УДК 51-73+537+531.51 ББК 22.311

Б95

Первое издание книги отмечено победой в 2018 году на конкурсе работ МГУ имени М. В. Ломоносова,

имеющих выдающееся значение для развития науки и образования

Авторы:

В. Л. Бычков, доктор физико-математических наук, академик РАЕН; Ф. С. Зайцев, доктор физико-математических наук, профессор, академик РАЕН

Бычков В. Л., Зайцев Ф. С.

Б95 Математическое моделирование электромагнитных и гравитационных явлений по методологии механики сплошной среды / В. Л. Бычков, Ф. С. Зайцев. – 2-е изд., расшир. и доп. – Москва :

МАКС Пресс, 2019. – 640 с. : ил. ISBN 978-5-317-06077-0

В книге известных российских учёных систематически изложен новый теоретический подход к изучению фундаментальных явлений природы с использованием гипотезы о наличии физического вакуума, или эфира, как некоторой среды, в которой развиваются все процессы. В предлагаемых вниманию исследованиях эфир представляется как некоторая однокомпонентная сплошная среда, удовлетворяющая общепринятым законам сохранения: материи и количества движения. Из этих уравнений получены следствия, которым дана физическая интерпретация. Проведено сопоставление теоретических результатов с базовыми экспериментально установленными физическими законами. Показано хорошее соответствие. Раскрыты детали механизмов многих процессов, казавшихся ранее парадоксальными. Принятый в методологии математического моделирования способ обоснования модели позволяет заключить, что представленная математическая модель эфира адекватно описывает электромагнитные и гравитационные процессы.

Проанализировано, в том числе количественно, более семидесяти различных известных и новых экспериментальных фактов, которые позволяют в методологии физики как науки, обобщающей опыты, сделать вывод о наличии эфира – среды, в которой происходят все процессы.

Содержание книги основано на работах авторов, выполненных в течение последних двенадцати лет. Многие результаты публикуются впервые.

Книга предназначена для специалистов в области электродинамики, электротехники, гравитации и кинетики, а также аспирантов и студентов, интересующихся фундаментальными основами указанных научных направлений.

Данная работа уникальна с точки зрения комплексности рассмотрения проблемы и глубины её анализа.

Ключевые слова: математическое моделирование, электричество и магнетизм, гравитация, кинетика, механика сплошной среды, эфир.

УДК 51-73+537+531.51 ББК 22.311

2.5.2.Преобразование производных и операторов при замене переменных Галилея. Инвариантность

2.5.3.Причина потери галилеевой инвариантности в обобщённых уравнениях Максвелла – неинвариантное преобразование исходных

3

2.5.4.Галилеева неинвариантность классических уравнений Максвелла в отсутствие среды и их инвариантность в эфирной трактовке при

3.Заряд, его электрическое поле. Теорема Гаусса. Закон Кулона. Электрический потенциал. Связь потенциального

11.Внешняя сила, действующая со стороны среды на завихренное течение эфира. Обобщение силы Жуковского для случая трёхмерного частично или полностью

4

12.4.Влияние распределения скорости эфира внутри провода на создаваемое в нём магнитное поле и

5

20.4.Оценка из эфирной модели фотона и его импульса..291

20.5.Оценки с применением эфирных моделей электрона

6

7

23.6.3.Создание магнитного поля вращающимся сверхпроводником, ферромагнетиком и другими объектами. Момент Лондона.

23.6.7.Опыт с вращающимся диском и флюгером ..470

23.6.8.Ошибочные трактовки движения объектов в

8

23.10.2.Уменьшение веса электрона в вакуумной трубке, окружённой сверхпроводником, за счёт

9

10

Предисловие

В современной физике после более чем полувекового забвениявновьполучаетширокоераспространениетрактовкаявлений природы с использованием гипотезы о наличии физического вакуума как некоторой среды, в которой развиваются все процессы. Далее эту среду для краткости будем называть эфиром.

Главные задачи данной книги – демонстрация возможности интерпретации большого класса макроскопических явлений по методологии механики сплошной среды без привлечения релятивизма, придание импульса исследованиям фундаментальных физических законов в рамках парадигмы сплошной среды, а также подробное изложение математического формализма, имеющего перспективу стать общей платформой для консолидации усилий сторонников теории эфира по утверждению её в качестве базовой концепции при анализе явлений природы.

Сразу подчеркнём, что рассматриваемое в книге понятие эфира существенно отличается от концепций эфира XVIII–XX веков [98]. В предлагаемых вниманию исследованиях эфир представляется как некоторая однокомпонентная сплошная среда, удовлетворяющая общепринятым законам сохранения: материи и количества движения. Математическое представление данных законов в виде уравнения неразрывности и второго закона Ньютона будем называть уравнениями эфира. Из этих уравнений с принятым в прикладной математике уровнем строгости получены следствия, которым дана физическая интерпретация. Проведено сопоставление новых теоретических результатов с базовыми экспериментально установленными физическими законами и данными физических опытов, касающихся электрических, магнитных, гравитационных и кинетических явлений. Показанохорошеесоответствие.Раскрытыдеталимеханизмовмногих процессов, казавшихся ранее парадоксальными. Ещё раз подтверждено, что традиционные физические трактовки имеют

11

ограниченную область применимости, а в некоторых случаях не верны.

В методологии математического моделирования [1–5] математическая модель считается адекватной, если следствия из неё соответствуют всем хорошо установленным опытным фактам. Поэтому, согласно методологии математического моделирования, можно сделать заключение об адекватности математической модели эфира, представленной в виде уравнения неразрывности и второго закона Ньютона, для описания электромагнитных и гравитационных процессов.

Логическое построение теории эфира является существенно более прозрачным, чем обычно используемое в физике: экспериментальной проверки требуют уравнения эфира и уравнение его состояния, а не разнообразные формулировки многочисленных физических законов, выводимые здесь как формальные логические следствия уравнений эфира. Хотя математические аспекты рассуждений при выводе некоторых физических законов из уравнений эфира могут быть достаточно сложными.

Проведённые исследования опираются на хорошо известные из механики сплошной среды и электродинамики сведения [6– 39]. Здесь эти сведения систематизированы и развиты для получения эфирной интерпретации электрических, магнитных, гравитационных и кинетических процессов.

Уравнения микроуровневой динамики эфира на масштабах атомарных времён и расстояний предложены Н.А. Магницким в работе [40]. Макроуровневые уравнения эфира предложены В.Л. Бычковым в работах [41–44]. Иерархия математических моделей эфира рассмотрена в статье [45]. Некоторые результаты этих работ представлены и развиты в данной книге.

Изучению микроуровневых процессов в эфире посвящены работы [40, 46–50], а также работы в приведённой там библиографии. В данной книге речь идёт, главным образом, о макроуровневых явлениях.

12

Вкниге представлены следующие новые результаты. С помощью подхода работы [45] из макроуровневых уравнений эфира выведена система уравнений, обобщающая уравнения Максвелла с учётом макроуровневых эффектов. Даны эфирные трактовки заряда, теоремы Гаусса, закона Кулона, электрического потенциала, электрического тока, электромагнитной энергии, электростатических эффектов. Предложено уравнение состояния эфира. Закон Био – Савара, формулы для электродвижущей силы, индуктивности и сопротивления, закон Ампера для электрическихтоков, законОма,законДжоуля– Ленца,силаЛоренца для электрических зарядов, разность потенциалов в эффекте Холла, закон Видемана – Франца получены как математические следствия уравнений эфира. Некоторые эффекты исследованы количественно. Обсуждено различие уравнений эфира и уравнений механики жидкости и газа. Показано, что уравнение движения жидкости и газа можно трактовать как частный случай уравнения движения эфира. Дана математическая классификация установившихся потоков эфира с разделением на электрические, гравитационные и магнитные. Рассмотрена структура носителей эфира – ньютониев, оценены теплопроводность, теплоёмкость, вязкость и электропроводность эфира.

Впредлагаемом подходе, основанном на уравнении неразрывности и втором законе Ньютона, находят естественное объяснение многие фундаментальные явления и парадоксы физики, например: корпускулярно-волновой дуализм; различное поведение противоположно заряженных тел в электрическом и магнитном полях; гравитационное взаимодействие; явления, связанные

смагнитами и электрическими токами, в том числе сверхпроводимость; взаимодействие тел с гладкими поверхностями; фазовые состояния объектов; квантование процессов; бесконтактная передачазарядамеждупроводниками. Приэтомздесьнеиспользуется модель квантовой механики с её набором постулатов и принципов.

13

Сложности в объяснении перечисленных явлений современной физикой указывают на необходимость учёта эфирных эффектов,которыевнейполностью исключаютсяизрассмотрения.

В невязкой среде одной из основных сил, определяющих поведение многих объектов, является сила Жуковского (подъёмная сила). Теоретическое изучение этой силы начато в 1902–1906 годах. В книге показано, что возникновение обобщённой силы Жуковского позволяет естественным образом объяснить два самых фундаментальных и загадочных явления – движение в электрическом поле разноимённо заряженных тел в разные стороны и их вращение в магнитном поле в противоположных направлениях. Кроме того, силы, возникающие при вихревом движении, позволяют дать естественную трактовку закона Ампера о взаимодействии проводников с током.

Исследование моделей механики сплошной среды, в том числе роли силы Жуковского, оказалось в историческом плане достаточно сложной задачей, потребовавшей много времени и значительных усилий выдающихся учёных. Сложность состоит в том, что сила Жуковского в общем случае возникает в объёме, а тело, на которое она действует, может быть частично проницаемым для течения. Фактически детально проработанные и глубоко осознанные результаты в этой области появились лишь в первой половине прошлого столетия [6–9, 19]. Возможно, именно отсутствие до этого времени развёрнутого анализа моделей механики сплошной среды в доступной широкой научной общественности форме стало одной из причин распространения теории относительности, отказавшейся от понятия среды (физического вакуума, или эфира) и трактующей эксперименты и явления природы с помощью трудно воспринимаемых парадоксов [74, 77–81]. Например, при достижении скорости света объект теряет геометрические размеры, в том числе фотон, движущийся со скоростью света, должен стать точкой; масса, электрическое

14

и магнитное поля обращаются в бесконечность; время останавливается (парадокс часов) [29, п. 106, 111; 14, с. 317–319].

С точки зрения методологии математического моделирования теория относительности представляет собой некоторую математическую модель со своими исходными постулатами. В книге эта модель не критикуется и не оспаривается. Вместо неё предлагается другая общая математическая модель природы, дающая гораздо более убедительные объяснения явлениям на основе двух фундаментальных законов.

Предлагаемая математическая модель базируется на инвариантныхотносительнопреобразованияГалилеяуравненияхнеразрывностиидвижениясплошнойсреды(эфира).Всеосновные законы электродинамики и гравитации получены здесь как следствия этих уравнений. Поэтому данная математическая модель подтверждает принцип относительности Галилея – Ньютона, согласно которому все физические уравнения и законы должны быть инвариантными относительно преобразования Галилея.

В п. 2.5.4, добавленном во втором издании, показано, что

классические уравнения Максвелла являются инвариантными относительно преобразования Галилея при досветовой скорости движения координат, если эти уравнения рассматривать не в пустоте, а в среде. Потеря инвариантности уравнений Максвелла в общем случае обусловлена неинвариантным преобразованием уравнения движения эфира, см. п. 2.5.3, 2.5.4.

Следует отметить, что с XIX века в научной и учебной литературе широко представлена гидродинамическая интерпретация электромагнитных явлений [6–9; 16–20; 34, с. 136]. Однако до настоящей работы последовательное, систематическое изучение электродинамики и электротехники на основе методов механики сплошной среды практически не проводилось. При построении

15

математическойтеорииэфирапотребовалосьобобщениеуравнениймеханикисплошнойсредыирассмотрениееёдвиженияв общем трёхмерном случае.

Накопленные экспериментальные факты и неубедительность общепринятых физических трактовок или отсутствие объяснений опытов привели к активному развитию в последние десятилетия различных эфирных представлений о явлениях природы. Библиография современных подходов к изучению эфира и литература по некоторым экспериментам кратко обсуждена в заключении на с. 579. Описываемая в книге теория эфира отличается систематическим применением законов сохранения материи и импульса к анализу экспериментальных фактов, логической последовательностью и математической проработанностью.

Вопросы экспериментов по поиску эфирного ветра и опытов с движущимися источниками света не являются предметом исследований в данной книге. Тем не менее они кратко обсуждены в приложениях 2 и 3, где показывается неубедительность принятой в физике интерпретации этих экспериментов.

В п. 23 приведены многочисленные известные и новые опыты, которые, в соответствии с методологией физики, обобщающей экспериментальные факты, позволяют сделать вывод о наличии эфира как среды, в которой происходят все процессы.

Интересно отметить, что Эйнштейн в поздних работах, см., например:[99],врезультателогическогоанализапарадигмытеории относительности пришёл к постановке задачи о поиске общего основания для понятий материи, поля, энергии. На базе этих работ Эйнштейна в рамках теории относительности развивается направление, в котором явления природы рассматриваются как протекающие в некоторой среде. В ведущих физических вузах начинается преподавание соответствующих курсов. Например, в МФТИ с 2009 года в программу обучения студентов

16

входит курс электродинамики, не использующий понятия пустого пространства [100]. Такие тенденции дают дополнительное подтверждение необходимости пересмотра теоретической трактовки явлений природы, доминировавшей в XX веке.

Подчеркнём ещё раз, что в данной книге теория относительности не используется. Вместо неё предлагается другая модель природы.

В книге применяются единицы измерения СГС с абсолютной гауссовой системой для измерения электрических и магнитных величин. Эта система единиц более удобна для описания эфира по сравнению с системой СИ0 , так0 как не содержит искусственно введённых параметров и .

Некоторые аналитические решения получены с помощью системы символьных вычислений Maple (www.maplesoft.com).

Излагаемый здесь материал, независимо от отношения к гипотезе о существовании эфира и его физической интерпретации, может рассматриваться как новый эффективный математический аппарат для детального изучения электрических, магнитных и гравитационных явлений.

Применение нового теоретического аппарата с использованием методов прикладной математики начато в работе [50]. Исследованиявэтомнаправленииимеютпервостепенноезначение, так как детальное понимание скрытых от непосредственного наблюдения явлений природы открывает возможность создания принципиально новых устройств и технологий для производства и хранения энергии, обработки информации, передвижения в пространстве, овладения силой гравитации.

Некоторые публикации в открытых изданиях, цитируемые в первом издании книги, выполнены при поддержке ООО «Нью Инфлоу», Москва, Россия.

Первое издание книги [101] вызвало большой интерес, особенно среди учёных, занимающихся изучением фундаменталь-

17

ных законов природы. Весь тираж разошёлся менее чем за полгода. Обзор книги представлен в докладах на физическом и ме- ханико-математическом факультетах МГУ имени М.В. Ломоносова, в Институте проблем механики РАН, в Российском университетедружбынародовнасеминаре,посвящённомсовременным проблемам физики, и в других организациях. Видео некоторых докладов и их обсуждений, а также слайды презентаций можно найти на сайтах шаровая-молния.орг и lenr.seplm.ru.

В 2018 году книга победила на конкурсе работ МГУ имени М.В. Ломоносова, имеющих выдающееся значение для развития науки и образования.

Во втором издании расширен круг обсуждаемых вопросов, уточнены некоторые формулировки, исправлен ряд мелких опечаток. Построена кинетическая теория эфира. Рассмотрены теплопроводность, теплоёмкость, вязкость, самодиффузия и электропроводность эфира. Представлены эфирные модели теплопроводности и электропроводности в твёрдом веществе. Большое внимание уделено демонстрации применения теории эфира к изучению различных явлений, проанализировано более семидесяти экспериментов. Перечислим новые разделы и разделы с важными модификациями: предисловие, п. 1, 1.4, 2.4, 2.5, 12.2, 12.3, 16.1, 18.2, 18.10–18.14, 21, 22.2, 23–25, заключение.

Авторы глубоко признательны лауреату Премии Совета Министров СССР, члену-корреспонденту РАЕН, к.т.н. Владимиру Александровичу Чижову за большой интерес к исследованиям, обсуждение вопросов теории, участие в проведении и интерпретации экспериментов, в том числе с электрическими машинами, создание плодотворной творческой атмосферы. Авторы благодарнысотрудникуфизическогофакультетаМГУимениМ.В.Ломоносова Игорю Николаевичу Степанову за изготовление некоторыхустановок. АвторытакжепризнательныСергеюМихайловичу Годину за участие в ряде экспериментов, проведение тонких измерений и обсуждения результатов опытов.

18