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テスラの無線エネルギー(電力)のための理論的な枠組みとしての、マックスウェルの電気力学のスカラー波の拡張

2015年、ニコラ・テスラ国際集会における招待された出席の演説
未来の歴史、セルビアのベルグラードの Sava センター、2015年、4月24日


テスラの無線エネルギー(電力)のための理論的な枠組みとしての、マックスウェルの電気力学のスカラー波の拡張

コンスタンティン・マイル¹,²
http://www.k-meyl.de/go/Primaerliteratur/Tesla_Belgrad.pdf

¹ ドイツの Furtwangen 大学、コンピューターと電気的な技術開発学部(教授)
prof@meyl.eu

² インスティチュート: 1.ドイツの Villingen-Schwenningen の科学技術 Parc 78048 における TZS
www.meyl.eu

概要。 現在の RFID (ラジオ・フリクエンシー身元確認)科学技術は、配信しているアンテナの身近な範囲における、経度的な波(縦波)の構成要素の方法による、チップ・カード上で、どの様にエネルギーの変換が起こるのかを説明します。それは、電気的、または磁気的なフィールド(電磁場)のポインター(フィールドの線)に向かって分散(div)するスカラー波です。それは、より良質な説明を供給します。マックスウェルのフィールド方程式によって提案された波の方程式(N.B. 実際には、オリヴァー・へヴィーサイドによって短縮されてしまった方程式)を使用すると、それらの波の構成要素はゼロに設定されています(e.g. 磁気的な流動の密度 B/div B = 0 に設定されてしまいます)。仮定されたモデルの計算が供給された後に、その範囲が波長の1/6に制限されてしまう理由です。

この本文は、代わりに、ラプレイス(ラプラス)の波の方程式における、スカラー波の構成要素のための理論を提案します。スカラー波のトランスポンダー(応答器)の開発のための物理的な状態は、身近な範囲を遥かに超えて機能可能に成ります。スカラー波の情報とエネルギーは同じキャリアーの波と共に移動され、RFID システムを共にしての様に、2つの別々の波の上で運ばれません。エネルギー(電力)の(無線)配信を共にした双方向的なシグナルの配信は、配信器と受信器の間にレゾナンスの対化がある時に、両方の方向において達成されます。ニコラ・テスラの米国特許番号787,412、ニュー・ヨーク、1905年:自然的な媒質(エーテル)を通した電気的なエネルギーの配信の技術 [11]によると、拡張されたフィールド方程式に基づいて開発された最初の遠距離トランスポンダーは既に、プロトタイプとして機能します。

キーワード: ニコラ・テスラ、経度的な波、スカラー波、RFID、マックスウェル、フィールド方程式、エネルギー(電力)の無線配信。

1.紹介

トランスポンダー(応答器)は、e.g. 情報の配信を共にしたコンビネーションにおけるチップ・カード上で、エネルギーの配信の役割を果たします。現在、市販されている(RFID 科学技術の)機器の(受信)範囲は、1メートル以下です[2]。そのエネルギーの受信器は、配信器の身近な範囲になければなりません。スカラー波の科学技術のための第一配信センターによって開発された遠距離トランスポンダーは、より少ないロス(消失)、またはより高い効率を共にして、身近な範囲(10から100メートル)を超えて、エネルギーを配信する事が出来ます。そのエネルギーは、2つの別々のシステムを使用する RFID 科学技術とは対照的に、情報を同時に配信する同じキャリアーの波を使用します[2]。

新たな科学技術のための状態は、技術的-物理的な理解と同時に、数学的に正しく包括的なフィールドの描写で、それはアンテナの身近な範囲の全ての知られている効果を含みます。私達は此処で、フィールド理論の中心的な問題に出くわし、それはこの小論の強調と、トランスポンダー科学技術における進歩のための土台を形成します。

今日の、ブルートゥースと無線 LAN の時代において、人は直ぐに無線通信の快適さに対して慣れ親しむ様に成るでしょう。例えば、車庫のシャッター、駐車場の遮断機、または車のトランクは、ラジオ(電波)によって開かれます。

しかしながら、数々のラジオ配信器において使用された、限度がある寿命と、頻繁に汚染的なバッテリーと、厄介なメンテは多大な非効率性を創造します。

更にもっと頻繁に、開発者達は、エネルギーの無線配信のための要求と共に、彼等自身が直面させられているのを見つけます。アキュミュレーター(蓄積器)は再設置され、または完全に入れ替えられなければなりません。出入り口の操作システム(スキーのエレヴェーター、デパートの万引き防止のセンサー等々)において、それらのシステムは既に成功的に使用されています。ですが応用の新たな分野は、より大きな範囲のための要求からは別に、増幅された必要条件が一貫的に加えられます:

・遠隔測定法のプラントにおいて、回転部分の探知機(e.g. 車におけるタイヤの圧力の操作)は、エネルギーと共に供給されなければなりません。

・また、温度計と共に、エネルギーは中央ユニットから、バッテリーを使用せずにヒーティングの費用メーターへと、家の全体において無線で拡散されるべきです。

・空港において貨物輸送の中身は、(安全確認のために)開かれる事無く、押収されるべきです。

・輸出貿易は、トランスポンダーの科学技術が付けられた、トラックを閉じたままで検証する事を望みます。

・ロボットと操作の技術において、摩耗の問題のために配線は、無線科学技術によって入れ替えられるべきです。

・携帯式のラジオ機器、携帯電話、ノートブック、そしてバッテリーとアキュミュレーターを使用せず機能しているリモコンは、環境的な衝撃(汚染)を減らします。

純粋な実験と試みに基づいた技術的な解決策の最効率化は不十分で難しいものです。それはむしろ、フィールド-理論的に安全化された基礎の上に立つべきで、それによって誰もがマックスウェルのフィールドの第一方程式を考えます。此処で、しかしながら、新たなハードルが台頭し、それ自体を親密に拘わらせます。

2.フィールド理論的な問題

アンテナの身近な範囲において、知識の現在の段階は経度的に基づき - フィールドのポインターの部分に向かって、放射された波が存在します。それらは、エネルギーの無線配信のためのトランスポンダー科学技術において使用可能です。その範囲は、唯一 λ/2π に相当し、そしてそれは波長の約1/6です[6]。此処でその問題を構成するのは、マックスウェルからの定義的なフィールド理論が、波の構成要素の横断的な波(横波)だけを描写する事が可能で、経度的な波(縦波)を描写出来無い事実です。電気的、または磁気的なフィールドのポインターに向かう、経度的な波、または波の構成要素の全ての計算は、例外無く仮定の上に基づいています[12]。

そのニア・フィールドは、フィールド理論の未解決の問題として、無駄に考えられてはいません。実験的な証明は成功するかも知れませんが、フィールド理論的な証明はそうでありません。マックスウェルに従ったフィールド方程式から算出された波の方程式は、一方で横断的で電磁的な波(横波)です[10]:

- curl (巻き) curl E ・ c²   (横断的な横波)

= δ²E/δt²    (波)

+ (1/τ₁) ・ δB/δt (渦巻きの減衰)     (1)

もう一方で、アンテナのロスのための責任がある、方程式における減衰の定義があります。それが示唆するのは、同様にフィールドの渦巻きと呼ばれる事の出来る、縦波へと変換される波の構成要素で、それは、それらの部分において、熱の形状において、時間の定数 τ₁ と共に渦巻きの消失を産出します。

フィールド方程式(1)における何処に、アンテナの証明された身近な範囲において、科学技術的に使用されたトランスポンダーと共に、経度的な波の構成要素は、それら自体を隠すのでしょう?

3.波の方程式

殆どの教科書の中に見つけられる波の方程式は、ラプレイス方程式の不均質な形状を有しています。有名なフランス人の数学者、ラプレイスは、マックスウェルよりも随分以前に、波の包括的な形成を発見し、それを数学的に数式化しました:

ΔB ・ c²     (ラプレイスのオペレーター)

= - curl curl E ・ c²     (横断的なラジオ波)

+ grad div E ・ c²     (経度的な縦波/スカラー波)

= δE/δt²     (波)     (2)

空間的なフィールドの分散を描写するラプレイスのオペレーターが確立するその波の方程式の一方において、ヴェクトル分析のルールに従って、2つの部分へと分解される事が出来ます。もう一方で、波の時間依存の描写は不均質の定義として見つけられる事が出来ます。

もし、ラプレイス(2)に従った波の方程式が、マックスウェルの方程式から算出された方程式(1)に対して比較されると、すると2つの違いは明らかに台頭します:

1.ラプレイスの方程式において減衰の定義が欠如しています。

2.分散(div)E と共に、波の方程式の中にスカラー要素が現れ、成り行きとしてスカラー波です。

スカラー波の実用的な例はプラズマの波です。この場合はマックスウェルの第4方程式に従って形成します:

div D = ε ・ div E = ρel (3)

[注: ε(エプシロン) = ダイエレクトリシティー/誘電性]

電荷キャリアーの ρel の構成である空間の電荷の密度がスカラーの部分です。それらは経度的な衝撃波の形状において前に向かって運動し、そしてその全体において電流として存在します。

波の両方の描写が、同等の正当性を有するので、私達は係数の比較の感覚において、渦巻きの流動による減衰の定義をマックスウェル(1)に従い、スカラー波の定義をラプレイス(2)に従い、同等にする事が許されます。

物理的に見られると、派生させられたフィールドの渦巻きは、スカラー波を形成し、確立します。

div E の存在は、渦巻きの流動の現れのために必要な状態を提供します。よく知られたスキン効果のために[3]、拡張していて、減衰している、運動している渦巻きの流動は、流動の密度 j の成り行きとして現れ、電気的な伝導性 σ の前に設定されます。

4.二重性の見解

アンテナのニア・フィールドの範囲の中で、反対の状態が存在します。一般的な方法における粗悪な伝導性と共に、経度的な波の構成要素の形成のために、二重の特徴を共にした渦巻きが要求されるでしょう。私は、渦巻きの流動の拡張している渦巻きとは対照的に、この緊縮している逆渦巻きを、効能的な渦巻きと呼びます。

もし私達が、正当性と両立性のために、マックスウェルの方程式と共に効能的な渦巻きを検証すると、するとその効能的な渦巻きはゼロです。減衰された波の方程式の算出(1、[7])は、電気的、そしてまた磁気的なフィールドの強さの代わりに起こる事が出来ます。両方の波の方程式(1と2)はそれらの形を変化させません。この二重の場合における不均質ならラプレイス方程式において、しかしながら、div H を通して経度的なスカラー波の構成要素が描写され、そしてこれはマックスウェルに従うとゼロです!

4.マックスウェルの方程式: div B = μ ・ div H = 0 (4)

もしこれが正しいなら、すると、ニア・フィールドは無いかも知れず、エネルギーの無線配信は無く、そして最後に加えてトランスポンダー科学技術は無いかも知れません。故に(第四方程式の)正しさが検証されなければならず、そのフィールドの渦巻きがそれら自体の衝撃波を形成する際に、アンテナの周りの空気においてもし効能的な渦巻きが存在し、スカラー波を形成しているなら、その結果は何でしょう。

その他にも、更にもう一つの境界の問題が解決されるべきで: div D において電気的な単一極が見つけられるので、二重性から div B (4)に対する磁気的な単一極が結果するべきです。2009年10月においてその探求は初めて成功を収めました[8]。その結果は何だったのでしょう?

5.テスラの夢、無線電力の供給

テスラの特許から、接続の線(電線)を使用する代わりに、彼が、彼のパンケーキ型のコイルを一方の側においてグラウンド(アース)したのは明らかです。高いヴォルテージとフリクエンシーにおいて、彼は地球が部分的に容量的で、部分的に電気的な伝導体として振舞う様に利用しました[11]。しかしながらこの技術と共に、あらゆるアースされたレゾナンスにおける消費者の出力は、エネルギーを差し引き出す事が出来ます。それは不服な競争相手(i.e. 石油、ガス、原子力などのエネルギー利権)を含むかも知れません。これは、海の上の船にエネルギーと共に無線的に供給する計画が、実行されなかった理由です。しかしながら、この原則の実行の可能性は、ミニチュアのボートを使用して「スカラー波の科学技術のための第一配信センター」によって、2001年において証明されました。

「そのボートは、バッテリー無しで機能しています」と、ZDF のドキュメンタリーの中のナレーターは主張しました。「また、それは、ケーブルを後ろに引きずってもいません。」そのモーターの電力の出力はおよそ5ワットで、そしてその設置の効率はほぼ100%です。電気的な回路の閉包は、達成出来ない程高い効率において、磁気的なものよりも、実施において実現する事がもっとより簡単なので、特にテスラの原則は、経済的に実行可能だと考えられました。

加えて、例えば車の車体、または機械的な道具における鉄製の部分、消費カウンターにおける加熱しているパイプの伝導システム、もしくはエレヴェーターにおけるギルディングのレール、またはその他のレールに繋がった乗り物において、ポテンシャル(効能)の均等化のパネル、または返還の伝導器として機能している金属製の部分が頻繁に存在しています。レゾナンスの場合において唯一;エネルギーが受信器に届く事実を無視出来る人は誰もおらず、i.e. 同じフリクエンシーと反対のサインにおいてです。初心者のために、それは発電所から「流出し」、その後、その消費者へと「流入する」電力のイメージによって描写される事が出来るでしょう。両方がケーブルにおいて繋がり、それによって2つの柱のプラグ(コンセント)がソケットに入れられる際に、レゾナンスを誘導します。

原則において、これはまた、唯一1つのケーブルと共に可能で、その後唯一、そのレゾナンスはそれ以上強制されなく成り、それは何故レシヴァーが落ちる(i.e. エネルギーがもう届かない)かの理由です。例えばコイルとアンテナの幾何学の変形によって、範囲とレゾナンスの保存を最効率化する事によって、それらの問題は対処可能です。

リモコンや携帯電話において使用された、無線エネルギー供給において、「返還の伝導器」は利用可能ではありません。その不利さの全てを共にした、磁気的な対化が関わって来るのはそれらの状況においてです。その不利さは、受信器は、ガイダンスのワイヤー、または配信器に繋がるその他の方法を全く知らないと、どちらのシグナルとレゾネート(共振/共鳴)すれば良いのか知らない地点において最高点に達します。実用的な使用における制限的な要素は、レゾナンスが未だに保たれる事の出来る距離では無く、無線配信システムが、外的な補助が無くても開始できる、チューニングの距離です。

トランスポンダーの役割に含まれるのは無線エネルギーだけでなく、情報の移動です。

現在、両方のシステムは、磁気的な放射のフィールドに結び付いて、磁気的なスカラー波が常に現れる事実から利益し、電気的なエネルギーの放射に追随している電気的なものに対する類推です。配信の消失を低く抑えるために、スカラー波の最小限化がその目的です。どんな場合においてであれ、波のリマインダーは調整可能で、そして通常、両方向における情報の伝導のために十分です(i.e. 配信器から受信器へのものと、その反対も然り)。それはエネルギーと情報の点から点への接続に成るでしょう。

複数-点の接続は、電力の配信器が、エネルギーの放射と共に多くの局に供給し、バッテリーや外的な電力の供給のための必要性が排除されるように設定されます。もし受信している局が調整されているなら(i.e. 情報を与えられているなら)、これはその他全ての局において知る事が可能です。コードと共に準備された(i.e. 電話番号に比較可能な一致のパターンと共に)、膨大なネットワークの中の個別の通信がまた考えられるでしょう。それが、スカラー波に頼る携帯電話のネットワークの土台で、ラジオのアンテナも無く、有害な電磁スモッグも無く、今日一般的な配信力(電波)の千分の一以下です。

6.結論:RFID 科学技術、それともスカラー波のトランスポンダー?

比較において、RFID (ラジオ・フリクエンシー確認)科学技術は、特にエネルギーと双方向的な情報の配信が、それぞれ別々のシステムに依存するので、非効率に現れます。その間、スカラー波のトランスポンダーは3つのシステムの全てを統一する事が出来ます。RFID を使用する評価は、scatter (散らばり)のフィールドの発生が検証された時に、さらに悪化します。

今日の RFID 科学技術は妥協で、ヘルツ的な波(横波)の科学技術の限界を鮮明にします。エネルギーの配信は120 KHz (キロヘルツ)のあたりにおいて起こり、便利なニア・フィールドの部分が最大限化され、その間、情報はマイクロウェーヴのスペクトル(範囲)において送り返され、その配信器がクレジットカードにおける保存場所に成るために十分に小型化されています。周りにいる人達は両方の scatter のフィールドの総合に対して露出されています。それは、VLF (とても低いフリクエンシー)、またはマイクロウェーヴの放射の、生物化学的な効果に拘わらず、事実です。安全対策の方法として、また、効率の理由のために、無線 LAN やブルートゥースの様な全てのシグナルのルート(通り道)は未来において、scatter のフィールドを排除し、そして生物学的な効果を防ぐための唯一の方法として、スカラー波の土台の上の無線エネルギー配信と共に融合されるべきです。

7.実用的な経験から

もしアンテナの効率がとても低いなら(i.e. 未調整なアンテナの場合において)、使用可能なアンプリチュード(振幅)は減少する間、同時にアンテナのノイズが増大します。波の方程式によると、その説明は異なる事が可能で:派生させられた波の全てから、経度的な波(縦波)を優先し、横断的な波(横波)が減少します。ですがトランスポンダーの科学技術において、その後者(横波)が使用されていて、それは一般的、または何度もテストされたアンテナよりも、非一般的なアンテナの構造が頻繁に、より良質な結果を許すのかの理由です。電気的な配信の線において、球体のアンテナが特に便利であると証明されました。その球体が大きければ大きい程、エネルギーのための受信部分は、ニア・フィールドを超えて拡張される事が出来ます。この効果はとても納得させられる様に、実験的に実証される事が出来ます。今現在まで、高いフリクエンシーの技術者達は、ノイズによって圧倒されない様に、横断的な波(横波)を最大限化するためだけに、彼等自身を没頭させています。遠距離のトランスポンダーの建設は未調整のアンテナを必要とし、HF (高いフリクエンシー)の科学技術の分野において今日教えられている事の正反対で、真逆の技術的な解決策です。

そして故に、新たなトランスポンダーの科学技術の紹介と開発は、高いフリクエンシーの科学技術の、まず最初に、教育の拡張された見解と、第二に、新しい方法を要求します。

8.拡張されたフィールド理論

マックスウェルのフィールド方程式は概算で、そして故に、新たで、二重に数式化された、そして統一的なアプローチの特別な場合を唯一構成すると実証される事が出来ます。マックスウェルのフィールドと波の方程式の数学的な算出は、マックスウェルの概算が何なのかを明かします。効能的な渦巻きとしてまた言及された、渦巻きの流動に向かって拡張していて、緊縮しているスキン効果を共にした、二重の対流の渦巻きが、省略されています。それは構造を形成する事が可能で、空気、または真空の様な、粗悪で伝導的な素材において経度的なスカラー波(縦波)を伝播します。相対的な速度において、効能的な渦巻きは、ロレンツの緊縮によって影響されます。スカラー波は、振動しているフィールドのポインターの方向において経度的に伝播するので、その効能的な渦巻きは、それらの振動している伝播の成り行きとして、サイズにおける一定的な振動を経験します。そのフィールドの渦巻きを平面では無くコイルされた横断的な波と想像すると、サイズにおける振動から続き、そして故に一定の渦巻きの速度(= c = 光速)における波長では無く、フリクエンシーにおける一貫的な変化で、ノイズとして測定されます。

このノイズが、マックスウェルの方程式から(オリヴァー・へヴィーサイドによって)短縮された効能的な渦巻きでした。もし、例えば、アンテナにおいてノイズのシグナルが測定されたなら、これは、効能的な渦巻きの存在を証明します。もし、しかしながら、マックスウェルの方程式(へヴィーサイドの方程式)の正当性の範囲が残されたままなら、フィールド理論からの一致する現象の誤解と無知がその成り行きで、そのノイズ、またはニア・フィールドは、更に計算される事も、決定的に説明される事も出来ません。

例えばこれは、アンテナを人工的に短くする事によって、より少ないヘルツ的な波が派生させられる事によって、アンテナの効率が下げられた時に、携帯電話は人間の生命体に対して有害では無いと言う、携帯電話産業の主張に繋がります。

実際には、アンテナのノイズ(i.e. 生物学的に良くも、悪くも影響のあるスカラー波の部分)が増大させられていて、唯それは、電磁的で、環境的な適合性(EMC)のために、実験所で測定されていないだけです。

既に原則において、渦巻きの測定を再産出する事が不可能なのは、それらが probe (深針?)において渦巻くためで、そうで無ければそれらは渦巻きには成りません!

測定可能なものだけを現実と有一考える者だけが、科学の忠実な使徒であると言われます。彼等が測定出来無いものは存在出来ず、そして故に彼等はスカラー波の存在を受け入れる事に苦労します。例えばスカラー波のトランスポンダーのための、この物理的な現象の産工業的な実用が到来するまで、スカラー波の存在を否定する事はそれ程、簡単でしょう。
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References
参考文献
1. Jackson, J.D., Classical Electrodynamics, 2nd.ed. Wiley & Sons N.Y. 1975
2. Kolnsberg, S. „Drahtlose Signal - und Energieübertragung mit Hilfe von Hochfrequenztechnik in CMOS-Sensorsystemen“ (RFID-Technologie), Dissertation Uni Duisburg 2001.
3. Küpfmüller, K., Einführung in die theoretische Elektrotechnik, Springer Verlag, 12th edit.1988
4. Lehner, G., Elektromagnetische Feldtheorie, Springer Verlag 1990, 1st edition, page 239, aq. 4.23
5. Maxwell, J.C., A treatise on Electricity and Magnetism, Dover Publications New York, (orig. 1873).
6. Meinke, Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer Verl. 4.ed.1986, N2, eq.5
7. Meyl, K., Scalar Wave Transponder, Indel-Verlag (www.etzs.de) 2006, 3rd edition 2012
8. Meyl, K., “Field-physical basis for electrically coupled bi-directional far range transponders”, http://www.k-meyl.de/go/Primaerliteratur/Proc_RFID_Eurasia.pdf, Proc. of the RFID Eurasia conference 2007, IEEE Catalogue No.07EX1725, p. 78-89
9. Morris, D.J.P., D.A.Tennant, S.A.Grigera, B.Klemke, C.Castelnovo, R.Moessner, C.Czternasty, M.Meissner, K.C.Rule, J.-U. Hoffmann, K.Kiefer, S.Gerischer, D.Slobinsky, R.S.Perry: “Dirac Strings and Magnetic Monopoles in the Spin Ice Dy₂Ti₂O₇”, Science 16 Oct. 2009, Vol. 326. no. 5951, pp. 411 - 414
10. Simonyi, K., Theoretische Elektrotechnik, vol. 20, VEB Verlag Berlin, 7th ed. 1979, page 654
11. Tesla, N., “Art of transmitting electrical energy through the natural medium”, United States Patent, No. 787,412 Apr. 1905
12. Zinke, Brunswig: Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, 1. Band, Springer-Verlag, 3. ed. 1986, p. 335
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