МЕНЮ

К 125-летию открытия фотона

В настоящей статье приведена краткая история формирования понятия фотон. Показано, что предметное представление о фотоне, как физической сущности, начинается с трудов Дж. Стони, а его современное полное представление возможно только на основе эфиродинамической концепции.

                                                                            «Сейчас каждый подлец  думает, что он знает,

                                                                             что такое фотон, но он заблуждается.»

                                                                                                                     Альберт Эйнштейн [1]

 

Введение. Солнце — источник света, тепла и жизни в солнечной системе. Уже наши предки понимали, насколько сильно их существование зависит от Солнца и относились к нему с почтительным благоговением, поклоняясь ему и обожествляя его образ. И хотя в настоящее время мы понимаем физическую природу Солнца и уже не наделяем его божественной сущностью, тем не менее мало кто понимает, что Солнце это только источник света и тепла, а переносчиком света и тепла является наименьшая из всех элементарных частиц – фотон.

В современном представлении [2-4]  фотон (от греч. phos, род. падеж photos — свет) — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света).

Масса покоя фотона mg равна нулю (экспериментальное ограничение mg<5.10-60 г), и поэтому его скорость равна скорости светаЭлектрический заряд фотона также равен нулю. Фотон  — переносчик электромагнитного взаимодействия, фундаментальная составляющая света и всех других форм электромагнитного излучения.

Выше приведенное представление о фотоне показывает практически полное непонимание физической сущности фотона. Если фотон – переносчик электромагнитного взаимодействия (значит и электрического заряда), то как понимать утверждения “Солнце — источник … тепла и жизни”, “электрический заряд фотона также равен нулю ”, если “масса покоя равна нулю, то его скорость равна скорости света”.

Если углубится  в выше указанное представление о фотоне, то неадекватность в представлении о фотоне будет только возрастать. При этом, никто и никогда в рамках современной (квантовой) физики не ответил на вопросы: какими параметрами характеризуется фотон? какова структура фотона? каковы механизмы и источники генерации фотона? каковы механизмы взаимодействия фотонов между собой, с другими элементарными частицами, с атомами вещества? и т. д.

Непонимание физической сущности фотона мистифицировало представление о постоянной Планка [5], основы всей квантовой физики, а узкое представление фотона в виде кванта электромагнитного излучения закрыло понимание физических процессов в области электричества, радиоактивности, электрохимии и т. д.

С тем, чтобы понять существующие проблемы, связанные с представлением о фотоне, очевидно, что начинать анализ необходимо с истории появления и развития концепции фотона.

История концепции фотона. Фотон является концептуальной квинтэссенцией двадцатого столетия, непосредственно связанной с рождением квантовой механики и квантовой электродинамики [1]. Тем не менее, корни идеи исходят из представлений о свете, ещё возникших у древних греков, египтян и индусов. Основой таких представлений стала атомистическая теория [6], созданная представителями досократического периода развития древнегреческой философии Левкиппом и его учеником Демокритом Абдерским. Согласно их учению, существуют только атомы и пустота. Атомы — мельчайшие неделимые, невозникающие и неисчезающие, качественно однородные, непроницаемые (не содержащие в себе пустоты) сущности (частицы), обладающие определённой формой. Атомы бесчисленны, так как пустота бесконечна. Форма атомов бесконечно разнообразна. Атомы являются первоначалом всего сущего, всех чувственных вещей, свойства которых определяются формой составляющих их атомов.

В 55 году до н. э. римский писатель Лукреций, продолживший идеи ранних греческих философов-атомистов, в своём сочинении «О природе вещей» писал, что свет и тепло солнца состоят из мельчайших движущихся частиц. Однако общего признания взгляды Лукреция на природу света не получили. Тем не менее, в большинстве теорий, разработанных до XVIII века, свет рассматривался как поток частиц. Одна из первых таких теорий была изложена в «Книге об оптике» Ибн ал-Хайсамом в 1021 году. В ней учёный представлял световой луч в виде потока мельчайших частиц, которые «испытывают нехватку всех заметных качеств, кроме энергии» [7].

В конце XVII века на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света – корпускулярная (Ньютон – Декарт) и волновая (Гук – Гюйгенс).

Корпускулярные воззрения на природу света И. Ньютон развил в стройную теорию истечения. Свет – корпускулы, испускаемые телами и летящие с огромной скоростью.   Ньютон изложил теорию света на абстрактном уровне, не вникая в физическую сущность световых корпускул и среды, в которой они летят. Его теория осталась фактически необоснованной и поэтому стала легко доступной для критики. Тем не менее, в течение ста с лишним лет корпускулярная теория имела гораздо больше приверженцев, чем волновая. Однако в начале XIX в. французскому физику О.Ж. Френелю (1788–1827) удалось на основе волновых представлений объяснить все известные в то время оптические явления. В результате волновая теория света получила всеобщее признание, а корпускулярная теория была забыта почти на столетие.

Параллельно, с атомистическими возрениями на природу света, такое же атомистическое понимание физической сущности явлений развивалось и в области электричества. Существенное влияние на этот процесс был оказан М. Фарадеем (1833 г.) при изучении явления электролиза.  Фарадей вывел хорошо известный закон, согласно которому каждый грамм-атом одновалентного электролита переносит одно и тоже количество электричества, называемого фарадеем (1 фарадей = 96522 к/моль). Так как один грамм-атом электролита содержит N = 6,02 1023 одинаковых атомов, то, следовательно, каждый ион одновалентного металла переносит и высвобождает у катода одно и то же минимальное количество электричества [8].

В 1874 году в Белфасте Д. Джонстон Стони [9] выступил с докладом перед Британской ассоциацией прогресса науки, в котором он использовал результаты, полученные Фарадеем, как отправную точку для выдвижения атомарной теории электричества, согласно которой все электрические заряды состоят из элементарных фундаментальных зарядов. Из экспериментов Фарадея была известна величина полного электрического заряда (в кулонах), прошедшего через электролит. Деля ее на число выделившихся атомов водорода (полученное из результатов довольно грубых измерений, основанной на кинетической теории газов), Стони получил величину фундаментального заряда. Она оказалась равной 10-20 к (кулон), т. е. примерно 1/16 принятого  в настоящее время значения. Доклад Стони не был опубликован полностью вплоть до 1881 года, того самого года, когда знаменитый немецкий ученый Гельгольц в лекции, прочитанной Химическому обществу Великобритании, еще раз напомнил об открытии Фарадея в области электролиза и снова подчеркнул возможность атомной структуры электричества, о которой упоминал сам Фарадей [10].

Стони  протестовал впоследствии против утверждений, что Гельмгольц был первым, кто показал на примере электролиза, что каждую валентность следует связывать с минимальным электрическим зарядом.

В 1891 году  Стони, развивая идеи атомарной теории электричества, ввел термин – «электрон» следующим образом: «При  электролизе каждой химической связи, которая разрывается, присуще  определенное количество электричества, одинаковое во всех случаях… Заряд такой величины связан в химическом атоме с каждой связью… Эти заряды, которые будет удобно называть «электронами», не могут быть отделены от атома; они не проявляют себя, если атомы находятся в химическом соединении» [11].

Таким образом, впервые в теории атомарности материи, в данном случае атомарной теории электричества, Стони ввел в научный обиход термин – «электрон», под которым понимался электрический заряд (квант электричества) эквивалентный электрическому заряду, переносимому одновалентным ионом.  Кроме того, своей фразой “Эти заряды, которые будет удобно называть «электронами», не могут быть отделены от атома”, Стони фактически указал на  обособленность зарядов (квантов) электричества от атомов вещества (в химическом понимании) , т. е. носитель электрического заряда (электрон по Дж. Стони) не является элементом структуры атома.

Идеи Дж. Стони  обогнали свое время и оказались не только не востребованными современниками, но и не понятыми ими. Например, известный физик Г. П. Томсон писал [11]: “Стоней, как мы видим, был частично неправ; название, которое он дал, относится теперь к отделимой части атома и означает, кроме того, что заряд обязательно равен единице.”

Такое понимание электрона Стони современной физикой обязано грубейшей ошибке [12], сделанной физикой начала ХХ века, когда идеи  теории атомарного электричества были отождествлены с идеями атомарности вещества ( в химическом понимании) и выражены в понятии электрон, как структурном элементе атома вещества.

Однако, процесс измерения величины электрического заряда, начатый Стони, к началу ХХ века уже приобрел широкий размах – в него включились много известных физиков того времени [12]. В этой связи следует отметить то обстоятельство, что результатом этого процесса стало два подхода в понимании физической сущности носителя электрического заряда. Первый,  в представлении Эренгафта – носителями электрического заряда являются “субэлектроны”, а сам электрический заряд представляется в виде сплошного, непрерывного спектра [13]. Второй, в представлении Милликена [13]. Милликен не отождествлял электрический заряд с каким либо носителем, а был нацелен на получение конкретного значения величины электрического заряда в единственном виде. В середине 20-х годов ХХ столетия это дало повод бездоказательно и фривольно присвоить полученное Милликеном значение электрического заряда электрону, структурному элементу атома вещества и объявить его элементарным электрическим зарядом [14]. Хотя, анализ работы Милликена позволяет утверждать, что величина электрического заряда, измеренная им равна удвоенной величине электрического заряда фотона, ориентировочно, рентгеновского диапазона [13].

Понятие об “субэлектроне” Эренгафта было последним шагом развития фотонной концепции в рамках классической физики в электрической части.

В 1900 г. М. Планком была решена проблема “ультрафиолетовой катастрофы” [15], где он показал, что излучение абсолютно черного тела можно объяснить, если предложить, что свет излучается не непрерывно, а порциями, квантами с энергией           E0 = hν  , где ν – частота, h – постоянная Планка.

Таким образом, появилась новая квантовая теория света, родившаяся на базе корпускулярной теории Ньютона, в которой  в роли корпускулы выступает квант.

Квантовый период развития фотонной концепции достаточно подробно освещен в работах [16, 17] и широко известен научной общественности. В целом его можно охарактеризовать так, что в  виду доминирования квантовой физики на протяжения всего ХХ столетия, какие либо представления о фотоне (см. выше), выходящие за рамки представлений квантовой физики подвергались резкой критике и обструкции. Примером этому служит процесс установления физической сущности постоянной Планка и ее мистификация в рамках квантовой физики [18].

Положительным  результатом этого периода стало введение термина “фотон” и понимание того, что фотон это элементарная частица. Все остальные представления о фотоне были мистифицированы и мифологизированы. Примером, например,  служит теория фотоэффекта Эйнштейна [19], сущностью которой является процесс испускания электронов веществом при поглощении им квантов электро-магнитного излучения (фотонов). Фактически, этот процесс трактуется так, что энергия поглощенного фотона идет на выбивание электрона вещества,  элемента структуры атома вещества. Другими словами, энергия  поглощенного фотона идет на разрушение структуры атома вещества, что непременно должно было бы вызвать  изменение физико-химических свойств этого вещества, чего в природе не наблюдается. Согласно экспериментальным данным энергия фотонов, например, видимого диапазона, составляет ед. эВ (например, зеленая линия спектра, длина волны которой 500-565 нм, имеет знергию 2,48-2,19 эВ [20]), а масса фотона, ориентировочно составляет – 10-40 кг [18] (по данным квантовой физики — 10-56 кг, см. выше). И этот фотон, с указанными параметрами, выбивает электрон с массой 10-31 кг и энергией связи с протоном 104 — 105 эВ, т.е. с разницей в меньшую сторону по массе в 9 порядков, а по энергии в 4-5 порядков. Кто то видел, чтобы комар сбивал с ног слона? — Эйнштейн увидел.

В конце ХХ столетия, несмотря на критику и обструкцию со стороны сторонников квантовой физики, вновь возродилась и стала развиваться  эфирная концепция физики, получившая свое конкретное выражение в эфиродинамике В.П. Ацюковского [21]. Несмотря на “молодость” своего существования эфиродинамическая концепция позволила найти ответы практически на все выше поставленные вопросы, связанные с представлением о фотоне и стала платформой, на которой объединились представления о фотоне, полученные. как в доквантовый, так и в современный периоды.

Структура фотона. В эфиродинамических моделях [21] элементарные частицы трактуются как замкнутые вихревые образования (кольца), в стенках которых эфир существенно уплотнён, а элементарные частицы, атомы и молекулы, — это конструкции, объединяющие такие вихри. Согласно данной концепции структурно фотон представляет собой замкнутый тороидальный вихрь с кольцевым движением тора (как колеса) и винтовым движением внутри него. Существование кольцевого  и винтового  движений эфира внутри него соответствует наличию у частиц механического момента (спина), направленного вдоль оси его свободного движения, а те же движения эфира элемента связи протона и электрона в протон-электронной паре, основы структуры атома вещества, обеспечивают уникальное движение фотона в пространстве по винтовой траектории.

Источником генерации и объектом поглощения фотонов является протон-электронная пара атомов вещества. В результате возбуждения каждая протон-электронная пара генерирует два фотона, вследствие симметричности своей структуры. Экспериментальным подтверждением этому является процесс аннигиляции электрона и позитрона [22], как модели протон-электронной пары в процессе своего взаимоуничтожения при воздействии высоко энергетичных гамма-фотонов.

Параметры фотона. Понятие фотон представляет собой семейство (множество) элементарных частиц, каждый из которых характеризуется  совокупностью параметров, присущих только данной частице. Вместе с тем, эта совокупность параметров может быть сгруппирована и описана следующим образом.

Термодинамические параметры  — энергия (Eγ), масса (mγ) и скорость прямолинейного движения (uγ).

Электрические – электрический заряд фотона (еγ).

Гироскопические – момент инерции вокруг собственной оси вращения (Mr), момент инерции вокруг оси винтовой траектории (MR), круговая частота вращения вокруг собственной оси вращения (ωr),  круговая частота вращения вокруг оси винтовой траектории (ωR), радиус тела фотона (rγ) и радиус винтовой траектории (Rγ).

Квантово-механические – длина волны фотона (λγ), постоянная Планка (h), постоянная тонкой структуры (α).

Фотон это единственная элементарная частица, движение которой осуществляется по винтовой траектории (циклоиде).

Циклоида — периодическая функция по оси абсцисс, с периодом  2πR [23] {\displaystyle 2\pi r}/…. У фотона период циклоиды трактуется как длина волны λγ, который является аргументом всех остальных параметров фотона., т. е. Eγ, mγ, uγ, еγ, Mr, MR, ωr, ωR, rγ, Rγ, h, α = fγ),

Таким образом, выше рассмотренные представления фотона на основе эфиродинамической концепции позволяют дать следующее определение фотону:

Фотон это элементарная частица, представляющая собой замкнутый тороидальный вихрь уплотненного эфира с кольцевым движением тора (как колеса) и винтовым  движением внутри него, осуществляющая поступательно-циклоидальное движение (по винтовой траектории), обусловленное гироскопическими моментами собственного вращения и вращения по круговой траектории  и предназначенная для переноса энергии.

 

Выводы. Основой развития фотонной концепции является атомистическая теория древних философов, примененная в области теорий света и электричества (электролиза).

Терминология понятия фотон имеет большую историю и формировалась на следующих понятиях:  частицы – древних философов, корпускулы –Ньютона, электрона Стони, быстрых электронов  — Беккереля [24],  кванта – Планка, субэлектрона – Эренгафта, фотона – Льюиса.

Стони, первый из ученых-физиков, раскрывший физическую сущность “электрона Стони”, как частицы, идущей на разрыв химической связи в процессе электролиза и не являющейся элементом структуры атома вещества. Он же впервые измерил величину электрического заряда этой частицы. Естественно, что за дату открытия фотона можно принять 1891 г., год  публикации представления об “электроне Стони”.

Полное представление об фотоне, как элементарной частице оказалось возможным дать только на основе эфиродинамической концепции.

Список литературы.

  1. http://bourabai.narod.ru/articles/muthukrishnan/revisited.htm. Матукришнан А., Скалли М., Зубайры С. Ревизия концепции фотона. 
  2. http://femto.com.ua/articles/part_2/4373.html Фотон.
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Фотон.
  4. https://traditio.wiki/ Фотон.
  5. Берклеевский курс физики. Том 4.»Наука», Москва. Физматгиз,1974г. [1, т.4, с.43-44].
  6. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Атомизм.
  7. http://mydocx.ru/4-61640.html История развития концепции фотона.
  8. Новаку В. Введение в электродинамику. М.: Ин.Лит., 1963. – 304 с.
  9. http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Stoney.html СТОУНИ (Stoney), Джордж Джонстон.
  10. Андерсон Д. Открытие электрона. Развитие атомных концепций электричества. Пер. с англ. – М.: Атомиздат, 1968. – 160 с.
  11. https://ufn.ru/ufn68/ufn68_2/Russian/r682e.pdf. Томсон Г. П. СЕМИДЕСЯТИЛЕТНИЙ ЭЛЕКТРОН. УФН, 1968, том 94, вып. 2.
  12. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Миф об открытии электрона.
  13. http://nauka2000.com/   Лямин В. С.,  Лямин Д. В.  Об электрическом заряде и его свойствах.
  14. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Элементарный электрический заряд.
  15. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Ультрафиолетовая катастрофа.
  16. Милантьев В. П. , “Сто лет квантам света”, УФН, 175:11 (2005), 1233–1242.
  17. Глаубер Р. Дж. «Сто лет квантам света» УФН 176 1342 (2006).
  18. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. О физической сущности постоянной Планка.
  19. http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4396.html Фотоэффект.
  20. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Свет.
  21. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  22. http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0141.html Аннигиляция.
  23. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Циклоида.
  24. http://chem21.info/info/5769/ Справочник химика 21. Беккерель.

Лямин В.С. , Лямин Д. В. г. Львов

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (1 голосов, средний: 10,00 из 10)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи