодействия уменьшается.

Вот ведь что интересно: изменение поля движущегося заряда признается за факт, но не учитывается, например, при вычислении отношения заряда к массе!

Создав непрерывные потоки частиц, лучи различных энергий, летящих в непосредственной близости друг от друга, можно по траекториям лучей с достаточно большой точностью рассчитать отношение зарядов к массе отдельных частиц.

Самым замечательным будет выявление несимметрии воздействия набегающих и удаляющихся зарядов. Установка для проверки может выглядеть, например, так. В вакуумированной трубе пропускается луч релятивистских электронов. В середине трубы располагается диафрагма. Измеряется поле с обеих сторон диафрагмы, то есть поле от набегающих и отлетающих частиц.

По мнению автора, взаимодействие двух зарядов, движущихся с некоторой скоростью относительно друг друга, можно описать с помощью электростатического взаимодействия и эффекта Доплера.   Приближающиеся заряды создают усиленное поле, удаляющиеся - ослабленное, точно так же, как растет  частота излучения приближающегося источника и уменьшается частота излучения удаляющегося источника. 

Два движущихся навстречу друг другу заряда можно представить, как два тока, направленных противоположно. Как известно, они отталкиваются.  То, что токи были заключены в оболочку проводника, когда выводились классические формулы взаимодействия, как-то подразумевается, но не акцентируется, по мнению автора, должным образом. Потому что свободные движущиеся заряды взаимодействуют отнюдь не так!

Скорость зарядов в проводнике настолько мала, что смешно рассуждать о проявлении каких бы то ни было Доплеровских эффектов (в лучших проводниках при максимально возможных плотностях тока эта скорость составляет миллиметры в секунду).  Скорость же даже не очень энергичных электронов в вакууме может составлять многие тысячи километров в секунду. Сближающиеся заряды должны взаимодействовать с силой, большей, чем неподвижные заряды, а разбегающиеся заряды - с меньшей силой. Причем взаимодействие будет описываться формулами для релятивистского Доплер-эффекта, только вместо частоты следует брать напряженность поля. Поэтому и результат взаимодействия электронов в двух встречных стационарных лучах будет отличаться от классического: они будут не только расталкиваться, но и тормозиться, что достаточно очевидно.

Если кому-то не нравится именно такая формулировка, то автор с большим удовольствием предлагает другую.

Пусть мы имеем заряженную частицу, создающую электрическое поле, которое изменяется (осциллирует) с очень малой частотой (возраст Вселенной пусть будет периодом изменения поля). Но с какой бы малой частотой не менялось поле, оно должно подчиняться общим законам и, в частности, для этого поля должен наблюдаться эффект Доплера. Летящая навстречу нам заряженная частица- это частица, излучающая электромагнитную волну очень малой частоты, но энергия этого излучения должна неизбежно возрастать по мере увеличения скорости. Для наблюдателя впереди это эквивалентно увеличению электрического поля (или магнитного, если он его измеряет).

Почему же отношение заряда к массе для электрона, например, уменьшается с увеличением скорости? Ведь из аналогии полей следует ожидать, что и заряд и масса изменяются одинаково (точнее, одинаково искажаются поля, созданные ими), а изменившиеся пропорционально величины не изменят своего отношения.

Мы измеряем отношение заряда к массе в условиях воздействия на  заряженную частицу электрических или магнитных неподвижных полей (причем полей, созданных мощными источниками). А эти поля взаимодействуют с электрическим полем движущейся частицы и изменяют его, сжимают область его воздействия в зависимости от скорости. Поэтому отношение е/м падает (причем, только теоретически).

Но можно поставить и такой эксперимент. Пусть заряженная частица покоится в лабораторной системе отсчета, а движется поле (электрическое или магнитное). Мы не сможем создать поле, движущееся практически со скоростью света, иначе, как пустив рядом с нашей пробной частицей другую  заряженную, ускоренную до релятивистских скоростей, частицу (лучше луч частиц, который породит движущееся, но постоянное по величине поле; ток контролируется с максимально возможной точностью). И что же мы тогда будем наблюдать? Именно уменьшение отношения е/м. Но теперь уж никак нельзя будет приписать  это изменение массе, потому что пробная частица покоилась. Объяснить это  можно только изменением поля движущихся зарядов.

Еретичные мысли о возможности проявления Доплеровского эффекта при воздействии гравитации, скажем так: о несимметрии воздействия набегающей и убегающей массы, на сегодняшний день, к огромному сожалению, никак не могут быть проверены экспериментально.

По мнению автора, есть несколько явлений, которые могут быть обнаружены сейчас в свете предлагаемых гипотез.

Во-первых, должно наблюдаться увлечение малоэнергичных электронов в сторону движения пучка энергичных электронов.

Установка может выглядеть так. Электроннолучевая пушка посылает луч электронов на экран. В непосредственной близости от луча, (но вне действия ускоряющего поля!) находится  источник малоэнергичных электронов, например, накаливаемая спираль. После включения подогрева спирали на экране должно быть зафиксировано как уменьшение энергии пучка, так и появление светящегося  кольца от увлеченных электронов вокруг точки прихода ускоренного пучка. Аналогия с эффектом Черенкова поразительная!

Подобная установка может служить для трансформации энергии релятивистского пучка электронов в энергию пучков с другими параметрами, это есть трансформатор энергии постоянного тока. 

Во-вторых, в ускоряемом пучке заряженных частиц должно уменьшаться взаимодействие между частицами, а в тормозящемся - увеличиваться.  Происходит это потому, что поглощение энергии электроном от электрического поля происходит квантово, порциями. Между двумя точками, где происходило поглощение, электрон не существует, его нет в нашем пространстве, причем он исчезает весь, со всеми своими свойствами. Поэтому и должно наблюдаться  уменьшение взаимодействия в ускоряющемся пучке, стягивание, фокусировка луча. И, наоборот, в тормозящем поле электроны отдают энергию  в виде некоторых квантов, которые увеличивают взаимодействие между ними. Хотя электроны тоже исчезают из пространства между точками излучений, но, появляясь, они отдают энергию,  которая увеличивает взаимодействие между ними и с  внешним полем.

В-третьих, должно происходить уменьшение энергии (напряжения) конденсатора, в котором происходит ускорение электронов, и увеличение напряжения на конденсаторе, в котором происходит торможение электронов. Ускоряясь, электроны поглощают энергию электрического поля, поэтому напряжение должно упасть. Тормозясь, электроны отдают энергию полю, поэтому напряжение должно возрасти. Конденсатор, конечно же, должен быть заряжен и отключен от цепи!

В-четвертых, ускоряющиеся частицы должны иметь повышенную склонность к туннелированию, просачиванию сквозь энергетические барьеры. Торможение, наоборот, должно уменьшать вероятность просачивания.  Собственно, это утверждение есть лишь пересказ задачи квантовой механики о вероятности прохождения частицы через энергетический барьер, но с новым акцентом. То есть, если на пути ускоряющейся (например, в поле конденсатора) частицы создать энергетический барьер (например, атом), то вероятность проскочить сквозь него у такой частицы будет больше, чем у частицы, испытывавшей торможение, но пытающейся пройти через аналогичный барьер (и это при одной и той же энергии перед барьером!).  Складывается впечатление, что электрон "знает" о величине поля за барьером, что он может провзаимодействовать с ним через барьер. Ничего парадоксального в этом утверждении нет - так и свет "знает" какая среда находится за другой, какой будет угол отражения от границы двух сред.

На современных ускорителях, разогнав частицы, выводят их из ускоряющего канала и проводят реакции за пределами зоны ускорения. Ступени ускорения пренебрежимо малы.  Именно  величина ускорения важна для туннелирования частиц, а отнюдь не величина скорости (энергии). В многоступенчатой системе ускорения невелики, но повторяются многократно, не достигая никогда значительного уровня. Частица, летящая с малым ускорением, и проскок совершает малый. Поэтому величина ускоряющего промежутка между электродами, определяющего это ускорение, представляется важнейшим фактором. А промежуток этот предопределяется условиями пробоя и автоэмиссии, вырыванием электронов из ускоряющих электродов электрическим полем.

В момент возбуждения атома квантом, когда электрон туннелирует с одного  энергетического уровня  на другой, должен измениться заряд атома (если электрон действительно исчезает из нашего пространства) - ведь в этот момент заряд ядра будет не полностью скомпенсирован зарядами электронов.

Если туннелирование есть  мгновенный процесс, тогда заряд не изменяется... Или при квантовом переходе заряд частицы (электрона) остается в нашем пространстве.

Можно ли считать процесс излучения мгновенным? Тогда и переход электрона с одной орбиты на другую придется считать мгновенным. И заряд атома не успеет измениться.

Расстояние  порядка 10-8см (диаметр атома и расстояние между двумя энергетическими уровнями) в микромире - это достаточно большая величина. Если возможен переход на такую величину, то можно попытаться создать цепь последовательных переходов на сантиметр, километр, парсек...

Если же процесс излучения или поглощения кванта не мгновенный, то мы должны зафиксировать изменение потенциала излучающего образца. По характеристикам излучения, изменению потенциала тела, массе образца можно с достаточно большой точностью рассчитать количество излучающих атомов, следовательно, и величину заряда.

В мгновенные процессы крайне трудно поверить. Скорее можно предположить, что время испускания кванта связано с частотой излучения: чем больше частота (энергия), тем меньше время излучения. По крайней мере, соотношение неопределенностей, связывающее энергию и время, как будто бы, подтверждает эту гипотезу:

dEdt=h ,

где dE- изменение энергии частицы,

       dt- время, за которое происходит это изменение,

         h- постоянная Планка.

Парадоксально, что большее изменение энергии будет происходить за меньшее время! Но протуннелирует электрон на большее расстояние, перескочит на более удаленную орбиту. Но что-то не отмечалось экспериментаторами изменение потенциала излучающего тела.

Экспериментальное обнаружение изменения потенциала излучающего (равно и поглощающего) тела было бы замечательным фактом.

Возможно появление поля у излучающего (или поглощающего) квант атома и от другого эффекта.

Излучающий атом должен получить импульс в сторону, противоположную улетающему кванту, испытать отдачу. В этот момент неизбежно произойдет поляризация атома, то есть такая деформация его оболочек, при которой произойдет некоторое пространственное разделение зарядов (ядро - оболочка). Переход электрона на другую орбиту, сопровождающийся излучением или поглощением кванта, деформирует оболочку атома, создаст электрический диполь. Количество переходов с верхних орбит на нижние и наоборот в системе с большим числом атомов должно быть приблизительно одинаковым. Кроме того,  все направления равноправны, поэтому суммарный эффект в излучающем  беспорядочно веществе будет нулевым. Зарегистрировать эффект удастся только в таких системах, в которых создано направленное излучение. Проще всего в лазерах.

Проявление подобного эффекта, очевидно, будет в возникновении электрического потенциала на торцах кристалла лазера.

 Множество таких диполей в веществе в момент излучения лазера выстроятся в одном и том же направлении и породят общее электрическое поле. Это поле  может быть зарегистрировано на посеребренных торцах-зеркалах кристалла. Если замкнуть цепь вне кристалла, то в момент импульса излучения потечет ток, после импульса, очевидно, ток должен пойти в обратном направлении. Однако, луч пробегает несколько раз между зеркалами, усиливаясь за счет индуцированного излучения. Поэтому следует ожидать, что напряжение несколько раз поменяет знак, но последний проход луча вызовет наиболее мощный импульс. Лазер, таким образом, может быть использован и как генератор электрических колебаний с частотой, пропорциональной скорости света в кристалле и обратно пропорциональной длине кристалла.

В момент возбуждения атома способность его поляризоваться резко возрастает за счет увеличения диаметра. Басов и Прохоров сортировали возбужденные и невозбужденные молекулы для первого квантового генератора, пропуская струю молекул аммиака в поле конденсатора.

И будет еще один эффект, накладывающийся на поляризацию. В момент импульса за счет фотоэффекта из полупрозрачного зеркала могут быть вырваны электроны, следовательно, зеркало зарядится положительно.

Итак, возможны исходы:

-Если электрон исчезает при квантовом переходе, то может наблюдаться всплеск положительного потенциала атома (если этот процесс не мгновенный).

-Если процесс мгновенный, то   всплеска потенциала не будет.

-В любом случае при излучении или поглощении кванта  должна наблюдаться поляризация атомов, что вызовет всплеск электрического поля. Но зарегистрировать его возможно, только если как-то упорядочить процесс возбуждение-излучение (например, в лазерах).

Можно провести несколько достаточно простых опытов, которые  бы подтвердили или опровергли гипотезу автора.

Если, действительно, происходит туннелирование зарядов при ускорении, то открываются заманчивые перспективы использования этого  в целом ряде  схем, например, при бомбардировке ядер заряженными частицами - мишень должна находиться в зоне ускорения с большим градиентом поля.

Изменение действия  движущихся зарядов по отношению к неподвижному опытному заряду, подчиняющееся Доплеровскому закону, позволяет создавать преобразователи постоянного тока. Луч электронов должен навести в параллельном ему проводнике ЭДС, луч электронов должен передавать энергию рядом пролетающему менее энергичному лучу.

 

Список использованной литературы:

1. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики, т. 3,"Наука", Москва, 1972 г.,  495 с.