Свет фотон. Фотонная теория света

Одна из главных задач экспериментальной физики - проверять предположения теоретиков о том, как устроен и функционирует наш мир. Причем касается эта проверка не только гипотетических теорий и спорных предположений, но и самых, казалось бы, «железобетонных» утверждений. Пусть для теоретиков они выглядят совершенно неизбежными; задача экспериментатора - используя весь инструментарий современной науки, напрямую убедиться, что это утверждение не противоречит опыту.

Взять, к примеру, фотоны - кванты электромагнитного поля. В современной физике считается, что фотоны безмассовы и что они не обладают электрическим зарядом. Для подавляющего большинства теоретиков иначе и быть не может - ведь понятно, откуда в современной физике берется электромагнетизм, и там свойства фотонов автоматически получаются именно такие. Кроме того, даже небольшое отклонение массы или заряда фотона от нуля приведет к совершенно необычным эффектам, которые мы в эксперименте не наблюдаем. Поэтому если фотон и обладает ненулевой массой или зарядом, то они должны быть совершенно ничтожны. Но каковы ограничения сверху на эти величины? На этот вопрос должна ответить экспериментальная физика (вкупе с астрофизическими наблюдениями, которые тут играют главную роль). Опуская подробности, укажем только, что современное состояние этого анализа отражено на странице Particle Data Group со свойствами фотона .

На удивление, эта страница не содержит еще одной важной величины - времени жизни фотона . Ведь если фотону разрешено иметь ненулевую массу, пусть даже и ничтожно маленькую, то он может распадаться на еще более легкие частицы, скажем на пару нейтрино, если легчайшие нейтрино окажутся безмассовы. То есть фотон станет нестабильной частицей, а всякая нестабильная частица характеризуется своим средним временем жизни.

Во избежание недопонимания сразу подчеркнем две вещи. Во-первых, речь идет о времени жизни до спонтанного распада у свободного фотона в вакууме. В обычных условиях фотоны, конечно, могут жить очень недолго - от момента испускания до момента поглощения. Но это не относится к свойствам самого фотона, это просто те ограниченные внешние условия, в которые поместили фотон. Нас же интересует именно «личное» время жизни фотона как уединенной, ничем не поглощенной частицы.

Во-вторых, договоримся о терминологии. Численная характеристика «время жизни» выражает длительность существования частицы в системе покоя . В другой системе отсчета, в которой частица движется с релятивистской скоростью, время до распада увеличивается за счет эффекта замедления времени - одного из базовых эффектов теории относительности. Скажем, когда говорится, что у мюона время жизни 2 микросекунды, имеется в виду именно покоящийся мюон; мюоны высокой энергии живут намного дольше, и именно поэтому до поверхности Земли долетают мюоны, образовавшиеся где-то в верхних слоях атмосферы.

Итак, предположим, что фотоны не безмассовы, а обладают массой, равной допустимой на сегодня верхней границе по данным Particle Data Group . Теперь, если перебрать известные сейчас астрофизические данные, можно найти «самый древний свет» - то есть фотоны, которые летели до нас дольше всех и тем не менее не распались. Постарайтесь найти эти данные самостоятельно.

Задача

Подсказка 1

Самый древний свет — это электромагнитное излучение, испущенное раньше всех других типов излучения из тех, что мы можем сейчас наблюдать. Примерно известно, сколько времени летели фотоны этого света, хорошо известна их энергия, и этого достаточно, чтобы найти искомое время жизни.

Подсказка 2

Самым древним светом является реликтовое микроволновое излучение. За последние десятилетия несколько специальных спутников — РЕЛИКТ-1, COBE, WMAP, Planck — провели тщательные измерения этого излучения и составили его подробные карты. Это излучения лежит в определенном диапазоне длин волн, а значит, его фотоны обладают энергией в определенном диапазоне.

После этого остается понять, во сколько раз эта энергия больше предполагаемой массы фотона и как релятивистское замедление времени зависит от энергии частицы.

Решение

Характеристики реликтового излучения легко находятся в сети (см., например, Википедию , заметку про WMAP , астрокартинку дня про результаты Planck , информацию с плаката про ЭМ-излучение). Реликтовое излучение представляет собой «снимок Вселенной», когда прошло всего 380 тыс. лет после Большого взрыва, что много меньше нынешнего возраста Вселенной (13,8 млрд лет). Поэтому «возраст» этого света можно принять равным возрасту Вселенной, то есть примерно 10 10 лет (в оценках по порядку величины численными коэффициентами порядка 2 можно пренебрегать).

За эти 10 10 лет свет не только совсем не распался, но даже и близко не начал распадаться . Действительно, спутники WMAP и Planck не просто увидели реликтовое излучение, они измерили его с точностью 10 –4 , и именно с такой точностью его сложный спектр вполне согласуется с современными космологическими моделями. Поэтому можно смело считать, что время жизни реликтовых микроволновых фотонов как минимум на 4 порядка больше этого значения, то есть не меньше 10 14 лет.

Его нынешняя температура составляет примерно 2,7 кельвина, что соответствует энергии одного фотона примерно 0,23 мэВ (миллиэлектронвольт). Конечно, раньше эта температура была выше - по мере расширения Вселенной это излучение остывает. Для грубой оценки можно принять, что средняя температура за всё время составляла примерно 1 мэВ. Если гипотетическую массу (а точнее, энергию покоя mc 2) фотона принять равной 10 –18 эВ, то релятивистский параметр γ = E/mc 2 ≈ 10 15 .

Поскольку время существования нестабильной релятивистской частицы равно t = γ t 0 , где t 0 и есть искомое собственное время жизни частицы, мы приходим к результату: фотон с такой массой должен обладать временем жизни t 0 больше одного месяца .

Послесловие

Предложенная здесь задача была, по-видимому, впервые детально проанализирована в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters буквально несколько дней назад (How Stable is the Photon? // Phys.Rev.Lett. 111, 021801 (2013); полный текст доступен в архиве епринтов arXiv:1304.2821). Более аккуратный расчет показал, что вместо 1 месяца ограничение можно увеличить до 3 лет, а также привел дополнительно к независимому ограничению на массу фотона. На рис. 2 показан окончательный результат этой статьи — область исключенных и разрешенных значений массы и времени жизни в логарифмическом масштабе.

Возможно, полученный ответ может поначалу удивить: как же так, ведь мы точно знаем, что ЭМ-излучение живет намного дольше! Но не стоит забывать, что все виды излучения, которые мы до сих пор детектировали, даже низкочастотные радиоволны, имеют энергию фотона на несколько порядков больше его гипотетической массы. Для того, чтобы такие фотоны стали нерелятивистскими, нужно уменьшить эту энергию до 10 -18 эВ, что отвечает ЭМ-волне с периодом четверть часа и длиной волны в треть миллиарда километров. Вот если мы сумеем зарегистрировать ЭМ-волны такого типа, причем гарантированно приходящие к нам не из окрестностей солнечной системы и даже не от ближайших звезд, а из глубокого космоса, тогда эту оценку можно будет существенно улучшить.

Другой важный момент: стоит помнить, что эта оценка относится к выбранной массе 10 -18 эВ. Если взять еще меньшую массу, то γ -фактор станет еще больше, а значит, нижняя граница на время жизни фотона уменьшится . Например, при массе 10 -26 эВ собственное время жизни фотона может вообще составлять 1 секунду, и это не будет противоречить никаким экспериментальным данным! Правда, в этом случае вылезают уже чисто теоретические сложности: «ширина» фотона как резонанса становится намного больше его массы, поэтому все фотоны, даже испущенные на краю Вселенной, уже потребуется считать виртуальными, а не реальными частицами. Но экспериментаторов такие детали обычно не беспокоят.

На самом деле, в нашем решении мы закрыли глаза на большое число тонких эффектов, которые обсуждались в статье в Phys. Rev. Lett . Например, наличие у фотонов массы может привести к иному закону остывания фотонного газа в расширяющейся Вселенной. Правда, полученные ограничения на массу (они видны на рис. 2) оказались намного слабее уже имевшихся. Другой эффект состоит в том, что, когда свет летит не в вакууме, а в газе или плазме, он перестает быть свободным фотоном и приобретает некую эффективную массу. Космическая плазма, конечно, очень разрежена, поэтому и масса получится мизерной, но вполне вероятно, что она может оказаться и побольше того значения, которое мы использовали. Точного анализа пока не проведено, и если это окажется так, то оценку придется пересмотреть.

(фотон – от лат. photon) и гравитация?

С таким негодующим вопросом набросятся на меня боевая рать физиков, а глядя на эпиграф, и лирики тоже.

С окончательными выводами не спешим, начинаем исследовать эту удивительную и многогранную частицу-волну фотон.

Сегодня мы понимаем, что все окружающие нас излучения можно разделить на составляющие их частицы. К примеру, всем известно, что свет в конечном итоге состоит из фотонов. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм: в одних случаях он ведет себя как материальная частица, а в других, как электромагнитная волна. А если мы углубимся в познания квантовой физики, то обнаружим, что фотон по своей природе не является, вообще-то говоря, ни тем и не другим.

Фотон , с одной стороны, демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции в масштабах, сравнимых с длиной волны самого фотона. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла. С другой стороны, эксперименты показывают, что фотон не короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделен на несколько пучков оптическими делителями лучей. Фотон ведет себя как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны, например, атомными ядрами, или электронами.

Свое название фотон получил от греческого слова φῶς, «phōs» (свет). Понятие было введено химиком Гилбертом Льюисом в 1926 году, который опубликовал теорию, в которой фотоны считались «несоздаваемыми» и «неразрушимыми». Теория Льюиса не принесла лавров ее создателю, так как находилась в противоречии с экспериментами, но термин фотон физикам понравился и вошел в научную литературу.

Вокруг данной волны (частицы) на протяжении 20 века, кипели такие страсти, что мне невольно подумалось, что за этими страстями был потерян один из важнейших признаков, который должен отождествляется с ней, как с переносчиком гравитационного взаимодействия.

Забегая на мгновение вперед, скажу, что еще в 1960 году американскими учеными Паундом и Ребке был выполнен тончайший эксперимент, в котором было показано: «фотон (квант электромагнитной энергии) обладает также гравитационной массой, которая равна инертной массе m = hv/ c 2 » .

Фотон транспорт гравитации

В нашем случае, совсем не важно, чего в фотоне больше – частицы или волны, главное - он переносит энергию.

Энергия фотона e зависит от частоты излучения ν:

e = hν

где h = 6,626 · 10 -34 Дж·с – постоянная Планка.

Свет представляет собой распространение в пространстве фотонов, которые ведут себя как поток особых частиц.

Фотон обладает массой и импульсом. Наличие у фотона массы m вытекает из общей взаимосвязи между энергией и массой, введенной в 1900 году французским математиком Анри Пуанкаре.

e = mc 2 (с – скорость света в вакууме)

m = e / c 2

Для фотона е = e p = hν , откуда масса фотона равна:

m p = hν/ c 2

Фотон представляет собой как элементарная частица, но не имеющая массы покоя m 0 . Массу фотона следует считать полевой массой. Это означает, что свет обладает массой, связанной с электромагнитным полем световой волны.

Помимо энергии и массы фотон обладает импульсом р p . Импульс фотона был обнаружен экспериментально А. Комптоном, в 1927 году, за эту работу он был удостоен Нобелевской премии по физике. Связь энергии фотона с его импульсом вытекает из общей формулы теории относительности:

m p - масса фотона

Итак, фотон , подобно любой движущейся частице или телу, обладает энергией, массой и импульсом. Вот эти три важные физические величины можно назвать корпускулярными характеристиками фотона:

e p = hν; m p = hν/c 2; p p = hν/c

Подобно любой вещественной частице фотон способен переносить энергию, и соответственно, массу.

Это очень важно на данном этапе рассуждения и моя попытка, присвоения фотону «чужих», не родственных ему свойств переноса сил тяготения, должна увенчаться успехом.

Две трудности: отдача, давление света

Действие гравитации между двумя телами – это есть переброска энергии (массы) от одного тела к другому.

Фотон, по своим техническим (паспортным) характеристикам, вполне может исполнять роль переносчика или перевозчика энергии.

Следуя логике и зная, что фотон переносит энергию, почему бы нам, не возложить на него функцию транспорта гравитации. Нет, не нам – природе! Тем более, что кто-то или что-то эту гравитацию переносит, а фотон – это самая распространённая и многочисленная частица во Вселенной.

Вот здесь перед нами возникают две серьезные трудности.

1-я трудность – отдача.

Приведу цитату из авторитетного источника, изданного в прошлом веке и предназначенного для студентов университетов: «Если какое-либо первоначально покоившееся тело, испускает в определенном направлении электромагнитные волны, то это тело получает импульс G T =- G П , направленный в сторону, противоположную излучению, и равную импульсу, унесенному излучением. Это явление подобно «отдаче» ружья при выстреле» .

Подобные формулировки встречаются в каждом учебнике по физике.

2-я трудность – давление света.

Итак, две трудности, два барьера, связанные непосредственно с фотоном, которые пока не позволяют его признать полноценным героем, который мог бы стать переносчиком гравитации.

Присутствие этих трудностей не позволяло и не позволяет до сих пор ученым распространить влияние электромагнитных волн на гравитацию. Стереотип мышления, перенесенный автоматом механики Ньютона в микромир. Стереотип мышления, выработанный неправильным представлением происходящих процессов, связанных с частицами, не имеющих массы покоя и движущихся со скоростью света. Квантовое поведение фотона не доступно визуализации и конфликтует со здравым смыслом.

В физике сложилось парадоксальное явление – Солнце, с одной стороны, притягивает Землю, а с другой, создает на нее давление! Давление света, предсказанное Кеплером и Максвеллом, а потом якобы доказанное экспериментально П. Лебедевым в 1900 году, в большей степени давит на физиков. В природе никогда не наблюдается антагонизмов и противоположностей одновременно. Две силы, создаваемые одним источником, не могут и не должны быть направлены навстречу друг другу. Притом, одна сила, с помощью которой Солнце притягивает Землю, превосходит вторую (силу давления) в 10 13 (десять триллионов) раз!

Вакуум в экспериментах Лебедева достигал 10 -4 мм рт. ст., при таком разрежении невозможно было отстроиться от радиационного давления молекул воздуха. (С анализом опыта Лебедева и выводами можно познакомиться на сайте автора, статьи: « » и « ».

В 1927 году H. Мышкин опубликовал в журналах Русского физико-химического общества сенсационные результаты своих экспериментов по воздействию света на крутильные весы - устройство, реагирующее на малейшие изменения гравитации. Сенсация заключалась в том, что свет проявлял свойство притяжения, а не отталкивания! В начале 1970-х годов ульяновский инженер В. Беляев экспериментировал с крутильным маятником и обнаружил тот же эффект! В начале 90-х годов москвич Е. Демин, возможно, ничего не зная о своих предшественниках, подал заявку на открытие эффекта притяжения света! В 2006 году очередным экспериментом, опровергающим давление света отметился В.Е. Костюшко. Его крутильный маятник превосходил по точности маятник Лебедева на два порядка.

Все эксперименты говорят об одном: давление света является не доказанным, а точнее – оно не существует.

Чтобы разобраться с первой трудностью, разделим гравитационное взаимодействие на две составляющие: гравитацию источника и гравитацию приемника, и будем их рассматривать отдельно, прицельно, целенаправленно. Попутно продолжим непростой разговор о фотоне.

Related Posts

44 комментария

Итак, две трудности, два барьера, связанные непосредственно с фотоном, которые пока не позволяют его признать полноценным героем, который мог бы стать переносчиком гравитации:

1) отдача,

2) давление света.»»»-Вольно Вам такие утверждения делать.Эти трудности были разрешены ещё Николя Фатио де Дуйе,современником и знакомцем Ньютона.Многократно повторенные после его земляком,швейцарцем Лисажем,русским учёным 19века Ярковским,и ныне здравствующими Леонидом Ефимовичем Федулаевым,Семёном Александровичем Николаевым и многими другими.Читать следует больше по теие,прежде чем браться за перо.А то получается,что чукча не читатель-чукча писатель.

А почему не всех физиков перечислили?
Что касается перечисленных, которые в своих публикациях пропагандируют «пушинг» (приталкивание) и Вас вместе с ними, то для начала должен задать вопрос: «Откуда вы возьмете энергию для приталкивания?» Разве что всей дружной компанией встанете на теневой стороне Земли и по Вашей команде «Эй ухнем!», толкнете Матушку к Солнцу.
Однако, для толкания опять потребуется какая-то опора.
Теперь о трудностях. Ваши авторитеты, как Ле Саж, Фатио и слыхом не слыхивали о «давлении света», а Вы их мне приводите как авторитетов.
P.S. Последнюю реплику предлагаю отозвать обратно.

Геннадий как Вы можете объяснить физический и энергетический смысл длины волны и частоты света с учетом того, что фотон как и любая частица микромира (электрон протон и бесконечно вглубь) есть тор закрученный как цикличиски так и спирально?
Какая разница между фотоном синего цвета и крассного или это все 1 фотон имеющий несколько чего? радиусов, длин, частот, скоростей?
Почему ЭМВ разных длин имеют разное поглощение материей? (Свет не проходит сквозь железобетон — отражается? + поглащается?, радиоволны проходят? или огибают ЖБ стены?). Рентгеновские лучи могут проходить. Переизлучение. Обладание намного большей энергией кторой «хвататет» что бы пройти сквозь?

Антон, Вы задали, как минимум, 5 фундаментальных вопросов. Для чего? Вы ленитесь прочесть это в классической физике? Если я буду перепечатывать и цитировать учебники физики, то меня обвинят в плагиате. У меня, как Вы должны заметить, несколько другая задача. Возьмите, например: Курс общей физики, Савельев И.В., книги 4 (Волны Оптика) и 5 (Квантовая оптика Атомная физика …), там найдете ответы на все интересующие вопросы.

Я вижу Вы не поняли вопроса. Гордыня не помошник в просвещении.

«Я вижу Вы не поняли вопроса. Гордыня не помошник в просвещении».
—————-
Там было 5 вопросов, который я не понял?
Что касается Вашего просвещения, это не в моей компетенции.

Как объяснить этой теорией гравитацию черных дыр?
А независимость массы от температуры?

«Как объяснить этой теорией гравитацию черных дыр?
А независимость массы от температуры?»
————————————
По черным дырам я высказался, а вот второй вопрос: «А независимость массы от температуры?» Что Вы хотели узнать: Обладает ли тело энергией, имея массу? Или что-то другое? Вопрос не корректный.

Только что подумал об этой идее, загуглил и зашел на ваш сайт. Прекрасная идея, мне нравится.

О какой идее подумали? У меня на сайте их много.

Что фотон является так же и переносчиком гравитационного взаимодействия. Но я дошел до этого не совсем рациональным путём и это лишь предположение.

«Что фотон является так же и переносчиком гравитационного взаимодействия. Но я дошел до этого не совсем рациональным путём и это лишь предположение».
————————————-
Рациональным или иррациональным, но Вы один из немногих, кто до этого пытается дойти.
Рациональность здесь одна — огромная сила, удерживающая планеты на орбитах.
Когда маститые ученые говорят, что гравитацию переносят гипотетические гравитоны и начинают их отождествлять то с нейтрино, которых днем с огнем не сыщешь, то начинают строить огромные лаборатории типа LIGO и отлавливать единичные импульсы, пришедшие из Космоса, то это «курам на смех».

Согласно ТЗЭС существует элементарный гравитационный фотон состоящий из структур мирового эфира. Такой вывод в рамках теории ТЗЭС сделан руководствуясь принципом подобия, опираясь на уже известные данные по строение структур протонного, электронного, электрического семейств.
Структуры входящие в протонное семейство примерно в 1800 раз крупнее структур электронного семейства. Элементарные структуры электронного семейства примерно 40000 раз по энергии массивны элементарных фотонов.
На сколько порядков меньше элементарные структуры масс — магнитного семейства, обладающие гравитационными зарядами пока совершенно не ясно, но меньше. Ещё меньше по собственной энергии элементарные гравитоны, взаимодействующие с гравитационными зарядами масс — магнитных структур.
Так что утверждать, что электромагнитные фотоны являются переносчиками
гравитационных взаимодействий просто несерьёзно. Ведь пока в рамках теории ТЗЭС удалось определить порядок собственной энергии элементарных фотонов, наполняющих полуволны радиоволн и макрофотонов. В. Кишкинцев

«Согласно ТЗЭС существует элементарный гравитационный фотон состоящий из структур мирового эфира»
————————————
По первой фразе и по остальным тоже, сразу возникает несколько вопросов: что это за элементарный гравитационный фотон; что это за структуры мирового эфира?
Моя гипотеза проста и, надеюсь понятна, она не претендует на новые мудреные термины и не опирается на несуществующий локальный или мировой эфир.

Статья, под названием: «Фотонно-квантовая гравитация» только что опубликована в электронном научно-практическом журнале «Современные научные исследования и инновации».
http://web.snauka.ru/issues/2016/10/72457
Прочтите, возможно многие вопросы у Вас отпадут.

Согласно теории ТЗЭС и жизненных наблюдений самыми распространёнными переносчиками энергии в нашем мире должны быть электростатические структуры формирующие вещества, вырабатываемые электрическими зарядами на основе. По ТЗЭС это 3.0.1 вырабатываемые зарядами протонов и 3.0.2 вырабатываемый зарядом электрона. Эксперименты показывают, что свободных электронов в проводника нет, и структуры 3.0.1 и 3.0.2 являются основными переносчиками электрического тока, электроны вспомогательный свойственный только постоянному току. Практика формирования электромагнитных волн показывает, что наполнение их полуволн осуществляется за счёт перехода электростатических структур в водородное состояние, т.е. приобретения ими магнитных структур в соответствующих состояниях. Таким образом образуются элементарные фотоны 3.1.1 и 3.1.2.
Они с момента формирования за счёт обменных гравитационных взаимодействий приобретают скорость света. И элементарными фотонами 3.1.1 наполняется одна полуволна у радиоволн, а структурами 3.1.2 вторая полуволна. Аналогичное наполнение у макро фотонов. В. Кишкинцев

«Практика формирования электромагнитных волн показывает, что наполнение их полуволн осуществляется за счёт перехода электростатических структур в водородное состояние, т.е. приобретения ими магнитных структур в соответствующих состояниях. Таким образом образуются элементарные фотоны 3.1.1 и 3.1.2.
Они с момента формирования за счёт обменных гравитационных взаимодействий приобретают скорость света. И элементарными фотонами 3.1.1 наполняется одна полуволна у радиоволн, а структурами 3.1.2 вторая полуволна. Аналогичное наполнение у макро фотонов».
——————————————-
Волны, полуволны, «элементарные фотоны 3.1.1 и 3.1.2», «структуры 3.0.1 и 3.0.2», «макро фотоны»! И это все элементарные частицы?
Но сам фотон, рожденный Солнцем, и крафон Земли, признанные элементарные частицы, они не делятся и не дробятся. Откуда такое количество новоявленных трехзначных в «теории ТЗЭС». Вы уверены, что они существуют?

Проблема ваших споров да и всей современной физики в том, что электромагнитные волны, которыми заполнено всё космическое пространство, в том числе и каждый атом и каждая клетка, имеют второстепенное или даже третьестепенное значение. В действительности ЭМВ — это единственная, при том — не материальная субстанция, из которой состоит материя — атомы и клетки. ЭМВ — это единственный источник энергии и самой жизни. Тот же фотон — это пучок ЭМВ, которые согласно закона Кулона притягиваются друг к другу по аналогии с параллельными проводами, по которым ток течёт в одном направлении. То есть фотон — это элементарная частица, не имеющая массы, а, следовательно и притяжения (гравитации)

Подтверждением того, что фотоны не имеют массы гравитации является то, что свет от солнца и любой звезды не притягивается другими звёздами, а летит по прямой.

«Тот же фотон - это пучок ЭМВ, которые согласно закона Кулона притягиваются друг к другу по аналогии с параллельными проводами, по которым ток течёт в одном направлении. То есть фотон - это элементарная частица, не имеющая массы, а, следовательно и притяжения (гравитации)»
————————————
ЭМВ притягиваются друг к другу и в то же время, не имеющие притяжения. Вы уж определитесь на кого ставить

«Подтверждением того, что фотоны не имеют массы гравитации является то, что свет от солнца и любой звезды не притягивается другими звёздами, а летит по прямой.»
————————————
Я бы мог сослаться на то, что под действием солнечной гравитации у фотона искривляется траектория. Но, мне это совершенно до лампады, главное — фотон переносит энергию, и, соответственно, гравитацию.

Согласно теории ТЗЭС электроны и позитроны состоят из электростатических структур третьего семейства, т.е. соответственно из структур 3.2.2, 3.2.0 и 3.0.2 и 3.0.1. А фотоны и полуволны радиоволн наполняются электростатическими структурами в водородном состоянии, т.е. 3.1.2 или 3.1.1. В водородном состоянии электростатическая структура 3.0.1 или антиструктура 3.0.2, /формируется зарядами электронов/ обзаводятся постоянным попутчиком в виде магнитной антиструктуры 2.0.2 или 2.0.1. Их конструктивное строение обеспечивают обменные гравитационные силы, они же обеспечивают пространственное движение данных элементарных фотонов со скоростью света с момента образования. В результате элементарные фотоны становятся пригодными для наполнения полуволн радиоволн и всех видов фотонов. Результат существуют макро фотоны и антифотоны,в виде отдельных стай. Плюс положительная и отрицательная полуволны у радиоволн. Смотрите детально материалы по теории «Таблицы заведомо элементарных структур! Величина энергии элементарного фотона 0.0012 эВ.

Обидно на моём сообщении от 21.02.17 оборвалась дискуссия. А, ведь элементарные фотон 2.1.1 и 2.1.2 взяли на себя ответственность за определение движения по инерции вообще всех материальных тел. Ведь в них вмонтирован самый элементарный инерционный двигатель, работающий за счёт обменных гравитационных взаимодействий, при чём с обменом на предельной частоте. За счёт чего фотоны движутся с предельной электромагнитной скоростью, предпочитают прямолинейное движение, так как внешним гравитационным структурам тяжеловато устроить взаимодействие с гравитационным зарядом электростатической или магнитной структуры.
Короче номенклатура элементарных переносчиков энергии, включённая в ТЗЭС способна объяснить множество природных чудес, и следовательно заслуживает серьёзных дискуссий.

«Обидно на моём сообщении от 21.02.17 оборвалась дискуссия. А, ведь элементарные фотон 2.1.1 и 2.1.2 взяли на себя ответственность за определение движения по инерции вообще всех материальных тел».
«Короче номенклатура элементарных переносчиков энергии, включённая в ТЗЭС способна объяснить множество природных чудес, и следовательно заслуживает серьёзных дискуссий».
——————————————
Уважаемый, В. Кишкинцев, я думал, что Вы поняли, почему я не стал отвечать на последний комментарий, оказывается — нет. Поясняю.
Во-первых, я не знаю такой теории ТЗЭС, и, наверное, никогда не узнаю (по-моему мнению, она далеко не дотягивает до теории).
Во-вторых, про серьезные дискуссии. На страницах моего сайта, дискуссии должны вестись о содержании статей, опубликованных на данном ресурсе, а не об экзотических «теориях ТЗЭС».

Должен извиниться перед Вами, за то что дал не верную ссылку на свою статью, она переехала в другой журнал. Статья под названием: «Гравитация Земли. Фотонно-квантовая гравитация» опубликована в журнале: «The scientific heritage» №5(5), 2016, с. 79-94 / URL: http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf «

В настоящее время многим физикам стало ясно, что энергетические поля состоят из элементарных полевых структур. Поэтому почти ежемесячно появляются новые теории, но все они больны игнорированием участия двух видов полевых структур в формировании электрических и магнитных полей.
Среди них теория ТЗЭС единственная предложившая систематизацию переносчиков электрической и магнитной энергии по шести состояниям нуклона, т.е. признания участия антивещества в формировании энергии. В результате согласно ТЗЭС существует два вида электростатических структур, формирующих окружающее нас вещества с помощью двух видов электрических зарядов, и главное без энергетических затрат.. Это структуры3.0.1 и 3.0.2. На их фундаменте формируется два вида элементарных фотонов, которыми комплектуются все макро фотоны и полуволны радиоволн. Подробную монографию по возможностям ТЗЭС пока удалось опубликовать только в Германии и Молдавии. Отдельные главы в Интернет,их наибольшее количество на сайте библиотеки Роспатента http://www.sciteclibrary.ru/rus/avtors/k.html . С помощью переносчиков энергии, включённых в ТЗЭС, удалость даже объяснить природу движения по инерции и теплой энергии, многое другое. Публикация монографии изданной в Германии, требует признания, что электрон представляет самую крупную структуру-частицу из антивещества. Причём разрушаемую в электрических искрах электросварки. В. Кишкинцев

Смех- смехом, а в ТЗЭС систематизированы самые элементарные полевые переносчики энергии по шести состояниям нуклона, явно заявляющие о своём функционировании в нашем мире.
Привести ТЭЗС в данном комментарии невозможно, но её экз. достаточно в Интернет. Тема данной дискуссии гравитационный фотон. Я пока решился ввести в ТЗЭС, только гравитационный протон, он помогает масс — магнитным и электростатическим структурам создавать вещества из лептонов и нуклонов за счёт обменных и гравитационных взаимодействий, и гравитон это переносчик энергии на неограниченные расстояния. Из гравитонов формируются гравитационные поля небесных тел. Включить в ТЗЭС шесть гравитационных структур не решился из-за отсутствия экспериментальных предпосылок. По этой же причине масс- магнитное семейство ограничил, похоже временно, четырьмя структурами.
Полный комплект из шести переносчиков энергии пока только в электрическом семействе. Но даже такие усечённые материальные представления о переносчиках энергии позволяют элементарно объяснить природу постулатов в физике и многие вновь открытые явления, не имеющие объяснения.

Ну Вы г. Кишкинцев, молодец! Продолжаете гнуть свою линию о своей ТЗЭС, у которой в фундаменте гравитационный фотон и гравитон. Обе частицы неизвестного происхождения. Тогда на чем она держится Ваша ТЗЭС — на глинянных ногах.
Еще раз Вас предупреждаю, что комментарии должны быть по существу опубликованного материала

Кстати, я был знаком с В.Е. Костюшко, был у него в квартире и держал в руках его «маятник». Дело в том, что я до создания ТЗЭС занимался взвешиванием постоянных масс газов при разных температурах, и даже Первым симпозиумом Ядерного общества был по результатам чернобыльских событий объявлен, как автор третьей весовой поправки. Достоверность моих исследований с газами В.Е. Костюшко признавал, но его результаты и мои категорически отвергал В.Б. Брагинский, и его поддерживал В.Л. Гинсбург. Так что моя заявка в ГОСПАТЕНТЕ № ОТ- 10764, до сих пор остаётся заявкой на открытие. Хотя из неё следует, что Солнце и звёзды обладают солидными массами скрытыми температурой. Защищая достоверность заявки ОТ-№ 10764 я и создал ТЗЭС.
Структуры 3.0.1 и 3.0.2 являются самыми крупными переносчиками тепловой
энергии и электрического тока. Подробнее по В.Е. Костюшко в томе 16 Энциклопедии русской физической мысли Моя статья.

«Кстати, я был знаком с В.Е. Костюшко, был у него в квартире и держал в руках его «маятник». Дело в том, что я до создания ТЗЭС занимался взвешиванием постоянных масс газов при разных температурах, и даже Первым симпозиумом Ядерного общества был по результатам чернобыльских событий объявлен, как автор третьей весовой поправки. Достоверность моих исследований с газами В.Е. Костюшко признавал»
—————————
Я тоже признаю Ваши исследования по взвешиванию газов и делаю ссылку в своей статье: «Гравитация Земли. Фотонно-квантовая гравитация» опубликована в журнале: «The scientific heritage» №5(5), 2016, с. 79-94 / URL: http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf
Костюшко намеревался повторить опыт с давлением света с новыми крутильными весами в конце 2016 года. Поскольку Вы лично знакомы и даже были в гостях у него, то наверняка у Вас есть какая-то информация по новым опытам? Если не затруднит, пришлите ссылки.

К сожалению В.Е. Костюшко помер, причины, и у кого теперь его уникальный маятник не знаю. По данной тематике известна и признана поправка Этвеша, эффект зависимости веса тел от частоты, эксперименты Ю. Григорьева с нейтронами падающими в нейтроноводах, результаты моих экспериментов и даже эксперименты Брагинского с маятником и множество экспериментов с вращающимися и вибрирующими массами — это свидетельство что скорость движения масс уменьшает частоту взаимодействий гравитонов из гравитационного поля Земли причём пропорционально скорости движущегося тела или скорости колебаний составляющих элементарных масс. Подобное, как показывают эксперименты Фан Лиангзао свойственно и электронам взаимодействующим с электростатическими полями разной напряжённости. Это доказательство существования элементарных масс обладающих гравитационными зарядами. Поэтому предлагаю внимательно посмотреть на мою ТЗЭС, она мне ежемесячно делает подарки, может расщедрится и Вам подарит реальную идею

В.Е. Костюшко был прекрасным экспериментатором. Жаль человека.
Насчет Вашей «ТЗЭС, она мне ежемесячно делает подарки »
Если она Вас одаривает так часто, то зачем делиться с кем-то.

Уважаемый Геннадий Ершов, Вы всё осмеиваете ТЗЭС, что в определённой мере положительно: Вы признали, что ТЗЭС появилась. Однако, при этом зная что для создания любой силы нужны затраты энергии, не хотите выяснить почему прочность всех окружающих тел создаётся без энергетических затрат??? И. Вы к сожалению далеко не один, считающий, что это так и должно быть.
А, из зарождающейся теории ТЗЭС следует, что окружающие нас тела не требуют энергетических затрат, потому что они созданы обменными физическими силами. Самые крупные переносчики таких сил создают электрические заряды. Их два вида, положительный вид заряда. Его приписали позитрону, хотя он такой же, как у протона. Вас это не смущает?
ТЗЭС установила, что это грубейшая ошибка. Из антивещества должен быть электрон и его электростатическая структура. Далее, преподаватели МАИ А.В. Чернецкий и Ю.А. Галкин установили, что электрическ4ая искра генерирует энергию.
Объяснить этот эффект можно только с позиций ТЗЭС, признав что в электрической дуге электроны разрушаются с образованием дополнительных электростатических структур. Создающих дополнительный электрический ток.
И, эти преподаватели МАИ далеко не единственные. Электроны разрушаются во множестве технологических процессов. А, допустимо это или нет? Я задаю этот вопрос с начала текущего тысячелетия? Однако к настоящему времени не открыто ни одной реакции в которой бы рождались новые электроны. Хотя электроны в нашем Мире возложили на себя весьма серьёзные
обязанности, и хотя их чрезвычайно много вокруг нас, но их сокращение. как мне, кажется может влиять даже на земную погоду. Другими словами пора признавать ТЗЭС и вычислять какое количество электронов в человечество может ежегодно уничтожать. В. Кишкинцев

«Уважаемый Геннадий Ершов, Вы всё осмеиваете ТЗЭС, что в определённой мере положительно: Вы признали, что ТЗЭС появилась. Однако, при этом зная что для создания любой силы нужны затраты энергии, не хотите выяснить почему прочность всех окружающих тел создаётся без энергетических затрат??? И. Вы к сожалению далеко не один, считающий, что это так и должно быть.
А, из зарождающейся теории ТЗЭС следует, что окружающие нас тела не требуют энергетических затрат, потому что они созданы обменными физическими силами».
—————————
Я никого и ничего не высмеиваю, каждый следует своим путем. Но я никогда не буду приверженцем теории в которой прочность всех окружающих тел создаётся без энергетических затрат?
«пора признавать ТЗЭС и вычислять какое количество электронов в человечество может ежегодно уничтожать »
Это Вы мне предлагаете посчитать количество уничтоженных электронов?

Перечитал Ваши комментарии и обнаружил следующие высказывания:
1) «Таким образом образуются элементарные фотоны 3.1.1 и 3.1.2.
Они с момента формирования за счёт обменных гравитационных взаимодействий приобретают скорость света».
2) Комментарием выше читаю: «Структуры входящие в протонное семейство примерно в 1800 раз крупнее структур электронного семейства. Элементарные структуры электронного семейства примерно 40000 раз по энергии массивны элементарных фотонов»
Отсюда вопрос: Каким образом Элементарные структуры электронного семейства, которые 40000 раз массивнее фотонов могут набрать скорость света?

Если верить измерениям ускорения электронов, проведённым в Китае проф. Фан Лиангджао, то электроны способны быть ускорены только энергией ориентировочно не превышающей 0,5 от собственной энергии, т.е. они не могут быть ускорены до скорости света. Это дико звучит в рамках современной физики, но китайского экспериментатора пока никто не опроверг. Его соображения подтверждают внутренний состав электрона, предлагаемый ТЗЭС. И, ТЗЭС с такой точки зрения никто не опровергает.
Так что думайте Геннадий, кто прав А. Эйнштейн или китайский проф.

Интересная у Вас логика: «но китайского экспериментатора пока никто не опроверг. Его соображения подтверждают внутренний состав электрона, предлагаемый ТЗЭС. И, ТЗЭС с такой точки зрения никто не опровергает». Если китайца никто пока не опроверг, то это не значит, что то же самое — не опровергнут и Вас.
Насчет Эйнштейна и его правоты, у меня опубликовано несколько статей с опровержением его ОТО, например «Перигелий Меркурия» . Также прочтите последние статьи: «Про Черные дыры»

Элементарный фотон состоит из электростатической магнитной структур, конструктивно связанных между собой обменными гравитационными взаимодействиями. Происходящими на частоте достаточно близкой к предельно возможной, поэтому гравитационные поля слабо взаимодействуют со световыми макро фотонами. Движение элементарного фотона начинается с момента его образования, это свидетельство что именно обменные гравитационные взаимодействия и обеспечивают его движение. Что подсказывает, что именно поляризационно пространственные взаимодействия в твердых телах обеспечивают их движение по инерции. Тепловые, хаотические взаимодействия на таковое не способны. Эксперименты Точилина с тележкой, колеса которой не приводятся в движение, и его последователей такую точку зрения подтверждают.

«Элементарный фотон состоит из электростатической магнитной структур, конструктивно связанных между собой обменными гравитационными взаимодействиями. Происходящими на частоте достаточно близкой к предельно возможной, поэтому гравитационные поля слабо взаимодействуют со световыми макро фотонами .»
Вы не утомимы в своих изысканиях, помимо элементарных фотонов появились новые «световые макро фотоны».
Скажу честно из приведенной цитататы я ничего не понял, а Вы понимаете, что пишите?

В первом предложении моей заметки от 29.12.18 пропущены два, слова, должно быть:Элементарный электромагнитный фотон состоит из электростатической и магнитной структур, конструктивно связанных между собой обменными пространственно поляризованными гравитационными взаимодействиями. И далее всё нормально, для тех кто признаёт ТЗЭС.
Г.Ершова интересуют естественно вопрос существуют или нет гравитационные фотоны. Согласно ТЗЭС и природы таковые обязаны существовать, это структуры из гравитационного протона 1.0 и эфирного протона 0.0. Это слабое место в ТЗЭС требующее проработки. Дело в том, что переносчики гравитационной энергии явно существуют. Ведь создают они
определенную занятость в гравитационных зарядах масс- магнитных структур и антиструктур. Различия в этой занятости экспериментально наблюдаются в
изменениях веса одних и тех же макро масс, при изменении их скорости движения и даже температуры. Однако четких экспериментальных данных о том, что существует антигравитация,по крайней мере пока, нет. В такой ситуации в ТЗЭС не включены гравитационные антиструктуры, и эфирное семейство состоит всего из одного эфирного протона. Это пока в ТЗЭС проблемный момент требующий проведения экспериментов и дискуссий.

«Г.Ершова интересуют естественно вопрос существуют или нет гравитационные фотоны. Согласно ТЗЭС и природы таковые обязаны существовать, это структуры из гравитационного протона 1.0 и эфирного протона 0.0. Это слабое место в ТЗЭС требующее проработки».
—————————
Я готов подождать еще немного, когда Вы проработаете этот важный для меня вопрос…

С точки зрения волновой теории, обычный дневной свет представляет собой набор электромагнитных волн с различными λ. При прохождении через треугольную стеклянную призму он разлагается на составные цвета образуя радужный спектр. Волновой природой свет легко объясняются очень многие оптические явления, на пример отражение, рассеяние, лучепреломление и интерференция. Однако с помощью таких представлений не удается объяснить закономерности, наблюдаемые при фотоэффекте.

Переписанная из учебника статья, притом с ошибками.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. .

Ваш комментарий на модерации.

8.1. Энергия электромагнитного поля

Состояние электромагнитного поля в резонаторе можно задать, перечислив состояния всех соответствующих допустимым модам излучения полевых осцилляторов (8.1). Независимость друг от друга полевых осцилляторов позволяет представить состояние всего электромагнитного поля в виде произведения состояний каждой его моды. Полная энергия оказывается равной сумме энергий, находящихся в каждой из мод (8.2). Энергия каждой моды может принимать дискретные значения, отстоящие друг от друга на величину, равную энергии планковского кванта (8.3). Это свойство позволяет формально сопоставить каждому состоянию полевого осциллятора набор частиц, каждая из которых обладает энергией (8.3), число которых равно номеру этого состояния. Такие частицы принято называть фотонами .

Определенные трудности в теории вызывает тот факт, что энергии нижних состояний полевых осцилляторов оказываются отличными от нуля. Т.о. любая мода из бесконечного набора даже в отсутствии в ней реально наблюдаемых фотонов обладает энергией, равной половине энергии планковского кванта. Полная же энергия вакуума, даже в случае отсутствия в нем излучения оказывается бесконечно большой. В рассматриваемом случае представляется малоприемлемым часто используемый в физике способ переопределения энергии системы за счет сдвига начального уровня ее отсчета. Происхождение отличного от нуля значения энергии нижнего состояния имеет глубокий физический смысл, поскольку проистекает из правила коммутации операторов обобщенной координаты и импульса. Именно это свойство операторов в конечном итоге приводит к правильному описанию эффекта спонтанного излучения, не объясненного «классической» квантовой механикой и ряда других «тонких» эффектов, наблюдаемых на эксперименте. Следуя введенной терминологии, соответствующие «половинкам фотонов» нижние состояния можно назвать темновыми фотонами или нуль-колебаниями электромагнитного вакуума . Вместе с тем следует отметить, что полученный результат в виде бесконечно большой энергии элдектромагнитного вакуума,по-видимому, является физически бессмысленным и свидетельствует о внутренней противоречивости и незавершенности имеющейся на сегодняшний день квантовой релятивистской теории излучения.

8.2. Импульс электромагнитного поля

Фотон, как ультрарелятивистская частица, помимо энергии должен обладать и импульсом , связанным с энергией стандартным релятивистским соотношением (8.4). Ожидаемое выражение для импульса фотона может быть действительно получено в рамках принятого в квантовой электродинамике формализма полевых осцилляторов. Явный вид оператора импульса (8.5) записывается естественным образом по аналогии с классическим выражением и с учетом ранее полученных выражений для операторов векторного потенциала и поля (7.29 - 7.30) может быть выражен через операторы обобщенных координат и импульсов полевых осцилляторов (8.6). Из последнего соотношения непосредственно следует ожидаемое из не квантовой релятивистской теории «правильное» выражение для импульса электромагнитного поля (8.7). В отличие от рассмотренной противоречивой ситуации с энергией, в случае импульса электромагнитного поля из-за векторного характера входящих в сумму слагаемых полный импульс не содержащего электромагнитного излучения пространства в определенном смысле оказывается равным нулю.

8.3. Поляризация излучения и «спин» фотона

Если в рамках классической физики понятие поляризации электромагнитных волн не требует особых комментариев, то выяснение смысла этой характеристики в случае корпускулярного описания представляется весьма содержательным.

Даже на языке классической физики может быть приведен ряд соображений, указывающих на тесную связь поляризации излучения со спином фотона, который в случае движущейся со скоростью света частицы обычно называют спиральностью . Для выяснения связи поляризации излучения с переносимым им моментом импульса достаточно рассмотреть процесс взаимодействия атома Томсона с излучением круговой поляризации. При установившемся вынужденном вращении квазиупругого электрона с частотой вращения электрического поля волны угол между векторами скорости электрона и напряженности поля остается постоянным. При этом скорость передачи энергии излучения системе оказывается пропорциональной скорости передачи ей момента импульса (8.8). Подстановка в полученное выражение планковской формулы для энергии излучения приводит к предположению о том, чтоz-проекция момента импульса фотона с круговой поляризацией может иметь величину, равную постоянной Планка. В этом случае кажется логичным приписать фотону собственный момент импульса равный по величине одной постоянной Планка.

К аналогичному выводу приводят и другие соображения, основанные на связи величины спина системы с трансформационными свойствами состояний поляризации излучения при вращении системы координат. Так очевидно, что при повороте системы координат вокруг оси z, направление которой совпадает с направлением распространения плоской монохроматической волны, два возможных состояния ее линейной поляризации преобразуются друг через друга (8.9). В случае же состояний круговой поляризации (8.10) поворот системы координат приводит лишь к их умножению на фазовый множитель (8.11) в точности совпадающий с аналогичным множителем, возникающим при поворотах вокруг оси z систем с единичным спином. Именно это свойство состояний поляризации позволяет приписать фотону плоской монохроматической волны круговой поляризации собственный момент импульса, равный единице.

Приписывание фотону единичного спина носит несколько условный характер, поскольку спином принято называть внутренний момент импульса частицы в тех системах отсчета, относительно которых рассматриваемая частица остается неподвижной. Именно отсутствие системы отсчета, в которой частица может покоиться, в конечном итоге приводит к запрету существования фотонов в сферически-симметричных состояниях. Именно по этой причине состояние |S=1, M S =0> случае фотонов оказываются нереализуемыми в природе.

8.4. Полный момент и четность фотона

При решении задач взаимодействия излучения с атомом электромагнитное поле удобнее рассматривать как совокупность сферических волн, являющихся решением уравнения Д’Аламбера, записанным в сферических координатах (8.12). В некотором смысле это уравнение для векторного потенциала можно рассматривать как аналог уравнения Шредингера для электрона (2.4 - 2.5). Оба уравнения имеют сходную структуру и содержат квадрат оператора момента количества движения. Отличие состоит лишь в отсутствии слагаемого, содержащего кулоновский потенциал 9фотон является электрически нейтральной частицей) и в векторном характере искомого решения. Последнее требует некоторого уточнения: строго говоря, волновая функция электрона в классическом уравнении Шредингера не является скаляром, поскольку содержит в себе спиновую часть, отвечающую двум возможным состояниям собственного момента количества движения электрона (спин 1/2). В этом смысле различие между векторным потенциалом («волновой функцией») для фотона и «скалярной» (а реально - двухкомпонентной) волновой функцией электрона состоит только в величине спина сравниваемых элементарных частиц. Следует еще раз напомнить, что величина спина характеризует число состояний неподвижного объекта, преобразующихся друг через друга при вращениях координат.

Как и в случае решения задачи о движении электрона в кулоновском поле ядра стационарное (т.е. зависящее от времени по гармоническому закону) решение этого уравнения разумно искать в виде произведения двух функций: радиальной и угловой (8.13). В качестве последней следует использовать любую из ранее введенных шаровых функций (5.7), составляющих полный набор собственных функцией оператора квадрата момента количества движения. Построенное решение (8.13) содержит два множителя, преобразующиеся при вращениях системы координат: шаровые функции и вектор поляризации. Формально, по аналогии с задачей о электроне в атоме водорода, порядку l шаровой функции Y lm хочется сопоставить момент импульса фотона, а вектору поляризации - равный единице спин фотона (частицы с единичным спином ведут себя при вращениях подобно классическому вектору). Полный же момент фотона (как и в случае электрона) должен представлять сумму орбитального и спинового.

К сожалению, приведенная аналогия не является вполне удовлетворительнойиз-заравенства нулю массы покоя фотона. Эта очевидная особенность фотона делает невозможным существование системы координат, в которой бы он покоился. В результате понятие спина, традиционно определяемое как собственный момент количества движения покоящейся частицы, для фотона теряет смысл. Так же оказывается невозможным и корректное определение спина фотона как характеристики числа состояний, преобразующихся друг через друга при поворотах: обязательное для фотона состояние движение со скоростью света всегда выделяет одно направление в пространстве, изменение которого при повороте означало бы изменение волнового вектора фотона и, следовательно, номер соответствующей ему моды. Невозможность корректного разделения орбитального и спинового моментов фотона можно пояснить и на еще одном языке: условие поперечности для электромагнитных волн по существу накладывает дополнительное ограничение на взаимную ориентацию волнового вектора и вектора поляризации. В результате «орбитальное» и «спиновое» движение фотона не могут считаться независимыми. Т.о. в случае фотона оказывается возможным говорить только о полном моменте импульса частицы.

Помимо энергии, импульса и полного момента фотону может быть приписана определенная четность , характеризующая поведение волновой функции при инверсии координат. Указанная операции изменяет знак обычного трехмерного пространственного вектора на противоположный. Шаровая функция с индексами l, m=l при инверсии ведет себя подобно 2l - положительно направленным спинорам, каждая пара которых подобны пространственному вектору (8.14). Т.о. четность такой функции оказывается равной (-1) l . При поворотах системы координат шаровая функция с указанными индексами преобразуется через набор всевозможных шаровых функций порядка l . Поскольку в случае отсутствия слабых взаимодействий оператор инверсии с гамильтонианом системы, он коммутирует и с входящим в выражение для гамильтониана оператором квадрата момента импульса, а следовательно - и со связанным с ним оператором поворота. В результате оказывается, что весь набор шаровых функций порядка l обладает одинаковой четностью.

Из-затого, что волновая функция фотона носит векторный характер (т.е. содержит вектор поляризации, четность которого отрицательна), полная четность фотона оказывается равной (-1) l+1 .

8.5. Векторная частицы в состояниях с различными целочисленными моментами импульса

Для построения классификации фотонов по моменту и четности целесообразно решить вспомогательную задачу нахождения допустимых значений полных моментов нерелятивистской векторной частицы с заданным орбитальным моментом. В качестве простейшего примера может быть рассмотрена векторная частица в р-состоянии(с орбитальным моментом l=1 ). Базисные состояния такой системы могут быть заданы в виде произведений состояний орбитального и спинового моментов (8.15). Такой базис разумно называть набором состояний с определенными проекциями орбитального и спинового моментов. Проекция полного момента системы на вертикальную ось по-прежнему определяется исходя из результата действия на состояние оператора поворота вокруг оси z. Состоянию с равными единице проекциями на ось z орбитального и спинового моментов может быть так же отнесено к состоянию нового базиса с полным моментом j=2 и его максимально возможной проекцией M j =+2 (8.16). Остальные 4 состояния из группы с j=2 представляют собой симметричные линейные комбинации исходных базисных состояний (8.15) с одинаковыми суммами проекций орбитального и спинового моментов (8.17). В последнем утверждении легко убедиться, подействовав оператором произвольного поворота на состояние |j=2, m=2> , в результате которого указанное состояние должно превратиться в линейную комбинацию группы новых базисных состояний вида |j=2,M j > (8.18). Всей этой группе соответствуют состояния, представляющие собой полностью симметричны линейные комбинации всех мыслимых комбинаций из четырех спиноров, взятых с одинаковыми весовыми множителями. В свою очередь, из этих линейных комбинаций легко составить состояния исходного базиса с определенными проекциями обоих моментов.

Оставшаяся антисимметричные линейные комбинации состояний старого базиса с |M|

Т.о. из заданного набора 9 произведений состояний с определенными проекциями моментов удалось построить такое же число новых базисных состояний с определенным значением полного момента и его проекции. В полном соответствии с квантовомеханическими правилами сложения моментов множество вновь построенных состояний содержит суммарные моменты, лежащие в интервале от |l-s| до l+s.

8.6. Классификация фотонов

Перечисленные по алгоритму (8.15) набор состояний с полным моментом для векторной частицы оказывается избыточным для фотона, не имеющего «продольных» состояний с направленным по волновому вектору вектором поляризации. Для выявления «лишних» состояний продольной поляризации полезно установить их четность. Для того, чтобы физические свойства гипотетического «продольного» фотона оставались неизменными, производимые над ним преобразования симметрии не должны затрагивать волнового вектора (и параллельного ему вектора поляризации). Т.о. оказываются возможными только вращения вокруг волнового вектора, в результате которых объект должен проявлять свойства симметрии, соответствующие его полному моменту j . Т.о. координатная часть волновой функции фотона должна содержать шаровую функцию порядка j. При инверсии координат, не затрагивающей направление вектора k , шаровая функция полностью определяет четность всей волновой функции фотона - (-1) j . Именно состояние с такой четностью оказывается «лишним» и должно быть вычеркнуто их полного списка возможных состояний фотонов:

В современной трактовке гипотеза квантов утверждает, что энергия E колебаний атома или молекулы может быть равна h ν, 2h ν, 3h ν и т.д., но не существует колебаний с энергией в промежутке между двумя последовательными целыми, кратными . Это означает, что энергия не непрерывна, как полагали на протяжении столетий, а квантуется , т.е. существует лишь в строго определенных дискретных порциях. Наименьшая порция называется квантом энергии . Гипотезу квантов можно сформулировать и как утверждение о том, что на атомно-молекулярном уровне колебания происходят не с любыми амплитудами. Допустимые значения амплитуды связаны с частотой колебания ν .

В 1905 г. Эйнштейн выдвинул смелую идею, обобщавшую гипотезу квантов, и положил ее в основу новой теории света (квантовой теории фотоэффекта). Согласно теории Эйнштейна, свет с частотой ν не только испускается , как это предполагал Планк, но и распространяется и поглощается веществом отдельными порциями (квантами) , энергия которых . Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме (с ). Квант электромагнитного излучения получил название фотон .

Как мы уже говорили, испускание электронов с поверхности металла под действием падающего на него излучения соответствует представлению о свете как об электромагнитной волне, т.к. электрическое поле электромагнитной волны воздействует на электроны в металле и вырывает некоторые из них. Но Эйнштейн обратил внимание на то, что предсказываемые волновой теорией и фотонной (квантовой корпускулярной) теорией света детали фотоэффекта существенно расходятся.

Итак, мы можем измерить энергию вылетевшего электрона, исходя из волновой и фотонной теории. Чтобы ответить на вопрос, какая теория предпочтительней, рассмотрим некоторые детали фотоэффекта.

Начнем с волновой теории, и предположим, что пластина освещается монохроматическим светом . Световая волна характеризуется параметрами: интенсивностью и частотой (или длиной волны ). Волновая теория предсказывает, что при изменении этих характеристик происходят следующие явления:

· при увеличении интенсивности света число выбитых электронов и их максимальная энергия должны возрастать, т.к. более высокая интенсивность света означает большую амплитуду электрического поля, а более сильное электрическое поле вырывает электроны с большей энергией;

выбитых электронов; кинетическая энергия зависит только от интенсивности падающего света.

Совершенно иное предсказывает фотонная (корпускулярная) теория. Прежде всего, заметим, что в монохроматическом пучке все фотоны имеют одинаковую энергию (равную h ν). Увеличение интенсивности светового пучка означает увеличение числа фотонов в пучке, но не сказывается на их энергии, если частота остается неизменной. Согласно теории Эйнштейна, электрон выбивается с поверхности металла при соударении с ним отдельного фотона. При этом вся энергия фотона передается электрону, а фотон перестает существовать. Т.к. электроны удерживаются в металле силами притяжения, для выбивания электрона с поверхности металла требуется минимальная энергия A (которая называется работой выхода и составляет, для большинства металлов, величину порядка нескольких электронвольт). Если частота ν падающего света мала, то энергии и энергии фотона недостаточно для того, чтобы выбить электрон с поверхности металла. Если же , то электроны вылетают с поверхности металла, причем энергия в таком процессе сохраняется, т.е. энергия фотона (h ν) равна кинетической энергии вылетевшего электрона плюс работе по выбиванию электрона из металла:

Уравнение (2.3.1) называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

На основе этих соображений, фотонная (корпускулярная) теория света предсказывает следующее.

1. Увеличение интенсивности света означает увеличение числа налетающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов. Но так как энергия фотонов одна и та же, максимальная кинетическая энергия электрона не изменится (подтверждается I закон фотоэффекта ).

2. При увеличении частоты падающего света максимальная кинетическая энергия электронов линейно возрастает в соответствии с формулой Эйнштейна (2.3.1). (Подтверждение II закона фотоэффекта ). График этой зависимости представлен на рис. 2.3.

,

Рис. 2.3

3. Если частота ν меньше критической частоты , то выбивание электронов с поверхности не происходит (III закон ).

Итак, мы видим, что предсказания корпускулярной (фотонной) теории сильно отличаются от предсказаний волновой теории, но очень хорошо совпадают с тремя экспериментально установленными законами фотоэффекта.

Уравнение Эйнштейна было подтверждено опытами Милликена, выполненными в 1913–1914 гг. Основное отличие от опыта Столетова в том, что поверхность металла подвергалась очистке в вакууме. Исследовалась зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и определялась постоянная Планка h .

В 1926 г. российские физики П.И. Лукирский и С.С. Прилежаев для исследования фотоэффекта применили метод вакуумного сферического конденсатора. Анодом служили посеребренные стенки стеклянного сферического баллона, а катодом – шарик (R ≈ 1,5 см) из исследуемого металла, помещенного в центр сферы. Такая форма электродов позволяла увеличить наклон ВАХ и тем самым более точно определить задерживающее напряжение (а следовательно, и h ). Значение постоянной Планка h , полученное из этих опытов, согласуется со значениями, найденными другими методами (по излучению черного тела и по коротковолновой границе сплошного рентгеновского спектра). Все это является доказательством правильности уравнения Эйнштейна, а вместе с тем и его квантовой теории фотоэффекта.

Для объяснения теплового излучения Планк предположил, что свет испускается квантами. Эйнштейн при объяснении фотоэффекта предположил, что свет поглощается квантами. Также Эйнштейн предположил, что свет и распространяется квантами, т.е. порциями. Квант световой энергии получил название фотон . Т.е. опять пришли к понятию корпускула (частица).

Наиболее непосредственное подтверждение гипотезы Эйнштейна дал опыт Боте, в котором использовался метод совпадения (рис. 2.4).

Рис. 2.4

Тонкая металлическая фольга Ф помещалась между двумя газоразрядными счетчиками Сч . Фольга освещалась слабым пучком рентгеновских лучей, под действием которых она сама становилась источником рентгеновских лучей (это явление называется рентгеновской флуоресценцией). Вследствие малой интенсивности первичного пучка, количество квантов, испускаемых фольгой, было невелико. При попадании квантов на счетчик механизм срабатывал и на движущейся бумажной ленте делалась отметка. Если бы излучаемая энергия распространялась равномерно во все стороны, как это следует из волновых представлений, оба счетчика должны были срабатывать одновременно и отметки на ленте приходились бы одна против другой. В действительности же наблюдалось совершенно беспорядочное расположение отметок. Это можно объяснить лишь тем, что в отдельных актах испускания возникают световые частицы, летящие то в одном, то в другом направлении. Так было экспериментально доказано существование особых световых частиц – фотонов.

Фотон обладает энергией . Для видимого света длина волны λ = 0,5 мкм и энергия Е = 2,2 эВ, для рентгеновских лучей λ = мкм и Е = 0,5 эВ.

Фотон обладает инертной массой , которую можно найти из соотношения :

Фотон движется со скоростью света c = 3·10 8 м/с. Подставим это значение скорости в выражение для релятивистской массы:

.

Фотон – частица, не обладающая массой покоя. Она может существовать, только двигаясь со скоростью света c .

Найдем связь энергии с импульсом фотона.

Мы знаем релятивистское выражение для импульса:

И для энергии:

Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения.

Энергия фотона: ε = hv, где h = 6,626 · 10 -34 Дж·с – постоянная Планка.

Масса фотона: m = h·v/c 2 . Эта формула получается из формул

ε = hv и ε = m·c 2 . Масса, определяемая формулой m = h·v/c 2 , является массой движущегося фотона. Фотон не имеет массы покоя (m 0 = 0), так как он не может существовать в состоянии покоя.

Импульс фотона: Все фотоны движутся со скоростью с = 3·10 8 м/с. Очевидно импульс фотона P = m·c, откуда следует, что

P = h·v/c = h/λ.

4. Внешний фотоэффект. Вольтамперная характеристика фотоэффекта. Законы Столетова. Уравнение Эйнштейна

Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием света.

Зависимость тока от напряжения в цепи называется вольтамперной характеристикой фотоэлемента.

1) Количество фотоэлектронов N’ e , вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света, падающего на катод (закон Столетова). Или иначе: ток насыщения пропорционален мощности падающего на катод излучения: Ń ф = P/ε ф.

2) Максимальная скорость V max , которую имеет электрон на выходе из катода, зависит только от частоты света ν и не зависит от его интенсивности.

3) Для каждого вещества существует граничная частота света ν 0 , ниже которой фотоэффект не наблюдается: v 0 = A вых /h. Уравнение Эйнштейна: ε = A вых + mv 2 max /2, где ε = hv – энергия поглощенного фотона, A вых – работа выхода электрона из вещества, mv 2 max /2 – максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона.

Уравнение Эйнштейна, по сути, представляет собой одну из форм записи закона сохранения энергии. Ток в фотоэлементе прекратится, если все вылетающие фотоэлектроны затормозятся, не долетев до анода. Для этого к фотоэлементу необходимо приложить обратное (задерживающее) напряжение u, величина которого также находится из закона сохранения энергии:

|e|u з = mv 2 max /2.

5. Давление света

Давление света - давление, которое оказывает свет, падающий на поверхность тела.

Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать импульс, другими словами - оказывать давление. Такое давление иногда называют радиационным давлением. Для вычисления давления света можно воспользоваться следующей формулой:

p = W/c (1+p ), где W - количество лучистой энергии, падающей нормально на 1 м 2 поверхности за 1 с; c- скорость света, p - коэффициент отражения.

Если свет падает под углом к нормали, то давление можно выразить формулой:

6. Комптон – эффект и его объяснение

Эффект Комптона (Комптон-эффект) - явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами.

Для рассеяния на покоящемся электроне частота рассеянного фотона:

где - угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).

Комптоновская длина волны - параметр размерности длины, характерный для релятивистских квантовых процессов.

λ С = h/m 0 e c = 2,4∙10 -12 м – комптоновская длина волны электрона.

Объяснение эффекта Комптона невозможно в рамках классической электродинамики. С точки зрения классической физики электромагнитная волна является непрерывным объектом и в результате рассеяния на свободных электронах изменять свою длину волны не должна. Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает существование фотона. Эффект Комптона является ещё одним доказательством справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц.