Фотон. Будова фотону. Принцип переміщення
Частина 1. Початкові дані.
Частина 1. Початкові дані.
1.1. Фотон - це елементарна частка, квант електромагнітного випромінювання
1.2. Фотон не може бути розділений на кілька частин і не спонтанно розпадається у вакуумі.
1.3. Фотон є справді електронейтральною частинкою. Швидкість переміщення (руху) фотона у вакуумі дорівнює «с».
1.4. Світло є потік локалізованих частинок - фотонів.
1.5 . Фотони випромінюються у багатьох природних процесах, наприклад: при русі заряджених частинок з прискоренням (гальмівне, синхротронне, циклотронне випромінювання) або при переході електрона зі збудженого стану в стан з меншою енергією. Це відбувається в результаті основного фундаментального перетворення в Природі - перетворення кінетичної енергії зарядженої частки на електромагнітну (і навпаки).
1.6. Фотону властивий корпускулярно-хвильовий дуалізм:
З одного боку фотони демонструє властивості хвилі в явищах дифракції та інтерференції при масштабах, які можна порівняти з довжиною хвилі фотона;
З іншого боку фотон веде себе як частка, яка випромінюється або поглинається цілком об'єктами, розміри яких набагато менше його довжини хвилі (наприклад, атомними ядрами) або вважаються точковими (електрон).
1.7. Враховуючи той факт, що поодинокі фотони демонструє властивості хвилі, цілком достовірно можна стверджувати, що фотон є «мініхвильою» (окремий, компактний «шматочок» хвилі). При цьому повинні враховуватися такі властивості хвиль:
а) е електромагнітні хвилі (і фотон) - це поперечні хвилі, В яких вектори напруженості електричних (E) і магнітних (H) полів коливаються перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Електромагнітні хвилі (фотон) можна передати від джерела до приймача, у тому числі через вакуум. Їм не потрібне середовище для свого поширення.
б) половина енергії електромагнітних хвиль(І фотона) є магнітною.
в) для характеристики інтенсивності хвильового процесувикористовують три параметри: амплітуда хвильового процесу, щільність енергіїхвильового процесу та щільність потоку енергії.
1.8. Крім того, при розгляді схеми будови фотона та принципу його переміщення було враховано такі дані:
а) випромінювання фотона практично проходить за період часу близько 10 -7 с - 10 -15 с. За цей період електромагнітне поле фотона зростає від нуля до максимуму і знову падає нанівець. рис.1.
б) графік зміни поля фотона не може бути шматком обрізаної синусоїди, т.к. у місцях обрізки виникали б нескінченні сили;
в) оскільки частота електромагнітної хвилі - це величина, яка спостерігається в дослідах, то цю частоту (і довжину хвилі) можна приписати і окремому фотону. Тому параметри фотона, як і хвилі, описуються формулою E = h * f де h - постійна Планка, яка пов'язує величину енергії фотона з його частотою ( f).
Мал. 1. Фотон є матеріальною частинкою і є компактним (що має початок і кінець), неподільний «шматочок» хвилі, у якої електромагнітні поля зростає від нуля до деякого максимуму і знову падають до нуля. Магнітні поля умовно не показані.
Частина 2. Основні засади будови фотона.
2.1. Практично у всіх статтях з електромагнітних хвиль (фотонів) на малюнках описується і графічно показується хвиля, що складається з двох полів - електричного і магнітного, наприклад, цитата: «Електромагнітне поле є сукупністю електричного магнітного полів ...». Однак існування «двокомпонентної» електромагнітної хвилі (і фотона) неможливе з однієї простої причини: однокомпонентного електричного та однокомпонентного магнітного поляв електромагнітній хвилі (фотоні) немає і існувати неспроможна. Пояснення:
а) існують теоретичні моделі-формули-закони, які використовуються для розрахунків або визначення параметрів ідеальних умовах(наприклад – теоретична модель ідеального газу). Це цілком допустимо. Однак для розрахунків у реальних умовах ці формули вводяться поправочні коефіцієнти, які відображають реальні параметри середовища.
б) також є теоретична модель під назвою «електричне поле». Для вирішення теоретичних завданьце припустимо. Однак реально існують лише два електричні поля: електричне поле-плюс (№1) та електричне поле-мінус (№2). Субстанції під назвою «беззарядне? електронейтральне? електричне поле №3» насправді немає, і існувати неспроможна. Тому, при моделюванні реальних умовв теоретичної моделіпід назвою «електричне поле» завжди необхідно враховувати два «поправочні коефіцієнти» - реальне електричне поле-плюс та реальне електричне поле-мінус.
в) існує теоретична модель під назвою "магнітне поле". Це цілком допустимо для вирішення деяких завдань. Однак реально у магнітного поля завжди існують два магнітних полюсів: полюс №1 (N) та полюс №2 (S). Субстанції під назвою «безполюсне? магнітне поле №3» в реальності не існує і існувати не може.
2.2. Таким чином, враховуючи вищесказане, можна зробити цілком однозначний висновок: фотон є компактною (що має початок і кінець), матеріальною часткою, у якої матерія являє собою сукупність двох електричних (плюс-мінус) і двох магнітних (N-S) полів, здатних поширюватися від своїх джерел. без згасань (у вакуумі) на скільки завгодно великі відстані. рис.2.
Рис.2. Фотон є сукупністю двох електричних полів (плюс і мінус) і двох магнітних полів (N і S). При цьому повністю дотримується загальної електронейтральності фотона. У цій роботі приймається, що електричне поле-мінус стикується з магнітним полем-N, а електричне поле-плюс стикується з магнітним полем-S.
Частина 3. Квант енергії та квант маси.
3.1. З одного боку фотон є компактною, неподільну частинку, В якій електромагнітні поля зростає від нуля до деякого максимуму і знову падають до нуля. Тобто фотон має реальний лінійний розмір (початок і кінець).
3.2. Однак, з іншого боку, параметри фотона, як і хвилі, описуються формулою E = h* f де h - постійна Планка (еВ*сек), елементарний квант дії (фундаментальна світова константа), яка пов'язує величину енергії фотона з його частотою ( f).
3.3. Це дозволяє вважати, що всі фотони складаються з цілком певної кількості (n) "самостійних" електронейтральних "усереднених" елементарних квантів енергії (еВ) з абсолютно однаковою довжиною хвилі ( L ). У цьому випадку енергія будь-якого фотона дорівнює Е = е 1 *n, де (е 1 ) - Енергія елементарного кванта, (n) - їх кількість у фотоні. рис.3.
Рис.3.
а) "нормальний" фотон (електромагнітні поля зростає від нуля до деякого максимуму і знову падають до нуля);
б) той самий фотон із «усереднених» квантів. Можна припустити, що будь-який фотон складається з певної кількості абсолютно однакових «усереднених» елементарних квантів енергії;
в) елементарний "усереднений" квант енергії фотона. Елементарний квант енергії (розмірність - еВ) абсолютно однаковий для всіх електромагнітних хвиль усіх діапазонів і аналогічний елементарному кванту дії Планка (розмірність - еВ*сек). В цьому випадку: Е(еВ) = h * f = е 1 *n.
3.4. Матерія фотону.Фотони випромінюються в результаті основного фундаментального перетворення в Природі - перетворення кінетичної енергії зарядженої частинки на електромагнітну і навпаки - перетворення електромагнітної енергії фотонів на кінетичну енергію зарядженої частинки. Однак кінетична енергіянематеріальна, а електромагнітна енергія фотона має всі властивості матерії. Таким чином: в результаті основного фундаментального перетворення в Природі нематеріальна кінетична енергія зарядженої частинки перетворюється на енергію електричних і магнітних полів фотона, який має цілком реальні властивості матерії: імпульс, швидкість, масу та ін. характеристики. Оскільки фотон матеріал, то матеріальні і всі його частини. Тобто елементарний квант енергії автоматично є елементарним квантом маси.
3.5. Будь-який фотон складається з певної кількості «самостійних» електронейтральних елементарних квантів енергії. І розгляд схеми будови елементарного кванта показує, що:
а) елементарний квант неможливо розділити на дві рівні частини, оскільки це автоматично буде порушенням закону збереження заряду;
б) від елементарного кванта також неможливо «відрізати» дрібнішу частину, оскільки це автоматично призведе до зміни значення Постійна Планка(фундаментальної константи) при цьому кванта.
3.6. Отже:
Перше. Перетворення електромагнітної енергії фотонів на кінетичну енергію зарядженої частки не може бути безперервною функцією- електромагнітна енергія може перетворюватися на кінетичну енергію частинок (і навпаки) тільки при значеннях енергії, кратних одному елементарному кванту енергії.
Друге. Оскільки оболонки кварків, протонів, нейтронів та ін. частинок єущільнену електронейтральну матерію фотонів, то маси цих оболонок також має значення , кратні елементарному кванту маси
3.7. Проте поділ елементарних квантів на дві абсолютно рівні частини (позитивну і негативну) цілком можливий (і відбувається) при утворенні електрон-позитронних пар. У цьому випадку маса електрона та позитронумає значення , кратні половині елементарного кванта маси (див.Електрон. Утворення та будова електрона. Магнітний монопольелектрона»).
Частина 4. Основні засади переміщення фотона.
4.1. Переміщення матеріального фотона-частинки може здійснюватися лише двома способами:
Варіант-1: фотон рухається за інерцією;
Варіант-2: фотон є частиною, що саморухається.
4.2. З невідомих причин саме інерційний рух електромагнітних хвиль (і фотонів) або мається на увазі, або згадується і графічно показується практично у всіх статтях з електромагнітних хвиль, наприклад: Wikipedia. Electromagnetic radiation. English. рис.4.
Рис.4. Приклад інерційного переміщення фотону (Wikipedia. Electromagnetic radiation). Фотон переміщається повз спостерігача зліва направо зі швидкістю V = "с". При цьому всі пелюстки синусоїди не змінюють своїх параметрів, тобто в системі відліку фотона вони абсолютно нерухомі.
4.3. Однак інерційний рух фотона неможливий, наприклад, через наступну причину: при проходженні фотона крізь перешкоду (скло) його швидкість зменшується, але після проходження перешкоди (одного або декількох) фотон знову «миттєво» і відновлює свою швидкість до «с» = const. За інерційного руху таке самостійне відновлення швидкості неможливе.
4.4. «Миттєвий» набір швидкості фотоном (до «с» = const) після проходження перешкоди можливий лише за умови, якщо сам фотон є частинкою, що саморухається. При цьому механізмом самопересування фотона може бути тільки переполюсування наявних електричних (плюс і мінус) і магнітних (N і S) полів з одночасним зміщенням фотона на півперіоду, тобто з подвоєною частотою (2* f). рис.5.
Рис.5. Схема переміщення фотона рахунок переполюсування полів. "Фрагмент" - послідовність переполюсування поля-плюс.
4.5. Пояснення механізму переміщення фотона ґрунтувалося на таких даних:
а) електромагнітне поле фотона являє собою сукупність змінних електричних (плюс-мінус) та магнітних (N і S) полів;
б) електричні та магнітні поля фотона не можуть зникнути - вони можуть тільки перетворюватися один на одного. Породження магнітного поля змінним електричним полем є фундаментальним явищем природи;
в) магнітне поле з'являється тільки за наявності змінюється у часі електричного поляі навпаки (будь-яка зміна електричного поля збуджує магнітне поле і, у свою чергу, зміна магнітного поля збуджує поле електричне). Тому магнітні поля фотона можуть виникнути лише за наявності у фотона змінних за знаком і які змінюються у часі електричних полів (у системі відліку фотона).
4.6. При поясненні механізму переполюсування фотона розглядалися такі варіанти:
а) наявність вільного простору попереду фотону. Фотон є компактним, неподільним «шматочком» хвилі у вигляді синусоїди, у якої електромагнітні поля зростає від нуля до деякого максимуму і знову падають до нуля. Тобто: тіло фотона має цілком реальну геометричну довжину (початок і кінець). Рух фотона відбувається рахунок переміщення фотона з відривом одного полупериода (1/2L) за кожен акт переполюсовки. І це переміщення завжди може відбуватися тільки в один бік (вперед), де перед фотоном є вільний простір;
б) «Боротьба протилежностей». Електромагнітне поле фотона є сукупністю змінних електричних (плюс-мінус) і магнітних (N і S) полів. У роботі приймається, що електричне поле-мінус стикується з магнітним полем-N, а електричне поле-плюс стикується з магнітним полем-S. Але в цьому випадку виникає постійне (і законне) прагнення магнітних полів N і S зістикуватися один з одним, тобто створити повноцінний «двополюсний магніт». І тому одне з магнітних полів має зрушити півперіоду. Однак магнітні та електричними поля «намертво» пов'язані між собою, і всяка спроба магнітного поля «звільниться» від електричного поля «миттєво» призводить до реакції протидії у відповідь - викликає переполюсування (перекидання) всіх полів та їх автоматичне зміщення на півперіоду.
4.7. Оскільки інших варіантів пояснення механізму самопересування фотона не проглядається, то переміщення фотона за рахунок переполюсування полів, мабуть, є єдиним рішеннямпроблеми. Бо тільки режим переполюсування дозволяє підтримувати режим саморуху фотона і одночасно забезпечити дотримання фундаментального закону Природи - породження магнітного поля за наявності змінного за знаком і змінного електричного поля (і навпаки). Запропоновані варіанти механізму переполюсування (причин та послідовності) вимагають додаткових проробок, які в даній роботі не можуть бути представлені. Тим не менш, наведені пояснення є прийнятним виходом з ситуації, що склалася у вирішенні проблеми сталості швидкості світла, оскільки дозволяють з тим чи іншим ступенем достовірності пояснити механізм самопересування фотона.
4.8. Швидкість фотону. Швидкість (с) електромагнітних хвиль (фотонів) у вакуумі, їх частота ( f ) та довжина хвилі (L ) жорстко пов'язані формулою: с = f * L . Однак при цьому слід мати на увазі, що переміщення фотона відбувається за рахунок одночасного переполюсування його електричних та магнітних полів, під час якої фотон зміщується на відстань одного напівперіоду (L/2) за кожний акт переполюсування, тобто з подвоєною частотою. З урахуванням цього формула швидкості матиме вигляд з =2 f * L /2, що абсолютно ідентично до основної формули: с = f * L.
5. Таким чином:
5.1. Фотон є локалізованою (компактною) матеріальною частинкою, у якої матерія є сукупністю двох електричних (плюс і мінус) і двох магнітних (N і S) полів, значення яких зростають від нуля до деякого максимуму і знову падають до нуля. При цьому повністю дотримується загальної електронейтральності фотона.
5.2. Через війну основного фундаментального перетворення на Природі нематеріальна кінетична енергія зарядженої частинки перетворюється на матеріальну енергію електричних і магнітних полів фотона. Фотон матеріал і складається з певної кількості абсолютно однакових «усереднених» елементарних квантів енергії, які автоматично є елементарними квантами маси.
5.3. Фотон є саморушною частинкою здатною переміщатися від свого джерела на скільки завгодно великі відстані (у вакуумі). Йому не потрібне середовище для свого переміщення. Рух фотона відбувається рахунок переполюсовки змінних електричних (плюс-минус) і магнітних (N і S) полів, під час якої фотон зміщується на відстань одного напівперіоду за кожен акт переполюсовки.
5.4. У роботі приймається, що у кожному елементарному кванті електричне поле-мінус стикується з магнітним полем-N, а електричне поле-плюс стикується з магнітним полем-S. Інші варіанти стикування полів вимагають додаткових опрацювань і у цій роботі не розглядалися.
Фотон - квант електромагнітного поля, елементарна частка з нульовою масою спокою та спином, рівним одиниці. Фотон – найпоширеніша з усіх елементарних частинок. Він зустрічається і в потоках видимого світла, і в рентгенівському випромінюванні, і у вигляді радіохвиль, і лазерних імпульсах. У 1964 р. американські радіоастрономи А. Пензіас і Р. Вільсон виявили, що світовий простір заповнений міліметровими радіохвилями, які можна розглядати як холодний фотонний газ при температурі 2,7 К. сучасним уявленням, це випромінювання (його називають реліктовим) виникло на ранніх стадіяхрозвитку Всесвіту, коли речовина знаходилася при величезній температурі та тиску (див. Космологія). Середня щільністьреліктових фотонів становить близько 500 штук. Це число можна порівняти з поширеністю протонів, з яких побудований навколишній світ: у Всесвіті в середньому є не більше одного протона на . Таким чином, у Всесвіті фотони зустрічаються у мільярд разів частіше, ніж протони.
Незвичайна історична доля фотону; мабуть, це єдина елементарна частка, на яку не можна вказати автора її експериментального відкриття. Фотон було відкрито теоретично М. Планком, який 14 грудня 1900 р. на засіданні Берлінського фізичного товариства висловив свою гіпотезу про квантування енергії випромінювання. З цього моменту у фізиці почалася квантова ера.
Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн у 1905 р. припустив, що світло не тільки випромінюється та поглинається окремими порціями, а й складається з них. Це було сміливе та незвичайне узагальнення. Наприклад, ми завжди п'ємо воду порціями, ковтками, але звідси не випливає, що вода складається з окремих ковтків. За теорією Ейнштейна, електромагнітна хвиля стала виглядати як потік квантів.
Гіпотеза Планка дозволила пояснити закономірності фотоефекту, люмінесценції та інших явищ. Найбільш яскраво корпускулярні властивостіелектромагнітного випромінювання проявилися в експериментах А. Комптона з розсіювання рентгенівських променівна вільних електронах (1922). Ефект Комптона підтвердив правильність квантових уявлень про електромагнітне випромінювання, і у фізику у 1920-х роках. остаточно увійшла нова елементарна частка, названа фотоном (від грецького слова, Що означає "світло").
Фотон, як і будь-яка інша квантова частка, має і хвильові, і корпускулярні властивості одночасно, так що в суперечці, що затягнулася майже на два століття між прихильниками хвильової і корпускулярної теорійсвітла всі виявилися по-своєму праві. У звичайному житті корпускулярні властивості світла не виявляються, оскільки ми маємо справу з фотонами не поодинці, а одразу з великою кількістю, що сприймається як світлова хвиля. Відомо, що електромагнітна хвиля характеризується круговою частотою о), інтенсивністю і швидкістю поширення, що має фундаментальний зміст граничної швидкості поширення взаємодій ( сучасне значення). Відповідні хвилі фотони мають енергію та імпульс (сучасне значення постійної Планки Дж с). Наприклад, максимум випромінювання Сонця посідає світло з довжиною хвилі До см, чому відповідає кругова частотаГц. Енергія таких фотонів Дж. Сонячна постійна, тобто енергія, що падає в одиницю часу на одиницю площі земної поверхні, Дорівнює , звідки можна обчислити, що в 1 с на падає величезна кількість фотонів, близько . У той же час у дослідах з елементарними частинками детектори реєструють фотони поодинці, і навіть людське око в принципі здатне на це.
Число фотонів який завжди, можуть народжуватися і знищуватися у процесах взаємодії, наприклад у процесі анігіляції (див. Антивещество) , - символи електрона і позитрона, - символ фотона, гамма-кванта). І тут і в ефекті Комптона фотони виступають як реальні частки, що спостерігаються. Крім того, фотони можуть існувати в неспостережуваному, віртуальному стані, переносячи електромагнітні взаємодії.
Властивості фотона як елементарної частинки сягають своїм корінням в класичну електродинаміку. Фотон електрично нейтральний, його заряд дорівнює нулю. (В інакшедві електромагнітні хвилі могли б взаємодіяти один з одним, а поле двох зарядів вже не було б сумою полів кожного з них окремо. . Зарядова парність фотона дорівнює -1, що випливає з очевидного фактузміни напряму електричного та магнітного полів на протилежні при зміні знаків усіх зарядів будь-якої системи. Збереження зарядової парності в електромагнітних взаємодій, пов'язане з симетрією між електронами та їх античастинками - позитронами, що призводить до певних обмежень на реакції. Наприклад, деякі системи частинок можуть розпадатися лише на парне числофотонів, інші - лише на непарне (див. Антивещество).
Особливо добре вивчені процеси взаємодії фотонів з електронами та позитронами – це так звана квантова електродинаміка, передбачення якої перевірено в експериментах з величезною точністю
Маса спокою фотона дорівнює нулю. Це означає, що фотон неможливо зупинити, ні сповільнити. Незалежно від своєї енергії він приречений рухатися із фундаментальною швидкістю с. Якщо припустити наявність у фотона деякої малої, але все ж кінцевої маси, то можна досліджувати ефекти, що при цьому виникають. Як і у звичайних частинок, швидкість фотонів тоді мала б залежати від їхньої енергії (тобто від довжини хвилі випромінювання) і бути завжди меншою за с. Ефект дисперсії електромагнітних хвиль у вакуумі можна було б у принципі виявити з випромінювання пульсарів. Образно кажучи, сині промені прийдуть до спостерігача раніше за червоне. При тих величезних відстанях, які відокремлюють нас від пульсарів, час прибуття мало б помітно відрізнятися навіть при невеликих відмінностях у швидкостях різних променів.
Наявність у фотона кінцевої маси спокою призвела б до появи кінцевого радіусу дії електромагнітних сил. Справді, якщо заряд випромінює віртуальний фотон, виникає невизначеність в енергії , і за співвідношенням невизначеностей такий фотон може існувати лише протягом часу . За цей час він пройде відстань, не більше, після чого повинен поглинутися іншим зарядом.
Світло і тепло, смак і запах, колір та інформація – все це нерозривно пов'язане з фотонами. Більше того, життя рослин, тварин і людини неможливе без цієї дивовижної частки.
Вважається, що у Всесвіті близько 20 мільярдів фотонів припадає на кожен протон чи нейтрон. Це фантастично величезна цифра.
Але що ми знаємо про цю найпоширенішу частинку в навколишньому світі?
Одні вчені вважають, що швидкість руху фотона дорівнює швидкості світла у вакуумі, тобто. приблизно 300 000 км/сек, і це максимально можлива швидкістьу Всесвіті.
Інші вчені вважають, що у Всесвіті достатньо прикладів, у яких швидкості частинок вищі, ніж швидкість світла.
Одні вчені вважають, що фотон електрично нейтральний.
Інші - вважають, що фотон має електричний заряд(за деякими даними, менше 10 -22 ев/сек 2).
Одні вчені вважають, що фотон є безмасовою частинкою і, на їхню думку, маса фотона в стані спокою дорівнює нулю.
Інші - вважають, що фотон має масу. Щоправда, дуже невелика. Цієї точки зору дотримується і ряд дослідників, по-різному визначаючи масу фотона: менш ніж 6 х 10 -16 еВ, 7 х 10 -17 еВ, 1 х 10 -22 еВ і навіть 3 х 10 -27 еВ, що в мільярди разів менше маси електрона.
Одні вчені вважають, що відповідно до законів відбиття і заломлення світла, фотон є частинкою, тобто. корпускулу. (Евклід, Лукрецій, Птолемей, І. Ньютон, П. Гассенді)
Інші (Р. Декарт, Р. Гук, Х. Гюйгенс, Т. Юнг та О. Френель), спираючись на явища дифракції та інтерференції світла, вважають, що фотон має хвильову природу.
При випромінюванні або поглинанні атомними ядрами і електронами, а також фотоефект фотон поводиться як частка.
А при проходженні через скляну призму чи невеликий отвір у перешкоді фотон демонструє свої яскраві хвильові властивості.
Компромісне рішення французького вченого Луї де Бройля, в основі якого лежить корпускулярно-хвильовий дуалізм, який стверджує, що фотони мають і властивості частинки, і властивості хвилі, не є відповіддю на це питання. Корпускулярно-хвильовий дуалізм – це лише тимчасова домовленість, Заснована на абсолютному безсиллі вчених відповісти на це вкрай важливе питання.
Звісно, ця домовленість дещо заспокоїла ситуацію, але не вирішила проблеми.
Виходячи з цього, ми можемо сформулювати перше запитанняпов'язаний з фотоном
Питання перше.
Фотони – це хвилі чи частинки? А, може, і те, й інше чи не те й не інше?
Далі. У сучасної фізикифотон - це елементарна частка, що є квантом (порцією) електромагнітного випромінювання. Світлотакож є електромагнітним випромінюванням і фотон прийнято вважати переносником світла. У нашій свідомості це досить міцно зміцнилося і фотон, передусім, пов'язують зі світлом.
Разом з тим, крім світла існують інші види електромагнітного випромінювання: гамма-випромінювання, рентгенівське, ультрафіолетове, видиме, інфрачервоне, мікрохвильове та радіовипромінювання. Вони відрізняються один від одного довжиною хвилі, частотою, енергією та мають свої особливості.
Види випромінювань та їх короткі характеристики
Переносником всіх видів електромагнітного випромінювання фотон. Він, на думку вчених, є єдиним для всіх. Разом про те, кожен вид випромінювання характеризується різною довжиноюхвилі, частотою коливання та різною енергією фотонів. Значить, різними фотонами? Здавалося б, кількості різних видів електромагнітних хвиль має відповідати рівну кількістьрізних видів фотонів. Але фотон у сучасній фізиці поки що лише один.
Виходить науковий феномен - випромінювання різні, їх властивості теж різні, а фотон, який переносить ці випромінювання, єдиний.
Наприклад, гамма-випромінювання та рентгенівське випромінювання долають перешкоди, а ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання та видиме світло, Маючи більшу довжину хвилі, але меншу енергію - ні. Разом з тим, мікрохвильове та радіохвильове випромінювання мають ще більшу довжину хвилі та ще меншу енергію, але долає товщу води та бетонні стіни. Чому?
 |
Проникні здібності фотонів при різних випромінюваннях
Тут виникають одразу два питання.
Питання друге.
Чи дійсно всі фотони однакові у всіх видах випромінювань?
Питання третє.
Чому фотони одних видів випромінювань долають перепони, а інших видів випромінювань – ні? У чому справа – у випромінюваннях чи у фотонах?
Існує думка, що фотон - це найдрібніша безструктурна частка у Всесвіті. Наука поки що не змогла визначити щось, що було б менше фотона. Але чи це так? Адже свого часу і атом вважався неподільним і найдрібнішим у навколишньому світі. Тому логічне і четверте питання:
Питання четверте.
Чи є фотон найдрібнішою та безструктурною частинкою чи він складається з ще дрібніших утворень?
Крім того, вважається, що маса спокою фотона дорівнює нулю, а в русі у нього проявляється і маса, і енергія. Але тоді виникає і
питання п'яте:
фотон – це матеріальна частка чи ні? Якщо фотон матеріал, то куди пропадає його маса у спокої? Якщо він нематеріальний, то чому фіксуються його цілком матеріальні взаємодії з навколишнім світом?
Отже, маємо п'ять загадкових питань, пов'язаних із фотоном. І вони на сьогоднішній день не мають чітких відповідей. За кожним із них стоять свої проблеми. Проблеми, які ми намагатимемося сьогодні розглянути.
У своїх подорожах «Дихання Всесвіту», «Глибини Всесвіту» та «Сили Всесвіту» ми через призму устрою та функціонування Всесвіту досить глибоко розглядали всі ці питання. Ми простежили весь шлях формування фотонів від виникнення фундаментальних частинок - ефірних вихрових згустків до галактик та їх скупчень. Смію сподіватися, що у нас вийшла досить логічна та системно облаштована картина світу. Тому припущення про будову фотона стало логічним кроком у системі знань про наш Всесвіт.
 |
Будова фотонів
Фотон постав перед нами не як частка і не як хвиля, а як конусоподібна пружинка, що обертається, з початком, що розширюється, і з кінцем, що звужується..
Пружинна конструкція фотона дозволяє відповісти практично на всі питання, що виникають при вивченні явищ природи та результатів експериментів.
Ми згадували, що переносниками різних видів електромагнітного випромінювання є фотони. Разом з тим, незважаючи на те, що науці відомі різні видиелектромагнітного випромінювання: гамма-випромінювання, рентгенівське, ультрафіолетове, видиме, інфрачервоне, мікрохвильове випромінювання та радіовипромінювання, фотони-переносники, які задіяні у цих процесах не мають своїх різновидів. Тобто, на думку деяких учених, будь-який вид випромінювання переноситься якимось універсальним виглядомфотонів, який однаково успішно проявляє себе і в процесах гамма-випромінювання, і в процесах радіовипромінювання, і будь-яких інших видах випромінювань.
Не можу погодитися з цією позицією, оскільки природні явищасвідчать у тому, що це відомі електромагнітні випромінювання істотно відрізняються друг від друга як параметрами (довжиною хвилі, частотою, енергетичними можливостями), а й своїми властивостями. Наприклад, гамма-випромінювання легко проникає крізь будь-які перешкоди, а видиме випромінюванняцими перешкодами так само легко зупиняється.
Отже, в одному випадку фотони можуть переносити випромінювання крізь перешкоди, а в іншому, ті ж фотонивже безсилі щось подолати. Цей факт змушує задуматися про те, чи дійсно фотони настільки універсальні або вони мають свої різновиди, що узгоджуються з властивостями різних електромагнітних випромінюваньу Всесвіті.
Думаюправильним, кожному виду випромінювання визначити свій різновидфотонів. На жаль, такої градації поки що сучасній науціНЕ мається. Але це не лише легко, а й конче необхідно виправити. І це цілком зрозуміло, тому що випромінювання та їх параметри змінюються, а фотони в сучасної інтерпретаціїпредставлені лише одним загальним поняттям – «фотоном». Хоча, треба визнати, що зі зміною параметрів випромінювань у довідковій літературізмінюються та параметри фотонів.
Ситуація подібна до застосування загального поняття"автомобіль" до всіх його марок. Але ці марки є різними. Ми можемо придбати "Ладу", "Мерседес", "Вольво" або "Тойоту". Всі вони підходять під поняття «автомобіль», але всі вони різні і на вигляд, і на технічним характеристикам, та за вартістю.
Тому, буде логічно, якщо як переносники гамма-випромінювання ми запропонуємо фотони гамма-випромінювання, рентгенівського випромінювання- фотони рентгенівського випромінювання, ультрафіолетового випромінювання; - фотони ультрафіолетового випромінювання і т.д. Всі ці види фотонів відрізнятимуться один від одного довжиною витків (довжиною хвилі), швидкості обертання (частотою коливання) та енергією, яку вони переносять.
Фотони гамма-випромінювання і рентгенівського випромінювання є стиснутою пружинкою з мінімальними розмірами і з концентрованою енергією в цьому маленькому обсязі. Тому вони виявляють властивості частки і легко долають перешкоди, просуваючись між молекулами та атомами речовини.
Фотони ультрафіолетового випромінювання, видиме світло та фотони інфрачервоного випромінювання- це та сама пружинка, тільки розтягнута. Енергія в цих фотонах залишилася незмінною, але вона розподілилася по більш витягнутому тілу фотона. Збільшення довжини фотона дозволяє виявляти властивості хвилі. Однак збільшення діаметра фотона не дозволяє йому проникати між молекулами речовини.
Фотони мікрохвильового та радіовипромінювань мають ще більш розтягнуту конструкцію. Довжина радіохвиль може досягати кількох тисяч кілометрів, але вони мають невелику енергію. Вони легко проникають крізь перешкоди, ніби вкручуються в речовину перешкоди, обминаючи молекули та атоми речовини.
У Всесвіті всі види фотонів поступово перетворюється з фотонів гамма-випромінювання. Фотони гамма-випромінювання первинні. При русі в просторі зменшується швидкість їх обертання і вони послідовно перетворюються на фотони рентгенівського випромінювання, а ті, у свою чергу - на фотони ультрафіолетового випромінювання, які перетворюються на фотони видимого світла і т.д.
Тому, фотони гамма-випромінювання перетворюються на фотони рентгенівського випромінювання. Ці фотони матимуть більшу довжину хвилі і меншу частоту обертання. Потім фотони рентгенівського випромінювання перетворюються на фотони ультрафіолетового випромінювання, а вони - у видиме світло і т.д.
Найбільш яскравий прикладцього перетворення на динаміці ми можемо спостерігати при ядерному вибуху.
 |
Ядерний вибух та зони його вражаючої дії
В процесі ядерного вибухупротягом декількох секунд потік фотонів гамма-випромінювання проникає в навколишнє середовищена відстань приблизно 3 км. Далі гамма-випромінювання припиняється, але фіксується рентгенівське випромінювання. Вважаю, що при цьому фотони гамма-випромінювання перетворюються на фотони рентгенівського випромінювання, а вони, послідовно, на фотони ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного випромінювання. Потік фотонів відповідно викликає виникнення вражаючих факторів ядерного вибуху - проникну радіацію, світлове випромінюваннята пожежі.
У роботі «Глибини Всесвіту» ми детально розглянули будову фотонів та процеси їх формування та функціонування. Нам стало зрозуміло, що фотони складаються з різного діаметра кільцеподібних енергетичних фракцій, з'єднаних один з одним.
 |
Будова фотона
Фракції формуються із фундаментальних частинок - дрібних ефірних вихрових згустків, які являють собою ефірні щільностіості. Ці ефірні щільності цілком матеріальні, як матеріал ефір і весь навколишній світ. Ефірні густини визначають показники маси ефірних вихрових згустків. Маса згустків становить масу фракцій, які масу фотона. І не важливо в русі або у спокої він перебуває. Тому фотон цілком матеріалі має свою цілком певну масу і в спокої, і в русі.
Ми вже отримали пряме підтвердження нашого уявлення про будову фотона та його склад під час експериментів. Сподіваюся, що незабаром ми опублікуємо всі отримані результати. Більше того, такі результати були отримані і в закордонних лабораторіях. Отже, є підстави припускати, що ми на вірному шляху.
Отже, ми відповіли на низку питань про фотон.
Фотон, у нашому розумінні, - це не частка і не хвиля, а пружинка, яка в різних умовахможе стискатися до розмірів частинок, а може і розтягуватися, виявляючи властивості хвилі.
Фотони мають свої різновиди в залежності від виду випромінювань і можуть бути фотонами гамма-випромінювання, фотонами рентгенівського випромінювання, фотонами ультрафіолетового, видимого, інфрачервоного та мікрохвильового випромінювання, і навіть фотонами радіовипромінювання.
Фотон матеріал і має масу. Він не є найдрібнішою часткоюу Всесвіті, а складається з ефірних вихрових згустків та енергетичних фракцій.
Розумію, що це дещо несподіване та незвичне трактування фотона. Однак, я виходжу не з загальноприйнятих правилта постулатів, прийнятих уже багато років тому без зв'язку з процесами загального розвиткусвіту. А з логіки, яка виходить із законів устрою світу, які є ключем від дверей, що ведуть до Істини.
Разом з тим, у 2013 році було вручено Нобелівські преміїз фізики Пітера Хіггса і Франсуа Енглера, які в 1964 році незалежно один від одного припустили існування в природі ще однієї частинки - нейтрального бозона, який з легкої руки нобелівського лауреатаЛ. Ледермана була названа «часткою Бога», тобто тієї першооснови, тієї першої цеглинки, з якої було сконструйовано всю нашу навколишній світ. У 2012 році, проводячи експерименти зі зіштовхування на великих швидкостях пучків протонів два знову ж таки незалежні наукових спільнотзнову ж таки практично одночасно проанонсували виявлення частинки, параметри якої збіглися між собою і відповідали значенням, передбаченим П. Хіггсом та Ф. Енглером.
Як таку частинку виступав зареєстрований у ході експериментів нейтральний бозон, час життя якого було не більше 1,56 х 10 -22 секунд, а маса більш ніж у 100 разів перевищувала масу протона. Цій частинці приписували можливість повідомляти масу всього того матеріального, що є в цьому світі - від атома до скупчення галактик. Більш того, передбачалося, що ця частка є прямим свідченням наявності деякого гіпотетичного поля, проходячи через яке всі частки набувають ваги. Ось таке чарівне відкриття.
Однак загальна ейфорія від цього відкриття тривала недовго. Тому що постали питання, які не могли не з'явитися. Справді, якщо бозон Хіггса реально є «часткою Бога», то чому його «життя» таке швидкоплинне? Розуміння Бога завжди пов'язувалося з вічністю. Але якщо вічний Бог, то і будь-яка Його частка також має бути вічною. Це було б логічно та зрозуміло. Але «життя» бозона тривалістю в секунду з двадцятьма двома нулями після коми не дуже в'яжеться з вічністю. Навіть миттю це важко назвати.
Більше того, якщо вже й говорити про «частку Бога», то необхідно чітко розуміти, що вона повинна знаходитися в усьому, що нас оточує і являти собою самостійну, довготривалу і мінімально можливу об'ємну сутність, яка становить усі відомі частки нашого світу.
З цих божественних частинокпоступово крок за кроком мав би будуватися наш світ. З них повинні складатися частинки, з частинок - атоми і так до зірок, галактик та Всесвіту. Всі відомі та невідомі поля так само повинні бути пов'язані з цією чарівною часткою і передавати не тільки масу, а й будь-яку іншу взаємодію. Думаю, це логічно і не суперечить здоровому глузду. Тому що, якщо ми пов'язуємо цю частинку з божественним початком, то повинні мати і адекватну відповідь на наші очікування.
Однак, ми вже бачили, що маса бозона Хіггса значно перевершує навіть масу протону. Але як із великого можна побудувати мале? Як вмістити слона в мишковій нірці?! Ніяк.
Вся ця тема, чесно зізнатися, не дуже прозора та обґрунтована. Хоча, можливо, я щось і не зовсім розумію через свою недостатню компетенцію, проте бозон Хіггса, на моє глибоке переконання, під «частку Бога» не дуже підходить.
Інша річ фотон. Ця чудова частка повністю перетворила життя людини на планеті.
Завдяки фотонам різних випромінюваньми бачимо навколишній світ, насолоджуємося сонячним світломі теплом, ми слухаємо музику і дивимося телевізійні новини, діагностуємо і лікуємо, перевіряємо і дефектуємо метали, заглядаємо в космос і проникаємо в глиб речовини, спілкуємося один з одним на відстані по телефону ... Життя без фотонів було б немислиме. Вони не просто частина нашого життя. Вони – наше життя.
Фотони, по суті, - головний інструментспілкування Людини з навколишнім світом.Тільки вони дозволяють нам поринути в навколишній світ і за допомогою зору, нюху, дотику і смаку зрозуміти його і захопитися його красою та багатобарвністю. Все це завдяки їм - фотонам.
І ще. Це, мабуть, головне. Тільки фотони несуть світло! А за всіма релігійними канонами Бог і породив це світло. Більш того, Бог – і є світло!
Ну, як тут пройти повз спокусу і не назвати фотон реальною «часткою Бога»!Фотон і тільки фотон може на це претендувати найвище звання! Фотон – це світло! Фотон – це тепло! Фотон – це все буяння фарб світу! Фотон - це запашні запахи та тонкі смаки! Життя без фотонів – не буває! А якщо й буває, то комусь вона потрібна таке життя. Без світла та тепла, без смаку та запаху. Нікому.
Тому, якщо вже й говорити про частинці Бога, то треба говорити тільки про фотоне- про цей дивовижний подарунок, переданий нам Вищими Силами. Але й те, але алегорично. Тому що Бог не може мати частинок. Бог єдиний і цілісний і Його не можна розділити на жодні частинки.