「 ローレンツ力 には２つある」ことについて

フリーの物理学者である井口和基氏のブログを時折読みます。最近、以下の記事が気になったのでメモします。

2019年 05月 16日の『思わず買った学研ムー６月号：「UFOの電磁的飛行原理」と「保江邦夫の超常現象事件簿」 があった！ 』より一部引用します。

問題の松島仮説では、「ローレンツ力を使う」ということだが、ここで注意しなければならないことは、ローレンツ力には２つあるということである。

実は、マックスウェルとヘヴィサイドのオリジナル方程式には存在したが、現在のマックスウェル方程式からは脱落した項が存在するのである。

電流Jにも２つある。いわゆる直流電流と交流電流である。

ここにも厄介な混乱があるわけだが、電流は荷電密度ρ✕速度ｖ＝ρvと書かれる。これが直流電流に対応する。電荷-eの電子が速度ｖで直線運動すれば、そこにj=-eｖの負電流が流れる。

しかしながら、電気回路には交流が流れる場合があり、そういう場合の電流は必ずしも電子が流れるのではなく、分極電流が流れる場合がある。分極はDとかかれるが、D=＜ｑｘ＞である。電気分極＝電気双極子の平均値である。ｑは電気双極子の電荷ｑである。

これが時間変化する場合、dD/dtとなるが、この場合、

dD/dt =＜ｑdｘ/dt＞

となって、やはり電流と同じものになる。これがマックスウェルの変位電流である。

つまり、電流Jにも二種類存在し、

J=j+dD/dt

となるわけだ。

普通のローレンツ力は、定常電流が直流を想定し、

F=qv✕B=J✕B

と書ける場合である。これに対して、マックスウェルおよびヘヴィサイドの時代には、もう一つのローレンツ力が想定された。それが、

F’=B✕dD/dt

である。ヘヴィサイドの論文集や電磁気の本では、ちゃんとこの力の効果を議論している。

上の松島氏の主張は、交流電流を用いた場合、この変位電流による、ローレンツ力が無視できない効果を発揮するということなのである。

ところで、ファラデーとマックスウェルとさらにヘヴィサイドの時代では、まだもう一つ別の未知の項も残されていた。

それが、起電力である。起電力にも２種類あって、一つが我々が知る電場E。もう一つが、上の誘電体のローレンツ力が生み出す起電力である。誘電体が速度ｖで運動すると、その周りに直交する起電力v✕Bが生じるのである。これは電荷に無関係とした。

我々の現在のゲージ場に基づく電磁気学では、ローレンツ力は電荷にのみ働くと仮定する。だから、中性の物体にはローレンツ力は生じないと考える。

したがって、マックスウェルとヘヴィサイドは起電力は

E’ = E – v✕B

同様に、磁場Hの場合にも２つあり、誘電体Dが速度vで運動すると、その周りに直交する方向にD✕ｖの誘導磁場が生じると考えた。したがって、

H’ = H – D✕v

と書いた。

これをマックスウェル方程式：

curl H’ = curl(H – D✕u) = J = ρv + dD/dt,
curl E’ = curl(E – w✕B) = dB/dt

として解くと、

V = (u＋w）/2±√{c^2 + (u-w)^2/4}

ただしcは真空中で静止系での光速度。

つまり、誘電体の磁場中と電場中の運動により、その速度が違う場合、光速度は真空中の光速度より速いものと遅いものに分かれるという結論であった。

２０世紀の電磁気では、この両方の項は存在しないことになり、おそらくその項の一つにローレンツ力と名を残すことになったオランダの ローレンツ が消去したと思うが、その結果、光速度は一つのみになったのである。

そこからアインシュタインの特殊相対性理論が生まれたため、ヘヴィサイド以前の思想は歴史の彼方に消えたのである。

下線は管理人による。

元の疑問は、かつて黒月氏に質問した「マクスウェルの原方程式」に関することでした。黒月氏による解説は氏のサイトの次にまとめられています。

1. 1864年のマクスウェル方程式にある ローレンツ力 には…
   The Lorentz Force in Maxwell Equations at 1864 …
2. 1864年のマクスウェル原方程式についてOn Maxwell’s Original Equations at 1864

井口氏の解説も黒月氏による解説もよくわからないのですけど、ヘヴィサイドの頃には”物理現象”として認識されていたものに（少なくとも）２つ以上あったということのようです。上記の引用部によれば、「マックスウェルとヘヴィサイドのオリジナル方程式には存在したが、現在のマックスウェル方程式からは脱落した項が存在」したのであって、それが２つの ローレンツ力 であったようです。わかりにくいですけど、井口氏の記事の引用部をまとめると以下のようです。

1. 電気回路に流れる「直流」によるものと「交流」によるもの。
2. 起電力にも２種類あって、「一つが我々が知る電場E」と「誘電体のローレンツ力が生み出す起電力」

黒月氏のサイトの２．の末尾には、『「マクスウェルの方程式」は「ベクトルポテンシャルA」と「静電ポテンシャルΨ（プサイ）」を切り捨てることなく、もう一度、整理される必要があるだろう。』と締めくくられています。　その前提が外村彰氏によるベクトル･ポテンシャルの確認実験です。「電子波で見る電磁界分布 【　ベクトルポテンシャルを感じる電子波　】」

井口氏の記事と黒月氏の解説の関連性を把握できませんけれども、トム・ベアデンが手紙に指摘したこと『電磁気学が成立する過程で現象の一部を意図的に抹消した』とされる経緯の片鱗が見えます。

 

管理人は、この意図して消されたのがマイケル・ファラデーの発見になる単極誘導だと考えています。２０１３年から２０１５年頃にかけて、主に単極誘導モーターに関する実験で確かめました。

知られているように電磁誘導は、磁石とコイル（を流れる電子）との間に力が働きます。

動画１

ところが単極誘導モーターにおいては、力は電極との間に生じます。　例えば、水銀の渦（回転運動）にかかる反作用は電極が受けています。

動画２

放電を用いたモーターでも同じく電極が受けています。

動画３

また、磁石は、水銀の渦（回転運動）と力学的に関係ありません。

動画４

動画５

この問題は、「磁力線は磁石に固定されているか、空間に固定されているか」として古くから話題になってきたことです。　実のところ、磁束密度が時間的に変化しないにもかかわらず力が働き、かつ磁石が力学的に孤立していることに関して、同じ起電力を生じる現象ではあっても、異なる現象であると感じています。その管理人が実験を通して受ける感覚を”触媒”のようだと表現したことがあります。　単極誘導の現象は、磁石が原因だけれども力学系として磁石は無関係だからです。　触媒という語句は、過去記事に３件ヒットしました。

1. 2015年6月5日単極誘導　：　まるで「触媒」ではないか
2. 2015年6月12日”電磁誘導” と ”単極誘導” は異なる現象である。　（より高い対称性について）
3. 2015年6月15日接触 ： 「接する」とは何か？接点で何が起きているのか？

２０１５年頃には管理人は、その感覚から単極誘導の現象を「磁石を構成する原子核と近傍を運動する電子との相互作用」ではないかという仮説を持ちました。　　だから、電磁気学は原子核が発見された１９００年代初頭にしかるべき修正を受けるべきだと考えた訳です。

図１　化学は原子核の発見後に適切な修正を受けた

 

２０００年頃、ベクトル･ポテンシャルの作用は外村彰氏の実験により実証された訳です。外村氏の実験により電場と磁場の漏れがない状態でも電子は干渉縞を作りました。これが「磁石が力学的に関係しないという単極誘導モーターの実験」と似ていると常々考えてきました。

もしかしたら既に記事に書いたかも知れないことです。外村氏の実験を重力の影響のない宇宙空間で行えばよいと考えます。

図２　出典：電子波で見る電磁界分布 【　ベクトルポテンシャルを感じる電子波　】

外村氏の実験では、外部に漏れのない磁石はとても小さいです。実験は、磁石を空間に浮かせて行います。　電子波が干渉縞を生じるためには何らかの反作用をどこかが受けるはずです。それが（外部に漏れのない）磁石ならば磁石は僅かでも動くはずです。動かなければ単極誘導モーターのように電子源とそれを受ける蛍光板？（電極）が反作用を受けるはずです。

参考までに、よく似た構造であるブラウン管の構造を示します。

図３　出典：ブラウン管　４が偏向コイル

トム・ベアデンが指摘したように、電磁気学が成立する過程で何かがあったはずです。それがどういったものかとても興味があります。

 

井口氏の記事で気になるもう一つのことについてです。「誘電体の磁場中と電場中の運動により、その速度が違う場合、光速度は真空中の光速度より速いものと遅いものに分かれるという結論」があったということです。

どうも管理人が井出氏のトランスにある正の起電力仮説を説明する過程で見いだした発散トーラスは、光速度より速いと考えられることです。この点は今まであまり気にしていませんでした。研究に入るきっかけが紡錘図形にある”ヒゲ”のような線分が電磁気現象を現しているのではないかという発想でした。次図の赤い括弧で括った部分。

図４

しかし、研究が進むにつれて弧（Ark）と”ヒゲ”の部分は別であるとわかってきました。弧が原因でＭ軸上に発散トーラスが現れます。正と負の発散トーラスを組み合わせた楕円磁場の差分が磁気現象なのではないかということです。するとＥ－Ｍ軸平面に描く弧によりＭ軸上に現れる発散トーラスは、光速度より速いかも知れません。　現状、わからないことだらけですので、これ以上はないです。

 

どうも、多くの方は数式を元に考える傾向があります。１８００年代電磁気現象を研究した物理学者は３０数名ほどだったようです。彼らは数式が先にあった訳ではありません。目の前にある電気磁気現象を確かめて、その上で現象を数式に表そうとしたのが最初です。管理人には順序を取り違えているように思えます。順序が逆です。電磁気学の発達が不自然であっただけに余計に思います。

図５

管理人は当時の電磁気現象を研究した科学者たちが何を考えていたのか興味があります。数式も大事なのですが、これまでに時間は物理量ではないことがわかっていますので、このまま受け入れる（勉強する）のは違うと思います。

 

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