Введение

2. Вращение электромагнитного поля: общая физическая картина

Принципиальная возможность (или невозможность) вихревого или вращательного распространения радиоволн и, соответственно, электромагнитной энергии, о которой упоминалось выше, здесь приобретает особое значение. Ориентиры в этой проблеме вероятно проще всего найти посредством таких сведений из физической оптики, которые можно уже не подвергать сомнениям. В книге М. Борна и Э. Вольфа [6] есть такие рисунки. Там в главе 11 на Рис. 11.14 показаны «Линии среднего потока энергии при дифракции нормально падающей H-поляризованной плоской волны на идеально проводящей полуплоскости», которые мы без изменений приводим на нашем Рис.1 вместе с оригинальной ссылкой на первоисточник. Здесь мы видим, что вихри есть. Но они достаточно странные: располагаются не за препятствием, как в потоке жидкости или газа, а перед ним.

Рис.1

На Рис. 1 проиллюстрирован сам факт вращения. А в главе 8 на примере поведения фронта волны в фокусе линзы можно увидеть, как происходит это вращение.

Рис.2

На Рис.2 видно, как фронт волны поворачивается в одних местах ступенчато – с фазовым скачком – но в других местах ещё и упруго, например, между этими скачками. Оба рисунка указывают на принципиальное отличие свойств потоков электромагнитной энергии от свойств механических потоков в аэро- и гидродинамике. Механический поток можно как-то ещё себе представить, по крайней мере, в виде некоторых непрерывных струй и интерпретировать процесс, используя простое человеческое воображение. С электромагнитным процессом всё гораздо сложнее из-за чрезвычайно большого количества степеней свободы компонентов электромагнитного поля, включающего в себя множество вложенных друг в друга электрических и магнитных вихрей, связанных между собой не жёстко, а упруго, т.е. с локальными сдвигами фаз между этими вихрями. Здесь этапу интерпретации обязательно должен предшествовать точный расчёт. Чисто умозрительные построения, как подтверждает практика, совершенно бесплодны.

         Из приведённого анализа следует, что мы имеем в числе известных (для нас априорных) фактов: электромагнитное поле может вращаться. При этом совершенно очевидно, что ни о каком постоянстве скорости распространения (или скорости света) не может быть и речи. А произвольное электромагнитное поле не может быть представлено, вообще говоря, в виде суперпозиции плоских волн: есть ещё и вращательная степень свободы, на которую приходится определённая доля в общем энергетическом балансе в природной волновой смеси. И эта доля известна, она в среднем равна половине общей энергии согласно статистике Больцмана-Гиббса. Согласимся, это очень и очень много. Поэтому Дирак и другие основоположники квантовой электродинамики не могли не учитывать эту половину. И, поскольку математический аппарат того времени не давал средств для прямого описания вращений электромагнитного поля, они вышли из тупикового положения, представив реальные волны в виде множества условных летающих и крутящихся нот, названных «фотонами». Вращение этих виртуальных частиц заменило собой вращательную степень свободы реального электромагнитного поля. На таком уровне абстракции Дирак получил наиболее весомый во всей квантовой теории результат, открыв спин у электрона и новую частицу – позитрон. Цена этого успеха – утрата перспективы изучения внутреннего строения элементарных частиц посредством настоящей электродинамики. Но это далеко не всё. Полные издержки оказались не сравнимо больше. Недобросовестные интерпретаторы чужой работы сначала перевели виртуальные частицы в разряд реальных. Потом они построили на базе искусственного математического приёма далёкую от науки фантастическую теорию двойного мира. Это сильно затормозило дальнейшее развитие физики.

Своё понимание связи упомянутой выше мифологии с реальностью Дирак изложил так [5]: «В атомной теории у нас есть поля, и есть частицы. Поля и частицы – это не два различных объекта, а два способа описания одного и того же объекта, две точки зрения на один и тот же объект. Мы используем тот или другой способ описания, руководствуясь соображениями удобства». Т.е. физический дуализм он отрицал. Там же изложено его мнение о квантовой теории поля: «В физике следует стремиться к построению всеобъемлющей схемы описания природы в целом. Обширную область физики можно успешно описать с помощью уравнений движения. Необходимо, чтобы квантовая теория поля базировалась на таких понятиях и методах, которые можно было бы унифицировать с понятиями и методами остальной физики. Эта необходимость заставляет задуматься над построением квантовой теории поля, основанной на уравнениях движения. Таким образом, общепринятую трактовку квантовой теории поля следует рассматривать в качестве паллиатива без всякого будущего».

К сожалению, Дирак не добавил к механике электродинамику. Но не в этом суть. Главное, что он признал условность самой квантовой теории. Мы же, поставив задачу о вихрях, должны рассматривать реальные волны, минуя любые условности. В этом заключена главная принципиальная разница между электродинамическим волновым подходом к изучению микромира и аппаратом квантовой механики. Кроме того, математической основой последнего является квантовая алгебра Дирака [12], в которой все формулы так или иначе начинаются с гамильтоновой механики многих тел. Позже в предисловии к [5] он уже определённо записал: «Представленная здесь квантовая теория поля основывается на гамильтоновом формализме». Но канонические уравнения Гамильтона определены исключительно только для потенциальных систем, каковыми вихревые системы не являются в принципе.

Таким образом, общее положение таково, что исследования микромира могут либо опираться только на квантовую механику с её «паллиативными» условностями, либо оставаться в области действия классических дисциплин – механики Ньютона и электродинамики Максвелла. Среднего не дано. Специфика задачи вынуждает нас выбрать второй вариант. Эту важную особенность математического аппарата мы обсудим позже при анализе результатов экспериментов и в Приложениях.

Что же касается теории относительности, то мы её далее не упоминаем, поскольку помимо научной теории Галилея существует ещё и явно лженаучное псевдооткровение [13, 14], которое с точки зрения современной теоретической и практической электродинамики с этой электродинамикой совершенно несовместимо (см. Приложение 2).

Всё это вместе взятое ещё больше замыкает нашу работу исключительно на проверенную более чем вековой практикой теорию Максвелла и решение уравнений его имени. При этом мы должны согласиться с неизбежностью коррекции классических уравнений в связи с переносом их в условия подвижных нелинейных сред.