Проблема продольных волн ЭМП
Главная
Введение
Проблемы и заблуждения
Новое развитие
Контакты
     В электродинамике существует проблема продольных волн ЭМП. С позиций квантовой электродинамики передача силы Кулона производится продольными фотонами. Однако, по теории Максвелла электромагнитные волны являются поперечными, и плоская электромагнитная волна в вакууме не имеет продольной компоненты. Поэтому в квантовой электродинамике передача силы Кулона выполняется поперечными фотонами с нулевым спином, которые считаются «нефизическими», поскольку спин фотона равен +1. Однако само продольное взаимодействие физически наблюдаемо, и для объяснения его распространения в пространстве с конечной скоростью необходимы реальные продольные волны. В связи с этим делались неоднократные попытки расширения стандартной электродинамики. Обзор и анализ этой проблемы приведен в работе [1]. Все попытки введения в электродинамику скалярной компоненты можно разделить на два направления. В первом направлении (Омура, Ааронов и Бом, Фок и Подольский, и др.) в лагранжиан ЭМП вводятся новые члены, обеспечивающие появление продольной компоненты в уравнениях движения поля. Во втором направлении, используя градиентную инвариантность уравнений Максвелла, в них вводятся новые скалярные члены, обеспечивающие описание продольных волн. При этом, в уравнения Максвелла вводится или скалярный потенциал нового физического поля, или используется уже известный электромагнитный потенциал А. Таким образом, все известные попытки решения проблемы сводятся к введению  "руками" в уравнения ЭМП каких-либо новых дополнительных членов.
         Существование продольных волн расширения/сжатия предполагает существование упругого континуума (электромагнитного вакуума). Однако, в теории Максвелла электромагнитный вакуум является несжимаемым. Это свойство отражено в описании ЭМП в виде антисимметричного тензора, след которого равен нулю. В связи с этим делались попытки ввести упругий континуум по аналогии сплошной упругой среды. Примером может служить электродинамика на основе лагранжиана Фока-Подольского, в которой построен электромагнитный аналог  динамического уравнения Навье-Стокса. Такое представление упругого континуума соответствует представлениям, принятым в квантовой электродинамике об электромагнитном вакууме, как о плазме, состоящей из виртуальных электронов и позитронов. В такой плазме могут распространяться поперечные и продольные волны.
         В статьях [2] и [3] проблема продольного взаимодействия решается путем введения в электродинамику четырехмерного скалярного потенциала нового физического поля. Этот скалярный потенциал является независимым и не связан с электромагнитным потенциалом Максвелла дифференциальными отношениями. Связь этого потенциала с классической теорией осуществлена на уровне источников электромагнитного поля - зарядов и токов. Таким образом, эта теория является чисто аддитивной по отношению к теории Максвелла. Однако, введение новых физических сущностей имеет смысл только тогда, когда решение проблемы невозможно другими способами.
          Автором в работах [4] и [5] из симметричного тензора ЭМП получено волновое уравнение для электромагнитных потенциалов, представляющее собой полный электромагнитный аналог динамического уравнения Навье-Стокса, описывающего волновое движение сплошной среды в линейной теории упругости. Из этого уравнения следует уравнение продольных (электроскалярных) волн дивергенции электромагнитного потенциала. Особенностью  этих волн является отсутствие у них компоненты магнитной индукции B. Поэтому эти волны соответствуют названию продольных электроскалярных волн.
Скорость продольных волн ЭМП в 1,4 раза больше скорости поперечных волн, т.е. скорости света. Таким образом, проблема продольных волн решена на основе канонического электромагнитного потенциала  без привлечения дополнительных физических сущностей и гипотез.
        Волновой процесс предполагает существование двух видов энергии, динамическое перераспределение которых и обеспечивает сам волновой процесс. Для электромагнитной волны такими видами энергии являются энергия электрического и магнитного полей. В продольной волне отсутствует магнитное поле и его энергия. Возникает вопрос о том, какая энергия участвует в продольном волновом процессе, кроме электрической? Такой энергией является энергия четырехмерной объемной деформации ЭМП. Объемную деформацию ЭМП описывают диагональные компоненты симметричного тензора ЭМП, при этом, его диагональные пространственные компоненты описывают скалярное магнитное поле Николаева. Таким образом, в продольном волновом процессе, кроме электрического поля участвует скалярное магнитное поле Николаева.
Информационные ссылки