Еще раз о передаче и приеме электронной информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Еще раз о передаче и приеме электронной информации

Канарев Ф.М. kanphil@mail.ru

http://kubagro.ru/science/prof.php?kanarev

Почти каждый человек планеты Земля передает и принимает электронную информацию благодаря физикам экспериментаторам. Теоретики отстают от экспериментаторов в этом вопросе, более чем на 100 лет.

Мы не задумываемся о том, как наш мобильный телефон передает и принимает электронную информацию. Под электронной информацией мы понимаем наш голос, письменный текст или фотографию. Каким же образом кодируется такая информация, и каким образом передается в пространство? Мы не будем описывать процесс кодирования информации, но отметим, что носителем этой информации вдоль проводов являются электроны (рис. 1). Провод, представленный в центре схем (рис. 1, а, b), выполняет функции передающей антенны.

Рис. 1. а) и b) - схемы изменения ориентации свободных электронов в проводе под действием электрического импульса; с) - электромагнитная волна Максвелла

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. 1, a, b).

Направление суммарного магнитного поля всех свободных электронов в проводе формирует вокруг него магнитное поле (рис. 1, а, b), направление которого меняется с изменением направления векторов магнитных моментов и спинов электронов. Это твердо установленные экспериментальные факты.

Когда свободные электроны в проводе сориентированы вдоль его оси и их спины направлены вверх (рис. 1, 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 повернутыми 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. 1, 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).

Возникает вопрос: будет ли магнитное поле, формируемое электронами вокруг провода, излучаться в пространство при изменении направления ориентации электронов в нем? 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. 1, а, b) оно излучается в пространство и распространяется в нем 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 линейная удельная напряженность магнитного поля на поверхности провода составит .

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 приемника, составит . Вряд ли такое слабое поле может возбудить электроны антенны приемника, чтобы передать им закодированную информацию.

Но ведь астрофизики принимают сигналы от звезд, 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 дает 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. 1, с). Такое представление базируется на опытах Майкла Фарадея, проведенных им в 1831 году. Он установил, что магнитные и электрические поля меняются синхронно и всегда находятся в сопряженном состоянии. Если эти изменения синусоидальны, то изменение напряженностей электрических и магнитных полей чаще всего представляют как две взаимно перпендикулярные синусоиды, изменяющиеся во времени (рис. 1, 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. 1, c).

Это сомнение базируется на массе противоречий между экспериментальными фактами и уравнениями Максвелла. Например, кольцевые магнитные поля вокруг провода (рис. а, b) - строгий экспериментальный факт, а волна с одновременно и синусоидально меняющимися напряженностями электрических и магнитных полей (рис. 1, с) - выдумка теоретиков. Приняв ее, они обязаны сообщить нам: каким образом цилиндрическое магнитное поле (рис. 1, а, b), формируемое электронами вокруг любого провода, по которому течет ток, превращается в две взаимно перпендикулярные синусоиды (рис. 1, 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. 1, с), правильность интерпретации результатов решений его уравнений вызывает сомнения. Но физики ХХ полностью игнорировали это и делали все, чтобы доказать, что уравнения Максвелла (1-4) описывают излучение антенной передатчика именно такой волны, какая показана на рис. 1, с. Возникает вопрос: на чем базируют физики свою убежденность 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 сведений об участии фотонов в передаче информации в пространстве. Теперь такая информация имеется и мы можем проверить корректность интерпретации результатов опытов Герца, проведенных им в конце 19-го века. С тех пор не нашлось ученого, способного понять необходимость проверки достоверности интерпретации результатов этих опытов. Выполним ее. На рис. 2 показана схема опыта Герца, на основании которого он сделал вывод о появлении тока смещения, входящего в уравнение (3) Максвелла.

Герц использовал в качестве источника высокого переменного напряжения катушку Румкорфа, с помощью которой генерировал искры в искровом промежутке 1 вибратора (рис. 2). 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. 2). 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 ее в темноте при использовании увеличительного стекла или подзорной трубы.

Когда искровой промежуток 3 резонатора располагался сбоку, как показано на рис. 2, то искр в нем 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. 2. 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 нем 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 нем однополярный потенциал и искра отсутствует. Введение проводящего или изолирующего тела 4 в зону лишь нижней части резонатора приводит к тому, что фотоны, излученные в искровом промежутке 1 вибратора, отражаются от боковой стенки введенного 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 еще 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, приближенные методы решения уравнений Максвелла могут давать результат, совпадающий с экспериментом. Суть этого совпадения заключается в том, что приближенные методы решения уравнений Максвелла основаны на использовании рядов Фурье, которые используются при анализе экспериментальной информации близкой к синусоидальной. Этот же метод используется и для установления связи между уравнениями Максвелла и экспериментальными данными. 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.

Из этого следует необходимость повторения опытов Герца с использованием современных средств. И они уже проведены с помощью прибора ИГА-1 (рис. 3). Результаты этих опытов убедительно доказали ошибочность представлений о волновой природе электромагнитного излучения, подобному максвелловской электромагнитной волне (рис. 1, с).

Рис. 3. Прибор ИГА - 1. Разработчик: Кравченко Ю. П.

Прибор ИГА-1 (рис. 3), имея чувствительность 100 пико вольт, принимает естественные излучения с частотой 5 кГц на антенну диаметром 30 мм. Длина волны такого излучения равна . С помощью этого прибора обнаруживаются источники различных естественных излучений, в том числе и расположенные под землей 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. 4), но не электромагнитные волны Максвелла (рис. 1, с). Это обусловлено тем, что размер антенны (круглый диск) у прибора ИГА - 1 на 6 порядков меньше длины максвелловской волны. Из это следует, что прибор ИГА - 1 принимает не максвелловскую (рис. 1, с), а фотонную волну (рис. 4).

Рис. 4. Схема фотонной волны длиною

Излучение электронами фотонов при их возбуждении - экспериментальный факт, подтвержденный миллионами спектральных линий атомов, ионов и молекул. Импульсное воздействие на электроны в проводе - тоже процесс их возбуждения, который сопровождается излучением импульсов фотонов. Есть основания предполагать, что импульсное воздействие на электроны в начале провода передается всем электронам вдоль провода со скоростью близкой к скорости света (рис. 5). Вполне естественно, что с такой же скоростью передается и информация, закодированная в этом импульсе. На этом принципе основана работа всех систем, передающих информацию по проводам, в том числе и работа Интернета. Представим, что электроны в проводе не только формируют магнитные поля вокруг него (рис. 1, а, b), но и излучают импульсы фотонов (рис. 5).

Рис. 5. Формирование импульсов электронов вдоль провода и излучение им фотонов в пространство

Если на электроны в проводе воздействовать синусоидальными импульсами напряжения, то электроны будут менять направления своих спинов и векторов магнитных моментов на противоположные в каждом полупериоде и этот процесс тоже будет сопровождаться излучением импульсов фотонов (рис. 6, а, b), в которых можно кодировать информацию.

Рис. 6. Формирование импульсов фотонов электронами, совершающими синусоидальные колебания в проводе

На рис. 6, 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 также, 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 ее.

Известно, что с изменением температуры тела меняется его объем. 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? 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 (рис. 1, a, b). Напряженность магнитного поля каждого электрона связана с его основными параметрами зависимостью.

 (5)

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 частоты сопровождается излучением фотонов (рис. 5, 6) электронами перпендикулярно проводу (рис. 5, 6). 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. 7), у которой длина волны , равная радиусу фотона . Все его параметры, в том числе и частота, изменяются в интервале 15 порядков.

На рис. 5, 6 импульсы излучаемых фотонов представлены в виде совокупности небольших шариков. 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 ее температуры. Если она равна, например, , то электроны антенны непрерывно излучают и поглощают фотоны с длиной волны, примерно, равной

. (6)

Рис. 7. Схема кольцевых магнитных полей фотона

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 (рис. 7), порождаемых искусственными импульсами будет меньше длин волн фотонов, формирующих эти импульсы (рис. 5).

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. 5, 6), будет больше длин волн фотонов, несущих эту волну, в раз.

Прием информации из пространства. Если на электроны приемной антенны действуют, только фотоны, формирующие температуру среды, окружающей антенну, а значит и температуру самой антенны, то свободные электроны ориентированы в таком проводе или антенне произвольно (рис. 8). Конечно, на эту произвольность влияют валентные и другие электроны атомов и молекул. Мы уже знаем, что размеры свободных электронов, примерно, в 1000 раз меньше размеров молекул. Это значить, что электроны атомов слабо влияют на ориентацию свободных электронов и даже если это влияние есть, то беспорядочное расположение атомов провода или антенны должно формировать беспорядочную ориентацию свободных электронов в них (рис. 8).

Сразу возникает вопрос: как начнут вести себя свободные электроны антенны, если к ней придет импульс фотонов? Примут ли они ориентированное положение или просто возбудятся и это возбуждение передадут вдоль антенны к устройствам, принимающим их возбуждение?

Мы уже показали, что все отражающиеся фотоны поляризуются в плоскости перпендикулярной плоскости отражения [1]. Из этого следует, что встретившись с проводом антенны, они тоже поляризуются и этим своим процессом ориентируют свободные электроны в проводе, формируя в нем электрический потенциал, распространяющийся вдоль провода к приемному устройству.

Далее, обратим внимание на то, что термопара представляет собой два провода из разных материалов, спаянные между собой. Известно, что если спаянные концы проводов будут иметь разную температуру, то на свободных концах термопары появится ЭДС, то есть по образовавшейся сети потечет ток.

Рис. 8. Схема ориентации спинов свободных электронов

Так как температуру спаянных проводов формируют фотоны, то разную температуру формируют разные фотоны. Это значит, что свободные электроны в каждом проводе термопары возбуждаются с разной интенсивностью. Появление тока в цепи - свидетельство упорядоченной ориентации свободных электронов вдоль провода. Из этого следует, что воздействие импульса фотонов на свободные электроны антенны должно приводить их из хаотического расположения в проводе (рис. 8) в упорядоченное. В любом случае в цепи антенна - приемное устройство пришедший импульс фотонов действует лишь на часть этой цепи. Благодаря этому в такой цепи возникает разность потенциалов, которая ориентирует электроны во всех элементах этой цепи и в ней возникает ток. Этот процесс можно усилить, если приемной антенне, состоящей из совокупности стержней, придать элементы параболичности. Тогда фотонная волна будет возбуждать не все свободные электроны такой антенны одновременно, а возбудит вначале те, которые находятся в стержнях на периферии воображаемой параболической поверхности. В результате уже в самой такой антенне появиться разность потенциалов и по ее электропроводящим элементам пойдет импульс, ориентирующий свободные электроны и появится ток, который усилит приемное устройство.

Поскольку фотоны - локализованные в пространстве образования, то мощность сигнала, который они формируют в антенне приемника, зависит от количества фотонов в каждом импульсе, дошедших до этой антенны и их индивидуальной энергии, определяемой длиной волны каждого фотонf, входящего в импульс. В этом случае напряженность магнитного поля каждого фотона остается постоянной и не зависит от расстояния, которое он проходит от антенны передатчика до антенны приемника или от звезды к Земле.

Если приемная антенна имеет форму стержня, то эффективность приема сигнала из пространства такой антенной невелика, так как импульсы фотонов. несут в себе небольшой потенциал, возбуждающий электроны приемной антенны. Чтобы усилить действие импульсов фотонов, их принимают с помощью, так называемых параболических антенн, поверхность которых не поглощает, а отражает эти импульсы и направляет их в фокус параболы, где и располагается приемная часть такой антенны (рис. 9).

передача прием электронный информация

Рис. 9. Схема передачи электронной информации в пространство и по проводам: 1 - передающая антенна; 2- приемная антенна; 3 - повторная передающая антенна

Вполне естественно, что электроны приемного элемента такой антенны, расположенного в ее фокусе, будут подвергнуты мощному импульсному воздействию сфокусированным потоком фотонов, что способствует значительному усилению приемного сигнала (рис. 9).

Таким образом, импульсное изменение электрического поля передается всем свободным электронам, сориентированным вдоль провода, и одновременно сопровождается излучением фотонов в пространство. В результате формируются продольные волны электромагнитных импульсов вдоль провода и одновременно импульсы фотонов, излучаемых перпендикулярно проводу (рис. 4, 5). Так одна и та же информация передается в двух направлениях: вдоль провода и перпендикулярно ему - в пространство.

Вполне естественно, что для описания фотонной волны (рис. 4, 5, 6, 8) нет нужды вводить в уравнение такой волны напряженности электрических и магнитных полей и не существующие токи смещения. Достаточно написать уравнения изменения напряжения, тока и напряженности магнитного поля (7), (8), (9) и ввести в них необходимые параметры, характеризующие колебательный процесс, излучающий импульсы фотонов (рис. 4, 5).

(7)

(8)

. (9)

Конечно, нам интересно знать детали опытов с радиоволнами, в которых отражена передача 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. 4, 5, 6) , но не электромагнитные волны Максвелла (рис. 1, с). Вполне естественно, что фотонные радиоволны формируют фотоны невидимых диапазонов, а видимые фотоны используются при передаче информации по, так называемым волоконным волноводам.

Заключение

Импульсное изменение напряжения передается всем свободным электронам, сориентированным вдоль провода, и одновременно сопровождается излучением ими фотонов в пространство. В результате формируются продольные волны электромагнитных импульсов вдоль провода и одновременно импульсы фотонов, излученных в промтранство. Так одна и та же информация передается в двух направлениях: вдоль провода и перпендикулярно ему - в пространство.

Уравнения Максвелла не имеют никакого отношения к описанию процессов формирования и передачи электронной информации.

Литература

1. Канарев Ф.М. Начала физхимии микромира. 12-е издание. Том I. Краснодар 2009. 687 с. http://kubagro.ru/science/prof.php?kanarev

Размещено на Allbest.ru