How to rebuild castle in the air?

Как нам обустроить воздушный замок?

Точнее, бредовую иллюзию физиков о световых волнах, господствующую в умах более двухсот лет (начиная с принципа Гюйгенса и затем Френеля).

Заметка сугубо физитческая и может представить интерес лишь любознательным.

(6 II 2000 – 5 II 2004 – 13 III 2004 – 20 XI 2007 — 25 VIII 2008 – 17 X 2017 – 15 VI 2019)

Часть первая.

Как нам обустроить электромагнитную волну.*

Профессор Боряра. (Папуа-Новая Гвинея, Порт Морсби)

Электромагнитная волна, в её конвенциональном изображении (и представлении), изображается как две синусоиды Е и Н, располагающиеся во взаимно-перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых образует прямую С, вдоль которой и распространяется эта волна (Рис.1). Причём и Е и Н синфазно изменяются, т.е. максимум Е совпадает с максимумом Н, а ноль Е совпадает с нулём Н. Такое представление электромагнитой волны является общепризнанным и приводится во всех ВУЗовских учебниках и любых других серьёзных монографиях. (См., в Приложении, например, книгу Р.В.Поля, «Учение об электричестве», стр.222: Речь идёт об излучении диполя: «Магнитное поле распространяется вместе с электрическим и на достаточно большом расстоянии от излучателя находится в одной фазе с ним.»)

На мой взгляд, это представление электромагнитной волны неверно, ибо противоречит сразу двум законам: Законам Максвелла, в соответствии с которыми собственно и объясняется существование электромагнитных. волн, т.е. электромагнитных полей, не связанных с источниками полей (зарядами и соленоидами), а также закону сохранения энергии.

В соответствии с законами Максвелла (rot E + 1/c ∂H/∂t = 0, ▼Е = —∂В/∂t,

▼H =j + ∂H/∂t) если изменение Н равно нулю, то и Е равно нулю и наоборот. А в каноническом изображении эл-маг. волны мы видим, что при достижении Н максимума (т.е.∂H/∂t = 0) Е также достигает своего максимума, а в момент, когда Н изменяется максимально быстро, т.е. при переходе через нулевую линию, Е тоже падает до нуля. В то время, как они должны были бы быть сдвинуты по фазе на 90⁰ (π/2) друг относительно друга. Получается, что канонически принятая форма эл-маг. волны противоречит своему основанию — уравнениям Максвелла!

Когда обе составляющие эл-маг. волны проходят одновременно через 0, это значит, что её энергия в этой точке равна тоже нулю (см. формулу Умова-Пойнтинга), в таком случае, откуда берётся энергия для нового цикла колебания Е и Н? Из ничего? Т.е. налицо противоречие с законом сохранения энергии! Если бы они были сдвинуты по фазе на 90⁰ (π/2), то ни в одной точке пространства вдоль линии распространения волны её энергия не была бы равна нулю, а сохраняла бы постоянное значение (взаимный переход энергии электрического поля в магнитную и обратно) и закон сохранения энергии не нарушался бы.

С другой стороны, повсеместно принятая форма эл-маг. волны не взята, разумеется, из гипотетического предположения какого-либо физика, а, по всей видимости, основана на экспериментальных данных? Таким образом возникает двойное противоречие между экспериментом и законами Максвелла и сохранения энергии.

Можно было бы предположить, спасая закон сохранения энергии, что в «нулевых» точках энергия волны переходит в некую «скрытую» энергию пространства, наподобии вида энтальпии, и в указанный закон надо добавить и эту «скрытую» энергию. Тогда закон в видоизменённом виде всё же сохраняется. Но эта гипотеза не снимает противоречия с законом Максвелла! Для последнего можно было бы предположить, что экспериментальные данные, как будто подтверждающие общепринятую форму эл-маг. волны, истолкованы неверно, и сдвиг по фазе всё же существует. Это спасло бы оба закона! Но как были поставлены эксперименты и как истолкованы, нам неизвестно. И ещё. Коль скоро на некотором расстоянии от излучателя Е и Н становятся синфазными, это означает, что «нечто» сдвигает Е и Н друг относительно друга, пока они не становятся синфазны, а затем это смещение перестаёт действовать! Что это за фактор? Почему он «стремится» по мере удаления волны от излучателя сдвинуть Е и Н, а затем прекращает действовать? Расплывание монохроматического волнового пакета , вызванное разными ε и μ вакуума? Почему тогда пакет не продолжает и дальше расплываться? Хотя электрическая и магнитная проницаемости вакуума принимаются за единицу всюду, где нет вещества и/или искривления пространства-времени.

Моё предположение заключается в том, что волна «состоит» из неизменяющихся во времени Е и Н, но изменяющихся в пространстве, т.е. вращающихся вокруг оси распространения С векторов Е и Н. Электромагнитная.волна как бы ввинчивается в пространство с угловой скоростью ω, соответствующей её частоте f (или ν, Е_{энергия} = ħν). Разумеется, если такая вращающаяся волна проходит через любую поверхность на её пути, то мы зарегистрируем на этой поверхности изменяющиеся во времени по закону синусоиды Е и Н! (Рис.2)

Тогда и Е и Н будут изменяться на плоской поверхности, перпендикулярной к С, во времени синхронно (синфазно). Этим предположением снимаются оба вышеупомянутые противоречия. Но оно же порождает два вопроса:

а) Это означает, что у электромагнитной волны должен быть момент вращения.

б) Возникают серьёзные трудности при объяснении явлений поляризации.

На первый вопрос ответ есть и он положителен – у фотона есть спин, равный 1. Какой смысл вложен в понятие спина 1 мне неизвестно.

На второй – пока ещё не знаю чётко, как это объяснить, но думаю, что дело обстоит не так страшно, как кажется на первый взгляд.

* Из сборника статей Боряры «Инволюция Физики»

Приложение: Цитаты из лит. источников, Рис.1, Рис.2

26 февраля 2004

Четыре вопроса об электромагнитной волне, на которые нет в доступной мне литературе логически связного ответа:

1. Синфазность Е и Н в волне противоречит 3-му и 4-му законам Максвелла. С другой стороны эта синфазность фигурирует во всех учебниках по электромагнетизму, электродинамике и во множестве монографий вполне серьёзных и авторитетных авторов. Значит картииа волны взята из эксперимента, хотя нигде не видел ни его описания, ни упоминания о нём. Противоречие!

2. Синфазность Е и Н в волне противоречит закону сохранения энергии – куда девается энергия Е² + Н^2,, бывшая в максимуме амплитуд Е и Н, и откуда она снова появляется ПОСЛЕ синфазного обращения Е и Н в ноль? Противоречие!

3. За счёт какого механизма ( в вакууме!) происходит взаимный сдвиг фаз Е и Н «на достаточном удалении от осциллятора» так, что они становятся синфазными? Ведь у осциллятора они НЕ синфазны, а сдвинуты относительно друг друга на 90⁰ ! Т.е. у осциллятора всё верно по пп.1 и 2. Если в вакууме действует какой-то фактор, сдвигающий Е и Н «в синфазность», то почему он не действует дальше, снова «раздвигая» их? Это сдвигание противоречит априорному предположению об однородности и изотропности пустого пространства. Противоречие!

4. Как у плоскополяризованной волны (от, скажем, дипольного излучателя в вакууме), сохраняющей свою плоскость поляризации в пустом пространстве, может быть СПИН = 1 или минус 1? Если она сохраняет плоскость поляризации, значит она не вращается! (Т.е. нет эллиптической изначальной поляризации, при которой концы векторов Е и Н описывают в пространстве цилиндрическую эллиптическую спираль). Однако любому фотону приписывается спин 1. Кстати, это единственная частица, обладающая таким спином. Тут возникает ещё один 5 – ый вопрос: Что такое спин вообще? Если это механический (и, связанный с ним, магнитный) момент количества движения, то у фотонов он ведь разный, зависящий от частоты! (См. ФЭС, т.4, стр.457, Эффект Садовского) Не берусь пока говорить о спинах электронов и других частиц с полуцелым спином –1 ∕ 2 . Если же это лишь проекция этого момента на некое избранное направление (квантование спина), то что означает 1 и 0.5 спина ? Что, частицы с полуцелым спином ВСЕГДА в свободном пространстве движутся в нём, сохраняя ось вращения с углом в 45⁰ к вектору скорости? А у фотона эта ось параллельна или антипараллельна его с ? Тогда почему в физике элементарных частиц применяют закон сохранения спина для различных взаимодействий (Маршак, Судершан, Введение в физику элементарных частиц, стр 16). Значит речь идёт не о сохранении момента в его физическом смысле —энергии вращения – а лишь о сохранении проекции на некое направление? Противоречие!

Часть вторая.

Как нам обустроить составной фотон де Бройля?

Sur la nature du photon. To the nature of photon. О природе фотона.

Эта заметка сугубо физического характера, поэтому может быть привлекательна лишь для интересующихся.

По следам интереснейших мыслей выдающегося французского физика Луи де Бройля о природе фотона, и у меня мелькнуло несколько мыслишек на ту же тему.

Вначале вкратце попробую передать соображения де Бройля, высказанные им в 1934 году, а затем вернувшегося к ним в годы пятидесятые (Гипотеза слияния).

Де Бойль высказал интересную гипотезу о том, что фотон является «составной частицей», обладающей спином 1 и состоящим из двух прочно связанных друг с другом частиц со спином ½.

В соответствии с этой гипотезой позже, в 1936 году появилось так называемое уравнение Клейн-Гордона, которое, конечно же, по справедливости должно называться «уравнением Де Бройля -Клейна -Гордона» которое приводило к двум решениям. Одно для фотона со спином 0, если спины двух составляющих его частиц антипараллельны, несуществующего, и к другому, если спины параллельны, для фотона со спином 1, то есть реально существующему. В 1936 году появилось некое уравнение Прока, которое тоже следует назвать «уравнением Де Бройля-Прока», которое фактически повторяет работы де Бройля, приведённые ниже в библиографии.

Так что приоритет всех идей подобного рода за Луи де Бройлем!

Мне же хотелось бы высказать ряд мыслей по этому поводу.

Первая:

Де Бройль нигде не говорит, ЧТО это за частицы со спином ½?

Де Бройль высказывает мысль, что у такого фотона («Фотона де Бройля») есть некая, пусть очень малая, «собственная масса».

Де Бройль предполагает, что обе эти частицы связаны в фотоне неким обменным мезоном, наподобие нуклонов в ядре.

Мои соображения на этот счёт следующие.

Первое. Де Бройль не мог в то время знать о существовании античастиц. Поэтому теперь можно предположить, что этими частицами являются электрон и позитрон, для фотонов с энергией больше одного с лишним Мев. У обоих спин ½ и в сумме они дают спин фотона, равный 1. (предполагая, что их спины параллельны.)

Второе. Процесс известный под название «Фоторождение пар», то есть превращение высокоэнергичного гамма-фотона в пару частица-античастица, даёт неплохое подтверждение вышевысказанной мысли.

Третье. Известно также из многочисленных экспериментов с фоторождением пар, что процесс этот реализуется ТОЛЬКО в непосредственной близости с каким-либо ядром. Фоторождение пар не наблюдается как самопроизвольный распад фотонов в вакууме. (Об этом возможном варианте распада – чуть ниже). Если верно предположение де Бройля о «виртуальном мезоне связи» двух указанных частиц, то легко заметить зависимость фоторождения пар от ядра: в непосредственной близости фотона к ядру происходит захват ядром «мезона связи» и пара распадается! Связующий частицу и античастицу элемент – виртуальный мезон, изымается из взаимодействия и, как следствие рождается пара.

Четвёртое. Наличие у фотона хоть и очень маленькой, но всё же некой «собственной массы» можно толковать лишь в смысле массы покоя, ибо у любого фотона масса, как и импульс, имеется. Но эта масса – есть масса движения. Массы покоя у фотона нет и быть не может, если верна Специальная Теория Относительности. Любая частица, с массой покоя, неравной нулю, согласно этой теории, не может быть ускорена до скорости света , ибо тогда по соотвествующим преобразованиям Эйнштейна её масса обращается в бесконечность. Это одна из самых проблематичных загадок «составного де Бройлевского фотона». Но, если мы предполагаем, что фотон «состоит» из пары частица и античастица, каждая из которых обладает массой покоя, то объяснение проблемы «небесконечности» становится возможным. Массы частицы и античастицы, связанных прочно друг с другом, НЕЙТРАЛИЗУЮТ друг друга и тем самым низводят массу покоя фотона до нуля. Правда, для этого необходимо предположить также, что массы заряженных частиц имеют сугубо электромагнитное происхождение. Но если сделать и такое допущение, то становится понятным весь механизм существования «составного фотона».

Пятое. В связи с вышепредложенным возникают два вопроса:

Все ли фотоны, или, шире, все ли кванты электромагнитной энергии, от радиоволн и до гамма излучения представляют собой такие «составные фотоны»?

Есть ли «энергетический предел» у гамма квантов.

Ответы на эти вопросы могут быть следующими.

Вариант первый. Возможно, что есть по крайней мере два вида фотонов, составные (для энергий выше одного с лишним Мев), и низкоэнергичные для всех излучений менее «энергетических», «ашню» которых ниже упомянутой энергии гамма кванта. И они – НЕ составные.

Вариант второй. Допустив, что ВСЕ фотоны есть «составные де-Бройлевские фотоны», мы вынуждены предположить, что они являются некими парами более лёгких, чем электроны, гипотетических частиц и античастиц, неких суперлептонов, но связанных столь сильно, что даже действие ядра не может их разорвать. Или же это те же электрон и позитрон, но энергия связи между ними настолько велика, что для «лёгких» квантов электромагнитной энергии наблюдается сильнейший дефект масс.

При допущении этого варианта мы приходим ко второму вопросу. Есть ли энергетический предел для гамма-квантов? Если он есть, то есть где-то на шкале энергий наступает пауза или обрыв для гамма квантов, то можно предположить, что гамма кванты ведут себя подобно тяжёлым ядрам, то есть самораспадаются при достаточно больших «энергетических» зарядах, в них заключённых. Иными словами, должен наблюдаться самопроизвольный распад сверхмощных гамма фотонов на пары частица-античастица. Вплоть до гиперонов.

Bibliography.

Sur la nature du photon (“Comptes Rendus” – “C.R .” 198, 1934, p. 135)

L’equation d’ondes du photon (“C.R.” 199, 1934, p. 445)

Sur le spin du photon (“C.R.” 199, 1934, p. 813)

Sur l’expression de la densite dans la nouvelle theorie des photons, (“C.R. 199, 1934, p. 1165)

17 X 2017

Часть третья.

Заключение.

А) Никаких световых волн никогда не было и нет.

В) Есть диполь, гантелька, пара из частицы и античастицы, связанных очень прочно друг с другом и вращающиеся с частотой «волны».

При этом движущаяся в пространстве со скоростью света «С». Некий «буравчик», ввинчивающийся в пространство.

С) Проекция такого вращательного движения диполя на любую плоскость, лежащую перпендикулярно вектору скорости или на которой лежит вектор скорости пары, представляет собой две перпендикулярно расположенные синусоиды Е и Н, что соответствует экспериментальным данным о форме электромагнитной волны. И тем породило эту иллюзию!

D) Благодаря тому, что суммарная масса покоя пары частица-античастица равна нулю, такая пара МОЖЕТ двигаться со скоростью света и это не противоречит Теории Относительности.

E) Одновременно такая вращающаяся пара не может пройти через скрещенные поляризаторы, что создаёт иллюзию поперечно поляризованных волн.

F) Дифракции, интерференции и прочие «волновые» явления обусловлены чисто квантовыми процессами обмена энергией вышеуказанных пар с тем или иным препятствием, будь то отверстие в экране или кристаллическая решётка или любой другой объект.

G) При прохождении такой пары близ ядра, его мощное электрическое поле или облако виртуальных мезонов захватывает связывающие эту пару мезоны и она распадается на пару – частица-античастица, при энергии пары, достаточной для образования пар. Но менее энергичные фотоны НЕ распадаются на пары по двум причинам: Одна – это, возможно, что идея «однородной» шкалы электромагнитных волн неверна и квантовые, фотонные, корпускулярные свойства характерны лишь для достаточно энергичных фотонов, а ниже располагаются, действительно, длинные волновые пакеты. Или все волны являются парами каких-то частиц-античастиц, но связанных столь прочно, что никакого образования пар не происходит.

15 VI 2019