Опыт Роуланда - опыт, наряду с опытами Эйхенвальда и Вильсона, доказывающий, что в классической физике любой движущейся заряд порождает магнитное поле.

Опыт Роуланда доказал, что конвекционный ток свободных зарядов на движущемся проводнике по своему магнитному действию тождествен с током проводимости в покоящемся проводнике. Этот опыт, поставленный Г. Роуландом в 1878 году, сыграл важную роль в подтверждении уравнений Максвелла для движущихся сред и справедливости специальной теории относительности применительно к электромагнитным явлениям.

Согласно специальной теории относительности, при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой плотности заряда (ρ, ρ’) и тока (j, j’) преобразуются следующим образом:

j_׀׀=γ(j_׀׀'+ρ’u); j_{_|_}=j_{_|_}’; ρ=γ(ρ’+uj’/c²),     (1)

где γ=1/(1 – β²)^1/2, β=u/c; нештрихованные величины j и ρ относятся к лабораторной системе координат, штрихованные j’ и ρ’ – к системе, движущейся относительно лабораторной с постоянной скоростью u=cβ; индексами ׀׀ и _{_|_} обозначены компоненты векторов, направленные соответственно по u и перпендикулярно ей. При малых u, u<<c (γ=1) соотношения (1) принимают вид:

j≈j’+ ρ’u≈j’+ ρu; ρ=ρ’+uj’/c² ≈ρ’+uj/c².    (2)

Первое равенство показывает, что если в системе покоя заряда ρ’ в проводнике имеется ток проводимости, т. е. j’=j_пров, то при движении такого заряженного проводника в лабораторной системе дополнительно к этому току появляется конвекционный ток j_своб= ρu свободных зарядов с плотностью ρ=ρ_своб. Этот конвекционный ток наблюдался и измерялся в опыте Роуланда. Полный ток был равен:

j_полн=j_пров+j_своб, j_своб= ρ_свобu.     (3)

Из второго равенства в (2) следует, что перемещение с постогянной скоростью u незаряженного (ρ’=0) проводника с током (j’=j_пров) приводит к появлению на нем в лабораторной системе заряда с плотностью ρ≈uj_пров/c².. это еще одно важное следствие теории относительности.

Схема Роуланда опыта состояла в следующем. Диэлектрический диск (из эбонита или стекла) с позолоченными боковыми поверхностями вращался вокруг своей оси между заземленными обкладками конденсатора; на боковую поверхность диска наносились заряды, и их действие при вращении диска обнаруживалось с помощью чувствительной стрелки. Опыт показал, что отклонение стрелки пропорционально нанесенному заряду (ρ_своб) и угловой скорости вращения (u); при изменении знака заряда или направления вращения диска на обратное отклонение магнитной стрелки также меняется на противоположное.

Магнитное взаимодействие обусловлено искривлением симметричной формы открытых присоединенных и замкнутых основных зарядов, вызванного их относительным движением, т.е. для появления магнитного поля необходимо относительное движение двух, чаще трех, разных зарядов, причем обязательно должно присутствовать относительное движение "дырочного" и основного заряда.
Данное утверждение наглядно основано на том, что в классической физике любой движущейся заряд порождает магнитное поле. Доказательством этому являются опыты Роуланда и Эйхенвальда. Магнитное поле вращающегося заряженного металлического диска на диэлектрической оси обнаруживается с помощью магнитной стрелки. Но поле магнитной стрелки обусловлено относительным движением "дырочного" (протонов) и основного заряда (электронов), т.е. налицо относительное движение трех зарядов.

Другой опыт: заряды двигающиеся в одном направлении взаимно притягивют друг друга. Например, два параллельных проводника, по которым течет ток в одном направлении притягиваются друг к другу. Однако в данном взаимодействии участвуют четыре заряда: протоны, электроны первого и второго проводника. Но если верно утверждение, приведенное в начале абзаца, тогда и два одинаково заряженных заряда двигающихся параллельно, должны испытывать магнитное притяжение в не зависимости от выбранной системы отчета. Возникает парадокс. Если выбрать систему отчета двигающейся со скоростью, равной по величине и направлению скорости движения зарядов, то в ней заряды недвижны и магнитного взаимодействия не должно быть. В любой другой системе заряды должны испытывать магнитное притяжение. Таким образом, магнитное взаимодействие возникает только при относительном движении зарядов. Во всех существующих экспериментах, демонстрирующих магнитное взаимодействие: самоиндукция, индукция и т.д. всегда присутствует относительное движение протонов и электронов. По аналогии с "потенциальной" ямой электростатического заряда, "потенциальной ямой" гравитационного или сильного взаимодействия вводиться понятие "магнитная кинетическая потенциальная яма". В отличии от потенциальной она обладает вектором и может взаимодействовать с другой такой "ямой" или с двигающимся относительно её зарядом. "Магнитная кинетическая потенциальная яма" обусловлена, как это было сказано ранее, относительным движением двух противоположных зарядов.

 

 

Анализ результатов опытов Рентгена, Роуланда, Эйхенвальда, Вильсона позволяет заключить следующее:

1. По крайней мере, в электродинамике одни свойства явлений соответствуют состоянию движения относительно эфира, тогда как другие – отсутствию такого движения. Так, при движении пластин с электрическими зарядами на их поверхности возникает магнитное поле, величина которого соответствует скорости движения зарядов относительно эфира, находящегося между пластинами, или эфира, заключенного внутри пластин, относительно неподвижных зарядов на поверхности пластин. Точно так же, при движении конденсатора в магнитном поле на его обкладках возникает заряд, величина которого соответствует скорости движения конденсатора относительно окружающего его эфира. Вместе с тем опыты Саньяка, Погани, Физо, Гаррэса свидетельствуют, что и в оптике движение наблюдателя (приборов) относительно эфира, как и движение эфира, увлекаемого движением жидкости или прозрачных кристаллов, относительно наблюдателя всегда сопровождается вполне наблюдаемыми явлениями – изменением интерференционной картины, соответствующей скорости движения.

2. Внешний по отношению к движущимся твердым телам эфир совершенно не увлекается движением этих тел, тогда как эфир внутри движущихся твердых тел полностью увлекается их движением, вследствие чего внутри движущихся твердых тел “эфирный ветер”, обусловленный движением этих тел, не возникает.

3. Отсутствие “эфирного ветра” внутри движущихся твердых тел, т.е. отсутствие движения эфира внутри движущихся тел означает полную непроницаемость этих тел для внешнего по отношению к этим телам эфира. Непроницаемость твердых тел для внешнего по отношению к этим телам эфира нельзя объяснить слишком плотной упаковкой атомов и молекул твердых веществ - известно, что расстояния между атомами и молекулами любых веществ значительно превышают размеры атомов и молекул. Известно также, что силы сцепления атомов и молекул твердых веществ имеют электромагнитную природу. Это дает основание предположить, что именно электромагнитное поле взаимодействия атомов и молекул твердых веществ и обеспечивает непроницаемость твердых тел для внешнего по отношению к ним эфира.

4. Известно, что силы сцепления молекул жидкости также имеют электромагнитную природу. Это дает основание утверждать, что не только твердые тела, но также и жидкости непроницаемы для внешнего по отношению к ним эфира.

5. Известно, наконец, что такие свойства газов, как вязкость и теплопроводность, также объясняются электромагнитным взаимодействием между молекулами газа. Известно, что вязкость и теплопроводность газов “... не зависят от давления, так что и здесь мы переходим к вакууму без постепенного уменьшения вязкости и теплопроводности”. Таким образом, если вязкость и теплопроводность газов означают наличие электромагнитного взаимодействия между его молекулами, то отсутствие вязкости и теплопроводности газа означает и отсутствие электромагнитного взаимодействия между его молекулами. Неважно, соответствует или нет состояние газа с нулевой вязкостью и теплопроводностью определению “физический вакуум”. Важно то, что газ с ненулевой вязкостью оказывается непроницаемым для внешнего по отношению к нему эфира, тогда как газ с нулевой вязкостью – полностью проницаемым для внешнего по отношению к нему эфира. Так как переход газа из состояния с ненулевой вязкостью к состоянию с нулевой вязкостью происходит скачкообразно, переход газа из состояния полной непроницаемости по отношению к эфиру в состояние полной проницаемости также происходит скачкообразно. Никакому состоянию газа не соответствует состояние его частичной проницаемости или частичной непроницаемости для эфира – газ либо полностью непроницаем для эфира, либо полностью проницаем, но тогда это уже не газ, а просто некоторая совокупность не взаимодействующих (не связанных) между собой отдельных молекул или атомов.

6. Известно, что вблизи поверхности Земли вязкость ее атмосферы не равна нулю – атмосфера Земли вблизи ее поверхности непроницаема для эфира, поэтому “эфирный ветер”, обусловленный движением Земли, вблизи ее поверхности не возникает и обнаружить его по этой причине невозможно никаким образом, что и подтверждают опыты Эйхенвальда с возвратно-поступательным движением диэлектрика, опыты Траутона и Набла, Томашека и Чейза, Майкельсона-Морли, наконец. Остается убедиться, что предположение о полном увлечении эфира атмосферой Земли при ненулевой ее вязкости не противоречит, или напротив – противоречит известным оптическим явлениям и опытам: смещению видимого положения звезд относительно их истинного положения, ошибочно называемого аберрацией; изменению частоты излучения в зависимости от скорости движения Земли относительно внешнего источника излучения (эффект Доплера).

Роуланд взял два позолоченных стеклянных диска, между которыми вращался оклеенный золотой фольгой эбонитовый диск (рис. 1). Обкладки на диске заряжались, скажем, положительно, а обкладки на стекле заземлялись. Астатическая магнитная стрелка была подвешена над верхней стеклянной крышкой, и при вращении эбонитового диска наблюдалось отклонение этой стрелки.

Несколько лет спустя (1888 г.) Рентген провел другой опыт – с поляризованным диэлектриком. Между разноименно заряженными обкладками вращался диск из незаряженного изолятора (рис. 2). Отклонение стрелок магнитометра показывало, что и в этом случае возникает ток... Рентген добивался высокой чувствительности устройства... Однако он не смог получить необходимой точности. Количественные результаты были достигнуты Эйхенвальдом в 1904 г. Как показали опыты Эйхенвальда с вращающимися дисками, величина тока, создающего магнитное поле, соответствует формуле Герца.

Согласно общепринятой точке зрения, внутренние стороны стеклянных дисков и обе стороны эбонитового диска представляют собой обкладки конденсатора. В опытах Роуланда и Эйхенвальда один диск заряженного конденсатора двигался относительно другого, неподвижного диска, или заряды обоих дисков двигались относительно среды, находящейся между дисками. В опытах с вращающимся диэлектриком поверхностные заряды диэлектрика двигались относительно неподвижных зарядов на дисках конденсатора. При вращении дисков конденсатора вместе с помещенным между ними диэлектриком относительного перемещения зарядов не было, однако и в этом случае возникало магнитное поле.