О ПАРАДОКСЕ СУЩЕСТВОВАНИЯ ВОЛН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИХ СПОСОБНОСТИ ПЕРЕНОСА ПОЛЕВОЙ ЭНЕРГИИ

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Хотя реальное наблюдение необычного для современных представлений вихревого четырехвекторного поля, условно названного реальным электромагнитным полем – дело будущего, объективность его существования и неоспоримая практическая значимость достоверно подтверждается принципиальной невозможностью реализации без посредства его компонент ряда известных  физических характеристик электромагнитного поля, в частности, переноса электромагнитной энергии.

Концепция электромагнитного (ЭМ) поля является основополагающей и центральной в классической электродинамике, поскольку считается [1], что с помощью этого поля осуществляется взаимодействие разнесенных в пространстве электрических зарядов. При этом полагают все явления электромагнетизма физически полно представленными указанным полем, свойства которого исчерпывающе описываются системой электродинамических уравнений Максвелла:

(a)  ,                    (b)  ,                             (1)    

(c)  ,       (d)  ,           

где  – постоянная времени релаксации заряда в среде за счет ее электропроводности. Эти уравнения рассматривают области пространства, где присутствует ЭМ поле, структурно реализуемое, согласно уравнениям (1а) и (1c), посредством динамически неразрывно связанных между собой двух векторных взаимно ортогональных полевых компонент: электрической  и магнитной   напряженности. Уравнение (1b) описывает результат явления электрической поляризации в виде отклика материальной среды на наличие в данной точке стороннего электрического заряда ( – объемная плотность стороннего заряда) либо при воздействии на электронейтральную среду () внешнего электрического поля. Соответственно, уравнение (1d) характеризует явление (намагниченности) магнитной поляризации.

Важнейшим фундаментальным следствием уравнений Максвелла служит тот факт, что компоненты  и  описываемого поля распространяются в пространстве в виде электродинамических  волн. Например, из (1а) и (1c) так можно получить волновое уравнение для поля электрической напряженности :

.

Аналогично получим волновое уравнение для магнитной напряженности . Видно, что скорость распространения этих волн определяется только лишь электрическими и магнитными параметрами пространства: ,  и , в частности, в отсутствие поглощения . С точки зрения большей общности при анализе волнового распространения ЭМ поля обычно значительно удобней использовать не волновые уравнения, а напрямую - сами уравнения системы (1), являющиеся первичными уравнениями ЭМ волны.

Проанализируем в нашем случае параметры распространения ЭМ поля в виде плоской линейно поляризованной волны в однородной изотропной материальной среде. С этой целью рассмотрим волновой пакет, распространяющийся вдоль оси x с компонентами  и , которые представим комплексными спектральными интегралами:

 и , где  и  – комплексные амплитуды.

Подставляя их в уравнения Максвелла (1a) и (1c), приходим к соотношениям  и . В итоге получаем для уравнений системы (1) выражение: .

В конкретном случае среды идеального диэлектрика () с учетом формулы  из следует обычное дисперсионное соотношение  [1], описывающее однородные плоские волны ЭМ поля. ............