***

О физической сущности векторного потенциала

Так что же такое (магнитный) векторный потенциал?

Электродинамика, как известно, наука феноменологическая, т.е. построенная на основе опытных представлений. Векторный потенциал, как было показано выше, введен в физику искусственным, математическим, путем. В отличие от аэрогидродинамических вихрей, в современной электродинамике rot A не имеет под собой фундамента в виде физической модели и физического механизма. Название (имя) есть, а соответствующей названию сущности нет. Ротор и вихрь – синонимы. Но из чего построен rot A как вихрь? У Максвелла такая модель и соответствующее ей представление было. До него Фарадей мучился по этому поводу со своей догадкой в виде электротонического состояния. А после них никто не захотел утруждать себя подобными «философскими» построениями. Математики, чьи концепции Максвелл пытался примирить с языком и представлениями Фарадея, не только не пошли навстречу Максвеллу, но больше того и самого Максвелла обвинили потом в увлечении механикой и механицизмом.

Будем, однако, справедливыми: четыре основных уравнения Максвелла, а это его уравнения, «записаны не Максвеллом, а Герцем. И Оливером Хевисайдом.» [23 с. 192]. И несколькими строками выше: «Герц завершил труд, начатый Фарадеем. Если Максвелл перевел представления Фарадея в образы высокой математики, то Герц превратил эти образы в осязаемые, видимые, слышимые колебания – в реально существующие электромагнитные волны, описываемые все теми же уравнениями Максвелла».

Вот только их, математиков (в частности, Герца и Хэвисайда), концепция, что все в физическом мире подчиняется закону математической логики и симметрии, вряд ли привела бы к идее о токе смещения. Это признал и Макс Борн [24 с. 221- 222]: «…электродинамические теории, основанные на дальнодействии, давали полное объяснение электродвижущих сил и токов индукции, возникающих в случае замкнутых токов проводимости. Но в случае «открытых» цепей, именно заряда и разряда конденсаторов, они были обречены на неудачу, ибо в этом явлении начинают играть роль токи смещения, о которых теория дальнодействия ничего не могла сказать».

Механику Максвелла все-таки отвергли, но ничем не заменили. И доказательством тому служит тот факт и следствие, что и до сих пор физический механизм токов смещения не объяснен. Описаны [5] отличия тока смещения от тока проводимости, а вот ответа на вопрос, почему они одинаковым образом создают вокруг себя магнитное поле, нет. И что же такое, все-таки, ток смещения – ответа до сих пор тоже нет. В области же газогидродинамики подобного противоречия не существует.

А между тем такое положение можно поправить, если вместо понятия «вакуум» и «физический вакуум» возвратить понятие «эфир», которое (в умах) снова и давно готово взвалить на себя бремя электромагнитной среды (ЭМС) со всеми вытекающими отсюда обстоятельствами.

В самом деле, и инертность электромагнитного поля, и вихреобразование в виде магнитных силовых линий, и конечность скорости распространения света и радиоволн, и ее (скорости) независимость от движения источника (по аналогии со скоростью звука) свидетельствуют о том, что физический вакуум ведет себя как инертная материальная среда. Движущаяся электрически заряженная частица возмущает эту «среду»-вакуум, а в ответ на это «среда»-вакуум вносит свою лепту в виде второго слагаемого в выражении количества движения обобщенного импульса (1).

Векторный потенциал – силовой вектор

Почему бы в таком случае не признать способность вакуума образовывать вихри, подобные газогидродинамическим? Фарадей, например, отождествлял магнитные силовые линии с вихревыми образованиями, а Максвелл придал им и механическую модель. По ([15] с 253): “В электродинамике поле магн. индукции B является строго вихревым (div B = 0); для этого поля вводят В.п.:…B = rot A .” Давайте и мы признаем эти способности вакуума. И будем считать, например, что rot A и вектор A в нем на самом деле реальны (настолько же, насколько реальны торнадо и вектор скорости атомов или молекул в нем), и, следовательно, служат математическим образом реального вихря и чего-то, что вращается в этом вихре. Больше того, приведенные выше выражения (7) и (7а) следует понимать как реально существующую способность (при определенных условиях) вектора A увлекать за собой частицу-электрон со скоростью v. Слово «увлекать» здесь не равнозначно ускоряющей силе, прежде всего потому, что это поле векторного потенциала проявляется, как правило, в стационарных эффектах: эффект Ааронова-Бома, сверхпроводимость. Увлекающая сила – сила слабая: она не может преодолеть даже омическое сопротивление. Но она и не нулевая! Анализируя положение, сложившееся в области физики сверхпроводимости, И. Дмитренко [12, с 12-13] писал: “… нельзя понять причину, которая вызывает появление данной упорядоченной системы токов” и далее: “В случае эффекта Мейсснера поле постоянно во времени. Нет никаких причин (с точки зрения классической электродинамики) для появления токов”.

Новое понятие «увлекать» соответствует скорее понятию «вязкости», «пограничного слоя». Отличия. Проявляется эта квазивязкость в основном в стационарных условиях: сверхпроводимость, при равномерном движении частицы в эффекте Ааронова-Бома. Поле этой квазивязкости вакуума, созданной током, находится в состоянии постоянной готовности. Готовности поля векторного потенциала передать часть своего количества движения движущейся заряженной частице. Современная электродинамика не знает этого эффекта. Имеется в виду тот факт, что соответствующая ей составляющая в силе Лоренца отсутствует. И это стало причиной тому, что и до сих пор физический механизм сверхпроводимости не нашел объяснения, так как теория БКШ не способна объяснить высокотемпературную сверхпроводимость. Да и в начале опиралась (не преднамеренно!) на совпадение представления о куперовских парах с найденным в опытах удвоением (2e) заряда в кванте магнитного потока Φ = ch/2e. Эту величину кванта магнитного потока приняли за стандарт. Мейсснеру иногда ставят в упрек то, что в его выкладках величина кванта магнитного потока вдвое больше. На самом деле, как будет показано ниже, таких стандартов должно быть два. Те, которые имеют место при движении электронов в магнитном поле (*), (23), соответствуют действующему стандарту. А те, которые соответствуют движению заряда вне магнитного поля, т.е. содержатся в волнах де Бройля (20) и фотонах, вдвое больше.

Здесь, разумеется, есть нюансы. Можно надеяться, однако, что и они со временем будут раскрыты. Этим замечанием мы предупреждаем о том, что такое «увлечение» срабатывает далеко не всегда, и потому так много дискуссий вокруг вопросов эффекта Ааронова-Бома и сверхпроводимости, где работает именно эта квазивязкость, но не совсем понятно, как и почему сверх успевших стать известными законов физики.

Заметим, в частности, что осуществление эффекта Мейсснера возможно только при наличии магнита, сверхпроводника (его поверхности, обеспечивающей непрерывность тока) и доведении его температуры до критической.

Что уж тут говорить о тех случаях, когда очень хочется, чтобы оно («увлечение» - квазивязкость) работало, а оно не работает. Пример: неподвижный электрон в том же поле векторного потенциала, где проявляется эффект Ааронова-Бома, не увлекается. Другой пример. Фарадей изобрел униполярный генератор тока (униполярную машину). Принцип ее работы далеко не однозначен [25 с. 33-40]. Многое свидетельствует о том, что униполярная машина выдает ток только в том случае, когда вращается не цилиндрический магнит относительно своей оси и неподвижного провода, а напротив, когда вращается проводник относительно неподвижного магнита. И когда они вращаются вместе, как единое целое [25]. Дело в том, что сила Лоренца работает, как известно, только тогда когда проводник движется относительно магнита, и не работает, когда магнит с однородным магнитным полем движется относительно неподвижного провода. И эти примеры свидетельствуют о том, что эта ситуация похожа на то, что магнитные силовые линии (а они объективны, а не фиктивны, как это утверждалось в [5, с 549-553]) вне магнита становятся собственностью физического вакуума. А он ведет себя как всякая среда (газогидродинамическая или плазменная) по отношению к вихревым образованиям, возникшим или привнесенным в нее: вмораживает эти вихри ([18] c 158-163). Получается так, что когда магнит вращается или поступательно движется, то он как бы теряет свои магнитные силовые линии (МСЛ), они, МСЛ-вихри, оказываются «приватизированными» средой (физическим вакуумом) и, следовательно, покоятся в ней (в нем). И проводник покоится заодно со «средой» и вмороженными в нее вихрями. Откуда же взяться току? На этой почве, видимо, и возникла в Х1Х веке дискуссия. А появление теории относительности воскресило ее. Не случайно поэтому И. Е. Тамм в своей книге [5, с 550] поместил обширную сноску. В ней говорится, в частности, что “В прошлом (в Х1Х - ВМ) веке долго шла оживленная дискуссия по вопросу об униполярной индукции, связанная с попытками истолковать это явление в том смысле, что силовые линии магнитного поля, возбуждаемого магнитом, вращаются вместе с магнитом вокруг его оси…. Нечего и говорить, что такая интерпретация не выдерживает никакой критики: силовые линии являются лишь вспомогательным понятием… ”. Здесь Тамм прав только в том, что признал экспериментальный факт: магнитные силовые линии (которые вне магнита) не вращаются «вместе с магнитом». Но не прав в том, что они (rotA) – лишь вспомогательное понятие. МСЛ реальны, объективны и приватизируемы вакуумом. Только признав это, можно понять, почему генерируется ток, когда магнит вращается вместе с закрепленными на нем проводами. Отсюда следует, что тогда (Х1Х – ХХ в.) в опытах и на самом деле в неподвижном проводе с клеммами, одна из которых скользит по оси, а другая – по периферии торца вращающегося магнита, ток не возникал. Иначе не было бы предмета для дискуссии. Не наблюдалось этого ни в Х1Х, ни в ХХ веке, т.е. униполярная индукция с вращающимся магнитом и до появления теории относительности не хотела работать. А очень захотелось (см. [5, с 351 и далее]), чтобы работала, раз появилась теория относительности. Была и прагматическая причина: получили бы бесколлекторный генератор тока. Эта идея привлекла в первой половине ХХ века умы многих ученых и изобретателей. Поняли, что это осуществить невозможно.