скачать doc 7. ПОИСК МОДЕЛИ ФОТОНА 7.1. Направление поиска Учёные провели уже необозримое количество экспериментов, в которых участвуют фотоны. Выявлены почти все математические модели, описывающие их поведение. Можно уверенно утверждать, что уже сформировались условия для выявления электромагнитной структуры фотона. Попытаемся реализовать эту возможность путём тщательного анализа существующих математических моделей, описывающих поведение фотонов в различных экспериментах [158], [163], [164], [165]. Главная причина того, что фотон остается самым загадочным творением Природы, заключается в том, что фотон ведёт себя в рамках аксиомы Единства, а ученые описывают его поведение смесью математических моделей, часть которых работает в рамках аксиомы Единства, а другая ЁC нет. Попытаемся разобраться в сути этой смеси [5], [25], [138], [155], [156], [160]. В XIX и ХХ веках считалось, что электромагнитное излучение является волновым. Оно формируется электрическими µ § и магнитными µ § полями, которые изменяются синусоидально во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 11) [270]. Поведение такой модели излучения (рис. 11) описывается уравнениями Максвелла (52-55), которые он постулировал в 1865г. Мы уже показали, что они явно противоречат аксиоме Единства, поэтому есть основания полагать, что результаты их решения искажают реальность. Чтобы убедиться в обоснованности нашего сомнения обратимся к исходной экспериментальной информации, якобы доказывающей достоверность этих уравнений. Известно, что такая информация базируется на результатах экспериментов Герца, проведённых им в конце XIX века. Проанализируем суть этих экспериментов [270], [271]. Рис. 11. Схема электромагнитной волны Для регистрации процесса излучения Герц использовал провод, концы которого завершались сферическими шариками. Он придавал этому проводу форму окружности, квадрата или прямоугольника с регулируемым зазором между шариками (рис. 12). Такое устройство он назвал резонатором. Появление искры между шариками свидетельствовало о появлении тока в проводе резонатора. В некоторых опытах искра была такой слабой, что он наблюдал её в темноте при использовании увеличительного стекла или подзорной трубы. Герц использовал в качестве источника высокого переменного напряжения катушку Румкорфа, с помощью которой генерировал искры в искровом промежутке 1 вибратора (рис. 12). Искровой промежуток 3 резонатора регулировался специальным микрометрическим винтом. Резонатор располагался вблизи вибратора в плоскости, перпендикулярной плоскости пластин 2, параллельно стержню вибратора 1 и симметрично относительно пластин [271], [256]. µ § Рис. 12. Схема опыта Герца: 1 ЁC искровой промежуток вибратора; 2 ЁC пластины; 3 ЁC искровой промежуток резонатора; 4 ЁC проводящее тело или диэлектрик Когда искровой промежуток 3 резонатора располагался сбоку, как показано на рис. 12, то искр в нём не было. Сразу обращаем внимание на то, что источником искры в резонаторе 3 были фотоны, излучаемые вибратором 1. Поскольку верхняя и нижняя половины резонатора 3 симметричны относительно вибратора 1, то фотоны возбуждали одинаковые потенциалы в обеих частях резонатора и искры отсутствовали. Если к пластинам вибратора подносилось какое ЁC либо проводящее тело 4, то, как считал Герц, оно деформировало поле вибратора, в результате резонатор оказывался не в нейтральном положении, и в его зазоре 3 появлялись искры. А мы добавим, что фотоны, отражённые от внесённого тела 4, увеличивали световой поток на нижнюю часть резонатора 3 и таким образом создавали разность потенциалов между его верхней и нижней частями. В результате в зазоре резонатора 3 появлялась искра. Герц обнаружил, что замена проводящего тела 4 диэлектриком не меняет результат опыта. Причина одна ЁC увеличенный поток фотонов на нижнюю часть резонатора за счёт отражения от тела 4 не зависит от его свойств. Но Герц был увлечён стремлением доказать справедливость уравнений Максвелла, поэтому он сделал вывод, о том, что электромагнитное поле Максвелла генерирует ток смещения не только в проводящих телах, но и в диэлектриках. Такой вывод Герца давал основание считать ток смещения, входящий в уравнения Максвелла, реально существующим током [256], [270]. Однако, такое заключение автоматически противоречит факту отсутствия какого ЁC либо тока в диэлектриках и над этим надо было задуматься не только Герцу, но всем его последователям. Но этого не произошло. Ошибочная интерпретация Герца считалась достоверной более 100 лет. Это - удивительный факт, породивший горы научной макулатуры. До сих пор никому не удалось зафиксировать ток смещения экспериментально. Считается, что он фиксируется вместе с током проводимости, а в последние годы его появление приписывают конденсаторам. Нам странно воспринимать вывод Герца о генерировании тока смещения в диэлектрике, так как он, как мы уже отметили, оставил невыясненными вопросы о влиянии на результат эксперимента световых фотонов, излучаемых в зазоре 1 вибратора в момент образования искры. Разве можно игнорировать тот факт, что фотоны отражаются от проводящих тел или от диэлектриков почти одинаково? Повторим ещё раз. Когда проводящее или изолирующее тело 4 отсутствует и зазор 3 резонатора симметричен относительно концов вибратора, то симметричный поток фотонов, поглощаемых проводом резонатора, формирует в верхней и нижней его частях одинаковый потенциал и искра отсутствует. Введение проводящего тела или диэлектрика 4 в зону лишь нижней части резонатора приводит к тому, что фотоны, излучённые в искровом промежутке 1 вибратора, отражаются от боковой стенки введённого проводящего тела 4 или диэлектрика и увеличивают общий поток фотонов на нижнюю часть резонатора. В результате резонатор превращается, грубо говоря, в термопару, которая генерирует наблюдавшиеся Герцем искры [256], [270], [271]. Уравнения Максвелла решаются в основном приближенными методами, которые полностью скрывают физическую суть описываемого процесса и делают её недоступной для понимания. Хорошо известно, что они дают приемлемый результат лишь в простейших случаях. Незначительное усложнение эксперимента полностью лишает их работоспособности, так как они описывают распространение не существующих в Природе электромагнитных волн (рис. 11) [270], [271]. Известно, что длина волны µ § электромагнитных излучений изменяется в интервале 24 порядков µ §, а уравнения Максвелла работают лишь в тех случаях, когда размеры антенн, излучающих или принимающих эти излучения, соизмеримы с длиной волны µ §. Низкочастотный диапазон излучений имеет длину волны 1000 км., а величина её амплитуды до сих пор остаётся неизвестной. Нет никакого понятия о процессе передачи такой волной тонкостей информации, которую она несёт. Уже разработан и выпускается прибор ИГА-1 (рис. 13), позволяющий проверить достоверность интерпретации опытов Герца. Имея чувствительность 100 пико вольт, он принимает естественные излучения с частотой 5 кГц и длиной волны µ § на антенну диаметром 30 мм. Рис. 13. Прибор ИГА ЁC 1. Разработчик: Кравченко Ю. П. Это - убедительное доказательство того, что электромагнитные волны Максвелла (рис. 11) не могут быть носителями излучений, поэтому поиск структуры реальной волны, передающей информацию в пространстве, - актуальная задача [270], [271], [276]. Дальше мы покажем, что уравнения Максвелла не имеют никакого отношения и к процессам работы трансформаторов, электромоторов и электрогенераторов. Это даёт нам основания поставить под сомнение существующую электродинамику, которая базируется на уравнениях Максвелла. Случилось так, что параллельно с волновыми представлениями о природе излучений развивались представления о том, что оно генерируется корпускулами, которые формируют волны с параметрами, близкими к параметрам максвелловских волн. Индийский ученый Бозе предположил в 1924 году, что излучаемое электромагнитное поле представляет собой совокупность фотонов, которую он назвал идеальным фотонным газом. Английский учёный Алан Холден представил совокупность фотонов, формирующих волну, в виде шариков (рис. 14) [3]. В результате возникла задача выявления внутренней структуры шариков, формирующих такую волну. Но эта задача оказалась достаточно сложной. Рис. 14. Схема фотонной волны длиною µ § Тем не менее, она была решена российской наукой и у нас есть возможность проследить последовательность её решения. Эту возможность надо считать необходимостью, так на ней базируется вся последующая информация о формировании и поведении обитателей микромира. Поэтому изучению теории фотона надо уделить особое внимание. Её математическое содержание многократно проще математических теорий электромагнитного излучения, господствовавших в ХХ веке. Тогда мало уделялось внимания пониманию физической сути излучений, поэтому сформировались условия, при которых математическое описание было поставлено на первое место. В этой монографии, посвящённой анализу поведения обитателей микромира, на первое место поставлено формирование физических представлений об их структурах и взаимодействиях, а на второе - их математическое описание. Вполне естественно, что последовательность познания структуры фотона надо базировать на давно известных математических моделях, которые описывают его поведение в различных экспериментах. Поскольку фотонную волну (рис. 14) формируют корпускулы - фотоны, то теория, которая описывает их корпускулярные свойства, названа корпускулярной теорией фотона. 7.2. Корпускулярная теория фотона Фотон ЁC локализованное (ограниченное) в пространстве образование, которое переносит в нём энергию и информацию. Всё, что мы видим на этой странице, приносят в наши глаза фотоны. Мы хорошо различаем контуры букв, запятые, точки. Это значит, что каждый фотон из их совокупности, несущей в наши глаза образы, например, точек, должен иметь размер значительно меньше точки. Тогда их совокупность передаст чёткую информацию об объекте, от которого они отразились. Установлено, что количество фотонов, посылаемых настольной лампой мощностью 100 Ватт на каждый квадратный сантиметр стола, превышает µ § в секунду. Известно, что длины волн световых фотонов изменяется в интервале µ §. Это значит, что размер каждого светового фотона, примерно, в 10000 раз меньше миллиметра. Он остаётся пока самым загадочным творением Природы. До сих пор не удалось раскрыть его структуру путем анализа необозримой экспериментальной информации о поведении фотона с помощью существующих физических теорий. Главная причина такого состояния, как мы уже отметили, заключается в том, что в реальной действительности фотон ведет себя в рамках аксиомы Единства пространства - материи - времени, а физики пытаются анализировать его поведение с помощью теорий, которые работают за рамками этой аксиомы. Начнем с анализа математических моделей, которые описывают основные характеристики фотонов, установленные экспериментально. Первыми из них являются математические модели, определяющие их энергию. В математическую модель для определения энергии фотона µ §, входят: масса µ § фотона и постоянная скорость его прямолинейного движения в пространстве, равная скорости света µ §- первой константе, описывающей поведение фотонов. µ § (56) В соответствии с законами классической механики, кинетическая энергия тела, движущегося прямолинейно с постоянной скоростью µ §, равна µ §. (57) Причина различий в математических моделях (56) и (57) проясняется, если предположить в первом приближении, что фотон имеет форму кольца, которое движется прямолинейно и вращается так, что поступательные и окружные скорости его точек равны µ § (рис. 15, а). Так как в прямолинейном движении кольца относительно системы отсчета ХОУ со скоростью µ § и во вращательном движении относительно геометрического центра µ § с угловой скоростью (частотой) µ § скорость любой точки µ § кольца равна µ §, то сумма кинетических энергий прямолинейного и вращательного движений кольца равна µ §. (58) Обращаем внимание на тот факт, что в формуле (58) µ § - момент инерции кольца, а µ § - угловая скорость или угловая частота вращения кольца (рис. 15, а). Рис. 15. Схемы: а) качения кольца; b) волны Следующее важное уточнение заключается в том, что µ § - момент инерции кольца, не имеющего размера в поперечном сечении. Фактически это момент инерции окружности. Но так как окружность имеет только геометрический размер и не является материальным телом, то окружность, имеющую массу, назвали кольцом. Поэтому, в дальнейшем под понятием материальная окружность мы будем понимать кольцо, не имеющее размера в поперечном сечении, и назовём его базовым кольцом. Итак, первый этап анализа показывает, что фотон представляет собой в первом приближении кольцо. Однако, этого мало, чтобы такую информацию считать соответствующей реальности. Нужны дополнительные доказательства. Они следуют из второй математической модели, определяющей энергию фотона. Она постулирована Максом Планком в 1900г. µ §, (59) где µ §- постоянная Планка ЁC вторая константа, определяющая энергию единичного фотона; µ § - линейная частота фотона. Известно, что угловая µ § и линейная µ § частоты, связаны зависимостью µ § . (60) Линейная частота µ § следует из периода µ § волны и связана с ним зависимостью (рис. 15, b) µ § . (61) На рис. 15, b видно, что если фотон ЁC волна длиною µ §, то скорость его прямолинейного движения определяется зависимостью µ §. (62) Таким образом, из приведенного анализа следует, что фотон - это частица и волна одновременно. Эту совокупность свойств фотоны проявляют в неисчислимом количестве экспериментов, формируя у нас загадочные представления об их поведении. Дальше мы раскроем эту загадку, а сейчас обратим внимание на то, что формулы (56), (58) и (59) отражают явные корпускулярные свойства фотона, но присутствие в формуле (59) линейной частоты µ § вместо угловой - µ §, указывает на то, что фотон, являясь частицей, описывает в движении волну (рис. 15, b). Для нас это пока странное движение, но дальше мы познакомимся с ним в деталях. Анализируя соотношения (56) и (59), видим, что: µ § ; (63) µ §. (64) Обратим внимание на размерность константы Планка (64). Строго говоря, эта размерность не содержит ясного физического смысла. Если бы она была такой µ §, то в классической механике она имеет названия: момент количества движения и кинетический момент. В классической физике эту размерность называют момент импульса или угловой момент. Дальше мы увидим, что в размерности формулы (64) присутствует и радиан, но он спрятан очень глубоко. Считалось, что законы Классической теоретической механики не работают в микромире. Там господствует так называемая квантовая теория, основы которой заложил Макс Планк в начале ХХ века, введя в описание излучения абсолютно черного тела знаменитую константу µ §, которая была названа его именем. С тех пор она вошла во все математические модели, описывающие поведение обитателей микромира. Поскольку в то время господствовали волновые представления об излучении, то Макс Планк, опасаясь обвинений в механицизме, назвал свою константу квантом наименьшего действия вопреки явной механической размерности, которую имеет эта константа. Игнорирование размерности постоянной Планка задержало развитие теории микромира почти на 100 лет. Присутствие в формуле (64) длины волны излучения µ § спасало идею его волновой природы, но явно противоречило размерности постоянной Планка, из которой следовало, что она описывает вращательный процесс. Чтобы избавиться от этого противоречия, достаточно было поставить элементарный вопрос: какой закон управляет постоянством константы Планка? Она ж ведь не может быть постоянной без причины? Ответ на этот вопрос можно получить лишь при одном условии: длины волн всех элементарных образований микромира, описываемых с помощью постоянной Планка, равны радиусам их вращения. Эта гипотеза, как мы увидим, быстро завоёвывает статус постулата [270], [271]. µ §. (65) При этом сразу раскрывается закон, управляющий постоянством константы Планка в её новой записи [270] µ §. (66) Прежде всего µ §- момент инерции кольца. Мы уже условились называть его базовым кольцом элементарных частиц. Поскольку момент инерции базового кольца умножается не на угловую частоту µ §, а на линейную µ §, то это означает, что кольцо совершает такие импульсные вращения в интервале каждой длины волны µ §, при которых сумма моментов сил, действующих на него, равна нулю, поэтому кинетический момент базового кольца остаётся постоянным. Это и есть закон, управляющий постоянством константы Планка. Он гласит: если сумма моментов внешних сил, действующих на вращающееся тело равна нулю, то его кинетический момент (момент импульса) остаётся постоянным по величине и направлению [101]. Из этого автоматически следует, что постоянная Планка µ § - величина векторная. Дальше мы увидим, что это фундаментальное следствие раскрывает практически все загадки микромира и, самое главное, позволяет описывать процессы излучения и поглощения, процессы формирования структур фотонов всей шкалы излучений, процессы формирования электрона, протона и нейтрона, а также процессы формирования, ядер, атомов, молекул и кластеров. Вектор µ § направлен вдоль оси вращения базового кольца (рис. 16) так, что если смотреть с его острия, то вращение будет направлено против хода часовой стрелки [101]. Если постоянная Планка µ § имеет размерность кинетического момента и если с ее помощью теоретически описывать поведение элементарных частиц, то они обязательно должны вращаться вокруг своих осей. Константу Планка µ § в этом случае называют спином [270], [271]. Дальше мы увидим, что большая часть математических моделей, описывающих поведение фотонов, выводится из законов классической физики, а точнее ЁC из законов классической механики. Поэтому в дальнейшем размерность постоянной Планка мы будем называть «кинетический момент» [270], [271]. Рис. 16. Схемы к определению понятия: кинетический момент кольца µ § Величина µ § - момент инерции базового кольца. Обратим внимание ещё раз на то, что момент инерции кольца µ § в формуле (66) умножается не на угловую частоту µ § его вращения, а на линейную частоту µ §. Наиболее близкое понятие для характеристики произведения момента инерции базового кольца на линейную частоту µ § - импульс момента инерции базового кольца. Из этого следует, что фотон имеет такую электромагнитную структуру, которая совершает импульсные вращения в интервале каждой длины волны. Это возможно, если фотон имеет не форму кольца, а форму вписанного в него многоугольника. Из равенства (65) следует, что это - шестигранный многоугольник (рис. 17, b). Учитывая формулы (59) и (60), имеем: µ § (67) и µ § . (68) Обратим внимание на новую запись (68) постоянной Планка µ §. Все последующее изложение убедительно докажет нам, что нет нужды вводить такую форму записи константы Планка, так как это затрудняет формирование представлений о её размерности, а значит и роли в поведении обитателей микромира. Поэтому мы отправляем форму записи постоянной Планка µ § (68), предложенную физиками ХХ века, в раздел истории науки и возвращаем первозданную запись этой константы µ § (64, 66). Поскольку длина волны µ § импульса момента инерции µ § базового кольца равна радиусу его вращения µ §, то угловой интервал каждого импульса шестигранника (рис. 17, b) равен µ § и он делает за один оборот шесть импульсов. Обратим внимание на то, что это - главный момент для понимания причины появления в размерности константы Планка (66) понятия радиан. Рис. 17. К выявлению структуры фотона Так как µ §, то из µ § автоматически следует третья константа [1], [3] µ § (69) Из размерности константы (69) следует физический закон: произведение масс фотонов на длины их волн или радиусы ЁC величина постоянная. В системе СИ нет названия константе с такой размерностью, поэтому назовем её константой локализации фотонов [270], [277]. Легко представить реализацию константы локализации (69), если фотон ЁC кольцо (рис. 15, а, 16) и невозможно это сделать, если фотон ЁC волна (рис. 11, 15, b). Обратим внимание на то, что в технической системе единиц константа (69) имеет другой физический смысл ЁC момент µ § силы. Это означает, что момент сил, действующих во внутренней структуре фотона, - величина постоянная для фотонов всех диапазонов излучений µ § . (µ §) Отметим, что появление постоянного момента сил, вращающего фотон, возможно лишь только в том случае, если векторы сил, генерирующих этот момент, не будут пересекать геометрический центр фотона, то есть - будут нецентральными силами. Итак, формированием электромагнитной структуры фотона управляют пока три константы: скорость их движения µ §, кинетический момент µ § и константа локализации µ § или постоянный момент силы µ §, вращающий кольцо фотона. Вполне естественно, что этот момент генерируют внутренние силы фотона и у нас появляются основания предположить, что эти силы и обеспечивают его прямолинейное движение с постоянной скоростью µ §. Уже имеются результаты исследований, показывающих наличие математических моделей для расчета указанных сил, действующих на поля фотона [234]. Автор этих исследований установил, что если взять за основу классический радиус электрона µ § и единицу времени µ §, полученную путем деления классического радиуса µ § на скорость света µ §, то можно создать новую систему единиц, которую автор назвал «Перспективная классическая шкала». Краткое обозначение по английски CSP. В приведенной формуле µ § - магнитная постоянная; µ § - заряд электрона; µ § - масса электрона; µ § - постоянная тонкой структуры; µ § - комптоновская длина волны электрона. Новая система единиц отличается от системы СИ тем, что в ней появляется автоматическая взаимосвязь между всеми фундаментальными константами. Так, например, он считает, что магнитная µ §, электрическая µ §, центробежная µ § и активная ньютоновская сила µ § будут иметь одну и ту же величину, если их рассчитывать по формулам (табл. 1). |