Анализ и моделирование эффекта квантования магнитного потока (стр. 2 из 3)

А вот теперь будем считать, что источником магнитного поля являются гипотетические магнитные заряды q^m со свойствами, идентичными реальным электрическим зарядам q^e. Для анализа воспользуемся результатами уже проведенной выше процедуры получения соотношения (2) функциональной связи магнитного заряда и потока его магнитного поля:

 BdS  ^mdS  q^m.

SC SC

Отсюда находим нормальную составляющую вектора магнитной индукции B_n σ^m q^m/R², где S_c R²- площадь орбиты электрона. Итак окончательно момент импульса частицы запишется как L eR B eq_z  ²  ^m/nh. В итоге получаем тождественные друг другу квантованные величины магнитного заряда и потока его поля: q^m Ф^mn h e( /2 ), при этом квант магнитного заряда представится как м h e /2 , где в произведение минимальных величин электрического и магнитного зарядов входит постоянная Планка. Как видим, соотношение eм h /2 описывает объективно неразрывную связь сущностно разных зарядов, равную модулю кванта собственного углового момента микрочастиц, отвечающего, как известно [1, 7], спинуэлектронаs  ± h/2.

Таким образом, результаты физико-математического моделирования эффекта квантования магнитного потока действительно совпадают с итогами экспериментов, описанными в работах [3, 4]. Но тогда выходит, что широко известное аналитическое выражение для кванта магнитного потока Ф₀^m  h e/2 , где якобы в знаменателе фигурирует величина заряда электронной пары 2e - физической сути явления сверхпроводимости, на поверку представляет собой отношение значений корпускулярных электромагнитных характеристик только одного электрона: спина этой микрочастицы к ее электрическому заряду.

Кстати, по результатам анализа эффекта квантования магнитного потока, приходим, на наш взгляд, к вполне разумному выводу о том, что непосредственным источником магнитного поля при электропроводности являются, как и должно быть физически, именно и только спиныносителей тока, а не некий мифический релятивизм. Как представляется, электрический ток в виде упорядоченного дрейфового движения, например, электронов проводимости за счет нулевой в среднем их относительной скорости в направлении тока создает условия для взаимодействия магнитных моментов этих зарядов, то есть возникающее при этом упорядочение спинов проявляет себя на макроуровне в виде магнитного поля тока. В процессе сверхпроводимости величина флуктуаций силы тока, соответственно, шумовой фон магнитного поля настолько малы, что дают возможность наблюдать еще более тонкое явление - эффект квантования магнитного потока. В итоге можно считать, что, наконец-то, удалось вскрыть физический механизм магнитного поля тока, напрямую коррелирующий с традиционными представлениями о спиновом механизме истинного магнетизма.

Итак, сравнительно простые рассуждения с привлечением базовой идеи квантовой (волновой) механики - корпускулярно-волнового дуализма материи позволили получить ряд действительно фундаментальных результатов, которые со всей определенностью ставят вопрос о необходимости серьезной концептуальной модернизации основ классической электродинамики.

Однако сейчас перед нами стоит не столь глобальная, но не менее важная задача: хотелось бы понять, почему не удается экспериментально обнаружить свободных магнитных монополей, да и вообще, возможны ли они в Природе? Для этого определим отношение сил Кулона взаимодействия пар неподвижных элементарных электрических «e e- » и магнитных « м м- » зарядов в вакууме:

FКулee 4e2r^{2 /} 4м2r₂ ^ e_м2₂_⁰0  _^_м^e Z₀ ^_² , (3)

FКулmm ^ 0 0

где Z₀   ₀ / ₀ - импеданс пространства физического вакуума. Как видим, результат, несомненно, физически интересен, так как обе силы Кулона связаны друг с другом фундаментальными константами: F_Кул^ee [(e/ м Z F) ₀]² _Кул^mm , причем сила кулоновского взаимодействия магнитных зарядов больше аналогичной электрической силы на трипорядка: F_Кул^mm 1,2 10 ³F_Кул^ee .

В качестве примера сделаем оценку энергетических затрат по реализации свободного заряда на примере процесса ионизации атома - характерной стационарной электронейтральной структуры, удовлетворяющей теореме Ирншоу [5]. Согласно теории Н. Бора атома водорода [7], формула минимальной энергии ионизации такого атома имеет вид E₁^e  (m e^{e 4})/ ([ 4₀) 2² h²] и численно равна ^E₁^e 13,6 эВ . Тогда для магнитнойатомной структуры с учетом соотношений (3) получим боровскую формулу энергии ионизации магнитного атома:

E₁^m (m^mм⁴)/ ([ 4₀) 2² h²]. При числовой оценке энергии E₁^m учтем замечание выше о заряде в соотношении для кванта магнитного потока Ф₀^m  h e/2 и возьмем массу кванта магнетизма m^m, равную массе электрона m^e. В итоге имеем E₁^m~ 5,3 10 ⁷эВ. Как видим, разделение на части магнитонейтральной структуры в виде атома потребует энергии на 6порядков больше, в сравнение с аналогичной процедурой над подобной электронейтральной структурой.

И хотя атомы, их ядра и всякого рода элементарные частицы обладают магнитными моментами, однако многочисленные эксперименты по ионизации атомов, изучение ядерных реакций, анализ взаимодействия и распада элементарных частиц в отношении наблюдения свободных магнитных зарядов оказались безуспешными. Причем при энергиях больше 10⁶эВ получают множество различного сорта элементарных частиц с кратным заряду электрона электрическими зарядами и кратным постоянной Планка магнитными моментами, но и здесь магнитных монополей никто пока не наблюдал.

Согласно выводам нашего анализа, в любых физических процессах на современных установках, в том числе и на суперколлайдере (БАК) с энергией ~ 1,3 10 ¹³ эВ, создать магнитный монополь энергетически невозможно. Одна надежда - этопотоки частиц космических излучений, где энергия разного рода событий во Вселенной, образно говоря, беспредельна. Но и здесь многолетние технически сложные поиски монополя Дирака остаются безуспешными.

Таким образом, имеем парадоксальную ситуацию: с одной стороны, прямое наблюдение изолированных магнитных монополей невозможно энергетически, а, скорее всего, в таком виде в Природе их просто нет, но с другой стороны, установлено равноправное сосуществование электрических и магнитных зарядов, произведение квантов которых eм h /2 равно кванту собственного момента микрочастиц [7]. Такая взаимозависимость физических характеристик разнородных q^e и q^m зарядов явно указывает на реальность силового взаимодействия между ними, а это уже повод серьезно задуматься над, казалось бы, логически бессмысленным вопросом: а вообще, могут ли существовать эти заряды по отдельности друг от друга? Конечно, здесь вполне естественны определенные сомнения в правомерности столь странной трактовки полученных результатов, а потому необходима весомая дополнительная аргументация.

С этой целью аналогично электрическому закону Кулона чисто формально запишем закон Кулона взаимодействия электрического и магнитного зарядов, который для их квантов «e- м» представится равенством соотношений:

^F_Кул^{em } 4 ^eм_{0 0 2} ^ _4^eм_r2 c  ₄^h_r^c₂ , (4) _r

c1/ _{0 0} - скорость света в вакууме. Видно, что данный результат физически примечателен и требует осмысления. Однако нас он интересует с конкретной целью выяснения допустимости такого, казалось бы, экзотического взаимодействия двух сущностно разных зарядов. Согласно численной оценке, силаКулонаэлектромагнитного взаимодействия квантов «e- м» зарядов на единичном расстоянии (1м) друг от друга равна F_Кул^em 7,9 10 ^27H . Для сравнения приведем величины сил Кулона: электрической для «e e- » F_Кул^ee 2,3 10 ^28H и магнитной для « м м- » F_Кул^mm 2,7 10 ^25H . Итак, кулоновское взаимодействие разнородных зарядов q^e и q^m энергетически допустимо, то есть имеем реальный аргумент за то, что указанные заряды могут совокупно содержаться в одном и том же материальном носителе. Обобщая, приходим к неожиданному, но логически вполне обоснованному выводу: электрические и магнитные зарядыпо отдельности, в изоляции друг от друга в Природе не существуют.