Передача электронной информации

Мы не задумываемся о том, как наш мобильный телефон передаёт и принимает электронную информацию. Под электронной информацией мы понимаем наш голос, письменный текст или фотографию. Каким же образом кодируется такая информация, и каким образом передаётся 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.

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 твёрдо 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 повёрнутыми 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).

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

Возникает вопрос: будет ли магнитное поле, формируемое электронами вокруг провода, излучаться в пространство при смене знака ориентации электронов в нём? 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 нём 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

. (1)

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 приёмника, составит . ............