Тема «волна» – одна из самых больших в науке; охватить её в одном опусе – совершенно невозможная затея! Здесь я предлагаю лишь обратить внимание на некоторую общность природы волн на воде и так называемых электромагнитных волн.
Да, первые представления у человека о распространяющейся волне появились вот с этих растущих кругов от брошенного в воду камешка. Волна теоретически определяется, как явление переноса энергии без переноса вещества (хотя, есть и исключения). Воздух – среда хорошо сжимаемая, и потому в ней возможны сферические продольные волны колебаний плотности, иначе, звуковые волны. Продольные колебания плотности звуковых волн происходят на молекулярном уровне. Потому диапазон частот здесь довольно широк. Волны на воде – как бы двухмерные образования, на границе двух сред: воздуха и воды. Вектор колебания движется в вертикальном направлении, что создаёт впечатление поперечных волн. На самом же деле главные события происходят под поверхностью воды. Вода – среда малосжимаемая, не чета воздуху. И если где-то уровень воды опускается, то по соседству уровень воды поднимается. Поднявшийся уровень воды неустойчив в силу вакуумного гравитационного давления; слои жидкости сдвигаются, но не прямо, а с поворотом, т. к. из-за вязкости воды, плохой сжимаемости жидкости и движения в сторону с бОльшей плотностью среды, возникает вращательное движение жидкости. Поэтому любая деформация ровной поверхности жидкости приводит к рождению вращающегося в вертикальном направлении водяного тора, которые мы воспринимаем, как круги на водной глади. При инерционном колебании поверхности воды, количество этих кругов начинает множиться и расти в диаметре, катиться, как колёса, от места возмущения всё дальше и дальше, но теряя при этом энергию. Мы видим только верхнюю часть этих колёс-торов вращения, как бегущие волны. Если смотреть на вращающиеся кольца жидкости на уровне глаз, сбоку от места возбуждения, то у уходящей вправо волны будет вращение жидкости и взвеси в ней по часовой стрелке, а у уходящей влево волны – против часовой стрелки. Нечто вроде диполя. Как видите, зависит от точки зрения.
Если взять большую кастрюлю, наполнить её водой почти до самого края, то можно провести интересный опыт с запаздывающими и опережающими волнами на воде. Ударив твёрдым предметом по стенке кастрюли, можно вызвать опережающую волну, т. е. сходящуюся к центру ёмкости круговую волну, что, вообще, не характерно для волн. Волна, симметрично добегая до середины, складывается, образуя единый горб, а потом этот горб становится причиной рождения запаздывающей, обычной волны, волны, бегущей от центра возмущения к краям ёмкости. От края кастрюли волна также симметрично отражается и идёт назад, к центру. И это прямое и обратное движение волн инерционно может повторяться несколько раз до полного затухания колебаний. Вектор «подводного» кругового вращения жидкости опережающей и запаздывающей волны не меняется, идёт также по часовой стрелке – вправо, и против часовой стрелки – влево.
В море и в океане природа волн такая же, но там деформация водной поверхности происходит в основном за счёт энергичного движения воздушных масс. А волны цунами, как известно, рождаются за счёт резкого опускания или подъёма пластов земной коры при землетрясении. Уровень воды также резко опускается или поднимается, что вызывает рождение мощного колеса вращения плохо сжимаемой жидкости. То, что волна на воде, – это вращение, хорошо показывают на море или океане прибрежные прибои. Это – катящиеся водные валы, которые на мелководье из-за торможения растут и опрокидываются. Конечно, вид волн, силу волн, особенности движения и поведения во многом определяет то, в каком водоёме и как волны рождаются и движутся. На мелководье, при движении волн, вращательное движение частиц воды и взвеси в ней сопровождается ещё и небольшой процессией в направлении вращения и движения волны. Потому даже на морских и океанских мелководьях происходит не только перенос волнами энергии, но и вещества. Сколько на берег выбрасывает плавающего сора, взвеси, даже потерпевших крушение кораблей. Картину волнений на море отчасти можно увидеть и на земле, в широких полях созревшей пшеницы. Порывы ветра волнуют, колеблют колосья пшеницы на больших площадях, и создаётся полная иллюзия морского волнения.
Итожа тему продольных звуковых волн в атмосфере и «поперечных» волн на поверхности воды, можно сказать, что все они являются следствием периодических нелинейных динамик в средах – соответственно, колебания и вращения. А что же с электромагнитной волной?! Ведь она так похожа по своему поведению и характеристикам с волнами на поверхности жидкости (интерференция, дифракция)! Но если у звуковых волн и волн на воде есть конкретный вещественный носитель, то какая среда является переносчиком энергии электромагнитных волн?! Кто-то говорит – пустота, кто-то говорит – пространство. Раньше подобная среда звалась эфиром. Однако учёным со временем он показался излишним, ненужным. Что касается пустоты, то эту нелепость уже давно пора оставить в прошлом. А вот природа физического пространства – это серьёзно! Конечно же, это реальная материальная среда, свойства и характеристики которой предстоит ещё установить. Поля – гравитационное, магнитное, электрическое – ни некие истечения из атомарного вещества, а изменённое состояние среды физ. вакуума вокруг массивного тела, постоянного магнита, наэлектризованного тела. Это столь очевидно, что не требует особых доказательств! И сама частица протон, из которых сложено атомарное вещество, также не инородна среде физ. вакуума, а является устойчивой локальной колебательной динамикой этой среды («дыхание вакуума»).
Дело в том, что электромагнитной волной является и фотон, испущенный возбуждённым атомом, и волны, испущенные проводником, в котором колеблется переменный ток. Только частоты и длины волн у них очень отличаются. Хорошим аналогом затухающих колебаний на воде являются затухающие колебания электромагнитных волн, рождаемых вибратором Герца. Вибратор Герца – металлический стержень с разрывом, с промежутком посредине. На концах проводника, в месте разрыва, насаживаются два металлических шарика (разрядник). На металлические шарики разрядника вибратора Герца подаётся разовая разность потенциалов порядка 80 киловольт, и система предоставляется самой себе. В системе начинается колебательный процесс, который состоит в перезарядке шариков. По проводникам, в прямом и в обратном направлении, колеблется ток. Колебания тока возбуждают в окружающем пространстве переменное магнитное поле, которое принято называть электромагнитным полем. По причине сопротивления и выделяющегося тепла, колебания тока в проводниках затухают; гаснут колебания и переменного магнитного поля. Графически это выглядит, как нисходящая синусоида. Если графически изобразить и затухающие колебания на воде, то это тоже будет нисходящая синусоида. Деформируя ровную поверхность воды, мы тоже как бы создаём разность потенциалов: уменьшая уровень воды в одном месте – повышаем уровень воды рядом. Неустойчивость такой системы очевидна. Предоставив систему самой себе – начнутся колебания. Но если в вибраторе Герца колебательную динамику обусловливают чрезмерные плотности и давления разноимённых зарядов, их взаимодействие и погашение, то в случае с колебаниями воды, периодическую затухающую динамику обусловливают вакуумное гравитационное давление и относительная несжимаемость, упругость жидкости, а также вязкость воды.
Если деформация ровной водной поверхности приводит к возникновению вращательных, кольцевых движений жидкости, то в металлическом проводнике эти вращательные, кольцевые движения уже есть – токи Ампера. Частицы-заряды движутся в атомах металла по кольцевым, замкнутым траекториям. В постоянном магните эти кольцевые токи сонаправленны, и создают единое вихревое магнитное поле с двумя полюсами – левого направления вращения и правого. В проводнике, в котором течёт постоянный ток, кольцевые токи частиц-зарядов (магнитные моменты) тоже выстраиваются сонаправленно, как в постоянном магните; это главное условие протекания тока. Вокруг проводника здесь существует неизменное магнитное поле. Если же ток в проводнике переменный, то магнитные моменты частиц-зарядов периодически переворачиваются на 180 градусов, меняя ориентацию. Периодичность переворотов – периодичность колебания тока. В сети электрического питания 220 вольт частота колебания тока – 50 герц в секунду. Длина электромагнитной волны, возбуждаемой в проводах этой сети, равна шести тысячам километров.
Условное изображение движущейся от проводника электромагнитной волны (переменной магнитной), которое представлено в учебной литературе и видео, имеет мало общего с реальностью. И даже само описание рождения волны не всегда соответствует действительности. На рисунках изображаются две перпендикулярных синусоиды: сопряжённые колебания напряжённости электрического и магнитного поля, которые, удаляясь всё дальше от проводника-источника, порождают друг друга. Чего, конечно, на самом деле нет. Выдумка о самопорождениях придумана для объяснения движения волн в пустоте. Но волны распространяются в среде, и никакого самопроизводства здесь нет! Повторяю ещё раз: в реальности мы имеем дело с переменной магнитной волной, где движение тока в проводнике в одном направлении создаёт полуволну левого винта, а движение тока в проводнике в противоположном направлении создаёт полуволну правого винта. И они уходят в среду уже готовыми, без взаимных переделок. В проводнике с постоянным током магнитное поле – одной ориентации (например, левой). Если поменять полярность постоянного тока – направление магнитного поля будет другой ориентации (правой). При переменном токе в проводнике левый винт магнитного поля меняется правым и наоборот. Никакой так называемой электрической составляющей в магнитной переменной волне нет! В сущности, проводник с переменным током – это диполь, или, если угодно, поперечно вращающийся постоянный магнит, где полюса в пространстве меняются местами. Излучают переменные магнитные волны только поперечно вращающиеся диполи, никто другой! Частицы-заряды в атоме – это тоже диполи, с магнитными моментами левого и правого спина. Их коллективное поперечное опрокидывание на 180 градусов при переменном токе и создаёт переменные магнитные волны, волны вращения левого и правого винта. Если проводник-излучатель – небольшой и прямолинейный, то на самом деле переменные магнитные волны должны изображаться в виде чередующихся веретён, приставленных боками, с правой и левой закруткой нитей. Простите за такой образ. Два соседних веретена соответствуют одному периоду колебания. И переменная волна эта поляризована, как и все волны с прямолинейных излучателей-антенн. Поляризация бывает вертикальная, горизонтальная, круговая, винтообразная, в зависимости от конструкции антенны. К слову, кто-то предпочитает образу веретена – образ булочки круассан.
Если вернуться к волнам на воде и напомнить о кольцевых вращениях жидкости под поверхностью, то эти кольцевые вращения есть некая аналогия с веретёнами переменного магнитного поля, уходящими прочь от проводника-излучателя. Уходящими со световой скоростью. Но эти уходящие веретёна вращения левого и правого винта есть лишь реакция на колебание тока в проводнике, где магнитные моменты частиц переворачиваются на 180 градусов. Волновое уравнение Максвелла и показывает нам, как колебания тока в проводнике, иначе, периодические поперечные переворачивания кольцевых зарядов с их полями, возбуждают вокруг проводника переменные вращательные (вихревые) поля, что и есть распространяющееся от проводника-излучателя переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле, имея достаточно энергии, и, встречая на пути такой же проводник, начнёт также колебать в нём и поперечно переворачивать кольцевые заряды. И здесь возникнет колебание тока, пусть слабое, но чувствительное. Ошибка в познании азов электромагнетизма заключается в том, что была и есть вера в возможность неподвижности электрического заряда, в нежелании понимать саму природу электрического заряда! На самом деле никакой неподвижности заряда нет и быть не может. Сам электрический заряд есть кольцевое, вращательное движение частицы с рождением постоянного вихревого поля левого и правого направления, вращательное движение, которое нельзя уничтожить! Неподвижный, статичный заряд не может создавать никакое электрическое поле! Якобы, взирая на неподвижный электрический заряд из движущейся системы отсчёта, тут создаётся и магнитное поле… Изменение точки зрения никак не влияет на изменение физических реалий! Без «внутренней» устойчивой динамики объекта нет никакого поля! В кольцевом вращении частицы уже присутствуют и «магнитная» и «электрическая» составляющие будущей волны (правый и левый винт закрутки)! Заряд всегда есть диполь! А поперечное вращение этого диполя рождает переменную магнитную волну…