Физико-математическое моделирование и анализ эффекта квантования магнитного потока

    Дисциплина: Химия и физика
    Тип работы: Монография
    Тема: Физико-математическое моделирование и анализ эффекта квантования магнитного потока

    УДК 537.6
    ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ
    ЭФФЕКТА КВАНТОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА
    В.В. Сидоренков
    МГТУ им. Н.Э. Баумана
    В рамках гипотезы монополя Дирака установлен магнитный заряд электрона, тождественно равный кванту магнитного потока, наблюдаемого в условиях
    сверхпроводимости. На этой основе сделан вывод о том, что все микрочастицы обладают в совокупности как электрическим, так и магнитным зарядами, которые в изоляции друг от друга в
    Природе не существуют, при этом спин микрочастиц является результатом электромагнитного взаимодействия этих
    собственных зарядов.
    В физике известен
    эффект квантования магнитного потока [1]
    - макроскопическое квантовое явление, состоящее в том, что магнитный поток через кольцо из сверхпроводника с электрическим током может принимать лишь строго
    дискретные значения, кратные минимальной величине
    2,07
    –15 Вб (Вебер) -
    кванту магнитного потока. Указанный физический феномен был предсказан в 1948 году Ф. Лондоном [2], который теоретически получил для кванта магнитного потока соотношение
    , где
    h - постоянная Планка,
    е - заряд электрона. Однако позднее (1961г.) экспериментально установлено [3, 4] вдвое меньшее значение этого кванта:
    , что общепринято считать объективным непосредственным подтверждением основной идеи созданной к тому времени
    микроскопической теории сверхпроводимости [1].
    Согласно этой теории, сверхпроводящее состояние кристалла обусловлено фазовой пространственно-временной когерентностью носителей тока в виде
    квазичастиц Бозе-конденсата, образованных электрон-фононным взаимодействием пространственно разнесенных пар электронов проводимости (
    Купера эффект [1]), обладающих нулевым спином и зарядом, равным удвоенному заряду электрона. Именно пространственное парное взаимодействие электронов проводимости (
    куперовских пар
    ) физически реализует явление сверхпроводимости, поскольку в процессе электропроводности «столкновения» отдельного электрона с ионами
    кристаллической решетки не способны изменить суммарного механического импульса его электронной пары (ее центра масс).
    Анализ эффекта
    квантования магнитного потока
    начнем с исследования базовой в теории электричества теоремы Гаусса [5], описывающую электрическую поляризацию материальной среды, представленной как в
    дифференциальной
    , так и в интегральной
    формах. Здесь
    - поле вектора
    электрической индукции (смещения), обусловленное откликом среды при воздействии на нее поля вектора
    - электрической
    напряженности;
    - абсолютная электрическая проницаемость,
    - объемная плотность стороннего электрического заряда. Однако следует
    иметь в виду, что равенство нулю стороннего заряда, соответственно, его электрического потока
    отнюдь не означает отсутствие электрического поля в этой области пространства, поскольку электрические заряды бывают положительными и отрицательными, и указанное поле
    может создаваться электронейтральными источниками, например, электрическими диполями, посредством которых реализуется процесс поляризации. Такое свойство электростатического поля
    качественно отличает его от ньютоновского поля тяготения, там источники этого поля – гравитирующие массы имеют лишь один знак.
    Итак, уравнение
    описывает поляризацию локально электронейтральной (
    ) среды,
    откуда с учетом тождества векторного анализа
    получим
    фундаментальное следствие теоремы Гаусса:
    , где
    - векторный электрический потенциал. В интегральной форме это соотношение описывает функциональную связь циркуляции поля вектора
    по замкнутому контуру
    с потоком вектора электрической индукции
    через опирающуюся на этот контур поверхность
    , на которой, согласно физике явления поляризации, индуцирован
    порождающий это поле электрический поляризационный заряд:
    - целые числа. Таким образом, имеем тождественную симметрию размерностей потока вектора поля электрической индукции (смещения) и электрического заряда:
    электрический поток -
    электрический
    заряд. При этом
    квант электрического заряда
    - электрон может быть тождественно представлен
    квантом электрического потока:
    Полностью следуя логике вышеприведенных рассуждений при анализе связи квантов электрического заряда и потока его поля, перейдем теперь собственно к а
    нализу эффекта квантования магнитного потока. Для этого воспользуемся соотношением, описывающим результат магнитной поляризации материальной среды
    , которое часто не вполне оправдано называют теоремой Гаусса для магнитного поля, в виде его прямого математического следствия:
    , где
    - векторный магнитный потенциал, а
    - вектор поля магнитной индукции. Интегральная форма данного соотношения описывает функциональную связь циркуляции вектора
    по контуру
    с потоком вектора индукции
    через опирающуюся на этот контур поверхность
    , на которой, согласно нашему предположению, индуцирован
    порождающий это магнитное поле гипотетический магнитный поляризационный заряд:
    Таким образом, имеем тождественную симметрию размерностей вектора поля магнитной индукции и поляризационного магнитного заряда (если таковой
    существует):
    магнитный поток -
    магнитный заряд. А поскольку величина кванта магнитного потока
    однозначно установлена в экспериментах [3, 4], то, согласно соотношению (2),
    квант магнитного заряда тождественно определится
    квантом магнитного потока:
    . В этой связи приходится констатировать, что
    положительные результаты экспериментов по наблюдению кванта магнитного потока в работах [3, 4] безусловно, являются физическим открытием
    магнитного заряда и величины его кванта.
    Кстати, именно этот вопрос является центральным в настоящем исследовании. Главная здесь задача
    – это независимым путем аналитически доказать объективность неразрывной связи и равноправного единства сущностное разных зарядов в виде соотношения «
    », полученного нами при анализе экспериментов по наблюдению эффекта квантования магнитного потока [3, 4].
    Напомним, что гипотеза о возможности существования
    магнитного монополя - частицы, обладающей положительным или отрицательным магнитным зарядом, аналогичным электрическому заряду, была высказана П.А.М
    Дираком (1931г.) с целью концептуального обоснования симметричной квантовой электродинамики, именно эту частицу и называют
    монополем Дирака [1, 6]. Однако монополь Дирака не только экспериментально неуловим, но и теоретические построения по этому вопросу не позволяют даже по порядку величины
    определить еще один важный параметр магнитного заряда – массу его носителя. Справедливости ради отметим, что и масса электрона также не устанавливается настоящими теориями, являясь
    экспериментальным фактом. И все же каких-либо физических законов и очевидных логических возражений против идеи существования магнитных монополей нет, а потому в течение уже многих
    десятилетий интерес к этой физически актуальной проблеме не ослабевает.
    Вот и мы представим себе, что наряду с реально наблюдаемыми положительными и отрицательными электрическими зарядами, порождающими в пространстве
    электрическое кулоновское поле [5], в Природе, возможно, существуют и
    свободные магнитные з...

    Забрать файл

    Похожие материалы:


    Добавить комментарий
    Старайтесь излагать свои мысли грамотно и лаконично

    Введите код:
    Включите эту картинку для отображения кода безопасности
    обновить, если не виден код



ПИШЕМ УНИКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Заказывайте напрямую у исполнителя!


© 2006-2016 Все права защищены