Электрическое притяжение и ареоны

Мы могли бы попробовать объяснить явления [электродинамики] механическими воздействиями, оказываемыми этими частицами, но трудности, к которым мы придём при этом, кажутся непреодолимыми.

Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]

Итак, Ритц был первым, кто разработал простую механическую модель, объяснившую взаимодействие зарядов. И хотя он дал свою гипотезу со всеми оговорками, словно Коперник, назвав свою модель лишь удобным методом описания, даже будучи уверен в её истинности, официальная наука и учёные собратья всё же отвергли концепцию Ритца, так же как когда-то официальная церковь и учёные-богословы отвергла учение Коперника. Примечательно, что физики, первоначально отвергшие теорию Ритца, в итоге всё равно вернулись к его модели обменного взаимодействия зарядов. Современная квантовая электродинамика (КЭД), разработанная Р. Фейнманом, по сути, повторяет идею Ритца, хоть и в извращённой форме. Согласно КЭД взаимодействие зарядов тоже осуществляется посредством испускаемых ими частиц, называемых виртуальными фотонами. Каждый заряд испускает виртуальные фотоны, которые при поглощении другими зарядами передают им свой импульс, чем и создают кулоновское взаимодействие. Постоянный обмен виртуальными фотонами между зарядами и порождает обменное кулоновское взаимодействие.

Как видим, эта гипотеза полностью повторяет идею Ритца и даже само название "виртуальные фотоны" говорит о том, что идея почёрпнута у него, поскольку, не будучи вполне уверен в реальности вводимых им частиц, Ритц называл их в своих статьях "фиктивными" (синоним слова "виртуальный") [8]. То, что Фейнман заимствовал обменную модель взаимодействия у Ритца, подтверждается и тем, что Эйнштейн, работавший вместе с Фейнманом в Принстонском университете, в 1941 г. ознакомил его, а поздней и Дж. Уилера с работами Ритца по электродинамике [6, 146]. Сам Эйнштейн был хорошо знаком с БТР, поскольку учился вместе с Ритцем и даже полемизировал с ним в печати по этой теме. Вскоре после 1941 г. и стали выходить работы Фейнмана по КЭД и обменной модели взаимодействия зарядов, однако, — без ссылок на Баллистическую Теорию Ритца, где эта модель впервые предложена. Плагиат Эйнштейна и Фейнмана подтверждается ещё и тем, что КЭД строится на идее опережающих и запаздывающих потенциалов [150], которым столько внимания уделял Вальтер Ритц в своей работе [8]. Эта же обменная модель Ритца успешно применялась и для объяснения других типов взаимодействий, скажем, — ядерных, опять же без ссылок на Ритца. Идею Ритца попросту украли, ни словом не упомянув о нём и его баллистической теории, которую следовало бы принять вместе с этой моделью.

Такая несправедливость в отношении идей Ритца творилась не раз. Так, Ритц объяснил в 1908 г. с помощью баллистической теории вековое смещение перигелия Меркурия, а Эйнштейн спустя 8 лет использовал его объяснение, подогнав под свою общую теорию относительности (§ 2.3). Другой пример: Ритц объяснил на основе созданной им магнитной модели атома спектр излучения водорода и дал его общую формулу. Бор использовал его результаты для построения своей модели атома, не упомянув о том, что правильную формулу для спектров дала впервые именно классическая модель атома Ритца (§ 3.1). Ритц предсказал и существование элементарного магнитного момента у электрона [101, с. 480]. Но опять же, говоря теперь о магнетоне Бора, об этом никто не упоминает (§ 3.19). Учёные беззастенчиво присваивали себе и извращали достижения Ритца, пользуясь его ранней гибелью и тем, что он не успел создать научную школу, которая могла бы постоять за его честь. Лишь теперь эта неудобная правда стала открываться.

Впрочем, в квантовой электродинамике и её версии обменного взаимодействия есть существенный недочёт. Она легко объясняет, каким образом возникает отталкивание одноимённых зарядов, обменивающихся виртуальными фотонами, но не способна истолковать притяжение разноимённых зарядов. Во-первых, импульс фотона всегда направлен в сторону от испустившего его заряда, а, значит, и действие отталкивающее. Во-вторых, два виртуальных фотона, испущенных положительным и отрицательным зарядом, должны быть совершенно неразличимы (фотоны различаются лишь энергией), а потому пробный заряд одинаково реагировал бы и на положительный и на отрицательный заряд, что, конечно, невозможно.

В теории Ритца таких проблем не возникает. Хотя, на первый взгляд, кажется, что и там нельзя объяснить притяжение разноимённых зарядов. Ведь частицы, разлетающиеся от заряда, должны, по идее, производить лишь отталкивание. Но, в действительности, есть один нестандартный путь решения. Необычность этого пути в том, что он объясняет притяжение зарядов посредством гипотезы о минусовой массе позитрона. В самом деле, рассмотрим притяжение элементарного отрицательного заряда — электрона e^— — и элементарного положительного — позитрона e⁺ (антиэлектрона). Реоны, излучённые электроном, ударяя в позитрон, не отталкивают, а притягивают его: позитрон в корне отличается от электрона характером взаимодействия с реонами. Так же и частицы, испущенные позитроном, радикально отличаются от реонов, поскольку уже не отталкивают, а притягивают электрон. Почему же реоны, испущенные электроном, при поглощении позитроном, вместо того, чтоб отталкивать, притягивают его, заставляя позитрон двигаться навстречу электрону. Это кажется невероятным. Ведь по второму закону Ньютона ускорение

a=F/M,

где F — сила удара реонов (сообщаемый реонами в единицу времени импульс), а M — масса частицы, испытывающей удары. (При этом под ускорением a и силой F далее подразумеваем их проекции на ось, направленную от первого заряда ко второму.) Из уравнения следует, что ускорение имеет тот же знак, что и сила, а, значит, направленно туда же. В случае электрона всё так и есть. Однако позитрон — элементарный носитель положительного заряда — это античастица, представитель антимира, в котором всё наоборот. И очень вероятно, что это "наоборот" касается не только заряда, но и массы. Иначе говоря, масса M позитрона равна по величине и противоположна по знаку массе электрона. Именно поэтому позитрон, в отличие от электрона, притягивается, поскольку его ускорение a=F/M направлено в сторону обратную силе F ударов реонов: за счёт минусовой массы M позитрона сила и ускорение имеют разные знаки.

Но ведь отрицательная масса — это нонсенс! И всё же в отрицательной массе позитрона нет ничего странного. Раз позитрон — это античастица, и раз у античастиц все характеристики противоположны таковым у частиц, то позитрон должен иметь не только антизаряд, но и антимассу? Вспомним, что по определению Ньютона масса — это количество материи. Значит, если имеем дело с антиматерией (называемой ещё минус-материей), то у неё это количество отрицательное: антиматерия имеет минусовую массу. Да и предсказан был позитрон Полем Дираком именно как электрон с отрицательной энергией и массой [109], потому и ведёт себя позитрон в опытах как полная противоположность электрона. Дирак первым допустил существование антиматерии, причём эта идея казалась ему естественной ещё в школе, когда он в конкурсной задаче о числе пойманных рыбаками рыб дал ответ "минус две рыбы" [144]. Однако, потом от идеи минус-материи отказались и физики, и сам Дирак, а позитрон стали считать частицей с положительной массой. Зато в теории Ритца идея антимассы обрела смысл. Ещё одно соображение в пользу отрицательной массы позитрона состоит в том, что при аннигиляции электрона и позитрона их масса, как считают, бесследно исчезает. Но, согласно классической физике, должен выполняться закон сохранения массы. То есть общая масса электрона и позитрона равнялась нулю как после, так и до исчезновения, откуда с неизбежностью следует отрицательная масса позитрона, в точности компенсирующая положительную массу электрона.

Реально, конечно, все эти вопросы — процесс аннигиляции, отрицательная масса описываются гораздо сложнее. В частности, оказывается, что массу, как и электрический заряд, можно трактовать как процесс, что предлагалось ещё Ритцем. В таком случае, загадочная отрицательная масса получает классическое, наглядное механическое объяснение. Но для этого необходимо уже рассматривать строение электрона, природу времени, а эти вопросы далеко выходят за рамки настоящей главы и будут подробней разобраны позднее (Часть 3 и Часть 5). Сейчас же нам для удобства вполне достаточно условно считать массу позитрона отрицательной. По крайней мере, это ничему не противоречит. Конечно, модель эта грубо механистична. В дальнейшем она может быть уточнена и даже изменена. Но, как первое приближение, дающее наглядную механическую трактовку, она весьма удобна. Судя по некоторым замечаниям Ритца из его «Критических исследований по общей электродинамике», он и сам пришёл к этой механической модели, но отложил её подробное рассмотрение ввиду многочисленных проблем (см. эпиграф). Две из них, — трактовку взаимодействия разноимённых зарядов и постоянство массы электрона, мы решили.

Позитрон, будучи во всём антиподом электрона, и частицы испускает прямо противоположные реонам: он выбрасывает из себя антиреоны (или, сокращённо, — "ареоны"), имеющие ту же массу m, что у реонов, но опять же с обратным знаком. Соответственно, создаваемая их ударами сила

F=Nr²mc/4R² (§ 1.4)

будет так же отрицательна и направлена против направления их движения. Так что, под действием ударов ареонов, испущенных позитроном, электрон будет подталкиваться навстречу позитрону: величина его ускорения a=F/M будет, как у силы, — отрицательна. В то же время, при действии позитрона на позитрон ускорение a=F/M — положительно: имеет место отталкивание, поскольку и сила и масса имеют отрицательный знак. Фактически, взаимодействие зарядов и их ускорение определяются отношением масс частиц

a=F/M=(Nr²c/4R²)(m/M).

Если частицы слеплены из одного теста, представляют одноимённые заряды, то m и M для них — одного знака, а, значит, ускорение a — положительно, то есть имеет место отталкивание. Если же взаимодействуют разноимённые заряды, то и m с M у них — разного знака, ускорение a отрицательно. И, значит, заряды притягиваются (Рис. 10).

Рис. 10. Характер взаимодействия одно- и разноимённых зарядов посредством реонов R определяется ускорением a. Противоположным зарядам "+" и "-" соответствуют противоположные знаки масс частиц.

Ну и раз уж речь зашла о тесте, из которого слеплены электроны и позитроны, скажем пару слов о строении этих частиц. Поскольку электроны постоянно испускают мириады реонов, то, судя по всему, именно из реонов и составлены электроны. Соответственно, позитроны (антиэлектроны), с их минусовой массой, образованы антиреонами. Испускание этих частиц зарядами, как уже говорилось, происходит в результате распада.

Конечно, всё это выглядит несколько парадоксально: положительно заряженный позитрон, который даже по своему названию положительный, имеет отрицательную массу. Но отрицательная масса — это, как было сказано, условность. С тем же успехом можно было бы приписать отрицательную массу электрону, а позитрону — массу положительную. Важен не сам знак массы, а то, что у электрона и позитрона эти массы имеют разные знаки, поскольку для взаимодействия важно соотношение масс (m/M). Точно так же совершенно условен знак заряда: ничего бы не изменилось в природе и в физике, если бы мы приписали положительный заряд электрону, а отрицательный позитрону, сменив знаки заряда и у всех прочих частиц. Примерно такой же условный смысл приобретает и масса, но об этом будет сказано позднее (§ 3.20).

Зато сам заряд в модели Ритца обретает конкретный физический смысл, раз взаимодействие зарядов определяется потоком испускаемых ими реонов и ареонов. Заряд Q — это полный поток, расход материи (реонов или ареонов), источаемой заряженным телом в единицу времени: Q=-mN. Соответственно, частица, испускающая материю (m>0), имеет отрицательный заряд Q, скажем, электрон, выбрасывающий реоны. Если же частица испускает больше антиматерии (частиц с m<0), то её заряд положителен, как у протона или позитрона. Итак, физически заряд — это производительность источника поля, — число испускаемых им в единицу времени реонов, этих элементарных единиц материи. (Если вспомнить баллистическую аналогию с бенгальским огнём или зарядом дроби в ружье, то их заряд тоже можно определить как производительность источника, — число выбрасываемых в момент искр или дробинок, тогда два огня или двустволка содержат уже удвоенный заряд, Рис. 7.) В то же время о заряде самого реона говорить бессмысленно. Ведь он, в принципе, не может иметь заряда, поскольку не испускает реонов, не создаёт их потока. Точно так же бессмысленно говорить о температуре или давлении не газа в целом, а одного атома, ведь давление и температура характеризуются движением, ударами коллектива атомов.

Столь же наглядную трактовку получает напряжённость электрического поля E, то есть плотность, густота силовых линий этого поля: она характеризует плотность потока реонов, материи, а, значит, и степень воздействия этого потока на единичный заряд (Рис. 11). Отсюда сразу вытекает и теорема Остроградского-Гаусса о пропорциональности потока поля E через замкнутую поверхность (общего числа выходящих через неё силовых линий) заряду Q в объёме, ограниченном этой поверхностью. Раз Q — это полный поток, расход материи, источаемой зарядами в объёме (Рис. 6), тогда тот же поток ежесекундно пронизывает поверхность вокруг заряда Q, будучи эквивалентен потоку поля E через эту поверхность, то есть общему числу исходящих силовых линий. Выходит, теорема Остроградского-Гаусса — это просто закон непрерывности потока реонов. Не случайно, именно Гаусс, согласно Ритцу (§ 1.7), ближе других подошёл к созданию бесполевой электродинамики, основанной на идее эмиссии и запаздывания электрических воздействий.

Итак, теория истечения поясняет смысл силовых линий, закона Гаусса, отрицательного заряда электрона и положительного заряда позитрона. А как же быть с положительным зарядом протона: откуда он берётся и как объяснить взаимодействие протона с электроном? По всей видимости, заряд протона обусловлен присутствующим в нём позитроном. И точно, протон может распадаться на этот самый позитрон и не имеющий заряда нейтрон. Не случайно, многие авторитетные физики-ядерщики, в том числе Ф. Содди, считали протон составной частицей, образованной из нейтрона и позитрона [139]. Надо думать, что и у других элементарных частиц заряженность связана только с присутствием в них электронов и позитронов: лишь они способны испускать и поглощать реоны и антиреоны. Именно электроны и позитроны, входящие в другие частицы, придают этим частицам электрический заряд. Только так можно объяснить существование стандартного элементарного заряда — это заряд электрона и такой же, но противоположный по знаку заряд позитрона. Ведь позитрон — это зеркальная копия электрона, — электрон-наоборот, имеющий те же размеры и массу. Сами по себе частицы разных масс и свойств не могли бы обладать всегда одним и тем же элементарным зарядом. Поэтому в их составе неизбежно должны присутствовать элементарные единицы заряда — электроны и позитроны, которые именно так изначально и вводили — как атомы электричества. Лишь позднее самостоятельным зарядом стали наделять и другие частицы. То, что электрический заряд протона связан с присутствием в нём позитрона, решает ещё и важную проблему физики элементарных частиц. Прежде было непонятно, почему частиц, скажем электронов, гораздо больше, чем античастиц, — позитронов. Но, если в каждый протон входит по лишнему позитрону, то электронов и позитронов в атомах будет поровну: электроны атомной оболочки в точности компенсируются позитронами ядра.

В целом видим, что какими бы великими ни казались поначалу сложности механической модели взаимодействия зарядов, отмеченные ещё Ритцем, их можно решить. Во времена Ритца эти трудности казались неустранимыми, поскольку не было ещё известно о распадах элементарных частиц, об античастицах и антиматерии, имевшей по исходной гипотезе Дирака минусовую массу. И, всё же, Ритц осмелился выступить со своей революционной моделью обменного взаимодействия зарядов, посредством испускаемых ими частиц.

Природа магнетизма

Пуанкаре показал, что, придав лучистой энергии импульс, всё можно поставить на свои места. Очевидно, что такое предположение вполне естественно, если эта энергия испускается [в виде частиц], а не распространяется [в среде]… Исходя из этих принципов, получится вывести электродинамические силы, зависящие от скорости и ускорения, руководствуясь лишь кинематическими соображениями. Именно эту проблему, не решённую теорией Максвелла, Гаусс поставил в своём известном послании к В. Веберу.

Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]

Что собой представляют электрические и магнитные воздействия? Современная физика, к несчастью, не может ответить на этот вопрос, оправдывая свою беспомощность ньютоновской отговоркой: «Довольно и того, что эти силы существуют и действуют согласно изложенным законам» (в электродинамике этими законами служат уравнения Максвелла). И только баллистическая теория Ритца, как было показано выше, впервые в истории науки наглядно объяснила, как же взаимодействуют заряды. Ритц не просто описал электрическое взаимодействие, а нашёл его глубинные причины, начала: вскрыл механизм взаимодействия. Но как же он объяснил взаимодействие магнитное? Чтобы понять это, снова рассмотрим взаимодействие двух элементарных зарядов.

Напомним, как по Ритцу протекает взаимодействие двух электронов. Первый электрон излучает, выстреливает по всем направлениям со скоростью света c особые микрочастицы — реоны. Спустя время часть их долетает до второго электрона и поглощается им, причём каждый реон передаёт электрону элементарную порцию (квант) воздействия — стандартный импульс p. Полная сила отталкивания электронов

F = np,

где n — частота попаданий реонов в электрон, а p — импульс, передаваемый каждым реоном. Если скорость реонов — V, а их масса — m, то

p = mV.

Частота попаданий в площадку S, перпендикулярную потоку частиц, находится как

n = kVS,

где k — концентрация частиц в потоке, а V — скорость их потока. Отсюда

F = np = kV²Sm.

Для электрона в потоке реонов (от неподвижного электрона) скорость частиц V=c, а S — площадь поперечного сечения электрона, откуда

F = np = kcSp = kc²Sm.

С удалением от электрона концентрация k выстреленных им реонов убывает пропорционально квадрату расстояния (Рис. 11). Отсюда, как выяснили выше, и следует закон Кулона: сила Fотталкивания электронов спадает, пропорциональна квадрату расстояния между ними (§ 1.4).

Рис. 11. Один электрон действует на другой через посредство выстреливаемых им реонов R, воздействие которых спадает вместе с их концентрацией k пропорционально квадрату расстояния.

Так теория Ритца объясняет силу электростатического взаимодействия зарядов. Ну а магнитные силы возникают, как известно, от движения электрических зарядов. Физики говорят, что в зависимости от движения зарядов их электрическое поле преобразуется в магнитное и наоборот (поэтому говорят об электромагнитном поле, считая электричество и магнетизм лишь различными его проявлениями). Но как происходит этот переход, почему его вызывает движение зарядов, и что вообще такое магнетизм, современная физика объяснить не может. Теория же Ритца даёт на это простой и ясный ответ.

Выше было показано, что два неподвижных заряда взаимодействуют с силой F= kc²Sm. Теория Ритца предсказывает изменение этой силы при сближении зарядов. Если один заряд движется, закон Кулона оказывается не вполне точен, что связано с конечной скоростью света, реонов, переносящих электрическое воздействие. В самом деле, пусть электрон, испускающий реоны, покоится, а другой движется ему навстречу со скоростью v. В таком случае скорость потока V, с которой реоны ударяются об электрон, согласно классической механике, будет равна уже не c, ноV=c΄=c+v. Соответственно вырастет и импульс, передаваемый реонами электрону и частота их ударов, а, в конечном счёте, и сила отталкивания одного электрона другим. Из-за увеличения скорости V встречного потока реонов от c до c΄=c+v получим F= k(c+v)²Sm. Сила вырастет по сравнению с той, что испытывали бы покоящиеся заряды на том же удалении. Напротив, расхождение зарядов уменьшит эту силу. Именно это небольшое изменение силы электростатического взаимодействия и воспринимается нами как магнитное воздействие. Причину этих изменений поясняет баллистическая модель: броневик, расстреливающий неподвижную мишень, увеличивает свою огневую мощь, когда быстро едет навстречу цели (Рис. 12). Ведь при движении к мишени растёт частота ударов и скорость пуль, а значит и сила ударов по мишени: пули барабанят по мишени чаще и сильнее. Ещё заметней будет эффект для пулемёта, установленного на самолёте, скорость которого уже сравнима со скоростью пуль.

Рис. 12. Подобно огневой силе движущегося броневика, повышена сила F взаимодействия сближающихся со скоростью v зарядов за счёт выросшей скорости c'=c+v и частоты ударов реонов R.

Далее рассмотрим заряженную нить и возле неё в т. O заряд q. Сила отталкивания заряда от нити

F= qτ/2πε₀r,

где τ — линейная плотность заряда нити, r — расстояние от заряда до нити, а ε₀ — электрическая постоянная. Сила же взаимодействия заряда с малым участком нити M длиной dl, имеющим заряд τdl, даётся законом Кулона

F = qτdl/4πε₀OM².

Перпендикулярная нити составляющая этой силы выразится через углы φ и dφ как

F_у= qτcos(φ)dφ/4πε₀r (Рис. 13).

Найдём, как изменится сила при движении заряда параллельно нити со скоростью v. По отношению к движущемуся заряду встречные реоны будут иметь скорость c΄ отличную от c за счёт векторного вычитания из c скорости v заряда. И направлена скорость c΄реонов будет уже не вдоль MO, а вдоль M΄O (ту же природу имеет звёздная аберрация — отклонение световых лучей, вызванное движением Земли, § 1.9). Из треугольника скоростей OMM΄:

c΄= [c²+v²–2cvsin(φ)]^1/2

или, разлагая в ряд и считая v/c малым, получим

c΄≈ с[1–sin(φ)v/c+(v/c)²cos²(φ)/2].

Соответственно меняется и сила:

F΄=F(c΄/c)².

Но, поскольку сила меняет и направление (F΄ действует вдоль c΄), то интересующая нас составляющая F_у изменится в несколько меньшей степени:

F_у΄= F_у(c΄/c) = [1–sin(φ)v/c+ (v/c)²cos²(φ)/2]cos(φ)dφqτ/4πε₀r.

Остаётся найти суммарную силу воздействия на заряд со стороны всех элементов нити, проинтегрировав F_у΄ в пределах φ от — π/2 до +π/2. В итоге, полная сила

Fу΄= (1+v²/3c²)qτ/2πε₀r= qτ/2πε₀r+v²qτ/6πε₀rc².

Первое слагаемое — это сила взаимодействия нити с покоящимся зарядом, а второе — это прибавка к ней, возникшая за счёт движения. Итак, движение заряда со скоростью v вдоль нити вызывает рост силы отталкивания (или притяжения) на величину v²qτ/6πε₀rc².

Рис. 13. Проекция F'_y силы отталкивания заряда элементом длины dl бесконечной заряженной нити меняется при движении заряда пропорционально скорости c' реонов относительно него.

Этот результат имеет весьма важные последствия. Рассмотрим два параллельных проводника с сонаправленными токами. Поскольку ток в металле создаётся движением электронов, заменим каждый проводник движущейся отрицательно заряженной нитью (Рис. 14). У первой нити линейная плотность заряда — τ₁ и скорость v₁ (в проекции на ось x), а у второй, соответственно, — τ₂ иv₂. В целом каждый проводник нейтрален, поэтому добавим неподвижные положительно заряженные нити +τ₁ и +τ₂ (они соответствуют положительным и неподвижным ионам металла).

Рис. 14.Представление проводников с током (а) комбинациями из пар заряженных нитей (б) позволяет выразить амперову силу их притяжения как сумму сил электрического взаимодействия нитей.

Найдём, с какой электрической силой F_эл первый проводник (нити +τ₁ и —τ₁) действует на малый элемент длины l второго проводника (нити +τ₂ и —τ₂). Искомая сила F_эл складывается из четырёх сил:

1) F₁ — воздействие неподвижной нити +τ₁ на неподвижный заряд +τ₂l;

2) F₂ — воздействие неподвижной нити +τ₁ на движущийся заряд —τ₂l;

3) F₃ — воздействие движущейся нити —τ₁ на неподвижный заряд +τ₂l;

4) F₄ — воздействие движущейся нити —τ1 на движущийся заряд —τ2l.

Скорость заряда q= τ₂l относительно соответствующей нити равна для случая

1) нулю, и потому сила отталкивания F₁= τ₁τ₂l/2πε₀r (по формуле F_у΄);

2) v₂, и сила притяжения F₂= τ₁τ₂l/2πε₀r+ v₂²τ₁τ₂l/6πε₀rc²;

3) v₁, и сила притяжения F₃= τ₁τ₂l/2πε₀r+ v₁²τ₁τ₂l/6πε₀rc²;

4) (v₁ — v₂), и сила отталкивания F₄= τ₁τ₂l/2πε₀r+ (v₁— v₂)²τ₁τ₂l/6πε₀rc².

Рис. 15. Вызванное движением зарядов изменение электростатической силы ведёт к появлению магнитной силы их взаимодействия.

Результирующая сила притяжения

F_эл= F₂+F₃—F₁—F₄= v₁v₂τ₁τ₂l/3πε₀rc².

Таким образом, если в отсутствие токов F_эл=0, то при движении зарядов в проводниках нарушает баланс сил взаимодействия, силы перестают компенсировать друг друга. В результате проводники с током притягиваются с силой F_эл, или же отталкиваются, если токи направлены в разные стороны (v₁v₂ отрицательно). Величина v₁τ₁ есть ни что иное, как сила тока I₁ в первом проводнике, а v₂τ₂ — сила тока I₂ во втором. Учитывая это и применяя известное соотношение 1/c²= ε₀μ₀, получим

F_эл= μ₀I₁I₂l/2πr.

Но ведь похоже описывает взаимодействие параллельных токов и закон Ампера

F_А= μ₀I₁I₂l/2πr,

дающий, правда, величину силы в полтора раза большую (Рис. 15). То есть, магнитная сила имеет электрическую природу: проводники с током притягиваются, либо отталкиваются электрической силой равной силе Ампера с точностью до коэффициента 1,5. Эта разница коэффициентов вызвана тем, что в опыте измеряют воздействие не элементов тока, а замкнутых проводников, и более точный расчёт, возможно, устранит эту небольшую разницу. К тому же, до сих пор точно не измерено отношение электрических и магнитных единиц, равное произведению скорости света на корень коэффициента в формуле Ампера [60]. Отметим, что сам Максвелл, измерив это отношение, получил, что оно не равно c = 3·10⁸ м/с, а, вопреки его теории, составляет в среднем 2,45·10⁸ м/с [152]. Это говорит в пользу коэффициента 1,5 = (3·108/2,45·108)².

Поскольку в опыте сложно изучать элементы тока, лучше проверять теорию, исследуя движение отдельных зарядов. Так, опыт показал, что в магнитном поле B заряд q, летящий со скоростьюV перпендикулярной B, описывает окружности. Значит, на частицу действует постоянная сила Лоренца F_л=qVB, направленная к центру окружности. Проверим, так ли это в модели Ритца. Для этого снова разобьём прямой проводник с током I, создающим поле B, на положительно заряженную нить и движущуюся со скоростью v отрицательную. Тогда действие F_эл тока на летящий со скоростью V вдоль провода заряд сложится из двух сил (Рис. 16):

1) F₁ — воздействие неподвижной нити +τ на подвижный заряд q;

2) F₂ — воздействие подвижной нити —τ на летящий заряд q.

Рис. 16. Появление силы Лоренца в виде вызванной движением зарядов разности сил притяжения и отталкивания нитей.

Скорость заряда q относительно соответствующей нити равна для случая

1) V, и потому сила отталкивания

F₁= qτ/2πε₀r+qτV²/6πε₀rc²;

2) V+v, и сила притяжения

F₂= qτ/2πε₀r+qτ(V+v)²/6πε₀rc².

Отсюда сила притяжения

F_эл= F₂—F₁= qτ(2Vv+v²)/6πε₀rc².

Или, если учесть, что скорость летящего заряда V много больше скорости v дрейфа электронов, получим

F_эл=qVvτ/3πε₀rc².

Итак, за счёт движения зарядов, силы F₁ и F₂ перестают уравновешивать друг друга, и проводник действует на заряд с силой, зависящей от тока I=vτ. В итоге

F_эл=qVI/3πε₀rc²,

или с учётом 1/c²=ε₀μ₀ и известного выражения для поля тока B=μ₀I/2πr найдём

F_эл=qVB/1,5.

Это с точностью до множителя 1,5 даёт силу Лоренца F_л=qVB. То есть и сила Лоренца имеет чисто электрическую природу. Ту же силу легко получить из БТР и для заряда, летящего перпендикулярно проводнику. Раз сила Лоренца не зависит от направления движения заряда, то и по теории Ритца заряд должен описывать в магнитном поле B окружности, как того требует опыт.

Итак, надобность в магнитном поле отпадает, ибо то, что принято считать магнитной силой, всего лишь не скомпенсированная добавка силы электрической, созданная движением зарядов. В свою очередь, эта добавка — естественное следствие баллистической модели взаимодействия зарядов и механического сложения скорости распространения света и электрического воздействия (по сути скорости реонов) со скоростью источника. Другими словами, как это утверждали ещё Ампер и Ритц, магнитных сил и полей, вообще говоря, не существует. За их проявления мы ошибочно принимаем результат вызванного движением зарядов изменения электрических сил. Именно поэтому не удалось и никогда не удастся найти магнитные «заряды», — предсказанные Дираком монополи, существование которых казалось естественным следствием равноправия, обратимости полей и симметрии уравнений Максвелла. Выходит, что, вопреки Максвеллу, свет вполне может распространяться и без помощи магнитного поля. Наоборот, именно конечная скорость света, реонов и порождает магнитные эффекты.

Таким образом, баллистическая модель и теория Ритца не только согласуются со всеми электрическими и магнитными эффектами, но и позволяют в рамках классической картины мира понять их природу. Сама идея влияния движения заряда на величину электрической силы и объяснение через это магнитных эффектов возникла уже очень давно. Задолго до Ритца (как он сам же замечает [8]) её высказал Гаусс и развил Вебер, ещё в середине XIX века построивший на её основе электродинамику, рассматривающую магнитные и индукционные силы как следствие изменения (при движении и ускорении зарядов) сил электрических [72, 106]. Причём электродинамика Ампера и Вебера долгое время принималась учёными и противопоставлялась теории Максвелла.

Но концепция Вебера была отвергнута, причём, по иронии судьбы, — тем самым фактом, из которого должна бы была проистекать. Дело в том, что Вебер был сторонником теории дальнодействия, то есть мгновенного распространения воздействий, без помощи какого-либо промежуточного агента. А формулы свои, описывающие влияние движения на величину электрической силы, он не вывел, а эмпирически подобрал, основываясь на опытах [72, 106]. А между тем, как было показано, и как утверждал Гаусс (учитель Вебера), их можно вывести строго, придерживаясь прямо противоположного принципа, — считая, что воздействие передаётся не мгновенно, а с задержкой, через некий промежуточный агент (реоны). Предположение же о мгновенной передаче воздействия с бесконечной скоростью реонов (c = ∞), как легко проверить, привело бы, напротив, к постоянной, не зависящей от движения зарядов величине силы. Так Ритц обосновал подход Вебера и Гаусса и тем самым завершил процесс сведения магнитных эффектов к электрическим, начатый ещё Ампером. Именно Ампер впервые понял, что магнетизм — это фикция, и магнит представляет собой лишь набор элементарных молекулярных круговых токов, то есть, в конечном счёте, — движение зарядов. Таким образом, правильнее говорить не о связи электрических и магнитных эффектов, а о том, что вторые — это лишь частное проявление первых. Интересно, что гипотезу Ампера об электрической природе магнитных сил, как следствия взаимодействия элементарных токов тел, выдвигали ещё Демокрит с Лукрецием, объяснявшие магнитное воздействие ударами микрочастиц (реонов § 4.19), источаемых магнитами и электроном (янтарём).

В том, что магнитное поле — это фикция, легко убедиться, рассмотрев два пучка электронов, летящих параллельно с одинаковой скоростью. По Максвеллу это движение зарядов создаст магнитное поле, отчего между пучками, кроме кулоновской силы отталкивания, возникнет ещё сила магнитного притяжения, как между двумя токами. Но если перейти в подвижную систему отсчёта, связанную с летящими электронами, магнитная сила исчезнет, хотя сила взаимодействия пучков по классическому принципу относительности должна остаться прежней. Свести концы с концами в теории Максвелла удаётся лишь посредством теории относительности, по которой исчезновение магнитного притяжения в точности компенсируется релятивистским снижением кулоновского отталкивания пучков [96]. Совсем как в опыте Майкельсона, где пытались объяснить отсутствие перемен при изменении скорости тем, что оно в точности компенсируется сокращением плеч интерферометра, пока не поняли, что справедлив принцип относительности (§ 1.9). Но, раз справедлив этот открытый Галилеем принцип, не проще ли считать, что и электрическая сила взаимодействия пучков не зависит от того, в какой системе она измерена, тогда как магнитная сила вообще не возникает? И действительно, электрическая сила по Ритцу, как видели, зависит не от абсолютной скорости зарядов в некой системе отсчёта, а лишь от их взаимной скорости по отношению друг к другу. Именно эта зависимость, доказывающая, что заряд сообщает свою скорость воздействиям, и воспринимается нами в форме магнитных эффектов.

Идея чисто электрической природы магнитных сил всегда лежала на поверхности, отчего многократно переоткрывалась и в наше время. Ведь любой знает, что магнитные силы порождаются движением зарядов, откуда один шаг до мысли, что изменение кулоновского взаимодействия зарядов от их движения и создаёт магнитные эффекты за счёт конечной световой скорости электрических воздействий и запаздывающих потенциалов. Не случайно, с этой идеей, высказанной ещё Гауссом, Вебером и развитой Ритцем, независимо выступали многие учёные, в том числе Н.К. Носков, В.М. Петров [96]. Кстати, В. Петров, рассматривая взаимодействие проводников, ещё в 2004 г. выдвинул ряд интересных идей, в том числе о неравномерном распределении движущихся электронов по металлу, что позволяет решить ряд затруднений теории Ритца, скажем при объяснении явлений индукции, самовоздействия тока электронов, а также формы закона Ампера и значения коэффициента в нём.

Следует заметить, что теории Вебера и Ритца приводят к закону взаимодействия токов, отличному от общепринятого. Так, считается, что магнитные силы всегда перпендикулярны элементам тока (Рис. 17). Но это нарушает принцип действия и противодействия, особенно если один ток идёт вдоль, а другой поперёк соединяющей их линии MN; здесь одна из сил — вообще нулевая. В теории же Вебера силы магнитного взаимодействия всегда равны и противоположно