Магнетизм атомов и космических тел

 А.Т. Серков
 ООО НИЦ (Научно-инженерный центр) «Углехимволокно», 141 009. Московская обл., г. Мытищи, ул. Колонцова, д. 5. e-mail: arkady07@rambler.ru      

                Краткое содержание

Рассмотрена общая концепция магнетизма атомов и космических тел. В качестве рабочей гипотезы принято, что силовые поля, образуемые атомными частицами (ядра, электроны) и космическими телами можно рассматривать, как вязко-упругие тела, которые при вращательном движении способны к вязко-упругой деформации сдвига. Поля на много десятичных порядков отличаются друг от друга по напряжённости, но подчиняются одинаковым законам тяготения с разными константами. Во время деформации часть импульса углового момента вследствие вязких свойств поля передаётся нормально к направлению движения. Эта часть импульса лежит в основе магнетизма атомов и космических тел. Она определяется квадратом отношения линейной скорости, v, к скорости излучения поля, с, то есть (v/с)2. Исходя из рабочей гипотезы, получено уравнение напряжённости Н магнитного поля на поверхности планет в зависимости от массы М, радиуса R и периода вращения Т планеты: Н = (v/V)2(M/RT)0,5. Расчетные значения напряженности для твёрдотельных планет удовлетворительно согласуются со справочными данными, например, для Земли Нр= 0,421 и Нс= 0,5 Гс. Существенные расхождения данных для газожидкостных планет объясняется неопределённостью величин их радиусов и скоростей вращения. По полученной формуле рассчитана напряжённость магнитного поля (гравимагнитный эффект Блэкетта), индуцируемая вращающимся колесом гидротурбины массой 145 т со скоростью 142,8 об/мин, она оказалась равной 0,203.10-6 Гс. Несколько большая величина магнитной напряжённости 0,475.10-4 Гс получена для ротора ультрацентрифуги массой 1,5 кг, вращающейся со скоростью 105 об/мин.
   
1. Введение.

Магнитные свойства материалов (силы притяжения и отталкивания, способность к намагничиванию, ориентация магнитной стрелки в пространстве) были известны с доисторических времён. Они использовались в культовых обрядах, для навигации, сепарации и очистки сыпучих материалов и др. Однако, по-настоящему всеобъемлющее значение явление магнетизма получило после открытия Ампером магнитного поля у проводника с электрическим током. Стало ясно, что эти два явления, электричество и магнетизм, неразрывно связаны друг с другом, имеют одну природу. Появилась возможность научного подхода к объяснению сущности явления магнетизма.
Дальнейший решительный шаг в познании магнетизма был сделан после разработки Резерфордом и Бором модели планетарного строения атомов. Считается, что при осевом вращении ядер атомов (спин ядер), а также орбитальном движении электронов и их осевом вращении (спин электронов) в атомах возникают электрические микротоки, которые индуцируют магнитные поля. В результате каждый атом имеет магнитный момент. Таким образом, все вещества являются магнетиками. И это свойство лежит в основе атомного магнетизма.
Магнитный момент векторная величина. Вещества проявляют магнитные свойства, когда их магнитные векторы имеют преимущественную ориентацию. Жидкости и твёрдые аморфные тела имеют беспорядочное расположение атомов и молекул. Поэтому они не магнитны. При отверждении во время агрегатных или фазовых переходов в твёрдое состояние положение атомов может быть зафиксировано с преимущественной ориентацией векторов таким образом, что накладываемое внешнее магнитное поле усиливается. В этом случае говорят о явлении диамагнетизма, если поле ослабляется – о парамагнетизме. Если производят дезориентацию атомов, оба явления нивелируют.
У группы веществ, называемых ферромагнетиками, магнитные свойства сохраняются постоянными. Пока не ясен механизм этого явления.
Возможно, оно связано с особенностями внутреннего строения атомов ферромагнетиков. Можно представить планетарное строение атомов этих веществ с двумя или даже тремя центрами сил по типу двойных или тройных звёзд. Такие атомы будут обладать асимметрией структуры, что приведёт к явлению ферромагнетизма.
Механизм появления атомного магнетизма связан с осевым или орбитальным вращением атомных частиц. Возникает естественный вопрос о дальности действия атомного магнетизма и связи магнитных свойств атомов с магнетизмом Земли и других космических тел. Может ли атомный магнетизм суммироваться в магнетизм макро тел. Является ли магнетизм Земли и других космических тел своего рода производной функцией (равнодействующей) магнетизма атомов. Или земной (космический) магнетизм имеет иное происхождение, например, обусловлен вращением масс космических тел, как полагал Блэкетт [1,2].
Правда, в этом случае, учитывая общность свойств атомного и земного магнетизма, чтобы быть логичным и последовательным, следует признать, что атомный магнетизм также обусловлен не движением зарядов, а вращением масс атомных частиц.
В предлагаемой читателю работе делается попытка установить логически обоснованную связь между атомным магнетизмом и магнетизмом Земли, а также других космических тел, то есть по-существу попытаться обосновать общую концепцию магнетизма.
Для выполнения поставленной задачи принимаются во внимание некоторые неучитывавшиеся ранее соображения. 
Первое. Плотность вещества в атомных частицах на много десятичных порядков выше ~ 1012г/см3 по сравнению с обычными веществами 101,3г/см3. Поэтому можно ожидать, что в образуемом ими поле концентрация силовых линий будет значительно выше, а само поле по напряжённости также на много порядков более эффективно. Ранее нами было высказано и доказано предположение [3], что такое поле по своей эффективности эквивалентно полю, которое сегодня называют электрическим, якобы образованным «прикреплённым» к элементарной частице электрическим зарядом. В нашей работе это поле названо «микрогравитационным», поскольку оно образовано микрочастицей с высокой плотностью. Конечно, это длинное труднопроизносимое слово. Можно надеяться, что в будущем, когда об электрическом заряде забудут, как это произошло с другим флюидом – теплородом, привычный термин «электрический» снова займёт своё место. Так произошло со словом «тепло». Мы говорим  «теплопередача», но не вспоминаем при этом о перетекании некого гипотетического флюида – теплорода от одного тела к другому.
Приняв во внимание, что высокая плотность вещества в элементарных частицах и соответственно высокая концентрация силовых линий объясняет их «электрические» свойства мы тем самым устанавливаем прямую связь между массой атома и его магнитными свойствами, так как электричество и магнетизм имеют общую природу. Речь идёт о механизме этой связи.
Второе. При разработке общей концепции гравитационные и микрогравитационные (электрические) поля, будучи материальными, рассматриваются как упруго-вязкие тела. Они обладают модулем упругости, вязкостью и способностью к деформации.
Третье. При деформации сдвига в поле, как в любом вязко-упругом теле возникают нормальные напряжения р11, р22 и р33. Реакция на составляющую нормальных напряжений р22 реализуется для гравитационного и микрогравитационного поля в виде магнитной силы, которая для гравитационного поля вследствие низкой напряжённости значительно меньше, чем микрогравитационного, но действует на большом расстоянии. Напротив, магнитная сила микрогравитационного (электрического) поля, будучи большой по величине, эффективна на коротком расстоянии.
Четвёртое. При сдвиговой деформации часть импульса углового момента передаётся нормально к направлению движения, что обусловлено вязкими свойствами поля и количественно определяется квадратом отношения линейной скорости, v, к скорости колебательного (волнового) движения, с, то есть (v/с)2.
Перечисленных четырёх предпосылок достаточно, чтобы обосновать общую концепцию магнетизма, охватывающую магнитные свойства атомов и космических тел.

2.0.Роль массы в атоме.

Определяющая роль массы в атоме была затвержена в «Периодическом законе» ДИ Менделеева. К сожалению, на некотором этапе развития наших представлений об атоме масса была неоправданно заменена порядковым номером элемента, якобы выражающим положительный электрический заряд ядра химического элемента. В действительности же свойствами, приписываемыми заряду – силы притяжения и отталкивания, возникновение магнетизма при движении, обладает само ядро, точнее его масса. Рассмотрим этот вопрос в деталях.

2.1. Силы притяжения.

Сила притяжения f выражается известным квадратичным уравнением закона тяготения Ньютона:

 f = gm1m2/r2,           (1)

Здесь g- константа микротяготения, m1 и m2- массы частиц с высокой плотностью (~ 1012г//см3), r- расстояние между частицами.
В связи с большой плотностью вещества в микро мире ~ 1012 г/см3  константа тяготения имеет необычно большую величину – 1,847.1028 см3/гс2. Это предопределяет сильную (крутую) зависимость атомных (молекулярных) сил от расстояния, так что эти силы проявляют себя только на коротких микронных и даже нано размерах. При этом они имеют необычайно высокую удельную величину, которую иногда называют теоретической прочностью материалов.
 

Рис.1. Зависимость силы притяжения между двумя скрещенными кварцевыми нитями диаметром 1 мм.

На рис.1, заимствованном нами из книги БВ Дерягина [4], показана зависимость силы притяжения между двумя скрещенными кварцевыми нитями диаметром 1 мм в диапазоне расстояний между нитями от 5 до 15 нм. Зависимость имеет квадратичный характер, тем самым, подтверждается адекватность закона тяготения для молекулярных сил. Параболическая кривая имеет большую кривизну, так что на расстоянии 15 нм запределивается и стремится к нулевому значению. То есть молекулярные или по нашей  терминологии микрогравитационные силы действуют на коротких расстояниях, соизмеримых с атомными размерами.
Таким образом, масса частиц в атоме обладает очень высокой способностью тяготения и обеспечивает все функции в атоме – образование химических связей, орбитальное движение электронов, агрегатные и фазовые переходы, приписываемые в настоящее время положительным и отрицательным электрическим зарядам.
Для подтверждения сказанного рассмотрим несколько примеров с количественной оценкой связи массы со свойствами атомов.
Пример 1. Определить частоту вращения электрона на внешней орбите атома водорода. Радиус атома водорода - 110 пм, атомная масса - 1,008.
По уравнению орбитальной скорости v2 = gmd/r, где  v- орбитальная                скорость, g- константа микрогравитации 1,847.1028 см3гс2, m- атомная масса, d- дальтон, атомная единица массы, равная 1,661.10-24 г и r- радиус внешней орбиты, находим орбитальную скорость  v = 0,1673.107 см/с .  Далее по уравнению ; = v /2;r рассчитываем частоту обращения электрона по внешней орбите, то есть частоту излучения, которая оказалась равной 0 02426.1015 с-1. Полученная величина практически точно совпадает с экспериментальным значением частоты серии Хамфри 0,02423.1015 с-1, соответствующей поверхности атома водорода. Таким образом, замена положительного электрического заряда в атоме водорода на массу позволяет выполнить точный расчёт частоты излучения водорода. Следовательно, замена электрического заряда на массу вполне обоснована.
Пример 2. С наименьшими искажениями орбитальное движение реализуется при большой разности масс центрального и орбитального тела, как это имеет место при обращении электрона вокруг протона в атоме водорода. Близкие соотношения имеют место для химической связи углерода с водородом С – Н. Используя уравнение 3-го закона Кеплера, ; = (gmd)0,5/2;r1,5, рассчитаем характеристическую частоту излучения этой связи и сравним её с экспериментальной частотой по литературным данным. Здесь m = 12,01, r = 110 пм. Подставив эти значения в уравнение Кеплера, получим величину частоты 0,08717.1015 близкую к экспериментальной 0.08760.1015 с-1.
Пример 3. Определить длину связи в группе N – Н по её частоте ИК-излучения. В уравнение Кеплера подставляем значения m = 14,01 и  ; = 0.01064.1015 с-1 и получаем расчётное значение длины связи 102,6 пм при экспериментальном (справочном) значении 101 пм.
Приведенные в примерах результаты позволяют, по крайней мере, для сил притяжения сделать однозначный вывод, что использование при расчётах массы элементарных частиц вместо электрических зарядов даёт точные результаты и поэтому вполне  оправдано, а с учётом всех обстоятельств является наиболее предпочтительным и верным.

2.2. Силы отталкивания.

Другое важное свойство – силы отталкивания в атоме. Как объяснить их связь с массой атома. Согласно существующим представлениям эти силы связывают с кулоновским взаимодействием одноименных электрических зарядов и «принципом исключения Паули». Последний вводится для объяснения степенных химических связей с показателем степени более 2, как это имеет место в законе Кулона. «Согласно принципу Паули на одной спин-орбитали не может находиться двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел. Принцип исключения Паули относится к основным законам природы и выражает одно из важнейших свойств не только электронов, но и всех других обладающих полуцелыми значениями спинового квантового числа микрочастиц (в том числе: протонов, нейтронов, многих других элементарных частиц, а также многих атомных ядер)».
В нашей работе [5] силы отталкивания в атомных системах трактуются на основе классических электродинамических представлений, лежащих в основе объяснения силы Лоренца. При этом необходимо учитывать соображения о роли массы в атоме и природе электричества, изложенные выше.
Сила Лоренца, FL, применительно к развиваемой нами концепции об определяющей роли массы в атоме можно выразить уравнениями:

FL = mvBsin;,          (2)

или [6]

FL = (v2/с2)( gm1m2/r2),          (3)

  В уравнении 2 вместо заряда даётся масса m, индуцирующая магнитное поле, v- скорость, В- магнитная индукция с корректированной размерностью в связи с введением в уравнение массы, ;- угол между векторами скорости и магнитной индукции.
В уравнении 3 v- скорость частицы с массой m1 относительно частицы с массой m2, с- скорость света, g- константа микротяготения, r- расстояние между частицами. Вместо электрических зарядов здесь также как в уравнении 2 введены массы частиц. Насколько это оправдано?
В разделе 2.1 на наш взгляд убедительно показано, что нет необходимости для объяснения свойств, связанных с силой притяжения между атомами (например, образование химических и межмолекулярных связей) привлекать представления об электрических зарядах. Массы элементарных частиц, входящих в атомы, обладают силой тяготения и с достаточной точностью обеспечивают протекание процессов, которое приписывается электрическим зарядам. Поскольку, считается, что сила Лоренца якобы порождается движением электрических зарядов, то, учитывая сказанное, логично предположить, что и в этом случае, причиной появления силы является взаимодействие не зарядов, а масс частиц.

 
Рис.2. Схема возникновения силы Лоренца под действием магнитного поля образуемого при взаимодействии двух частиц с массой m1 и m2.

На рис.2 показана схема возникновения силы Лоренца под действием магнитного поля образуемого при взаимодействии двух частиц с массой m1 и m2. Частица с массой m1 движется в гравитационном поле другой частицы с массой m2. Вследствие сдвиговой деформации возникает магнитное поле с индукцией В, вектор которой направлен под углом ; к вектору скорости v. Взаимодействие движущейся частицы m1 с магнитным полем приводит к появлению магнитной силы, то есть силы Лоренца FL, под углом ; к вектору магнитной индукции. В частном случае, когда угол ; = 900 и sin; = 1, выражение силы Лоренца получает вид:

FL = mvB,                (4)

Индукция магнитного поля В по закону Био-Савара-Лапласа выражается величиной пропорциональной силе тока I и обратно пропорциональной квадрату радиуса r:

В = k I /r2,                (5)

где k- коэффициент пропорциональности. Здесь используется «электрический» закон Био-Савара-Лапласа, так как на основании выше изложенного можно полагать, что при замене в нем электрических зарядов на массы частиц он будет выражать величину магнитной индукции В.
Силу тока I можно рассчитать, исходя из следующих соображений. При каждом обороте электрона через сечение орбиты  будет перенесён заряд е, равный заряду электрона. За единицу времени окажется перенесенным заряд ne, где n- число оборотов электрона на орбите в единицу времени. Так как сила тока I численно равна заряду, перенесённому в единицу времени, то вращающийся на орбите электрон эквивалентен току силой:

I = ne.                (6)               

                Число оборотов n = v/2;r, откуда:

I = ve/2;r,                (7)

Учитывая, что орбитальная скорость электрона обратно пропорциональна квадратному корню из радиуса v ~ 1/r0,5, уравнение для силы тока получит вид:

I = k2e/2;r1,5,                (8)

Подставив полученное значение силы тока в уравнение (5), получим уточнённое выражение для напряжённости магнитного поля в зависимости от радиуса:

В = k3e/2;r3,5,                (9)

После проведенных преобразований мы имеем уточнённые значения силы тока I в уравнении (8) и магнитной напряженности В в уравнении (9).
            Подставив эти значения в уравнение силы отталкивания Ампера, выражаемое формулой:

F = IBl sin;.                (10)

где F- сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной l с силой тока I, находящийся в магнитном поле B. Пересечение линий напряжённости происходит под прямым углом, поэтому sin; = 1. В качестве элемента l принимается длина окружности (виток орбиты) 2;r. В результате найдём, что она, то есть сила отталкивания, изменяется обратно пропорционально радиусу в пятой степени:

F ~ 1/r5,                (7)

Таким образом, базируясь на классических электродинамических представлениях  без использования понятия об отталкивании одноименно заряженных зарядов и принципа исключения Паули, нами показано, что при сближении атомов между ними возникает сила отталкивания, величина которой обратно пропорциональна расстоянию между атомами в пятой степени. Полученный результат согласуется с экспериментальными данными о более сильной зависимости от радиуса атомных сил отталкивания по сравнению с силами притяжения.
Признание определяющей роли массы для сил притяжении и отталкивания, то есть магнитных сил в атоме позволяет по-новому подойти к проблеме земного магнетизма (геодинамо) и магнетизма вообще.

3. Магнетизм Земли и космических тел.

Известны две основополагающие идеи, объясняющие причины и механизм  магнетизма Земли. Обе связаны с осевым вращением Земли. Согласно первой магнетизм вызывается гравитационными свойствами планеты. Вторая, получившая наибольшее распространение, объединяет большое число предложений в качестве различных вариантов  «эффекта геодинамо», обусловленного индукцией магнитных полей при перемещении электрических зарядов внутри планеты.
Впервые о связи осевого вращения Земли и её магнитных свойств сообщается в работе немецкого учёного А Шустера. Однако, дальнейшего развития эта идея в его работах не получила.
Проблема снова обострилась после открытия магнитной природы солнечных пятен, которые оказались гигантскими магнитными вихрями. Под влиянием этих данных ПН Лебедев писал: «Я пришёл к выводу, что все вращающиеся тела должны быть магнитны». Позднее в письме к КА Тимирязеву, работая с высокоскоростными центрифугами, он делает важное дополнение: «Я, кажется, ухватил очень важное соотношение. Магнитные свойства вращающейся планеты связаны с гравитационными свойствами материи». Далее можно было ожидать, что будут указаны эти свойства и установлена связь между гравитацией и магнетизмом. К сожалению,  болезнь и последовавшая затем кончина не позволили автору довести исследование до логического завершения, хотя, как будет показано в разделе 6, он был наиболее близок к экспериментальному доказательству связи гравитации и магнетизма.
Следующий этап (1947 г) в обосновании гравитационного механизма магнетизма Земли связан с именем нобелевского лауреата ПМ Блэкетта. Он обнаружил линейную связь между магнитными моментами ; и моментами вращения L трёх космических тел – Земли, Солнца и звезды Е78 (белый карлик) и высказал мнение, что это неизвестный ранее закон природы. И был, по нашему мнению, полностью прав.
 В дальнейшем  линейная зависимость между указанными величинами подтвердилась на большом числе космических объектов и была названа «гравитационно-магнитным эффектом Блэкетта». Эта зависимость показана на рис.3. Аналитически она выражается отношением указанных величин ;, которое зависит только от мировых констант G (гравитационная константа) и с (скорость света):

;=;L;G;;c,       ;=;L;Gc,      Р = ;U(G 0,5/2с).                (11)

 
Рис. 3. Измеренные значения магнитных моментов космических тел ; в зависимости от их моментов вращения L. По ординате – логарифм магнитного момента (в Гс•см3), по абсциссе – логарифм момента вращения (в эрг•с). Сплошная линия иллюстрирует зависимость Блэкетта.
Блэкетт пытался экспериментально подтвердить влияние гравитации на напряжённость магнитного поля, для чего замерялась магнитная индукция на разном расстоянии от золотого слитка массой 20 кг в условиях, исключающих влияние случайных магнетиков. Никакого эффекта не было обнаружено. В разделе 6 этой статьи мы попытаемся проанализировать причины отрицательного результата этого эксперимента.
В более поздней (1998 г) обзорной публикации по проблеме магнетизма автор [7] приводит уточнённую зависимость магнитного момента ; для космических тел Солнечной системы с учётом параметров тел: частота вращения, масса и радиус (см. рис. 4), выраженную уравнением: 
М ; 4•10-9•А0,83 [Гс•м3], где А = 0,4;МR2[кг•м2•с-1],         (12)

где ;- частота вращения тела, равная ; = 2;/Т, Т-, М- и R- период вращения, масса и радиус.
По мнению автора «это соотношение можно лучше назвать законом диполярного динамо,…Правда, прямого физического обоснования этого закона не найдено». Введение периода вращения в уравнение (12) было необходимо, чтобы оправдать применение для объяснения явления диполярного динамо. Однако, по сравнению с уравнением (11) Блэкетта это  не привело к большей точности. Особенно, заметное отклонение наблюдается для Марса. Тем не менее, существование определенной зависимости между магнитным моментом с одной стороны массой, радиусом и периодом вращения с другой представляется весьма вероятным.
Для установления точной зависимости необходим новый подход к решению проблемы. В качестве такого подхода предлагается опубликованная ранее гипотеза [8], согласно которой гравитационное поле следует рассматривать, как вязко-упругое тело. При сдвиговой деформации такого тела возникают нормальные напряжения, которые можно отожествить с тремя составляющими – гравитационной, магнитной и светового давления.



Рисунок 4. Наблюдаемая связь между магнитным моментом и угловым моментом спутников, планет и Солнца. Пунктирная линия соответствует уравнению для дипольного динамо с наклоном 0,8.

              4.О механизме образования магнитного поля.
          Впервые понятие «магнитного поля» ввёл в 1845 г М Фарадей, считавший, что как электрические, так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Под «полем» творцы электродинамики предполагали некоторую «деформацию» всепроникающей гипотетической среды – «эфира», заполняющей всё мировое пространство».
             После открытия электромагнитной индукции магнитные и электрические поля рассматривались как неразрывное единое явление, так сказать две стороны одной медали. Поэтому в магнетизме Земли, а затем в космическом магнетизме в целом стали искать роль электрических явлений. Этот поиск нельзя признать успешным даже на примере «родного» нам земного магнетизма. Многочисленные «теории» геодинамо, биполярного динамо и др. так и не смогли создать (придумать) «систему рычагов» с помощью, которых импульс микронных электронно-магнитных полей атомов передаётся космическим магнитным полям, простирающимся на десятки и даже сотни миллионов километров. Стало понятно, что атомный и земной магнетизм имеет разное происхождение, хотя по своей природе имеют много общего, например, одинаково реагируют на стрелку компаса.
Исходя из предложенной концепции, было высказано предположение, что гравитационное поле можно моделировать, как вязко-упругое тело, а индукция магнитного поля обусловлена сдвиговой деформацией гравитационного поля. Было также показано [9], что существует два вида магнитных полей. Один из них индуцируется атомными частицами, обладающими плотностью порядка 1012 г/см3 и имеет микронные размеры. Второй вид магнитных полей – макротелами с плотностью до 20 г/см3 с размерами в тысячи и сотни тысяч километров. Первые обладают высокой индукцией, но эффективны на коротких расстояниях. Вторые на много десятичных порядков меньше по величине напряжённости поля, но действуют на больших расстояниях.
Сдвиговая деформация гравитационного поля происходит на границе соприкосновения поверхности вращающегося ядра атома (электрона) или космического тела с физической средой (эфиром). На рис.5 показана схема образования магнитного поля при сдвиговой деформации гравитационного  (микрогравитационного) поля при вращательном движении тела. Вращающееся тело С вызывает сдвиговое напряжение ;12 в окружающем гравитационном поле. Реакцию поля можно выразить возникновением в нём нормальных напряжений р11, р22 и р33. Нормальное напряжение р22 приложено к боковым граням элементарного выделенного элемента. Его линии напряженности замкнуты и направлены перпендикулярно к направлению сдвига. Они образуют магнитное поле. Таким образом, при сдвиговой деформации гравитационного поля, если принять, что оно обладает свойствами вязко-упругого тела, образуется магнитное поле.
По такой схеме происходит сдвиговая деформация гравитационного поля для атомов и космических тел. Это обстоятельство является первопричиной общности их магнитных свойств. В то же время из-за высокой плотности (1012 г/см3) вещества у атомных частиц и большой частоты их вращения (10-15) сдвиговая деформация протекает более интенсивно и напряженность магнитного поля может внутри атома водорода достигает 1,5.108Гс.
               
Рис.5. Схема образования магнитного поля при сдвиговой деформации гравитационного (микрогравитационного или по существующей терминологии электрического) поля: С- вращающееся тело, ;12- напряжение сдвига, р22- нормальное напряжение, вызывающее индуцирование магнитного поля.
Напротив, вследствие низкой плотности вещества космических тел и потому небольшой напряженности поля, а также низкой частоты вращения, образуемое при сдвиге магнитное поле имеет небольшую напряженность – до ~ 14-20 Гс, но простирается на млн. км. Как объяснить способность менее напряжённого космического поля передавать импульс на дальние расстояния по сравнению с более напряжёнными («жесткими») магнитными полями атомов, пока не ясно, можно лишь сказать таковы свойства этих полей, такова их природа. Основное значение здесь, видимо, имеет скорость вращения тела и вызываемая ей «степень турбулизации» магнитного поля, нарушение ламинарного режима потока при сдвиге.

   5.Количественная оценка магнитной напряженности космических тел.

Предложенная концепция механизма образования магнитного поля вследствие сдвиговой деформации гравитационного поля позволяет получить  уточненное уравнение для расчёта напряжённости магнитных полей. Ранее предложенное ДП Валлеу[7] уравнение (12) получено, исходя из предположения о непосредственной связи напряжённости магнитного поля и углового момента вращения космического тела. Согласно предлагаемой гипотезе на образование магнитного поля идёт только часть импульса углового момента, направленная нормально к его вектору. Схематично это показано на рис. 6.

 

Рис.6. Образование магнитного поля (3) вокруг вращающегося космического тела (1) вследствие сдвиговой деформации поля (2), 4- граница магнитного поля (магнитопауза).

Вращающееся космическое тело (1) вызывает деформацию окружающего гравитационного поля (2), образуя вокруг тела магнитосферу (3) с границей (4), характеризуемой по отклонению ионизированных частиц солнечного ветра (магнитопауза).
В уравнении (12) помимо произвольности в выборе степени «0,83» и недостаточной точности, например, в случае планеты Марс, имеется значительный по величине подгоночный коэффициент «4•10-9», природа которого не объясняется.
Эти недостатки исключаются, если при выводе уравнения исходить из предположения, что напряжённость магнитного поля пропорциональна сдвиговой части импульса углового момента, а не полного импульса, как это предполагается в уравнении (12). В этом случае нами получено уравнение напряженности Н магнитных полей космических тел в виде:

Н = (v/С)2(M/RT)0,5,                (13)

где v- линейная скорость на экваторе космического тела, С- скорость распространения гравитационного излучения (аналог скорости света), M, R и Т- масса, радиус и период вращения космического тела.
 В таблице 1 представлены результаты расчёта напряженности Нр магнитных полей на поверхности планет и Солнца, столбец (6), полученные по рассмотренному уравнению (13). Для сравнения в столбце (7) приведены справочные значения Нс.
Отношение (v/С)2 заимствовано из электродинамики, см. уравнение (3). Оно выражает соотношение магнитной и электрической составляющих электромагнитного поля [6]. Величина v- линейная скорость вращения на экваторе. С- скорость распространения гравитационных волн, равная 0,232.109 см/с. Это средняя величина, рассчитанная двумя методами: по торможению спутников Луны (0,216.109) и расстоянию планет и спутников от центральных тел (0,248.109 см/с) []. Она пока не подтверждена прямым экспериментом, но по торможению спутников Луны оценивается достаточно точно. Похоже, что эта величина корреспондируется с подгоночным коэффициентом, 4.10-9 в уравнении (12).
Масса тел М рассчитывается по закону тяготения с необходимой точностью. Вызывает сомнения точность величин R и Т. В формуле (13) имеется в виду вращение тела, как единого целого. Этому условию не удовлетворяют планеты гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Солнце. Все они, во всяком случае, две первые и Солнце, имеют слоистое строение по радиусу и широте и их радиус, и период осевого вращения имеют не вполне определенное значение. Так, например, для Солнца и Юпитера установлена более высокая скорость вращения на экваторе по сравнению с высокими широтами. Поэтому для перечисленных тел могут быть существенные отклонения расчетных значений от справочных. По этим же соображениям должна наблюдаться более точная воспроизводимость данных для твёрдотельных тел, радиусы и периоды, вращения которых точно определены.
Наиболее близкие значения расчётной и справочной величины магнитной напряжённости получены для Земли, Нр = 0,421 и Нс = 0,5. Это понятно, так как Земля относится к числу твердотельных планет, а напряженность её магнитного поля хорошо изучена. Предложенная гипотеза также согласуется с данными по напряжённостям магнитных полей Меркурия и Венеры. Эти планеты имеют низкую скорость осевого вращения и, следовательно, низкую скорость сдвига гравитационного поля. Поэтому напряженность их магнитных полей низкая, Меркурий Нр = 0,00279 и Нс = 0,00351 Гс, Венера Нр = 0,233.10-7 и Нс < 3,5.10-3 Гс. Меньшая точность данных для Марса Нр = 0,023 и Нс = 0,006 Гс, вероятно, связана с недостаточной изученностью магнитосферы Марса.

Таблица1. Сравнение расчётных Нр и справочных Нс напряженностей магнитных полей на поверхности планет и Солнца
Тело М,г Т•10-5,c-1 R•10-8см v,см/с Нр,Гс Нс,Гс
1 2 3 4 5 6 7
Мер. 3,301.1026 50,67 2,44 3,026.102 2,79.10-3 3,5.10-3
Вен. 4,869.1027 210 6,052 1,81.102 0,233.10-7 <0,3.10-3
Зем. 5,974.1027 0,8614 6,371 4,651.104 0,421 0,5
Мар. 6,419.1026 0,8865 3,39 2,411.104 0,023 0,006
Юп. 1,899.1030 0,3573 69,91 1,258.106 2563 4,1
Сат. 5.685.1029 0,3805 58,23 9,861.105 464 0,4
Ур. 8,681.1028 0,6206 25,36 2,59.105 29 2,3
Неп. 1.024.1029 0,580 24,62 2,68.105 2,57 1,3
Сол. 1,991.1033 21,92 695,5 2,622.105 86,8 10

Предсказуемым оказалось значительное несовпадение расчётных и справочных напряжённостей у Юпитера – 2563 и 4,1Гс и Сатурна – 464 и 0,4 Гс. Это связано с сильным отклонением структуры этих планет от твердотельного состояния. Две следующие планеты, ледяные гиганты Уран и Нептун приближаются по своему строению к твёрдотельным планетам и поэтому показывают лучшее совпадение расчётных и справочных напряженностей магнитных полей, у Урана – 29 и 2,3 Гс и у Нептуна – 2,57 и 1,3 Гс. Для Солнца, имеющего газожидкостное строение, также наблюдается значительное расхождение расчётных и справочных величин, соответственно 86,8 и 10 Гс.
Удовлетворительное совпадение расчётных и фактических (справочных) значений магнитных напряжённостей для твердотельных планет и достаточно убедительное объяснение причины отклонений для Юпитера, Сатурна и Солнца позволяет сделать вывод об адекватности предлагаемой формулы (13) для расчёта напряжённостей магнитных полей и, соответственно, гипотезы, заложенной в её основу.

6. О причинах неудачного эксперимента Блэкетта по обнаружению     гравимагнитного эффекта.
 
Существование «гравитационно-магнитного эффекта Блэкетта» или для краткости «гравимагнитного эффекта» однозначно доказывается установленной автором [1,2] зависимостью магнитного момента космических тел от их углового момента, которая представлена на рис.3. Зависимость носит статистический характер. Поэтому автор сделал попытку подтвердить открытую им закономерность экспериментально. К сожалению, эксперимент закончился неудачно. Влияния массы 20 кг золотого слитка на напряженность магнитного поля не было обнаружено.
Нами получена практически функциональная зависимость напряженности магнитного поля космических тел от их массы, скорости осевого вращения и радиуса, см. уравнение (13). Анализируя это уравнение, видим, что добавление массы в 20 кг к массе Земли не могло оказать сколь-нибудь ощутимого влияния на напряжённость магнитного поля. На напряженность магнитного поля, кроме массы тела влияют его радиус и скорость вращения. Они определяют сдвиговую деформацию гравитационного поля, создаваемого массой и тем самым напряжённость магнитного поля.
Представляет интерес моделирование вращающегося космического тела созданием модельной центрифуги и проверки на ней существования гравимагнитного эффекта при максимально допустимых величинах массы и скорости вращения. В качестве одной из таких моделей можно рассматривать колесо гидротурбины. Например, рабочее колесо турбины Саяно-Шушенской ГЭС имеет массу 145 т. Его радиус 6,74 м. Скорость вращения 142,8 об/мин. Подставив эти величины в формулу (13) найдём, что при вращении такого колеса за счёт гравимагнитного эффекта в окружающем пространстве индуцируется магнитное поле напряжённостью всего 0,203.10-6 Гс.
 Из-за помех атомного магнетизма в основном ферромагнетизма вряд ли такое поле можно идентифицировать. Правда, напряжённость атомного магнетизма спадает с увеличением расстояния намного быстрее, чем гравитационного магнетизма, так что принципиальная возможность обнаружения гравимагнитного эффекта на модели такого типа сохраняется.
Второй вариант модели, с которым экспериментировал академик Лебедев, связан с повышением скорости деформации гравитационного поля за счёт увеличения скорости вращения или уменьшения периода вращения. Он достиг скорость 30 000-35 000 об/мин при диаметре ротора 6 см.
Ныне известны высокоскоростные ультрацентрифуги, например, Optima XE, ротор которой вращается со скоростью 100 000 об/мин, Т = 0,6.10-3с . Радиус ротора R = 6 см. Масса ротора М = 1,5.103 г. Линейная скорость 2;R/T = 6,28.104 см/с. Подставив перечисленные значения в уравнение (13), получим величину напряжённости магнитного поля, создаваемого ротором вращающейся центрифуги, равную 0,475.10-4 Гс, то есть всё же в десять тысяч раз меньше магнитной напряжённости естественного магнитного поля Земли.

Выводы

1. Предложена общая концепция магнетизма атомов и космических тел, в основе которой лежит предположение, что гравитационное поле является вязко-упругим телом и, что источником магнетизма тех и других тел (частиц) является сдвиговая деформация гравитационного поля, возникающая при вращательном движении тел (атомных частиц).
2.При сдвиговой деформации гравитационного поля, как вязко-упругого тела, в нем возникают три составляющих нормальных напряжений р11, р22 и р33. Усилие, возникающее в качестве реакции на составляющую р22, направлено нормально к направлению движения и воспринимается, как магнитная сила, определяющая степень напряженности магнитного поля.
3.Передача части импульса углового момента нормально к направлению движения обусловлена вязкими свойствами поля и определяется квадратом отношения линейной скорости, v, к скорости гравитационных волн, С, то есть (v/С)2.
4.Масса атомных частиц имеет высокую плотность (~ 1012г/см3) при скорости вращения ~ 1015 с-1. В связи с этим образуемое ими микрогравитационное поле обладает необычно высокой напряжённостью и воспринимается как электрическое поле. При сдвиговой деформации такого поля соответственно образуется магнитное поле с высокой напряжённостью до 1010 Гс, но эффективно на малых расстояниях, соизмеримых с размерами атома. При сдвиговой деформации гравитационного поля вещества с плотностью не более 20г/см3 (101,3г/см3) образуется магнитное поле с напряженностью < 10 Гс, но оно простирается на миллионы километров.
5.На основе предложенной концепции образования магнитных полей получена формула напряжённости магнитных полей на поверхности космических тел в зависимости от их массы, радиуса и скорости вращения. Расчетные значения напряженности для твёрдотельных планет удовлетворительно согласуются со справочными данными, например, для Земли Нр= 0,421 и Нс= 0,5. Существенные расхождения данных для газожидкостных планет объясняется неопределённостью величин их радиусов и скоростей вращения.
6.По полученной формуле рассчитана напряжённость магнитного поля (гравимагнитный эффект Блэкетта), индуцируемая вращающимся колесом гидротурбины массой 145 т со скоростью 142,8 об/мин, она оказалась равной 0,2026.10-6 Гс. Несколько большая величина магнитной напряжённости 0,475.10-4 Гс получена для ротора ультрацентрифуги массой 1,5 кг, вращающейся со скоростью 105 об/мин.

                Литература

1. PM Blackett, Nature, v.159, №4046, рр.658-666, 1947.
2. ПМ Блэкетт, Mагнитное поле вращающихся массивных тел, Успехи физических наук, 1947, т.33, вып.1, с.52-76.   
3.АТ Серков, АА Серков, Микрогравитация, электричество, силы притяжения и отталкивания в атоме, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/12915.html
4.БВ Дерягин, НВ Чураев, ВМ Муллер, Поверхностные силы, М., Наука, 1985, с.109.
5.АТ Серков, АА Серков, АА Серков, Гипотезы-3: Генезис и эволюция атомов и космических тел, М., 2017, Изд. Авторская мастерская, ДА Федотов, с.217.
6.СЭ Фриш, АВ Тиморева, Курс общей физики, М., 1951, т.2, с.437.
7.JP Vall;e, Fundamentals of Cosmic Physics, Vol. 19, pp. 319-422, 1998.
8.АТ Серков, Гипотезы, М.,1998, ВИНИТИ,  «Углехимволокно», с. 50-52.
9. АТ Серков, АА Серков, Два вида магнетизма, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13064.html
10. АТ Серков, АА Серков, Гравимагнитные силы при торможении спутников Луны, в книге: Гипотезы-3 с. 158.