Врезалось мне в память и чем-то беспокоит, наверно, это изречение из драмы "Ричард Третий"
Джон Стейнбек дал своему роману тоже название - цитату : "Зима тревоги нашей". Хотя описывает обыденность.
Я тиснул заметочку о своей неприязни к машинному мышлению, назвав ей "Игра тревоги нашей", где обзывал разные виды игр всяким бранчливыми словесами.
И вот опять зазвучала она в сознании...
Собственно, вопрос этот уже давно тревожит меня: Неправильное, но ОБЩЕПРИНЯТОЕ определение электрического тока.
Тревожит потому, что с течением времени накапливаются некие физические парадоксы, с ним связанные.
Парадокс - не в природе. В ней никаких парадоксов нет
Парадокс возникает тогда, когда одно наше представление о природе сталкивается в лоб с другим.
Это чистые порождения нашего сознания, когда одна, вроде бы верная мысль, с годами ставшая некой общепринятой доминантой, сталкивается в жёстком и смертельно непримиримом конфликте с другой доминантой, такой же верной и общепринятой!
После "введения", перехожу к конкретизации этого беспокойства.
Электрический ток - это упорядоченный перенос (движение) электрических зарядов.
Что мне не нравится в этом классическом определении?
Первое: Неявное, но неуклонное НАВЯЗЫВАНИЕ нам картины текущих ЛАМИНАРНЫХ струек "электрической воды, электической жидкости". В нашем сознании невольно возникает образ неких зарядов, стройными и аккуратными колоннами, шеренгами, цепочками движущиеся мимо нас. Слова "Упорядоченное и направленное движение, упорядоченный перенос" напрямую ПОДТАЛКИВАЮТ наше мышление в таком зрительному образу.
И нам даже в голову не приходит спросить себя: А каково их ВЗАИМНОЕ состояние, как они в смысле движения, соотносятся друг с другом. А не только движутся по отношению к нам?
Опять, навязываемый этим определением образ неявно подсказывает нам, что это - нечто вроде ленты конвейера со стоящими на ней людьми или чемоданами. Такой зрительный образ сразу, автоматически, приводит к известному, и описанному мной пару раз парадоксу двух параллельно движущихся электронов, неподвижных по отношению друг к другу. Мол, коль скоро они неподвижны друг по отношению к другу, они должны только отталкиваться. Но относительно нас они движутся. Значит это элементы тока и при этом должны ПРИТЯГИВАТЬСЯ, кроме отталкивания! Так, что же будет на самом деле???
Я ответил на этот "парадокс" чётко и недвусмысленно: Они будут только отталкиваться, хотя в нашей системе отсчёта и будут создавать магнитное поле, как любые движущиеся заряды.
Второе: Вышеприведённый зрительный образ относится лишь к ПОСТОЯННОМУ ТОКУ.
А переменный?
Там никакого проплывания мимо нас никаких шеренг нет. Одни лишь "дёргания" всего конгломерата зарядов туда-сюда. БЕЗ МАЛЕЙШЕГО ИХ направленного и упорядоченного движения! Столб зарядов просто колеблется около некого среднего положения, никуда не двигаясь поступательно.
Третье: Определение величины тока. Это количество зарядов, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени.Чем такое, сотни лет существующее, определение плохо?
Оно снова создаёт образ текущей воды. Сколько воды протекает через поперечное сечение трубы. Вроде бы опять, всё ясно и логично. Ан, нет! Не хватает слова СКОРОСТЬ протекания!
При чём здесь скорость, дурень, - возмутятся знатоки классических определений. - Ты, Эспри, путанник и дурак, даже немогущий понять , что в этом ГЕНИАЛЬНОМ определении скорость НЕЯВНО уже фигурирует: Чем быстрей движется поток воды или зарядов, тем больше ток!
Дубина ты, стоеросовая, Эспри1 Критикуешь великие опредделения, даже не вдумавшись в их смысл. Ведь величина ток, именно есть количество ЗАРЯДОВ, протекающих в единицу времени через поперечное сечение, то ли проводника, то ли воды в трубе. Быстрей течёт - больше ток или поток. Медленней - меньше! Сообразил , наконец, придурок???
Сообразил, - воскликнул внезапно прозревший Эспри, да это как раз и приведёт нас к новому парадоксу, описанному мной в заметке с критикой физического определния закона Био-Савара.
Напомню пример из неё:
Имеется лента изолятора. На ней неподвижно закреплены равномерно распределённые электрические заряды одной полярности. Начнём ленту двигать с некой скоростью. Через поперечное сечение в секунду будет протевать некое определённое количество зарядов, то есть ток определённой величины.
Увеличим скорость вдвое - значит, при той же постоянной плотности зарядов на ленте, количество их через поперечное сечение вырастет в два раза, а значит и велична тока так же увеличится.
Все прекрасно, просто и логично.
А теперь добавим магнетометр над лентой.
В первом случае напряжённость магнитного поля, создаваемого движущимися зарядами будет одна и вполне определённая, зависящая от величины тока.
Во втором - ток возрос вдвое и напряжённость магнитного поля возрастёт тоже вдвое. По всё тому же закону Био-Савара. Да тут влезла в наши прекрасные рассуждения СКОРОСТЬ ЗАРЯДОВ.
Она ТОЖЕ СВЯЗАНА с величиной магнитного поля И чем быстрей движутся заряды, тем БОЛЬШЕ напряжённость создаваемого ими магнитного поля! Значит, наш магниометр при увеличенной вдвое скорости ленты должен показать ЧЕТЫРЁХКРАТНОЕ увеличение магнитного поля, а не двукратное. Ведь возросло вдвое количество протекающих зарядов - ток, и их скорость тоже возросла вдвое! Что ооже добавит напряжённсть магнитного поля!
Значит -- или величина напряжённости магнитного поля не зависит от скорости заряда, или закон Био-савара НЕВЕРЕН? Оказывается, что, конечно, ЗАВИСИТ и закон ВЕРЕН!
МАТЕМАТИЧЕСКИ,
Но НЕВЕРЕН в его ФИЗИЧЕСКОМ определнии.
И надо изменить его формулировку, а ещё точнее, менять ОПРЕДЕЛЕНИЕ самой ВЕЛИЧИНЫ ТОКА!.
Здесь произошла характерная для человеческого мышления историческая ошибка, которой никто не заметил. Ошибка аналогии. А аналогия - не есть доказатльство.
Аналогия с текущей водой для электрического тока водой хороша, да НЕТОЧНА:
Вода при движении магнитного поля не порождает, а "электрическая вода", порождает!
Об этом отцы - создатели теории электрического тока как-то подзабыли.
Четвёртое: Не так давно я написал заметочку о Четвёртом Уравнении Максвелла, великого учёного-физика, фактически, основателя, вместе с позднее его дополнившим Лорентцом, целого отдела физики - Электродинамики.
И не нравится мне стоящая в уравнении "плотность тока".
Опять бредит Эспри, - воскликнут служки храма физики. Да как же иначе может быть. В уравнении с одной стороны стоит выражение, математически выражающее одно: Вихревое магнитное поле. И порождается оно двумя факторами, во второй части уравнения: Электрическим током и другим видом тока -- тока смещения (по Максвеллу) который выражается производной электрической индукции по времени, то есть изменениями во времени электрического поля. Неужто Эспри так туп, что никогда не видел детского опыта: Сквозь картонку с мелкими железными опилками перпендикулярно проходит провод. Включаем ток и опилки сразу располагаются концентрическими окружностями вокруг провода с током. Это и есть вихревое магнитное поле! Даже таком дефективному типу, как Эспри, должно быть ясно.
А мне, тупице и дефективному, это ясно!
Мне неясно только одно: ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК? И справедливо ли в уравнение Максвелла вводить его как источник магнитного поля?
Так это же, - с негодованием воскликнут служки, - экспериментальный факт!!!
Да, - соглашусь я, -- ФАКТ. Но, вот, толковать факты можно ПО-РАЗНОМУ. Если мы предположим, что ток - это шеренги строго параллельно движущихся зарядов - уткнёмся в парадокс двух электронов. Значит, во избежание, мы должны допустить, что это НЕ ШЕРЕНГИ!.
А что?
А множество хаотически движущихся зарядов и, одновременно, смещающихся упорядоченно и направлено в одном направлении (снова, берём случай постоянного тока. В случае перемнного, будут дополнительные к хаотическому движению уорядоченные и направленные колебания всей массы зарядов туда-сюда около точки равновесия).
И вот тут возникает некая тонкость: Движущиеся хаотически заряды создают изменяющееся, тоже хаотически, электрическое поле! Они НЕ неподвижны друг по отношению к другу, а движутся с огромными скоростями и это создаёт непрерывно изменяющееся, флюктуирующее электрическое поле. Если это изменяющееся хаотически поле вместе с дрейфующими зарядами движется направлено и упорядоченно, то мы получаем движущееся, то есть ИЗМЕНЯЮЩЕЕСЯ, электрическое поле. А это уже фигурирует в уравнении Максвелла в виде производной dD/dt -изменяющаяся во времени индукция электрического поля. Получается, что РЕАЛЬНЫЙ ПОСТОЯННЫЙ ТОК (а не его математическая абстракция в виде неких аккуратных шеренг выстроившихся по ранжиру зарялов) создаёт тоже ИЗМЕНЯЮЩЕЕСЯ ВО ВРЕМЕНИ электрическое поле. И тогда член "плотности тока" в уравнении оказывается ЛИШНИМ!
Итак, определение электрического тока:
Это упорядоченное и направленное смещение множества хаотически движущихся электрических зарядов.
Величина тока - это проходящий через поперечное сечение проводника поток электрических зарядов определённой плотности и движущихся с определённой скоростью.
Верно, определения чуть более длинные, но зато физически точные!
А из четвёртого уравнения Максвелла можно спокойно изъять ненужный член плотности тока, ибо он уже включён в формулу производной электрической индукции по времени.