Человек 2050 - Евгений Именитов Страница 39

Возьмем на себя смелость предположить, что это происходит как раз из-за их спиралевидной формы. Независимо от направления пересекающиеся волны как бы завинчиваются друг вокруг друга, то есть прямолинейное движение опосредовано круговым, тогда вместо столкновения частиц они, как в танце, просто огибают друг друга.

Открытие Максом Планком порционного излучения энергии (1900 г.), то есть квантов энергии, фактически должно было примирить между собой волновую и корпускулярную теорию света. Выступая в Берлинском физическом обществе, ученый доложил свою рабочую гипотезу о том, что энергия не испускается постоянным потоком, а излучается порциями, квантами, с определенной частотой.

Величина кванта энергии:

E⁰ = hv, где v – частота излучения, а h – универсальная постоянная (постоянная Планка).

Собственно говоря, широко известный сейчас фотон – это квант света.

Надо понимать, что противоречия в двух теориях нет. Свет – это и кванты (корпускулы), излучаемые с определенной частотой, но также и волны, так как кванты света (фотоны) движутся от излучателя не по прямой, а по спирали, как бы ввинчиваясь в пространство, представляя собой одновременно и продольные и поперечные волны.

С уменьшением длины волны (увеличением частоты) более проявляются квантовые свойства излучения, с увеличением ее длины – волновые. Это связано хотя бы с тем, что их проще наблюдать.

Эрнест Резерфорд на основании принципа подобия сформулировал свою планетарную (круговую) модель атома, согласно которой атом подобен Солнечной системе: в центре расположено массивное положительное ядро, вокруг которого по круговым орбитам вращаются отрицательные электроны. При этом число элементарных положительных зарядов ядра атома совпадало с порядковым номером элемента в таблице Д.И. Менделеева.

Ученик Резерфорда Нильс Бор развил эту теорию, определив, что каждый атом имеет одно или несколько так называемых стационарных состояний, в которых наблюдается баланс и движение электронов по стационарным (постоянным) орбитам вокруг ядра атома. В стационарном состоянии атом не излучает и не поглощает энергию.

При переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает энергию в один квант, при этом:

hv_nm= W_n– W_m, где W_n,W_m– энергия атома в двух стационарных состояниях, h – постоянная Планка, v_mn– частота излучения. При W_n> W_m происходит излучение кванта, при обратном неравенстве – его поглощение. Бор определил, что количество движения электрона L = mvr кратно числу (постоянной). То есть L = nħ, где n = 1, 2, 3… – целые числа.

Бор полагал, что движение электрона по стационарной орбите определяется законами классической механики.

Надо сказать, что уравнение фотоэффекта А. Эйнштейна, за которое он и получил свою Нобелевскую премию, не противоречит выводам Н. Бора:

, где h_ν– это энергия кванта света (излучаемого фотона), A – работа выхода электрона из металла,– его кинетическая энергия.

Удивительно, но идеальный характер кругового (спиралеобразного) движения осознали еще мыслители глубокой древности.

Так, Аристотель считал, что самым совершенным видом движения в природе является круговое движение, характерное для небесных сфер. Это движение вечно и неизменно, и причиной его, по мнению философа, выступал перводвигатель – Бог, живущий за сферой неподвижных звезд, где кончается материальная Вселенная.

О вращении частиц вещества и зависимости скорости вращения от температуры писал в своих трудах М.В. Ломоносов («Размышления о причине теплоты и холода», СПб, 1750 г.)

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое является вихревым (Х. Эрстед, 1820).

Источник магнетизма – круговые токи, при этом два электрических тока притягиваются, когда идут параллельно в одном направлении, и отталкиваются, когда идут в противоположных (А.М. Ампер, 1820 г.).

Майкл Фарадей отмечал, что индуктивность проводника (то есть фактически генерируемое им магнитное поле) зависит от его формы и возрастает, если его свернуть в спираль.

Формула Понселе (1829 г.): удвоенная алгебраическая сумма работ равна сумме живых сил; работа, или живая сила, никогда не получается из ничего и не превращается в ничто, а только преобразуется.

P – работа; m – масса тела, совершающего работу; v – скорость движения тела.

Упрощенно, суть теории Джеймса К. Максвелла заключается в следующем: изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, а оно, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля («О физических линиях силы» (1861–1862), «Динамическая теория поля» (1864–1865)).

Теория Максвелла и его известные уравнения могут быть справедливы только при соблюдении обязательного условия, которое поставил сам ученый: наличия пространства, окружающего электрические или магнитные тела, в котором имеется материя, находящаяся в движении, посредством которой и производятся наблюдаемые электромагнитные явления. То есть Максвелл ставит существование «эфира» – материи окружающей среды – обязательным условием для верности своих известных преобразований.

Это доказано и практически: электрический ток течет вовсе не по всей толщине провода, точнее не по всей толщине одинаково. Плотность тока оказывается наибольшей на поверхности проводника и заметно убывает по направлению к его оси. Этот поверхностный эффект приводит к тому, то омическое сопротивление массивных ферромагнитных тел для переменного тока может значительно превышать их сопротивление, подсчитанное по известным формулам, куда входит длина проводника, его сечение и удельная проводимость. При частоте в 50 Гц эффективная глубина проникновения тока составляет для стали в среднем 1 мм⁷⁴.

Для сравнения представим, как свободно течет вода по трубе: она как бы ввинчивается в трубу, проходя по ее стенкам. Повышение частоты и напряжения тока увеличивает глубину проникновения тока в проводник, но вихревой принцип остается неизменным.

Интересно, что на основании своей теории Максвелл предсказал существование давления, оказываемого любой электромагнитной волной (в том числе и светом). Такое давление равно плотности энергии электромагнитного поля.