Удивителен мир элементарных частиц. В нем все не так, как в макромире. Но этот квантовый мир – основа, на котором держатся все явления в мире больших величин.
Что такое фотон? Квант света, одновременно и частица и волна по концепции корпускулярно-волнового дуализма. Волна чего? Фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, это электромагнитная волна. Но волны распространяются в чем-то. Фотон не относится к явлению чистого магнитного или чистого электрического поля. Фотон – поперченная волна именно совокупности этих полей. Так говорит физика.
Фотон не имеет массы и заряда, не распадается со временем. А может только поглощаться и излучаться другими элементарными частицами (при их торможении, например или при переходе электрона с одной орбитали на другую). Фотон не имеет структуры и размера. Получается, что он входит в структуру других элементарных частиц, как кварки? Нет, он появляется, излучается при переходе электрона в атоме с высокой орбитали на низкую, но в структуру электрона не входит. И механизм этого процесса появления фотона неизвестен.
Новую гипотезу, объясняющую это явление излучения фотона электронами, приведу в конце статьи. Поэтому, дочитайте статью до конца.
Из-за отсутствия массы покоя (фотон может только двигаться с определенной скоростью, примерно 300 тыс. км/с), его правильнее назвать просто поперечной волной. Но тогда волной в чем? В какой среде? Раньше, примерно 120 лет назад ученые рассматривали эфир, как подобную среду. Но с появлением теории относительности Эйнштейна эта модель признана лженаучной.
Существует много физических явлений, где фотон ведет себя как частица. Чем больше частота излучения (колебаний), тем свойства частиц прослеживаются сильнее.
Если у фотона нет массы покоя, то по формуле Эйнштейна E=mc2, у фотона не должно быть энергии, без разницы какая у него скорость. Но энергия у фотона есть, любой это может почувствовать, поднеся руку к нагретой поверхности. Инфракрасное излучение от нагретых поверхностей нагревает предметы на расстоянии. И Солнце не даст соврать.
Энергию фотона описывают другой формулой.
1. Скорость света в прозрачной среде меньше, чем в вакууме
В физике есть постулат, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Но это верно только в вакууме. В среде скорость тех же электронов может опережать скорость света.
Существует эффект Вавилова-Черенкова. Свечение, вызванное электронами, которые движутся в прозрачной среде быстрее скорости света в этой среде. Как говорят физики, с превышением фазовой скорости в среде. Эффект обнаружен советским физиком, Павлом Черенковым в лаборатории Сергея Вавилова и в 1958 году за это открытие и развитие понимания его природы была присуждена Нобелевская премия.
Скорость света в прозрачной среде равна скорости света в вакууме, деленную на показатель преломления этой среды. У воды преломляющий коэффициент равен 1,33. У оптических стёкол лежит в пределах от 1,43 до 2,1. Почему фотоны снижают свою скорость в среде? Уходит много времени на поглощение и переизлучение фотонов атомами? Нет, иначе свет в среде имел бы разный спектр частот переизлучения, отличающийся от первоначального. И прозрачное стекло не было бы прозрачным, было бы цветным. Кто знает ответ про снижение скорости фотонов в среде– напишите в комментариях
2. Преломление света. Дисперсия и дифракция
Поток фотонов, свет, проходящий через границу сред – преломляет свое прямолинейное движение. Угол отклонения траектории зависит все так же, от коэффициента преломления сред. Почему это преломление происходит резко, на границе сред? Причем, фотоны с разной длиной волны (частотой колебаний электромагнитной волны) отклоняются от своей первоначальной траектории на разные углы. Какие физические основы такого отклонения?
На этом эффекте дисперсии основано природное явление радуги, разложения белого света солнца в каплях дождя на свет с разной длиной волны. Чем короче длина волны, тем преломление сильнее.
У света синего и фиолетового цвета фазовая скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления - максимальна.
Фотон или электромагнитная волна излучается и при переходе границы двух сред с разным коэффициентом преломления заряженной частицы. Это эффект «преходного излучения».
Так же интересно явление дифракции, огибания электромагнитной волной, фотонами препятствий. Если на пути излучения находится два препятствия (или две щели в препятствии), то отклоняющиеся волны излучения создают интерференцию. При наложении волн создаются зоны с минимум и максимум излучения. Т.е. волны света (не путать с частотой света) гасят друг-друга в одних областях и усиливают в других. Аналогичное происходит с любой волной в любой среде, на воде, например.
Физика утверждает, что вокруг массивных тел пространство искривлено и свет, проходя около них отклоняется. Создается гравитационная линза. Может быть, это простое явление дифракции в макромасштабе?
Почему свет не может вырваться из поля тяготения черной дыры? Либо фотон взаимодействует с гравитационным полем, либо пространство вокруг черной дыры замкнуто в сферу. Это трудно представить в нашем трехмерном мире без подключения дополнительного измерения. Воображения на это не хватает.
Все эти явления хорошо описаны, даже математически, в формулах. Но саму суть, природу явления не понимают и сами физики.
3. Поляризованный свет
Векторно фотон можно представить вот в такой модели:
Это так называемый фотон с круговой поляризацией. Эти колебания электромагнитной волны можно «причесать», пропустив свет через светофильтр и электромагнитные колебания будут иметь колебания в определенной плоскости. Это уже поляризованный свет.
Эффект поляризации света применяют в солнцезащитных очках.
4. Как фотоны проходят сквозь материю?
Фотоны с определенной длиной волны могут свободно проходить сквозь определенную материю. Например, видимый свет проходит сквозь стекло, но не может пройти сквозь металл. Гамма излучение и рентгеновское излучение (наиболее коротковолновое) проходят сквозь большинство материалов. Так же и радиоизлучение (это тоже электромагнитная волна) проходят сквозь многие вещества диэлектриков, но поглощаются или отражаются от металлов.
Вообще, как фотон может проходить сквозь материю и не встретить на своем пути атом? Корпускулярная модель здесь не подходит. Здесь явления можно объяснить лишь волновой природой. Но и волна при своем прохождении сквозь материю может встретиться с атомом и поглотится им. Даже чисто по теории вероятности должно быть значительное поглощение фотонов любой материей.
Фотоны видимого света не видят атомов диоксида кремния (кварца в стекле). А что, если и материя имеет волновую структуру? Эти мысли посещают некоторых исследователей. Допустим, элементарные частицы и атомы – это замкнутые сами на себя стоячие волны, тороиды, состоящие из разных гармоник волны. Состоящие из тех же фотонов. Они ничем не отличаются от фотонов физически. Могут иметь внутри себя набор фотонов с разными частотами. Просто фотон движется прямо, а в частице квантового мира волна по какой-то причине замкнулась сама на себя. Или схлопнулось пространство в наноуровне.
Если частоты материи и фотонов совпадают, то фотоны отталкиваются, отражаются от поверхности материи. А если разные, то фотоны проходят сквозь материю.
По этой модели становится понятен механизм излучения фотонов атомом или элементарными частицами. Из набора замкнутых стоячих волн вырывается (распрямляется) одна из гармоник (волн) и улетает по прямолинейной траектории. Происходит это и при распаде элементарных частиц на несколько других. Гамма-кванты часто сопровождают радиоактивный распад.
А при поглощении атомом фотона, в его структуру добавляется гармоника этого фотона, внутри него создается еще одна стоячая волна. А при излучении – все наоборот. Размер тоже имеет значение. У элементарных частиц размер сферы, внутри которой находятся стоячие волны меньше. У атома – больше. У молекулы – еще больше. И вся разница.
Звучит красиво. Мысли не мои, но моя интерпретация прочитанного. Подсмотрел в чате Александра Мишина, который и развивает волновую концепцию материи.
***
Друзья! Статьи со слишком неоднозначными мнениями ограничиваются и в них много критики у неподготовленных читателей. Поэтому, на канале создан закрытый раздел для избранных подписчиков. Если вас интересуют темы с загадками истории и науки, которые считаются крамольными, то в нем вы можете узнать новую для себя информацию, которую я уже не размещу в общем доступе. Подписывайтесь на новый раздел.