Существует ли магнитное поле? Опции

[Менде]

Магнитное поле является одним из основных понятий электродинамики. Оно определяет силовое взаимодействие между движущимися зарядами, а также входит в большинство её уравнений. В его существовании убеждает нас магнитная стрелка компаса, которая всегда поворачивается в определённом направлении, а также железные опилки, которые дружно прилипают к полюсам магнита. И, казалось бы, в существования реального материального магнитного поля сомневаться не приходится. Однако если вспомнить те времена, когда магнитное поле приобрело официальный статус, а вводит магнитное поле феноменологический закон Ампера, то нельзя не заметить, что между Ампером и Вебером происходила оживлённая полемика по поводу природы этого явления. Если Вебер придерживался той точки зрения, что магнитное поле является следствием изменения свойств самих зарядов, определяемых их движением, то точка зрения Ампера сводилась к тому, что магнитное поле является самостоятельным материальным понятием. Формализацией этого понятия и является известный закон Ампера о силовом взаимодействии проводников, по которым движутся заряды. Магнитное поле было введено Ампером феноменологическим путём на основе наблюдения силового взаимодействия между проводниками, по которым течёт ток. Этот закон, выраженный в векторной форме, определяет магнитное поле в точке наблюдения в следующем виде:
[dmath] {\bf{H}} = \frac{1}{{4\pi }}\int {\frac{{I\left[ {d{{\bf{l}}_{}}{\bf{r}}} \right]}}{{{r^3}}}} [/dmath] (1.1)
где [imath] I[/imath] - ток в элементе [imath] d{\bf{l}}[/imath] , [imath] {\bf{r}}[/imath] - вектор, направленный из элемента [imath] d{\bf{l}}[/imath] в точку наблюдения.
Далее аксиоматическим путём, в виде отдельного постулата, была введена и сила Лоренца, которая определяет силу, действующую в магнитном поле на движущийся заряд.
[dmath] {{\bf{F}}_L} = e\left[ {{\bf{v}} \times \mu {\bf{H}}} \right] [/dmath] . (1.2)
где [imath] e[/imath] - величина заряда, [imath] {\bf{v}}[/imath] - его скорость, [imath] \mu [/imath] - магнитная проницаемость среды, в которой движется заряд.
Однако у такой аксиоматики есть существенный недостаток. Если на движущийся заряд действует сила, то в соответствии с третьим законом Ньютона должна иметь место сила реакции, уравновешивающая силу, действующую на заряд, и нам должно быть известно место приложения этой силы. В данном же случае магнитное поле выступает в качестве некоторой самостоятельной материальной субстанции и является посредником между движущимися зарядами. И если мы хотим найти силу их взаимодействия, то мы должны прибегать к услугам этого посредника. Другими словами, у нас нет закона прямого действия, который бы давал ответ на поставленный вопрос, минуя рассмотренную процедуру, т.е. мы не можем дать ответ на вопрос, где находятся силы, уравновешивающие действие магнитного поля на заряд.
Соотношение (1.1) с физической точки зрение вызывает недоумение. Силы, действующие на тело в отсутствии потерь, должны быть связаны или с его ускорением, если оно осуществляет поступательное движение, или с центробежными силами, если тело осуществляет вращательное движение. Наконец, статические силы возникают в том случае, когда имеется градиент скалярного потенциала потенциального поля, в котором находится тело. Но в соотношении (1.1) ничего этого нет. Обычное прямолинейное движение вызывает силу, которая нормальна к направлению движение. Что это, какой-то ранее неведомый новый закон природы? На этот вопрос в существующей литературе ответа тоже нет.
Концепция магнитного поля заключается в том, что вокруг любого движущегося заряда возникает магнитное поле, циркуляция которого определяется соотношением

[dmath] \oint {{\bf{H}}d{\bf{l}} = I} [/dmath] , (1.3)

где [imath] I[/imath] - ток проводимости. Следствием соотношения (1.3) является второе уравнение Максвелла
[dmath] ro{t_{}}{\bf{H}} = ne{\bf{v}} + \varepsilon \frac{{\partial {\bf{E}}}}{{\partial t}} = ne{\bf{v}} + \frac{{\partial {\bf{D}}}}{{\partial t}}[/dmath] ,
если к току проводимости добавить ток смещения. Так магнитное поле попало в уравнения Максвелла.
Следует отметить, что введение понятия магнитного поля не имеет под собой какой-либо физической основы, а является констатацией набора некоторых экспериментальных фактов, которые при помощи определенных математических процедур в большом количестве случаев дают возможность получить правильный ответ при решении практических задач. Но, к сожалению, имеется ряд физических вопросов, при решении которых в рамках концепции магнитного поля, получаются парадоксальные результаты. Вот один из них.
Пользуясь соотношениями (1.1) и (1.2) нетрудно показать, что при однонаправленном параллельном движении двух одноименных зарядов, или потоков зарядов, между ними должно возникать дополнительное притяжение. Однако если перейти в инерциальную систему, движущуюся вместе с зарядами, то там магнитное поле отсутствует, и дополнительного притяжения нет. Этот парадокс объяснения не имеет.
При силовом взаимодействии материальных структур, по которым течёт ток, силы приложены не только к движущимся зарядам, а к решетке, но в концепции магнитного поля на этот вопрос ответа тоже нет, т.к. в уравнениях (1.1-1.3) присутствие решетки не учитывается. В то же время, при протекании тока через плазму происходит ее сжатие (так называемый пинч-эффект), при этом силы сжатия действуют не только на движущиеся электроны, но и на положительно заряженные ионы. И, опять, концепция магнитного поля не может объяснить этот факт, так как в такой концепции отсутствуют силы, которые могут действовать на ионы плазмы.


Сообщение отредактировал Менде - 28.12.2017, 7:57