Как найти количество движения фотона - AvtoShod.ru

Фотоны

Темы кодификатора ЕГЭ: фотоны, энергия фотона, импульс фотона.
Энергия фотона
Импульс фотона
Давление света
Двойственная природа света

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: фотоны, энергия фотона, импульс фотона.

В результате исследования явлений, связанных с взаимодействием света и вещества (тепловое излучение и фотоэффект), физики пришли к выводу, что свет состоит из отдельных порций энергии — фотонов. Излучение света, его распространение и поглощение происходит строго этими порциями.

Фотоны обладают энергией и импульсом и могут обмениваться ими с частицами вещества (скажем, с электронами или атомами). При этом мы говорим о столкновении фотона и частицы. При упругом столкновении фотон меняет направление движения — свет рассеивается. При неупругом столкновении фотон поглощается отдельной частицей или совокупностью частиц вещества — так происходит поглощение света.

Словом, фотон ведёт себя как частица и поэтому — наряду с электроном, протоном, нейтроном и некоторыми другими частицами — причислен к разряду элементарных частиц.

к оглавлению ▴

Энергия фотона

Выражение для энергии фотона с частотой мы уже знаем:

(1)

Часто бывает удобно работать не с обычной частотой , а с циклической частотой .

Тогда вводят другую постоянную Планка «аш с чертой»:

$h^{mkern -14mu -} = frac{displaystyle h}{displaystyle 2 pi vphantom{1^a}} = 1,05 cdot 10^{-34}$ Дж · с.

Выражение (1) для энергии фотона примет вид:

$E = h^{mkern -14mu -} omega.$

Фотон движется в вакууме со скоростью света и потому является релятивистской частицей: описывая фотон, мы должны привлекать формулы теории относительности. А там имеется такая формула для энергии тела массы , движущегося со скоростью :

$E = frac{displaystyle mc^2}{displaystyle sqrt{1 - frac{displaystyle v^2}{displaystyle c^2vphantom{1^a}}} vphantom{1^a}}.$ (2)

Если предположить, что m neq 0 , то формула (2) приводит к бессмысленному заключению: энергия фотона должна быть бесконечной. Чтобы избежать этого противоречия, остаётся признать, что масса фотона равна нулю. Формула (2) позволяет сделать и более общий вывод: только безмассовая частица может двигаться со скоростью света.

к оглавлению ▴

Импульс фотона

Обладая энергией, фотон должен обладать и импульсом. Действительно, важнейшая формула теории относительности даёт связь энергии и импульса частицы:

(3)

Для фотона, имеющего нулевую массу, эта формула сводится к простому соотношению:

E = pc.

Отсюда для импульса фотона получаем:

$p = frac{displaystyle E}{displaystyle cvphantom{1^a}} = frac{displaystyle h nu}{displaystyle cvphantom{1^a}}.$ (4)

Направление импульса фотона совпадает с направлением светового луча.

Учитывая, что отношение c/ nu есть длина волны lambda , формулу (4) можно переписать так:

$p =frac{displaystyle h}{displaystyle lambda vphantom{1^a}}.$ (5)

В видимом диапазоне наименьшими значениями энергии и импульса обладают фотоны красного света — у них самая маленькая частота (и самая большая длина волны). При движении в сторону фиолетового участка спектра энергия и импульс фотона линейно возрастают с частотой.

к оглавлению ▴

Давление света

Свет оказывает давление на освещаемую поверхность. Такой вывод был сделан Максвеллом из теоретических соображений и получил экспериментальное подтверждение в знаменитых опытах П.Н. Лебедева. Если понимать
свет как поток фотонов, обладающих импульсом , то можно легко объяснить давление света и вывести формулу Максвелла.

Предположим, что на некоторое тело падает свет частоты . Лучи направлены перпендикулярно поверхности тела; площадь освещаемой поверхности равна (рис. 1).

Рич. 1. Давление света

Пусть — концентрация фотонов падающего света, то есть число фотонов в единице объёма.

За время на нашу поверхность попадают фотоны, находящиеся внутри цилиндра высотой .

Их число равно:

При падении света на поверхность тела часть световой энергии отражается, а часть — поглощается. Пусть — коэффициент отражения света; величина r < 1 показывает, какая часть световой энергии отражается от поверхности. Соответственно, величина 1 - r — это доля падающей энергии, поглощаемая телом.

Как мы теперь знаем, энергия света пропорциональна числу фотонов. Поэтому можно написать, какое количество фотонов (из общего числа ) отразится от поверхности, а какое — поглотится ею:

$N_{o} = rN, N_{n} = (1 - r)N.$

Импульс каждого падающего фотона равен . Поглощённый фотон испытывает неупругое столкновение с телом и передаёт ему импульс . Отражённый фотон после упругого столкновения меняет направление своего импульса на противоположное, и поэтому импульс, переданный телу отражённым фотоном, равен .

Таким образом, от каждого фотона, входящего в световой поток, тело получает некоторый импульс. Вот простая и очевидная причина того, что свет оказывает давление на освещаемую поверхность.

Суммарный импульс, полученный телом от падающих фотонов, равен:

На нашу поверхность действует сила , равная импульсу, полученному телом в единицу времени:

$F = frac{displaystyle P}{displaystyle t vphantom{1^a}} = (1 + r)p frac{displaystyle N}{displaystyle tvphantom{1^a}} = (1 + r) frac{displaystyle h nu}{displaystyle cvphantom{1^a}} frac{displaystyle nSct}{displaystyle tvphantom{1^a}} = (1 + r)h nu nS.$

Давление света есть отношение этой силы к площади освещаемой поверхности:

$p_{CB} = frac{displaystyle F}{displaystyle Svphantom{1^a}} = (1 + r)h nu n.$ (6)

Выражение h nu n имеет простой физический смысл: будучи произведением энергии фотона на число фотонов в единице объёма, оно равно энергии света в единице объёма, то есть объёмной плотности энергии . Тогда соотношение (6) приобретает вид:

$p_{CB} = (1 + r)w.$

Это и есть формула для давления света, теоретически выведенная Максвеллом (в рамках классической электродинамики) и экспериментально проверенная в опытах Лебедева.

к оглавлению ▴

Двойственная природа света

В результате рассмотрения всей совокупности оптических явлений возникает естественный вопрос: что же такое свет? Непрерывно распределённая в пространстве электромагнитная волна или поток отдельных частиц — фотонов? Теория и эксперименты приводят к заключению, что оба ответа должны быть утвердительными.

1. Явления интерференции и дифракции света, характерные для любых волновых процессов, не оставляют сомнений в том, что свет есть форма волнового движения материи.

Таким образом, мы должны признать: да, свет имеет волновую природу, свет — это электромагнитная волна.

2. Однако явления взаимодействия света и вещества (например, фотоэффект) указывают на то, что свет ведёт себя как поток отдельных частиц. Эти частицы — фотоны — ведут, так сказать, самостоятельный образ жизни, обладают энергией и импульсом, участвуют во взаимодействиях с атомами и электронами. Излучение света — это рождение фотонов.

Распространение света — это движение фотонов в пространстве. Отражение и поглощение света — это соответственно упругие и неупругие столковения фотонов с частицами вещества.

Все попытки истолковать указанные явления излучения и поглощения света в рамках волновых представлений классической физики окончились неудачей. Оставалось лишь согласиться с тем, что свет имеет корпускулярную природу (от латинского слова corpusculum — маленькое тельце, частица), свет — это совокупность фотонов, мчащихся в пространстве.

Таким образом, свет имеет двойственную, корпускулярно-волновую природу — он может проявлять себя то так, то эдак. В одних явлениях (интерференция, дифракция) на передний план выходит волновая природа, и свет ведёт себя в точности как волна. Но в других явлениях (фотоэффект) доминирует корпускулярная природа, и свет ведёт себя подобно потоку частиц.

Странно всё это, не правда ли? Но что поделать — так устроена природа. Мы, люди, живём среди макроскопических тел, и наше воображение оказалось не способным полноценно представить себе явления микромира.
Природа, однако, неизмеримо шире и богаче того, что может вместить в себя человеческое воображение. Признав это и руководствуясь не столько собственным воображением, сколько наблюдениями, результатами экспериментов и весьма изощрённой математикой, люди начали успешно создавать квантовую теорию микроскопических явлений и процессов.

О некоторых парадоксальных на первый взгляд — но тем не менее подтверждённых экспериментально! — выводах квантовой теории мы поговорим в следующем листке.

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими материалами.
Информация на странице «Фотоны» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена:
07.05.2023

Источник

Фотон в современной физике считается разновидностью элементарных частиц. В частности, он представляет собой квант электромагнитного излучения (квант — неделимая частица чего-либо).

Энергия и импульс фотона

Фотоны обладают определенной энергией и импульсом. Когда свет испускается или поглощается, он ведет себя подобно не волне, а потоку частиц, имеющих энергию Е = hν, которая зависит от частоты. Оказалось, что порция света по своим свойствам напоминает то, что принято называть частицей. Поэтому свойства света, обнаруживаемые при его излучении и поглощении, стали называть корпускулярными. Сама же световая частица была названа фотоном, или квантом электромагнитного излучения.

Как частица, фотон обладает определенной порцией энергии, которая равна hν. Энергию фотона часто выражают не через частоту v, а через циклическую частоту:ω = 2πν

При этом в формуле для энергии фотона в качестве коэффициента пропорциональности (постоянной Планка) используется другая величина, обозначаемая ℏ и равная:

ℏ=h2π≈1,0545726·10−34 (Дж·с)

Учитывая это, формула для определения энергии фотона примет вид:

Е=ℏω

Согласно теории относительности, энергия частиц связана с массой следующим соотношением:

Е=mс2

Так как энергия фотона равна hν, то, следовательно, его масса m получается равной:

m=hνс2

У фотона нет собственной массы, поскольку он не может существовать в состоянии покоя. Появляясь, он уже имеет скорость света. Поэтому формула выше показывает только массу движущегося фотона.

По известной массе и скорости фотона можно найти его импульс:

p=mc=hνc=hλ

Внимание! Вектор импульса фотона всегда совпадает с направлением распространения луча света.

Чем больше частота ν, тем больше энергия Е и импульс р фотона и тем отчетливее свет проявляет свои корпускулярные свойства. Из-за того что постоянная Планка мала, энергия фотонов видимого излучения крайне незначительна. К примеру, фотоны, свойственные зеленому свету, имеют энергию, равную всего 4∙10^–19Дж. Несмотря на это, человеческий глаз способен различать изменение освещенности, даже если оно измеряется единичными квантами.

Пример №1. Каков импульс фотона, если длина световой волны λ = 5∙10^–7 м?

Корпускулярно-волновой дуализм

Законы теплового излучения и фотоэффекта объясняются только при условии, если начать считать свет потоком частиц. Однако нельзя отрицать тот факт, что свету присущи такие явления как интерференция и дифракция света. Но эти явления встречаются только у волновых процессов. Поэтому в современной физике принято считать свет с дуализмом, иначе — двойственностью свойств.

Когда свет распространяется в средах, он проявляет волновые свойства. Когда он начинает взаимодействовать с веществом (поглощаться или излучаться), проявляются корпускулярные свойства (свойства частицы).

Гипотеза де Бройля

Длительное время электромагнитное поле представлялось как материя, которая распределена в пространстве непрерывно. Электроны же представлялись как очень маленькие частицы материи. Не нет ли здесь ошибки, обратной той, которая была допущена при определении света? Может быть, электрон и другие частицы тоже обладают волновыми свойствами. Такую мысль высказал в 1923 г. французский ученый Луи де Бройль.

Он предположил, что с движением частиц связано распространение некоторых волн. И ученому удалось найти длину волны этих волн. Связь длины волны с импульсом частицы оказалась точно такой же, как и у фотонов. Если длину волны обозначить через λ, а импульс — через р, то получится, что:

λ=hp

Эта формула носит название формулы де Бройля, которая является одной из основных в разделе квантовой физики.

В будущем волновые свойства частиц, о которых предположил де Бройль, были обнаружены экспериментально. Так, удалось получить дифракцию электронов и других частиц на кристаллах. В этих случаях получалась почти такая же картина, как в случае с рентгеновскими и другими лучами. И формула де Бройля также нашла экспериментальное доказательство. Волновые свойства микрочастиц описываются квантовой механикой.

Квантовая механика — раздел физики, изучающий теорию движения микрочастиц.

Внимание! Законы Ньютона в квантовой физике в большинстве случаем не могут быть применены.

Давление света

В 1873 г. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствия. Предсказанное Максвеллом существование светового давления было экспериментально подтверждено Лебедевым, который в 1900 г. измерил давление света на твердые тела, используя чувствительные крутильные весы. Оно оказалось чрезвычайно малым, около 4∙10^-7Па.

Световое давление, обусловленное солнечным излучением у поверхности Земли, составляет менее 0,0001 Па. Этим и объясняется тот факт, что в обычных условиях давление света заметным образом себя не проявляет. Но давлением света объясняет следующие факты:

хвосты комет направлены от ядра кометы в сторону, противоположную Солнцу;
изменение орбит искусственных спутников Земли.

Свет — это поток фотонов с импульсом:

p=mc

При поглощении веществом фотон перестает существовать, но импульс его, по закону сохранения импульса, не может исчезнуть бесследно. Он предается телу, значит, на тело действует сила.

Приведенное рассуждение будет абсолютно верным, если считать, что свет только веществом поглощается. Но разве это всегда так, свет еще может отражаться телами, а если тело прозрачно, то может проходить сквозь него. В реальных условиях свет частично отражается телом, частично поглощается, а если это, например, стекло, то свет проходит сквозь него. Как будет обстоять дело, если поверхность зеркальная? Возникает световое давление в данном случае?

Для простоты предположим, что свет падает перпендикулярно к поверхности зеркала. Мы знаем, что при абсолютном ударе какого-либо тела о стенку она получает импульс, модуль которого равен удвоенному модулю импульса тела, то есть 2mv. Отражаясь, фотон летит с той же скоростью, но в противоположном направлении. Значит, при отражении фотона от зеркала его импульс изменяется на 2mc. Такое же изменение импульса, но в противоположном направлении, получит зеркало. Импульс, получаемый телом при отражении фотона, будет в 2 раза больше импульса, получаемого телом при поглощении фотона.

Задание EF17985

За время t=4 с детектор поглощает N=6⋅10⁵ фотонов падающего на него монохроматического света. Поглощаемая мощность P=5⋅10⁻¹⁴ Вт. Какова длина волны падающего света?

Ответ:

а) 0,4 мкм

б) 0,6 мкм

в) 520 нм

г) 780 нм

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Установить взаимосвязь между энергией фотонов и поглощаемой детектором мощностью.

3.Выполнить решение в общем виде.

4.Подставить известные данные и найти искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• Количество фотонов: N = 6∙10⁵ шт.

• Поглощенная мощность: P = 5∙10^–14 Вт.

Вся энергия фотонов будет поглощена детектором. Согласно закону сохранения энергии:

Nhν=Pt

Длина волны определяется формулой:

λ=cν

Отсюда частота равна:

ν=cλ

Подставим это выражение в записанный закон сохранения энергии:

Nhcλ=Pt

Отсюда длина волны равна:

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17986

При изучении давления света проведены два опыта с одним и тем же лазером. В первом опыте свет лазера направляется на пластинку, покрытую сажей, а во втором – на зеркальную пластинку такой же площади. В обоих опытах пластинки находятся на одинаковом расстоянии от лазера и свет падает перпендикулярно поверхности пластинок.

Как изменится сила давления света на пластинку во втором опыте по сравнению с первым? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Алгоритм решения

1.Описать процессы, происходящие во время обоих опытов.

2.С помощью физических формул установить, как изменяется сила давления света.

Решение

В обоих опытах происходит поглощение световой волны. Этот процесс можно рассматривать как поглощение за время t большого числа световых квантов — N >>1 (фотонов). Фотоны поглощаются пластинкой. Причем каждый фотон передает этой пластинке свой импульс, равный:

pф=hνc

Поэтому импульс пластинки становится равным сумме импульсу всех поглощенных фотонов:

pп=Nhνc

В результате поглощения света пластинкой, покрытой сажей, она приобретает за время t импульс pп в направлении распространения света от лазера. Согласно закону изменения импульса, тела в инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса тела равна силе, действующей на него со стороны других тел или полей:

F1=pпt=Nthνc

В результате отражения света от зеркальной пластины отраженный фотон имеет импульс, противоположный импульсу фотона падающей волны:

pф=∣∣−pфп∣∣

Поэтому отраженная волна будет иметь импульс:

pов=−N´pф=−N´hνc

N´ — количество отраженных фотонов.

В итоге за время t импульс волны под действием зеркальной пластинки изменился. Это изменение будет равно разности импульса отраженной волны и импульса пластинки:

Δp=pов−pп=−Npф−N´pф=−(N+N´)pф

Согласно закону сохранения импульса, импульс системы, состоящей из световой волны и зеркальной пластинки, сохраняется:

Δ(pп+pпл)=0

Отсюда:

Δpпл=Δpп

Но изменение импульса тела в инерциальной системе отсчета происходит только под действием других тел или полей и характеризуется силой:

F2=pплt=N+N´thνc

Если зеркала отражает хорошо, то N ≈ N´. Тогда:

F2≈2F1

Отсюда видно, что сила давления света увеличится вдвое.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18201

Излучением лазера с длиной волны 3,3⋅10⁻⁷ м за время 1,25⋅10⁴ с был расплавлен лёд массой 1 кг, взятый при температуре 0 °С, и полученная вода была нагрета на 100 °С. Сколько фотонов излучает лазер за 1 с? Считать, что 50% излучения поглощается веществом.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Установить, какое количество тепла было сообщено льду для его расплавления и нагревания до температуры кипения.

3.Установить, какая энергия была выделена лазером при условии, что лишь половина этой энергии была сообщена льду.

4.Из полученного выражения выразить количество фотонов, излученных лазером за время t.

5.Записать формулу для количества фотонов, выделяемых за время 1 с.

6.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем не только те данные, что есть в условии задачи, но и табличные данные, которые нам понадобятся в ходе решения задачи:

• Удельная теплота плавления льда: λ_льда = 3,4∙10⁵ Дж/кг.

• Удельная теплоемкость воды: c = 4200 Дж/(кг∙^оС).

• Начальная температура льда/воды: t₁ = 0 ^оС.

• Конечная температура воды: t₂ = 100 ^оС.

• Коэффициент полезного действия: η = 50%.

• Длина световой волны: λ_света = 3,3∙10^–7.

• Время проведения всего опыта: t = 1,25∙10⁴.

Чтобы лед расплавился, а образовавшаяся вода нагрелась до температуры кипения, нужно сообщить ему следующее количество энергии:

Q=Q1+Q2=mλльда+mc(t2−t1)

Так как КПД равен 50% (0,5), то это количество теплоты равно половине энергии, выделенной лазером:

Q=ηE

mλльда+mc(t2−t1)=ηE

Энергия, выделенная лазером, равна сумме энергий каждого из излученных фотонов, количество которых будет равно N:

E=Nhν

Но частота световой волны равна:

ν=cλсвета

Тогда:

E=Nhcλсвета

Отсюда:

Nhcλсвета

Теперь мы можем записать:

mλльда+mc(t2−t1)=ηNhcλсвета

Выразим количество излученных фотонов за все время:

N=λсвета(mλльда+mc(t2−t1))ηhc

Если разделить это выражение на время проведения опыта, то мы найдем количество фотонов, излученных за 1 секунду:

N1с=λсвета(mλльда+mc(t2−t1))ηhct

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 2.7k

Источник

Название фотон происходит от греческого слова φῶς, которое означает «свет». Фотон — это элементарная частица, которая несет квант (т.е. одну порцию) энергии электромагнитного излучения. Энергия фотона точно определена и зависит от частоты электромагнитной волны.

Изучение свойств электромагнитных волн на рубеже 19 и 20 веков принесло множество наблюдений, которые не могли быть объяснены на основе волновой теории Максвелла. Среди дилемм физиков того времени был спектр излучения тепловых источников света (например, классической лампочки), явление излучения черного тела, внешний фотоэлектрический эффект, то есть эмиссия электронов из металлов под воздействием падающего электромагнитного излучения. Эти явления невозможно объяснить, рассматривая электромагнитное излучение как волну.

Рис. 1. Свет как волна и как пучок фотонов

Волновое описание света, утвердившееся в науке того времени и подтвержденное рядом экспериментов и теорий, должно было столкнуться с наблюдениями, показывающими, что свет ведет себя не только как волна, но и как совокупность частиц. Макс Планк, объясняя спектральное распределение излучения черного тела, ввел понятие порции энергии, которую он назвал квантом. Эта концепция была развита Альбертом Эйнштейном, когда он заявил, что, например, электромагнитная волна состоит из частиц (так называемых квантов) света.

Определение.

Фотон ( γ ) — это частица, несущая порцию энергии (квант энергии) электромагнитного излучения. Название было предложено американским физиком-химиком Гилбертом Ньютоном Льюисом. Она должна была описывать фотон как частицу, переносящую энергию излучения. По мнению ученого, фотон должен был поглощаться и испускаться материей.

Фотоны ( γ ) являются элементарными частицами. Они не имеют массы покоя и всегда движутся со скоростью света. Согласно текущему состоянию знаний, квантовая механика предлагает наилучшую модель, объясняющую фотоны. Это справедливо для всех элементарных частиц. Поэтому они демонстрируют дуализм волна-частица. Это означает, что они обладают свойствами волн и частиц.

Что такое фотон?

Свет — это диапазон электромагнитного спектра, который вы можете воспринимать невооруженным глазом. Иногда слово «свет» также используется для описания электромагнитных волн с большей длиной волны, например, инфракрасного света, или с меньшей длиной волны, например, ультрафиолетового света. Этот свет описывается в квантовой физике как поток квантовых объектов. Эти квантовые объекты — фотоны.

Фотоны ( γ ) являются частицами-носителями электромагнитного взаимодействия. Таким образом, они представляют свет, а также все другие электромагнитные волны и переносят электромагнитную силу. Квантовая электродинамика описывает фотон как так называемый бозон, элементарную частицу, свойства которой четко отличают ее от свойств электрона или подобных частиц. В большинстве случаев бозоны всегда являются также частицами-носителями сил, таких как электромагнитные, сильные и слабые силы.

Квантовая электродинамика — это область квантовой механики, которая адаптирует классическую электродинамику к современной квантовой механике. Одно из его важнейших свойств — отсутствие массы. Более того, его энергия, а также импульс пропорциональны его частоте.

Свойства фотона

Фотоны — это безмассовые, электрически нейтральные и стабильные элементарные частицы. Фотон является частицей-носителем электромагнитного взаимодействия и не подчиняется принципу Паули.

Электрический заряд	0, нейтральный
Масса покоя	0 кг
Спин	1
Взаимодействие	электромагнитный гравитация
Скорость движения	Скорость света c = 299 792 458 м / с

Масса и скорость фотонов

Согласно современному уровню знаний, фотон должен быть безмассовым. Если бы у него была масса, фотоны не двигались бы со скоростью света (c). Это означало бы, что скорость света перестала бы быть скоростью света, а стала бы теоретическим пределом скорости, которую объект может достичь в пространстве-времени. Кроме того, скорость фотона будет зависеть от его частоты, и многие законы природы, такие как закон Кулона, получат дополнительные факторы. Тогда многие современные устройства будут работать по-другому или вообще не будут работать.

Вывод: экспериментально доказано, что фотон не имеет массы.

Скорость света в вакууме является универсальной константой, равной точно = 299 792 458 м/с. Не странно ли, что, в отличие от других констант, здесь нет многочисленных десятичных цифр, которые мы обычно округляем в зависимости от приближения, которого хотим добиться? Точное значение скорости света просто выводится из определения метра, принятого в 1983 году. Согласно этому определению, 1 метр — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 с.

В астрономии используется другая единица длины, не входящая в систему СИ, связанная со скоростью света. Это световой год, определяемый как расстояние, проходимое светом за один год. При определении светового года используется юлианский год, продолжительность которого составляет 365,25 дня. Аналогично можно использовать такие единицы измерения длины, как световая секунда, световая минута и т.д.

Скорость фотонов в вакууме не зависит от частоты электромагнитного излучения. Она одинакова для всех диапазонов излучения — от гамма-излучения до радиоволн. Одним из доказательств является наблюдение за вспышками звезд. Радиоволны и свет, излучаемые во время вспышки звезды, достигают Земли одновременно. Их скорость равна в пределах 10^-7.

Фотон в вакууме всегда движется с постоянной скоростью для каждого наблюдателя. Если объект, движущийся со скоростью v = 0,9c, испускает фотон в направлении, совпадающем с направлением его скорости (см. рисунок 2), то фотон будет удаляться от него со скоростью света c. Но для неподвижного наблюдателя скорость фотона также будет равна скорости света с.

Этот факт, не согласующийся с нашим повседневным опытом, является фундаментальным предположением специальной теории относительности Альберта Эйнштейна. Почему это кажется нам странным и противоречит нашему опыту? Просто в повседневной жизни мы не сталкиваемся со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Такие скорости достижимы для тел с очень малой массой. Эксперименты с частицами, такими как электроны, протоны или атомные ядра, ускоренные в ускорителях до скоростей, близких к скорости света, подтверждают постоянство скорости света в любой системе отсчета.

Рис. 2. Фотон, испущенный ракетой, летящей со скоростью v = 0,9c, движется со скоростью c, как относительно ракеты, так и относительно неподвижного наблюдателя

Энергия фотона

Фотоны движутся в вакууме со скоростью света c. Поэтому для определения его энергии нужна теория относительности. Это следует из релятивистской взаимосвязи между массой, энергией и импульсом.

E² = p² * c² + m² * c⁴

В этой формуле E означает энергию, p — импульс, m — массу, а c — скорость света. Если задать m = 0, то получится следующая взаимосвязь между импульсом и энергией E = p * c.

Поскольку фотон является квантом, то можно выразить его скорость и, следовательно, импульс через его частоту или длину волны. Это дает вам взаимосвязь между частотой и энергией: E = ħ * ω = h * f = h * c / λ .

В этой формуле f — частота фотона, ω = 2 * π * f — его угловая частота, h — обычная постоянная Планка, ħ = h / 2 * π — приведённая постоянная Планка и λ — длина волны фотона.

Рис. 3. Фотоны фиолетового света имеют самую высокую энергию, а фотоны красного света — самую низкую. [источник: 彭家杰 [CC BY 2.5], через Wikimedia Commons].

Постоянная Планка, входящая в формулу, является физической константой, характерной для микромира. В соответствии с решением Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) от 16 ноября 2018 года, её величина определяется точно, т.е. без погрешности, и составляет: h = 6,62607015⋅10⁻³⁴ кг·м²·с⁻¹ (Дж·с).

Единицей энергии фотона является джоуль (Дж), но очень часто используется альтернативная единица — электронвольт (эВ). Один электрон-вольт — это энергия, полученная электроном, ускоренным напряжением в 1 вольт (В). Для перевода 1 эВ в джоули достаточно умножить величину элементарного заряда e, т.е. 1,602 * 10^-19 Кл, на один вольт, то есть 1 эВ = 1,602 * 10^-19 Дж.

Поэтому постоянная Планка может быть выражена в эВ. Она составляет 4,135 667 669 …. * 10^-15 эВ * с (для расчётов часто используют округленное значение h = 4,14 * 10^-15 эВ * с ).

Насколько велика энергия фотона? Определим, например, энергию фотонов, испускаемых гелий-неоновой лазерной указкой с длиной волны 633 нм.

E = 6,62607015⋅10⁻³⁴ * 3 * 10⁸ / 633*10^-9 ≈ 3,14 * 10^-19 Дж .

Это значение можно хранить в гораздо более удобной форме в электронвольтах: E = 3,14 * 10^-19 / 1,602 * 10^-19 ≈ 1,96 эВ .

Типичные энергии в макромире — например, кинетическая энергия мяча, брошенного с высоты 1 м, непосредственно перед ударом об асфальт — порядка 1 Дж, то есть порядка 10¹⁹ эВ. Энергии фотонов значительно меньше. Давайте сравним 1 Дж с энергией процесса, характерного для микромира, например, с энергией, выделяемой при полном сгорании одной молекулы метана в кислороде. Энергия сгорания метана составляет 891,6 кДж/моль, что после деления на постоянную Авогадра, составляет: E = ( 891,6 кДж/моль ) / ( 6,02214076⋅10²³ моль⁻¹ ) = 14,8 * 10^-19 Дж = 9,2 эВ .

Полученное значение, как видно, того же порядка, что и энергия фотона, испускаемого гелий-неоновым лазером.

Следует помнить, что энергия фотонов зависит от частоты электромагнитного излучения, которая может принимать значения от единиц кГц для радиоволн до порядка 10²⁴ Гц для гамма-излучения. Поэтому энергия фотонов может составлять от 10^-12 эВ до 10⁹ эВ.

Фотоны, принадлежащие к различным областям электромагнитного спектра, имеют энергию, отличающуюся друг от друга даже на несколько порядков.

Импульс фотона

Как уже упоминалось, теория относительности связывает импульс с энергией. Это важно для фотона, поскольку он движется со скоростью света, т.е. релятивистски.

Зная, что E = h * c / λ , и p = ħ * k , где k = 2 * π / λ — угловое волновое число, в итоге получаем: p = ħ * k = h * f / c = h / λ .

Возникновение фотона

Фотоны создаются различными способами. Наиболее распространенным способом наблюдения генерации фотонов является переход электронов в другие энергетические состояния. Это происходит, например, когда электрон в электронной оболочке атома переходит на более высокий уровень. Этот уровень нестабилен, и электрон через некоторое время возвращается обратно в исходное состояние.

Однако, на высоком уровне было больше энергии, чем на исходном. Эта избыточная энергия излучается в виде фотона. Но фотоны также могут испускаться в виде гамма-излучения во время ядерных переходов или реакций аннигиляции в частицах-античастицах. С помощью правильных измерительных приборов можно обнаружить присутствие таких фотонов.

Запутанные фотоны

Фотоны могут быть запутаны относительно их поляризации или направления полета. Поляризация дает вам информацию о направлении колебаний электромагнитной волны. Это означает, что если вы измеряете поляризацию одной из этих частиц, вы знаете поляризацию другой.

В случае направленного излучения, т.е. излучения, возникающего при встрече античастиц и частиц, образуются запутанные фотоны. Эти два фотона запутаны в своем направлении и поляризации. В медицине это свойство используется в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Применение фотонов

Фотоны используются во многих областях. Одним из самых распространенных и наиболее важных применений является лазер.

Одиночные фотоны могут быть обнаружены различными методами. Одним из старейших методов является использование фотоумножителя. При этом используется фотоэлектрический эффект. Фотон с достаточной энергией попадает на металлическую пластину. Там он выбивает электрон из связи, что запускает каскадный эффект.

Рис. 4. Внешний фотоэффект. В фотоэлектрическом явлении свет проявляет корпускулярную природу — фотон выбивает одиночный электрон из металла.

Список использованной литературы

Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1982. — 448 с.
Физика микромира : маленькая энциклопедия / Гл. ред. Д. В. Ширков. — М.: Советская энциклопедия, 1980. — 528 с. — 50 000 экз.
Генденштейн Лев Элевич, Дик Юрий Иванович, физика 11 класс

Источник

СВЕТ

23. НЕКОТОРЫЕ СООБРАЖЕНИЯ
О ДВИЖЕНИИ ФОТОНОВ

Сначала определимся в размерах фотонов, чтобы точнее представить, с чем
мы имеем дело. Поскольку механический момент фотона на витках винтовой линии
составляет , а
собственный механический момент в 1/=137,0391 раз меньше, то мы можем
воспользоваться формулой S_p=/137,0391, а масса фотона: m_ф=h/C²=h/C.
Выполнив необходимые преобразования и подстановки, получим формулу, связывающую
радиус фотона r с его длиной волны

r=0,001161×

(23.1).

Несмотря на то, что формула (23.1) неточна, т.к. не учитывает
электростатическое притяжение и притяжение за счет магнитного взаимодействия
движущихся встречно электрически противоположно заряженных нейтрино и
антинейтрино в фотоне. То есть, формула (23.1) дает завышенные значения r,
особенно для малых , тем не менее, для видимого света
и более длинных волн ошибка будет невелика, особенно, если учитывать
гравидинамическое притяжение параллельно движущейся материи и антиматерии.

. Таким образом, радиус фотона,
приблизительно, в тысячу раз меньше шага винтовой линии, по которой он движется
(радиус винтовой линии в 2 раз меньше шага), поэтому для того, чтобы
лучи «смешивались», как полагал Ломоносов, критикуя корпускулярную
теорию света, необходима огромная мощность луча или определенные условия,
каковые мы имеем при интерференции света. “Корпускулярная теория света,
развитая впервые И. Ньютоном в конце XVII в., рассматривала свет как поток
частиц (корпускул), испускаемых источником света и распространяющихся в
однородной среде прямолинейно. Отражение и преломление света эта теория
объясняла механически… Корпускулярная теория света не смогла объяснить
явлений дифракции, интерференции, поляризации света и в XIX в. уступила место
волновой теории. Корпускулярные представления о природе света возродились вновь
в начале XX в. на основе теории квантов”. Н.И. Карякин, Краткий справочник по
физике, “Высшая школа”, М., 1962, стр. 253.

Найдем энергетические характеристики
фотонов. Кинетическая энергия вращающегося тела:

(23.2),

где: J – момент инерции тела, w
– угловая скорость вращения. Для фотона
на винтовой траектории (23.2) преобразуется к виду:

(23.3),

где: R – радиус винтовой траектории.

Линейная скорость V
в данном случае равна скорости света:

(23.4).

Подставим (23.4) в (23.3):

(23.5),

т.е. энергия движения фотона на витках винтовой
траектории в тангенциальном направлении составляет половину его полной энергии.
Очевидно, что такая же энергия нужна и для поступательного движения фотона,
т.к. его поступательная и тангенциальная скорости равны. Момент импульса фотона
на винтовой траектории:

(23.6).

С учетом (23.6) и = 2× формула (23.3) примет вид:

(23.7).

Для примера, на фигуре 23.1 даны размеры фотона линии в сравнении с размерами
атома водорода.

Используя формулу (23.1) и соотношение
между частотой фотона и его длиной волны: =с/, их можно подставить в выражение для
энергии электростатического взаимодействия нейтрино и антинейтрино в фотоне
(ранее было показано, что заряд нейтрино во всех фотонах одинаков и равен
половине элементарного заряда): E=0,25e²/2r. В результате найдем, что общая энергия фотона h ровно в 8 раз
превышает электростатическую энергию взаимодействия нейтрино. Таким образом,
энергия фотона в основном связана с его кинетической энергией, поэтому фотон
невозможно остановить, сохранив его целостность, т.е. он не обладает “массой
покоя”. Для понимания свойств фотонов очень большое значение имеет то обстоятельство,
что фотоны с большой энергией имеют такой малый размер при том же электрическом
заряде составляющих, что нейтрино и антинейтрино физически проявляют себя, как
«твердые» тела. Ясно, что давление света связано с его корпускулярной
сущностью. Объяснение давления света с точки зрения электромагнитной теории не
логично: “Давление света согласно электромагнитной теории. Если на поверхность
тела нормально к ней падает электромагнитная волна, то наличие электрического
вектора Е приводит к смещению заряженных частиц вещества. На движущиеся
заряды со стороны магнитного вектора Н приходящей волны оказывают
воздействие силы Лоренца… Эта сила определяет световое давление на
поверхность тел”. Н.И. Карякин и др., Краткий справочник по физике, “Высшая
школа”, М., 1962, стр. 297. Из этого объяснения видно, что давление света
зависит также и от концентрации электронов в веществе, что противоречит опыту.

“Корпускулярность” нейтрино
увеличивается с увеличением энергии за счет резкого уменьшения его размеров.
При этом электростатическое взаимодействие с окружающей средой становится
относительно сильнее. По мере перехода к фотонам обладающим все меньшей
энергией, а, следовательно, массой составляющих, размер их становится столь
большим, что относительно слабое электрическое, магнитное, гравитационное и
гравидинамическое поле их уже не способны вызвать значительного взаимодействия
с окружающей средой, т.е. нейтрино становится способным свободно проникать в
среду, само становясь все более проницаемым, особенно в длинноволновом
диапазоне фотонов. По этим причинам мы наблюдаем постепенный переход от -квантов больше похожих на
частицы, чем на волну, к длинноволновым фотонам, у которых волновые свойства
выражены ярко, а свойства частиц практически утрачены.

“Волновая теория света, впервые
выдвинутая голландским физиком Христианом Гюйгенсом (1629-1695) в его работе
“Трактат о свете” (написан в 1678 г., опубликован в 1690 г.), рассматривала
свет как упругий импульс, распространяющийся в особой среде — эфире,
заполняющем все пространство и пронизывающем вещество. Таким образом, волновая
теория уподобляла свет, как волны в эфире, звуковым волнам в воздухе. Когда
поляризация света указала на факт поперечности световых волн, то представления
о механическом эфире выявили свою недостаточность (1817 г.). Действительно,
поперечные волны упругости возможны лишь в твердом теле. Однако попытка
наделить эфир свойствами твердого тела не могла быть успешна, так как эфир не
оказывает заметного воздействия на движущиеся в нем тела”. Н.И. Карякин,
Краткий справочник по физике, “Высшая школа”, М., 1962, стр. 253.

Тем не менее, суть тех и других фотонов
остается одной и той же. Фотон, проходя один шаг винтовой линии, делает точно
один оборот вокруг своей оси. При таком движении электрический вектор
движущегося фотона колеблется точно так, как это следует из теории Максвелла
для электромагнитной волны, поэтому многие выводы совпадают с известными в
отношении движения фотонов и их свойств.

“Электромагнитная теория света. В 1865 г.
английский физик Джемс Клерк Максвелл показал, что переменные электромагнитные
поля распространяются в пространстве со скоростью света. Тем самым было
установлено, что свет представляет собой электромагнитную волну.
Электромагнитная волновая теория света позволила объяснить явления
интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии света. Однако эта теория не
смогла объяснить явления фотоэффекта, комптоновского рассеяния и т.д., в
которых выступали корпускулярные черты света. Синтез корпускулярных и волновых
представлений осуществляется в современной квантовой теории света, которая
рассматривает свет как поток частиц (фотонов), распространяющихся по законам
распространения электромагнитных волн”. Н.И. Карякин, Краткий справочник по
физике, “Высшая школа”, М., 1962, стр. 254. Напомню читателю, что квантовая
теория не раскрывает сути корпускулярно-волнового дуализма, применяя
корпускулярные или волновые представления в зависимости от обстоятельств. Кроме
того, заменяя электромагнитную волну потоком фотонов, она фактически отвергает
теорию Максвелла, в которой существование фотонов не предусмотрено.

В мощном неоднородном электростатическом
или магнитном поле будет наблюдаться рассеяние, и даже диссоциация фотонов.
Экспериментально наблюдалось рассеяние фотонов на внешнем электростатическом
поле (Физика микромира, М., 1980, стр.93).

Экспериментальное определение давления
света подтверждает, что фотоны движутся по винтовой линии. Это видно из
следующих рассуждений. Число корпускул (фотонов) падающих на единицу поверхности
в единицу времени обозначим N см^-2×сек^-1. Давление, которое создают эти
корпускулы:

(23.8).

В частности, для фотонов:

(23.9),

где: m – масса
фотона, c – скорость света.

Общая энергия этих фотонов складывается
из кинетической энергии поступательного и тангенциального движения по виткам
винтовой линии:

(23.10).

Подставив (23.10) в (23.9), найдем:

(23.11),

что соответствует экспериментальным данным по давлению
света. Официальная физика не знает, что все свободные тела движутся по винтовой
линии, поэтому формулу (23.10) записывает в виде: . После подстановки в (23.9) давление света
получается в два раза больше экспериментально найденного. Чтобы выкрутиться из
этого затруднительного положения привлекают формулы теории относительности
(см., например, Техническая энциклопедия, т.20, стр. 288, М., 1933). По теории
относительности общая энергия частиц:

(23.12),

а количество движения их:

(23.13).

Подставив (23.12) в (23.13) получим
(23.11) при V c.
Но при этом условии E и P
, т.е. давление света
составляет бесконечно большую величину. Таким образом, официальная физика
избавляясь от одного абсурда попадает в еще больший абсурд.

Теперь мы перейдем к конкретным аспектам движения фотонов, обращая
внимание на принципиальные различия от известных представлений.

23.1. Рождение и смерть
фотона

Самый распространенный путь рождения и
смерти фотонов — это излучение и поглощение их атомами. Эти процессы
сопровождаются также интенсивным разменом энергии одного фотона на множество
(поглотив один фотон, атом может излучить неограниченное число фотонов с
меньшей энергией). В разделе, посвященном «элементарным» частицам и,
в частности, фотону, мы выяснили, что фотон способен полностью передать свою
энергию, исчезая при этом, а также распадаться на составляющие его нейтрино и
антинейтрино, покидающие место события. В последнем случае баланс энергии при
поглощении и излучении фотонов не может быть полным и отличается на энергию
образования нейтрино и антинейтрино. При этом в спектрах излучения линии должны
быть смещены в длинноволновую область в сравнении со спектрами поглощения. Это
смещение для коротковолновых фотонов должно быть относительно больше. Вместе с
тем, абсолютная величина смещения ничтожна, т.к. свободные нейтрино практически
не имеют массы. “В 1905 г. А. Эйнштейн объяснил закономерности фотоэффекта,
показав, что фотоэффект вызывается поглощением электронами вещества фотонов с
энергией: =h“. Н.И. Карякин и др.,
Краткий справочник по физике, “Высшая школа”, М., 1962, стр. 296.

Если учесть и некоторые другие источники
свободных нейтрино, то можно сделать вывод, что наш мир должен быть буквально
нашпигован свободными нейтрино в самом широком диапазоне их энергий (и
размеров). Поскольку проникающая способность нейтрино очень велика так же, как
и скорость их движения (близкая к предельной), то нейтрино является идеальным
средством обмена информацией при условии, что мы научимся фиксировать
прохождение нейтрино через детектор. Вполне возможно, что живые существа
обладают способностью фиксировать потоки нейтрино, т.к. они несут очень важную
информацию, препятствий для прохождения которой не существует (смотри главу
7.1.1.). Обнаружение таких нейтрино имело бы большое значение для понимания
картины мира. Здесь можно сформулировать еще одно интересное предположение. При
падении света на непрозрачный экран вполне возможно, что некоторые фотоны не
исчезают, а распадаются на нейтрино, которые уже беспрепятственно проникают
сквозь любые преграды.

Возникает естественный вопрос о границе, на которой фотоны в виде двух
нейтрино конвертируются в отдельные нейтрино, как описано в главе 11.5.1.

Учитывая нашу эпоху превращения энергии
Большого Взрыва в вещество, с одной стороны, и возможность «старения»
фотонов за счет эффекта Комптона, с другой, представляется естественным
накопление фотонов на этой границе.

“Эффектом Комптона или комптоновским
рассеянием излучения называется явление изменения направления весьма
коротковолнового излучения при его распространении в веществе, сопровождающееся
появлением в составе рассеянного излучения более длинных волн. Это последнее
обстоятельство в принципе отличает явление Комптона от классического
(релеевского) рассеяния света в веществе. Явление было изучено в 1922 — 1923
гг. Артуром Комптоном и объяснено на основе корпускулярных представлений о
природе света как упругое столкновение -фотона со свободным или слабо связанным
электроном в рассеивающем веществе, в результате чего -фотон меняет направление
распространения и отдает часть энергии электрону, который проявляется как
“электрон отдачи”. К эффекту применимы законы сохранения энергии и количества
движения, т.е. рассеяние, по образному сравнению Комптона, происходит наподобие
игры на биллиарде фотонами и электронами… Явление Комптона принадлежит к
процессам, не находящим объяснения с точки зрения волновой теории света, и
свидетельствует в пользу корпускулярных (фотонных) представлений”. Н.И. Карякин
и др., Краткий справочник по физике, “Высшая школа”, М., 1962, стр. 298 —
299. Обратите внимание на то, что эффект Комптона противоречит соотношению
неопределенностей Гейзенберга.

Теперь мы можем догадаться, что так
называемое «реликтовое излучение космоса», соответствующее максимуму
излучения абсолютно черного тела при 2,7⁰К, в самом
деле, является той границей, когда фотон прекращает свое существование как
«частица» и конвертируется в магнитогравидинамическую волну. Не будем
забывать, что даже коротковолновые фотоны тоже представляют собой
магнитогравидинамическое поле, т.к. вещественной формы материи не существует,
поэтому конвертирование нейтрино — это выбор между двумя устойчивыми
геометрическими формами поля, который определяется величиной массы и
электрического заряда.

Подставив в закон Вина (Т=2,7⁰К):

(23.1.1),

где: С_В— постоянная Вина (0,2896 см × град Т — абсолютная температура,
— длина волны
фотона, найдем =0,107
см, что соответствует энергии фотона 1,159×10^-3
эв, а на электронное нейтрино придется масса, эквивалентная 0,58×10^-3 эв. Эту массу условно
можно считать массой «покоя» нейтрино в фотоне с минимальной
энергией. Таким образом, при длине «электромагнитных» волн меньше 1 мм, они
превращаются в фотоны и наоборот.

С этой точки зрения, интересно рассмотреть зависимости спектральной
плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от температуры,
полученные Релеем-Джинсом:

        (23.1.2)

и Планком:

(23.1.3),

где: С — скорость света, k — постоянная Больцмана, n — частота излучения, h —
постоянная Планка.

Очевидно, что закон излучения Релея при уменьшении 1/ все более
«обгоняет» закон Планка (так называемая, “ультрафиолетовая
катастрофа”). Формула Планка совпадает с законом Релея-Джинса при h<< kT.
Значение kT для рассматриваемого случая 3,7273×10^-16 эрг, а значение h равно 18,5629×10^-16 эрг. Поэтому закон
Планка будет правильно описывать излучение абсолютно черного тела только при:

h 5 kT
(23.1.4).

При этом значении оба закона достаточно различаются, чтобы произвести
экспериментальную проверку. Таким образом, для существования фотона в качестве
частицы необходима наименьшая энергия 5 kT.

По закону равномерного распределения
энергии по степеням свободы (см., например, Б.М. Яворский и А.А. Детлаф,
Справочник по физике, “Наука”, М., 1964, стр. 211), каждая степень свободы дает
вклад в среднюю энергию равный kT/2, поэтому (23.1.4) показывает, что на
образование фотона нужно 10 степеней свободы. Это подтверждает описанное
устройство и движение фотонов по винтовой линии с равной тангенциальной и
поступательной скоростью. При движении по одной координате необходимо сразу 3
степени свободы. По трем координатам необходимо 9, плюс одна степень свободы на
собственное вращение фотона.

Таким образом, формула Планка действует до длин волн 0,1 см. Более
длинные волны не обладают квантовыми свойствами и излучение в этом диапазоне
описывает правильно уравнение Релея-Джинса.

Электрическое и гравитационное поле
обладают нулевой степенью свободы, а не бесконечным числом степеней свободы,
как считает официальная физика.

“Число физических величин, необходимых
для описания всех возможных независимых перемещений системы, называется числом
степеней свободы. Так, свободная точечная частица способна двигаться в трех
независимых направлениях. Соответственно такая частица имеет три степени
свободы. Поле обладает бесконечно большим числом степеней свободы: при эволюции
поля полевая функция может меняться сразу в бесконечном числе точек”. Физика
микромира, “Советская энциклопедия”, М., 1980, стр. 314.

Дело в том, что все параметры полей в любой точке пространства
однозначно определяются только зарядом — источником поля, а величина заряда не
может самостоятельно меняться. С другой стороны, при бесконечно большом числе
степеней свободы для существования поля нужна и бесконечно большая энергия (на
одну степень свободы необходимо 1/2 kT). Вместе с тем, и при абсолютном
нуле температуры электрическое и гравитационное поле не исчезает, что
подтверждает вывод об отсутствии степеней свободы у этих полей.

23.2. Движение фотонов в
среде

Вначале несколько критических замечаний
относительно существующих в настоящее время представлений о распространении
света в среде. Есть представления о том, что фотон поглощается и вновь
излучается веществом. “Дисперсия света в среде объясняется взаимодействием
электромагнитной волны с электронами вещества. Под действием падающей на
вещество волны заряженные частицы приходят в вынужденные колебания (скорость их
теплового хаотического движения в металле составляет несколько километров в
секунду, но они не излучают, хотя и должны, по современным взглядам — В.К.) с
частотой падающей волны .
При этом частицы испускают электромагнитные волны, складывающиеся с первичной
волной, что приводит к изменению фазы и амплитуды результирующей волны в
сравнении с первичной”. Н.И. Карякин и др., Краткий справочник по физике,
“Высшая школа”, М., 1962, стр. 285 — 286. При этом можно говорить о длине
свободного пробега фотона в веществе. Считая, что время переизлучения составляет
10^-8 сек, нетрудно подсчитать, что длина свободного пробега в воде
составит 9 м, а в воздухе 10240 м. Эти цифры начисто отметают гипотезу
переизлучения фотонов, как противоречащую опытным фактам. По этим расчетам
получается, что распространение света в среде должно измениться по сравнению с
распространением света в пустоте только для очень толстых слоев вещества, а мы
разницу фиксируем на сколь угодно тонких слоях. Устоявшееся представление о
распространении света в среде состоит в том, что электромагнитная волна
приводит в вынужденные колебания электроны вещества (их инерция должна быть
всегда нулевой, иначе снова абсурд). Они мгновенно (?) излучают
электромагнитные волны во все стороны, но эти волны, якобы, интерферируют между
собой так, что остается волна только в направлении распространения
первоначальной волны, волны других направлений взаимно гасятся. Мы не будем
здесь обращаться к математике, которая всегда дает желаемый результат, если
имеется возможность допущений, а обратимся к здравому смыслу. Наблюдение
распространения других видов волн (звуковые, волны на воде) не подтверждает
факта распространения волны в виде резко очерченного луча с малым углом
расхождения, как это наблюдается у света. Например, луч света диаметром 1 см
распространяющийся в воде на расстоянии 20 см будет образован, по критикуемым
представлениям, как минимум, 10²³ вторичными источниками,
следовательно, точность гашения интерферирующих лучей в направлении, не
совпадающем с первоначальным должна составлять не более 10^-23
градуса, что представляется совершенно невероятным, учитывая, что любой
световой луч имеет достаточно заметную естественную расходимость, на много
порядков превышающую указанную цифру. А если учесть, что каждый вторичный
источник излучения имеет большую собственную скорость движения, в среднем, в
самых различных направлениях, то это приведет к полному «расплыванию»
луча по частотам (и направлениям), что прямо противоречит опыту. Кроме того,
разночастотные волны вообще не могут интерферировать с полным погашением. Таких
несоответствий устоявшихся представлений о распространении света в среде с
экспериментальными фактами можно еще много привести, поэтому в литературе,
посвященной этим вопросам, они попросту замалчиваются. Вообще, как ни крути,
фактически, современная физика не знает причин распространения света в среде,
поскольку этот факт однозначно утверждает не волновую, а корпускулярную природу
света в виде частиц, движущихся по винтовой траектории, которая определяет их
“волновые” свойства.

“Экспериментальное обоснование фотонной
теории света. Опыт Боте. Выбор между волновой и корпускулярной теориями может
быть выполнен в зависимости от ответа на вопрос, как распределена энергия
света. Согласно волновым представлениям, она рассредоточена по всей волновой
поверхности (на этом настаивает и квантовая теория — В.К.), согласно фотонным,
— она локализована в фотонах. В опыте В. Боте тонкая железная или медная фольга
подвешивалась между двумя гейгеровскими счетчиками. Облучение фольги жесткими
рентгеновыми лучами вызывало характеристическое излучение флуоресценции фольги.
В случае если бы энергия этого излучения распространялась посредством
сферических волн, следовало ожидать совпадения работы счетчиков. Опыт показал,
что счетчики реагируют совершенно независимо один от другого, т.е. излучение
состоит из направленно распространяющихся фотонов, попадающих в опыте либо в
один, либо в другой счетчик”. Н.И. Карякин и др., Краткий справочник по физике,
“Высшая школа”, М., 1962, стр. 299. После этого опыта, я бы не рассуждал больше
о волновых свойствах микрочастиц и не вспоминал волновую квантовую механику.

Теперь мы накопили достаточно информации
о фотонах, чтобы представить себе ясную картину их движения в любой среде.

В изотропной среде
движущийся фотон создает волну поляризации, в которой участвуют в основном
электроны атомов и которая движется вслед за фотоном (из-за инерционности
электронов) и представляет собой как бы двухзаходную резьбу с поляризацией
противоположных знаков заряда (зеркальных зарядам нейтрино и антинейтрино), как
изображено на фигуре 23.2.1 (вслед фотону).

При этом электроны ничего не излучают как при отклонении от
равновесного положения, так и при возвращении в него после пролета фотона. При
идеально обратимой поляризации (электроны в глубокой потенциальной яме) потерь
энергии фотона не происходит, но если электроны слабо связаны и поляризация
необратима, то фотон быстро теряет энергию и поглощается (например, металлы).
Поэтому наиболее оптически прозрачными будут вещества с наиболее прочной связью
электронов с ядром. Эти же принципы справедливы и при прохождении специфических
сред, в которых “целых” атомов может и не быть. Отстающая волна поляризации
пропорционально тормозит движение фотона, как в поступательном направлении, так
и в окружном, по виткам винтовой линии и, таким образом, определяет скорость
движения фотонов в данной среде.

Естественно, что частота фотона при этом
остается той же. Поступательная скорость фотона будет обратно пропорциональна
концентрации электронов, способных к поляризации (чем и определяется
коэффициент преломления среды). Понятно, что фотоны с большой энергией
(частотой) в большей степени поляризуют среду, соответственно, их скорость
будет меньше, чем у низкоэнергетичных фотонов. Естественно полагать, что электрический
заряд у нейтрино (равный е/2) сосредоточен на его поверхности. Учитывая
взаимопроницаемость частиц и сравнительно большие размеры нейтрино (см. фиг.
23.1), частицы, которые в данный момент находятся “внутри” нейтрино, никак с
ним не взаимодействуют, а сила взаимодействия расположенных снаружи обратно
пропорциональна квадрату радиуса нейтрино. Поэтому с уменьшением его размера
(увеличением энергии) взаимодействие с веществом резко возрастает. Поскольку в
любой среде найдется свободный электрон на каждом из которых фотон
«стареет», т.е. становится более длинноволновым из-за необратимой
поляризации, то при достаточно длинном пути должно происходить
непропорциональное смещение всех частот светового луча в длинноволновую область
(в отличие от эффекта Хаббла) — “покраснение” далеких звезд. Это мы и наблюдаем
в космосе, памятуя о том, что космос не так пуст, как может показаться.

В анизотропных средах наблюдаемые эффекты очень разнообразны, поэтому
нет смысла обсуждать все это разнообразие здесь, а сосредоточимся на основных
явлениях. При градиенте плотности вещества (земная атмосфера, например) часть
винтовой траектории фотона придется на область с меньшей концентрацией
электронов, а противоположная будет расположена в области с большей
поляризуемостью. В последнем случае скорость движения фотона меньше, поэтому
фотон вынужден отклоняться в область большей концентрации электронов в среде
(дифракция света).

Здесь следует подчеркнуть,
что новая физика не признает существования электромагнитного излучения и электромагнитного
поля заменяя их движением фотонов (корпускул). Интенсивность света связана не с
амплитудой световой волны, а с плотностью потока фотонов.

23.3. Преломление света

Этот эффект изображен на
фигуре 23.3.1. Механизм его тот же, что и рассмотренный при прохождении света
через земную атмосферу (рефракция). Фаза преломленной волны всегда совпадает с
фазой падающей, однако при преломлении и отражении фотонов наблюдается эффект
когерентности фотонов, о чем подробнее будет сказано при обсуждении отражения
света. Излишне напоминать о том, что когда мы говорим о «волне»,
имеется в виду всегда винтовое движение частицы, а не истинно волновой процесс.
Картина фигуры 23.3.1 не изменится, если фотон при своем движении многократно
будет переходить из среды 2 в 1 и обратно (при больших углах падения).

23.4. Дифракция света

Происходит по тому же механизму односторонней поляризации
среды, при этом, естественно, что чем ближе фотон пролетает к поляризующей
поверхности, тем большее отклонение от прямолинейного распространения он
испытывает. При дифракции происходит как частотная, так и фазовая сепарация
фотонов в пространстве.

В виде навстречу движению
фотонов дифракция изображена на фигуре 23.4.1. Поперечное сечение винтовой
траектории фотона, согласованное с размером дифракционной картины, показано
внутри белого квадрата. При дифракции на круглом отверстии (фиг. 23.4.1.A)
самого отверстия мы не увидим (показано белой окружностью), а вместо него
увидим светлое дифракционное кольцо, ширина которого равна диаметру отверстия.
Распределение интенсивности света поперек кольца показано графиком. При
дифракции на непрозрачном круге (фиг. 23.4.1.B) круг мы тоже не увидим, а
вместо него увидим темное дифракционное кольцо.

Такова картина дифракции
некогерентных частиц, фаза которых на винтовой траектории имеет случайное
значение. Реальная картина будет значительно сложнее, чем показано на фигуре
23.4.1, что будет ясно из дальнейшего.

Напомню читателю, что
решение дифракционных задач на основе волнового уравнения для электромагнитной
волны является исключительно трудным. От себя добавлю, что теория Максвелла не
использует представление о фотонах, поэтому если даже решение будет получено,
то оно заведомо неверно. Поэтому для дифракционных задач используют
приближенные методы решения: принцип Гюйгенса-Френеля, дифракцию Френеля для
сферических волн и дифракцию Фраунгофера для плоских волн.

Мы рассмотрим механизм
дифракции на основе квантовой корпускулярной механики, составляющей основу
новой физики. Подробности механизма дифракции удобно рассмотреть на примере дифракции
на краю экрана. Тогда станут понятны все случаи дифракции на других объектах.
На фигуре 23.4.2 показаны траектории (3) фотонов вблизи края экрана (1).
Физической причиной дифракции является притяжение микрочастицы или макротела к
тому телу, вблизи которого оно пролетает. Причины притяжения могут быть разные,
но для микрочастиц основной причиной является взаимная поляризация партнеров. В
непосредственной близости от края пройдут только такие фотоны, у которых сам
фотон расположен на винтовой траектории так, чтобы не задеть край экрана. Это
условно показано позицией (2). Рядом изображен белый треугольник, острие
которого направлено к положению фотона на витке винтовой траектории в точке
преломления траектории. Условно будем считать, что угол фазового вектора таких
фотонов равен нулю. Понятно, что это направление все время меняется, поэтому
все белые треугольники показывают не направление на положение фотона в данном
месте, а фазу фотона в точке преломления траектории, очевидно, что она будет
повторяться на расстоянии волны де Бройля. Таким образом, белые треугольники
одного направления показывают траектории фотонов с одинаковой фазой движения,
т.е. когерентные фотоны. При этом фотоны притягиваются друг к другу во время
движения. Фотоны с разной фазой движения отталкиваются друг от друга.
Темно-серым цветом изображено пространство, в котором двигаются преимущественно
сепарированные по углу фазового вектора фотоны. Светло-серым цветом показано
пространство, в котором двигаются не сепарированные по углу фазового вектора
фотоны, у которых этот угол имеет случайное значение от 0 до .

Цифрой (4) на фигуре 23.4.2
показан график распределения интенсивности освещения экрана (6) на который
попадают фотоны в той же фазе, которой они обладали на линии преломления
траектории, если на этом промежутке укладывается целое число волн де Бройля
(шагов винтовой траектории). На кривой (4) наблюдается слабая светлая полоска
(5), обусловленная попаданием когерентных фотонов с фазовым углом около нуля,
пролетавших в непосредственной близости от кромки экрана и поэтому испытавших
наибольшее преломление. Далее идет широкая яркая полоса когерентных фотонов с
фазовым углом около ,
двигающихся в противофазе с первой полосой. Между первой слабой полосой и яркой
второй полосой имеется небольшой промежуток, в котором фотоны практически
отсутствуют. Достаточная ширина яркой полосы еще обусловлена тем, что фотоны с
фазовым углом < /2
не отталкиваются от фотонов с фазовым углом ~, а за счет увеличенного расстояния
от кромки экрана преломляются в меньшей степени и располагаются в правой части
яркой полосы. Далее идет темная полоса с меньшей концентрацией фотонов, затем
вновь светлая полоса и т.д. Постепенно расстояние до кромки экрана
увеличивается, преломление траекторий фотонов уменьшается и вместе с ним
уменьшается сепарация фотонов по фазовому углу. Наконец, расстояние от кромки
становится таким, что влияние кромки на движение фотонов прекращается и
сепарация фотонов исчезает, они двигаются, имея случайное направление фазового
угла, т.е. фотоны становятся вновь не когерентны, каковыми были до экрана.

Таким образом, становится
ясной причина, по которой на основе принципа Гюйгенса дифракция Френеля и
дифракция Фраунгофера с использованием метода зон, на которые разбивается
волновая поверхность, дают результаты не сильно отличающиеся от эксперимента.
Оказывается, что зоны возникают при взаимодействии сепарированных в
пространстве когерентных фотонов, двигающихся синфазно или противофазно после
дифракции, а не до нее. При этом исчезают неудобные вопросы, на которые принцип
Гюйгенса не дает ответа. Интерференция при дифракции отсутствует, т.к. фотоны
двигаются почти параллельным курсом, а в официальном представлении
возникновение максимумов и минимумов обусловлено только за счет интерференции
фотонов, двигающихся в соответствии с принципом Гюйгенса, по которому любая
точка фронта волны является источником вторичных волн. Еще одно принципиальное
отличие состоит в том, что при наложении любых настоящих волн, если они
колеблются в противофазе, колебания исчезают, но при движении микрочастиц по
винтовым линиям в противофазе эти частицы исчезнуть не могут, они отталкиваются
друг от друга и занимают разное пространственное положение. Общая энергия и
количество всех фотонов до дифракции или интерференции всегда равна общей
энергии и количеству всех фотонов после дифракции или интерференции. В противном
случае мы вступим в противоречие с законом сохранения энергии.

В случае многократной
дифракции спектр когерентных фотонов можно значительно растянуть в целом или
любой интересующий участок на кромках экранов, расположенных встречно на
некотором расстоянии друг от друга.

23.5. Поляризация света

До этого момента мы рассматривали траекторию фотона в виде правильной
винтовой линии, которая в виде вдоль оси представляет собой окружность (фиг.
23.5.1а).

Однако во многих случаях, например, при движении в анизотропной среде,
у которой показатель преломления n₁ в направлении касательной
в точке 1 (фиг. 23.5.1б) меньше показателя преломления n₂ в
направлении касательной в точке 2, окружность превращается в эллипс. При этом
по закону сохранения момента количества движения в точке 1 фотон движется по
большому радиусу, поэтому его масса уменьшается, а в точке 2 фотон движется с
меньшим радиусом, поэтому его масса увеличивается так, что произведение . В результате, в точке
1 гравидинамическая сила, действующая на фотон в направлении оси
траектории О значительно меньше, чем в точке 2. Поэтому движение
соответствующее фигуре 23.5.1б будет устойчивым, т.к. оно автоматически
самоподдерживается за счет колебательного процесса перехода массы фотона в
кинетическую энергию и обратно.

Устойчивое движение фотона в
соответствии с фигурой 23.5.1б не означает, что эллиптическое сечение
траектории не может поворачиваться в ту или иную сторону, при движении фотона в
среде. Например, если внешнее магнитное поле будет направлено вдоль оси
траектории фотона (фигура 23.5.2), то в точках 1 и 2 положение нейтрино будет
противоположным, следовательно, будет противоположной и сила, действующая на
движущиеся в магнитном поле заряды нейтрино.

Это
приведет к поворачиванию эллипса (плоскости поляризации света) в ту или иную
сторону в зависимости от направления поля и от того, левовращающийся или
правовращающийся фотон движется (в случае фигуры 23.5.2 — по часовой стрелке).
Это эффект вращения плоскости поляризации в оптически активных веществах,
широко используемый на практике. При изменении направления движения фотона,
например, при отражении и преломлении луча света, действует совершенно иной
механизм поляризации заключающийся в том, что фотон стремится сохранить ось
вращения в пространстве, которая параллельна оси винтовой траектории. Поэтому
при изменении направления движения, ось вращения фотона начинает прецессировать
вокруг нового направления. При этом в те моменты времени, когда
гравидинамическая сила направлена к оси траектории, перпендикулярно к ней,
фотон движется по минимальному радиусу кривизны. Если за время прохождения
фотоном одной длины волны, ось вращения фотона в результате прецессии совершает
один оборот, то мы увидим траекторию, изображенную на фигуре 23.5.1б. Если
совпадения не будет, то эллипс, в целом, будет вращаться в ту или иную сторону
или даже будут образовываться многолепестковые, симметричные относительно оси
траектории, фигуры. Таким образом, прецессионный механизм поляризации дает большее
разнообразие эффектов, чем поляризация в анизотропной среде.

Теперь мы можем отметить
один из принципиальных недостатков электромагнитной теории света. По этой
теории, отдельно взятый «фотон» всегда поляризован, т.к. векторы
напряженности электрического и магнитного поля колеблются взаимно
перпендикулярно в одних и тех же плоскостях (кстати, общий магнитный вектор у
«нашего» фотона не колеблется и направлен против движения, хотя и
перпендикулярен электрическому вектору, как у Максвелла). Неполяризованный свет
представляется по этой теории пучком «фотонов» с различным
направлением плоскости поляризации. Опыт показывает, что при прохождении
неполяризованного света через поляризатор, его интенсивность остается почти
прежней, что подтверждает изложенные выше представления. Однако по
электромагнитной теории следует, что после прохождения поляризатора,
интенсивность света должна уменьшиться в десятки раз, т.к. поляризатор
пропускает фотоны, поляризованные только в одной плоскости, а остальные
задерживает, а не разворачивает их плоскость поляризации.

23.6. Когерентность света,
интерференция

Фотоны будем называть
когерентными, если разность фаз их при движении по винтовой линии остается
постоянной. Наиболее когерентное излучение в оптическом диапазоне мы наблюдаем
при работе лазеров, когда излучаемый возбужденным атомом фотон индуцирует
излучение от других возбужденных атомов. Обыкновенные источники света излучают
серии когерентных фотонов точно по такому же принципу, но не в целом по всему
объему источника, а микроучастками, каждый из которых практически независимо от
других накапливает возбужденное состояние. Затем излучается избыточная энергия
в виде индуцированного испускания серии когерентных фотонов, правда сильной
помехой при этом является то, что фотоны испускаются разных частот. Здесь нужно
отметить, что фотоны когерируются также в процессе преломления и отражения
света и дифракции.

Фотоны не только активно взаимодействуют со средой, но и между собой.
Рассмотрим два фотона, движущихся по винтовой траектории в одной фазе (фигура
23.6.1a) и в противоположных фазах (фигура
23.6.1b). Мы видим, что при взаимодействии
магнитных полей «токов» и два фотона в состоянии «a» должны притягиваться (этому способствует и электростатическое
взаимодействие), а в состоянии «b» —
отталкиваться, т.е. фотоны в одной фазе стремятся друг к другу, а фотоны в
противоположных фазах избегают друг друга. Следовательно, ближайшие друг к
другу фотоны в пучке когерентны за счет взаимодействия друг с другом.
Одновременно, мы получаем условие максимума интерференционной картины в случае фиг.
23.6.1a: =N и
минимума в случае 23.6.1b: =(N+1/2)
.

На фигуре 23.6.2 изображена картина интерференции когерентных фотонов,
излучаемых двумя источниками, помеченных черными точками. Гребни винтовой
траектории фотонов показаны концентрическими окружностями, поэтому расстояние
между двумя соседними окружностями равно длине волны фотона. Там где окружности
пересекаются фотоны движутся в одной фазе и притягиваются (пунктирные прямые
линии), а где окружность одного источника попадает в промежуток между
окружностями другого источника, фотоны движутся в противоположных фазах и
отталкиваются. Поскольку условия движения в одной фазе и в противоположных
фазах сохраняются на протяжении всего пути прямолинейного движения, даже слабое
взаимодействие фотонов между собой приводит к ощутимой сепарации их в
пространстве, поэтому на экране образуется интерференционная картина из светлых
и темных полос. По закону сохранения энергии, интерференция фотонов в
противоположной фазе не может приводить к полному «гашению электромагнитной
волны». Сколько фотонов было выпущено источником, столько же попадает на экран.
По пути ни один фотон не пропадает.

При вращении источников относительно друг друга, полосы вращаются в том
же направлении.

Количество темных полос на экране N зависит от расстояния между
источниками, выраженное в длинах волн:

(23.6.1),

где n=1,2,3…

Если шаг винтовой траектории фотонов у источников разный, то линии
синфазного движения фотонов искривляются в сторону источника, испускающего
более короткие волны, как показано на фигуре 23.6.3. Учитывая, что в целом
траектория фотонов прямолинейна, то интерференция в этом случае пропадает.

Вышеприведенные рассуждения относятся ко всем телам и любым частицам,
т.к. все они имеют винтовую траекторию. Однако, условие однофазного движения
приведет к максимуму или к минимуму интерференционной картины будет зависеть от
того преобладает ли во взаимодействии частиц притяжение или отталкивание при
однофазном движении. У фотонов при этом условии преобладает притяжение, как
показано на фигуре 23.6.1. У электронов исход конкуренции между магнитным и
электростатическим взаимодействием зависит от скорости движения электрона и при
большой скорости притяжение электрических зарядов, движущихся в одну сторону, В
значительной мере может компенсировать электростатическое отталкивание.

У макротел действует гравитационное притяжение. Если учитывать
гравидинамическое взаимодействие, которое проявляется при больших скоростях
движения, то параллельно движущиеся частицы в одной фазе должны отталкиваться,
а встречно движущиеся в противоположных фазах – притягиваться. Поэтому картина
интерференции для разных объектов и разных условий может быть прямо
противоположной. Этот факт отличает новую физику от официальной, в которой
интерференционная картина не зависит от взаимодействия частиц, а сами частицы
считаются не взаимодействующими.

Официальная физика считает, что при интерференции света принцип
суперпозиции полей нарушается. Это ошибочное мнение является следствием
ошибочного утверждения, что электростатическое поле является частным случаем
электромагнитного поля. Под электромагнитным полем мы подразумеваем вовсе не
поле, а частицы (фотоны), состоящие из разноименно заряженных нейтрино и
антинейтрино. К ним относятся фотоны -излучения, рентгеновские, оптические и
радиоволны (которые лучше бы называть «электрические волны» имея в виду главу
11.5.1).

. Последние имеют измененное строение в отличие от коротковолновых
фотонов и другое движение из-за отсутствия гравидинамического взаимодействия
между нейтрино и антинейтрино. С увеличением энергии фотонов их корпускулярные
свойства проявляются сильнее, увеличивается и взаимодействие фотонов, которое
нарушает все в большей степени принцип суперпозиции, собирая частицы в одном
месте больше чем в другом. Поэтому принцип суперпозиции к фотонам и другим
частицам не применим. Поля (электростатическое, магнитное, гравитационное и
гравидинамическое) не обладают массой и энергией и не взаимодействуют друг с
другом, поэтому для них принцип суперпозиции применим в полной мере.

Комментарии автора к главе 23.6:

1. Двухщелевой опыт Юнга.

Данная монография призвана не умножать проблемы физики, а сокращать
их количество. Поэтому одну новую проблему (гравидинамическое взаимодействие)
новая физика компенсирует устранением множества других фундаментальных проблем,
которые являются питательной средой для бесчисленных спекуляций, как для
альтернативщиков, так и для ортодоксов. Представление о движении фотонов,
электронов и других микрочастиц по винтовой траектории легко объясняет
двухщелевой опыт Юнга и снимает эту проблему с повестки дня. Даже если мы будем
направлять на щели фотоны или электроны поодиночке, то попадание частицы в ту
или иную щель будет зависеть от фазы движения частицы на винтовой траектории.
Начальную фазу мы, пока, не можем задавать произвольно и она имеет случайное
значение. Если частица у щели имеет фазу 90⁰, то попадает в (левую)
щель по направлению движения. А если фаза 180⁰ (противоположная
сторона винтовой траектории), то попадет в (правую) щель. Естественно, что при
расстоянии между щелями больше диаметра винтовой траектории, эффект Юнга
наблюдаться не будет, (если не учитывать дифракцию), поэтому щели должны быть
достаточно близки друг к другу, если эксперимент производят не с пучками, а с
отдельными частицами. Напомню, что «длина волны» частицы равна длине окружности
поперечного сечения винтовой траектории ее.

2. Двухщелевой опыт «на пальцах».

Посмотрите на свою тень в солнечный день. Тень не резкая и по краям
видна каемка полутени из-за того, что солнечный диск имеет некоторые размеры и
не перекрывается полностью в этой области. Теперь поднесите палец близко к
глазу и поводите им на ярком фоне. Вы и здесь заметите «полутень» из-за того,
что зрачок глаза имеет некоторые размеры. Возникает вопрос: причиной этой
«полутени» является конечный размер зрачка или дифракция света, проходящего
вблизи поверхности пальца? Чтобы ответить на этот вопрос расставьте пальцы от
глаза и на 20 см друг от друга и постепенно сближайте их проекции. Вы увидите,
как дальний палец «деформируется» в направлении к ближнему и пытается слиться с
ним, что подтверждает, что Вы наблюдаете дифракцию света, поскольку величина
Вашего зрачка остается неизменной. Сейчас сделаем решающий эксперимент. Отклоните
руку от глаза на 20 см и постепенно сближайте большой и указательный палец.
Когда они почти коснутся друг друга, Вы увидите в щели между ними типичную
картину интерференции, состоящую из темных и светлых полосок. Очевидно, что в
этом случае мы наблюдаем картину наложения двух дифракционных картин от двух
встречно расположенных «краев экранов» (фигура 23.4.2 в главе «Дифракция
света»). При этом незаметная картина дифракции вблизи одного пальца значительно
усиливается и показывает картину интерференции.

Теперь мы можем посмотреть на опыт Юнга другими глазами. Поставим
две щели и экран из сернистого цинка за ними. Будем облучать щели электронами и
изменяя расстояние между щелями и между щелями и экраном добъемся наиболее
четкой картины интерференции на экране. Закроем одну щель – интерференция
исчезла. Закроем другую щель, а первую откроем – интерференции нет. Вместо
экрана из сернистого цинка поставим фотопластинку, она запомнит, как с ней
издевались. Снова откроем одну щель, пропустим порцию электронов, закроем ее,
откроем другую щель и тоже пропустим порцию электронов. После проявления
фотопластинки увидим чудо — четкую картину интерференции. Неугомонный теоретик
тут же даст красивое наукообразное «объяснение» увиденному: «Ничего нового мы
тут не обнаружили. Электроны двигаются по всем возможным траекториям в
соответствии с фейнмановскими диаграммами. Электроны знают о существовании
другой щели. Каждый электрон проходит сразу через две щели и в этот момент
вселенная раздваивается. Через открытую щель электрон проходит свободно, а
через закрытую – посредством туннельного эффекта». Подобное объяснение –
признак серьезной патологии, требующей длительного стационарного лечения.

Применяя разные монохроматические частицы с разной энергией на
описанной установке можно с высокой точностью измерять дифракцию и исследовать
взаимодействие частиц с поверхностью различных материалов.

23.7. Дисперсия света

С увеличением энергии фотона увеличивается масса нейтрино его
составляющих. При этом поляризация среды возрастает, соответственно, скорость
движения фотонов падает, т.е. с увеличением частоты света увеличивается
показатель преломления среды. Как известно, аномальная дисперсия (уменьшение
показателя преломления среды с увеличением частоты света) наблюдается только
вблизи полос поглощения. При этом поляризация среды резко облегчается, т.к.
инерционность резонансных, по отношению к фотону, электронов равна нулю.
Учитывая, что четыре вида поля распространяются в среде значительно быстрее
скорости света, как будет показано позднее, электрическая поляризация
становится симметричной, как впереди, так и сзади нейтрино и перестает
тормозить фотон, как в направлении поступательного движения так и в
тангенциальном направлении по виткам винтовой траектории. Показатель
преломления среды падает и достигает единицы. Далее, с увеличением энергии
фотонов, происходит самое интересное в аномальной дисперсии. Как бы быстро не
распространялось электрическое поле в веществе, все-таки, скорость его
распространения в веществе может быть конечна, т.к. при воздействии на любую
среду в ней возникают процессы, препятствующие этому воздействию.

Поэтому впереди нейтрино плотность
электрического поля всегда несколько больше, чем сзади. Следовательно, в
пределах полосы поглощения вещества, пока инерционность резонансных электронов
равна нулю, с увеличением массы нейтрино (энергии фотона), поляризация среды
впереди фотона оказывается больше, чем сзади и она разгоняет фотон до
скоростей, превышающих скорость света в вакууме. Естественно, что общая энергия
фотона остается постоянной и увеличение тангенциальной и поступательной
скорости по траектории происходит за счет уменьшения массы фотона, уменьшается
при этом и поляризация, что препятствует неограниченному возрастанию скорости
фотона. Показатель преломления среды становится меньше единицы. Вне пределов
полосы поглощения вещества дисперсия света снова становится нормальной, т.к.
электроны вновь начинают проявлять свою инерционность. Таким образом,
аномальная дисперсия является одним из инструментов изучения скорости
распространения полевой формы материи в пространстве.

В начале главы 23 показано, что радиус
фотона примерно в 1000 раз меньше его длины волны. Длина волны рентгеновских
фотонов примерно равна радиусу атома водорода (0,5×10^-8 см), поэтому радиус этих фотонов всего
в 18 раз превышает классический радиус электрона. Атом для таких фотонов
представляет собой практически пустое пространство (в отличие от фотонов
оптического диапазона). В результате фотон способен двигаться вблизи атомных
электронов, находящихся в основном состоянии, и искажать электронные орбиты,
что проявляется в поляризации среды. Отличие рентгеновского излучения от
видимого света состоит в том, что показатель преломления видимого света
становится меньше единицы только вблизи полос поглощения, когда атомные
электроны практически не обладают инерцией и поляризация впереди фотона
оказывается немного больше чем сзади. Показатель преломления рентгеновских
лучей всегда чуть меньше единицы, т.е. для них вакуум оказывается более плотной
средой, чем вещество. Этот факт находит простое объяснение в новой физике.
Поскольку рентгеновский фотон способен пройти мимо электрона, находящегося в
основном состоянии, то ему можно затратить незначительную энергию, чтобы
вывести электрон из этого состояния, т.к. по представлениям новой физики
энергетические уровни сгущаются вблизи основного состояния. Факт поляризации (и
даже ионизации) среды нейтральными фотонами подтверждает строение фотона из
противоположно заряженных нейтрино и антинейтрино.

Очевидно, что в пустоте дисперсия будет
отсутствовать, хотя по представлениям официальной физики она должна наблюдаться
и в вакууме. “В предположении, что фазовые скорости световых волн для различных
длин волн в вакууме различны, следовало ожидать изменения окраски одной из
звезд в системе двойной звезды при ее затмении. Когда источник света (звезда)
заслоняется другой звездной пары, цвет ее для земного наблюдателя должен был
меняться от обычного к синему, так как при наличии нормальной дисперсии волны
фиолетовой (коротковолновой) части спектра должны были бы значительно отстать
от волн красной части спектра на громадном пути от звезды до Земли. Наблюдения
Араго над затменно-переменной звездой Алголь в созвездии Персея показали
отсутствие такого эффекта. Следовательно, дисперсия электромагнитных волн в
вакууме отсутствует”. Н.И. Карякин и др., Краткий справочник по физике, “Высшая
школа”, М., 1962, стр. 285. Это наблюдение подтверждает также, что
представление ортодоксальной физики о “кипящем виртуальными частицами” вакууме
ошибочно.

23.8. Отражение света

Хотя с корпускулярной точки зрения отражение света кажется очень
похожим на отражение мячиков от стенки, тем не менее, этот вопрос не так прост,
как он в свое время представлялся Ньютону и требует более подробного обсуждения.
Для удовлетворения закона сохранения импульса совершенно очевидно, что угол
отражения фотона должен быть равен углу падения вне зависимости от того,
движется ли он прямолинейно или по винтовой линии и имеет форму шара или
какую-нибудь другую. Фотоны видимого света (см. формулу 23.1), примерно, в 10
раз крупнее атомов. С одной стороны, это говорит о том, что атомная плоскость
для фотонов представляет довольно гладкую поверхность, а, с другой стороны,
указывает на то, что атомы вещества и нейтрино фотонов видимого света
взаимопроницаемы из-за малого электрического заряда нейтрино и его большого
радиуса. Вместе с тем, этот заряд достаточен для того, чтобы проявлялось
электростатическое взаимодействие фотонов как друг с другом, так и с веществом.
На фигуре 23.8.1 показаны различные положения фотона на его винтовой
траектории, если смотреть вдоль оси траектории, а также форма траектории
поляризованных S и P волн.

Судьба падающего на границу раздела фаз фотона, помимо относительного
показателя преломления, в большой степени зависит от фазы фотона, что хорошо
видно из фигуры 23.8.1. Если фотон падает на границу раздела среды 1 и 2,
будучи в первой четверти траектории (для этого он должен двигаться из среды 2 в
среду 1), то велика вероятность обратного отражения в среду 2. Если фотон будет
находиться во второй четверти траектории (движется из среды 1 в среду 2), то,
скорее всего, произойдет преломление в среду 2. Если фотон при попадании на
границу раздела фаз находится в третьей четверти траектории, то произойдет
отражение в среду 1 (при этом фотон двигается из среды 1 в среду 2).
Разделение светового луча на отраженный и преломленный на границе раздела фаз
служит убедительным доказательством того, что “скрытые параметры” световой луч
несет в себе самом. Если фотоны посылать на границу раздела фаз строго в одной
фазе движения, то детерминизм проявит себя в том, что мы будем наблюдать только
отраженный или только преломленный луч, а не их раздвоение. При этом отражение
или преломление будет зависеть от расстояния до отражающей поверхности.

Здесь необходимо привести цитату из книги современного английского
физика Г. Липсона «Великие эксперименты в физике», М., 1972, стр. 73: «Однако
существует еще более простое явление, которое гипотеза Ньютона (о копускулярности
света – В.К.) не может объяснить – одновременное отражение и преломление света
поверхностью стекла. Ньютон выдвинул весьма туманную идею о легком отражении и
легком преломлении: он предположил, что луч, состоящий из набора корпускул,
может в определенное время быть в состоянии, когда он легко отражается, а затем
– в состоянии, когда он легко преломляется, и т.д. С помощью явлений
интерференции, которые мы позднее рассмотрим, Ньютон смог оценить расстояние
между этими состояниями, которое оказалось равным 1/89000 дюйма для красного света. Это составляет 2,7×10^-5 см – не так уж далеко
от половины длины волны красного света, как мы теперь знаем». Сейчас снова
посмотрите на фигуру 23.8.1, чтобы оценить гениальную интуицию Ньютона, который
фактически доказал не только корпускулярность света, но и движение его
корпускул по винтовой линии. Жаль, что эта догадка затерялась в истории науки и
осталась невостребованной ни самим Ньютоном, ни другими учеными. Иначе мы бы
сейчас имели совсем другую науку. Очевидно, что эксперименты на эту тему с
использованием современного оборудования станут историческими, а имя ученого,
который их проделает, останется навсегда в истории науки.

В четвертой четверти траектории, фотон, двигаясь из среды 2 в среду 1,
испытывает преломление в среду 1. Таким образом, фотоны на границе раздела фаз
сепарируются в зависимости от своего положения на траектории, поэтому, после
преломления или отражения их когерентность значительно возрастает. Обращая
внимание на форму траектории фотона в поляризованной Р-волне
(электрический вектор колеблется в плоскости падения) и S-волне
(электрический вектор колеблется в плоскости, перпендикулярной к плоскости
падения), можно заключить, что отражение этих волн будет практически одинаковым
только при углах падения, близких к 0⁰ и 90⁰. В
промежуточных углах S-волна всегда будет отражаться лучше Р-волны.
Это и подтверждается экспериментально.

Поскольку любые микрочастицы движутся по винтовой траектории, если
пучок этих частиц с длиной волны де Бройля направить под углом на отражающие плоскости (например,
кристалла) с межплоскостным расстоянием d , то
максимумы отражения будут наблюдаться в соответствии с формулой Вульфа-Брэгга: n=2d·sin, где n
– целое число. В пучке частиц всегда найдутся такие, фаза которых наиболее
оптимальна для отражения (фиг.23.8.1). Если шаг винтовой траектории (длина
волны де Бройля) подходящий, то отразившиеся от первой плоскости частицы
отразятся и от второй плоскости. При многократном отражении от однотипных
плоскостей автофазировка частиц будет усиливаться, и в данном максимуме
брэгговского отражения мы получим частицы, движущиеся практически в одной фазе.
Дальнейшее использование данного максимума позволит экспериментально еще раз
подтвердить движение частиц по винтовой траектории. Современная физика в
объяснении брэгговского отражения находится в растерянности, что видно из
следующей цитаты (Р. Спроул. Современная физика, М., 1974, стр.121):
«Электрон очень мал, но сопровождающий его волновой пакет (так
«совмещают» корпускулярные и волновые свойства микрочастиц – В.К.)
может простираться на много ангстрем. Если бы размеры электрона были настолько
велики, что он простирался бы от одного атома до другого, то электроны вообще
не проникали бы через твердые тела. С другой стороны, волна, сопровождающая
электрон, должна простираться на расстояния, равные, по меньшей мере,
нескольким межатомным промежуткам; в противном случае нельзя было бы получить
конструктивную интерференцию отражений от отдельных атомов, результатом которой
является брэгговское отражение».

В
связи с изложенными в этом разделе представлениями, необходимо внести ясность в
целый класс «интерференционных» явлений, которые фактически таковыми
не являются. Речь идет об интерференции в тонких пленках, кольцах Ньютона,
просветленной оптике и т.п. Удобнее всего этот вопрос рассмотреть на примере
просветленной оптики. Во многих оптических приборах и, в первую очередь, в
кинофотоаппаратуре есть необходимость через объектив пропустить свет в
соответствии со спектральной чувствительностью человеческого глаза для
правильной цветопередачи и правильного светотеневого соотношения. Для этого
необходимо создать условия для преимущественного прохождения желтых лучей, к
которым глаз наиболее чувствителен в сравнении с синими и красными лучами.
Такие условия создаются при нанесении на поверхность стекла тонкой пленки
определенной толщины и с определенным коэффициентом преломления. Известная теория
интерференции на тонких пленках исходит из того, что световой поток, прошедший
через переднюю поверхность пленки частично отражается от задней поверхности,
при этом желтые лучи, отраженные от передней и задней поверхности интерферируют
и гасятся, а синие и красные лучи, из-за неподходящих условий для гашения,
придают оптике в отраженном свете лиловый цвет. Представляется очевидным, что
отраженные назад лучи потеряны безвозвратно и не имеет никакого значения,
интерферируют они в дальнейшем или нет. Поэтому, с точки зрения устоявшихся
воззрений, просветление оптики совершенно бесполезно. В то же время, с точки
зрения изложенных здесь представлений, просветление оптики имеет очевидный
положительный эффект. Падающие на переднюю поверхность пленки лучи частично
отражаются и теряются безвозвратно (коэффициент отражения можно корректировать
многими независимыми способами). Лучи, прошедшие внутрь пленки, становятся
когерентными, поэтому условия их отражения от задней поверхности будут зависеть
от коэффициента преломления пленки и ее толщины, т.е. от числа волн
укладывающихся в эту толщину. Если все эти условия выполнены, то желтые лучи в
минимальной степени отражаются от задней поверхности пленки и, в основном,
проходят через нее, но для прохождения синих и красных лучей условия
оказываются непригодными и они, в основном, отражаются от задней поверхности
пленки. Таким образом, создаются условия для преимущественного проникновения в
объектив желтых лучей.

Мы видим, что эффекты на тонких пленках никакого отношения к истинной
интерференции не имеют.

Изложенные представления
легко проверить. Если мы очень тонкий луч когерентных фотонов направим на
отражающую поверхность и будем медленно сближать источник с поверхностью, то мы
заметим эффект периодического изменения интенсивности отраженного луча с
периодом, соответствующим перемещению на длину волны фотона. Изложенная здесь
критика ставит под сомнение не только такую «мелочь», как теория
интерференции на тонких пленках, но и, вообще, возможность распространения
света в электромагнитной теории. Если, следуя современным представлениям,
считать, что вторичное излучение гасится за счет интерференции во всех
направлениях, кроме направления распространения света, то необходимости в
интерференции вообще не возникает, т.к. излучение во всех остальных
направлениях все равно безвозвратно теряется. Очевидно, что в таких
обстоятельствах свет вообще распространяться не может из-за огромных потерь
энергии. В этом состоит наиболее слабое место электромагнитной теории света.

Источник

Фотон. Строение фотона. Принцип перемещения.

Часть 1. Исходные данные.

Часть 2. Основные принципы строения фотона.

Часть 3. Квант энергии и квант массы.

Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.

Часть 1. Исходные данные.

1.1. Фотон — это элементарная частица, квант электромагнитного излучения.

1.2. Фотон не может быть разделен на несколько частей и не распадается спонтанно в вакууме.

1.3. Фотон является истинно электронейтральной частицей. Скорость перемещения (движения) фотона в вакууме равна «с».

1.4. Свет представляет собой поток локализованных частиц — фотонов.

1.5. Фотоны излучаются во многих природных процессах, например: при движении заряженных частиц с ускорением (тормозное, синхротронное, циклотронное излучения) или при переходе электрона из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Это происходит в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращения кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную (и наоборот).

1.6. Фотону свойственен корпускулярно-волновой дуализм:

— с одной стороны фотоны демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной волны фотона;

— с другой стороны фотон ведет себя как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами) или считаются точечными (электрон).

1.7. Учитывая тот факт, что одиночные фотоны демонстрирует свойства волны, вполне достоверно можно утверждать, что фотон представляет собой «миниволну» (отдельный, компактный «кусочек» волны). При этом должны учитываться следующие свойства волн:

а) электромагнитные волны (и фотон) — это поперечные волны, в которых векторы напряженности электрических (E) и магнитных (H) полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Электромагнитные волны (фотон) можно передать от источника к приёмнику, в том числе и через вакуум. Им не требуется среда для своего распространения.

б) половина энергии электромагнитных волн (и фотона) является магнитной.

в) для характеристики интенсивности волнового процесса используют три параметра: амплитуда волнового процесса, плотность энергии волнового процесса и плотность потока энергии.

1.8. Кроме того, при рассмотрении схемы строения фотона и принципа его перемещения были учтены следующие данные:

а) излучение фотона практически проходит за период времени порядка 10^-7 сек — 10^-15сек. За этот период электромагнитное поле фотона возрастает от нуля до максимума и вновь падает до нуля. См. рис.1.

б) график изменения поля фотона никак не может быть куском обрезанной синусоиды, т.к. в местах обрезки возникали бы бесконечные силы;

в) поскольку частота электромагнитной волны — это величина, которая наблюдается в опытах, то эту же частоту (и длину волны) можно приписать и отдельному фотону. Поэтому параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h*f , где h — постоянная Планка, которая связывает величину энергии фотона с его частотой (f).

Рис. 1. Фотон является материальной частицей и представляет собой компактный (имеющий начало и конец), неделимый «кусочек» волны, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. Магнитные поля условно не показаны.

Часть 2. Основные принципы строения фотона.

2.1. Практически во всех статьях по электромагнитным волнам (фотонам) на рисунках описывается и графически показывается волна, состоящая из двух полей — электрического и магнитного, например, цитата: «Электромагнитное поле представляет собой совокупность электрического магнитного полей…». Однако существование «двухкомпонентной» электромагнитной волны (и фотона) невозможно по одной простой причине: однокомпонентного электрического и однокомпонентного магнитного поля в электромагнитной волне (фотоне) не существует и существовать не может. Объяснение:

а) существуют теоретические модели-формулы-законы, которые используются для расчетов или определения параметров в идеальных условиях (например — теоретическая модель идеального газа). Это вполне допустимо. Однако для расчетов в реальных условиях в эти формулы вводятся поправочные коэффициенты, которые отражают реальные параметры среды.

б) также существует теоретическая модель под названием «электрическое поле». Для решения теоретических задач это допустимо. Однако реально существуют только два электрических поля: электрическое поле-плюс (№1) и электрическое поле-минус (№2). Субстанции под названием «беззарядовое? электронейтральное? электрическое поле №3» в реальности не существует, и существовать не может. Поэтому, при моделировании реальных условий в теоретической модели под названием «электрическое поле» всегда необходимо учитывать два «поправочных коэффициента» — реальное электрическое поле-плюс и реальное электрическое поле-минус.

в) существует теоретическая модель под названием «магнитное поле». Это вполне допустимо для решения некоторых задач. Однако реально у магнитного поля всегда существуют два магнитных полюса: полюс №1 (N) и полюс №2 (S). Субстанции под названием «бесполюсное? магнитное поле №3» в реальности не существует и существовать не может. Поэтому, при моделировании реальных условий в теоретической модели под названием «магнитное поле» всегда необходимо учитывать два «поправочных коэффициента» — полюс-N и полюс-S.

2.2. Таким образом, учитывая вышесказанное можно сделать вполне однозначный вывод: фотон является компактной (имеющий начало и конец), материальной частицей, у которой материя представляет собой совокупность двух электрических (плюс-минус) и двух магнитных (N-S) полей, способных распространяться от своих источников без затуханий (в вакууме) на сколь угодно большие расстояния. См. рис.2.

Рис.2. Фотон представляет собой совокупность двух электрических полей (плюс и минус) и двух магнитных полей (N и S). При этом полностью соблюдается общая электронейтральность фотона. В данной работе принимается, что электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S.

Часть 3. Квант энергии и квант массы.

3.1. С одной стороны фотон представляет собой компактную, неделимую частицу, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. То есть фотон имеет вполне реальный линейный размер (начало и конец).

3.2. Однако с другой стороны параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h*f , где h — постоянная Планка (эВ*сек), элементарный квант действия (фундаментальная мировая константа), которая связывает величину энергии фотона с его частотой ( f ).

3.3. Это позволяет полагать, что все фотоны состоят из вполне определенного количества (n) «самостоятельных» электронейтральных «усреднённых» элементарных квантов энергии (эВ) с абсолютно одинаковой длиной волны ( L ). В этом случае энергия любого фотона равна: Е = е₁*n, где (е₁) — энергия элементарного кванта, (n) — их количество в фотоне. См. рис.3.

Рис.3.

а) «нормальный» фотон (электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля);

б) тот же фотон из «усреднённых» квантов. Можно допустить, что любой фотон состоит из вполне определенного количества абсолютно одинаковых «усреднённых» элементарных квантов энергии;

в) элементарный «усреднённый» квант энергии фотона. Элементарный квант энергии (размерность — эВ) абсолютно одинаков для всех электромагнитных волн всех диапазонов и аналогичен элементарному кванту действия Планка, (размерность — эВ*сек). В этом случае: Е (эВ) = h*f = е₁*n.

3.4. Материя фотона. Фотоны излучаются в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращение кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную и наоборот — превращение электромагнитной энергии фотонов в кинетическую энергию заряженной частицы. Однако кинетическая энергия нематериальна, а электромагнитная энергия фотона обладает всеми свойствами материи. Таким образом: в результате основного фундаментального превращения в Природе нематериальная кинетическая энергия заряженной частицы преобразуется в энергию электрических и магнитных полей фотона, который обладает вполне реальными свойствами материи: импульсом, скоростью, массой и др. характеристиками. Поскольку фотон материален, то материальны и все составляющие его части. То есть: элементарный квант энергии автоматически является элементарным квантом массы.

3.5. Любой фотон состоит из вполне определенного количества «самостоятельных» электронейтральных элементарных квантов энергии. И рассмотрение схемы строения элементарного кванта показывает, что:

а) элементарный квант невозможно разделить на две равные части, поскольку это автоматически будет являться нарушением закона сохранения заряда;

б) от элементарного кванта также невозможно «отрезать» более мелкую часть, поскольку это автоматически приведет к изменению значения постоянной Планка (фундаментальной константы) для этого кванта.

3.6. Следовательно:

Первое. Превращение электромагнитной энергии фотонов в кинетическую энергию заряженной частицы не может быть непрерывной функцией — электромагнитная энергия может превращаться в кинетическую энергию частиц (и наоборот) только при значениях энергии кратных одному элементарному кванту энергии.

Второе. Поскольку оболочки кварков, протонов, нейтронов и др. частиц представляют собой уплотнённую электронейтральную материю фотонов, то массы этих оболочек также имеет значения, кратные элементарному кванту массы.

3.7. Примечание: тем не менее, разделение элементарных квантов на две абсолютно равные части (положительную и отрицательную) вполне возможно (и происходит) при образовании электрон-позитронных пар. В этом случае масса электрона и позитрона имеет значения, кратные половине элементарного кванта массы (см. «Электрон. Образование и строение электрона. Магнитный монополь электрона»).

Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.

4.1. Перемещение материального фотона-частицы может осуществляться только двумя способами:

Вариант-1: фотон перемещается по инерции;

Вариант-2: фотон является самодвижущейся частицей.

4.2. По неизвестным причинам, именно инерционное движение электромагнитных волн (и фотонов) либо подразумевается, либо упоминается и графически показывается практически во всех статьях по электромагнитным волнам, например: Wikipedia. Electromagnetic radiation. English. См. рис.4.

Рис.4. Пример инерционного перемещения фотона (Wikipedia. Electromagnetic radiation). Фотон перемещается мимо наблюдателя слева направо со скоростью V = «с». При этом все лепестки синусоиды не меняют своих параметров, то есть: в системе отсчёта фотона они абсолютно неподвижны.

4.3. Однако инерционное движение фотона невозможно, например, по следующей причине: при прохождении фотона сквозь препятствие (стекло) его скорость уменьшается, но после прохождения препятствия (одного или нескольких) фотон вновь «мгновенно» и восстанавливает свою скорость до «с» = const. При инерциальном движении такое самостоятельное восстановление скорости невозможно.

4.4. «Мгновенный» набор скорости фотоном (до «с» = const) после прохождения препятствия возможен только при условии, если сам фотон является самодвижущейся частицей. При этом механизмом самопередвижения фотона может являться только переполюсовка имеющихся в наличии электрических (плюс и минус) и магнитных (N и S) полей с одновременным смещением фотона на полпериода, то есть с удвоенной частотой (2*f). См. рис.5.

Рис.5. Схема перемещения фотона за счёт переполюсовки полей. «Фрагмент» — последовательность переполюсовки поля-плюс.

4.5. Объяснение механизма перемещения фотона основывалось на следующих данных:

а) электромагнитное поле фотона представляет собой совокупность переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей;

б) электрические и магнитные поля фотона не могут исчезнуть — они могут только превращаться друг в друга. Порождение магнитного поля переменным электрическим полем является фундаментальным явлением природы;

в) магнитное поле появляется только при наличии изменяющегося во времени электрического поля и наоборот (всякое изменение электрического поля возбуждает магнитное поле и, в свою очередь, изменение магнитного поля возбуждает поле электрическое). Поэтому магнитные поля фотона могут возникнуть только при наличии у фотона переменных по знаку и изменяющихся во времени электрических полей (в системе отсчёта фотона).

4.6. При объяснении механизма переполюсовки фотона рассматривались следующие варианты:

а) наличие свободного пространства впереди фотона. Фотон представляет собой компактный, неделимый «кусочек» волны в виде синусоиды, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. То есть: «тело» фотона имеет вполне реальную геометрическую длину (начало и конец). Движение фотона происходит за счёт перемещения фотона на расстояние одного полупериода (1/2L) за каждый акт переполюсовки. И это перемещение всегда может происходить только в одну сторону (вперед), где перед фотоном имеется в наличии свободное пространство;

б) «Борьба противоположностей». Электромагнитное поле фотона представляет собой совокупность переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей. В данной работе принимается, что электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S. Но в этом случае возникает постоянное (и законное) стремление магнитных полей N и S состыковаться друг с другом, то есть создать полноценный «двухполюсной магнит». Для этого одно из магнитных полей обязано сдвинуться на полпериода. Однако магнитные и электрическими поля «намертво» связаны между собой, и всякая попытка магнитного поля «освободится» от электрического поля «мгновенно» приводит к ответной реакции противодействия — вызывает переполюсовку (переброску) всех полей и их автоматическое смещение на полпериода.

4.7. Поскольку других вариантов объяснения механизма самопередвижения фотона не просматривается, то перемещение фотона за счёт переполюсовки полей, по-видимому, является единственным решением проблемы. Ибо только режим переполюсовки позволяет поддерживать режим самодвижения фотона и одновременно обеспечить соблюдение фундаментального закона Природы — порождение магнитного поля при наличии переменного по знаку и меняющегося во времени электрического поля (и наоборот). Предложенные варианты механизма переполюсовки (причин и последовательности) требуют дополнительных проработок, которые в данной работе не могут быть представлены. Тем не менее, приведенные объяснения являются приемлемым выходом из создавшейся ситуации в решении проблемы постоянства скорости света, поскольку позволяют с той или иной степенью достоверности объяснить механизм самопередвижения фотона.

4.8. Скорость фотона. Скорость (с) электромагнитных волн (фотонов) в вакууме, их частота (f ) и длина волны (L) жестко связаны формулой: с = f*L. Однако при этом следует иметь в виду, что перемещение фотона происходит за счёт одновременной переполюсовки его электрических и магнитных полей, во время которой фотон смещается на расстояние одного полупериода ( L/2) за каждый акт переполюсовки, то есть с удвоенной частотой. С учётом этого формула скорости будет иметь вид с =2f*L/2, что абсолютно идентично основной формуле: с = f*L.

5. Таким образом:

5.1. Фотон является локализованной (компактной) материальной частицей, у которой материя представляет собой совокупность двух электрических (плюс и минус) и двух магнитных (N и S) полей, значения которых возрастают от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. При этом полностью соблюдается общая электронейтральность фотона.

5.2. В результате основного фундаментального превращения в Природе нематериальная кинетическая энергия заряженной частицы преобразуется в материальную энергию электрических и магнитных полей фотона. Фотон материален и состоит из вполне определенного количества абсолютно одинаковых «усреднённых» элементарных квантов энергии, которые автоматически являются элементарными квантами массы.

5.3. Фотон является самодвижущейся частицей способной перемещаться от своего источник на сколь угодно большие расстояния (в вакууме). Ему не требуется среда для своего перемещения. Движение фотона происходит за счёт переполюсовки переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей, во время которой фотон смещается на расстояние одного полупериода за каждый акт переполюсовки.

5.4. В данной работе принимается, что в каждом элементарном кванте электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S. Другие варианты стыковки полей требуют дополнительных проработок и в данной работе не рассматривались.

Источник

Фотоны

Темы кодификатора ЕГЭ: фотоны, энергия фотона, импульс фотона.

Энергия фотона

Импульс фотона

Давление света

Двойственная природа света

Энергия и импульс фотона

Корпускулярно-волновой дуализм

Гипотеза де Бройля

Давление света

Что такое фотон?

Свойства фотона

Масса и скорость фотонов

Энергия фотона

Импульс фотона

Возникновение фотона

Запутанные фотоны

Применение фотонов

Список использованной литературы

Не пропустите также: