Физико-математическое моделирование и анализ эффекта квантования магнитного потока (стр. 2 из 3)

Для физико-математического моделирования эффекта квантования магнитного потока рассмотрим взаимодействие постоянного во времени электрического тока с магнитным статическим полем, созданным предполагаемыми поляризационными магнитными зарядами. Конкретно, проведем анализ поведения элементарного электрического заряда - электрона «

» при его движении с постоянной по модулю скоростью ортогонально силовым линиям однородного статического поля магнитной индукции . Согласно теории электричества [5], взаимодействие движущегося электрического заряда с магнитным полем реализуется посредством магнитной составляющей силы Лоренца , сообщающей частице центростремительное ускорение ( - масса электрона), приводящее к движению заряда по окружности радиуса . Тогда момент импульса электрона запишется в виде . Однако, здесь важно то, что согласно принципам корпускулярно-волнового дуализма материи [7] момент импульса микрочастицы квантуется, когда , где - целое число длин волн де Бройля частицы , укладывающихся на траектории ее орбиты, - модифицированная постоянная Планка.

А вот теперь будем считать, что источником магнитного поля являются гипотетические поляризационные магнитные заряды

со свойствами, идентичными реальным электрическим зарядам . Для анализа воспользуемся результатами уже проведенной выше процедуры получения соотношения (2) функциональной связи магнитного заряда и потока его магнитного поля:

.

Отсюда находим нормальную составляющую вектора магнитной индукции

, где - площадь орбиты электрона. Итак, окончательно момент импульса частицы запишется как . В итоге получаем тождественные друг другу квантованные величины магнитного заряда и потока его поля: , при этом квант магнитного заряда представится как , где в произведение минимальных величин электрического и магнитного зарядов входит постоянная Планка. Как видим, соотношение описывает неразрывную связь сущностно разных зарядов, равную с коэффициентом модулю кванта собственного углового момента микрочастиц, отвечающего, как известно [1, 7], спину электрона .

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

, где якобы в знаменателе фигурирует величина заряда электронной пары - физической сути явления сверхпроводимости, на поверку представляет собой отношение значений корпускулярных электромагнитных характеристик только одного электрона: с коэффициентом 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 спины носителей 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 «

» и магнитных « » зарядов в вакууме:

, (3)

где

- импеданс пространства физического вакуума. Как видим, результат, несомненно, физически интересен, так как обе силы Кулона связаны друг с другом фундаментальными константами: , причем сила кулоновского взаимодействия магнитных зарядов больше аналогичной электрической силы на три порядка: .

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

и численно равна . Тогда для магнитной атомной структуры с учетом соотношений (3) получим боровскую формулу энергии ионизации магнитного атома: . При числовой оценке энергии учтем замечание выше о заряде в соотношении для кванта магнитного потока и возьмем массу кванта магнетизма , равную массе электрона . В итоге имеем . Как видим, разделение на части магнитонейтральной структуры в виде атома потребует энергии на 6 порядков 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

эВ 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.