Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Что собой представляет электромагнитная волна, легко представить на следующем примере. Если на водную гладь бросить камушек, то на поверхности образуются расходящиеся кругами волны. Они движутся от источника их возникновения (возмущения) с определенной скоростью распространения. Для электромагнитных волн возмущениями являются передвигающиеся в пространстве электрические и магнитные поля. Меняющееся во времени электромагнитное поле обязательно вызывает появление переменного магнитного поля, и наоборот. Эти поля взаимно связаны.

Основным источником спектра электромагнитных волн является звезда Солнце. Часть спектра электромагнитных волн видит глаз человека. Этот спектр лежит в пределах 380...780 нм (рис. 1.1). В области видимого спектра глаз ощушает свет по-разному. Электромагнитные колебания с различной длиной волн вызывают ощущение света с различной окраской.

Часть спектра электромагнитных волн используется для целей радиотелевизионного вешания и связи. Источник электромагнитных волн - провод (антенна), в котором происходит колебание электрических зарядов. Процесс формирования полей, начавшийся вблизи провода, постепенно, точку за точкой, захватывает все пространство. Чем выше частота переменного тока, проходящего по проводу и порождающего электрическое или магнитное поле, тем интенсивнее создаваемые проводом радиоволны заданной длины.

Электромагнитные волны имеют следующие основные характеристики.

1. Длина волны lв, - кратчайшее расстояние между двумя точками в пространстве, на котором фаза гармонической электромагнитной волны меняется на 360°. Фаза - это состояние (стадия) периодического процесса (рис. 1.2).

В наземном телевизионном вешании используются метровые (MB) и дециметровые волны (ДМВ), в спутниковом - сантиметровые волны (СМ). По мере заполнения частотного диапазона СМ будет осваиваться диапазон миллиметровых волн (Ка-bаnd).

2. Период колебания волны Т- время, в течение которого происходит одно полное изменение напряженности поля, т. е. время, за которое точка радиоволны, имеющая какую-то фиксированную фазу, проходит путь, равный длине волны lв.

3. Частота колебаний электромагнитного поля F (число колебаний поля в секунду) определяется по формуле

Единицей измерения частоты является герц (Гц) - частота, при которой совершается одно колебание в секунд. В спутниковом вещании приходится иметь дело с очень высокими частотами электромагнитных колебаний измеряемых в гигагерцах.

Для спутникового непосредственного телевизионного вещания (СНТВ) по линии Космос - Земля используются диапазон C-band low и часть диапазона Кu (10,7...12,75 ГГи). Верхняя часть этих диапазонов применяется для передачи информации по линии Земля - Космос (табл. 1.1).

4. Скорость распространения волны С- скорость последовательного распространения волны от источника энергии (антенны).

Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве (вакууме) постоянна и равна скорости света С= 300 000 км/с. Несмотря на такую высокую скорость, электромагнитная волна по линии Земля - Космос - Земля проносится за время 0,24 с. На земле радиотелевизионные передачи можно практически мгновенно принимать в любой точке. При распространении в реальном пространстве, например -в воздухе, скорость движения радиоволны зависит от свойств среды, она обычно меньше С на величину коэффициента преломления среды.

Частота электромагнитных волн F, скорость их распространения С и длина волны л связаны соотношением

lв=C/F, а так как F=1/T , то lв=С*T.

Подставляя значение скорости С= 300 000 км/с в последнюю формулу, получаем

lв(м)=3*10^8/F(м/c*1/Гц)

Для больших значений частот длину волны электромагнитного колебания можно определить по формуле lв(м)=300/F(МГц) Зная длину волны электромагнитного колебания, частоту определяют по формуле F(МГц)=300/lв(м)

5. Поляризация радиоволн. Электрическая и магнитная составляющие электромагнитного поля соответственно характеризуются векторами Е и Н, которые показывают значение напряженностей полей и их направление. Поляризацией называется ориентировка вектора электрического поля Е волны относительно поверхности земли (рис. 1.2).

Вид поляризации радиоволн определяется ориентировкой (положением) передающей антенны относительно поверхности земли. Как в наземном, так и в спутниковом телевидении применяется линейная поляризация, т. е. горизонтальная Н и вертикальная V (рис. 1.3).

Радиоволны с горизонтальным вектором электрического поля называют горизонтально поляризованными, а с вертикальным - вертикально поляризованными. Плоскость поляризации у последних волн вертикальна, а вектор Н (см. рис. 1.2) находится в горизонтальной плоскости.

Если передающая антенна установлена горизонтально над поверхностью земли, то электрические силовые линии поля также будут расположены горизонтально. В этом случае поле наведет наибольшую электродвижущую силу (ЭДС) в гори-

Рис 1.4. Круговая поляризация радиоволн:

LZ- левая; RZ- правая

зонтально расположенной приемной антенне. Следовательно, при Н поляризации радиоволн приемную антенну необходимо ориентировать горизонтально. При этом приема радиоволн на вертикально расположенную антенну теоретически не будет, так как наведенная в антенне ЭДС равна нулю. И наоборот, при вертикальном положении передающей антенны приемную антенну также необходимо расположить вертикально, что позволит получить в ней наибольшую ЭДС.

При телевизионном вещании с искусственных спутников Земли (ИСЗ) кроме линейных поляризаций широко используется круговая поляризация. Связано это, как ни странно, с теснотой в эфире, так как на орбитах находится большое количество спутников связи и ИСЗ непосредственного (прямого) телевизионного вещания.

Часто в таблицах параметров спутников дают сокращенное обозначение вида круговой поляризации - L и R. Круговую поляризацию радиоволн создает, например, коническая спираль на облучателе передающей антенны. В зависимости от направления намотки спирали круговая поляризация оказывается левой или правой (рис. 1.4).

Соответственно в облучателе наземной антенны спутникового телевидения должен быть установлен поляризатор, который реагирует на круговую поляризацию радиоволн, излучаемых передающей антенной ИСЗ.

Рассмотрим вопросы модуляции высокочастотных колебаний и их спектр при передаче с ИСЗ. Целесообразно это сделать в сравнении с наземными вещательными системами.

Разнос между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения составляет 6,5 МГц, остаток нижней боковой полосы (слева от несущей изображения) - 1,25 МГц, а ширина канала звукового сопровождения - 0,5 МГц

(рис. 1.5). С учетом этого суммарная ширина телевизионного канала принята равной 8,0 МГц (по стандартам D и К, принятым в странах СНГ).

Передающая телевизионная станция имеет в своем составе два передатчика. Один из них передает электрические сигналы изображения, а другой - звуковое сопровождение соответственно на разных несущих частотах. Изменение какого-то параметра несущего высокочастотного колебания (мощности, частоты, фазы и др.) под воздействием колебаний низкой частоты называется модуляцией. Используются два основных вида модуляции: амплитудная (AM) и частотная (ЧМ). В телевидении сигналы изображения передаются с AM, а звуковое сопровождение - с ЧМ. После модуляции электрические колебания усиливаются по мощности, затем поступают в передающую антенну и излучаются ею в пространство (эфир) в виде радиоволн.

8 наземном телевизионном вещании по ряду причин невозможно применить ЧМ для передачи сигналов изображения. На СМ места в эфире значительно больше и такая возможность существует. В результате спутниковый канал (транспондер) занимает полосу частот в 27 МГц.

Преимущества частотной модуляции сигнала поднесущей:

меньшая по сравнению с AM чувствительность к помехам и шумам, низкая чувствительность к нелинейности динамических характеристик каналов передачи сигналов, а также стабильность передачи на далекие расстояния. Данные характеристики объясняются постоянством уровня сигнала в каналах передачи, возможностью проведения частотной коррекции предыскажений, благоприятно влияющих на отношение сигнал/шум, благодаря чему ЧМ можно значительно снизить мощность передатчика при передаче информации на одно и то же расстояние. Например, в наземных вещательных системах для передачи сигналов изображения на одной и той же телевизионной станции используются передатчики в 5 раз большей мощности, чем для передачи сигналов звукового сопровождения.

О СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

О.Л. Сокол-Кутыловский

Эта заметка вызвана неоднозначностью понятия «скорость», применяемого по отношению к электромагнитной волне. В физике постоянно встречаются термины «скорость света», «групповая скорость», «фазовая скорость», «электромагнитная постоянная» и некоторые другие, но не всегда понятно, что под этим подразумевается. Физическая величина, определяемая понятием «скорость», характеризует количественное изменение во времени какой-либо другой физической величины или какого-либо физического процесса. Скорость прямолинейного или вращательного движения тела, скорость распространения продольных или поперечных волн, скорость распада или протекания реакции, и так далее. Здесь рассматривается только скорость, как характеристика движения электромагнитных волн в пространстве. Для механического движения понятие «скорость» достаточно корректно дано в Физическом энциклопедическом словаре : «СКОРОСТЬ в механике, одна из основных кинематических характеристик движения точки; величина векторная, опреде-ляемая равенством: v = d r / dt , где r – радиус-вектор точки, t – время. При равномерном движении скорость точки чис-ленно равна отношению пройденного пути s к промежутку времени t , за который этот путь пройден, т. е. v = s / t , а в общем случае численно v = ds / dt . Направлен вектор скорости по касательной к траектории точки. Если движение точки задано уравнениями, выражающи-ми зависимость её декартовых коор-динат х, у, z от t , то v =  (v 2 x + v 2 y + v 2 z ) , где v x = dx / dt , v y = dy / dt , v z = dz / dt , а косинусы углов, которые век-тор скорости образует с координатными осями, равны соответственно v x / v , v y / v , v z / v . Размерность скорости LT - 1 . ». Кроме этого, в механике имеется еще одно определение скорости, связанной с вращением тела относительно некоторой выделенной оси : «УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ , векторная величина, характеризующая быстроту вращения твёрдого тела. При равномерном вращении тела вокруг неподвижной оси численно его угловая скорость  =/t, где  – приращение угла поворота  за промежуток времени t, а в общем случае  =d/dt. Вектор угловой скорости направлен вдоль оси вращения в ту сторону, откуда поворот тела виден происходящим против хода часовой стрелки (в правой системе координат). Размерность угловой скорости Т -1 .». Определение угловой скорости в не достаточно корректно. Угол поворота в – величина скалярная, а производная по времени от угла поворота уже считается вектором. Поворот осуществляется не произвольно, а вокруг оси, имеющей определенное направление в пространстве. Следовательно, у угловой скорости имеется выделенная в пространстве ось, направление которой должно быть введено не по некой условной договоренности, как это сделано в , а вытекать из определения угла поворота вокруг заданного направления оси. То есть угловая скорость должна быть равна:

= d (·n )/ dt ,

Где n – единичный вектор, задающий направление вдоль оси вращения по движению «правого винта». Вектор скорости поступательного движения является обыкновенным вектором, а вектор угловой скорости – аксиальный вектор. Если движение осуществляется по криволинейной траектории, то под скоростью подразумевается мгновенная скорость в данной точке траектории, v = d r / dt . Направление и размерность векторов мгновенной и угловой скоростей различны, поэтому свести обе эти скорости к одной в общем случае нельзя. Вращательное движение – периодическое с фиксированным угловым периодом, а поступательное – может быть периодическим только в некоторых частных случаях. Различаются по физической размерности также угловое и поступательное ускорения. Попытки представить вращательное движение через мгновенную скорость приводят к неоднозначности (вследствие циклической повторяемости движения во времени), а если представить произвольное поступательное движение через вращательное движение со стремящимся к бесконечности радиусом, то это приведет к нарушениям законов механики (в частности, законов Ньютона). Понятие механической скорости (прямолинейного движения) применимо и к скорости распространения волн, в частности, электромагнитных. Если в движущемся твердом теле скорость может быть отнесена к любой фиксированной точке этого тела, то в бегущей волне вопрос точки приложения скорости сводится к фиксации состояния какого-либо из параметров бегущей волны (например, максимум или минимум амплитуды). Однако в для электромагнитных волн имеются и другие определения скорости. «ГРУППОВАЯ СКОРОСТЬ, скорость движения группы или цуга волн, об-разующих в каждый данный момент времени локализованный в пр-ве волновой пакет (рис. 1). В линейных средах, где соблюдается суперпозиции принцип, его можно рассматривать как набор гармонич. волн с частотами в интервале  0 -<< 0 + тем более узком, чем плавнее и протяжён-нее огибающая группы. Длина пакета L и его спектр. полоса  ограниче-ны снизу соотношением Lk1, где волновое число k связано с частотой со дисперсионным соотношением =(k ) (см. Дисперсия волн). Если среда не обладает дисперси-ей, то все гармонич. волны распро-страняются с одной и той же фазовой Рис. 1. Волновой пакет. скоростью и пакет ведёт себя как строго стационарная волна – его Г. с. совпадает с фазовой скоростью. При наличии дисперсии волны разл. ча-стот распространяются с разными фа-зовыми скоростями и форма огибаю-щей искажается. Однако для сигна-лов с достаточно узким спектром, когда фазовые скорости гармонич. волн, образующих волн. пакет, мало отличаются друг от друга, и на не слишком больших расстояниях, когда форма огибающей приближённо со-храняется, влияние дисперсии сказы-вается лишь на скорости перемещения Рис. 2. Последовательные моментальные снимки группы волн в моменты времени t 1 , t 2 , t 3 : a - в случае нормальной дисперсии; б - в случае аномальной дисперсии. огибающей, к-рая и есть Г. с. Посколь-ку распространение двух синусои-дальных волн с близкими частотами  0 + пакета описывается выраже-ниями sin[( 0 ±  )t-(k 0 ±  k )x], то скорость их огибающей равна /k, что в пределе приводит к ф-ле: v гр =д( /д k │ k 0 . На рис. 2 представлены три после-довательных мгновенных снимка сиг-нала с узким спектром, распростра-няющегося в среде с дисперсией. Нак-лон пунктирных прямых, соединяю-щих точки одинаковой фазы, харак-теризует фазовую скорость; наклон прямых, соединяющих соответствую-щие точки огибающей (начала и концы сигнала), характеризует Г. с. сигнала. Если при распространении сигнала максимумы и минимумы движутся быстрее, чем огибающая, то это озна-чает, что фазовая скорость данной группы волн превышает её Г. с. (рис. 2, а). При распространении сиг-нала в его «хвостовой» части возни-кают всё новые максимумы, к-рые постепенно перемещаются вперёд вдоль сигнала, достигают его «головной» части и там исчезают. Такое положе-ние имеет место в случае т. н. норм. дисперсии, т. е. в средах, где показа-тель преломления n увеличивается с ростом частоты гармонической волны (dn/d>0). Такую дисперсию наз. так-же отрицательной, поскольку с ростом k фазовая скорость v ф волны убывает. Примеры сред с норм. дисперсией – в-ва, прозрачные для оптич. волн, вол-новоды, изотропная плазма и др. Од-нако в ряде случаев наблюдается ано-мальная (положительная) дисперсия среды (dn/d<0); в этих случаях Г. с. сигнала превышает v ф (д  /д k >  / k ). Максимумы и минимумы появляют-ся в передней части группы (рис. 2, 6), перемещаются назад и исче-зают в «хвосте» сигнала. Аномаль-ная дисперсия характерна для капил-лярных волн на поверхности воды v гр =2v ф), для эл.-магн. и акустич. волн в средах с резонансным погло-щением, а также (при определ. усло-виях) для волн в периодич. структу-рах (кристаллы, замедляющие струк-туры и т. п.). При этом возможна даже ситуация, при к-рой Г. с. на-правлена противоположно фазовой. Понятие Г. с. играет важную роль и в физике и в технике, поскольку все методы измерения скоростей рас-пространения волн, связанные с за-паздыванием сигналов (в т. ч. ско-рости света), дают Г. с. Именно она фигурирует при измерении дальности в гидро- и радиолокации, при зондиро-вании ионосферы, в системах управ-ления косм. объектами и т. д. Соглас-но относительности теории, всегда v гр c, где c – скорость света в ва-кууме; для фазовых скоростей огра-ничений не существует.». Мой комментарий к статье «Групповая скорость». Здесь дано описание скорости пакета электромагнитных волн, сформированного в виде радиоимпульса в среде с дисперсией, применимое лишь для некоторых частных случаев передачи формы сигнала, представленного в виде электромагнитных волн. Группа электромагнитных волн с различными длинами волн, распространяющаяся в плотной материальной среде, в общем случае имеет различную для каждой длины волны скорость. Поэтому такой волновой пакет в среде неминуемо расползется, но скорость распространения этой отдельной группы волн будет определяться скоростью наиболее «быстрых» волн из этого пакета. Рассмотренное в представление групповой скорости, как группы волн близкой частоты, описывает лишь модуляции электромагнитной волны, что не приведет к формированию волнового пакета. Представление о скорости распространения электромагнитных волн с помощью приведенной в статье формулы не корректно (см. далее). «ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ, скорость пе-ремещения фазы волны в определ. направлении. В случае монохроматич. плоской волны вида u (х, t )= A cos=A cos(t-kx ) (где А – амплитуда,  – фаза,  – круговая частота, k - волн. число, t – время, х – расстоя-ние, отсчитываемое в направлении распространения) фазовые фронты или плоскости пост. фазы =const пере-мещаются в пр-ве вдоль x с Ф. с. v ф = v x =  / k (рис.). Однако в любом ином направлении , составляющем с х угол  (=xcos), скорость пере-мещения фазы превышает v x , посколь-ку v  =v x /cos. Т. о., в отличие от вол-нового вектора k , Ф. с. не явл. векторной величиной в обычном смысле и может даже произ-вольно превышать скорость распро-странения света с. Волны с v ф >с наз. быстрыми, а с v ф дисперсию волн, что приводит к искажению формы передаваемого сигнала конечной длительности, за исключением нек-рых особых случаев, когда эти искажения компенсируются нелинейными эффектами (см. Солитон). ». Мой комментарий к статье «Фазовая скорость».

Фаза не может перемещаться в пространстве, так как фаза – это характеристика периодического колебательного процесса во времени, собственно к движению в пространстве отношения не имеющая. В некоторых случаях в пределах периода (полупериода) колебательного процесса фаза может быть сопоставлена во времени с определенной амплитудой волны. Сопоставление волн с близким или одинаковым значением их амплитуд в пространстве (т.н. фазовый фронт) может быть выполнено только для разных макроскопических (составных) волн. Для одной и той же микроскопической волны ее фаза по отношению к самой себе измениться не может. Амплитуда макроскопической волны может изменяться, например, вследствие поглощения в пассивной среде. Фаза не имеет направления в пространстве (см. п. 1). Под «плоской» волной здесь, по-видимому, подразумевается плоско поляризованная волна. Если же имеется ввиду плоский волновой фронт, то он никак не может относиться к какой-то одной волне, а представляет собой бесконечную сумму волн, синхронно излучаемых источниками, расположенными в одной плоскости. Единичный источник Сведение двух разнородных физических процессов в одну математическую функцию приводит к потере физического смысла. Эта комбинированная функция – периодическая, поэтому «фазовая скорость» должна постоянно изменяться по величине и дважды за период – по направлению, чего со скоростью распространения электромагнитной волны не происходит. Отобразить такую комбинированную функцию на одном графике и придать ей какой-то физический смысл нельзя. Поскольку электромагнитная волна распространяется строго прямолинейно в одном направлении, то все построения вдоль других направлений (см. Рис. к статье «фазовая скорость» в ) собственно к данной волне не относятся и также лишены физического смысла.

Определение «фазовая скорость» в , заданное в неклассической физике знакопеременной периодической функцией , было отождествлено со скоростью распространения электромагнитных волн и это нефизическое понятие было распространено на всю физику. Данное в определение «фазовая скорость» является абстракцией, не имеющей ничего общего с перемещением участков различных волн с одинаковой амплитудой; такая «фазовая скорость» ни к скорости движения волны, ни к физике как естественной науке, отношения не имеет. Не случайно сложилась ситуация, что многие физики, использующие это понятие, вкладывает в него свой собственный смысл, никак не совпадающий с определением в . Наиболее распространено дословное понимание термина «фазовая скорость», то есть как скорость перемещения определенной фазы волны. Оно может иметь физический смысл, если не фантазировать насчет направления перемещения фазы, не совпадающего с направлением распространения волны и не выдумывать нелепых математических формул. Именно в таком смысле, вопреки имеющемуся там же определению, применена «фазовая скорость» при описании Рис.2 в статье «групповая скорость» в . Но и в таком случае термин «фазовая скорость» избыточен, так как есть физическое понятие «скорость», не нуждающееся в дополнительном уточнении метода, которым определяется точка приложения ее вектора (по амплитуде или по фазе, соответствующей данной амплитуде). Строго говоря, фаза электромагнитной волны может изменяться только по отношению к фазе другой электромагнитной волны, чем бы ни было вызвано это изменение фазы. Взаимное изменение фазы электромагнитных волн обнаруживается при помощи явления интерференции. Во всех интерференционных явлениях участвуют две или более волн (с одинаковым направлением плоскости поляризации), а интерференционные приборы регистрируют разность фаз этих интерферирующих волн. Регистрация разности фаз интерферирующих волн в оптических интерферометрах осуществляется по сдвигу интерференционных полос – светлых или темных участков интерференционной картины. Если интерферометр имеет жесткую конструкцию (не изменяется расстояние между зеркалами и другими элементами его оптической схемы) и оптическая длина пути световых лучей постоянна (не изменяется показатель преломления света), то прямолинейное движение интерферометра, как целого, не может изменить его интерференционную картину. То есть, интерферометр в принципе не может быть применен для измерения своего собственного прямолинейного движения. Отрицание этого элементарного факта породило волну махинаций по «геометризации» физики, приведших к искажению картины физического мира. Вращение интерферометра, напротив, всегда вызывает смещение интерференционных полос, пропорциональное угловой скорости вращения, и объясняется эффектами Саньяка и Физо . Вдоль направления распространения электромагнитной волны периодически изменяются величины электрического и магнитного полей. В электромагнитной волне оба поля, и электрическое, и магнитное, – вихревые. То есть эти поля описываются аксиальными векторами, направления которых ортогональны друг другу и направлению распространения волны. Электрическое и магнитное поля электромагнитной волны в поперечном направлении затухают, как поле элементарного диполя с базой в половину длины волны. Но скорость распространения самой электромагнитной волны в вакууме при этом – прямолинейная, поступательная. Именно эта скорость является скоростью электромагнитного взаимодействия, с , она же – электромагнитная постоянная, с , она же – скорость света в вакууме, с . С этой же скоростью с передается электромагнитный сигнал и электромагнитная энергия в вакууме (по сути, все это одно и то же). В материальных средах скорость распространения электромагнитных волн или скорость передачи электромагнитного сигнала (распространения электромагнитной энергии):

Где ε и  – диэлектрическая и магнитная проницаемость вещества материальной среды, соответственно. Электромагнитная постоянная (или ее синонимы) в материальной среде при этом не изменяются, но при прохождении через однородную материальную среду электромагнитная волна поглощается и переизлучается (в прозрачных мало рассеивающих средах – преимущественно в направлении движения первичной волны), а время, затраченное волной на промежуточные поглощения и излучения, добавляется ко времени распространения электромагнитной энергии через материальную среду. Поэтому результирующая скорость прохождения электромагнитной волны через материальную среду всегда ниже, чем скорость ее распространения в вакууме, где нет задержки на процессы поглощения и на паузы возбужденного состояния атомов и молекул между поглощением и последующим излучением. Формально считают, что фотоприемник срабатывает по переднему фронту импульса электромагнитных волн, однако энергия электромагнитных волн может передаться носителям электрического тока – электронам фотоприемника только при полном или частичном поглощении электромагнитной энергии, которой должно быть достаточно для инициирования свободного (внешний фотоэффект) или связанного (внутренний фотоэффект) движения электронов в фотоприемнике. Время срабатывания фотоприемника при поглощении электромагнитной волны зависит от времени передачи электромагнитной энергии электронам. Физический энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия», 1984. Русская физика. Ч.1. Екатеринбург, 2006.

К сожалению, с 1905 года, когда в физике воцарился релятивизм, и физики уверовали в его постулаты, целое столетие теоретическая физика шла ошибочным путем. Отрицая наличие физического носителя электромагнитных волн, и постулируя предельность, постоянство и независимость скорости света, релятивисты тщательно вуалировали или полностью исключали из рассмотрения факты, противоречащие постулатам релятивизма. В результате произошло торможение развития всех направлений физики и новых технологий, которые не укладываются в прокрустово ложе релятивизма.

Физическая реальность, однако, пробивает себе путь через новые и новые факты, физические явления и успехи технологий, игнорирующих неоправданные постулаты релятивизма. Окончательное развенчание мифов релятивизма будет способствовать освобождению рассудка исследователей и инженеров от тех препон, которые мешают им в создании новых технологий и в познании природы. Именно такая цель поставлена автором настоящей работы, который не только предлагает читателям критику постулатов релятивизма и релятивистских толкований физических явлений, но и простой эксперимент по опровержению главного постулата релятивизма - постоянства скорости света в свободном от вещества пространстве.

Мифы релятивизма об электромагнитных волнах

Миф отсутствия носителя электромагнитных волн родился из слабого владения логикой и незнания физики.

Исторически первым поводом возникновения мифа “беспочвенности” электромагнитных волн явился некорректно поставленный эксперимент Альберта Майкельсона по обнаружению эфира, и нелогичный вывод из него .

Некорректность эксперимента Майкельсона заключается, как минимум, в следующем.

1. В эксперименте измерялась вариабельность интерференционной картины (сдвиг вертикальных полос), создаваемой стоячей электромагнитной волной в неподвижной относительно лаборатории установке (интерферометре). Так как установка была неподвижной относительно лаборатории, а значит относительно вещества, окружающего установку, а значит и носителя этой материи - эфира, то ожидать каких-либо изменений было бы нелогично.

2. Если предполагать, что эфир (одна из его компонент) движется независимо от вещества лаборатории и Земли, то было бы необходимо рассматривать именно эту компоненту в качестве носителя электромагнитного поля. Однако в последнем предположении также мало логики, так как различные электромагнитные явления, такие как индукция, имеют лабораторию в качестве нулевой точки отсчета.

В дальнейшем, под влиянием вывода Майкельсона в умах ученых, особенно тех, кто склонен к спекулятивным математическим построениям, созрела мысль о построении физики без эфира, то есть без физического носителя полей .

Дело в том, что реально любая физическая волна (звук, морские волны, сейсмические волны, волны тепла и пр.) есть волнение физической среды, а без последней понятие волны теряет свой физический и даже логический смысл. Когда математики абстрагируются от физического поля (среды), распределением которого являются волновые функции, они получают лишь “кусочный” фрагмент процесса или явления, не замкнутый в корректное логическое поле, так, что возможны сюрреалистические, неоднозначные спекулятивные построения любого произвольного толка. Чтобы понять это, достаточно задать себе вопрос: - распределением чего является рассматриваемая функция? Если это распределение “ничего”, тогда и оно само представляет собой “ничто”, то есть физически несуществующий объект, некорректно построенный в мозгу. Таким образом, релятивистская электромагнитная волна, являясь распределением “ничего” в “ничем” не является объектом физики.

В дальнейшем, как А. Эйнштейн, “автор” СТО, так и другие релятивисты, например, Поль Дирак, сделали попытку отойти от пустого, физически бессодержательного пространства, перейдя ко всяким моделям “полу-эфира”, “физического вакуума”, наполненного “морем виртуальных частиц”. Однако такой ход является научно и просто логически неправомерным. Если пространство не является пустым, то нет места никакому релятивизму. Если истинен релятивизм, то нет места никаким “физическим вакуумам”.

Миф постоянства скорости света в свободном пространстве появился в умах физико-математиков Х. Лоренца , А. Пуанкаре , А. Эйнштейна , пытавшихся объяснить эксперимент Майкельсона с позиций релятивизма и развивавших идею о распространении электромагнитных волн в вакууме, как совершенно пустом пространстве. Однако, все они, видимо, не были в курсе физического факта, открытого в том же 1887 году русским астрофизиком А. А. Белопольским . Известный уже в то время основатель астроспектроскопии Аристарх Аполлонович Белопольский открыл, что спектр света сдвигается вблизи абсолютно ярких звезд, что может означать лишь одно - скорость электромагнитной волны меняется от каких-то свойств физической среды. Из основ классической физики мы знаем, что скорость физической волны определяется упругостью и инерцией среды, волнением которой она является.

Было бы естественным предположить, что вблизи ярких звезд меняется температура этой среды (эфира), что меняет ее плотность . Однако, решив, что “природа любит простоту” (Анри Пуанкаре), релятивисты игнорировали и игнорируют открытие Белопольского, считая, что “если факт не соответствует теории, - тем хуже для факта” (А. Эйнштейн).

Миф о космической плазме возник как попытка увязать обнаруженное более 30 лет назад явление межзвездной дисперсии электромагнитных волн с релятивизмом, когда была найдена разница в моменте прихода света и радиоимпульсов пульсаров. Ясно, что, имея широкий спектр излучения, - от рентгена до радио первоначальный импульс излучения пульсара претерпевает “расслоение”, временную дисперсию в связи с разницей скоростей высокочастотных и низкочастотных волн.

Релятивисты не могли признать дисперсию как атрибут среды - носителя. Это означало бы крах теории относительности. В связи с этим был сочинен миф о существовании горячей плазмы, равномерно рассеянной в космическом пространстве.

Миф о космической плазме неприемлем по следующим причинам:

Термодинамически невозможно длительное существование горячей сверх разреженной плазмы в холодном космосе. Такая плазма должна быстро остыть до 3°K за счет излучения тепла в холодное пространство.
- если плазма образуется за счет истечения от небесных тел, то она должна быть клочковатой и вызывать модуляцию величины временной дисперсии, чего на само деле не наблюдается. Наблюдаются лишь мерцание света пульсаров и спорадическая модуляция амплитуды сигнала, что объяснимо наличием межзвездной пыли.

Эфир - среда-носитель электромагнитных волн

Эфир, как и другие физические среды, обладает плотностью, вязкостью, поглощением, диэлектрической проницаемостью (8.854·10-12 F/m), магнитной проницаемостью (1.257·10-6 H/m), волновым сопротивлением (377 Ом), температурой (2.72ºK).

Рассматривая вопрос о плотности эфира поверхностно, руководствуясь привычными предрассудками, не стоит иронизировать по поводу плотности эфира, 2.818 , найденной автором .

На самом деле это не гравитационная плотность, как у вещества, а инерционная плотность, как у физических полей, в том числе света, точно в том смысле, как понимал эту плотность ρ и ее связь с энергией E и скоростью света c Николай Алексеевич Умов, 1874 :

dE / dρ = c2 .

задолго до спекуляций 20-го века.

Как и обычное вещество, эфир обладает свойством температуры, которая в обычных условиях равна 2.72 ºK (найдено проф. Эрихом Регенером в 1933 году , а не Пензиасом и Вильсоном в 1964).

Соответственно, эфир имеет планковский спектр излучения черного тела.

Мое прим. - для того, чтобы не отвлекаться от сути, формулы опущены. Ссылка на статью-источник находится в конце поста.

Выводы

Проведенный анализ данных по межзвездной дисперсии и эксперименту по измерению скорости электромагнитной волны на низких частотах позволил показать следующее:

Скорость электромагнитных волн в вакууме, которую релятивисты называют “электродинамической постоянной” вовсе не постоянна . Она меняется заметным образом на межзвездных расстояниях в оптическом (квантовом) диапазоне - от вариации температуры эфира, в радиодиапазоне - подвержена межзвездной частотной дисперсии, и подвержена сильному изменению в низкочастотном диапазоне, падая с уменьшением частоты со скоростью 10 дБ на декаду, начиная со 100 кГц (длина волны 3 км и более).

Весь спектр частот электромагнитных волн делится на три кардинально отличающихся диапазона:
1)квантовый, без частотной дисперсии, с длиной волны короче 1 мм, - длины волны собственного теплового излучения эфира на 2.72 K;
2)радиодиапазон, с длинами волн от 1 мм до 3 км, где наблюдается слабая частотная дисперсия;
3)низкочастотный диапазон, с длиной волны более 3 км, где из-за превышения предела упругости эфира наблюдается падение скорости с длиной волны.

Диэлектрическая проницаемость эфира растет с расстоянием для частот ниже 100 кГц (для километровых расстояний).

Известные уравнения электродинамики не могут соблюдаться для распределенных систем более 3 км при частотах менее 100 кГц в связи с непостоянством скорости электромагнитных волн.

Постоянные и квазипостоянные поля не являются частным случаем электродинамики с постоянной скоростью волн.

Обратно-квадратическая кулоновская зависимость силы взаимодействия электрических зарядов от расстояния переходит в обратную кубическую зависимость для больших расстояний (с изломом на 0.5 - 2 км).

Длинные низкочастотные линии электропередачи имеют погонную электрическую и энергетическую емкости более тех, что даются уравнениями электродинамики с постоянной “электродинамической константой”.

Из столетней практики радиопередающих устройств известно, что ниже 100 кГц эффективность передачи резко снижается. Теперь этому есть объяснение: ниже 100 кГц падает скорость электромагнитных волн и возрастает диэлектрическая проницаемость эфира, что ведет к уменьшению волнового сопротивления среды и является препятствием для передачи радиоволн.

Подтверждается мнение автора о происхождении магнитных бурь как следствия электромагнитных импульсов тритиево-дейтериевых взрывов на Солнце. При средней частоте 1 Гц колебаний магнитного поля, замеряемых на Земле, их запаздывание от солнечной вспышки составляет около 40 часов, что соответствует скорости электромагнитной волны ~1000 км/с.

Можно предполагать, что электрические емкости большеразмерных конденсаторов, таких как грозовые облака, ионосферные слои, Земной Шар и небесные тела, имеют значения много больше, чем это дается формулами с постоянной диэлектрической проницаемостью эфира (вместо линейной зависимости емкости шара от радиуса должна иметь место квадратичная зависимость). Для подтверждения последнего необходимо проведение экспериментов с большеразмерными электрическими емкостями.