Передача информации вдоль проводов и в пространство

Мы не задумываемся о том, как наш мобильный телефон передаёт и принимает электронную информацию. Под электронной информацией мы понимаем наш голос, письменный текст или фотографию. Каким же образом кодируется такая информация, и каким образом передаётся в пространство? Мы не будем описывать процесс кодирования информации, но отметим, что носителем этой информации вдоль проводов являются электроны (рис. 147). Провод, представленный в центре схем (рис. 147, а, b), выполняет функции передающей антенны.

Известно, что в каждом кубическом сантиметре медного провода содержится свободных электронов. Под действием электрического потенциала, приложенного к проводу, его свободные электроны принимают упорядоченную ориентацию и суммарное магнитное поле, формируемое ими, выходит за пределы провода (рис. 147, a, b).

Направление суммарного магнитного поля всех свободных электронов в проводе формирует вокруг него магнитное поле (рис. 147, а, b), направление которого меняется с изменением направления векторов магнитных моментов и спинов электронов. Это твёрдо установленные экспериментальные факты.

Когда свободные электроны в проводе сориентированы вдоль его оси и их спины направлены вверх (рис. 147, а), то вокруг провода формируется магнитное поле, направление силовых линий которого закручено против хода часовой стрелки. Когда же электроны поворачиваются на и их спины оказываются повёрнутыми перпендикулярно оси провода, то магнитное поле вокруг него исчезает. Оно вновь появляется, когда электроны, повернувшись на от исходного положения, вновь ориентируют свои спины и векторы магнитных моментов вдоль провода (рис. 147, b). Направление магнитных силовых линий магнитного поля вокруг провода тоже меняется на . Таким образом, электроны меняют свое направление вдоль провода на с частотой изменения электрического тока. В обычной электрической сети эта частота равна 50Гц, а у мобильного телефона она изменяется в гигагерцовом диапазоне (более 1000 МГц).

Рис. 147. а) и b) – схемы изменения ориентации свободных электронов в проводе под действием электрического импульса; с) – электромагнитная волна

Максвелла

Возникает вопрос: будет ли магнитное поле, формируемое электронами вокруг провода, излучаться в пространство при смене знака ориентации электронов в нём? Удивительным является то, что физики ХХ века до сих пор не имеют ответа на этот вопрос. Попытаемся найти его.

Можно, конечно, допустить, что при смене направления магнитного поля вокруг провода (рис. 147, а, b) оно излучается в пространство и распространяется в нём со скоростью света. Проверим работоспособность такой гипотезы. Если провод передающей антенны имеет радиус 0,01 м и на его поверхности генерируется магнитное поле напряженностью 0,001 Тл, то удельная линейная напряженность магнитного поля на поверхности провода составит

. (270)

При удалении магнитного кольца (магнитного кольцевого импульса) от поверхности антенны со скоростью света его радиус будет увеличиваться. Представим, что такое расширяющееся кольцевое магнитное поле удалилось от передающей антенны на миллион километров и встретилось с антенной приемника. Линейная плотность магнитного кольца, которое пересечет антенну приёмника, составит . Вряд ли такое слабое поле может возбудить электроны антенны приемника, чтобы передать им закодированную информацию.

Но ведь астрофизики принимают сигналы от звёзд, которые, как они полагают, расположены от нас на расстоянии световых лет. Если эту информацию несут магнитные кольца с увеличивающимися радиусами, то напряженность их магнитных полей, приходящих к нам, будет близка к нулевым значениям. Это даёт нам основание утверждать, что магнитное поле, формируемое электронами вокруг передающей антенны, никуда не излучается.

В XIX и ХХ веках считалось, что электромагнитное излучение является волновым. Оно формируется электрическими и магнитными полями, которые изменяются синусоидально во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 7, 147, с). Такое представление базируется на опытах Майкла Фарадея, проведённых им в 1831 году. Он установил, что магнитные и электрические поля меняются синхронно и всегда находятся в сопряжённом состоянии. Если эти изменения синусоидальны, то изменение напряженностей электрических и магнитных полей чаще всего представляют как две взаимно перпендикулярные синусоиды, изменяющиеся во времени (рис. 7, 147, с) и описываемые уравнениями Максвелла:

(1*)

, (2*)

, (3*)

. (4*)

Здесь:

- напряженность электрического поля;

- напряженность магнитного поля;

- ток смещения;

- ток проводимости.

Как видно (1*-4*), это - уравнения в частных производных, поэтому они автоматически противоречат аксиоме Единства. Это противоречие усиливается независимостью и . В результате они не могут описывать корректно движение в пространстве каких-либо объектов. Поэтому у нас есть основание поставить под сомнение, соответствие реальности электромагнитной волны Максвелла (рис. 7, 147, c).

Это сомнение базируется на массе противоречий между экспериментальными фактами и уравнениями Максвелла. Например, кольцевые магнитные поля вокруг провода (рис. 147, а, b) – строгий экспериментальный факт, а волна с одновременно и синусоидально меняющимися напряжённостями электрических и магнитных полей (рис. 7, 147, с) - выдумка теоретиков. Приняв её, они обязаны сообщить нам: каким образом цилиндрическое магнитное поле (рис. 147, а, b), формируемое электронами вокруг любого провода, по которому течёт ток, превращается в две взаимно перпендикулярные синусоиды (рис. 7, 147, с)? Как из кругового магнитного поля формируются амплитуды взаимно-перпендикулярных синусоид и чему они равны? Но такие вопросы не смущают физиков-теоретиков. Не моргнув глазом, они голословно утверждают, что не нужны никакие представления, математика прекрасно обходится без каких – либо представлений в предсказании экспериментального результата.

В условиях, когда нет ни единого эксперимента, способного доказать формирование электромагнитных волн Максвелла (рис. 7) достоверность его уравнений тоже вызывает сомнение. Но физики ХХ полностью игнорировали это сомнение и делали всё, чтобы доказать, что уравнения Максвелла (1*-4*) описывают излучение антенной передатчика именно такой волны, какая показана на рис. 2. Возникает вопрос: на чём базируют физики свою убеждённость в том, что излучение формируют электромагнитные волны Максвелла? Прежде всего на опытах Герца, который якобы доказал существование таинственного тока смещения ( ), входящего в третье уравнение (3*) Максвелла. Ошибочность этого доказательства трудно было проверить при отсутствии информации об участии фотонов в передаче информации в пространстве. Теперь такая информация имеется, и мы можем проверить корректность интерпретации результатов опытов Герца, проведённых им в конце 19-го века. На рис. 148 показана схема опыта Герца, на основании которого он сделал вывод о появлении тока смещения в диэлектриках, не проводящих ток.

Герц использовал в качестве источника высокого переменного напряжения катушку Румкорфа, с помощью которой генерировал искры в искровом промежутке 1 вибратора (рис. 148). Для регистрации процесса излучения он использовал провод, концы которого завершались сферическими шариками. Он придавал этому проводу форму окружности, квадрата или прямоугольника с регулируемым зазором между шариками (рис. 148). Такое устройство он назвал резонатором. Искровой промежуток 3 резонатора регулировался специальным микрометрическим винтом. Появление искры между шариками свидетельствовало о появлении тока в проводе резонатора. В некоторых опытах искра была такой слабой, что он наблюдал её в темноте при использовании увеличительного стекла или подзорной трубы. Резонатор располагался вблизи вибратора в плоскости, перпендикулярной плоскости пластин 2 параллельно стержню вибратора и симметрично относительно уровня пластин.

Когда искровой промежуток 3 резонатора располагался сбоку, как показано на рис. 148, то искр в нём не было в силу одинаковости условий для нижней и верхней половинок резонатора. Если к пластинам вибратора подносилось какое – либо проводящее тело 4, то, как считал Герц, оно деформировало поле вибратора, в результате резонатор оказывался не в нейтральном положении, и в его зазоре 3 появлялись искры. При этом искровой промежуток 3 резонатора надо было располагать с той стороны, с которой подносилось проводящее тело.

Рис. 148. Схема опыта Герца: 1 – искровой промежуток вибратора; 2 – пластины;

3 – искровой промежуток резонатора; 4 – проводящее или изолирующее тело

Герц обнаружил, что замена проводящего тела изолированным не меняет результат опыта. На основании этого он сделал вывод о том, что электромагнитное поле Максвелла генерирует ток смещения и в проводящих телах, и в диэлектриках.

Нам странно воспринимать такой вывод Герца. Прежде всего, диэлектрик не проводит ток, поэтому его и назвали так, чтобы отличить от проводника, который проводит ток. Далее, остаются невыясненными вопросы о влиянии на результат эксперимента световых фотонов, излучаемых в зазоре 1 вибратора в момент образования искры. Ведь они отражаются от проводящих тел и диэлектриков одинаково. Попав на провод резонатора, они и формируют в нём электрический потенциал, который, разряжаясь, образует искру в искровом зазоре 3.

Когда зазор 3 резонатора симметричен относительно концов вибратора, то симметричный поток фотонов, поглощаемых электронами провода резонатора, формируют в нём однополярный потенциал и искра отсутствует. Введение проводящего или изолирующего тела 4 в зону лишь нижней части резонатора приводит к тому, что фотоны, излучённые в искровом промежутке 1 вибратора, отражаются от боковой стенки введённого проводящего или изолирующего тела 4 и увеличивают общий поток фотонов на нижнюю часть резонатора. В результате формируется дисбаланс в возбуждении электронов нижней и верхней частей резонатора и возникает потенциал, который и разряжается в зазоре 3 резонатора, формируя искру, которую и наблюдал Герц.

У нас нет оснований упрекать Герца в ошибочности интерпретации этого эксперимента. В его время это была, пожалуй, единственно возможная интерпретация, так как понятие фотон ещё отсутствовало. Но у нас есть основания упрекнут всех его последователей, которые ничего не сделали для того, чтобы повторить его опыты на современном уровне и найти им правильную интерпретацию.

Конечно, приближённые методы решения уравнений Максвелла могут давать результат, совпадающий с экспериментом. Суть этого совпадения заключается в том, что приближённые методы решения уравнений Максвелла основаны на использовании рядов Фурье. Этот же метод используется и при обработке результатов экспериментальных данных. То есть физическая суть самой электромагнитной волны здесь никак не представлена. А ведь эта волна может иметь разное физическое наполнение, которое не отражают измерительные приборы. В таких условиях совпадение экспериментального результата с теоретическим может быть случайным, а его интерпретация - полностью ошибочной.

Правда, последующие поколения последователей Максвелла начали замечать противоречия в таких представлениях и указанная картинка (рис. 7) начала исчезать из некоторых учебников физики последних изданий. Чтобы усилить незаметность для других этого факта, математики начали распространять тезис: не нужны никакие представления, математика прекрасно обходится без каких – либо представлений в предсказании экспериментального результата.

Конечно, нам интересно знать детали опытов с радиоволнами, в которых отражена передача информации радиоинформации. Восемнадцать таких опытов описано в учебном пособии для школьников: Н.М. Шахмаев, С.Е. Каменецкий. Демонстрационные опыты по электродинамике. М. «Просвещение» - 1973. Анализ этих опытов показывает, что в них отразился весь спектр поведения световых фотонов в опытах по оптике. Этого вполне достаточно для заключения о том, что носителями радиоволн являются фотонные (рис. 3) , но не электромагнитные волны Максвелла (рис. 7). Вполне естественно, что фотонные радиоволны формируют фотоны невидимых диапазонов, а видимые фотоны используются при передаче информации по, так называемым волоконным волноводам.

Из этого следует необходимость повторения опытов Герца с использованием современных средств. И они уже проведены с помощью прибора ИГА-1 (рис. 18). Результаты этих опытов убедительно доказали ошибочность представлений о волновой природе электромагнитного излучения, подобному максвелловской электромагнитной волне (рис. 7).

Прибор ИГА-1 (рис. 18), имея чувствительность 100 пико вольт, принимает естественные излучения с частотой 5 кГц на антенну диаметром 30 мм. Длина волны такого излучения в таком случае равна . С помощью этого прибора обнаруживаются источники различных естественных излучений, в том числе и расположенные под землёй ручьи, пустоты (пещеры) и другие естественные и искусственные образования, молекулы которых излучают фотоны с характеристиками отличающимися от характеристик фотонов, излучаемых общей совокупностью молекул всех остальных образований, среди которых находится образование, анализируемое исследователем.

Если учесть, что уравнения Максвелла (1* - 4*) работают в условиях, когда длина электромагнитной волны соизмерима с длиной антенны, то эксперимент с прибором ИГА -1 - убедительное доказательство того, что носителями излучений являются фотоны (рис. 8, 14, 149), но не электромагнитные волны Максвелла (рис. 7). Это обусловлено тем, что размер антенны (круглый диск) у прибора ИГА – 1 на 6 порядков меньше длины максвелловской волны. Из это следует, что этот прибор принимает не максвелловскую (рис. 7), а фотонную (рис. 8) волну.

Используем известную нам информацию об электромагнитной структуре электрона (рис. 38), чтобы попытаться смоделировать в первом приближении процесс воздействия переменного напряжения на свободные электроны в проводе.

Известно, что если провод медный, то в каждом его кубическом сантиметре содержится свободных электронов. Мы уже показали, что под действием электрического потенциала, приложенного к проводу, его свободные электроны принимают упорядоченную ориентацию и суммарное магнитное поле, формируемое ими, выходит за пределы провода (рис. 116, a, b).

На рис. 116, a, b ориентация магнитного поля соответствует ориентации спинов электронов, то есть ориентации константы Планка, характеризующей направление вращения электрона. Нетрудно видеть, что направление суммарного магнитного поля всех свободных электронов формирует вокруг провода магнитное поле, направление которого меняется с изменением знака электрического потенциала (рис. 116, а и b). Это значит, что меняется и направление свободных электронов в проводе. Это твёрдо установленные экспериментальные факты.

Есть основания предполагать, что импульсное воздействие на электроны в начале провода передаётся всем электронам вдоль провода со скоростью близкой к скорости света. Вполне естественно, что с такой же скоростью передаётся и информация, закодированная в этом импульсе. На этом принципе основана работа всех систем, передающих информацию по проводам, в том числе - и работа Интернета.

Радиопередатчики убедительно доказывают нам, что их антенны передают информацию в пространство, закодированную в импульсах, передаваемых электронам антенны. Если меняющееся магнитное поле вокруг антенны, которое формируется импульсами электронов, не излучается в пространство то, что является носителем информации, передаваемой антенной в пространство?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, надо включить в анализ другие чётко установленные функции электронов. Они не только формируют магнитные поля, но и излучают и поглощают фотоны. Это тоже твёрдо установленный экспериментальный факт. Поскольку мы рассматриваем процесс передачи информации антенной передатчика, то он может реализовываться процессом излучения фотонов электронами. Этот процесс инициируется малейшим воздействием на свободные электроны.

На рис. 149, а и b показаны свободные электроны в проводе, сориентированные под действием электрического поля. Вполне естественно, что импульсное воздействие на свободные электроны в проводе приводит к импульсному изменению их магнитных моментов , которое сопровождается излучением фотонов. Других излучений в этом процессе нет. Из этого следует, что носителями информации в пространстве являются импульсы фотонов, излучаемые свободными электронами антенны, при воздействии на них импульсов напряжения. Есть основания полагать, что в этом процессе принимают участие и валентные электроны, связывающие атомы в молекулы. Это предположение базируется на известном факте фонового шума, который генерируется фотонами, формирующими температуру антенны, равную температуре среды, окружающей её.

Рис. 149. Схема ориентации свободных электронов в проводе под действием

электрического импульса и излучение ими импульсов фотонов в пространство

Известно, что с изменением температуры тела меняется его объём. Обусловлено это тем, что при поглощении и излучении фотонов валентными электронами у них изменяются энергии связи, а значит и расстояния между атомами в молекуле или между молекулами в их кластерах. Из этого следует, что если валентные электроны поглощают и излучают фотоны, формирующие температуру среды, то эти электроны вместе со свободными электронами принимают участие в формировании импульса фотонов при воздействии электрического потенциала на свободные электроны. Возникает вопрос: как велико расстояние между молекулами и достаточно ли оно для того, чтобы свободные электроны могли перемещаться в проводе и менять свою ориентацию? Мы уже ответили на этот вопрос. Для ясности повторим его ещё раз. Размер электрона , а размер молекул . Этого вполне достаточно, для движения и изменения ориентации свободных электронов в проводе или антенне.

Свободные электроны в проводе ориентируются под действием электрического поля так, что векторы их спинов и магнитных моментов направлены вдоль провода от плюса к минусу (рис. 149). Напряженность магнитного поля каждого электрона связана с его основными параметрами зависимостью.

(271)

где - угловая скорость вращения электрона; - полная энергия электрона.

Самое главное в том, что напряженность магнитного поля электрона зависит от частоты его вращения. С изменением этой частоты изменяется магнитный момент . Импульс изменения магнитного момента передается вдоль провода, а импульс изменения угловой скорости сопровождается излучением фотонов (рис. 149) электронами перпендикулярно проводу (рис. 149). Таким образом, малейшее внешнее воздействие на свободные электроны приводит к передаче ими одной и той же информации в двух направлениях: вдоль провода и перпендикулярно ему.

Мы уже отметили, что температуру окружающей среды формируют фотоны с определенной длиной волны. При этом электроны атомов и молекул всего, что находится в этой среде, в том числе и электроны атомов анализируемой нами антенны, непрерывно поглощают и излучают эти фотоны, поддерживая необходимую температуру. Поэтому они являются передатчиками энергии и информации между всеми объектами среды. Это естественный процесс, благодаря которому существует все живое и неживое в Природе. Но он был полностью проигнорирован при интерпретации процессов передачи энергии и информации искусственными источниками, созданными человеком.

Фотон – локализованное в пространстве магнитное образование, которое движется в пространстве со скоростью света. При этом он имеет такую магнитную структуру (рис. 14), у которой длина волны , равная радиусу фотона . Все его параметры, в том числе и частота, изменяются в интервале 15 порядков.

На рис. 149 импульсы излучаемых фотонов представлены в виде совокупности небольших эллипсов. Эллипсы это фотоны. Длина волны каждого фотона, входящего в состав импульса фотонов, на много порядков меньше расстояния между импульсами фотонов, называемого длиной волны излучения. У нас есть возможность определить длину волны или радиус каждого фотона, входящего в состав импульсов фотонов.

Длины волн единичных фотонов, излучаемых валентными электронами атомов антенны передатчика, зависят в обычных условиях от её температуры. Если она равна, например, , то электроны антенны непрерывно излучают и поглощают фотоны с длиной волны, примерно, равной

. (272)

Это – фотоны инфракрасного диапазона. Мы уже описали, как они генерируют так называемый фоновый шум. Чтобы выделить искусственную информацию, передаваемую фотонами, излучаемыми электронами, необходимо увеличить возбуждение электронов, чтобы они излучали фотоны с большей энергией, чем фотоны, формирующие температуру окружающей среды и антенны. Различие длин волн фотонов, формирующих фоновый шум от длин волн фотонов, передающих информацию, зависит от интенсивности искусственного воздействия на электроны антенны. Но в любом случае, длина волны фотонов, порождаемых искусственными импульсами будет меньше длин волн фотонов, формирующих эти импульсы.

Если передатчик излучает импульсы с длиной волны, например, 0,50 м, в виде фотонов с длинами волн несколько меньшими, тех, что формируют температуру среды вокруг антенны, например с длинами волн , то длина волны несущая информацию в пространстве (расстояние между импульсами фотонов (рис. 149), будет больше длин волн фотонов, несущих эту волну в раз.