Электромагнитная волна как структура из магнитных колец

Понятие о квантах излучения или в частном случае фотонов, как электромагнитной волны, является составной частью таких разделов физики как электродинамика, оптика, атомная физика, термодинамика и ряда других [1,2]. Теория электромагнитного поля, заложенная Фарадеем, была завершена Максвеллом математическим путем. Им было введено понятие о токе смещения, который появляется при изменении напряженности магнитного поля [3]. Особенностью тока смещения является то, что он эквивалентен току проводимости только в отношении способности "создавать" магнитное поле. Считается, что ток смещения играет основную роль в появлении электромагнитной волны. Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает электрическое, изменение же поля электрического возбуждает магнитное поле. Скорость распространения волны v, векторы напряженности магнитного B и электрического E полей находятся во взаимно-перпендикулярных направлениях (рис.1).

Рис.1. Распространение электромагнитной волны [1].
Однако электрическое поле мы можем зафиксировать только при наличии заряда. Если зарядов нет, то и говорить о наличии электрического поля мы не вправе. Вместе с тем, известно, что магнитное поле действует на движущийся в перпендикулярном направлении заряд e с силой Лоренца в соответствии с уравнением FL=evB[1]. Это эквивалентно появлению электрического поля E = vB, направление которого будет перпендикулярно векторам v и B. Таким образом, для того, чтобы на заряд действовала сила, эквивалентная силе электрического поля, надо, чтобы он находился в магнитном поле, перпендикулярном направлению движения заряда. Для соблюдения этого условия достаточно, чтобы магнитное поле было в виде кольца из замкнутых круговых магнитных линий, а само поле распространялось в направлении, перпендикулярном плоскости кольца. Если магнитное поле B падает на заряд со скоростью света с, то это эквивалентно появлению электрического поля E = сB. Если на заряд падает цуг из магнитных колец с противоположным направлением магнитного поля, то заряд будет испытывать периодические колебания (Рис.2).

Рис.2. Действие цуга из магнитных колец на заряд
Таким образом, в проводнике при попадании на него цуга из магнитных колец с противоположным направлением магнитного поля будет возбуждаться переменный ток. Электромагнитную волну или фотон, следовательно, можно представить в виде распространяющихся со скоростью света колец из магнитных силовых линий. Имеет ли все это отношение к реальности? Ведь фотоны излучаются при переходе электронов в атоме с возбужденного уровня на основной.
Обычно напряженность магнитного поля отображают в виде стрелок, направление которых указывает на полярность, а густота величину напряженности. Считается, что это формальное представление, облегчающее понимание действия электромагнитной волны. Однако магнитные силовые линии, возможно, существуют в реальности, как некие линейные структуры из частиц, обладающих магнитным моментом. Магнитные силовые линии являются замкнутыми, начинаются и заканчиваются на магнитных полюсах. Как известно, между двумя магнитами с противоположными полюсами возникает сила притяжения (рис.3). Она возникает из-за взаимодействия магнитных силовых линий с противоположным направлением. Магниты с одинаковыми полюсами отталкиваются. Примем это явление как факт.

Рис.3. Возникновение сил притяжения между магнитными силовыми линиями противоположной направленности
Известно, что вокруг движущегося электрона возникает круговое магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями. Магнитное поле возникает и вокруг электронов, вращающихся вокруг ядра. Воздействие на электрон внешней силой, если она не приводит к отрыву электрона от ядра, заставляет электрон совершать колебательные движения вдоль орбиты. Таким образом, траектория электрона будет представлена движением по спирали вдоль орбиты. При таком движении возникает круговое магнитное поле (рис.4).

Рис.4. Возникновение кругового магнитного поля при движении электрона в атоме
Если два круговых магнитных поля с противоположным направлением находятся рядом друг с другом, то между ними возникают силы притяжения (Рис.5). В общем случае электроны в атоме движутся парами, причем спины их противоположны. Поэтому при движении электронов образуется пара магнитных круговых полей с противоположным направлением. В этом случае магнитные кольца могут покинуть ядро, оставаясь связанными друг с другом. Поскольку направления магнитного поля в обоих кольцах противоположны, то они будут прочно связаны друг с другом. Такая пара образует элементарный фотон. Если поглощение и излучение атомом происходит непрерывно, то элементарные фотоны образуют цепочку или цуг.

Рис.5. Силы притяжения между двумя магнитными кольцами образуют элементарный фотон
Когда излучение фотонов осуществляется макроскопическим телом, то между отдельными фотонами вследствие разнонаправленности магнитных полей у соседних колец возникают силы притяжения, так что фронт излучения представляет собой сотовую структуру (Рис.6).

Рис.6. Распространение фронта излучения (вид сверху)
То же самое относится и к излучению электромагнитных волн антенными устройствами. Таким образом, при излучении макроскопического тела фронт излучения представляет собой совокупность элементарных фотонов, распространяющихся сферически и связанных друг с другом силами притяжения. Если излучение когерентно, то фронт упорядочен. Если излучение хаотично, то отдельные группы фотонов могут быть упорядочены, но в целом они будут распространяться отдельными пачками или цугами. Внутри кольца силовые линии имеют одинаковую направленность, вследствие чего кольца стремятся к расширению. Чем ниже частота излучения, тем больше размеры колец и тем больше длина волны.
Дуализм фотонов, т.е. их способность проявлять как свойства частицы, так и волны с данных позиций легко объясним. Если рассматривается отдельный элементарный фотон, то он будет вести себя как частица. Если исследуется совокупность фотонов, то они будут вести себя как волна.
Литература
  1. Б.М.Яворский,  А.А.Пинский. Основы физики. Т.2.-«Наука».-М.-1974.-464 с.
  2. Х.Кухлинг. Справочник по физике.»Мир».-М.-1983.-491 с.
  3. И.Е.Иродов. Основные законы электромагнетизма.-изд-во »Высшая школа».-М.-1983.-279 стр.