Беседа 40. Запаздывающий потенциал
Теперь мы с вами познакомимся с очень важным явлением, которое связано с запаздыванием потенциала. Это запаздывание объясняется тем, что любое изменение (возмущение) электромагнитного поля распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света. Именно поэтому взаимодействие микро-и макрочастиц с электромагнитным полем реально зависит от скорости движения частиц, особенно если эта скорость приближается к скорости света. Причём, если частица уже движется со скоростью света, то возмущение электромагнитного поля вообще не может её догнать.
Коллега, вы можете привести конкретный пример действия запаздывающего потенциала?
Здесь, мой друг, уместно привести пример из Беседы № 8: «Какое воздействие будет иметь ветер на парус корабля, если корабль уже движется со скоростью этого самого ветра и в одном направлении с ним? Ответ однозначен - никакого».
Ещё пример из жизни железнодорожников. Несколько вагонов «сошли с тормозов» и покатились под уклон, постепенно набирая скорость. Их встреча со стоящим на их пути тепловозом грозила серьёзными последствиями. Чтобы избежать их, машинист разогнал тепловоз и вошёл в контакт с вагонами, когда скорость тепловоза примерно сравнялась со скоростью вагонов. Машинист знал, что только в этом случае воздействие движущихся вагонов на тепловоз будет минимальным.
Именно это и вытекает из преобразований Лоренца (1853-1928), которые он использовал в своей электронной теории. Он верно применил к электрону определённые конечные размеры (теперь мы знаем, что это длина полуволны) и установил зависимость этих размеров и электромагнитной массы от скорости движения. Заметьте (и это очень важно!), «электромагнитной массы», а вовсе не массы электрона.
Чтобы убедиться в этом, рассмотрим ускорение приёмника, которым являются элементарные частицы, за счёт энергии источника, которым является электрическое поле.
Первоначальную скорость движения приёмника (vо, м/с) принимаем равной нулю. Следовательно, нулю равен и первоначальный импульс элементарной частицы (mп*vо, кг*м/с). А импульс источника ри = mи*с, кг*м/с, ибо электрическое поле распространяется со скоростью света (с, м/с).
После взаимодействия поля с приёмником (элементарной частицей) импульс источника равен mи*v, кг*м/с, а импульс приёмника рп = mп*v, кг*м/с, где скорость источника и приёмника одинакова, ибо они далее продолжают движение, как одно целое.
Коллега, но почему источник и приёмник продолжают далее своё движение, с одинаковой скоростью?
Обычная логика, мой друг, подсказывает нам возможные варианты. Если скорость источника всё ещё превышает скорость находящегося на его пути приёмника, то это означает, что источник продолжает воздействовать на приёмник, то есть, процесс воздействия ещё не завершён. К примеру, если скорость ветра больше скорости движения корабля, значит, ветер продолжает своё воздействие на его парус. Ясно, что этот процесс завершается только в том случае, когда скорость источника уравняется со скоростью приёмника.
И здесь важно помнить, что первоначальный импульс источника уменьшился на значение mп*v за счёт противодействия приёмника, то есть mи*v = mи*с - mп*v.
Но сила противодействия (вектор) является реактивной силой, ибо возникает в результате реакции на воздействие силы от движущегося источника. Следовательно, реактивным импульсом (тоже вектор) является и противодействующий импульс mп*v, который опережает на 90 градусов активный импульс источника mи*v, оставшийся после взаимодействия с приёмником (см. рисунок).
На данном рисунке изображена диаграмма импульсов и фазовых соотношений при взаимодействии электрического поля (источник) и элементарной частицы (приёмник). Каждый импульс здесь представлен «фазовым вектором». Из этого рисунка следует: mи2*с2 - mи2*v2 = mп2*v2 или: mи2*с2(1 - v2/с2) = mп2*v2.
Окончательно это уравнение выглядит так:
mи*с*(1 - v2/с2)1/2 = mп*v или: ри*(1 - v2/с2)1/2 = рп
Это и есть знаменитые преобразования Лоренца (1899 год), которые говорят нам, что влияние импульса источника (электрического поля) на импульс приёмника (элементарные частицы) заметно уменьшается, если скорость приёмника приближается к скорости света.
Первое экспериментальное доказательство этого важнейшего факта принадлежит Кауфману, работа которого была опубликована в 1901 году. Далее были опыты Капицы - Триккера, Цана - Списса, Мейера и других. И все они доказали, что влияние импульса источника (электрического поля) на импульс приёмника (элементарные частицы) заметно уменьшается, если скорость приёмника приближается к скорости света.
То же самое подтверждает и многолетняя практика эксплуатации ускорителей. В 1990 году тогдашний член-корреспондент АН СССР Е. Александров писал:
«В физике высоких энергий, где все скорости близки к световым, ни один расчет немыслим без специальной теории относительности (СТО), и в любом номере журнала по ядерной физике можно найти десятки фактов, которые доказывают справедливость СТО... Сегодня коллайдер с энергией 10 ГэВ разгоняет электрон до скорости, отличающейся от световой на одну миллиардную, и при таких условиях правильность именно СТО подтверждена неоспоримо». (Наука и жизнь, №12, 1990 год)
Тогда Александров действительно считал, что он рекламирует СТО, ибо не ведал о запаздывающем потенциале, о котором интуитивно догадывается каждый (как выше сказано) моряк и железнодорожник.
Приёмником воздействия в ускорителе является электрический заряд q, который вращается по орбите с радиусом r. Источником воздействия является электрическое поле, которое постепенно разгоняет приёмник до скорости v, близкой к скорости света. Для этого мы всё время должны увеличивать импульс источника, ибо (как мы уже знаем) влияние импульса источника на импульс приёмника заметно уменьшается, если скорость приёмника приближается к скорости света. При этом, чтобы приёмник не вылетел с орбиты, на него действует магнитное поле В, которое направлено перпендикулярно к плоскости орбиты и напряжённость этого поля мы тоже должны увеличивать по Закону:
В = ри*(1 - v2/с2)1/2 / qr, где Bqr = рп (импульс приёмника).
Именно по этому Закону и действуют все ускорители, в том числе и БАК.
Однако, коллега, здесь появился реактивный импульс, который во времена Лоренца не был известен никому.
Пожалуй, кроме Теслы и Доливо-Добровольского. Зато теперь, мой друг, о реактивной энергии, мощности и даже о реактивном сопротивлении знает каждый школьник. Стоит только открыть любой учебник по электротехнике. Ведь, всё, что связано с волновыми процессами имеет фазовые сдвиги во времени, то есть, одни волны опережают другие и наоборот. Попробуйте пропустить через электрическую катушку сначала постоянный, а затем переменный ток. Вы заметите существенную разницу, которая связана с реактивным противодействием.
Это так, коллега. Но здесь мы рассматривали не волны а импульсы элементарных частиц.
Но именно волна, мой друг, точнее - полуволна и является той самой элементарной частицей, ибо имеет конкретный размер (длина полуволны), энергию, импульс и массу. А электроны и протоны имеют ещё и электрический заряд. Об этом мы говорили подробно в Беседе № 23 ещё в 2013 году.
Тогда, коллега главный вопрос. Получается, что все опыты с запаздыванием потенциала, связанные со скоростью света, возможны только в квантовом мире с элементарными частицами, то есть с полуволнами колебаний электромагнитного поля?
Именно так, мой друг и получается. И это подтверждается интересными опытами по проверке изменения темпа течения времени. До сих пор этот эффект мы можем наблюдать только в экспериментах с квантовыми осцилляторами, у которых несущая и модулированная частоты суть - одно и то же. Но сначала были проведены опыты с кварцевыми осцилляторами, у которых модулированная частота намного меньше, чем несущая, но и эту частоту мы можем контролировать с точностью не хуже, чем 10-11.
Для этого в 1967 и 1969 годах были выведены на орбиту (высота 925 км) первые спутники навигационной системы TIMATION с кварцевыми генераторами на борту. Однако сдвиги частот у этих генераторов относительно частот наземных генераторов не были обнаружены и сенсация, связанная с первым практическим подтверждением предсказаний СТО и ОТО не состоялась.
Её пришлось отложить до запуска первых спутников навигационной системы GPS, на бортах которых были установлены уже не кварцевые, а цезиевые стандарты частоты, то есть квантовые генераторы. В этом случае эффект запаздывания потенциала и зависимость частоты колебаний от гравитационного потенциала (опыт Паунда и Ребке) подтвердились. Поэтому, для синхронизации земных и орбитальных часов, последние перед запуском мы регулируем на такую скорость хода, чтобы компенсировать эти эффекты.
Заметьте, мы компенсируем не замедление времени по теории нашего «гения», а изменение частоты генераторов бортовых часов при их перемещении с Земли на соответствующую орбиту. И здесь нет никакого «парадокса часов», ибо система отсчёта (в отличие от вывертов нашего «гения») тут одна и «привязана» она к центру потенциального поля Земли.
На главную
Коллега, вы можете привести конкретный пример действия запаздывающего потенциала?
Здесь, мой друг, уместно привести пример из Беседы № 8: «Какое воздействие будет иметь ветер на парус корабля, если корабль уже движется со скоростью этого самого ветра и в одном направлении с ним? Ответ однозначен - никакого».
Ещё пример из жизни железнодорожников. Несколько вагонов «сошли с тормозов» и покатились под уклон, постепенно набирая скорость. Их встреча со стоящим на их пути тепловозом грозила серьёзными последствиями. Чтобы избежать их, машинист разогнал тепловоз и вошёл в контакт с вагонами, когда скорость тепловоза примерно сравнялась со скоростью вагонов. Машинист знал, что только в этом случае воздействие движущихся вагонов на тепловоз будет минимальным.
Именно это и вытекает из преобразований Лоренца (1853-1928), которые он использовал в своей электронной теории. Он верно применил к электрону определённые конечные размеры (теперь мы знаем, что это длина полуволны) и установил зависимость этих размеров и электромагнитной массы от скорости движения. Заметьте (и это очень важно!), «электромагнитной массы», а вовсе не массы электрона.
Чтобы убедиться в этом, рассмотрим ускорение приёмника, которым являются элементарные частицы, за счёт энергии источника, которым является электрическое поле.
Первоначальную скорость движения приёмника (vо, м/с) принимаем равной нулю. Следовательно, нулю равен и первоначальный импульс элементарной частицы (mп*vо, кг*м/с). А импульс источника ри = mи*с, кг*м/с, ибо электрическое поле распространяется со скоростью света (с, м/с).
После взаимодействия поля с приёмником (элементарной частицей) импульс источника равен mи*v, кг*м/с, а импульс приёмника рп = mп*v, кг*м/с, где скорость источника и приёмника одинакова, ибо они далее продолжают движение, как одно целое.
Коллега, но почему источник и приёмник продолжают далее своё движение, с одинаковой скоростью?
Обычная логика, мой друг, подсказывает нам возможные варианты. Если скорость источника всё ещё превышает скорость находящегося на его пути приёмника, то это означает, что источник продолжает воздействовать на приёмник, то есть, процесс воздействия ещё не завершён. К примеру, если скорость ветра больше скорости движения корабля, значит, ветер продолжает своё воздействие на его парус. Ясно, что этот процесс завершается только в том случае, когда скорость источника уравняется со скоростью приёмника.
И здесь важно помнить, что первоначальный импульс источника уменьшился на значение mп*v за счёт противодействия приёмника, то есть mи*v = mи*с - mп*v.
Но сила противодействия (вектор) является реактивной силой, ибо возникает в результате реакции на воздействие силы от движущегося источника. Следовательно, реактивным импульсом (тоже вектор) является и противодействующий импульс mп*v, который опережает на 90 градусов активный импульс источника mи*v, оставшийся после взаимодействия с приёмником (см. рисунок).
На данном рисунке изображена диаграмма импульсов и фазовых соотношений при взаимодействии электрического поля (источник) и элементарной частицы (приёмник). Каждый импульс здесь представлен «фазовым вектором». Из этого рисунка следует: mи2*с2 - mи2*v2 = mп2*v2 или: mи2*с2(1 - v2/с2) = mп2*v2.
Окончательно это уравнение выглядит так:
mи*с*(1 - v2/с2)1/2 = mп*v или: ри*(1 - v2/с2)1/2 = рп
Это и есть знаменитые преобразования Лоренца (1899 год), которые говорят нам, что влияние импульса источника (электрического поля) на импульс приёмника (элементарные частицы) заметно уменьшается, если скорость приёмника приближается к скорости света.
Первое экспериментальное доказательство этого важнейшего факта принадлежит Кауфману, работа которого была опубликована в 1901 году. Далее были опыты Капицы - Триккера, Цана - Списса, Мейера и других. И все они доказали, что влияние импульса источника (электрического поля) на импульс приёмника (элементарные частицы) заметно уменьшается, если скорость приёмника приближается к скорости света.
То же самое подтверждает и многолетняя практика эксплуатации ускорителей. В 1990 году тогдашний член-корреспондент АН СССР Е. Александров писал:
«В физике высоких энергий, где все скорости близки к световым, ни один расчет немыслим без специальной теории относительности (СТО), и в любом номере журнала по ядерной физике можно найти десятки фактов, которые доказывают справедливость СТО... Сегодня коллайдер с энергией 10 ГэВ разгоняет электрон до скорости, отличающейся от световой на одну миллиардную, и при таких условиях правильность именно СТО подтверждена неоспоримо». (Наука и жизнь, №12, 1990 год)
Тогда Александров действительно считал, что он рекламирует СТО, ибо не ведал о запаздывающем потенциале, о котором интуитивно догадывается каждый (как выше сказано) моряк и железнодорожник.
Приёмником воздействия в ускорителе является электрический заряд q, который вращается по орбите с радиусом r. Источником воздействия является электрическое поле, которое постепенно разгоняет приёмник до скорости v, близкой к скорости света. Для этого мы всё время должны увеличивать импульс источника, ибо (как мы уже знаем) влияние импульса источника на импульс приёмника заметно уменьшается, если скорость приёмника приближается к скорости света. При этом, чтобы приёмник не вылетел с орбиты, на него действует магнитное поле В, которое направлено перпендикулярно к плоскости орбиты и напряжённость этого поля мы тоже должны увеличивать по Закону:
В = ри*(1 - v2/с2)1/2 / qr, где Bqr = рп (импульс приёмника).
Именно по этому Закону и действуют все ускорители, в том числе и БАК.
Однако, коллега, здесь появился реактивный импульс, который во времена Лоренца не был известен никому.
Пожалуй, кроме Теслы и Доливо-Добровольского. Зато теперь, мой друг, о реактивной энергии, мощности и даже о реактивном сопротивлении знает каждый школьник. Стоит только открыть любой учебник по электротехнике. Ведь, всё, что связано с волновыми процессами имеет фазовые сдвиги во времени, то есть, одни волны опережают другие и наоборот. Попробуйте пропустить через электрическую катушку сначала постоянный, а затем переменный ток. Вы заметите существенную разницу, которая связана с реактивным противодействием.
Это так, коллега. Но здесь мы рассматривали не волны а импульсы элементарных частиц.
Но именно волна, мой друг, точнее - полуволна и является той самой элементарной частицей, ибо имеет конкретный размер (длина полуволны), энергию, импульс и массу. А электроны и протоны имеют ещё и электрический заряд. Об этом мы говорили подробно в Беседе № 23 ещё в 2013 году.
Тогда, коллега главный вопрос. Получается, что все опыты с запаздыванием потенциала, связанные со скоростью света, возможны только в квантовом мире с элементарными частицами, то есть с полуволнами колебаний электромагнитного поля?
Именно так, мой друг и получается. И это подтверждается интересными опытами по проверке изменения темпа течения времени. До сих пор этот эффект мы можем наблюдать только в экспериментах с квантовыми осцилляторами, у которых несущая и модулированная частоты суть - одно и то же. Но сначала были проведены опыты с кварцевыми осцилляторами, у которых модулированная частота намного меньше, чем несущая, но и эту частоту мы можем контролировать с точностью не хуже, чем 10-11.
Для этого в 1967 и 1969 годах были выведены на орбиту (высота 925 км) первые спутники навигационной системы TIMATION с кварцевыми генераторами на борту. Однако сдвиги частот у этих генераторов относительно частот наземных генераторов не были обнаружены и сенсация, связанная с первым практическим подтверждением предсказаний СТО и ОТО не состоялась.
Её пришлось отложить до запуска первых спутников навигационной системы GPS, на бортах которых были установлены уже не кварцевые, а цезиевые стандарты частоты, то есть квантовые генераторы. В этом случае эффект запаздывания потенциала и зависимость частоты колебаний от гравитационного потенциала (опыт Паунда и Ребке) подтвердились. Поэтому, для синхронизации земных и орбитальных часов, последние перед запуском мы регулируем на такую скорость хода, чтобы компенсировать эти эффекты.
Заметьте, мы компенсируем не замедление времени по теории нашего «гения», а изменение частоты генераторов бортовых часов при их перемещении с Земли на соответствующую орбиту. И здесь нет никакого «парадокса часов», ибо система отсчёта (в отличие от вывертов нашего «гения») тут одна и «привязана» она к центру потенциального поля Земли.
На главную