Книга американского ученого, перевод первого издания которой был опубликован в 1972 г., написана фактически заново и отражает все важнейшие достижения физики магнетизма за последние 12 лет. Используется единый подход, основанный на рассмотрении обобщенной восприимчивости.
Рассчитана на научных работников, а также аспирантов и студентов, занимающихся проблемами магнетизма и физики твердого тела.
МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ.
Всякую систему можно характеризовать ее откликом на внешнее воздействие. Например, пресловутый «черный ящик» в электронике характеризуется напряжением на выходе, когда на его входе задан ток. Величина, называемая передаточным импедансом, содержит всю информацию, необходимую для понимания работы черного ящика. Если известно, что именно заключено в черном ящике (например, если мы знаем детальную схему включения сопротивлений, диодов и т. д.), то можно теоретически установить, каким будет передаточный импеданс.
Точно так же если рассматривать кристалл как систему зарядов и токов, то его можно характеризовать функцией отклика. Нас здесь будет интересовать в основном отклик такой системы на магнитное поле. В этом случае «выходом» служит намагниченность, а функцией отклика - магнитная восприимчивость. Точно вычислить магнитную восприимчивость фактически невозможно, поскольку система содержит примерно 1023 частиц. Поэтому обычно исходят из анализа измерений магнитной восприимчивости, по поведению которой устанавливают важнейшие процессы, протекающие в системе, а затем уже анализируют систему с учетом таких процессов. Для реализации такой программы мы должны знать, какие процессы в системе возможны и как они влияют на восприимчивость.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редакторов перевода
Предисловие ко второму изданию
ГЛАВА 1. МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ
1.1. Магнитный момент
1.2. Намагниченность
1.3. Обобщенная восприимчивость
1.3.1. Соотношения Крамерса - Кронига
1.3.2. Флуктуационно-диссипационная теорема
1.3.3. Соотношение Онсагера
1.4. Вторичное квантование
ГЛАВА 2. МАГНИТНЫЙ ГАМИЛЬТОНИАН
2.1. Уравнение Дирака
2.2. Источники поля
2.2.1. Однородное внешнее поле
2.2.2. Электрическое квадрупольное поле
2.2.3. Магнитное дипольное (сверхтонкое) поле
2.2.4. Другие электроны того же самого иона
2.2.5. Кристаллическое электрическое поле
2.2.6. Диполь-дипольное взаимодействие
2.2.7. Прямой обмен
2.2.8. Суперобмен
2.3. Спиновый гамильтониан
2.3.1. Ионы переходных металлов
2.3.2. Редкоземельные ионы
2.3.3. Полупроводники
ГЛАВА 3. СТАТИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ НЕВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ
3.1. Локализованные моменты
3.1.1. Диамагнетизм
3.1.2. Парамагнетизм ионов переходных металлов
3.1.3. Парамагнетизм редкоземельных ионов
3.2. Металлы
3.2.1. Диамагнетизм Ландау
3.2.2. Эффект де Гааза - Ван Альфена
3.2.3. Квантовый эффект Холла
3.2.4. Парамагнетизм Паули
3.3. Измерение восприимчивости
ГЛАВА 4. СТАТИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ
4.1. Локализованные моменты
4.1.1. Высокие температуры
4.1.2. Низкие температуры
4.1.3. Температуры вблизи Тс
4.1.4. Топология дальнего порядка
4.2. Металлы
4.2.1. Теория ферми-жидкости
4.2.2. Модель Стонера
4.2.3. Модель Хаббарда
ГЛАВА 5. ДИНАМИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ СЛАБО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ
5.1. Локализованные моменты
5.1.1. Уравнения Блоха
5.1.2. Форма резонансной линии
5.1.3. Измерение Т1
5.1.4. Вычисление Т1
5.2. Металлы
5.2.1. Парамагноны
5.2.2. Теория ферми-жидкости
5.3. Эффект Фарадея
ГЛАВА 6. ДИНАМИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ СИЛЬНО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ
6.1. Нарушенная симметрия
6.2. Диэлектрики
6.2.1. Теория спиновых волн
6.2.2. Магнитостатические моды
6.2.3. Солитоны
6.2.4. Тепловые магнонные эффекты
6.2.5. Параметрические возбуждения
6.2.6. Оптические процессы
6.2.7. Высокие температуры
6.3. Металлы
ГЛАВА 7. МАГНИТНЫЕ ПРИМЕСИ
7.1. Локальные колебания
7.2. Локальные моменты в металлах
7.2.1. Теория образования момента Андерсона
7.3. Эффект Кондо
7.4. Случайный обмен
7.4.1. РККИ-взаимодействие
7.4.2. Спиновые стекла
7.4.3. Миктомагнетизм
ГЛАВА 8. РАССЕЯНИЕ НЕЙТРОНОВ
8.1. Сечение рассеяния нейтронов
8.2. Ядерное рассеяние
8.2.1. Брэгговское рассеяние
8.2.2. Рассеяние на фононах
8.3. Магнитное рассеяние
8.3.1. Брэгговское рассеяние
8.3.2. Диффузное рассеяние
Литература
Предметный указатель.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Квантовая теория магнетизма, Уайт Р., 1985 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Одним из основных препятствий для развития более завершенной и согласованной теории электрических феноменов явилась преувеличенная значимость, придаваемая сходству между статическим электричеством и электрическим током. Такой подход породил ошибочную веру в то, что в оба вида феноменов входит лишь одна сущность – электрический заряд. Тот же вид ошибки, только более полным и категоричным образом проявился и в нынешнем взгляде на магнетизм. Настаивая на том, что электростатические и электрические феномены – это просто два аспекта одного и того же, современное научное мнение признает, что между ними существует достаточное различие, оправдывающее отдельную категорию электростатики в теоретических аспектах статических феноменов. Если магнитостатика (соответствующая ветвь магнетизма) и упоминается во всех современных физических текстах, обычно от нее отмахиваются как от “старого подхода”, ныне вышедшего из моды. Строго статические концепции, такие как магнитные полюса, чаще всего вводятся с извинениями.
Дробление отдельных физических сфер изучения на все больше и больше подразделений являлось характерной чертой научной деятельности на протяжении всей ее истории. В ситуации с магнитостатикой у нас имеется обратный процесс, случай, когда основное подразделение физики умерло благодаря каннибализму. Магнитостатику проглотил связанный с ней, но совсем другой феномен – электромагнетизм . Между этими двумя видами магнитных явлений есть много сходства, как и между двумя видами электричества. По существу, величины, в терминах которых выражается магнитостатика, определяются в основном электромагнитными отношениями. Но это ни в коей мере не оправдывает нынешнюю веру в то, что в процесс вовлечена лишь одна сущность. Подчиненный статус, который традиционная физика часто приписывает магнитным явлениям, иллюстрируется следующим комментарием К. У. Форда:
“Как считают физики-теоретики, магнетизм в нашем мире – это просто побочный продукт электричества; он существует лишь как результат движения электрически заряженных частиц”.
Такое утверждение подразумевает, что сделанные допущения установлены разумно и прочно . Однако на самом деле допущение, что магнетизм существует лишь как результат движения заряженных частиц, основывается на целиком и полностью незначимых допущениях. Истинная ситуация точнее описывается следующей цитатой из физического учебника:
“Лишь за прошедшие тридцать лет были созданы модели, объединяющие два источника магнетизма (магниты и магнитостатику). Даже сегодня модели далеки от совершенства, но, по крайней мере, они убедили людей, что имеется лишь один источник магнитных полей: все магнитные поля возникают за счет движущихся электрических зарядов”.
По существу, этот отрывок свидетельствует о том, что практически идея разработана не так уж и хорошо, но, тем не менее, большинство голосует за нее. Видный американский астроном Дж. Н. Бакелл указывал на то, что “часто мы создаем серьезные научные проблемы шумным одобрением, а не наблюдением” . Некритичное принятие “далеких от совершенства” моделей магнетизма – достойный пример такой ненаучной практики.
Странной характеристикой существующей ситуации является то, что, придя к выводу, что магнетизм – это просто побочный продукт электричества, одним из видов деятельности физиков является поиск магнитного аналога подвижного электрического заряда – электрона. И вновь, цитируя К. У. Форда:
“Электрическая частица создает электрическое поле. Когда оно движется, оно создает магнитное поле как вторичный эффект. В целях симметрии должны быть магнитные частицы, создающие магнитные поля, движение которых создает электрические поля так же, как движущиеся электрические частицы создают магнитные поля”.
Автор признает, что “и до сих пор магнитный монополь смущает всех исследователей. Экспериментаторы потерпели поражение в обнаружении любого признака частицы”. Этот блуждающий огонек продолжает преследоваться с рвением, вызывающим такие ехидные комментарии, как:
“Удивительно, что отсутствие экспериментального свидетельства существования магнитных монополей не уменьшает рвения искателей”.
Точка зрения Форда такова: “Очевидное отсутствие существования монопольных частиц приводит современных физиков к парадоксу, они не могут все бросить до тех пор, пока не найдут объяснения” . Но он же (ненамеренно) предлагает ответ на парадокс, которым завершает обсуждение ситуации с монополем:
“Физиков волнует вызов симметрии и всех известных законов – магнитная частица до сих пор не создана и не обнаружена”.
Всякий раз, когда наблюдаемые факты “бросают вызов известным законам” и нынешнему пониманию связи отношений симметрии с любой данной ситуацией, можно с уверенностью говорить, что нынешнее понимание симметрии и, по крайней мере, некоторых “известных законов” неверное. В данном случае любой критический подход быстро укажет не только на то, что ряд допущений, на основе которых делается вывод о существовании магнитных монополей, выведен из чистых допущений без фактической поддержки, но и на то, что между двумя ключевыми допущениями имеется определенное противоречие.
Как объяснял Форд, магнитный монополь, который так усердно ищут физики, - это частица, “создающая магнитные поля; то есть магнитный заряд”. Если бы такая частица существовала, она бы, конечно, оказывала магнитные влияния благодаря заряду. Но это напрямую противоречит допущению, что магнетизм является “побочным продуктом электричества”. Физики не могут сидеть одновременно на двух стульях. Если магнетизм – это побочный продукт электричества (то есть, электрических зарядов), тогда не может быть магнитного заряда (источника магнитных эффектов), аналогичного электрическому заряду - источнику электрических эффектов . С другой стороны, если бы частица с магнитным зарядом (магнитный монополь) существовала, тогда базовая теория магнетизма, приписывающая все магнитные эффекты электричеству, неверна .
Из положений теоретического развития вселенной движения очевидно, что упущенная информация – это понимание физической природы магнетизма. До тех пор, пока магнетизм считается побочным продуктом электричества, а электричество рассматривается как данная характеристика природы, не поддающаяся объяснению, ничто не направит теорию в надлежащие русла . Но как только осознается, что магнитостатические явления возникают за счет магнитных зарядов, и что такой заряд является видом движения (вибрацией вращения), ситуация проясняется почти автоматически. Конечно, магнитные заряды существуют. Точно так же, как имеются электрические заряды, являющиеся одномерными вибрациями вращения, действующими противоположно одномерным вращениям, существуют и магнитные заряды – двумерные вибрации вращения, действующие противоположно двумерным вращениям . Феномены, возникающие за счет зарядов такой природы, относятся к магнитостатике. Электромагнетизм – это еще один двумерный феномен, включающий движение непрерывной, а не вибрационной природы.
Двухмерность – вот ключ к пониманию магнитных отношений . Отсутствие осознания базовой характеристики магнетизма – одна из основных причин, создающих путаницу, существующую во многих сферах магнитной теории. Два измерения магнитного заряда и электромагнетизма являются, конечно, скалярными измерениями . Движение компонентов во втором измерении не возможно представить напрямую в традиционной пространственной системе отсчета, но они обладают наблюдаемыми косвенными влияниями, особенно на действующие величины. Значительный вклад в путаницу вносит и отсутствие осознания вибрационной природы электростатических и магнитостатических движений, которая резко отличает их от непрерывных движений, вовлеченных в электрический ток и электромагнетизм. Магнитостатика похожа на электромагнетизм тем, что определяющим фактором является ряд действующих измерений. Она похожа на электростатику тем, что определяющим фактором является вибрационный характер движения.
Наши открытия показывают, что отсутствие магнитных монополей – это не “вызов симметрии”. Симметрия существует, но для ее осознания требуется лучшее понимание природы электричества и магнетизма. В электрических и магнитных отношениях есть симметрия, и в некоторых смыслах именно такой вид симметрии предвидели Форд и его коллеги. Один вид магнитного поля действительно создается так же, как электрическое поле, как и полагает Форд в объяснении рассуждения, лежащего в основе гипотезы магнитного монополя. Но электрическое поле создает не “электрическая частица”; это определенный вид движения – вибрация вращения. Магнитное поле создается подобной вибрацией вращения. Магнитное поле создает электрический ток, поступательное движение частицы (незаряженного электрона) в проводнике. Поступательное движение магнитного поля аналогично создает электрический ток в проводнике. И вновь, симметрия существует, но не тот вид симметрии, который призывался бы для магнитного монополя.
Уравнение магнитной силы, выражение для силы между двумя магнитными зарядами, идентично уравнению Кулона, за исключением коэффициента t/s, введенного в магнитный заряд вторым скалярным измерением движения. Традиционная форма уравнения F = MM’/d². Как и в других первичных уравнениях силы, термины M’ и d² не обладают размерностями. На основе общих принципов, применяемых к уравнениям силы, что определялось во вселенной движения, упущенный термин в магнитном уравнении аналогичен 1/s в уравнении Кулона, - это 1/t. Тогда пространственно-временные размерности магнитного уравнения - F = t²/s² x 1/t = t/s².
Подобно движению, составляющему электрический заряд, и по тем же причинам, движение, составляющее магнитный заряд, обладает скалярным направлением наружу. Но поскольку в материальном секторе магнитное вращение обязательно положительное (смещение во времени), все устойчивые магнитные заряды в данном секторе обладают смещением в пространстве (отрицательным), и отсутствует независимое магнитное явление, соответствующее отрицательному* электрическому заряду . В данном случае нет установленного использования, препятствующего применению обозначений, согласующихся с терминологией вращения. Поэтому мы будем относить магнитный заряд к отрицательным зарядам, а не пользоваться положительным* обозначением, как в случае электрического заряда.
Хотя в материальном окружении отсутствуют положительные магнитные заряды, кроме как под влиянием внешних сил в ситуации, которая будет обсуждаться позже, двумерный характер магнитного заряда вносит влияние ориентации, не присутствующее в электрических феноменах. Все одномерные (электрические) заряды похожи; они не обладают отличительными характеристиками, по которым их можно было бы подразделить на разные виды классов. Но двумерный (магнитный) заряд состоит из вибрации вращения в измерении системы отсчета и еще одного скалярного измерения, независимого от первого, и, следовательно, перпендикулярного к нему в геометрическом представлении. Вращение, с которым связана вторая вибрация вращения, делит атом на две половины, которые могут определяться отдельно. На одной стороне от разделительной линии наблюдаемое вращение происходит по часовой стрелке. Скалярное направление магнитного заряда на этой стороне – направление наружу от вращения по часовой стрелке. Подобный заряд на противоположной стороне – это движение наружу от вращения против часовой стрелки.
Единица магнитного заряда относится лишь к одной из двух вращающихся систем. Следовательно, атом обретает два заряда, занимающих положения, описанные в предыдущем параграфе, и направленных противоположно. Поэтому каждый атом магнитной или намагниченной субстанции обладает двумя полюсами или центрами магнитного влияния. На Земле имеются аналоги магнитных полюсов, соответственно они называются северным полюсом и южным полюсом.
Полюса представляют собой точки скалярного отсчета. Действующее направление вибрации вращения, составляющее заряд, находящийся на северном полюсе, - это движение наружу от северной точки отсчета; действующее направление заряда, центрированного в южном полюсе, - это движение наружу от южной точки отсчета. Следовательно, взаимодействие двух магнитно заряженных атомов следует тому же паттерну, что и взаимодействие электрических зарядов. Как показано на рисунке 22, два северных полюса (линия а) движутся наружу от северных точек отсчета и, следовательно, наружу друг от друга. Два южных полюса (линия с) тоже движутся наружу друг от друга. Но, как показано на линии b, северный полюс, движущийся наружу от северной точки отсчета, движется по направлению к южному полюсу, который движется наружу от южной точки отсчета. Таким образом, одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются.
На этом основании, когда два магнитно заряженных атома сближаются друг с другом, северный полюс одного атома притягивается к южному полюсу другого атома. Результирующая структура – линейная комбинация северного полюса, нейтральная комбинация обоих полюсов и южный полюс. Прибавление третьего магнитно заряженного атома превращает южный полюс в нейтральную комбинацию, но оставляет новый южный полюс на новом конце структуры. Могут происходить и дальнейшие прибавления такого рода, ограниченные лишь температурными и другими разрушительными силами. Подобную стрелу атомов с северным и южным полюсами на противоположных концах можно создавать введением атомов намагниченной материи между магнитно заряженными атомами двухатомной комбинации. Разделение подобной структуры в любой точке ломает нейтральную комбинацию и оставляет северный и южный полюса на концах каждого сегмента. Следовательно, на сколько частей не делился бы намагниченный материал, в каждом фрагменте материала всегда имеются северный и южный полюса .
Благодаря направленному характеру магнитных сил они подвергаются экранированию так же, как электрические силы. С другой стороны, гравитационная сила не может экранироваться или модифицироваться никоим образом. Многие наблюдатели сочли это указанием на то, что гравитационная сила должна обладать абсолютно другой природой. Такое впечатление усугубляется трудностью обнаружения подходящего места гравитации в основной физической теории. Основная цель теоретиков, работающих над проблемой построения “общей теории” или “единой теории” физики – найти место гравитации в своей теоретической структуре.
Сейчас развитие теории вселенной движения показывает, что гравитация, статическое электричество и магнитостатика – явления одного и того же рода. Они отличаются друг от друга лишь числом действующих скалярных измерений . Благодаря симметрии пространства и времени в этой вселенной каждый вид силы (движения) обладает противоположно направленным партнером. Гравитация не исключение, она имеет место, как во времени, так и в пространстве . Следовательно, она подвергается тому же дифференцированию между положительным и отрицательным, что и дифференциация, которую мы обнаруживаем в электрических силах. Но в материальном секторе вселенной итоговое гравитационное влияние всегда происходит в пространстве, то есть, отсутствует действующая отрицательная гравитация . В космическом секторе оно всегда происходит во времени. Поскольку гравитация трехмерна, не может быть любой пространственной дифференциации вида, который мы обнаруживаем в магнетизме.
В результате отсутствия понимания истинной связи между электромагнитными и гравитационными феноменами, традиционная физическая наука не способна сформулировать теорию, относящуюся к обеим сферам. Ее подход к проблеме – допускать, что электричество фундаментально, и воздвигать структуру физической теории на этом основании. Чтобы привести наблюдения и измерения в соответствие с теорией, основанной на электричестве, требуются дальнейшие допущения. Таким образом, гравитации присвоили статус необъяснимой аномалии. Так случилось из-за способа построения теорий, а не из-за какой-либо особенности гравитации . Если бы подход изменился, физическая теория строилась бы на основании допущения, что гравитация фундаментальна, а “не усвоенными” пунктами оказались бы электричество и магнетизм. Единую теорию, которую пытаются построить исследователи, можно создать лишь посредством развития, такого как представленного в данной работе. Оно покоится на прочном фундаменте понимания, где каждому из трех базовых феноменов отводится свое надлежащее место.
Помимо влияний разницы в числе скалярных измерений, свойства вибрации вращения, составляющей магнитный заряд, совпадают со свойствами вибрации вращения, составляющей электрический заряд. Отсюда в надлежащих материалах можно индуцировать магнитные заряды. Материалы, в которых индуцируются магнитные заряды, ведут себя как постоянные магниты . По существу, некоторые материалы становятся постоянными магнитами, когда в них индуцируются магнитные заряды. Однако лишь относительно небольшое число элементов способно намагничиваться в значительной степени; то есть, обладать свойством, известным как ферромагнетизм .
Традиционные теории магнетизма не имеют объяснения ограничению намагничивания элементов. Конечно, эти теории подразумевали бы, что оно должно быть общим свойством материи. На основании ранее упомянутых допущений электроны, которые традиционная теория рассматривает как составляющие атомов, являются миниатюрными электромагнитами и создают магнитные поля. В большинстве случаев допускается, что магнитные поля атомов ориентированы случайно и отсутствует итоговая магнитная результирующая. “Однако имеется несколько элементов, в атомах которых поля, созданные разными электронами, взаимно уничтожаются не полностью. Такие атомы обладают итоговым магнитным полем. У некоторых материалов… магнитные поля атомов выстраиваются в линию друг с другом” . Допускается, что такие материалы обладают магнитными свойствами. А вот почему эти несколько элементов должны обретать свойство, которым не обладает большинство элементов, не уточняется .
В целях объяснения в терминах вселенной движения нам потребуется рассмотреть природу атомного движения. Если к трехмерной комбинации движений, составляющих атом, прибавляется двумерная, положительная вибрация вращения, это меняет величины движений. Результат – не один и тот же атом с магнитным зарядом, а атом другого вида . Как отдельная сущность магнитный заряд может существовать лишь в атоме, составленном так, что имеется часть атомной структуры, способная вибрировать двумерно и независимо от основного тела атома. Если нас волнует магнитное вращение, требование удовлетворяется тогда, когда вращение асимметрично; то есть, в одном из двух магнитных измерений имеется n единиц смещения, а в другом – n + 1.
На этом основании симметричные элементы, обладающие магнитными вращениями 1-1, 2-2, 3-3 и 4-4, исключаются. Хотя магнитный заряд не обладает третьим измерением, электрическое вращение, с которым он связан в трехмерном движении атома, не должно зависеть от вращения, связанного с оставшейся частью атома. Следовательно, электрическое смещение вращения должно превышать 7, так чтобы одна полная единица (7 единиц смещения плюс уровень первичной единицы) могла оставаться с основным телом магнитного вращения, в то время как избыток относится к магнитному вращению. Более того, электрическое смещение должно быть положительным, поскольку система отсчета не может вмещать два разных отрицательных смещения (движение во времени) в одной и той же атомной структуре. Следовательно, полностью исключаются электроотрицательные смещения. Влияние всех исключений ограничивает магнитные заряды до небольшого числа элементов.
Первым элементом, способным принимать магнитный заряд в обычном состоянии, является железо . Такое положение №1 особенно благоприятно для намагничивания, поэтому железо до сих пор остается самым магнитным из элементов. Два следующих элемента, кобальт и никель , тоже магнитные, поскольку их электрическое смещение обычно положительное. В особых условиях смещения хрома (6) и магния (7) увеличиваются соответственно до 8 и 9 с помощью переориентации относительно новой нулевой точки, что объяснялось в томе 1 книги Д. Ларсона. Тогда эти элементы тоже способны принимать магнитные заряды.
Согласно предыдущему объяснению атомных характеристик, требующихся для приема магнитного заряда, другими магнитными элементами являются лишь члены Деления II Группы 4А. Теоретическое ожидание совпадает с наблюдением, но имеются пока необъяснимые различия между магнитным поведением этих элементов и элементов Группы 3А. В Группе 4А магнитная сила меньше. Лишь один из элементов этой группы, гадолиний, магнитен при комнатной температуре, и он не занимает того же положения в группе, что и железо - самый магнитный элемент Группы 3А. Однако самарий, находящийся в положении железа, не играет важной роли во многих магнитных сплавах. Гадолиний находится на два положения выше в атомных сериях, что может указывать на то, что он подвергается модификации, подобной модификации, присущей низшим элементам Группы 3А, но противоположно направленной.
Если на основании поведения в некоторых сплавах мы приписываем некоторые магнитные свойства ванадию, все элементы Деления II Групп 3А и 4А обладают степенью намагничиваться при надлежащих условиях. Большее число магнитных элементов в Группе 4А – это отражение большего размера 32-х элементов группы, который помещает эти элементы в деление II. В связи с магнитными свойствами редкоземельных элементов Группы 4А имеется ряд еще необъяснимых особенностей в положениях элементов в атомных сериях. Возможно, они связаны с другими еще необъяснимыми отклонениями в поведении этих элементов, которые были замечены при обсуждениях других физических свойств. Магнитные способности элементов деления II и сплавов переносятся в некоторые соединения. Но такие простые соединения как бинарные хлориды, окиси и так далее – не магнитные; то есть, не способны принимать магнитные заряды ферромагнитного типа.
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Термины “электрический” и “магнитный” введены в работах Д. Ларсона с пониманием того, что они используются как синонимы для соответственно “скалярно одномерного” и “скалярно двумерного”, а не ограничивались относительно узким значением, которое они имеют в повседневной практике. Здесь они используются в тех же смыслах, хотя расширенный объем определений не так очевиден, потому что сейчас мы в основном имеем дело с феноменами, которые обычно называются “электрическими” или “магнитными”. Мы определили одномерное движение незаряженных электронов как электрический ток, одномерную вибрацию вращения – как электрический заряд, двумерную вибрацию вращения – как магнитный заряд . Конкретнее, магнитный заряд – это двумерное вращательно распределенное скалярное движение вибрационного характера .
Сейчас мы готовы исследовать движения, не являющиеся зарядами, но обладающие некоторыми первичными характеристиками магнитного заряда, то есть они являются двумерными направленными распределенными скалярными движениями.
Давайте рассмотрим короткий отрезок проводника, по которому будем пропускать электрический ток. Материя, из которой состоит проводник, подвергается действию гравитации - трехмерно распределенному скалярному движению вовнутрь. Как мы видели, ток – это движение пространства (электронов) в материи проводника, эквивалентное скалярному движению материи в пространстве наружу. Таким образом, одномерное движение тока противодействует части скалярного движения гравитации вовнутрь, действующей в скалярном измерении пространственной системы отсчета.
В этом примере давайте предположим, что два противоположных движения в отрезке проводника равны по величине. Тогда итоговое скалярное измерение равно нулю. От начального трехмерного гравитационного движения остается вращательно распределенное скалярное движение в двух других скалярных измерениях . Поскольку оставшееся движение скалярное и двумерное, оно магнитное и известно как электромагнетизм . Обычно гравитационное движение в измерении тока лишь частично нейтрализуется потоком тока, но это не меняет природы результата, а просто уменьшает величину магнитного влияния.
Из вышеприведенного объяснения видно, что электромагнетизм – это остаток гравитационного движения, который остается после того, как все или часть движения в одном из трех гравитационных измерений нейтрализуется противоположно направленным движением электрического тока . Следовательно, двумерное скалярное движение перпендикулярно потоку тока . Поскольку гравитационное движение в двух измерениях не подвергается влиянию движения электрического тока наружу, оно обладает скалярным направлением вовнутрь.
Во всех случаях магнитный эффект проявляется намного больше, чем гравитационный, который убирается, если рассматривается в контексте нашей гравитационно связанной системы отсчета. Это не означает, что ток создает нечто. Происходит следующее. Определенные движения преобразуются в другие виды движений, более сконцентрированных в системе отсчета. И чтобы удовлетворить требованиям новой ситуации, привносится энергия извне. Как указывалось, разница, которую мы наблюдаем между величинами движений с разными числами действующих измерений, - это искусственный результат нашего расположения в гравитационно связанной системе, расположения, сильно увеличивающего размер . С точки зрения естественной системы отсчета, системы, к которой реально приспосабливается вселенная, основные единицы не зависят от измерений; то есть 1³ = 1² = 1. Но благодаря нашему асимметричному расположению во вселенной, естественная единица скорости, s/t, принимает бо льшую величину, 3x10 10 см/сек. Она становится коэффициентом измерения, который входит в каждое соотношение между величинами разных измерений .
Например, термин c² (квадрат 3x10 10) в уравнении Эйнштейна для отношения между массой и энергией отражает коэффициент, относящийся к двум скалярным измерениям, отделяющим массу (t³/s³) от энергии (t/s). Аналогично, разница в одно измерение между двумерным магнитным влиянием и трехмерным гравитационным влиянием делает магнитное влияние в 3x10 10 раза больше (если выражено в системе сгс). Магнитное влияние меньше, чем одномерное электрическое влияние на тот же самый коэффициент. Из этого следует, что магнитная единица заряда или электромагнитная единица, определенная магнитным эквивалентом закона Кулона, в 3x10 10 раз больше, чем электрическая единица или электростатическая единица. Электрическая единица 4,80287x10 -10 электростатических единиц эквивалентна 1,60206x10 -20 электромагнитных единиц.
Относительные скалярные направления сил между элементами тока противоположны направлениям сил, создаваемых электрическими и магнитными зарядами, как показано на рисунке 23, который следует сравнить с рисунком 22. Электромагнитные движения вовнутрь направлены к нулевым точкам, из которых движения зарядов направлены наружу. Два проводника, несущие ток в том же направлении, AB или A’B, аналогично одноименным зарядам, движутся друг к другу, как показано линией (а) на схеме, а не отталкиваются друг от друга, как это делают одноименные заряды. Два проводника, несущие ток в направлении BA или B’A, как показано на линии (с), тоже движутся друг к другу. Но проводники, несущие ток в противоположных направлениях, AB’ и BA’, аналогично разноименным зарядам, отталкиваются друг от друга, как указано на линии (b).
Такие различия в возникновении и скалярном направлении между двумя видами магнетизма проявляются и другими способами. В нашем исследовании данных тем будет удобнее рассматривать отношения силы с другой точки зрения. До сих пор наше обсуждение вращательно распределенных скалярных движений – гравитационного, электрического и магнитного – проходило в терминах сил, оказываемых отдельными объектами, по существу, точечными источниками рассматриваемых влияний. Сейчас, в электромагнетизме, мы имеем дело с протяженными источниками. На самом деле они являются протяженными совокупностями дискретных источников, поскольку все физические феномены существуют в форме дискретных единиц. Следовательно, было бы возможно работать с электромагнитными влияниями так же, как с влияниями, возникающими за счет легче определяемых точечных источников, но такой подход к протяженным источникам сложен и труден. Значительное упрощение достигается введением концепции поля.
Такой подход применим и к более простым гравитационным и электрическим феноменам. Конечно, сейчас это модный способ иметь дело со всеми (видимыми) взаимодействиями, хотя к дискретным источникам лучше подходит альтернативный подход. Исследуя базовую природу полей, мы можем рассмотреть ситуацию с гравитацией, которая во многих отношениях является самым простым из феноменов. Как мы знаем, масса А обладает движением АБ по направлению к массе Б, находящейся поблизости. Это движение неотъемлемо неотличимо от движения БА атома Б. В той степени, в какой реальному движению массы А препятствует инерция, движение объекта А появляется в системе отсчета как движение объекта Б, составляющее прибавление к реальному движению этого объекта.
Величина гравитационного движения массы А, приписанного массе Б, определяется как произведение масс А и Б, деленное на расстояние между двумя массами, поскольку является движением массы Б, если скалярное движение АБ рассматривается как движение обоих объектов. Из этого следует, что каждому пространственному положению вблизи от объекта А можно присвоить величину и направление, указывая способ, каким масса размером в единицу двигалась бы под влиянием гравитационной силы объекта А, если бы занимала это расположение. Соединение расположений и соответствующих векторов сил составляет гравитационное поле объекта А . Аналогично, распределение движения электрических или магнитных зарядов определяет электрическое или магнитное поле в пространстве, окружающем заряд.
Математическое выражение объяснения поля массы или заряда идентично тому, которое появляется в ныне принятой физической теории, но его концептуальная основа совсем другая . Традиционная точка зрения такова. Поле – это “нечто физически реальное в пространстве” вокруг возбуждающего объекта, а сила физически передается от одного объекта другому этим “нечто”. Однако после критического анализа ситуации П. У Бриджмен пришел к выводу об отсутствии свидетельства, оправдывающего допущение, что это “нечто” реально существует. Мы находим, что поле – это не “нечто физическое” . Это просто математическое следствие неспособности традиционной системы отсчета представлять истинный характер скалярного движения. Но осознание истинного статуса как математического приема не лишает его полезности. Полевой подход остается самым простым и наиболее удобным способом математически иметь дело с магнетизмом.
Поле магнитного заряда определяется в терминах силы, действующей на пробный магнит. Поле магнитного полюса, например, одного конца длинного стержневого магнита, радиально. Как можно видеть из описания возникновения магнетизма в предыдущих параграфах, поле провода, несущего электрический ток, тоже было бы радиальным (в двух измерениях), если бы определялось в терминах силы, действующей на элемент тока в параллельном проводнике. Привычно определять магнитное поле на основе электростатики: то есть, силой, действующей на магнит или электромагнит в форме катушки, соленоид, который создает радиальное поле так же, как стержневой магнит посредством геометрической компоновки. Если поле несущего ток провода определяется именно так, оно окружает провод, а не растягивается радиально. Тогда сила, действующая на пробный магнит перпендикулярна полю и направлению потока тока.
Это прямой вызов физической теории, очевидное нарушение повсеместно применяемых физических принципов. Физика никогда не встречалась с таким вызовом. Физики не способны даже выдвинуть правдоподобную гипотезу. Поэтому они просто отмечают аномалию, “странную” характеристику магнитного эффекта. “Магнитная сила обладает странно направленным характером, - говорит Ричард Фейнман. - В каждом примере, сила всегда пребывает под прямыми углами к вектору скорости” . Однако перпендикулярная связь между направлением движения тока и направлением силы не казалась бы странной, если бы взаимодействовали магниты с магнитами и токи с токами . В этом случае магнитное влияние тока на ток все еще пребывало бы “под прямыми углами к вектору скорости”, но в направлении поля, а не перпендикулярно к нему, поскольку поле определялось бы в терминах действия тока на ток . В случае взаимодействия тока с магнитом результирующая сила перпендикулярна магнитному полю, то есть, вектору напряженности поля . Пробный магнит в электромагнитном поле не движется в направлении поля, как можно было бы ожидать, а в перпендикулярном направлении.
“Заметьте, какое странное направление силы. Оно не совпадает ни с полем, ни с направлением тока. Вместо этого сила перпендикулярна и току и линиям поля”.
Использование слова “странный” в данном утверждении – это неявное признание, что причина перпендикулярного направления не понята в контексте современной физической теории. И вновь, развитие вселенной движения предлагает упущенную информацию. Ключ к пониманию ситуации – осознание разницы между скалярным направлением движения (силой) магнитного заряда наружу и электромагнитным движением вовнутрь .
Очевидно, что движение электрического тока происходит в одном из скалярных измерений, отличного от измерения, представленного в пространственной системе отсчета, поскольку направление потока тока обычно не совпадает с направлением движения проводника. Следовательно, магнитный остаток состоит из движения в другом ненаблюдаемом измерении и в измерении системы отсчета. Если магнитное влияние одного тока взаимодействует с магнитным влиянием другого, измерение движения тока А, параллельного измерению системы отсчета, совпадает с соответствующим измерением тока Б. Результат – единая сила, сила взаимного притяжения или отталкивания, уменьшающая или увеличивающая расстояние между А и Б. Но если взаимодействие происходит между током А и магнитом В, измерения, параллельные системе отсчета, не могут совпадать, поскольку движение (и соответствующая сила) тока А происходит в скалярном направлении вовнутрь, а движение магнита В происходит в скалярном направлении наружу.
Можно поинтересоваться, почему движения вовнутрь и наружу не могут сочетаться на положительном или отрицательном основании с итоговой результирующей, равной разности. Причина в том, что движение вовнутрь проводника А к магниту В является одновременно движением В к А, поскольку скалярное движение – это обоюдный процесс . Движение магнита наружу похоже на движение В от А и движение А от В. Из этого следует, что два отдельных движения обоих объектов, одно вовнутрь, другое наружу, не являются комбинацией движения вовнутрь одного объекта и движением наружу другого объекта. Из этого следует, что два движения должны происходить в разных скалярных измерениях . Поэтому сила, действующая на элемент тока в магнитном поле (силовой аспект движения в измерении системы отсчета), перпендикулярна полю .
Эти отношения показаны на рисунке 24. Слева находится один конец стержневого магнита. Магнит создает магнитостатическое (МС) поле, существующее в двух скалярных измерениях. Одно измерение любого скалярного движения должно быть ориентировано так, чтобы совпадать с измерением системы отсчета. Мы будем называть наблюдаемое измерение МС движения - А, пользуясь большой буквой, чтобы продемонстрировать наблюдаемый статус, и представляя МС поле жирной линией. Ненаблюдаемое измерение движение обозначается буквой b и представляется тонкой линией.
Сейчас мы вводим электрический ток в третье скалярное измерение. Как указывалось выше, его ориентация совпадает с измерением системы отсчета и обозначается буквой С. Ток создает электромагнитное (ЭМ) поле в измерениях а и b, перпендикулярных С. Поскольку МС движение обладает скалярным направлением наружу, в то время как ЭМ движение направлено вовнутрь, скалярные измерения движений, совпадающие с измерением системы отсчета, не могут быть одними и теми же. Поэтому измерениями ЭМ движения являются В и а; то есть, наблюдаемый результат взаимодействия между двумя видами магнитного движения находится в измерении В, перпендикулярном к МС полю и току С.
Электронный учебник по физике
КГТУ-КХТИ. Кафедра физики. Старостина И.А., Кондратьева О.И., Бурдова Е.В.
Для перемещения по тексту электронного учебника можно использовать:
1- нажатие клавиш PgDn, PgUp,, для перемещения по страницам и строкам;
2- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному тексту для перехода в требуемый раздел;
3- нажатие левой клавиши «мыши» по выделенному значку @ для перехода в оглавление.
МАГНЕТИЗМ
МАГНЕТИЗМ
1. ОСНОВЫ МАГНИТОСТАТИКИ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
1.1. Магнитное поле и его характеристики.@
1.2. Закон Ампера.@
1.3. Закон Био – Савара – Лапласа и его применение к расчету магнитного поля. @
1.4. Взаимодействие двух параллельных проводников с током. @
1.5. Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. @
1.6. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме(теорема о циркуляции вектора В). @
1.7. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. @
1. 8. Рамка с током в однородном магнитном поле. @
2. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ. @
2.1. Магнитные моменты атомов. @
2.2. Атом в магнитном поле. @
2.3. Намагниченность вещества. @
2.4. Виды магнетиков. @
2.5. Диамагнетизм. Диамагнетики. @
2.6. Парамагнетизм. Парамагнетики. @
2.7. Ферромагнетизм. Ферромагнетики. @
2.8. Доменная структура ферромагнетиков. @
2.9. Антиферромагнетики и ферриты. @
3. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. @
3.1. Основной закон электромагнитной индукции. @
3.2. Явление самоиндукции. @
3.3. Явление взаимной индукции. @
3.4. Энергия магнитного поля. @
4. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА. @
4.1. Теория Максвелла для электромагнитного поля. @
4.2. Первое уравнение Максвелла. @
4.3. Ток смещения. @
4.4. Второе уравнение Максвелла. @
4.5. Система уравнений Максвелла в интегральной форме. @
4.6. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. @
МАГНЕТИЗМ
Магнетизм - раздел физики, изучающий взаимодействие между электрическими токами, между токами и магнитами (телами с магнитным моментом) и между магнитами.
Долгое время магнетизм считался совершенно независимой от электричества наукой. Однако ряд важнейших открытий 19-20 веков А.Ампера, М.Фарадея и др. доказали связь электрических и магнитных явлений, что позволило считать учение о магнетизме составной частью учения об электричестве.
1. ОСНОВЫ МАГНИТОСТАТИКИ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
1.1. Магнитное поле и его характеристики.@
Впервые магнитные явления были последовательно рассмотрены английским врачом и физиком Уильямом Гильбертом в его работе - «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». Тогда казалось, что электричество и магнетизм не имеютничего общего. Лишь в началеXIXвека датский ученый Г.Х.Эрстед выдвинул идею о том, что магнетизм может оказаться одной из скрытых форм электричества, что и подтвердил в 1820 г. на опыте. Этот опыт повлек за собой лавину новых открытий, имевших огромное значение.
Многочисленные опыты начала XIXвека показали, что каждый проводник с током и постоянный магнит способны оказывать силовое воздействие через пространство на другие проводники с током или магниты. Это происходит из-за того, что вокруг проводников с током и магнитов возникает поле, которое было названомагнитным .
Для исследования
магнитного поля применяют небольшую
магнитную стрелку, подвешенную на нити
или уравновешенную на острие (Рис.1.1). В
каждой точке магнитного поля стрелка,
расположенная произвольно, будет
п
Рис.1.1. Направление
магнитного поля
Рассмотрим ряд опытов, которые позволили установить основные свойства магнитного поля:
На основании данных опытов был сделан вывод о том, что магнитное поле создается только движущимися зарядами или движущимися заряженными телами, а также постоянными магнитами. Этим магнитное поле отличается от электрического поля, которое создается как движущимися, так и неподвижными зарядами и действует как на одни, так и на другие.
Основной
характеристикой магнитного поля является
вектор магнитной индукции
.
За направление магнитной индукции в
данной точке поля принимают направление,
по которому в данной точке располагается
ось магнитной стрелки отS
к N
(рис.1.1).
Графически
магнитные поля изображаются силовыми
линиями магнитной индукции, то есть
кривыми, касательные к которым в каждой
точке совпадают с направлением вектора
В.
Эти силовые линии можно увидеть с помощью железных опилок: например, если рассыпать опилки вокруг длинного прямолинейного проводника и пропустить через него ток, то опилки поведут себя подобно маленьким магнитикам, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля (рис. 1.2).
Как определить
направление вектора
около проводника с током? Это можно
сделать с помощью правила правой руки,
которое иллюстрируется рис. 1.2. Большой
палец правой руки ориентируют в
направлении тока, тогда остальные пальцы
в согнутом положении указывают направление
силовых линий магнитного поля. В случае,
изображенном на рис.1.2, линии
представляют собой концентрические
окружности. Линии вектора магнитной
индукции всегдазамкнуты
и охватывают
проводник с током. Этим они отличаются
от линий напряженности электрического
поля, которые начинаются на положительных
и кончаются на отрицательных зарядах,
т.еразомкнуты
. Линии магнитной
индукции постоянного магнита выходят
из одного полюса, называемого северным
(N) и входят в другой - южный
(S) (рис. 1.3а). Вначале
кажется, что здесь наблюдается полная
аналогия с линиями напряженности
электрического поля Е, причем полюса
магнитов играют роль магнитных зарядов.
Однако если разрезать магнит, картина
сохраняется, получаются более мелкие
магниты со своими северными и южными
полюсами, т.е. полюса разделить невозможно,
потому что свободных магнитных зарядов,
в отличие от электрических зарядов, в
природе не существует. Было установлено,
что внутри магнитов имеется магнитное
поле и линии магнитной индукции этого
поля являются продолжением линий
магнитной индукции вне магнита, т.е.
замыкают их. Подобно постоянному магниту
магнитное поле соленоида – катушки из
тонкой изолированной проволоки с длиной
намного больше диаметра, по которой
течет ток (рис.1.3б). Конец соленоида, из
которого ток в витке виден идущим против
часовой стрелки, совпадает с северным
полюсом магнита, другой – с южным.
Магнитная индукция
в системе СИ измеряется в Н/(А∙м), этой
величине присвоено специальное
наименование – тесла .
С
огласно
предположению французского физика
А.Ампера,намагниченное
железо (в частности, стрелки компаса)
содержит непрерывно движущиеся заряды,
т.е. электрические токи в атомном
масштабе. Такие микроскопические токи,
обусловленные движением электронов в
атомах и молекулах, существуют в любом
теле. Эти микротоки создают свое магнитное
поле и могут сами поворачиваться во
внешних полях, создаваемых проводниками
с током.Например, если вблизи
какого-либо тела поместить проводник
с током, то под действием его магнитного
поля микротоки во всех атомах определенным
образом ориентируются, создавая в теле
дополнительное магнитное поле. О природе
и характере этих микротоков Ампер в то
время ничего не мог сказать, так как
учение о строении вещества находилось
еще в самой начальной стадии. Гипотеза
Ампера была блестяще подтверждена лишь
спустя 100 лет, после открытия электрона
и выяснения строения атомов и молекул.
Магнитные поля, существующие в природе, разнообразны по масштабам и по вызываемым эффектам. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается на расстоянии 70 – 80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы километров в обратном направлении. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий. Происхождение магнитного поля Земли связывают с движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и Сатурн обладают заметными магнитными полями. Магнитное поле Солнца играет важнейшую роль во всех происходящих на Солнце процессах – вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей.
Магнитное поле широко применяется в различных отраслях промышленности, в частности при очистке муки на хлебозаводах от металлических примесей. Специальные просеиватели муки снабжены магнитами, которые притягивают к себе мелкие кусочки железа и его соединений, которые могут содержаться в муке.
Длинное тело солнечной системыКак это представляется человеку, Солнечная Система состоит из огромной излучающей сферы, вокруг которой, через гармонично возрастающие интервалы, подобно кругам от брошенного в воду камня лежат орбиты, по которым вращаются другие меньшие и неизлучающие сферы. Как камень для этих кругов на воде, эта центральная излучающая сфера, или солнце, является, по-видимому, источником энергии, которой создаются все явления. С диаметром примерно в одну десятитысячную от всей его системы, оно находится почти в точно таком же отношении к своему огромному полю влияния, как человеческая яйцеклетка к тому телу, которое из нее вырастает. И так как в обоих случаях меньший дает рост большему, то степень концентрации или напряжености энергии должна быть такой же.
Концентрические орбиты зависимых сфер, или планет, гармонично соотносятся друг с другом в соответствии с законом, названным по имени его автора законом Бодэ. Взяв геометрическую прогрессию 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 102 и прибавив к каждой цифре 4, мы получим ряд, который более или менее представляет относительные расстояния планетных орбит от Солнца.
Сами планеты различаются по размеру - сперва возрастая в размерах от самой маленькой, Меркурия, который ближе всего к центру, до самой большой - Юпитера, находящегося на полпути между центром и внешней границей, а затем снова уменьшаясь до самой крайней из известных планет (Плутону), которая немного больше Меркурия.
Чем удаленнее планета, тем медленнее ее видимая скорость, уменьшаясь с 30 миль в секунду у Меркурия до 3 1/3 миль в секунду у Нептуна. Это обычная характерная черта ослабления импульсов, посланных из центрального источника, по мере их погружения на все большую глубину. Очень хорошую модель этого процесса дает нам фейерверк, "огненное колесо", когда оно, быстро вращаясь, рассыпает вокруг себя потоки искр, и кажется, что они закругляются назад, в обратную сторону от направления вращения - то есть искры теряют орбитальную скорость тем больше, чем дальше отбрасываются.
Кроме того, стоит заметить, что орбитальная скорость планет обратно пропорциональна квадратному корню их расстояния от Солнца. Поскольку сила света уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, мы можем добавить далее, что орбитальная скорость планет пропорциональна квадрату квадрата силы падающего на них солнечного света. Как и у клеток, у людей и, видимо, у всех живых творений, скорость планет зависит от влияния, которое на них оказывается.
Конечно, в "огненном колесе" искры первоначально вылетают из центра. Многие теории сходятся на том, что таким же способом однажды были рождены планеты или оторваны от самого тела Солнца, - возможно, дети напряжения, созданного проходившей недалеко другой звезды. За всю ту бесконечно малую вспышку солнечного времени, охватывающую весь известный период изучения неба человеком, ни единого признака движения планет вовне замечено не было. Но это едва ли удивительно. Потому что если бы первоначальное рождение планет произошло, как это предполагается, несколько тысяч миллионов лет назад, то такое движение наружу составляло бы не более чем милю или две за одно столетие.
Мы можем сказать только, что все строение Солнечной Системы - так же, как строение спиральной туманности - предполагает такое расширение из центра. Это подразумевает не только удаление планет, но также и рост и расширение самого Солнца. Потому что только еще более горячее и более огромное солнце, чем наше, то есть солнце, материя которого доведена до намного большего накала и разреженности, могло бы поддерживать и давать жизнь своим спутникаи на таком огромном расстоянии. В таком гигианте как Антарес, в миллионы раз более разреженном, чем наше Солнце, и чей лучистый диаметр мог бы покрыть всю орбиту Земли, мы видим пример такой старшей и более развитой системы. Центральная жизнь и тепло больше не ограничены там какой-то отдельной астрономической точкой, но уже выросли до такой степени, что охватывает большую часть своего владения. В этом состоит разница между человеческим сознанием, привязанным к какому-то одному органу, и сознанием, охватывающим все тело и проникающим во все функции человека. Это последнее мы отличаем как более развитое состояние.
Если наружное движение Солнечной Системы недоступно восприятию человека из-за его временной шкалы, то ее круговое движение вполне заметно и может быть вычислено. Ось системы, то есть само Солнце, обращается вокруг самого себя немногим меньше чем за месяц. К тому моменту, когда импульс этого кругового движения достигает Меркурия, скорость его падает до трех месяцев, а когда достигает Венеры - до восьми месяцев, Земли - до двенадцати месяцев; и так далее в уменьшающейся пропорции, вплоть до орбиты Нептуна, где для совершения полного оборота ему требуется уже не меньше 164 лет. Третий закон Кеплера является формальным выражением этого ослабевания.
Что мы на самом деле стараемся описать таким запутанным способом - это просто отношение между пространством и временем. Мы пытаемся описать изменения, происходящие в сечении, которое постепенно продвигается по третьему измерению или длине высшего тела, то есть Солнечной Системы. Точно так же и клетка в потоке крови, видящая только сечение человеческого тела, старалась бы анализировать видимые движения поперечных сечений артерий и нервов, различные скорости которых зависели бы от угла, под которым они проходили бы через ее плоскость.
Как мы сказали вначале, все такие описания относятся к такой Солнечной Системе, "как она представляется человеку". В каком же виде можно представить себе не только сечение, но все тело Солнечной Системы?
Итак, единство и модель человеческого тела существует в измерении высшем, чем измерение настоящего клетки, где то, что она считает прошлым и будущим сосуществует как одно человеческое существо. Таким же образом, единство Солнечной Системы, замысел и модель ее тела должны существовать в следующем измерении за пределами настоящей вселенной человека. Наша задача, таким образом, состоит в том, чтобы постараться отчетливо представить себе прошлое и будущее Солнечной Системы как сосуществующие и составляющие одно тело. Мы должны представить себе Солнечную Систему так, как она видит себя сама, так же, как чтобы понять единство и модель человека, клетка должна стараться представить себе человека так, как видел бы себя он сам или другой человек.
Мы вычислили, что момент восприятия Солнца длится 80 лет. Когда мы рассматривали его нашим обычным взглядом из поперечного сечения, мы представляли себе круги, расходящиеся по поверхности пруда от брошенного камня. Теперь мы должны представить себе этот камень, погружающийся на всю глубину пруда, и соответственно волны, расходящиеся от него по всей толще воды. Или лучше, мы должны представить себе наше "огненное колесо" не только вертящимся, но движущимся вперед, достаточно быстро для того, чтобы можно было увидеть сразу весь его огненный шлейф.
Во-первых, каковы будут размеры этого вихря огня, который стал теперь нашей моделью?
Астрономы, вычисляя разницу между наибольшей скоростью, с которой созвездия прямо над эклиптикой кажутся приближающимися к нам и наибольшей скоростью, с которой созвездия прямо под нами видимо отступают от нас, считают, что вся Солнечная Система движется по направлению к Веге со скоростью около 12 1/2 миль в секунду. Таким образом, за 80 лет Солнце, волоча за собой все излучение своей системы, продвигается на 30 000 миллионов миль вперед в пространство. Диаметр орбиты Нептуна составляет около 6 000 миллионов миль. Таким образом, сфера излучения, огненный шлейф, или "тело" Солнечной Системы за 80 лет - это фигура, длина которой в пять раз больше ее ширины, то есть имеет пропорции близкие фигуре человека в полный рост. Таков силуэт тела нашего Солнца.
Давайте вспомним, что "момент восприятия" смотрящего на Солнечную Систему равного ей существа составляет 80 лет. Это существо увидит необычайно сложную и красивую фигуру. Пути планет, вытянутые в форме бесчисленных спиралей различных напряжений и диаметров, стали теперь рядом переливающихся оболочек, прикрывающих длинную, раскаленную добела нить солнца. Каждая из них мерцает своим особым блеском и цветом, и все вместе со всех сторон окутано легкой газовой тканью, сотканной из эксцентрических путей бесчисленных астероидов и комет, все пышет живой теплотой и звучит невероятно тонкой и гармоничной музыкой.
Этот образ ни в одной своей детали не фантастичен. Ширина планетных орбит будет определять размер каждой оболочки; диаметр планеты - грубость или тонкость нити, из которой она соткана; относительная кривизна поверхности планеты - ее угол преломления или цвет; количество и удаленность ее спутников - различную текстуру, как, например, у шелка, шерсти или хлопка; плотность и вид атмосферы - ее сияние или свечение; тогда как скорости вращения планет создадут тот эффект, что вся совокупность оболочек будет испускать магнетическое или живое излучение.
Никакая аналогия с тканями не может, конечно, передать все то множество проявлений и впечатлений, которые можно старательно вычислять одно за другим, но которые на самом деле существуют одновременно. Мы знаем по опыту, полученному на нашем уровне, что когда вместе производится такое множество впечатлений, это значит, что перед нами явление, не поддающееся никаким усилиям точного анализа, то есть явление жизни. И тот, кто доходит достаточно далеко в этом использовании точной аналогии, не может избежать вывода, что 1там0, в мире, где "момент восприятия" составляет 80 лет, Солнечная Система является, каким-то непостижимым для нас образом, живым телом.
Наблюдая невероятное повышение важности и значительности даже таких простейших и скучнейших явлений, как размер и кривизна, при переводе их на ту шкалу времени, мы оказываемся совершенно не в состоянии вообразить возможный внешний вид того четырехмерного Солнца, когда даже наше трехмерное ослепляет нас своим сиянием. И мы можем только предположить, что оно будет каким-то образом представлять сокровенную жизненную силу Солнечного Существа, невидимую для наблюдателя даже на той же шкале, так же как сознание одного человека невидимо для другого.
Мы говорили о других системах, например, о системе Антареса, в которой центральное солнечное излучение уже охватывает намного больший объем, чем делает это наше Солнце. И мы говорили о неизбежном выводе, следующем из идеи о расширяющейся Солнечной Системе, о том, что и наше Солнце также должно все более делаться горячим, ярким, лучистым.
На самом деле, возможно, эта разница в степени излучения центрального Солнца составляет главное отличие между миллионами составляющих Млечный Путь солнечных систем. Все такие системы, чтобы быть способными к развитию, должны включать в себя полный набор элементов и планет, так же как люди, чтобы быть способными к развитию, должны иметь полный набор органов и функций. Единственный фактор, который остается переменным и поддающимся совершенствованию, это в одном случае, сила и проникающая способность ее центрального света, а в другом - сила и проникающая способность центрального сознания.
Все люди похожи друг на друга в своем образе и строении: и так же, скорее всего, все солнца. Что отличает друг от друга людей в уровне их сознания - то же отличает и солнца в степени их излучения.
В самом деле, чем больше мы изучаем этот вопрос, тем яснее видно, что свет и сознание подчиняются одним и тем же законам, и усиливаются или ослабевают одним и тем же образом. Мы можем даже сказать, что они являются одним и тем же явлением, видимым на разных шкалах.
Это, в самом деле, единственный переменный фактор во вселенной, единственный фактор, который может измениться в результате индивидуальной работы, усилия и понимания каждого отдельного космоса. В своем устройстве ни человек, ни солнце не могут ничего изменить, не могут ничего сделать, поскольку каждое из этих существ - такое, как оно есть - наделено моделью вселенной, гарантирующей, что каждое из них в самом начале получает все необходимое для саморазвития. Но это саморазвитие, то есть постепенное освещение и озарение своего космоса само-выработанным светом или сознанием, целиком зависит лишь от самого этого отдельного существа. Здесь оно должно все делать.
Более того, целое может только тогда стать более сознательным, если становится более сознательной часть, а часть только тогда может стать более сознательной, если становится более сознательным целое. Если я вдруг начинаю сознавать свою ступню, то моя ступня также начинает сознавать себя, и начинает отмечать все виды новых ощущений и движений, которых ни она, ни я до этого не сознавали. Если одна клетка моего тела возбуждается до того, что начинает сознавать себя от некого ужасного бедствия на ее собственной шкале, то я тоже начинаю сознавать боль. Точно так же, усиление излучения солнца должно быть связано с усилением впитывания и трансформации света планетами - то есть, постепенным приобретением ими собственного излучения.
Чтобы человеку быть полностью сознательным, должны стать полностью сознательными все его части. Чтобы Солнцу стать полностью излучающим, должны стать излучающими все его планеты. Чтобы Абсолюту помнить себя, должны помнить себя все существа.
Тем, кто спрашивает, в чем назначение вселенной, мы можем поэтому ответить, что задача вселенной и каждого существа в ней, от солнца до клетки, в том, чтобы стать более сознательными.
Образ, описанный нами как сеть переплетенных оболочек, без сомнения будет предлагать аналогии каждому специалисту в соответствии с областью его знания. Физиологу, например, он может напомнить взимопроникновение различных систем в человеческом теле - мышечной, артериальной, лимфатической, нервной и так далее, каждая из которых построена из волокон или каналов различных размеров и является носителем отличной от других энергии.
Одной из наиболее полезных для нашей цели аналогий будет та, которая может прийти в голову электротехнику. Удалив из нашего образа его чувственные проявления и сведя его просто к геометрической проекции спиралей на бумаге, он мог бы узнать в ней схему многофазного трансформатора. Вселенная летающих шаров механика оставила как след во времени вселенную электротехника - в виде витков спирали, задуманную, как он догадался бы, ни для чего иного, как для передачи и преобразования солнечной энергии.
Для неспециалистов давайте вспомним, что электричество имеет две единицы измерения - сила тока (амперы) и напряжение (вольты), и что трансформатор - это устройство для изменения отношения между этими двумя факторами. Если выразить самым общим образом, то чем тяжелее машина, которую нужно привести в движение, тем большая для этого необходима сила тока. Чтобы удовлетворить таким различным требованиям от одного единственного источника силы, трансформатор увеличивает силу тока посредством уменьшения напряжения, и наоборот. Это достигается прохождением тока через обмотку с определенным количеством витков и индуктированием обратного потока в какую-то другую соседнюю обмотку с большим или меньшим количеством витков. Если число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то сила тока уменьшается, а напряжение растет, если же меньше, то достигается противоположный результат.
На практике сила тока ограничена составом и толщиной провода. Поэтому если бы требовалось сделать ток пригодным для осветительных проводов, он должен был бы быть трансформирован в высокое напряжение и низкую силу тока.
Теперь, рассматривая в свете этих идей нашу схему следов главных тел Солнечной Системы, мы ясно различаем толстую прямую первичную обмотку Солнца, окруженную восемью вторичными спиралями его планет. Мы также видим, что толщина этих планетных "проводов" варьируется от одной десятой (Юпитер) до одной сотой (Меркурий) толщины первичной солнечной обмотки. А в 80-летней схеме мы может насчитать в различных спиралях все виды обмоток от полутора до не меньше трехсот оборотов. В самом деле здесь мы имеем все факторы и компоненты громадного трансформатора, получающего ток одного определенного напряжения и преобразующего его в восемь различных напряжений. Модель совершенна вплоть до изоляции проводов тонкой непроводящей пленкой планетных атмосфер.
Трансформатор, построенный в человеческом мире по инструкции этой космической схемы, будет выдавать ток восьми различных напряжений и восьми различных сил тока. А по количеству оборотов планетных спиралей за восемьдесят лет, взятых нами как стандарт, мы могли бы даже рассчитать их относительную мощность. Предположим, например, что ток, производимый из первоначального Солнечного электричества обмоткой Нептуна, имеет напряжение 1 вольт и силу тока 10 000 ампер. Тогда мощность Юпитера будет 14 вольт и 770 ампер, Земли - около 170 вольт и 60 ампер, Меркурия - 700 вольт и 15 ампер, и так далее. -117 0
17. Смотрите Таблицы Планет - Приложение IV, a и b.
Увеличение силы тока в мире какой-либо планеты мы могли бы наблюдать как усиление вибрации, то есть более быстрое вращение этой планеты вокруг своей оси.
Если бы обмотки такого трансформатора были изготовлены из материалов, имеющих одинаковую проводимость, то поперечное сечение проволоки, необходимой для каждой из обмоток, было бы пропорционально силе проводимого ею тока. На деле же поперечные сечения планет больше или меньше этой требуемой величины в пределах _ 10 раз. Но давайте предположим, что планетные обмотки имеют неодинаковую проводимость. Предположим, что внутренние жилы этих проводов - как это почти всегда и бывает - сделаны из различных металлов, каждый из которых имеет различную проводимость. И далее предположим, что те, у которых сечение меньше, чем мы ожидали, как, например, Нептун, изготовлены из металлов с высокой проводимостью, а те, у которых сечение больше, как, например, Юпитер, - из металлов с низкой проводимостью. Затем, с учетом общепринятого приписывания металлов планетам - серебра Нептуну, золота Урану, сурьмы Сатурну, висмута Юпитеру, меди Марсу, железа Земле, стронция Венере и латуни Меркурию - можно исправить нашу явную ошибку, и вся огромная машина на самом деле окажется точной по всем показателям. Если только предположить, что планетные обмотки различаются по своей проводимости так же, как металлы, то они, кажется, действительно сконструированы специально для того, чтобы описанным способом играть роль трансформаторов солнечной энергии. 17.
Это можно оспорить, допустив, что металлы выбраны произвольно, для того чтобы получить именно такой результат. К сожалению, поскольку планеты сами не имеют излучений, современная наука исследовать их состав не имеет возможности. И мы можем только попутно заметить, что современные теории на самом деле предполагают, что основная масса Земли, или барисфера, является сжатым железом. Кроме того, мы имеем традиционное приписывание металлов планетам в астрологии, но оно менялось в разные периоды и, поскольку делалось на основе знакомства лишь с несколькими металлами, не очень полезно. Поэтому на данный момент мы должны поместить эти вычисления в область предположительных выводов.
Что намного важнее с нашей точки зрения, это тот принцип, что электрический ток, проходящий вдоль какого-либо провода, создает вокруг этого провода магнитное поле. Это магнитное поле состоит из концентрических линий силы, движущихся вокруг провода по часовой стрелке, если смотреть со стороны, в направлении которой этот ток движется. Другими словами, по мере продвижения тока магнитное поле вращается так же, как вращается штопор по мере вкручивания его в пробку.
Если мы теперь постараемся перевести это из мира спиралей, видимого во времени Солнца, в мир вертящихся шаров, видимый во времени человека, то мы поймем, как происходит то, что 1все0 вращающиеся тела во вселенной создают магнитное поле и окружены им. Само их вращение, как мы только что видели, - показатель того, что они являются сечениями линий, через которые некий огромный ток проходит в какое-то другое измерение. Мы также поймем, что скорость движения планеты по орбите представляет собой, совершенно явно, скорость течения этого огромного тока. Потому что, как мы видели ранее, эта орбитальная скорость является прямым следствием силы достигающего ее солнечного света - то есть она стимулируется, или индуцируется, центральной энергией солнца.
Все планеты, таким образом, окружены собственными магнитными полями. Сечение провода, вокруг которого вращается поле магнитной силы, будет представлено экватором планеты, тогда как северный полюс планеты будет представлять направление движения планеты во времени, то есть направление того огромного тока, который ее наполняет. Таким образом, притяжение северного полюса планеты можно считать притяжением будущего, то есть притяжением в том направлении, в котором планета со всеми ее обитателями движется; тогда как отталкивающий эффект южного полюса представляет отвержение прошлого, отвержение направления, откуда планета со всеми ее обитателями пришла. Для всех существ будущее - это положительный полюс времени, прошлое - отрицательный. Они не могут делать ничего другого, кроме как притягиваться к одному и отталкиваться от другого.
Эти магнитные поля планет перекрывают друг друга и взаимодействуют, и совместно производимая постоянная лишь немного изменяется в поле каждой из них. На практике наиболее детально было изучено лишь магнитное поле Земли, вместе с влияниями на него магнитных полей Солнца и Луны. Известно, например, что магнитное влияние Солнца на Землю примерно в 12 раз сильнее, чем на Луну - поле около 60 000 ампер по сравнению с 5000. -18.
18. Sydney Chapman, "The EarthЇs Magnetism", стр.76. Магнитные влияния планет еще не измерены каждое по отдельности, ни даже просто различены одно от другого, хотя существование такого влияния стало научным фактом в связи с влиянием различных планетных конфигураций на прием коротких радио-волн. (Конфигурация (астр.)- видимое положение относительно Солнца - прим. перев.).
Если говорить о Солнце, то его магнитное влияние кажется меньше,- для нашего восприятия, - чем намного более сильное влияние тех вибраций, которые ощущаются нами как свет и тепло, и гораздо более характерных для солнца. Тем не менее это магнитное влияние совершенно отлично от света, поскольку измерение задержки между магнитными волнениями, видимыми на поверхности Солнца, и магнитными бурями, ощущаемыми как их результат на поверхности Земли, показывает, что это влияние перемещается с совершенно другой скоростью. Если свет Солнца достигает нас за семь минут, то магнитным влияниям из этого же источника для того чтобы их можно было ощутить на Земле требуется от одного до двух дней. Если свет движется со скоростью 186 000 миль в секунду, то магнитные волны перемещаются лишь со скоростью около 400 миль в секунду, или примерно в 500 раз медленнее.
Каковы следствия этого магнитного влияния? Может быть, наиболее очевидное и красивое явление, напрямую им вызванное - это aurora borealis, или Северное Сияние. И это как раз интересно, потому что в северном сиянии мы видим чистый свет - сам по себе невидимый, - впервые наделенный формой. Эта форма постоянно меняется, перемещается, преобразуется, создавая в северном небе величественный занавес или мерцающие сферы или пульсирующие поля излучения. Северное сияние почти совершенно невещественно и является результатом магнетизма, непосредственно действующего на свободные ионы водорода. В нем мы ясно видим воздействие магнитного поля как формы, и изменения в этом поле как изменения в форме. То же явление происходит, когда мы кладем магнит под листок бумаги, покрытый железными опилками, и он придает до этого аморфной массе видимую форму своего поля. Это на самом деле общий принцип - магнитное влияние, действующее на материю, это то, что создает видимую форму.
Мы сказали, что в случае с Солнцем, хотя его магнитное влияние огромно, оно кажется меньше из-за намного большей скорости влияния света, который с нашей точки зрения является гораздо более важной характеристикой Солнца. Но Луна и планеты не излучают своего собственного света, поэтому в их случае магнитное влияние является их наиболее характерной эманацией. Совместное магнитное влияние Луны и планет должно, поэтому, создавать на Земле форму; так же как магнитное влияние Земли должно в свою очередь помогать создавать форму на всех других планетах.
Из всего этого возникает много интересных идей о роли магнетизма. При изучении различных известных нам видов энергии, мы видим, что каждая энергия имеет определенное поле действия, зависящее от ее источника и скорости. Свет, движущийся со скоростью 186 000 миль в секунду, производится Солнцем, и для всех практических целей ограничен полем Галактики. Звук, движущийся в воздухе со скоростью 1/5 мили в секунду, производится явлениями Природы и ограничен полем Земли. В то же время, между светом и звуком лежит третья форма энергии - магнитная, которая, перемещаясь со скоростью 400 миль в секунду, может быть рассмотрена как происходящая из планет и ограниченная полем Солнечной Системы.
Свет, магнетизм и звук составляют очевидную иерархию энергий, характеризующих соответственно солнце, планеты и природу. И они представляют средства, которыми эти космоса действуют на нас, посредством которых первый из них дает нам жизнь, второй наделяет нас формой, а третий - ощущением.
Таким образом, картина вселенной, которая постепенно вырастает перед взором электротехника - это картина обмоток внутри обмоток, каждая из которых трансформирует энергию из высшего источника для своих собственных нужд и электроемкости. Огромная обмотка Солнца должна трансформировать свою раскаленную добела энергию из еще более первичного источника тока в глубине Млечного Пути. По индукции, Млечный Путь должен производить ток в Солнце, Солнце - в планетах, Земля - в кружащейся вокруг нее Луне, а мудрец - в ученике, который преданно вокруг него вращается.
То, вокруг чего вращаются другие создания, дает свет и жизнь. То, что вращается, в свою очередь наделено магнетизмом и формой. Этим магнетизмом оно одновременно и участвует в наделении формой других, и, в свою очередь, само наделяется формой ими. Весь магнетизм действует на весь другой магнетизм. Все формы создают все другие формы. От первого космоса до последнего электрона, вся вселенная - это набор обмоток внутри обмоток, спиралей внутри спиралей, магнитных полей внутри магнитных полей. В этом аспекте каждое существо преобразует один и тот же ток в определенное напряжение, требующееся для приведения в движение галактики, человека или пылинки. А когда с окончанием срока жизни его сопротивление снижается, то не выдерживая собственного напряжения, оно плавится, форма его магнитного поля распадается, и оно умирает.
Здесь, наверное, необходимо сделать некоторые смягчающие замечания, относящиеся в целом к принципу аналогии, которым мы так свободно пользовались. Из всех вышеприведенных доказательств не следует делать вывод, что Солнечная Система является трансформатором электрического тока, и что планеты действительно сделаны из сурьмы, висмута, железа и так далее - хотя эти элементы могут на самом деле играть большую роль в их составе. То, что предполагается - это что законы, которые на одной шкале позволяют построить трансформатор, это те же самые законы, которые на другой шкале создают Солнечную Систему. Планеты могут не трансформировать именно ту электрическую энергию, какую мы знаем, на высокое напряжение и низкую силу тока, но они на самом деле трансформируют подобным образом некую неизвестную энергию.
Точно так же, хотя планеты необязательно состоят из указанных металлов, они, скорее всего, сделаны из веществ, которые неким образом стоят в том же отношении друг у другу, как эти металлы - так же как ноты A B C D E F G (Ля,Си,До,Ре,Ми,Фа, Соль) остаются в одном и том же отношении друг к другу в любой - верхней или нижней - октаве. Законы универсальны; механизмы, по которым они работают, подобны друг другу на многих шкалах - но осуществление этих законов, составные части и продукты работы этих механизмов будут различаться в соответствии с элементами, существующими на рассматриваемом уровне. Так, пружина, например, - это один и тот же механизм, подчиняющийся одному и тому же закону, применяется ли он для того, чтобы двигать стрелки наручных часов или выпускать стрелы из лука. Но он сделан из разных материалов и используется для разных целей.
Также нужно понять, что каждая аналогия, даже самая точная и ясная, всегда остается неполной. Она объясняет только одну сторону явления, и может обойти вниманием другую сторону, которая так же или еще более важна. В частности, несмотря на уместность аналогий, выведенных из механического действия законов магнетизма или физики, мы никогда не должны забывать о том, что Солнечная Система в каждой своей части обнаруживает признаки 1жизни0 и разумности. Мы имеем дело не с обмотками или кругами на воде, но - у нас есть все основания полагать - с живыми существами, возможности и природа которых для нас непостижимы, хотя мы можем понять, что они существуют и представить себе их возможный внешний вид.
Помня об этом, мы можем пытаться прийти к какому-то ясному пониманию таких высших существ с помощью многих различных аналогий, каждая из которых будет что-то добавлять к нашему пониманию. Поэтому, держа в памяти образ трансформатора и все то, что он показал нам о природе и функциях планет в отношении к Солнцу, мы не должны, однако, на этом останавливаться.
Например, мы можем также увидеть планетные оболочки вокруг длинного тела Солнечной системы как призматические линзы, каждая из которых имеет свой коэффициент преломления, позволяющий ей отражать своим особым цветом белый свет Солнца. Такой коэффициент преломления зависел бы от скорости вращения данной планеты вокруг своей оси, точно так же, как частота вибрации электронов определяет цвета, воспринимаемые человеческим глазом. Между скоростью вращения планет (один или два раза в день) и электронной частотой, производящей цвет (10 15 колебаний в секунду) лежит 63 октавы. Если мы теперь вернемся к нашей таблице времен космосов, мы найдем, что точно такое же количество октав лежит между временем электрона и временем типичной планеты - Земли. То есть вибрация электронов, производящая свет, на планетной шкале точно параллельна движению, которое мы измеряем как вращение вокруг своей оси.
Если затем мы предположим, что каждая планета - это цветной отражатель в небе, заливающий все окружающее своим особым оттенком, мы на самом деле лишь представляем себе, как Солнечная Система должна выглядеть для космоса, который настолько же больше планет, насколько человек больше электрона. Мы можем ясно представить себе это впечатление, глядя на театральную сцену, где огни рампы могут светить на актеров белым светом, в то время как пятна цветных лучей из-за кулис окрашивают их тени с одной стороны красным, с другой зеленым или фиолетовым. Таким же будет относительне впечатление от Солнца и планет.
И если предположить, что эти актеры находятся на поверхности Земли или в любой другой части Солнечной Системы, тогда этот белый и цветные огни будут постоянно менять свое положение друг относительно друг, и впечатление от этого в каждое мгновение будет разным. Белый свет Солнца может литься из-за левой кулисы, в то время как огни рампы могут светить то красным, то зеленым, и, соединяясь, наполнять сцену мягким желтоватым свечением. Перестановки будут бесконечными, и производимые ими эффекты будут постоянно переходить один в другой по мере вращения самих огней вокруг сцены.
Более того, как все мы помним из детских посещений пантомимы (рождественское представление для детей в Англии - прим. перев.), каждое изменение будет определять свое особое эмоциональное настроение, та же декорация и те же герои будут казаться в красном свете ужасными и кровавыми, в зеленом - жуткими и таинственными, в голубом - духовными и возвышенными, а в желтом - теплыми, благожелательными и прозаическими. Конечно, сами по себе разноцветные огни не имеют эмоций - в действительности они работают по совершенно другим законам. Тем не менее действие, которое они оказывают на человеческие существа, - эмоциональное, и их влияние воспринимается нами именно в этом плане. Так же и с планетами.
Нужно подчеркнуть, однако, что планеты - это лишь отражатели, лишь трансформаторы. Они не излучают собственного света, но лишь придают свету Солнца определенное "настроение", то есть цвет. Они не вырабатывают собственного тока, но лишь приспосабливают ток, приходящий из Солнца, для той или иной цели.
Можно еще лучше понять роль планет, рассматривая их как функции Солнечной Системы. Так же как пищеварение, дыхание, произвольные движения, разум и так далее являются функциями космоса человека, так и Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и остальные могут быть функциями космоса Солнечной Системы. В совокупности они наделяют Солнце всеми функциями, и делают его полным космическим существом, обладающим всеми возможностями.
Все разнообразные значения этого становятся более понятными в свете очень важного принципа, управляющего отношением между космосами. Каждый космос содержит шесть пар ключевых органов - как бы батарей, через которые он получает влияния и энергию от высших космосов. Принцип, о котором идет речь, гласит, что 1функции0 нижнего космоса происходят из органов высшего космоса.
В человеке, например, эти органы или батареи представлены эндокринными железами, и секрециями этих желез, которые, проникая в клетку, создают ее функции. Обращаясь к высшим космосам, мы находим, с другой стороны, что все дыхательные функции всех людей, животных, птиц, рыб, растений - вместе составляют один орган Природы; все двигательные функции всех передвигающихся существ вместе составляют другой орган Природы, и так далее.
И наконец, рассматривая Меркурий, Венеру, Землю, Марс, Юпитер и Сатурн как функции Солнечной Системы, и помня о миллионах солнц и систем, из которых состоит Млечный Путь, мы должны мыслить все возможные Меркурии вместе как составляющие один орган для нашей галактики, все возможные Земли вместе как другой галактический орган, и так же все остальные.
Именно таким образом анатомия и физиология каждого космоса связана с анатомией и физиологией всех других. Реальные физические органы большего космоса определяют саму природу функций, которыми пользуется низший космос.
Итак, если единственным источником всей энергии и жизни для Солнечной Системы и всего в ней является 1Солнце0, то формой, цветом, проявлением и функцией все это наделяются планетами. Эти силы взаимодействуют, сливаются и разделяются в бесконечно различных комбинациях по всему полю солнечного влияния. Один фактор, однако, остается все еще неучтенным в сотворении всех этих многообразных и сложных явлений известной нам природы - это материя, или Земля.
После того как Ампер высказал догадку, что никаких «магнитных зарядов» не существует и что намагничивание тел объясняется молекулярными круговыми токами (§§ 57 и 61), прошло почти сто лет, когда, наконец, это предположение было с полной убедительностью доказано прямыми экспериментами. Вопрос о природе магнетизма был решен опытами в области так называемых магнето-механических явлений. Методы осуществления и расчета этих опытов были разработаны на основе развитых Резерфордом в 1911 г. и Бором в 1913 г. представлений о строении атомов (впрочем, некоторые близкие по замыслу эксперименты проводились и раньше, в частности Максвеллом, но безуспешно).
При исследовании явлений радиоактивности Резерфордом было установлено, что электроны в атомах вращаются по замкнутым орбитам вокруг положительно заряженных ядер атомов; Бор показал при теоретическом анализе спектров, что только некоторые из этих орбит устойчивы; наконец, вслед за этим (в 1925 г., также на основе анализа спектров) было обнаружено вращение электронов вокруг своей оси, как бы аналогичное суточному вращению Земли; совокупность этих данных привела к ясному пониманию природы амперовых круговых токов. Стало очевидным, что основными элементами магнетизма в веществах является: или вращение электронов вокруг ядер, или вращение электронов вокруг своей оси, или же оба эти вращения одновременно.
При постановке в 1914-1915 гг. первых успешных магнетомеханических опытов, которые пояснены ниже, вначале предполагалось, что магнитные свойства веществ полностью определяются орбитальным движением электронов вокруг ядер. Однако количественные результаты упомянутых опытов показали, что свойства ферромагнитных и парамагнитных веществ определяются не движением электронов по орбитам, а вращением электронов вокруг своей оси.
Чтобы понять замысел магнетомеханических опытов и правильно оценить выводы, к которым привели эти опыты, нужно вычислить отношение магнитного момента кругового тока, создаваемого движением электрона, к механическому моменту количества движения электрона.
Величина любого тока, как известно, определяется количеством электричества, проходящего через поперечное сечение в единицу времени; очевидно, что величина тока, эквивалентного орбитальному вращению электрона, равна произведению заряда электрона на число оборотов в единицу времени где скорость движения электрона и радиус орбиты. Указанное произведение выражает величину эквивалентного тока в электростатических единицах. Чтобы получить величину тока в электромагнитных единицах, указанное произведение нужно разделить на скорость света (стр. 296); таким образом,
Круговой ток образует такое же магнитное поле, как магнитный листок с моментом, равным произведению тока на обтекаемую им площадь [формула (17)]:
Таким образом, мы видим, что движение электрона вокруг ядра сообщает атому магнитный момент, равный
Сопоставляя этот магнитный момент с механическим моментом количества движения электрона:
находим, что отношение магнитного момента к механическому импульсу не зависит ни от скорости движения электрона, ни от радиуса орбитьи
И действительно, более полная теория показывает, что уравнение (33) является справедливым не только для круговых орбит, но также и для эллиптических орбит электрона.
Вращение электрона вокруг своей оси сообщает самому электрону некоторый магнитный момент. Вращение электрона вокруг своей оси называют спином (от английского слова «спин», означающего вращение вокруг оси). Если предположить, что электрон имеет шарообразную форму и что заряд электрона распределен с равномерной плотностью по сферической поверхности, то вычисления показывают, что отношение спинового магнитного момента электрона к механическому импульсу вращения электрона вокруг своей оси в два раза больше, чем аналогичное отношение для орбитального движения:
Изложенные соображения о пропорциональности магнитного момента и импульса вращения указывают на то, что в известных условиях магнитные явления могут оказаться связанными с гироскопическими эффектами. Эту связь магнитных явлений с гироскопическими эффектами пытался экспериментально обнаружить еще Максвелл, но только Эйнштейну и де Гаазу (1915 г.), А. Ф. Иоффе и П. Л. Капице (1917 г.) и Барнету (1914 г. и 1922 г.) впервые удалось произвести удачные опыты. Эйнштейн и де Гааз установили, что железный стержень, подвешенный в соленоиде в качестве сердечника, при намагничивании током, пропускаемым через соленоид, приобретает импульс вращения (рис. 256). Чтобы получить заметный эффект, Эйнштейн и де Гааз воспользовались явлением резонанса, производя периодическое перемагничивание переменным током с частотой, совпадающей с частотой собственных крутильных колебаний стержня.
Рис. 256. Схема опыта Эйнштейна и де Гааза, а - зеркальце, О - источник света.
Эффект Эйнштейна и де Гааза объясняется следующим образом. При намагничивании оси элементарных магнитов - «электронных волчков» - ориентируются в направлении магнитного поля; геометрическая сумма импульсов вращения «электронных волчков» становится отличной от нуля, а так как в начале опыта импульс вращения железного стержня (рассматриваемого как механическая система атомов) был равен нулю, то по закону сохранения импульса вращения
(т. I, § 38) вследствие намагничивания стержень в целом должен приобрести импульс вращения, равный по величине, но противоположный по направлению геометрической сумме импульсов вращения «электронных волчков».
Барнет произвел опыт, обратный опыту Эйнштейна и де Гааза, а именно, Барнет вызвал намагничивание железного стержня, приведя его в быстрое вращение; намагничивание происходило в направлении, противоположном оси вращения. Подобно тому как вследствие суточного вращения Земли ось гирокомпаса принимает положение, параллельное земной оси (т. I, § 38), точно так же в опыте Барнета оси «электронных волчков» принимают положение-, параллельное оси вращения железного стержня (при этом вследствие того, что заряд электрона отрицателен, направление намагниченности будет противоположно оси вращения стержня).
В опытах А. Ф. Иоффе и П. Л. Капицы (1917 г.) железный намагниченный стержень, подвешенный на нити, подвергался быстрому нагреванию выше точки Кюри. При этом упорядоченное размещение «элементарных волчков», оси которых вследствие намагниченности были ориентированы по полю параллельно оси стержня, утрачивалось и заменялось хаотическим распределением направления осей, так что суммарный магнитный и механический моменты «элементарных волчков» оказывались близкими к нулю (рис. 257). В силу закона сохранения момента количества движения железный стержень при размагничивании приобретал импульс вращения.
Рис. 257. Схема, поясняющая идею опыта Иоффе - Капицы. а - железный стержень намагничен; б - стержень размагничен нагреванием выше точки Кюри.
Измерение магнитного момента и импульса вращения в опытах Эйнштейна и де Гааза, в опытах Барнета и в опытах Иоффе и Капицы, которые были неоднократно повторены многими учеными, показало, что отношение этих величин определяется формулой (34), а не формулой (33). Это указывает на то, что основным элементом магнетизма в железе (и вообще в ферромагнитных телах) является спин - осевое вращение электронов, а не орбитальное движение электронов вокруг положительных ядер атомов.
Однако и орбитальное движение электронов сказывается на магнитных свойствах веществ: магнитный момент атомов, ионов и молекул представляет собой геометрическую сумму спиновых и орбитальных магнитных моментов (впрочем, строение атомов таково, что определяющую роль в этой сумме опять-таки имеют спиновые моменты).
Когда суммарный магнитный момент частицы равен нулю, то вещество оказывается диамагнитным. Формально диамагнитные вещества характеризуются магнитной проницаемостью меньшей, чем единица следовательно, отрицательной магнитной восприимчивостью это означает, что диамагнитные вещества намагничиваются в направлении, противоположном напряженности намагничивающего поля.
Электронная теория объясняет диамагнетизм влиянием магнитного поля на орбитальное движение электронов вокруг ядер. Это движение электрона, как уже было пояснено, эквивалентно току. Когда на атом начинает действовать магнитное поле и напряженность его возрастает от нуля до некоторого значения «индуцируется добавочный ток», который согласно закону Ленца (§ 71) имеет такое направление, что созданный этим «добавочным током» магнитный момент всегда направлен противоположно возросшему от нуля до полю. Если намагничивающее поле перпендикулярно к плоскости орбиты, то оно просто изменяет скорость движения электрона по орбите, и это измененное значение скорости сохраняется все время, пока атом пребывает в магнитном поле; если же поле не перпендикулярно к плоскости орбиты, то возникает и устанавливается прецессионное движение оси орбиты вокруг направления поля (аналогично прецессии оси волчка вокруг вертикали, проходящей через точку опоры волчка) (т. I, § 38).
Вычисления приводят к нижеследующей формуле для магнитной восприимчивости диамагнитных веществ:
здесь заряд и масса электрона, число электронов в атоме, число атомов в единице объема вещества, средний радиус электронных орбит.
Таким образом, диамагнитный эффект является общим свойством всех веществ; однако этот эффект мал, и поэтому он может быть наблюдаем только в том случае, если нет противоположного ему сильного парамагнитного эффекта.
Теория парамагнетизма была разработана Ланжевеном в 1905 г. и развита на основе современных представлений Флеком, Стонером и др. (в 1927 и в последующие годы). В зависимости от строения атома магнитные моменты, создаваемые отдельными внутриатомными электронами, могут или взаимно компенсироваться, так что атом в целом оказывается немагнитным (подобные вещества проявляют диамагнитные свойства), или же результирующий магнитный момент атома оказывается отличным от нуля. В этом последнем случае, как показывает квантовая механика, магнитный момент атома (точнее, его электронной оболочки) закономерно выражается (т. III, §§ 59, 67-70) через своего рода «атом магнетизма» По квантовой
механике этим «атомом магнетизма» является магнитный момент создаваемый вращением электрона вокруг ядра, - магнетон Бора, равный
(здесь заряд электрона, постоянная Планка, с - скорость света, масса электрона).
Точно такой же магнитный момент имеет каждый электрон независимо от его движения вокруг ядра, но вследствие своего строения или, как условно говорят, вследствие своего вращения вокруг оси. Магнитный момент спина равен магнетону Бора, тогда как механический момент спина [в соответствии с формулами (33) и (34)] равен половине орбитального момента электрона.
Некоторые атомные ядра также имеют магнитные моменты, но в тысячи раз меньшие, чем магнитные моменты, присущие электронным оболочкам атомов § 115). Магнитные моменты ядер выражаются через ядерный магнетон, величина которого определяется такой же формулой, как величина магнетона Бора, если в этой формуле заменить массу электрона массой протона.
По теории Ланжевена, при намагничивании парамагнитного вещества молекулы ориентируются своими магнитными моментами по направлению силовых линий поля, но молекулярно-тепловое
движение в той или иной мере расстраивает эту ориентацию. Молекулярная картина намагничивания парамагнитного вещества аналогична поляризации диэлектрика (§ 22), если, конечно, представить себе, что жесткие электрические диполи заменены элементарными магнитиками, а электрическое поле - магнитным полем. О степени ориентации элементарных магнитиков в направлении намагничивающего поля можно судить по величине средней проекции магнитного момента на направление поля (рассчитанной на одну молекулу). При беспорядочном расположении осей элементарных магнитиков когда же все элементарные магнитики ориентированы в направлении поля,
Ланжевен показал, что при температуре и при напряженности внутреннего магнитного поля утр аналогично формуле для в § 22) отношение выражается следующей функцией:
При малых значениях как уже упоминалось в § 22, вышеуказанная функция Ланжевена (36) приобретает значение у, так что в этом случае
Очевидно, что намагниченность равна произведению величины на число молекул в единице объема:
Таким образом, при неизменной плотности вещества намагниченность обратно пропорциональна абсолютной температуре. Этот факт эмпирически установлен Кюри в 1895 г.
Для большинства парамагнитных веществ мало в сравнении с единицей, поэтому, подставив в формулу и заменив через можно пренебречь величиной в сравнении с единицей; тогда получаем:
где означает удельную магнитную восприимчивость (т. е. восприимчивость, отнесенную к единице массы). Эта формула носит название закона Кюри. Для многих парамагнетиков более точной является нижеследующая, более сложная форма закона Кюри [формула (31)]:
Величина для некоторых парамагнитных веществ положительна, для других отрицательна.
Парамагнитное вещество при намагничивании втягивается в пространство между полюсами магнита. Следовательно, при намагничивании парамагнитное вещество может производить работу, тогда как на размагничивание работа должна быть затрачена. В связи с этим, как было теоретически предсказано Дебаем, парамагнитные вещества при быстром адиабатном размагничивании должны испытывать некоторое охлаждение (в особенности в той области весьма низких температур, где магнитная восприимчивость парамагнетика сильно возрастает при понижении температуры). Опыты, проведенные с 1933 г. в ряде лабораторий, подтвердили выводы теории и послужили основой для разработки магнитного метода глубокого охлаждения тел. Парамагнитное вещество обычными методами охлаждают в магнитном поле до температуры жидкого гелия, после чего вещество быстро удаляют из магнитного поля, что и вызывает в этом веществе еще большее понижение температуры. Этим методом получают температуры, отличающиеся от абсолютного нуля на тысячные доли градуса.
Характерной особенностью ферромагнитных веществ является то, что в относительно слабых полях они намагничиваются почти до полного насыщения. Стало быть, в ферромагнетиках существуют какие-то силы, которые, преодолевая влияние теплового движения, содействуют упорядоченной ориентации элементарных магнитных моментов. Предположение о существовании внутреннего поля сил, содействующих намагничиванию ферромагнетиков, впервые было высказано русским ученым Б. Л. Розингом в 1892 г. и обосновано П. Вейсом в 1907 г.
В ферромагнитных веществах элементарными магнитами являются вращающиеся вокруг своей оси электроны - спины. В развитие идей Вейса предполагают, что спины, будучи расположены в узлах кристаллической решетки и взаимодействуя друг с другом, создают внутреннее поле, которое в отдельных мелких участках ферромагнитного кристалла (эти участки называют доменами) поворачивает все спины в одну сторону, так что каждый такой участок (домен) оказывается спонтанно (самопроизвольно) намагниченным до насыщения. Однако смежные участки кристалла в отсутствие внешнего магнитного поля имеют неодинаковое направление
намагниченности. Вычисления показывают, что, например, в кристаллах железа «самопроизвольное» намагничивание может происходить в направлении любого ребра кубической кристаллической ячейки.
Слабое внешнее магнитное поле заставляет все спины в домене повернуться в направлении того ребра кубической ячейки, которое составляет наименьший угол с направлением намагничивающего поля.
Рис. 258. Ориентация спинов в доменах при намагничивании ферромагнетика.
Более сильное поле вызывает новый поворот спинов ближе к направлению поля. Магнитное насыщение достигается тогда, когда магнитные моменты всех спонтанно намагниченных микрокристаллических участков окажутся ориентированными в направлении поля. При намагничивании поворачиваются не домены, но все спины в них; все спины в каком-либо микрокристаллике поворачиваются единовременно, как солдаты в строю; этот поворот спинов происходит сначала в одних доменах, потом в других. Таким образом, процесс намагничивания ферромагнитного вещества является ступенчатым (рис. 258).
Экспериментально ступенчатость намагничивания впервые была обнаружена Баркгаузеном (1919 г.). Простейший опыт, пригодный для демонстрации этого явления, заключается в следующем: железный стерженек, вложенный в катушку, соединенную с телефоном, постепенно намагничивают, медленно поворачивая подковообразный магнит, подвешенный над катушкой (рис. 259); при этом в телефоне слышится характерный шорох, который распадается на отдельные удары, если намагничивающее поле изменять достаточно медленно (на сотые доли эрстеда в 1 сек.).
Рис. 259. Опыт Баркгаузена.
Оказалось, что эффект Баркгаузена исключительно велик при намагничивании тонкой никелевой проволоки, которая предварительно была завита в локон протягиванием через блок, а затем вложена в капилляр, удерживающий ее принудительно в выпрямленном состоянии. Прерывистый характер намагничивания сказывается на диаграмме намагничивания в виде мельчайших ступенчатых уступов (рис. 260).
Области самопроизвольного намагничивания - домены - были экспериментально обнаружены и исследованы Н. С. Акуловым, который использовал для этого разработанный им порошковый метод магнитной дефектоскопии. Поскольку домены аналогичны маленьким магнитикам, на границе между ними поле не однородно.
Рис. 260. Ступенчатый характер кривых намагничивания. Участки, отмеченные окружностями, приведены в увеличенном масштабе.
Чтобы выявить очертания доменов, образец размагниченного ферромагнитного вещества помещают под микроскопом и покрывают поверхность образца жидкостью со взвешенной в ней тончайшей железной пылью. Железная пыль, собираясь около границ доменов, четко обозначает их контуры (рис. 261),
Рис. 261. Домены в чистом железе (а), в кремнистом железе (б) и в кобальте (в).
В поясненной выше картине происхождения ферромагнитных свойств некоторое время оставалась невыясненной одна важная часть, а именно природа сил, образующих то внутреннее поле, которое вызывает упорядоченную ориентацию спинов внутри доменов. В 1927 г. советский физик Я. Г. Дорфман осуществил опыт, показавший, что силы внутреннего поля в ферромагнетиках не
являются силами магнитного взаимодействия, а имеют иное происхождение. Выделив узкий пучок из потока быстро движущихся электронов («бета-лучей», выбрасываемых радиоактивными веществами), Дорфман заставил эти электроны проходить через тонкую ферромагнитную пленку никеля; за пленкой никеля была поставлена фотографическая пластинка, позволявшая после проявления определить место встречи с нею электронов, так что можно было с большой точностью измерить угол, на который электроны отклонялись, проходя через намагниченную пленку никеля (рис. 262). Расчет показывает, что если бы внутреннее поле в ферромагнетике имело природу обычных магнитных взаимодействий, то след электронного пучка сместился бы на фотопластинке в установке Дорфмана почти на 2 см; в действительности смещение оказалось ничтожно малым.
Рис. 262. Схема, поясняющая идею опыта Дорфмана.
Теоретические исследования проф. Френкеля (1928 г.) и позже Блоха, Стонера и Слейтера показали, что упорядоченная ориентация спинов в доменах вызывается особого рода силами, существование которых было вскрыто квантовой механикой и которые проявляются при химическом взаимодействии атомов (в ковалентной связи; т. I, § 130). Эти силы, согласно принятому в квантовой механике способу их вычисления и истолкования, называют обменными силами. Вычисления показали, что энергия обменного взаимодействия между атомами железа в монокристалле в сотни раз превышает энергию магнитного взаимодействия. Это согласуется с измерениями, которые были сделаны Я. Г. Дорфманом в упомянутых выше опытах.
Тем не менее практически наиболее важные свойства ферромагнетиков определяются не столько обменным взаимодействием, но преимущественно магнитным взаимодействием. Дело в том, что хотя существование областей «самопроизвольной» намагниченности (доменов) в ферромагнетиках вызывается обменными силами (упорядоченная ориентация спинов соответствует минимальной энергии обменного взаимодействия, т. е. является наиболее устойчивой), но преобладающие направления намагниченности доменов определяются симметрией кристаллической решетки и соответствуют минимуму энергии магнитного взаимодействия. А процесс технического намагничивания, как пояснено выше (рис. 258), заключается в опрокидывании всех спинов внутри отдельных доменов сначала в направлении той кристаллографической оси легкого намагничивания, которая составляет наименьший угол с направлением поля, а потом и в повороте спинов по направлению поля. Затраты энергии, необходимые для осуществления такого ступенчатого опрокидывания спинов поочередно во всех
доменах и поворота их по полю, а также ряд величин, которые зависят от указанных затрат энергии (величин, определяющих намагничивание, магнитострикцию и другие явления), наиболее успешно вычисляются методами, которые разработаны Н. С. Акуловым (с 1928 г.) и Е. Е. Кондорским (с 1937 г.).
Рис. 263. Сопоставление теоретических кривых намагниченности с экспериментальными данными (они показаны кружочками) для монокристалла железа.
Из рис. 263, который мы приводим в качестве одного из примеров, можно видеть, что теоретические кривые, полученные по уравнениям Н. С. Акулова, хорошо согласуются с экспериментальными данными; диаграмма справа представляет намагничивание монокристалла железа в направлении пространственной диагонали кубической решетки, диаграмма слева - то же в направлении диагонали грани куба,
