Двухкомпонентная модель вакуума.

 

а) – динамическая модель вакуума (стрелками показано направление вращения вихрей),

б) – тангенциальная деформация вихря при смещении частиц (деформация сжатия условно показана утолщением линии в верхней части вихря, испытывающей деформацию сжатия).

 

1 – промежуточные частицы,

2 – “вихри Максвелла”.

 

В результате долгих раздумий (по собственному признанию Максвелла) он предположил, что все пространство заполнено “молекулярными вихрями” - 2 (будем называть их просто вихрями), вращательное движение между которыми передается через очень малые частицы - 1, находящиеся между этими вихрями. Поэтому каждый вихрь заставляет вращаться соседние вихри в том же направлении.

Вот, собственно, и вся модель. Но эта простая модель заключает в себе удивительное множество самых разных возможностей!

Сначала обсудим некоторые общие вопросы.

Многих смущает само название главного элемента модели – “вихрь”. Из этого они делают заключение, что “вихри” постоянно вращаются. Следует и в самом деле признать это название не совсем удачным (либо неудачным переводом), так как “вихрь” – это всего лишь упругий механический элемент (цилиндр или шарик), который может и вращаться, и быть неподвижным. Тем не менее, нам придется следовать этому исторически сложившемуся названию.

Не правда ли, идея “вихрей” (пузырьков), заполняющих все пространство и создающих своеобразный каркас, напоминает в значительной мере идею так называемых “планкеонов”, из которых, как предполагается, состоит вакуум, и ряд других подобных “изобретений” последнего времени?

Как водится, новое – это хорошо забытое старое.

Перечислим основные свойства этой двухкомпонентной модели вакуума.

• Линейные размеры вихрей не сказываются (как показал Максвелл) на свойствах динамической модели.
• Масса и размеры промежуточных частиц (между вихрями) полагаются пренебрежимо малыми.
• Объем и форма вихрей не поддаются деформации – деформация тангенциальна к поверхности вихря, то есть, вихри можно представить себе как пузырьки, у которых может вращаться и подвергаться деформации только оболочка, но не содержимое.
• Величины деформаций полагаются достаточно малыми, что обеспечивает линейность зависимости силы от величины деформации.
• Частицы, заполняющие промежутки между вихрями, ведут себя (в совокупности) как несжимаемая жидкость.
• Трение и какие-либо другие потери энергии отсутствуют.

 

Сам Максвелл рассматривал модель как рабочий инструмент и по мере надобности вносил в нее изменения, позволявшие наиболее оптимальным образом решать (в трех измерениях!) конкретные задачи. Например, на рис. 2 изображен один из вариантов модели.

 

 

Рис. 2. Модель вакуума (вариант из книги Максвелла [1])

 

Вихри изображены в виде шестиугольников (в трех измерениях - это многогранники).

 

Максимально упростим модель и будем считать, что вихрь занимает единичный объем. Тогда масса вихря m, полностью сосредоточенная на его поверхности, будет являться аналогом магнитной проницаемости вакуума. Скорость Н вращательного движения поверхности вихря положим всюду одинаковой (поверхность вихря представим в форме цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения, а так как магнитное поле является векторной величиной, то мы всегда можем в данной области пространства оси цилиндров расположить вдоль этого направления). Тогда Н может рассматриваться как аналог напряженности магнитного поля, а кинетическая энергия вращения вихря m Н²/2 – будет аналогом плотности энергии магнитного поля.

Следуя этой аналогии, диэлектрическая проницаемость вакуума e будет соответствовать обратной величине коэффициента упругости поверхности вихря при возникновении ее тангенциальной деформации. Степень деформации при этом характеризуется величиной смещения D (аналог электрического смещения). Потенциальная энергия деформации в единице объема равна D²/2e и соответствует плотности энергии электрического поля.

Таким образом, в рассуждениях мы можем использовать применительно к модели все обозначения, традиционно используемые для описания электромагнитного поля!

В результате каких процессов возникает деформация вихрей?

Во-первых, деформация вихрей имеет место при наличии в вакууме электростатического заряда.

Как это можно проиллюстрировать с помощью модели?

Представим себе, что в определенных условиях в некоторой области произошло уплотнение жидкости частиц (такие процессы происходят при вращении электромагнитного солитона [2,3,5]), то есть, образно говоря, жидкость оказалась “втянутой” в некоторую область. Тогда окружающие эту область малые частицы жидкости переместятся по направлению к указанной области, увлекая за собой примыкающие к ним стенки вихрей. В результате вихри будут испытывать деформацию, как это показано на рис. 1,б. Эта деформация будет пропорциональна “объему” жидкости частиц q, втянутой в рассматриваемую область локализации заряда, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от этой области:

 

D_э = q/4p r ²,

 

где r – расстояние от заряда.

 

“Объем электрического смещения” (назовем его так) одинаков на поверхности сферы любого радиуса, окружающей заряд, и равен объему втянутой жидкости, то есть, величине заряда (D_э·4p r²). Это свойство, очевидно, лежит в основе теоремы Остроградского – Гаусса.

 

Рис. 3. Модель положительного заряда

В области положительного заряда q жидкость частиц имеет увеличенную плотность за счет “втягивания” жидкости частиц в эту область из окружающего пространства. Возникающие при этом силы Е (аналог напряженности электрического поля), с которыми деформированные вихри действуют на частицы жидкости, имеют противоположное перемещению частиц направление.

 

Обратим внимание на то, что согласно модели вакуума избыток жидкости частиц в некоторой области (втягивание жидкости в эту область) соответствует наличию положительного заряда в рассматриваемой области. Действительно, сила, с которой вихри в окружающем пространстве действуют на частицы – аналог вектора напряженности электрического поля Е, направлена в противоположную перемещению жидкости частиц сторону, то есть, от заряда, что соответствует определению положительного знака заряда.

Соответственно, если в какой-то области пространства жидкость частиц имеет пониженную плотность (выталкивается в окружающее пространство), то это означает согласно модели наличие в этой области отрицательного заряда.

Поэтому жидкость частиц стали называть “электрической жидкостью”, хотя модель является чисто механической!

Во-вторых, вихри могут деформироваться без непосредственного участия статических зарядов – в результате воздействия друг на друга, то есть, вследствие динамических процессов в возбужденном вакууме. Речь идет, например, о распространении волны в вакууме (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Модель распространения поперечной плоской