Волны, излучение и солитоны

Мы часто встречаемся в технической литературе с терминами «электромагнитные волны» и «электромагнитное излучение». Доценты  кафедр теоретической физики (есть и такая «физика») считают, что это одно и то же. Но на самом деле это не так.  Электромагнитные волны и электромагнитное излучение имеют существенные различия в физическом происхождении. Электромагнитные волны возникают в результате простых колебаний заряженных частиц (например, электронов в проводнике), а электромагнитное излучение – имеет внутриатомное происхождение, оно результат сложных внутриатомных процессов, представляется фотонами, имеющими структуру (судя по спектру) соответствующую сложности указанных процессов. Посредством электромагнитного  излучения не человек с человеком, а «звезда с звездою говорит». Образно  говоря, электромагнитные волны отличаются  от электромагнитного излучения так же, как механизмы, сделанные человеком, отличаются от живых организмов. Но  специалистов эти тонкости не интересуют, им  важно только то, что по мере увеличения «жёсткости» излучения, всё  в большей мере проявляется его квантовый характер и всё меньше его волновые свойства. Эта преамбула говорит, что дальше пойдёт речь не об известных волновых процессах, а о процессах связанных с электромагнитным излучением. Только в конце статьи будет немного сказано о радиоволнах, в контексте выявления причин их поперечности.

Ещё в прошлом веке была доказана принципиальная возможность и теоретическая необходимость существования такого феномена, как солитонные волны. Как показано в [1,2], основу исследований в этом направлении стимулировали работы Э.Ферми (с Д.Пастой, С. Уламом) по проверке гипотезы Дебая о нелинейности колебаний в кристаллической решетке. Результаты их работ показали, что распространение  колебаний небольшой амплитуды на кубической решетке описываются уравнением Кортвега-де Вриза (Фриза) – очень простым дифференциальным уравнением, но с удивительным решением. Если рассматривать решение как развитие процесса по времени, то функция (представляющая решение) сначала становится немонотонной, а затем распадается на систему уединенных волн, каждая из которых распространяется с постоянной скоростью, сохраняя свою форму. Такие локализованные волны, сохраняющие свою структуру, получили название солитонов. Каждый из солитонов представляет собой волну, бегущую со своей скоростью, причем, чем выше и уже солитон, тем быстрее он движется. Кроме того, несмотря на то, что уравнение КдВ (или КдФ) нелинейно, солитоны «проходят» друг через друга, не меняя ни формы, ни скорости, ни амплитуды.
Этот фактический материал приведен для того, чтобы выдвинуть следующую гипотезу:
-  Все электромагнитные волны (а других и нет) являются солитонными. В радиосвязи (и в оптике) мы освоили прием только какой-то одной «группы уединенных волн», которые распространяются с т.н. «скоростью света».
- Для приема более быстрых и более медленных «групп уединенных волн» нет еще резонаторов  и детекторов, а если мы их и принимаем, то  принимаем их за помехи.
- Опыты Козырева, хотя он интерпретировал их довольно мистически, как проявление свойств времени, вполне могут быть следствием солитонности излучения. То есть, фиксируемый его датчиками поток энергии – это поток очень «узких и очень высоких» солитонов, распространяющихся со скоростью много большей скорости воспринимаемого нашим глазом света.
Кроме того, никто ведь не измерял скорость распространения электрического тока в проводнике. Считается, что она совпадает со скоростью света. Но это не факт. В 70-80 гг. прошлого века, при прогнозировании появления субмикронных интегральных схем, говорилось, что возникнут сложнейшие проблемы. Если размер транзисторного перехода в кристалле меньше микрона, то задержки в соединительных проводах (причина – величина скорости света) становятся более существенными, чем время переключения транзистора. Стали предлагаться сложнейшие алгоритмы синхрофазировки, вводился в обиход термин «эквихронная зона». Факт, что теперь такие СИС созданы, а термина «эквихронная зона» – нет. Похоже, что в проводниках мы имеем дело с другой «группой уединенных волн», солитонами, распространяющимися со скоростью много больше т.н. «скорости света». Здесь, на малых расстояниях (внутри кристаллической решётки), эта «группа» проявляет себя ярче других.
Кроме того, в канонизированных моделях (уравнениях) физических процессов отсутствуют производные выше второй, и, следовательно, реальная динамика не рассматривается. Уравнение КдВ, кстати, содержит третью производную.

Теперь обратимся к «полезным» радиоволнам. Многие слышали, а некоторые и видели т.н. «уравнения Максвелла», но почти никто не брал в руки труды самого Максвелла. А там можно увидеть, что Максвелл - просто собрал в кучу все существовавшие  то время формулы,  имевшие отношение к электричеству и магнетизму, включая закон Ома, уравнение Фарадея и  т.д. Всего 28 уравнений! Иначе говоря, бессмысленная компиляция и сплошной плагиат. Понятное дело, британский учёный …
    Известные нам сейчас «четыре великих уравнения с семью неизвестными» - это, фактически, уравнения не Максвелла, а Генриха Герца. Из них следует  отсутствие продольной составляющей у электромагнитных колебаний. Есть только поперечная составляющая. Но так ли это на самом деле? Может быть Герц, найдя средство отбора энергии только у поперечной составляющей электромагнитных колебаний (т.н. «вибратор Герца»), только эту поперечную составляющую и отразил в своих уравнениях? Далее, вынужденный экскурс в радиотехнику.
Индуктивностью и ёмкостью обладает даже кусок прямого провода. Замечательной особенностью такого контура с распределёнными параметрами является то, что резонансные ему волны вдвое длиннее стержня, его и называют «полуволновой вибратор». Вибратор взаимодействует с резонансной волной,           переизлучая (отражая) её. К другим волнам он почти безразличен. У стержня разрезанного пополам есть «имя собственное» ; «вибратор Герца». Он обладает ещё более замечательными свойствами. Когда сопротивление разреза велико, перед нами, по сути, два отдельных вибратора, вдвое большей резонансной частоты. Если же включить в разрез согласованную нагрузку, то вибратор превратиться в настоящую антенну (поглощает без переизлучения). Иначе говоря:
R = 0, отражает;
R = согласов. нагрузка, крат волнового сопротивления эфира (Rэф =377 ом);
R = ;, не замечает.
Теперь всё готово  к восприятию мыслей о продольной составляющей электромагнитных колебаний. Простым мыслителям можно было бы проще объяснить, но для доцентов привожу картинки. Буду пользоваться механической аналогией, – волны на поверхности воды – так как мы не обладая непосредственным восприятием электромагнитных колебаний не имеем и их зрительных образов.
На рис. 1 схематично показано, как при движении частиц воды по замкнутым эллиптическим траекториям, нам являются волны с иллюзией их движения (линия небесного цвета).
На рис. 2 видно, что у колебаний частиц воды (непрерывное движение по эллиптической траектории, занимающей одно и то же место в пространстве) есть поперечная и продольная составляющие.
На рис. 3 показано механическое устройство для отбора энергии у поперечной составляющей волны (механический вибратор Герца, приёмная антенна). Понятно, что лучше всего энергия будет отбираться, если ширина поршня будет составлять полволны, а «согласованная нагрузка» - упругость пружина вверху рамы,   будет составлять где-то четверть от архимедовой силы (волновое сопротивление воды).
А теперь придумайте устройство для отъёма энергии у продольной составляющей волны! Тому, кто придумает, сразу поставлю «+»  к комменту.
В заключение скажу по секрету: если бы инженеры поверили, что эфира нет, то не было бы у вас ни радио, ни телевидения, а была бы сплошная «теория относительности»

Литература:

1. Ахромеева Т.С., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Парадоксы мира нестационарных структур // В кн. Компьютеры и нелинейные явления. – М.: «Наука», 1988.
2.    Юэн Г., Лэйк Б. Нелинейная динамика гравитационных волн на глубокой воде. – М.: МИР, 1987.