Текст книги "Тунгусское сияние"
Автор книги: А. Ольховатов
Соавторы: Б. Родионов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 14 страниц)
Только поэтому – а не потому, что во всем разобрались – мы не считаем чудесами рождение ребенка или распускающийся цветок, грозу или землетрясение, Солнце или Луну, электрон или атомное ядро. Не считаем чудом даже самих себя – изумительное скопление мириадов слаженно работающих живых микроскопических клеток, каждая из которых неописуемо сложнее и умнее любой созданной человеком машины.
Ко всему этому мы уже привыкли: эти "чудеса" описаны и классифицированы учеными, "разложены по полочкам" различных наук. Их "проходят" в школе или институте. Хотя во всем этом "известном" поколениям ученых еще предстоит разбираться и разбираться.
И даже среди физиков – а наша наука имеет дело с самыми простыми вещами – с "неживой" природой – вряд ли найдется человек, который верит, что с атомом или электроном, с энергией или временем мы уже окончательно "разобрались".
Отсюда следует важный философский вывод: природа – это собрание чудес.
Одни чудеса нам привычны и при определенных условиях повторяются -мы их и чудесами – то не называем. Именно такими повторяющимися, обычными "чудесами" занимается наука.
При этом чудеса, которые "всегда маячат перед глазами" (или перед нашим "умственным взором") – вроде материи, времени или пространства относят к философским категориям – к самым важным характеристикам нашего бытия (и заметьте – все еще непознанным!).
А другие чудеса, которые редки и непривычны, естественно противоречат нашему повседневному опыту. И иногда – страшно сказать! – противоречат науке, усердно "раскладывающей по полочкам" прошлый опыт человечества. Эти-то чудеса мы и называем настоящими, необыкновенными чудесами. И... не верим в чудеса до тех пор, пока к ним не привыкнем.
Начнем привыкать? В этой книге много непривычного и, следовательно, неправдоподобного. Но задача ученых – не отбрасывать неправдоподобное ("настоящее чудо") только потому, что его трудно объяснить. Если чудо, конечно, действительно было, а не померещилось кому-то. И такое бывает...
Тунгусский взрыв 1908 года в этом смысле сомнений не вызывает – он был. И сопровождался необычайными явлениями, о которых подробно рассказано в этой книге. Объяснить же эти явления нам удалось самим себе только с помощью необычной физики линейной материи (флюксов).
Но без количественной (математической) модели линейной материи основы "теории чудес" – физики никаким нашим объяснениям не поверят. Уж так они приучены. Вот и приходится в популярную книгу о Тунгусском чуде специально для недоверчивых коллег (в том числе и для коллег подрастающих – учащихся, студентов), для всех по-хорошему "въедливых" любителей науки вставить столь ненавистные некоторым читателям формулы.
Ниже вы найдете популярное введение в теорию линейной материи, свойства которой объясняют все известные нам чудеса. Изложение теории сделано по-возможности простым и занимательным. Но без дотошных разъяснений (в случае заминки – встретилось незнакомое понятие) – у любителей физики наверняка найдутся необходимые справочники, энциклопедии или "серьезные" учебники физики. Ниже написано в основном то, чего там – в учебниках и справочниках – пока еще нет.
Для расчетов будем пользоваться преимущественно любимой физиками абсолютной гауссовой системой единиц, в которой основные единицы сантиметр, грамм и секунда, а абсолютные электрическая и магнитная проницаемости безразмерны и в вакууме равны единице.
Знакомьтесь: флюксоид – "отец" флюкса
Квантованность магнитного потока. В 1950 г. Фриц Лондон (не путать с другим известным физиком Гейнцем Лондоном – его родным братом) предположил, что магнитное поле представляет из себя "связку" элементарных магнитных потоков, или квантов потока Фо. Эти кванты Ф. Лондон назвал флюксоидами [латинский корень flu входит в слова, означающие движение жидкости: fluo – течь, flumen – река, fluctus волна; "флюксоид" означает нечто, порождающее поток].
Напомним, что магнитным потоком Ф называют произведение магнитной индукции В на нормальную (перпендикулярную) к В площадь поперечного сечения поля S (поэтому В называют также плотностью магнитного потока).
В вакууме магнитная индукция В совпадает с напряженностью магнитного поля Н, в веществе В = цН, где ц – абсолютная магнитная проницаемость вещества. Поэтому Ф = BS = цНВ, а в вакууме Ф = HS (ц = 1).
Ф. Лондон впервые расчитал величину кванта магнитного потока Фд = Tich/e, где с – скорость света в вакууме, h – постоянная Планка, е заряд электрона. Величина кванта магнитного потока – флюксоида теперь приводится во всех достаточно полных таблицах физических постоянных.
Флюксоиды Ф. Лондона – кванты магнитного потока – экспериментально обнаружены в 1961 г. в независимых экспериментах двух групп (Дивер и Фейрбэнк, Долл и Нейбауэр).
–то на практике означает квантованность магнитного потока? То, что, когда вы "плавно" (например, с помощью реостата) изменяете ток в катушке электромагнита, то и ток, и магнитное поле в катушке изменяются на самом деле не плавно, а маленькими скачками, порциями, которые принято называть квантами [квант – лат. quantum – сколько]. Точно так же бывает, когда вы нажимаете на педали велосипеда, желая увеличить его скорость: велосипед тоже разгоняется неощутимо маленькими скачками, поскольку квантован момент импульса любых колес J = mvr, здесь m – масса обода колеса, v – линейная скорость его вращения (по величине совпадает со скоростью велосипеда), r – радиус колеса. Квант момента импульса h – постоянная Планка.
Можно считать, что магнитные силовые линии, придуманные Михаилом Фарадеем (1791 – 1867) [в отличие от имени Ньютона, имя Фарадея у нас часто пишут "на аглицкий манер" – Майкл], приобретают теперь и такой смысл: магнитная силовая линия – это зримый образ кванта магнитного потока – флюксоида.
Например, нет силовых линий – нет магнитного поля, нарисована одна линия – есть поле с одним квантом магнитного потока, две линии – два кванта Фд (два флюксоида) и так далее.
Флюксоиды и квантованность момента импульса. Теперь докажем небольшую теорему, которая показывает, что существование флюксоидов – следствие квантованности момента импульса частиц. Эта теорема не только позволит элементарно получить величину кванта магнитного потока, но и заставит нас по-новому взглянуть на самые основы физики. Теорема. Электрически заряженная частица движется в постоянном однородном магнитном поле по окружности (спирали), охватывающей целое число квантов магнитного потока.
Доказательство. Для простоты рассмотрим движение в вакууме частицы с массой m и скоростью v в однородном и постоянном магнитном поле Н в плоскости, нормальной к вектору напряженности магнитного поля. В поле Н частица будет двигаться под действием силы Лоренца evH/c = реН, уравновешенной центробежной силой ym-v^T = Рр/г, где е – электрический заряд частицы, у – лоренц-фактор частицы, равный (1 – Р)'^, р = v/c (наше доказательство справедливо и для релятивистского движения – со скоростью v близкой к скорости света с), r – радиус окружности, по которой движется частица, Р = урте^ – импульс частицы в единицах энергии. Отсюда имеем Н == Р/ге.
Теперь найдем магнитный поток, ограниченный траекторией частицы окружностью радиуса г:Ф == яг^Н = = Ргп/е (подставили полученное выше выражение для Н). Но Рг/с – модуль момента импульса вращающейся по окружности частицы, который, как известно из квантовой
механики, квантован, то есть целочисленен постоянной Планка h: Pr/c = lh, где I = 0,1,2,3,... – целое число, называемое орбитальным квантовым числом. Следовательно, Ф = (7thc/e)l = Фд1, что и требовалось доказать.
Как видите, в процессе доказательства мы получили величину кванта магнитного потока Фд = ясЬ/е.
А если частица имеет ненулевую составляющую импульса на вектор напряженности магнитного поля H, то она, как известно, будет двигаться в поле Н по спирали. И эта спираль, легко видеть, также будет охватывать целое число квантов магнитного потока. Иначе и быть не может, если представлять, что силовые линии магнитного поля – это образы квантов магнитного потока – флюксоидов. Флюксоиды порождают волны де Бройля и спины частиц. Французский принц Луи де Бройль [во Франции уже давно воцарилась республиканская форма правления и принцы там работают, как и остальные граждане] первым обнаружил, что со всеми частицами связаны волновые процессы, которые ранее были известны только для механических колебаний (маятник, волны на воде), для звука и для частиц света – фотонов. Он же первым построил диковинный атом с электронами, которые удалены от ядра преимущественно на расстояниях, кратных длинам волн де Бройля. Такой атом поглощает и испускает свет (как микроскопический музыкальный инструмент – звук) вполне определенных частот, что в принципе объяснило наблюдаемые линейные спектры излучения и поглощения атомов.
Модель де Бройля вскоре математически развил австриец Эрвин Шрёдингер, написав свое знаменитое волновое уравнение (уравнение Шрёдингера). Его абстрактными пси-функциями стали моделировать целые океаны толкущихся, взаимодействующих друг с другом (интерферирующих) волн де Бройля. Откуда же берутся эти волны, какова их природа, было совершенно непонятно. А математический смысл понятен: амплитуда волн определяет вероятность найти частицу (или систему частиц) в данный момент времени в данном месте пространства в данном состоянии.
Теперь же мы видим, что радиус вращения заряженной частицы в магнитном поле одного флюксоида r = hc/P = h/p – ни что иное, как длина волны де Бройля данной частицы – её фундаментальная квантовая характеристика! А что у частиц, не имеющих электрического заряда? И у них то же – ведь в формулу для длины волны де Бройля заряд не входит. Кроме того, мы знаем, что величина кванта магнитного потока Фд по Ф. Лондону обратно пропорциональна заряду электрона е – типичному кванту заряда макроскопических атомных тел. Но в природе существуют элементарные частицы с другими зарядами: 0 (незаряженные частицы), 1/3 и 2/3 (заряды кварков), 2,3 и т.д. (всё в единицах е). Возникает законный вопрос; а не существует ли для каждого заряда частицы е* (включая нулевой заряд) свой собственный квант магнитного потока Ф* = Tich/e*? Если считать, что существует, то длина волны де Бройля, определенная как радиус вращения частицы в магнитном поле собственного флюксоида Ф*, приобретает универсальный характер.
В этом случае движущаяся частица всегда порождает около себя свой "персональный" квант магнитного потока, в котором она вращается по окружности с радиусом длины волны де Бройля. Такое "собственное вращение" естественно связать со спином частицы: спин – вихревое движение частицы в магнитном поле собственного флюксоида. Так что флюксоиды дарят нам и наглядный образ этого ранее совершенно таинственного понятия, которое в 1924 году ввели в квантовую механику, как говорят теоретики, "руками" – спин проявился сначала в экспериментах, а уж потом для него придумали теоретическую модель.
Иная судьба была уготована магнитным зарядам, существование которых также следует из существования флюксоидов.
Мир магнитных зарядов
Магнитные заряды. Сначала покажем, что магнитный заряд – прямое следствие факта квантованности магнитного потока.
Действительно, в случае существования магнитных зарядов е^ и квантов магнитного потока Ф* по известной теореме Остроградского – Гаусса для потока Ф магнитной индукции В через замкнутую поверхность S, внутри которой сосредоточен суммарный магнитный заряд ^е^, можно записать: Ф =
пФ* = J BdS = 4я^е^ (также, как для электрических зарядов
s
е* поток электрической индукции D равен J DdS = 4я1е*).
S
Здесь п – натуральное число. При п = 1 получаем минимальное отличное от нуля значение суммы магнитных зарядов X е^ = Ф*/4я = е^ (при данном кванте магнитного потока Ф*) – более мелкие (дробные) магнитные заряды могли бы соответствовать только меньшим значениям Ф*.
Таким образом, если существуют кванты магнитного потока Ф*, то существуют и кванты магнитного заряда е^ = ch/4e*.
Вообще же возможен ряд значений "обобщенного" магнитного заряда е^ = (ch/4e*)n, где п – натуральное число (п = 1,2,3,...).
Представление о магнитных зарядах ввел в физику в 1931 году знаменитый английский физик Поль Дирак. Он назвал их магнитными монополями.
Дирак показал, что магнитный заряд должен иметь величину е^ = (ch/2e)n, где с – скорость света в вакууме, h – постоянная Планка, е заряд электрона, п – натуральное число (1,2,3,..). Легко видеть, что дираковский магнитный заряд вдвое больше нашего "обобщенного", и ряд "обобщенных" зарядов (при разных значениях числа п) включает в себя дираковские заряды.
Появление в физике магнитных зарядов – источников магнитного поля усилило симметрию [гр. – соразмерность, гармония] электрических и магнитных полей. Действительно, оба заряда определяются друг через друга совершенно одинаково: е^ = (ch/4e*)n и е* = (ch/4e^)n. И если есть заряды одного типа – электрические, то должны быть и заряды другого типа – магнитные.
"Магнитные" миры. После введения в физику магнитных зарядов уравнения Максвелла, описывающие все классические
электромагнитные явления, становятся совершенно симметричными относительно электрических и магнитных характеристик любых процессов. И допускают их взаимную "подмену".
Например, вместо электрического тока можно рассматривать поток магнитных зарядов – магнитный ток. Как около электрического тока возникает кольцевое магнитное поле (силовые линии магнитного поля замкнуты), так и около магнитного тока возникнет кольцевое электрическое поле (с замкнутыми силовыми линиями электрического поля).
Так же, как работает обычный электродвигатель, мог бы работать и "магнитодвигатель". Только в последнем, например, вместо магнитных материалов использовались бы диэлектрики.
Теперь мы можем даже представить себе "зеркальный магнитный мир", подобный нашему, в котором все электрические заряды заменены на магнитные, а магнитные – на электрические. И, соответственно, там, где у нас присутствуют магнитные поля, у "них" будут поля электрические и наоборот.
В таком "магнитном" мире около атомных ядер из "слипшихся" тяжелых магнитных монополей одного знака будут вращаться легкие магнитные монополи другого – противоположного знака – "магнитные электроны".
Эти "магнитные" атомы могут быть гораздо больше или гораздо меньше наших привычных "электрических" атомов. Из "магнитных" атомов могут состоять "магнитные" молекулы, "магнитные" звезды и планеты, "магнитные" растения и животные. И, конечно, могут существовать "магнитные люди" великаны или "магнитные люди" – лилипуты, живущие на своих, соответственно, гигантских или на микроскопических планетах.
Впрочем, нельзя исключить и того, что такие гипотетические "магнитные миры" встроены в наш привычный "электрический" мир.
В отличие от мира из античастиц (антимира), соприкосновение которого с нашим миром немедленно приведет к аннигиляции [лат. nihil – ничто, аннигиляция – превращение материи в излучение], "магнитные" миры могут находиться
по соседству с нами, а мы этого можем не замечать – ведь "магнитные" атомы будут излучать тот же свет, те же фотоны, что и наши привычные "электрические" атомы. Наблюдая, например, "магнитную" звезду в телескоп, мы не сможем догадаться, что это "магнитная" звезда. И будем только удивляться необычному спектру ее излучения.
Существуют ли магнитные миры, мы сегодня не знаем и поэтому о них больше говорить не будем. Пока никто не знает даже, чему равно натуральное число п, входящее в формулы для величин зарядов – увы, магнитные монополи до сих пор не обнаружены. Хотя затраченные на их поиски усилия нескольких поколений физиков были огромными – проблема то захватывающая!
Многие физики ищут магнитные монополи и сейчас. Поэтому сразу отметим причины, по которым они их скорее всего не найдут.
Почему неуловимы магнитные монополи? Классические магнитные монополи Дирака – будем их для краткости называть d– монополями – это почти "точечные" частицы с магнитным зарядом. Как показали современные расчеты, такие "магнитные точки" должны быть очень тяжелыми. У монополей типа "стандартного" тяжелого магнитного монополя Полякова т'Хоофта – назовем их pt– монополями – масса в 10^ раз превышает массу протона! Это уже масса крупной живой клетки (такой, например, как клетки дрожжевых грибов или красных кровяных телец человека).
Магнитные монополи – "прочные", стабильные частицы. Поэтому в ранней "горячей" Вселенной магнитные монополи не только существовали в огромных количествах, но и постоянно в ней образовывались, рождались. Сейчас же наша Вселенная "остыла" – в результате грандиозного расширения ее средняя температура опустилась до 3 К. И магнитные монополи могут рождаться только в отдельных "горячих" точках например, вблизи черных дыр. А монополи – старожилы Вселенной (их называют реликтовыми) "рассредоточились" по безграничным просторам Вселенной. Сегодня известно, что такие частицы в природе могут быть крайне редкими (это следствие так называемых инфляционных моделей
раздувающейся Вселенной). Скажем, на Земле или во всей солнечной системе может находиться только один d-монополь. Попробуйте его найти!
Кроме того, тяжелые d-монополи должны быть тщательно "спрятанными" в недрах небесных тел – внутри планет или звезд. Сюда они неизбежно "упадут" после ионизационного торможения в межзвездной среде.
Но даже если d-монополи могут выскакивать из своей "гравитационной тюрьмы" (такую возможность ниже мы разбираем), они не могут быть зарегистрированы обычными ионизационными детекторами. А именно с помощью таковых их сегодня преимущественно ищут! К сожалению (для тех, кто так именно ищет) нерелятивистские d-монополи не ионизируют обычное вещество.
"Ловцы" же медленных монополей (с помощью сверхпроводящих индукционных детекторов) сегодня располагают ничтожной для поиска монополей суммарной (всемирной) чувствительной площадью – около 10 квадратных метров. Легко видеть, что при возможном потоке d-монополей порядка 10 штук на квадратном километре в год (эта цифра обоснована в опубликованных работах автора) "на отлов" одного d– монополя потребуется не менее 10 тысяч лет!
Некоторые "охотники" за монополями с помощью ионизационных или черенковских детекторов расчитывают их увидеть по излучению порождаемых d-монополями частиц высоких энергий. Такое, в принципе, возможно: когда монополь разрушает, например, протон на позитрон и нейтральный пион (процесс Рубакова-Кэллона), образуются ионизирующие частицы с суммарной энергией около 1 ГэВ.
Но, увы, монополи просто обязаны обрастать оболочками из заряженных частиц (см. ниже). Такого рода образования называют монопольными атомами и молекулами. Стационарная оболочка из протонов или даже атомных ядер вокруг d– монополя препятствует попаданию тех же протонов в зону действия процесса Рубакова-Кэллона (в зону активности лептокварков). Ничего с этим не поделаешь – действует электростатическое отталкивание одноименно заряженных частиц (кулоновский барьер).
Ситуация столь безрадостна? Нет. Просто нужно искать другие "неточечные", недираковские монополи. Их можно (и нужно) обнаружить по удивительным свойствам, к которым мы перейдем ниже.
А тем, кто заинтересовался дираковскими магнитными монополями, рекомендуем научную книгу (увы, на английском языке): "Theory and detection of magnetic monopoles in gauge theories". Edit. N.Craigie, 1986. World Scientific Publ.Co. Singapore (автор в свое время с удовольствием читал ее в Российской государственной библиотеке – в бывшей "ленинке"). Монополь – "магнитная звезда". Любой ненулевой магнитный заряд – источник целого числа квантов магнитного потока. Например, магнитный монополь Дирака – источник 2п квантов магнитного потока Ф (где п = 1,2,3,...), а "обобщенный" заряд е* – п квантов Ф*. JTO сразу же следует из теоремы Остроградского – Гаусса для магнитных зарядов. Но можно обойтись и без использовании интегралов:
Поместим, например, монополь Дирака в центре сферы с радиусом г.
Площадь сферы S = 4лг^ на поверхности сферы S напряженность магнитного поля Н = Сд/г^ = Фд/2т-2. Следовательно, магнитный поток монополя Ф = HS = Фд2п, что и требовалось определить.
Значит, при п = Id– монополь – источник двух квантов магнитного потока – из него "исходят" (или в него "входят") две силовых линии магнитного поля, два флюксоида.
При п = 2 d– монополь похож на "звездочку" из четырех силовых линий ("крест"), а при п = 3 это "шестилучевая звездочка" с лучами флюксоидами. И так далее.
Естественно, что при наличии системы магнитных монополей мы получим ветвящуюся магнитную цепь флюксоидов.
Флюксы – продукт "материализации" флюксоидов
Необходимость появления материи из флюксов. Проделаем мысленный эксперимент: будем "бросать" на монополь Дирака электрически заряженные частицы с
вым магнитным дипольным моментом (это частицы с ненулевым спином, например, электроны и кварки).
Такие частицы – магнитики будут и сами притягиваться к монополю из-за магнитного взаимодействия с ним (так притягиваются железные опилки к магниту). Кроме того, "притянутые" монополем частицы могут вращаться под действием силы Лоренца, охватывая своей траекторией, как мы знаем, целое число квантов магнитного потока. В результате флюксоиды окажутся окруженными вращающимися облаками заряженных частиц.
Легко видеть, что эти облака заряженных частиц сосредоточатся вдоль флюксоидов и сформируют около них длинные цилиндрические вихри.
Действительно, каждый элементарный вихрь из одной частицы – "лепесток с током", притягивается своим магнитным полем к флюксоиду. Если к одному флюксоиду притянутся два или больше "лепестков", то они не смогут "сесть" на флюксоид так, чтобы разделить между собой его магнитный поток – он же квантован, то есть неделим! Следовательно, они "сядут" на флюксоид только последовательно – друг за другом, как шашлык на шампур.
Кроме того, "лепесткам" энергетически невыгодно поворачиваться друг к другу своими одноименными магнитными полюсами – они, как известно, отталкивают друг друга. "Лепесткам" энергетически выгодно расположиться цепочкой вдоль флюксоида, формируя длинный вихревой электромагнит-соленоид.
Процесс образования соленоидальных вихрей заряженных частиц около магнитных монополей, который мы рассмотрели, повидимому, происходил в ранней "горячей" Вселенной: в ней было предостаточно и монополей, и частиц! Поэтому флюксоиды неизбежно "материализовывались". Нарождающиеся магнитные монополи сразу же обрастали вихревыми соленоидами – флюксами. А вся Вселенная, расширяясь, структурировалась – заполнялась не просто беспорядочно движущимися нарождающимися частицами, а частицами упорядоченными: вдоль флюксоидов вращались вихри частиц, а сами "волокна" флюксов, соединяя магнитные монополи
ных знаков (северные и южные магнитные полюса), создавали сложнейшие узоры разветвленных магнитных цепей – флюксовый каркас Вселенной, ее космоскелет. Здесь явно просматривается аналогия с нитяным каркасом живой клетки – с ее цитоскелетом, иначе – с клеточным матриксом.
Рассмотрим подробнее процесс "материализации" флюксоидов.
Формирование облаков частиц. Покажем, что для реализации квантованности собственного магнитного потока внутри вращающегося облака электрически заряженных частиц необходимо много – сотни частиц.
Известно, что магнитное поле Н в центре кругового витка с радиусом R и с током i можно найти по формуле Н = 27ci/cR. Отсюда получим оценку магнитного потока через виток Ф " icR^(27ci/cR).
Если ток i создается вращающейся по этой окружности со скоростью v частицей с зарядом е*, то i = ve'/lnR, а Ф " 7tR2(2iive*/2iccR2) = nveVc.
В то же время мы знаем, что Ф* = lthc/e*. Следовательно, для того, чтобы отношение Ф/Ф* было близким к единице, нужно, чтобы таким же было отношение (7cve*/c)/(7lhc/e*) = (v/c)(e"^/hc). Но v/c всегда меньше единицы, а отношение (e*^/hc), например, для электронов и кварков – основных частиц, с которыми мы будем далее иметь дело менее 1/100 (при е* = е это отношение равно постоянной тонкой структуры – 1/137). Значит, для реализации кванта магнитного потока в кольце любого радиуса необходимо одинаковое (одностороннее) вихревое движение сотен частиц (около ста частиц – если у них е* = ей v/c = 1).
Здесь необходимо разъяснить принципиальный вопрос: почему частицы могут накапливаться в одном состоянии? Известно, что, например, кварки и электроны имеют полуцелый спин, то есть они являются фермионами (у фермионов спин в единицах h равен 1/2, 3/2, 5/2 и так далее). А фермионы не могут находиться в одинаковом состоянии (запрет Паули).
Оказывается, что объединяясь в пары, два фермиона превращаются в бозон – в частицу с целым спином (такие пары электронов в твердых телах называют куперовскими парами).
А бозоны, в отличие от фермионов, стремятся находиться именно в одном состоянии, причем – с минимальной энергией (спин бозонов в единицах h равен 0,1,2 и так далее).
Напомним, что системы из вращающихся около монополя протонов или атомных ядер называют монопольными атомами. А если вращаются и электроны – монопольными молекулами.
Итак, магнитный монополь притягивает к себе электрически заряженные частицы с ненулевым спином. Избыточная энергия – ее называют энергией связи – "вылетит" из системы в виде "лишних" частиц или электромагнитного излучения. И монополь окажется "заключенным" в центре вихрей – соленоидов, обращенных к нему своими полюсами, разноименными с зарядом самого монополя. А противопололжные магнитные полюса соленоидов будут играть роль двух одноименных магнитных зарядов – квазимонополей [quasi лат. – как будто]. Монополь с "надетыми" на него соленоидальными вихрями будет магнитно неприметен – экранирован, а его магнитный заряд как бы разделится между квазимонополями.
А если еще и еще подбрасывать частицы? Тогда мы получим "хвостатый" монополь – с длинными соленоидами из вращающихся кварков и электронов. Эти-то "хвосты" мы и назвали флюксами. Причем длина флюксов может возрастать до бесконечности – никаких физических ограничений длины флюкса нет.
Мало того – каждый "хвост" может существовать сам по себе. Без породившего его d-монополя. Вихревую материю – материю из флюксов мы называем линейной материей. Вихревая губка. В 1736 году Иоганн Бернулли предположил, что все пространство, образующее нашу Вселенную, заполнено несжимаемой "жидкостью" – эфиром – с бесчисленными микроскопическими "водоворотами", ориентированными во всевозможных направлениях. Такое пространство из вихрей, из которых все состоит и в которых все тела "плавают" как рыбы в воде, назвали вихревой губкой.
"Губчатую" модель пространства совершенствовали самые выдающиеся ученые XIX века – Максвелл (в 1861
году), Кельвин (1880), Фицджеральд (1885). Почему они предполагали, что мы с вами живем именно в таком странном вихревом пространстве?
В начале XIX века многие исследователи решили, что свет представляет собой такие же колебания эфира, как звук – колебания воздуха. Но постепенно выяснялось, что световые колебания в отличие от звуковых поперечные, а не продольные: в случае поперечных колебаний среда колеблется в направлении перпендикулярном направлению распространения волн, а в случае продольных – вдоль этого направления.
Поперечные колебания в сплошной среде возможны только в том случае, если среда – твердое тело, а не газ или жидкость. Но в таком твердом эфире не могли бы двигаться ни мы с вами, ни другие тела (вроде звезд и планет). Вот и пришлось людям изобрести модель вихревой губки жидкости, в которой могут двигаться тела и в то же время возможна передача поперечных колебаний по вихрям.
В рамках этой классической модели сегодня получают "гидродинамическое" истолкование известные свойства электромагнитных процессов и даже выводятся обобщающие их уравнения Максвелла [читатели, знакомые с векторным анализом, могут убедиться в этом по статье Э. Келли "Уравнения Максвелла как свойства вихревой губки" в сборнике "Джемс Клерк Максвелл", изд.Наука, M.I 968 или по ее оригиналу в журнале "American Journal of Physics", 1963, том 31, вып.10, стр. 785-791].
Знатоки возразят: а как же быть с теорией относительности? Она же "отменила" эфир! Неужели модель вихревой губки, которая эфир возрождает, не противоречит теории относительности?
Не противоречит! Вспомните, что преобразования Лоренца – фундамент специальной теории относительности – были получены Хендриком Лоренцом (а еще раньше – в 1900 г. – Джозефом Лармором) именно из уравнений Максвелла!
Уже после этого Пуанкаре и Эйнштейн сформулировали знаменитый "постулат относительности": в любых равномерно и поступательно движущихся системах отсчета (их называют инерциальными) скорость света в вакууме и все
ческие законы одинаковы. На основе этого постулата Альберт Эйнштейн и сделал вывод о "ненужности" эфира: зачем нужен этот непонятный эфир, если все физические теории можно просто проверять на лоренц-инвариантность (так теперь называют соответствие постулату относительности)?
В настоящее время эфир существует под псевдонимом "физический вакуум" и его свойства – предмет исследований специалистов по физике элементарных частиц. Мы показали, что благодаря флюксоидам становится понятным механизм формирования вихрей частиц в физическом вакууме и образование из флюксов различных видов линейной материи, в том числе вихревых губок.
А какие именно частицы вращаются в вихрях? Какими могут быть разновидности флюксов и линейной материи?
Электронная разновидность флюксов
Вихри Абрикосова. Оказывается, одна из разновидностей квантовых вихрей давно известна. Это знаменитые вихри Абрикосова в сверхпроводниках второго рода.
В отличие от сверхпроводников 1 -го рода, "обтекаемых" внешним магнитным полем, сверхпроводники 2-го рода магнитное поле буквально "протыкает" насквозь – проходит через всю их толщу. Но, как оказалось, "протыкает" только в отдельных каналах – "проколах", внутри которых утрачивается свойство сверхпроводимости.
А.А.Абрикосов в 1957 году теоретически показал, что "проколы" – это флюксоиды Лондона. Вокруг каждого "прокола" в сверхпроводнике вращается цилиндрический электронный вихрь – эдакий электронный смерч с радиусом около 10~* см (порядка 100 атомных размеров) и с длиной несверхпроводящего "ствола" равной толщине образца.
Вихри Абрикосова, выходя на поверхность сверхпроводника, располагаются на вершинах равносторонних треугольников – образуют треугольную решетку. При увеличении напряженности внешнего магнитного поля "проколов" становится больше и расстояние между вихрями уменьшается. При расстоянии порядка диаметра вихря сверхпроводимость разрушается полностью.
