Современная физика рассматривает фотон как фундаментальную частицу, квант электромагнитного излучения в виде поперечных электромагнитных волн.
Поскольку это очень расплывчатое определение, то оно допускает разнообразные толкования и представления о природе фотона. Поэтому часто встречается ошибочное представление о фотоне, как о некой синусоиде, летящей в пространстве со скоростью света. Иногда уточняют, что эта синусоида является электромагнитной волной, что не особенно проясняет картину.
Если отбросить все домыслы и фантазии, то о фотоне известно следующее: фотон – это материальный объект, который распространяется со скоростью света, имеет определенную энергию, взаимодействует с массивными телами, характеризуется электрическим полем, изменяющимся по гармоническому закону.
В публикации «Часть 2.13. Фотон – это волна или частица? Каковы размеры, масса и заряд фотона?» я предложил модель фотона, которая полностью соответствует приведенным положениям.
Приведу последовательность логических рассуждений:
1. Любое материальное тело, движущееся со скоростью света, не должно иметь продольных размеров. Поэтому фотон не может иметь продольных размеров.
2. Если тело характеризуется электрическим полем, то оно обязано иметь электрический заряд, являющийся источником этого поля. Следовательно, фотон имеет электрический заряд.
3. Если электрическое поле с течением времени меняется по гармоническому закону, то это означает, что заряд тела также меняется по гармоническому закону. Поэтому заряд фотона меняется по гармоническому закону с течением времени.
Таким образом, схематичная модель фотона выглядит следующим образом:
На рисунке приведен участок движения фотона, на котором происходит полный цикл колебания. В первой половине цикла силовые линии электрического поля выходят из фотона, постепенно увеличиваясь, а затем уменьшаясь. Во второй половине цикла силовые линии электрического поля приходят в фотон. Это означает, что фотон имеет заряд, который в первой половине цикла является положительным, а во второй половине цикла – отрицательным. Величина заряда в течение периода колебаний меняется по гармоническому закону. Силовые линии магнитного поля представляют собой окружности, плоскость которых расположена перпендикулярно направлению движения фотона. В первой половине цикла вектор магнитной индукции направлен по часовой стрелке, а во второй – против. В соответствии с теорией Максвелла это поперечная электромагнитная волна.
Таким образом, фотон является точечной частицей, двигающейся со скоростью света, при этом его заряд изменяется по гармоническому закону с определённой частотой. Это позволяет рассматривать свет как особый вид переменного тока. При этом переменность тока определяется не изменением направления движения заряженных частиц, а изменением величины и знака заряда самого фотона.
Дополнительно обращаю внимание на то, что электрическое и магнитное поле фотона изменяются в одной фазе, что согласуется с уравнениями Максвелла. Но при обсуждении предложенной модели никто из комментаторов не обратил внимания на кажущееся нарушение закона сохранения энергии. В момент времени, когда напряженности полей уменьшаются до нуля, энергия фотона исчезает.
Это объясняется тем, что энергия электромагнитного поля переходит в энергию гравитационного поля. То есть фотон характеризуется массой, которая также изменяется по гармоническому закону. В моменты времени, когда электрическое поле равно нулю, масса имеет максимальное значение, а когда электрическое поле имеет максимальное значение – масса равна нулю.
Таким образом, фотон представляет собой элементарную частицу, характеризующуюся электрическим зарядом и массой, которые изменяются с течением времени по гармоническому закону. При уменьшении заряда фотона увеличивается его масса, а при увеличении заряда масса уменьшается. Закон сохранения энергии не нарушается.
Уточнённую схематичную модель фотона можно изобразить следующим образом:
Следовательно, фотон можно рассматривать как своеобразную колебательную систему. Фотон – это уникальный объект, заряд и масса которого изменяются с течением времени.
Фотон это частица, параметры которой изменяются со временем. Это изменение носит гармонический, то есть волновой, характер. Именно в этом заключается дуализм фотонов.
В следующей публикации будет рассмотрена физическая природа фотона, объясняющая такие необычные его свойства.