ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ И ДИФРАКЦИЯ ФОТОНОВ

admin Газета, Статьи из газеты №48 (2017)

 

Ньютон отдавал предпочтение корпускулярной теории света,считая его потоком частиц. Гюйгенс полагал, что световое возбуждение есть импульсы упругих колебаний эфира.

А.М. Бонч-Бруевич

Оптика – одна из древнейших наук тесно связанная с потребностями практики на всех этапах своего развития. Прямолинейность распространения света была известна не менее чем 5000 лет

до новой эры и использовалась в древнем Египте при строительных

работах

Вопрос о природе света и законах его распространения ставится

уже греческими философами, в частности Эвклидом и Лукрецием. В их трудах с различных позиций верно формируются законы

прямолинейного распространения света и отражения. Математическая запись закона преломления света в виде отношения синусов

углов падения и преломления

(sin i/ sin r = const) принадлежит Декарту, который пытался

объяснить этот закон из представлений о корпускулярной природе света, развитой в дальнейшем Ньютоном. И. Ньютон установил

следующие « независимые « изначальные свойства световых лучей:

прямолинейность, подчиненность законам отражения и преломления, скорость , световую неизменность простого света, его периодичность (« поперечные приступы легкого отражения»), поляризацию и дифракцию.

Ньютон допускал возможность волновой интерпретации световых явлений, но отдавал предпочтение корпускулярной концепции, считая свет потоком частиц, действующих на эфир и вызывающих в них колебания. Трудности, возникшие в волной теории

при попытке объяснить прямолинейное распространение света и

явление поляризации показались Ньютону настолько серьезными,

что побудили его развить корпускулярную теорию (или теорию истечения), согласно которой свет распространяется от излучающего

тела в виде мельчайших частиц ( Ацюковский В.А. 2003 год).

Гюйгенс, следуя идеям Леонардо да Винчи и развивая работы

Гринальди и Гука исходил из аналогии между многими акустическими и оптическими явлениями. Он полагал, что световое возбуждение есть импульсы упругих колебаний эфира. А.Ж.Френель

создал теорию о частичном увлечении светового эфира движущимися телами. Он вместе с Араго Френель исследовал интерференцию поляризованных лучей света и обнаружил, что лучи поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, никогда не

интерферируют. Этот факт нельзя было согласовать с общепринятым тогда предположением о продольности световых волн, однако,

Юнг, нашел разгадку возникшего противоречия, предположив, что

световые колебания поперечные.

Несмотря на признание волновой теории она обладала целым

рядом недостатков. Так, явления интерференции, дифракции и

поляризации могли быть объяснены только в том случае, если

световые волны считать поперечными. Но, если световые волны –

поперечные, то их носитель – эфир должен обладать свойствами

твердых тел. Попытка же наделить эфир свойствами твердого тела

успеха не имела, так как эфир не оказывает заметного воздействия

на движущиеся в нем тела.

Далее эксперименты показали, что скорость распространения

света в разных средах различна, поэтому эфир должен обладать в

разных средах различными свойствами. Теория Гюйгенса не могла

объяснить также физической природы наличие разных цветов

Наука о свете накапливала экспериментальные данные, свидетельствующие о взаимосвязи световых, электрических и магнитных явлений, что позволило Максвеллу в 70-х годах 19 века создать

электромагнитную теорию света, Согласно которой свет представляет собой также электромагнитные волны. В дальнейшем было

доказано, что скорость распространения свободного электромагнитного поля (не связанного с зарядом и токами) в вакууме равна

скорости света : с= 3х10 8. Однако, электромагнитная теория не

могла объяснить явление дисперсии ( зависимость показателя преломления от длины волны). Эта трудность была преодолена в конце 19 века Х. Лоренцем, предложившим электронную теорию, согласно которой диэлектрическая проницаемость зависит от длины

волны падающего света. Теория Лоренца ввела представление об

электронах, колеблющихся внутри атома, и позволила объяснить

явление испускания и поглощения света веществом.

Несмотря на огромные успехи электромагнитной теории Максвелла и электронной теории Лоренца, они были несколько противоречивы и при их применении встречался ряд затруднений. Обе

теории основывались на гипотезе об эфире, только «упругий эфир»

был заменен» эфиром электромагнитным» (теория Максвелла) или

«неподвижным эфиром» (теория Лоренца) .

Теория Максвелла не могла объяснить процессов испускания и

поглощения света, фотоэлектрического эффекта и комптоновского рассеяния. Теория Лоренца, в свою очередь не смогла объяснить

многие явления, связанные с взаимодействия света с веществом, в

частности вопрос о распределении энергии по длинам волн при тепловом излучении черного тела.

Перечисленные затруднения и противоречия были преодолены

благодаря смелой гипотезе (1900) немецкого физика М.Планка, согласно которой излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами):

Е= hv, где Е – энергия единичного кванта, v – частота излучения

этого кванта, h – универсальная постоянная (постоянная Планка

6.625х10 -34 Дж с) А.Эйнштейн в 1905 году создал теорию света, согласно которой не только излучение света , но и его распространение происходит в виде потока световых квантов – фотонов. В дальнейшем А.Эйнштейн и его последователи решили, что механика Ньютона, (называемая также классической), неверна.

Они представили новую правильную теорию, которая называется

релятивистской или специальной теорией относительности.

Квантовые представления о свете хорошо согласуются с законами излучения и поглощения света, законами взаимодействия

света с веществом. Однако, как с помощью этих представлений

объяснить такие хорошо изученные явления как интерференция,

дифракция и поляризация света? Эти явления легко объясняются

на основе волновых представлений. Все многообразие изученных

свойств и законов распространения света, его взаимодействия с

веществом показывает, что свет имеет сложную природу. Он представляет собой единство противоположных видов движения – корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного).

Длительный путь развития привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно волновой природе света

Следует учитывать, что не все физики поддерживают квантовую

гипотезу М.Планка и двойственность корпускулярно- волновой

природы света.

Как полагает М.Г.Иванов (2010 год) в гипотезе М.Планка имеется ряд существенных недоработок и недостатков. Ниже приводятся критические замечания М.Г.Иванова относительно

Частота излучения – множественное явление, но оно приписывается единичному акту излучения кванта. Но так как перенос

энергии, излучаемый телом повышается с повышением частоты

излучения, то Планк и взял эту связь за основу, а выход из «трудного положения» сделал просто, приписав коэффициенту пропорциональности размерность эрг.с, чтобы при умножении на частоту

v: 1/сек получилась размерность энергии – эрг. (Макс Планк «Избранные труды», Наука, М 1975 г.)

«…элемент энергии Е должен быть пропорционален частоте V,

следовательно, Е=hv, (стр. 265, 1900 г.)

«… В моей первой формулировке квантовой гипотезы я принимал, что энергия осциллятора, поглощающего и испускающего

тепловое излучение частоты V, является всегда целой кратной от величины hv но это предположение натолкнулось на непреодолимые

трудности» ( стр. 325 , 1914 год) .

« …Но теперь возникла важнейшая в теоретическом отношении

проблема – этой странной константе придать физический смысл.

«… но природа элемента энергии hv остается неясной» (стр. 443,

1943 г., М.Планк).

Эксперимент, а не теоретическое построение доказывает –

энергия фотона не зависит от частоты его излучения , а является

функцией относительной скорости между излучателем и приемником. Энергия фотона определяется только скоростью его излучения из атома: Е = m V2/2, а частота относится к процессу излучения

фотонов, и не определяет их энергию.

Вместо пересмотра неверной физической основы земной разум пустился в примитивные подгонки под теоретические модели,

поэтому все общефизические определения фотона через его математические соотношения не соответствует действительности. Трудности в совмещении противоречивых фактов в бездарных теориях

привели, как следствие, к вообще бредовой идее раздвоению личности» фотона – дуализму света (Иванов М.Г., 2010 год).

Лучин А.А. 2012 год предлагает рассмотреть один из ключевых

фрагментов квантовой механики (формула М. Планка) с точки зрения отвергнутой классической физики: Е = mv2/2. Где m – масса

частицы, v – скорость частицы. В дальнейшем релятивисты посчитали эту формулу для объектов микромира, поэтому ввели в квантовую механику формулу М. Планка Е = hv.

М.Планк проводя теоретическое исследование лучеиспускательной способности черного тела, не зная природы излучения

этого излучения объекта оговорил свой объект рядом условий ( гипотез): 1. В черном теле существует ряд осцилляторов (излучателей)

волновой энергии; 2. Излучаемая энергия осцилляторов дискретна

по величине; 3. Есть минимальный уровень этой энергии – кванты,

которые могут группироваться; 4. Энергия единичного кванта равна Е = hv где h = 6,625х10-34 Дж.с (постоянная Планка).

Если же говорить о постоянной Планка, то она так мала, так

ничтожно крохотна, так неразличима никакими существующими

средствами обнаружения энергии , что любая непрерывность посчитает за счастье иметь первородный, дискретный элемент такой

малости. Этакая энергия может передаваться только волной. В волне частицы ее массы колеблются, оставаясь на своем месте, а энергию передают другим частицам, но те, последние частицы в волне,

для передачи энергии нужны, ибо без массы энергии нет.

Формула Планка по этой причине является незаконченной и

потому нефизичной. Энергию фотона, одного из носителей энергии света и других электромагнитных излучений можно легко и

просто считать по формуле кинетической энергии, не прибегая ни

к каким натяжкам под названием постоянная Планка. ( Лучин А.А.,

2012 год). Он же (Лучин А.А.) полагает, что фотон является носителем энергии излучения всех электромагнитных процессов. Не существует фотонов – носителей теплового излучения, не существует

фотонов – носителей рентгеновского излучения и даже обычного

света. Все излучения приходят с одним и тем же фотоном.

Дуализм света – недостаток знаний природы. Н.А. Козыревым

было показано, что неизвестный поток который излучается телом

звезды регистрируется резистором на поверхности Земли, во много раз быстрее (мгновенно) по сравнению со скоростью света. Этот

феномен подтверждается многократно, что было зафиксировано

им на положении тела звезды (не излучения) в прошлом, настоящем и будущим. На основании этих экспериментов Н.А.Козырев

устанавливает понятие «ход времени», время может как приносить

энергию, так и уносить ее. (Козырев Н.А., 1991 год).

Понятно, что в данных исследованиях свет имеет корпускулярную природу. Доказательство корпускулярного характера света

было получено в 1923 году А.Комптоном, показавшим экспериментально, что рассеяние света происходит по закону упругого

столкновения фотонов с электронами. Этот процесс – рассеяние

фотона на свободном электроне называется эффектом Комптона.

Опыт показывает, что теория фотонов дает определенное соотношение между углом рассеяния фотона и направлением движения

электронов отдачи.

КОЛОСОВСКИЙ Э.Д., кмн.

 

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ

Дорогие читатели, поддержите газету! Наша газета в Ваших руках, всё, что Вам нужно сделать, это нажать на кнопку Вконтакте, которая находится выше этой надписи. Вы можете сделать репосты любого числа наших статей. Помогите газете и мы будем писать еще больше, интереснее и активнее!