собственных колебаний системы, амплитуда колебаний возрастает и достигает максимума при совпадении частот вынуждающей силы и собственной частоты колебательной системы. Как видите, колебательная система способна накапливать энергию специфическим, избирательным образом. Это явление называется резонансом.

Колебаться может не только сосредоточенная колебательная система, но и сплошная среда. Понятно, что если возникают колебания в одной части среды, например, воздуха вблизи движущегося диффузора громкоговорителя, то в сплошной среде они не могут остаться локализованными, ибо нет границ, которые могли бы остановить распространение колебаний. Колебания распространяются в среде не мгновенно, а с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. Фаза колебаний частиц среды и источника тем больше отличаются друг от друга, чем больше это расстояние.

Процесс распространения колебаний в сплошной среде называют волновым процессом, или волной.

§ 8.2. Структура и основные свойства электромагнитной волны

Как отмечал Дж. К. Максвелл в работе «Динамическая теория электромагнитного поля»: «Распространение колебаний состоит в непрерывном преобразовании одной из этих форм энергии в другую попеременно, и в любой момент количество энергии во всей среде разделено поровну, так что половина энергии является энергией движения, а другая половина – энергией упругого натяжения». Здесь речь идёт о потенциальной (электрической) и кинетической (магнитной) энергиях. Именно так распространяются все волны, изученные наукой. Кроме электромагнитных. Сам Максвелл считал, что в эфире должны распространяться волны, и эти волны именно он назвал электромагнитными. Он считал, что энергия электрического поля переходит в энергию магнитного поля и наоборот. Но он не знал тогда, что на практике окажется, что фазы изменения электрической и магнитной компонент электромагнитной волны одинаковы. Знай он результаты опытов Герца, то весьма бы удивился.

Возвращаясь к волнам, отметим, что среди разнообразных типов встречаются волны на поверхности жидкости и упругие волны. Упругими называются волны, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольными и поперечными. В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны, а в поперечных – поперёк этого направления. В жидкостях и газах возникают только продольные волны, а в твёрдых телах - и продольные, и поперечные. И только «электромагнитные волны» носят строго поперечный характер. Ни тогда, ни теперь не обнаружено никаких продольных электромагнитных волн. Именно это в своё время поставило в тупик многих исследователей свойств эфира. Поскольку не давало полностью ассоциировать эфир ни с газом, ни даже с упругим телом, наподобие кристалла. Но, действуя последовательно и логически, следовало бы сначала выяснить другое: а с волнами ли мы имеем дело, когда изучаем электромагнитные явления? Этот вопрос пришёл в голову очень и очень немногим, но всё-таки он приходил. Например, Н. Тесла задавался этим вопросом [6, c. 165]. В частности, насколько мы можем судить по его работам, Н. Тесла считал «волны Герца» вовсе не волнами, притом сам заявлял, что возбуждает в Земле именно волны и это принципиально другое явление по отношению к излучению Герца-Максвелла. Мы теперь понимаем, какого рода волны возбуждал или пытался возбудить Тесла – это электронные волны в проводящей коре Земли. Периодически «выкачивая» и «вкачивая» электроны из грунта в сферический уединенный конденсатор, поднятый на солидную высоту (башня Wardenclyffe в 1903 г.), он создавал самые настоящие поверхностные волны электронной плотности, разбегавшиеся во все стороны по поверхности Земли, как волны от лопнувшего пузырька по поверхности воды.

168

Конечно же, волны электронной плотности неотделимы от изменений напряжённости электрического поля, ибо само поле неотделимо от электрона. По этой причине волны Н. Тесла могли быть приняты не только его «башней», но и любой обычной антенной. Этот факт, видимо, и позволил учёным того времени не услышать гениального Н. Тесла и счесть его волны «обычными» электромагнитными. Похоже, волны Тесла принимаются одинаково как антеннами горизонтальной поляризации, так и вертикальной. Но вернёмся же к общепринятому на сегодня пониманию «электромагнитных волн» и посмотрим, что это такое, вернее, чем это принято считать и на основании каких фактов.

Электромагнитной волной называют [1] переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью. Переведем с русского на русский: т.е. полагается, что если в абсолютной пустоте, где доселе не было никакой материи и никаких полей, вы вдруг создали электромагнитное поле (например, включили вибратор Герца), то это поле начнёт распространяться на всё пустое пространство и процесс его распространения называют электромагнитной волной. Буквально следуя такому определению, мы должны были бы сказать, что электромагнитное поле подобно не волне (волна – это всегда распространение возмущения в уже существующей среде) а скорее осколкам и газам от взрыва, разлетающимся в разные стороны. Если же полагать, как полагаем мы, что само пространство создано бесчисленными полями всех элементарных материальных частиц Вселенной, которые нигде не кончаются, то тогда можно было бы говорить, что электромагнитная волна – это именно волна. Но пришлось бы сказать, волной чего именно она является. То есть каких именно параметров материальной среды (эфира, вакуума, пленума). А мы не так уж много параметров вакуума знаем.

У простейшей электромагнитной волны принято выделять два параметра:

электрическую E и магнитную B компоненты. Причём экспериментально установлено, что (рис. 8.3) эти компоненты перпендикулярны друг другу и синфазны.

Рис. 8.3. Структура плоской электромагнитной волны с вертикальной поляризацией

Кроме того, они перпендикулярны направлению распространения волны (вектору её скорости vr ). Более сложные волны всегда можно представить в виде суперпозиции

плоско поляризованных простейших волн. Расстояние между максимами векторов E или

169

B называется длиной волны λ . Экспериментально установлено, что «электромагнитная волна» переносит через площадку S энергию и импульс. Объемная плотность энергии равна:

Импульс же есть полная энергия, делённая на скорость распространения волны (в данном

Умножив плотность энергии на скорость распространения электромагнитной волны, получим плотность потока энергии:

(8.18) Sr = Er Hr .

Эта векторная величина называется вектором Умова – Пойнтинга и показывает, в каком направлении распространяется электромагнитная волна и какой величины её плотность потока энергии.

Установлено многочисленными экспериментами, что в вакууме электромагнитная волна распространяется со скоростью c ≈ 300000км/ с. Установлено также экспериментально и выведено из уравнений Максвелла соотношение между электрической и магнитной компонентами электромагнитной волны в каждый момент времени:

Это соотношение именно в такой форме, как его привели мы, нечасто приводят в физической литературе. А между тем оно настолько показательно, что только одно его вдумчивое созерцание уже может привести к более правильному пониманию природы «электромагнитной волны».

§ 8.3. Парадоксы электромагнитной волны

Процитируем некоторые, весьма характерные, определения, даваемые в современной научной литературе [7] касательно электромагнитных волн:

«Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы их перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны...»

Здесь смешаны факты и предположения. Фактом является поперечность магнитной и электрической компонент явления, а предположением - волновой характер явления.

170

«Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью...»

Это, несомненно, факт.

«В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу...»

Фактом является наличие для неподвижного наблюдателя электрической и магнитной компонент явления, а также их синфазность во времени. Предположением, причём весьма

странным, является взаимное превращение этих компонент. В самом деле, если E и H синфазны, то для внешнего неподвижного наблюдателя процесс во времени разворачивается так, как если бы изначально отсутствовавшая энергия, пропорциональная

E 2 и H 2 , вдруг начала бы нарастать в точке наблюдения, а потом опять же синфазно спала до нуля. О взаимном превращении можно было бы говорить, если бы энергия одной из компонент уменьшалась бы, при увеличении другой компоненты и, наоборот, при сохранении некоторой суммарной энергии. Но ведь достаточно взглянуть на стандартный рис.8.3, чтобы увидеть, что заявление о взаимном превращении энергий магнитного и электрического полей - фикция. Немедленно встаёт вопрос о том, в какой форме энергия (несомненно, присущая "электромагнитной волне") пребывает в узловой точке, где и E = 0 и H = 0 ? Классическая электродинамика, насколько нам известно, вообще не ставит этот вопрос и не считает нужным на него отвечать. Это и является, на наш взгляд, одной из причин по которой некоторые учёные и лжеучёные XXI века усиленно ищут третью (продольную) компоненту «электромагнитного поля», и даже «находят» её с завидной периодичностью.

«Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии...»

Это также - экспериментальный факт.

«Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление...»

В данном случае фактом является наличие давления электромагнитных волн, а предположением является механизм возникновения давления на среду, состоящую из заряженных частиц. Заметим, что описанный механизм в точности таков же, как хорошо известный механизм индукционного ускорения/торможения тел. В частности, широко известный опыт с разгоном токопроводящего кольца, изначально лежавшего на верхнем краю вертикально стоящего соленоида при резком изменении тока этого соленоида. Причём для объяснения указанного опыта исследователю доселе не требовалась никакая «электромагнитная волна». Достаточно законов индукции и магнитостатики.

Внимательный читатель заметил уже, что в вакууме электромагнитная волна однозначно описывается всего одной характеристикой – либо напряженностью электрического поля, либо магнитной индукцией (напряжённостью магнитного поля). Все остальные величины полностью определены, как только известна первая. Это означает, что традиционное описание электромагнитной волны избыточно. Странно говорить о

171