Трудно представить, как мог выглядеть окружающий нас мир, если бы человечество не знало об удивительных свойствах магнитов и не научилось их использовать. Применение их в технике и повседневной жизни столь многогранно, что даже перечисление всех возможных способов использования магнитов заняло бы немало времени. На протяжении всей истории человечества многие выдающиеся умы неоднократно предпринимали попытки объяснения столь необычного природного явления, но до сих пор нет чёткого и однозначного ответа на вопрос:
Что такое магнит и почему он действует именно так?
Попробуем разобраться с этим удивительным явлением - почему оно возникает, каковы "тайные рычаги и пружины", заставляющие один магнит притягивать и отталкивать другие магниты. Как и прежде, в основе размышления - механические принципы взаимодействия материальных объектов.
Приступим...
Для начала заглянем в учебник физики:
Магнетизм - форма взаимодействия электрических зарядов, осуществляемых на расстоянии посредством магнитного поля.
Формулировка вызывает вопросы, как с точки зрения традиционной физики, так и с позиций предлагаемой концепции.
Первое возражение:
Какую роль играет электрический заряд в возникновении магнетизма у обычного магнита?
Известно, что при протекании электрического тока через соленоид - катушку из провода, намотанного на железный сердечник, действительно возникает магнитная сила. Но как быть с обычным магнитом, ведь к нему электричества не подключить, а он притягивает и отталкивает другие магниты ничуть не хуже соленоида?!
Нетрудно догадаться, что представление о происхождении магнетизма у обычного магнита строится исключительно по аналогии с катушкой, по которой пропущен электрический ток. Поскольку при этом всегда возникает магнетизм, то вполне естественно предположить, что и в магните всё происходит схожим образом, а значит, электрический заряд - тот самый садовник, на которого можно повесить любое преступление. А ведь у подозреваемого есть железное алиби - электроскоп, прибор, существующий как раз для того, чтобы обнаруживать заряды. Достаточно провести пару-тройку простейших экспериментов с мощными магнитами вблизи электроскопа, чтобы убедиться в полной непричастности электрического заряда к возникновению магнетизма.
Тем не менее, заряд всё же играет определённую роль в этом спектакле, но не совсем ту, что описывает учебник физики. Об этом несколько позже...
Второе возражение впрямую касается Закона сохранения Энергии/Массы, пожалуй, наиглавнейшего Закона природы, который до недавнего времени ещё никому не удалось преодолеть. И только магниту традиционная наука почему-то позволяет его игнорировать. Правда, грубое нарушение закона существует лишь в том случае, если мы считаем, что магнит сам является источником магнетизма.
Напомним суть возникающего парадокса:
В процессе взаимодействия магнита с железными предметами и другими магнитами возникает сила, которая по существующим законам физики обязана сопровождаться определёнными энергетическими изменениями в системе взаимодействующих тел. Поскольку ничего подобного мы не регистрируем, приходится констатировать явное противоречие с Законом сохранения Энергии/Массы. То есть, сила притяжения и отталкивания магнитов не сопровождается, ни изменением их температуры, плотности или массы, не возникает даже электризации окружающего пространства или каких-то сопутствующих излучений, которые в сумме как раз и сводят энергетический баланс каждого конкретного взаимодействия к единице.
С катушкой, по которой протекает электрический ток, ситуация в точности повторяется. Какую бы силу не развивал соленоид по притяжению или отталкиванию магнитов и железных предметов, ток в цепи останется неизменным, что также является грубейшим нарушением Закона сохранения Энергии/Массы. Колебания стрелки амперметра мы увидим лишь в моменты изменения позиций взаимодействующих тел, но как только движение прекратится, показания тут же вернутся к первоначальным значениям. Сила взаимодействия при этом никуда не денется, независимо от интенсивности процессов притяжения или отталкивания.
Возникает парадоксальная ситуация - Сила есть, а никаких энергетических изменений мы не регистрируем, к примеру, такого очевидного параметра как температура. Вот и получается, что магнит и электромагнит существуют как бы вне законов физики. Традиционная наука закрывает глаза на столь вопиющий факт, поскольку действующая ныне теория считает магнит одновременно Источником и Носителем магнетизма.
Следующее возражение не столь категоричное, поскольку оно касается терминологии, а именно:
Что наука называет магнитным полем?
Учебник по этому поводу многословен, но не слишком конкретен. Если из формулировки выбросить всё лишнее, то мы получим следующее:
Магнитное поле - это силовое поле; магнитная составляющих электромагнитного поля.
При всём разнообразии знаний о действии магнитов, в учебнике ни слова о том, что собой представляет магнитное поле, откуда возникает и почему именно такие свойства имеет. Единственная полезная зацепка - ссылка на то, что магнитное и электрическое поля являются составляющими электромагнитного поля.
За эту ниточку и потянем в надежде размотать целый клубок...
Электромагнитное поле
Выше по тексту такое понятие как Электромагнитное Поле уже обсуждалось, но по большей части в сравнении с зарядом. Возникновение электромагнитного поля у магнита и катушки, по которой пропущен электрический ток, тоже упоминалось, но лишь в качестве примера. Пришло время заострить на этой теме внимание и разобраться, что мы понимаем под термином - электромагнитное поле. А также, какова его роль в возникновении магнетизма и электромагнетизма.
Для начала определимся с понятием - Физическое Поле.
Заглянем в учебник:
Поле в физике -- физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным, тензорным, спинорным полем, подчиняющимся динамическим уравнениям. Другими словами, физическое поле представляется некоторой динамической физической величиной, определённой во всех точках пространства.
Из приведённой формулировки можно понять только то, что Поле - физический объект, являющийся динамической системой. Конечно же, электромагнитное поле вовсе никакая не "физическая величина", потому как оно легко регистрируется различными приборами, а значит, мы имеем дело с Объектом.
Поскольку формулировка из учебника допускает двойственное толкование термина, делаем вывод о том, что физика ещё не до конца определилась, что такое Поле, а ссылка на то, что его можно описать лишь средствами математики, лишь усиливает такое подозрение. Раз так, будем разбираться самостоятельно.
Для того чтобы далее по тексту всё внимание сконцентрировать на физическом объекте, называемым нами Полем, было бы уместно указать на его принципиальные отличия от Потока, Тока и Излучения.
Современная наука отличает Поток от Излучения лишь формально по местоположению Источника - далеко или в непосредственной близости. Проще говоря, если существует указание на конкретный Источник каких-либо частиц, движущихся поступательно в Пространстве, то это - Излучение. В случае, когда упоминание об Источнике отсутствует, к примеру, вследствие значительной удалённости от него, такое солидарное движение частиц обычно называется Потоком.
Конечно, различий между Потоком и Излучением несколько больше. Несмотря на то, что в большинстве случаев термины - Ток, Поток и Излучение являются физическими синонимами, их применение всё же следует увязывать с определённым контекстом. Направленное движение электричества в проводнике традиционно именуют Током, Потоком называют перемещение материальных объектов, не обладающих какими-то выдающимися энергетическими способностями. К примеру, поток воздуха, воды, движение автомобилей по автостраде, перемещение людей на оживлённой улице. Обычно в таких случаях важнее количество участников, а не их индивидуальные качества. Излучение всегда состоит из высокоэнергетических частиц, то есть - носителей энергии в том или ином виде. Тепловое излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое и так далее. То есть, первостепенным фактором здесь являются индивидуальные особенности частиц, перемещающихся в потоке, такие как - высокая температура, наличие электризации, проникающая способность, скорость движения.
Общим для Потока, Тока и Излучения можно считать факт их перемещения в Пространстве. Пожалуй, это и является принципиальным отличием их от Поля, которое позиции в Пространстве не меняет, несмотря на подвижность его элементов. Каким-либо образом перемещаться в Пространстве Поле может только вместе со своим Источником, который является ядром всей системы и центром симметрии движения его элементов.
Итак, мы определились с главной отличительной чертой Поля от родственных ему явлений - являясь динамической системой, обладающей каким угодно энергетическим потенциалом, Поле не меняет позицию в Пространстве, а значит, формально пребывает в состоянии Покоя.
Здесь следует ещё раз заострить внимание на том, что Покой от Неподвижности отличается ровно так же, как спящая птичка от мёртвой. Просто потому, что постулат Аристотеля о вечном беспрерывном движении Материи является главным условием её существования, а значит, и нашей Вселенной тоже. Именно по этой причине такое состояние как Неподвижность в рамках существующего размышления рассматривается лишь в качестве вольного речевого оборота, не имеющего под собой никакого физического воплощения.
Неизменность позиции в Пространстве возможна лишь при условии, что элементы, формирующие Поле, движутся по замкнутым траекториям. Круговая орбита - наиболее простой способ организации такого типа перемещения, но для возникновения Поля этого недостаточно. Добавим к вращению поступательное движение, и мы получим спираль. Завершим построение использованием третьего перпендикуляра - соединим концы спирали, и получим замкнутую систему, которая заполняет собой Пространство во всех трёх измерениях одновременно. Именно так и должно выглядеть Поле в реальности.
Смотрим следующую картинку:
Рис. 42
Конечно, это лишь вольная визуализация Поля и в значительной степени упрощённая. Тем не менее, здесь отчётливо видна траектория движения его отдельного элемента, которая совмещает в себе два типа движения по окружности - продольное и поперечное. Другими словами, по строению электромагнитное поле всегда представляет собой тороид, у которого можно выделить два главных элемента - периферическую часть, внешне схожую со сферой, и центральную, чем-то напоминающую трубу, расширенную с двух концов. Соответственно, плотность частиц, формирующих столь необычный физический объект, на периферии будет низкой, а ближе к геометрическому центру - более насыщенной.
Вспомним, что традиционная физика не рассматривает Поле в качестве полноценного физического объекта. Наверное, именно поэтому так трудно найти какие-либо упоминания о структуре его строения в учебниках. Существующая математическая модель поля понятна лишь математикам, но и они вряд ли считают поле чем-то реально существующим, а значит, тоже не спешат его как-то визуализировать.
Далее попробуем ответить на вопрос:
Существуют ли другие физические поля, к примеру - магнитное и электрическое?
Если руководствоваться школьным курсом физики, то можно сказать вполне определённо - Конечно существуют! Но стоит немного задуматься, и ответ уже не будет выглядеть столь очевидным. Дело в том, что в качестве самостоятельных физических объектов магнитное и электрическое поле обнаружить не так-то просто. Если имеется в виду магнитное поле, то скорее мы регистрируем направленный поток частиц с присущими ему признаками. Когда речь заходит об электрическом поле, то чаще всего за него выдаётся электромагнитное поле, либо какое-то излучение, опять же, имеющее все признаки направленного потока. В любом случае, если в проводе возникает электрический ток, то стрелка компаса на него обязательно среагирует, что в очередной раз подтвердит неразрывную связь электричества с магнетизмом.
Смотрим на следующие картинки из учебника:
а)
б)
Рис. 43
Первое изображение (рис. 43а) иллюстрирует возникновение кругового магнитного потока вдоль проводника, по которому протекает электрический ток. Очевидно, что это явление существует на всей дистанции от плюсового вывода источника тока до минусового. Правда, рисунок из учебника следует немного поправить, соединив магнитные силовые линии в единую спираль, чтобы в точности соблюдалось правило буравчика. Также отметим, что направление движения тока и действия магнитной силы всегда располагаются взаимно перпендикулярно.
На следующей картинке (рис. 43б) тот же процесс, но здесь участники поменялись местами - теперь магнит движется поступательно, вследствие чего возникает ток в проводнике, намотанном по окружности. И опять мы видим, что направление движения тока и магнитный вектор располагаются по отношению друг к другу строго перпендикулярно.
Довольно трудно себе представить пару объектов, которые всегда располагались бы по отношению друг к другу под каким-то определённым углом, при этом были бы в полной мере независимыми. Здесь же взаимное расположение заведомо известно - если где-то обнаружена магнитная индукция, значит, тут же будет и электрический ток - долго искать не придётся.
Повторим предыдущий вопрос:
Где здесь магнитное и электрическое поле?
В первом случае (рис.43а) мы видим магнитный поток, который вращается по всей длине проводника, перемещаясь синхронно с электрическим током от одного полюса источника к другому. Во втором (рис. 43б) электрический ток движется поступательно по проводнику, намотанному по спирали, а направление его строго согласовано с движением магнита.
Отметим и тот момент, что для возникновения магнетизма и электрического тока обязательно требуется что-то физически перемещать - либо магнит, либо ток в проводнике - это непременное условие возникновения индукции. То есть, мы отмечаем существование третьей силы, участвующей в этом процессе, а именно - гравитации, поскольку именно она проявляет такие свойства материальных объектов, как масса и инерция.
Теперь вспомним, в чём состоит главное отличие Поля от родственных ему явлений - Потока, Тока и Излучения. Оно заключается в том, что Поле всегда покоится, то есть, не изменяет свою позицию в Пространстве, а если и движется, то только вместе с Источником. Очевидно, что условие неизменности пространственного расположения участников взаимодействия грубо нарушается, поскольку в первом случае мы фиксируем строгую направленность действия магнитной силы, а во втором - движение электрического тока по проводнику. Из этого наблюдения делаем вывод, что магнетизм и электричество не удовлетворяют основному признаку Поля - пребыванию в состоянии Покоя. То есть, ни электричество ни магнетизм полем не могут быть физически, поскольку всегда куда-то перемещаются в Пространстве.
Подытожим:
Магнитного и электрического полей, которые соответствовали бы определённым требованиям, мы обнаружить не смогли. Вместо них мы имеем дело с потоками - магнитным и электрическим. Их перемещение в Пространстве очевидно и легко фиксируется различными приборами. Будучи взаимно перпендикулярными направленными потоками по отношению друг к другу, в совокупности они формируют такой физический объект, как - электромагнитное поле.
Теперь нам известны как минимум два обязательных компонента электромагнитного поля - это его Потенциалы - магнитный и электрический.
Откуда они взялись и что собой представляют?
Рассмотрим строение электромагнитного поля, а если точнее - траектории перемещения составляющих его частиц.
Как уже было отмечено ранее, форма электромагнитного поля представляет собой тороид, в просторечии называемый - бублик или баранка. Как и сфера - это тоже фигура вращения, но ось симметрии здесь не точка или прямая линия, а окружность. Соответственно, тороид можно получить только совмещением двух типов вращения - телесного, совпадающего с центральной осью фигуры, и поперечного, строго перпендикулярного первому.
Рис. 44
На картинке уже знакомый нам Заряд, которому природа поручила роль Источника электромагнитного поля. Если особо не придираться, то между Зарядом и Электромагнитным полем можно смело ставить знак равенства, поскольку это физические синонимы, а значит, они существуют только в комплекте друг с другом.
Теперь выделим две составляющие Поля:
Чёрная стрелка, указывающая вверх - магнитный потенциал Поля и Заряда.
Зелёная стрелка, находящаяся внутри "тела" бублика - их электрический потенциал.
Снаружи - образование, внешне схожее со сферой - это электромагнитное поле, образуемое двумя взаимно перпендикулярными направлениями движения частиц, формирующих данный физический объект.
Ещё раз акцентируем этот момент - Заряд и Электромагнитное поле раздельно существовать не могут. То же самое можно сказать и о двух его потенциалах - магнитном и электрическом, они также неразделимы. Именно поэтому не существует отдельно - ни электрического поля, ни магнитного, а есть потенциалы - магнитный и электрический, в совокупности образующие электромагнитное поле. Как раз по этой причине мы не можем из электромагнитного поля одновременно получить электричество и магнетизм, всегда приходится выбирать что-то одно. Как в детской сказке - либо дудочку, либо лукошко, а вместе никак - потому что свойства электромагнитного поля позволяют в один момент реализовать лишь один из его потенциалов - либо магнитный, либо электрический.
Теперь пришло время ответа на вопрос:
Каким образом возникает электромагнитное поле у магнита и катушки из провода?
Учебник физики утверждает, что поле у магнита имеется изначально, а у соленоида оно возникает вследствие движения по проводу электрического тока. Оба утверждения верны лишь отчасти, поскольку электромагнитное поле у магнита действительно возникает в тот самый момент, когда кусок железа обретает магнитные свойства. То же самое можно сказать о соленоиде - в момент подключения электрического тока к катушке вокруг неё возникает электромагнитное поле. Вопрос лишь в том, откуда это поле берётся?
Чуть ранее по тексту мы предположили, что магнит и соленоид вряд ли являются первичными источниками электромагнитного поля, так как это противоречит Закону сохранения Массы/Энергии. Поэтому единственно верный ответ напрашивается сам собой:
Магнит и соленоид являются хорошими проводниками уже существующего электромагнитного поля, которое мы привычно называем Магнитным полем Земли.
То есть, первичным источником электромагнитного поля является вовсе не отдельный кусок намагниченного железа или катушка с проводом, а вся планета, ядро которой создаёт поток частиц, приводящих к возникновению электромагнитной индукции. Только в этом случае магнит и катушка не нарушат закон сохранения Энергии/Массы.
Существующий в традиционной физике парадокс разрешается следующим образом:
Поскольку магнит не является источником энергии, которую через себя пропускает, то ему нет никакой нужды тратить какие-либо физические ресурсы на силовое взаимодействие с другими магнитами и железными предметами, а значит, нет повода и для нарушения закона сохранения Энергии/Массы.
Если применить метод аналогий, то постоянный магнит можно сравнить с пушкой. Она стреляет снарядами, которые необходимо где-то изготовить и вовремя подвезти на позицию. При каждом выстреле пушка не расходует ни грамма собственной массы, но свою основную функцию исполняет исправно, нанося удары по целям. Вопрос происхождения "огневой силы" у орудия также не вызывает вопросов - она целиком заключена в снаряде, а пушка его приводит в действие и направляет к цели. Вот и получается, что "боеприпасы" поступают из ядра планеты, транспортом для них служит Магнитное поле Земли, но и магнит в этом шоу играет далеко не последнюю роль.
То же можно сказать и о катушке, ведь "топливом" для возникновения у неё магнетизма выступает вовсе не электричество, поэтому магнитная сила соленоида никак не зависит от величины электрического тока в цепи. Сравним катушку с двигателем внутреннего сгорания. Электричество нужно лишь для маленькой искры, которая сама по себе не в состоянии сдвинуть с места даже лёгкое пёрышко. Но она воспламенит топливную смесь внутри камеры сгорания и двигатель начнёт работать. Независимо от того, какую мощность развивает мотор автомобиля, количество электричества, потребляемое системой зажигания, будет постоянным, что подтвердит обычный амперметр.
Следующий предварительный итог размышления:
Магнит и соленоид не обладают достаточной внутренней энергией для возникновения у них магнетизма, но для силового взаимодействия с другими телами они успешно используют более мощный Источник - Магнитное поле Земли.
Магнитное поле Земли
Ранее уже отмечалось, что образуемое планетарным ядром поле несёт в себе обе составляющие одновременно - магнитную и электрическую. Соответственно, называть планетарное поле только магнитным не вполне корректно. Тем не менее, в дальнейшем повествовании мы продолжим использовать название - Магнитное поле Земли, как исторически сложившееся и привычное для слуха.
Теперь попробуем ответить на вопрос:
Почему Магнитное поле Земли взаимодействует преимущественно с атомами металлов "железной группы"?
Ответ может показаться очень простым:
Потому что ядро планеты тоже состоит из железа.
Конечно, столь смелое утверждение требует обоснования с позиций традиционной физики, но в разы интереснее это сделать на примере теории музыки и закономерностей, которые мы обобщаем термином - Гармония. Может показаться, что наука бесконечно далека от нот, диезов, бемолей и октав. Тем не менее, колебания звуковой частоты физика рассматривает в разделе - акустика, поэтому сосредоточим внимание на той области знаний, где ноты и октавы обретают вполне понятные физические характеристики, такие как - частота и длина волны.
Итак:
Семь нот и пять полутонов составляют одну октаву. Все двенадцать полутонов октавы по отношению друг к другу изменяются в логарифмической зависимости, и тем же образом происходит переход в следующую октаву. Если целиком полагаться на собственные ощущения, одна и та же нота в разных октавах звучит совсем непохоже. Тем не менее, убедиться в том, что разные по частоте звуки являются одной нотой довольно просто, достаточно лишь расположить рядом две струны, настроенные на эту ноту в разных октавах, и вибрация одной приведёт в движение вторую. И так будет происходить с любой произвольно выбранной нотой. Стандартное объяснение для такого явления - Резонанс, но для его возникновения требуется соблюдение важного условия, а именно - две струны будут резонировать лишь в том случае, когда частоты их звучания кратны чётному числу. К примеру, нота "Ля" в фортепиано пооктавно имеет такие частоты: 27.5, 55, 110, 220, 440, 880, 1760, 3520 Гц.
Для дальнейших рассуждений этой информации вполне достаточно.
Картинка из учебника по музыке:
Рис. 45
На следующей картинке та же зависимость, но уже в виде таблицы частот для каждой клавиши:
Рис. 46
Теперь сопоставим её со следующей, более популярной и известной таблицей:
Рис. 47
На клавиатуре фортепьяно (рис. 45) все ноты располагаются в одном ряду, просто потому, что так играть удобнее. А вот таблица частот для каждой клавиши фортепиано (рис. 46) уже имеет много общего с таблицей химических элементов.
Попробуем их сравнить друг с другом:
Первый период (рис. 47) несколько выбивается из общей логики, поскольку в нём всего две "ноты" - Водород и Гелий, но дальше идут полноценные по своему составу "октавы". Отметим также, что в "химической октаве" на одну "ноту" больше, чем в музыкальной. Зато периодов - семь, ровно столько, сколько октав на клавиатуре фортепиано.
Следует заметить, что и первый период не так уж сильно портит общую картину, поскольку Водород - весьма необычный химический элемент. Химики прекрасно знают, что водород, являясь типичным галогеном, проявляет также и металлические свойства. Именно по этой причине в разных вариантах таблицы его помещают, как в первую группу над Литием, так и в седьмую над Фтором. То есть, обладая таким редким талантом перевоплощения, водород вполне может заполнить собой весь первый период, выражаясь языком музыкантов - "с первой по седьмую цифру". По крайней мере, изотопов у него как раз столько - семь, что в сумме с Гелием даёт нам полноценную "химическую октаву", состоящую из восьми "нот".
Второй и третий периоды содержат по восемь элементов. Их мы условно назовём - "классическими химическими октавами". Четвёртый и пятый периоды в своём составе имеют уже по восемнадцать элементов, тем не менее, групп всё равно восемь. Дело в том, что в каждую из них входит по два элемента, атомная масса которых немного отличается, но "звучат" они, по всей видимости, на одной "ноте".
Восьмая группа (вертикальный столбец) таблицы вообще уникальна, поскольку в ней уже четыре элемента - три металла и один благородный газ. По ходу повествования все её элементы мы относим к так называемой "железной группе".
Шестой и седьмой периоды содержат по тридцать два элемента, поскольку в них входят лантаноиды и актиноиды, вынесенные в отдельную секцию в самом низу таблицы. Тем не менее, несмотря на большое количество элементов в периоде, каждый из них всё равно относится к какой-то одной "ноте" из восьми в нашей "химической октаве".
Можно смело утверждать, что увеличение атомной массы элементов периодической таблицы с ростом их атомного числа - та же логарифмическая зависимость, что и в музыкальном звукоряде. Для наглядности этого утверждения немного схитрим, и подберём из двух картинок (рис. 46 и 47) пару-тройку элементов так, чтобы их можно было бы назвать "подгонкой под требуемый результат".
К примеру:
а)
б)
в)
г)
д)
е)
Рис. 48
На картинках выше (рис. 48) сравним частоту определённых нот по порядку и атомную массу последовательности химических элементов. Первая пара (рис. 48а, 48б) - Цинк, Галлий, Германий: 65,40-65,39; 69,29-69,72; 73,41-71.59. Вторая (рис. 48в, 48г) - Магний, Алюминий, Кремний: 24,49-24,3; 25,95-26,98; 27,5-28,08. Третья (рис. 8д, 8е) - Ванадий, Хром, Марганец: 48,99-50,94; 51,91-51,99; 55-54,93.
Мы видим довольно неплохую "кучность попадания", которую можно было бы списать на случайность, но только не в таком количестве. Три пары на сотню элементов - это уже некая закономерность, указывающая на то, что атомные массы элементов химической таблицы близки к тому, что мы привыкли называть логарифмической зависимостью.
Конечно, полного совпадения нет и быть не может, потому как в отличие от частоты того или иного звука атомная масса химического элемента высчитывается экспериментально на "типичных" образцах и уточняется буквально ежедневно. И всё равно нет полной уверенности, что измерения производились с "чистым элементом", а не с одним из его изотопов, ведь даже у Водорода их семь, притом, что водород считается наиболее изученным наукой.
С "железной группой" тоже нет полной ясности, говорим мы о трёх самостоятельных элементах - Железе, Никеле и Кобальте, либо об одном "протожелезе", имеющем два-три "суперстабильных" изотопа и ещё пару десятков нестабильных. Смотрим следующую картинку:
Рис. 49
Обратим внимание, что в паре Кобальт - Никель имеется одна едва заметная "неловкость", которая у других элементов таблицы не наблюдается. Дело в том, что с ростом атомного числа (27-28), атомная масса элементов наоборот уменьшается (58,93-58,69), что довольно грубо нарушает общую логику периодического закона. У Висмута и Полония (83-84) атомная масса совпадает до второго знака после запятой, а у Лантана и Церия (57-58) до четвёртого, но всё же, снижения атомного веса не наблюдается. Тем не менее, не будем придираться к таким "мелочам", поскольку тема размышления несколько иная.
Продолжим...
Итак, сравнение показывает, что мир химических элементов строится по тем же гармоническим принципам, что и звукоряд в музыке. Конечно, это не слишком очевидно, ведь о существовании атомов мы знаем только из учебника химии. Но и слушая музыку, редкий человек задумается, из каких нот состоит та или иная мелодия. Так что - ничья!
Прежде чем перейти от музыки обратно к физике, ответим на вопрос:
Почему с ростом номера периода количество элементов в нём растёт, при этом групп в таблице неизменно восемь?
Для ответа снова используем метод аналогий.
Известно, что первой на клавиатуре фортепьяно располагается контроктава - это басы. То есть, звуки с самой низкой частотой и наибольшей длиной волны. Человеческое ухо их ещё слышит, но уже на пределе восприятия. Более низкий звук, называемый суббас, практически не воспринимается органами слуха, обычно его мы чувствуем как вибрацию тактильно либо грудной клеткой.
Количество музыкальных инструментов, способных издавать звук в басовом диапазоне, сильно ограничено, и это всегда большие по размеру инструменты - контрабас, рояль, виолончель, арфа, поскольку басовая струна должна быть не только толстой в сечении, но и достаточно длинной. В первом периоде таблицы располагаются Водород и Гелий, это самые большие по пространственным габаритам атомы в сравнении со всеми остальными. Структура построения таблицы химических элементов как раз отражает эту зависимость - по мере роста порядкового номера атомы уменьшаются в размерах, но их масса, наоборот, растёт. По "музыкальной классификации" Водород следует отнести в звуковой диапазон суббаса, который воспринимается как вибрация и именно поэтому так трудно определить, какой "ноте" он лучше соответствует - щелочным металлам или галогенам.
Во втором и третьем периоде уже по восемь элементов, поскольку они хорошо отличимы друг от друга, и для каждого из них существует своя "нота". Четвёртый и пятый период таблицы являются близкими аналогами четырём последующим октавам на фортепьяно. Одной "ноте" в такой "октаве" уже могут соответствовать несколько атомов. Этот диапазон размеров атомов назовём условно "химическая средняя частота". А теперь представим симфонический оркестр, в котором сразу несколько различных инструментов звучат на одной ноте - струнные, духовые и даже голос солиста. Другими словами, средняя частота уже легко воспроизводится многими музыкальными инструментами, да и человеческий голос способен их имитировать вполне убедительно.
Последние два периода - это условно "высокочастотная область". Здесь наибольшее количество элементов, способных "звучать на одной ноте", а их "природным аналогом" будут различные звуки, напоминающие скрип деревянного пола, щебет птиц, жужжание пчелы, писк комара, звон разбивающегося стекла и нечто подобное.
То есть, мы имеем явную закономерность - чем выше частота, тем больше инструментов способны звучать на одной ноте. Тем не менее, мы всегда отличим скрипку от саксофона, точно так же как платину от железа, которые принадлежат одной группе элементов. То есть, нота может быть одна, а тембр звучания разный.
Пришло время сделать очередные полезные выводы из столь пространного экскурса в теорию музыки, и они будут такие:
Наша Вселенная устроена достаточно гармонично, а звукоряд - лишь одна из граней, отражающая повторяемость форм и свойств материальных объектов вне зависимости от их пространственных характеристик. Важна структура строения, которая прочно связывает различные по масштабу объекты в единую и глубоко взаимосвязанную иерархическую систему. Явление резонанса - лишь один из природных сценариев, благодаря которым взаимодействуют объекты, относящиеся к разным ступеням размерности. Атом нельзя рассмотреть в современный микроскоп, но на "старшем" уровне размерности он обязательно имеет собрата-двойника с габаритами, позволяющими его изучать множеством доступных инструментальных методов. Просто потому, что любая планета по своему строению практически ничем не отличается от атома, разве что размерами.
Следующая картинка:
Рис. 50
Здесь мы видим нашу планету так, как её представляет современная наука - жидкое ядро внутри, твёрдая оболочка снаружи, а между ними нечто очень подвижное и горячее. Согласно предлагаемой в данном размышлении концепции Атом имеет точно такое же строение, что и любая планета. Для упрощения дальнейшего повествования предлагается следующий схематический образ:
Рис. 51
Зелёная окружность в центре (рис. 51) - планетарное ядро, синяя - твёрдая оболочка, а красный пунктир - её электромагнитное поле. Картинка знакомая, так как ранее мы уже использовали подобный "образ" в размышлении, посвящённом атомам и молекулам. Следует также отметить, что по своим пропорциям земная атмосфера укладывается в те же границы, что и Магнитное поле Земли, из чего можно сделать предположение об определённой взаимосвязи между ними. Сейчас не будем на этом моменте акцентировать внимание, поскольку тема рискует обрасти множеством подробностей, на которые отвлекаться вряд ли стоит.
Продолжаем...
Согласно представленной выше схеме (рис. 51) мы имеем дело с типичным металлом, поскольку активная зона ядра (красный пунктир) расположена за пределами оболочки атома (синяя окружность). У газов и неметаллов она располагается внутри атома.
Развивая идею структурного сходства планет с атомами, можно ещё точнее идентифицировать Землю, расположив её в "Глобальной Таблице Менделеева" как раз там, где находится VIII группа элементов. К ней относятся железо, кобальт, никель и все, что располагаются под ними. Следует также отметить, что Меркурий, Венера и Марс относятся к той же восьмой группе элементов, что и Земля.
Главной особенностью "железной группы" металлов является наиболее высокая плотность ядра в сравнении со всеми остальными химическими элементами. Соответственно, Юпитер и Сатурн в "глобальной таблице Менделеева" займут весь первый период. То есть там, где в классической таблице элементов располагаются Водород и Гелий. Как известно, плотность их невысока, но пространственные габариты весьма впечатляющие.
Отметим также, что первый период таблицы является "пограничным" для рассматриваемого нами иерархического уровня, за которым будет уже другая размерность. Юпитер и Сатурн тоже обладают определёнными "переходными" признаками, согласно которым их можно считать и "очень рыхлыми" атомами и "достаточно плотными" зарядами. Наличие у них большого количества спутников, имеющих все признаки планет, а именно - собственную гравитацию и вулканическую деятельность, также свидетельствует в пользу "необычности" планет-гигантов. Во всяком случае, астрономы давно замечают, что Юпитер не только отражает солнечное излучение, но и обладает собственным, что свойственно лишь звёздам.
Согласно периодическому закону пространственные размеры атома по мере роста его порядкового номера уменьшаются, а масса наоборот, увеличивается. Вторая важная особенность, это рост плотности атомного ядра к середине периода, после чего она снижается. Исключением из этого правила являются лишь благородные газы, свойства которых удивительным образом повторяют свойства металлов восьмой группы. Видимо по этой причине в первоначальном варианте таблицы Менделеева такие элементы как Аргон, Железо и Криптон были близкими соседями.
Сравнивая фактические размеры Земли и Юпитера можно наглядно представить, какова в действительности разница между атомами железа и водорода в микромире. В этом и состоит главное удобство метода масштабирования по отношению к другим аналитическим практикам, ведь он основан на понятном фундаменте - повторяемости форм на различных ступенях размерности.
Точное расположение Урана и Нептуна в такой "глобальной таблице элементов" определить довольно сложно, так как мы очень мало знаем об этих планетах. По всей видимости, они займут место в третьем периоде - там, где находятся алюминий, кремний, фосфор и сера. Эти атомы довольно крупные, но плотность их ядер невысока.
Солнце, как и любая другая звезда на ночном небе, без сомнения является типичным Зарядом, но уже следующей ступени размерности, поскольку даже планеты Солнечной системы в сравнении с ним ничтожно малы.
Столь обширное отступление от основной темы размышления нам понадобилось для обоснования незримой, но достаточно прочной связи земного ядра со всеми металлами "железной группы". Необычная сила, возникающая у магнита и соленоида - прямое следствие их взаимодействия с планетарным ядром посредством общей материальной среды - Магнитного поля Земли. Поскольку ядро состоит преимущественно из железа, то и вся планета Земля может считаться гигантским атомом железа. Как следствие, "звучать" они тоже будут на одной "химической ноте", даже несмотря на принадлежность к разным "химическим октавам".
А теперь предположим, что на других планетах роль железа выполняет какой-то другой элемент периодической таблицы.
В реальности выбор невелик, так как этот элемент должен удовлетворять определённым требованиям, главный из которых - высокая плотность ядра и наличие обширной активной зоны за пределами оболочки атома. Понятно, что наиболее близкие к железу металлы - никель и кобальт вполне справятся с такой ролью, но они и так относятся к "железной группе" металлов.
Сейчас последует ещё более смелое предположение. А именно:
В центрах галактик, где Материя имеет наивысшую плотность, а значит, и значительные энергетические характеристики, к которым в первую очередь относятся - давление и температура, Железо могут заменить такие газы как Криптон и Ксенон. Если где-то во Вселенной существуют планеты, давление и температура ядра которых на несколько порядков выше земных, то их обитатели вполне могут использовать криптоновые магниты, считая их вполне естественным природным явлением.
Конечно, всё это из разряда вольных фантазий...
Пришло время спуститься с "музыкальных небес" на "твёрдую почву" классической физики и рассмотреть процесс возникновения магнетизма у железа и соленоида на уровне механики.
Взаимодействие атомов восьмой группы с планетарным электромагнитным полем
Выше по тексту роль первичного Источника магнетизма мы поручили ядру планеты, соответственно, Магнитное поле Земли - это переносчик энергии, а магнит и соленоид выступают в роли "конечных устройств", взаимодействуя с другими магнитами и железосодержащими предметами. Также мы помним, что речь идёт исключительно об электромагнитном поле, которое несёт в себе сразу две составляющие - магнитную и электрическую. Для простоты изложения мы их ещё именуем Потенциалами.
Само по себе планетарное Поле не может выполнить никакой полезной функции, поскольку образующие его частицы относятся к "младшему" уровню размерности, а их перемещение для отдельно взятой точки Пространства можно считать хаотическим. Это значит, что для создания потока, способного совершать какую-либо работу, требуется выделить частицы Поля из общего электромагнитного фона, уплотнить и направить. С этой задачей успешно справится магнит, поскольку он состоит из железа или родственных ему металлов, обладающих наивысшей плотностью ядра в сравнении с другими элементами химической таблицы.
Почему плотность ядра так важна?
Сравним ядро атома с сетью, которой ловят рыбу. Если ячея крупная, то в неё попадутся лишь самые крупные особи, а вся мелочь проплывёт мимо, даже не заметив её. Так и здесь - ядро атома металла, относящегося к "железной группе", не только не позволит такой частице беспрепятственно пролететь мимо, но и выделит её из общего потока, заставив двигаться в определённом направлении.
Следующая картинка:
Рис. 52
Здесь мы видим (рис. 52) ядро атома, форма которого близка к сферической вследствие наличия у него оболочки. Частицы, составляющие ядро атома, движутся по траекториям, совмещающим два направления движения - телесное по окружности и поперечное через периферию в центральный ствол тороида. На следующей картинке та же структура представлена в разрезе:
