Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Беседы об электрических и магнитных полях в космосе
.pdf


Юджин Н. Паркер
Беседы об электрических
имагнитныхполяхвкосмосе
Перевод с английского
Н. А. Зубченко
Под научной редакцией
д. ф.-м. н., проф. Д.Д.Соколова
Москва Ижевск
2010

УДК 52-337
ББК 22.63
П 182
Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского
фонда фундаментальных исследований по проекту №08-02-07048.
Паркер Ю.Н.
Беседы об электрических и магнитных полях в космосе. — М.–Ижевск:
НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Ижевский институт компьютерных исследований, 2010. — 208 с.
Эта монография является долгожданным дополнением к уже существующим
многочисленным статьям и книгам по электромагнетизму; в ней рассматривается
такое явление как космический электромагнетизм — точнее сказать, крупномасштабные магнитные поля, которые переносятся в потоке ионизированных газов
звезд и галактик в космическом пространстве. Автор дает свой взгляд на проблемы,
описанные в стандартных статьях, и указывает на некоторые часто встречающиеся
заблуждения о характере динамики этих крупномасштабных полей. Ю. Паркер вовлекает читателей в ряд диалогов, которые, порой, даже забавны, но на самом деле
ведут в самую суть проблемы. Та динамика, о которой он говорит, — это давление
магнитного поля, направленное против давления и инерции массивного движения
ионизированных газов. Ю. Паркер показывает, что эту динамику удобно описывать
не в терминах электрического тока, а в терминах магнитного поля. Диалоги об электрических и магнитных полях в космосе возвращают нас к истокам науки и объясняют, почему обращение к классической и магнитной гидродинамике необходимо
даже для изучения самых далеких глубин космоса.
ISBN 978-5-93972-825-6 ББК 22.63
c
Princeton University Press, 2007
c
Перевод на русский язык:
НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2010
Все права защищены. Никакая часть настоящей книги не может быть воспроизведена
или передана в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись на магнитный носитель, или при
помощи любой другой системы хранения и обработки информации, если на то нет письменного разрешения Издательства.
На обложке использована репродукция гравюры Эдварда Мунка «Встреча в мировом
пространстве» (Begegnung im Weltall), 1898 г.
http://shop.rcd.ru
http://ics.org.ru

Оглавление
Предисловие к русскому изданию .................. 9
Благодарности ............................. 11
Г
ЛАВА 1. Введение .......................... 13
1.1. Общиезамечания ......................... 13
1.2. Уравненияэлектромагнитногополя ............... 16
1.3. Электронейтральность ...................... 20
1.4. Электрический заряд и доминирование магнитного поля . . . 26
ЛАВА 2. Электрические поля .................... 30
Г
2.1. Основныеположения ....................... 30
2.2. Определениезарядаиполя.................... 31
2.3. Понятиеэлектрическогополя .................. 33
2.4. Физическаяреальностьэлектрическогополя.......... 35
2.5. Давлениеэлектрическогополя.................. 37
ЛАВА 3. Магнитные поля ...................... 40
Г
3.1. Основныеположения ....................... 40
3.2. Связьсэкспериментом ...................... 41
3.3. Дифференциальная форма закона Ампера ........... 42
3.4. Энергияидавление ........................ 44
3.5. Измерениемагнитногополя ................... 47
ЛАВА 4. Линии поля ........................ 53
Г
4.1. Основныеположения ....................... 53
4.2. Оптическаяаналогия ....................... 55
ЛАВА 5. Уравнения Максвелла ................... 59
Г

6ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 6. Максвелл и Пойнтинг ................... 64
6.1. ТеоремыПойнтингаосохраненииэнергиииимпульса .... 64
6.2. Приложения ............................ 68
6.3. Электрическоеимагнитноеполяввеществе.......... 69
6.4. Единицы СИ . . .......................... 71
6.5. Системы единиц .......................... 76
6.6. Единицы Чосера .......................... 81
Г
ЛАВА 7. Движущиеся системы отсчета .............. 83
7.1. ПреобразованияЛоренца..................... 83
7.2. Электрическиеполявлаборатории ............... 84
7.3. БритваОккамаидеревовлесу.................. 86
7.4. Электрическоеполедвижущейсяплазмы............ 87
7.5. Результирующийзарядвзакручивающейсяплазме ...... 90
Г
ЛАВА 8. Гидродинамика ...................... 94
8.1. Основныеположения ....................... 94
8.2. Выводуравненийгидродинамики ................ 96
8.3. Тензордавления.......................... 99
8.4. Изменениедавленияприпостоянномрасширении.......103
8.5. Сдвиговойпоток..........................106
8.6. Эффектыстолкновений......................107
8.7. Недиагональныекомпонентыивязкость ............110
8.8. Выводы...............................111
Г
ЛАВА 9. Магнитная гидродинамика ................ 112
9.1. Основныеположения .......................112
9.2. Диффузияидиссипация .....................117
9.3. Применениепонятиямагнитнойдиффузии...........118
9.4. Обсуждение ............................122
9.5. Частичноионизованныегазы...................123
9.6. Электрическийток,удовлетворяющийзаконуАмпера ....129
9.7. Движение частиц вдоль вектора B ................135
9.8. Изменяющеесявовременимагнитноеполе...........141
9.9. Комментарии............................143
Г
ЛАВА 10. Необычные свойства тензора натяжений Максвелла . 146
10.1.Магнитноеравновесие ......................146
10.2.Вычислениеравновесногополя .................152
10.3.Равновесиеввытянутомполе ..................153

ОГЛАВЛЕНИЕ 7
10.4.Разрешаяпротиворечия......................157
10.5. Формирование поверхностей тангенциального разрыва ....158
10.6. Быстрые пересоединения в рамках исходной термодинамики 162
10.7. Квазистационарная диссипация в тангенциальном разрыве . . 168
ЛАВА 11. Комментарии ....................... 174
Г
11.1.Выводы...............................174
11.2.Аналогиясэлектрическойцепью ................175
11.3.Простейшийпримерэлектрическойцепи............177
11.4.Известныеэлектрическиеимагнитныеполя..........181
РИЛОЖЕНИЕ A. Электростатическое расширение Вселенной . . 184
П
П
РИЛОЖЕНИЕ B. Релаксация неоднородности распределения элек-
трического заряда ......................... 186
РИЛОЖЕНИЕ C. Наложенное крупномасштабное электростатиче-
П
ское поле .............................. 189
РИЛОЖЕНИЕ D. Плотность электрического заряда в электриче-
П
ском поле .............................. 192
П
РИЛОЖЕНИЕ E. Поперечный инвариант w
П
РИЛОЖЕНИЕ F. Блокировка потока электрического тока .... 196
2
/B .......... 194
n
Литература ............................... 200
Предметный указатель ........................ 206


Предисловие к русскому изданию
Вероятно, все виды интеллектуальной деятельности можно разделить
на два типа — в одном из них создаются новые концепции, а в другом —
происходит разработка уже сформулированных, известных концепций. Литераторы, работа которых в основном относится к первому типу (говорят,
что у них есть свой художественный мир) называются писателями, а работающие исключительно в рамках второго — графоманами. Об этом хорошо
написал в своей «Четвертой прозе» Осип Мандельштам. В науке ценность
второго типа деятельности несравненно выше. Есть много хороших, добросовестных книг, в которых авторы развивают известные концепции, доводят
их до логического совершенства и практических применений. Если сказать
честно, то и в литературе трудно было бы иметь дело с одними только
первопроходцами.
Еще больше научных книг, в которых, безусловно, есть оригинальная
авторская концепция, но авторы не стремятся познакомить читателя со всем
ходом мысли, который приводит к формулировке этой концепции. Причина
этого очень проста — далеко не всегда безопасно откровенно рассказывать
о своих сомнениях и трудностях, возникших на пути формирования новой
концепции. Хрестоматийный рассказ — Коперник писал тяжелым и малопонятным языком и без особых объяснений мотивов своих действий. Он
прожил свою жизнь без особых проблем и остался в веках как отец новой астрономии. Джордано Бруно поступал диаметрально противоположно
и был сожжен на костре, но уверены ли мы сейчас в правильности концепции множественности обитаемых миров?
Совсем немного книг, в которых физик подробно и откровенно рассказывает о том, как и почему он пришел к формулировке своего взгляда
на мир, и показывает, в каких задачах этот оригинальный взгляд оказался
полезным. Именно к этому редкому классу и принадлежит предлагаемая
книга известного американского астрофизика Юджина Паркера (в русской
литературе встречается и написание Е. Паркер). Избранный автором жанр
таков, что содержание не стоит пересказывать — книгу нужно читать. Она
может быть особенно полезна для молодых читателей, которым важно увидеть, как думают опытные физики.

10 ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Вряд ли многие читатели полностью (или даже в целом) воспримут
его концепцию: ведь они сами — творческие личности и тоже хотят создавать собственные научные концепции. Я думаю, что именно это и было
целью автора — подтолкнуть читателя к широкому и творческому взгляду
на современную физику. Однако каждый читатель, наверное, найдет в книге
что-то важное для него лично, то, о чем он хотел подумать, но на это вечно
не хватало времени. Одним из таких фрагментов вполне может быть увлекательный рассказ о том, какие проблемы возникают при выборе разумной
системы единиц. Практически все физики испытывали стихийное чувство
возмущения, когда редакторы навязывали им употребление системы СИ
в тех случаях, когда это неудобно, однако мало у кого хватало времени
продумать этот вопрос так глубоко, как это сделал автор.
Книга достаточно легко читается. Конечно, предполагается, что у читателя есть некоторая подготовка в рамках вузовского курса общей физики.
Однако сама суть дела такова, что время от времени автор касается вещей,
с трудом вмещающихся в рамки элементарной логики. Тогда его фразы могут становиться запутанными и туманными — ничего не поделаешь, думать
не просто.
Мне кажется, что эта книга принадлежит к разряду интеллектуальной
литературы, которой очень не хватает современному отечественному читателю. Чтение этой книги можно сравнить с интересным разговором с очень
умным собеседником, который на закате своей долгого пути хочет рассказать слушателю о том, что ему кажется самым важным в деле своей жизни.
Д. Соколов
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
