Замедление скорости распространения света в среде является общеизвестным экспериментальным фактом. При этом данный факт является необъяснимым с позиции современной физики.
В публикации «Почему свет замедляется в среде? Разоблачение популярного заблуждения» я уже затрагивал вопрос о несостоятельности объяснения уменьшения скорости света в среде за счет переизлучения фотонов.
При критике положений современной физики меня сразу начинают обвинять в незнании общеизвестных теорий и рекомендуют почитать курс теоретической физики Ландау и Лифшица. Но только не в этом случае! Дело в том, что в указанном курсе авторы решили не затрагивать эту скользкую тему. Точно так же, как не рассматривался этот вопрос в общем курсе физики Сивухина. Вероятно, у авторов не было уверенности в этом вопросе.
Однако читатели обратили моё внимание на то, что этот вопрос рассматривается в курсе лекций Фейнмана. Поэтому я познакомился с материалом, который изложен в Фейнмановских лекциях по физике. Том 3. Излучение. Волны. Кванты. Глава 31. Как возникает показатель преломления.
После изучения указанного материала у меня сформировалось мнение, что квантовая механика (в данном случае квантовая электродинамика) ставит пред собой цель не объяснить физическое явление, а как можно сильнее запутать его. Для этого намеренно усложняется физическая картина явления, абсолютно произвольно трактуются волновые и корпускулярные свойства фотонов. При этом почти очевидно, что автор не ищет ответ на поставленный вопрос, а подгоняет решение под уже сформированное мнение.
В самом начале главы Фейнман даёт установку:
«Наблюдателю кажется, что свет или любая другая электрическая волна распространяется сквозь вещество с показателем преломления n со скоростью с/n. И это с некоторой точностью так и есть. Но на самом деле поле создается движением всех зарядов, включая и заряды, движущиеся в среде, а все составные части поля, все его слагаемые распространяются с максимальной скоростью c. Задача наша состоит в том, чтобы понять, как возникает кажущаяся меньшая скорость.» Стр.83.
Вот так. Наблюдателю только кажется, что свет замедляется. В действительности свет распространяется с максимальной скоростью, как в вакууме. А как объяснить это кажущееся замедление? Нужно перейти к рассмотрению светового потока и использовать термины «групповая скорость» и «фазовая скорость». А зачем?
Одну причину я уже указал – чтобы запутать рассмотрение явления.
Вторая причина заключается в том, что у квантовой механики нет иного математического аппарата, кроме статистического.
Поэтому квантовая механика не может рассматривать процесс прохождения одиночного фотона через границу двух сред. А в этом случае явление выглядит очень просто. Нет никаких выдуманных скоростей, кроме реальной скорости распространения одиночного фотона в среде. Поэтому квантовая механика не может ответить на простой вопрос – как изменится траектория и скорость движения фотона в среде?
Для использования статистического математического аппарата приходится переходить к рассмотрению светового потока, взаимодействующего с атомами среды.
«Известно, что любой предмет состоит из атомов, содержащих электроны. Электрическое поле внешнего источника действует на эти атомы и раскачивает электроны взад и вперед. Электроны в свою очередь создают поле; их можно рассматривать как новые излучатели. Новые излучатели связаны с источником S, поскольку именно поле источника заставляет их колебаться. Полное поле содержит вклад не только от источника S, но и дополнительные вклады от излучения всех движущихся зарядов. Это значит, что поле в присутствии стекла изменяется, причем таким образом, что внутри стекла его скорость распространения кажется иной. Именно эту идею мы используем при количественном рассмотрении.» Стр.84.
Отмечу, что эта «идея» для рассмотрения одиночного фотона неприменима. Допустим, что в атомах есть электроны. Допустим, что проходящий фотон начинает их «раскачивать». Таким образом, фотон совершает работу над электронами. В результате этого энергия фотона уменьшается. Это приводит к тому, что энергия и частота проходящего фотона уменьшается. Но это противоречит экспериментальным данным. Пусть при этом «раскачанные» электроны атома излучат полученную энергию в виде фотонов. Пусть фотоны излучатся в направлении падающего фотона. Энергия каждого из излученных фотонов в этом случае будет меньше энергии начального фотона. Ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Таким образом, входящий в среду фотон преобразуется в большое количество низкочастотных фотонов. И это называется адекватным описанием явления?
Поэтому квантовая механика отказывается от квантового подхода, переходит к волновому рассмотрению светового потока и суперпозиции полей заряженных частиц. Но и в этом подходе есть неожиданный подвох.
На странице 84 Фейнман приводит утверждение:
Я вдруг, неожиданно для самого себя, начал сомневаться в справедливости приведенного принципа суперпозиции полей от зарядов.
На первый взгляд кажется, что выражения 31.1 и 31.2 полностью эквивалентны, а принцип суперпозиции неоспорим. Но давайте внимательнее рассмотрим выражение 31.2. Второе слагаемое представляет собой сумму полей всех отдельных зарядов, кроме источника. Поэтому можно считать, что это множество зарядов представляет собой некую среду. Первое слагаемое представляет собой величину поля источника в некоторой точке среды. Но в этом случае нужно учитывать диэлектрическую проницаемость среды. Поэтому величину поля необходимо умножать на значение диэлектрической проницаемости среды, представленную вторым слагаемым. Известно, что поле заряда в среде уменьшается. Поэтому просто суммировать значение полей некорректно.
В связи с этим, положенный в основу принцип суперпозиции может быть неприменим в данном конкретном случае.
Я утверждаю, что поле зарядов уменьшается в присутствии других зарядов. Поэтому аддитивное сложение полей зарядов некорректно.
Следовательно, применение Фейнманом положения о том, что «поле каждого заряда не меняется от присутствия других зарядов» является ошибочным.
Таким образом, рассмотрение возникновения показателя преломления среды, приведенное в Фейнмановских лекциях по физике, вызывает больше вопросов, чем дает ответов.
Возможно, многих специалистов приведенное Фейнманом объяснение устраивает. Но ведь почему-то советские физики-теоретики не стали приводить его в своих курсах физики.
Публикации по этой теме:
«Почему свет замедляется в среде? Разоблачение популярного заблуждения.»