Лекция для специалистов «сколково»




НазваниеЛекция для специалистов «сколково»
страница2/5
Дата публикации10.05.2013
Размер0.55 Mb.
ТипЛекция
litcey.ru > Астрономия > Лекция
1   2   3   4   5

^ 2.3. Электромагнитная структура фотона
Поскольку фотон имеет в движении массу , то вполне естественно, что он имеет и центр масс, то есть такую точку, в которую можно свести всю массу фотона и движение этой точки будет характеризовать движение всего фотона. Волновые свойства фотона указывают на то, что эта точка (центр масс) описывает волновую траекторию.

Постоянство скорости движения фотонов всех диапазонов указывает на то, что траектории движения центров масс фотонов всех радиусов - одни и те же. Вполне естественно, что в этом случае и электромагнитная структура фотонов всех радиусов должна быть одинаковой. Какова эта структура?

Поскольку из равенства следует, что кольцо разделено хордами на шесть частей (рис. 6, b), то это даёт нам основание предположить, что фотон состоит из шести электромагнитных полей, каждое из которых имеет центр масс (рис. 6, с).

Так как фотон имеет массу и электромагнитную природу, то у нас остаётся одна возможность: считать, что массу фотона формируют его электромагнитные поля. Тогда постоянство трех констант , и должно обеспечиваться равенством электромагнитных сил, генерируемых движущимися электромагнитными полями, и ньютоновских сил инерции, действующих на центры масс этих полей.

Поскольку центробежные силы инерции, действующие на центры масс электромагнитных полей, направлены радиально от центра вращения, то магнитные составляющие электромагнитных сил должны быть направлены также радиально, но только к центру вращения. В этом случае магнитные поля будут подобны магнитным полям радиально расположенных стержневых магнитов, направленных навстречу друг другу разноименными магнитными полюсами в диаметральном направлении.

Из изложенного следует схема электромагнитной модели фотона, показанная на рис. 7. Как видно, модель фотона состоит из шести замкнутых друг с другом магнитных полей, которые в соответствии с существующими представлениями о структуре электромагнитного поля при движении модели опоясываются электрическими полями и превращаются в электромагнитные поля.

Магнитные поля фотона подобны магнитным полям стержневых магнитов. Векторы напряженностей этих магнитных полей чередуются так, что у противоположных полей они направлены вдоль одного диаметра в одну и ту же сторону, сжимая фотон. Но так как фотон все время находится в движении, то магнитные силы, сжимающие фотон, уравновешиваются центробежными силами инерции, действующими на центры масс электромагнитных полей (рис. 6, с и 7).


Рис. 7. Схема электромагнитной модели фотона
Если вместо электромагнитных полей образуются кольцевые магнитные поля, подобные кольцевым магнитным полям, которые формируются вокруг проводника с постоянным током (рис. 8), то работоспособность и такой модели фотона сохраняется (рис. 9), и поведение обоих моделей фотона описывается одними и теми же математическими формулами.

Известно, что если силовые линии кольцевых магнитных полей направлены навстречу друг другу, то такие поля сближаются (рис. 8, 9).

Рис. 8. Схемы формирования кольцевых магнитных полей

вокруг провода с постоянным током
Если фотон формируют аналогичные кольцевые магнитные поля, то они также будут сближаться (рис. 9), а результирующие силы , возникающие в зонах контакта силовых линий, будут направлены к центру фотона, сжимая его. Но так как он все время находится в движении, то силы , сжимающие фотон, уравновешиваются центробежными силами инерции, действующими на центры масс этих полей (рис. 9).

Таким образом, модель фотона может состоять или из электромагнитных полей (рис. 7) или из кольцевых магнитных полей (рис. 9). Мы пока не знаем, какой из этих вариантов реализуется, поэтому в дальнейшем будем писать, что модель фотона формируют электромагнитные или магнитные поля. Дальше мы увидим, что магнитная модель фотона имеет большие шансы на дальнейшее развитие.


Рис. 9. Схема магнитной модели фотона
Сложная, конечно, получается модель, но только в этой модели реализуются все три константы и из анализа её движения выводятся аналитически все математические модели, давно описывающие поведение фотона в различных экспериментах.

Известно, что длина волны электромагнитного излучения изменяется в диапазоне (табл. 2). Наименьшая длина волны , соответствует гамма диапазону и её можно считать равной радиусу гамма фотона. Наибольшая длина волны неприемлема для отождествления с радиусом фотона.

Таблица 2. Диапазоны шкалы электромагнитных излучений

Диапазоны

Длина волны, м

Частота колебаний,

1. Низкочастотный





2. Радио





3. Микроволновый





4. Реликтовый (макс)





5. Инфракрасный





6. Световой





7. Ультрафиолетовый





8. Рентгеновский





9. Гамма диапазон






Дальше мы приведём детальное обоснование , а здесь лишь отметим, что поскольку тепловую энергию и температуру формируют фотоны, то соответствует самой низкой температуре, существующей в Природе. Она определена как 0 K и равна −273,15 °C (точно). Это значит, что для расчёта максимальной длины волны или максимального радиуса фотонов, формирующих температуру, близкую к абсолютному нулю, можно взять температуру, например, . Тогда формула Вина даёт такую величину максимальной длины волны или максимального радиуса фотонов

, (14)
где - постоянная Вина - четвёртая константа, контролирующая поведение фотонов. Фотоны с такой длиной волны (14) соответствуют реликтовому диапазону (табл. 2, 3).

Таблица 3. Диапазоны изменения длины волны и массы электромагнитных излучений

Диапазоны

Длина волны, м

Масса, кг

1. Низкочастотный





2. Радио





3. Микроволновый





4. Реликтовый (max)





5. Инфракрасный





6. Световой





7. Ультрафиолетовый





8. Рентгеновский





9. Гамма диапазон







Как видно (табл. 3), с увеличением массы (энергии, табл. 4) фотона длина его волны уменьшается. Эта закономерность однозначно следует и из константы локализации фотона . Это же следует и из закона сохранения кинетического момента

C увеличением массы фотона растет плотность его электромагнитных (рис. 7) или магнитных (рис. 9) полей и за счет этого увеличиваются электромагнитные или магнитные силы, сжимающие фотон, которые все время уравновешиваются центробежными силами инерции, действующими на центры масс этих полей. Это приводит к уменьшению радиуса вращения фотона, который всегда равен длине его волны . Но поскольку радиус в выражении постоянной Планка возводится в квадрат, то для сохранения постоянства постоянной Планка частота колебаний фотона должна при этом увеличиться. В силу этого незначительное изменение массы фотона автоматически изменяет его радиус вращения и частоту так, что кинетический момент (постоянная Планка) остается постоянным.

Таким образом, фотоны всех частот, сохраняя свою электромагнитную структуру, меняют массу, частоту и радиус вращения так, чтобы , то есть принципом этого изменения управляют законы: сохранения кинетического момента и локализации фотонов.

Такой же четкий и ясный ответ мы получаем и на следующий фундаментальный вопрос: почему фотоны всех частот движутся в вакууме с одинаковой скоростью?

Потому, что изменением массы фотона и его радиуса управляет закон локализации фотона. Из него следует, что при увеличении массы фотона его радиус уменьшается пропорционально и наоборот. Тогда для сохранения постоянства постоянной Планка при величина также должна быть постоянной. В результате -.

Таблица 4. Диапазоны изменения длины волны и

энергии электромагнитных излучений

Диапазоны

Длина волны , м

Энергия , eV

1. Низкочастотный





2. Радио





3. Микроволновый





4. Реликтовый (макс)





5. Инфракрасный





6. Световой





7. Ультрафиолетовый





8. Рентгеновский





9. Гамма диапазон






Если наши суждения верны, то из анализа движения полученной модели фотона (рис. 7, 9) мы должны вывести аналитически не только исходные соотношения (1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9, 11, 12), описывающие его поведение, но и все остальные, которые используются для интерпретации результатов различных экспериментов с участием фотонов. Следующими из них являются:

соотношение импульса

; (15)

и неравенство Гейзенберга

; (16)
Далее следуют формулы, описывающие поведение фотонов в излучении абсолютно черного тела, а также закона изменения длины волны отраженного фотона в эффекте Комптона, закона формирования спектров атомов и ионов, закона формирования температур, закона локализации температур, закона формирования реликтового излучения, закона фотоэффекта, законов формирования дифракционных и интерференционных картин и др. Все они выводятся из законов классической физики с участием модели фотона, представленной на рис. 7 и 9. Эти выводы будут приведены при анализе каждого из указанных законов. Здесь же мы приведем выводы лишь математических моделей (1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12 и 15, 16).
^ 2.4. Вывод корпускулярных математических моделей, описывающих

поведение фотона
Для этого мы должны проследить за волновым движением центра масс всего фотона и центров масс отдельных его электромагнитных (рис. 7) или магнитных (рис. 9) полей.

На рис. 10 показана схема перемещения центра масс фотона и центра масс одного его электромагнитного или магнитного поля в интервале длины одной волны.

Движение центра масс фотона моделирует точка , расположенная на расстоянии от геометрического центра фотона (рис. 10).

Движение центра масс одного электромагнитного (или магнитного) поля фотона моделирует точка , расположенная на расстоянии от центра масс фотона (рис. 10).

Некоторые исследователи отмечали, что фотон имеет скрытые параметры. Если бы удалось найти их, то математические соотношения, описывающие его поведение, вывелись бы аналитически. Попытаемся установить эти параметры.



Рис. 10. Схема движения центра масс М фотона и центра масс одного

его электромагнитного (или магнитного) поля
Конечно, сложность модели фотона (рис. 7 и 9) затрудняет вывод математических соотношений, описывающих его поведение. Однако если учесть, что фотон имеет плоскость поляризации, то движение его центра масс в этой плоскости и движение центров масс шести его электромагнитных полей можно сопровождать качением условных окружностей, кинематические и энергетические параметры которых будут эквивалентны соответствующим параметрам фотона.

Центр масс фотона совершает полное колебание в интервале длины его волны (рис. 10), поэтому радиус (первый скрытый параметр) условной окружности, описывающей движение этого центра в интервале длины одной волны, определится по формуле (рис. 10)

. (17)
Кинематическим эквивалентом группового движения центров масс шести электромагнитных полей фотона будет вторая условная окружность. Её радиус (второй скрытый параметр) определяется из условия поворота центра масс каждого электромагнитного поля фотона на угол в интервале каждой длины его волны (рис. 10).
(18)

Особо отметим, что время, в течение которого эти две условные окружности поворачиваются на разные углы и , одно и то же, что соответствует Аксиоме Единства.

Если угловую скорость условной окружности, описывающей движение центра масс фотона относительно его геометрического центра , обозначить через (третий скрытый параметр), а угловую скорость условной окружности, описывающей движение центра масс каждого электромагнитного (или магнитного) поля , - через (четвертый скрытый параметр), и линейную частоту - через , то период колебаний центра масс фотона определится по формулам (рис. 10):
(19)

Из этого имеем:

(205)
(21)
Соотношение связи между длиной волны , которую описывает центр масс фотона, и радиусом имеет простой вид (рис. 10)
(2210)
Кинематическая эквивалентность между движением сложной структуры фотона и движением условных окружностей с радиусами и позволяет вывести постулированные раннее математические соотношения, описывающие его поведение (1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12 и 15, 16). Скрытые, ненаблюдаемые параметры фотона участвуют лишь в промежуточных математических преобразованиях и исчезают в конечных формулах.

Поскольку малая условная окружность радиуса перемещается в плоскости вращения фотона (рис. 10) без скольжения, то скорость любой её точки будет равна скорости её центра и групповой скорости фотона. Используя соотношения (17) и (20), получим
(237)
что соответствует соотношению (7).

Аналогичный результат дают и соотношения (18) и (21) второй условной окружности радиуса .

(247)
Теперь видно, что вывод соотношения (7) не только согласуется с моделью фотона (рис. 6, 7, 9) и механикой её движения (рис.10), но и объясняет корпускулярные и волновые свойства фотона.

При выводе соотношения (1) обратим внимание на то, что кинетическая энергия движения фотона с массой эквивалентна кинетической энергии качения условной окружности с той же массой , равномерно распределенной по её длине. Общая кинетическая энергия условной окружности будет равна сумме кинетической энергии её поступательного движения и энергии вращения относительно геометрического центра .
. (251)
Тот же самый результат получится и при использовании второй условной окружности радиуса .

. (261)
Приведем уравнение (25) к виду (8)
, (278)

здесь

. (289)

Разделив - (28) на - (23), имеем
(2912)
Обратим внимание на то, что - частота вращения условной окружности радиуса , формирующей импульсы центра масс фотона (рис. 10).

Как видно, скрытые параметры позволяют вывести основные математические соотношения квантовой механики, описывающие поведение фотона, из законов классической физики, а точнее - классической механики. Условные окружности позволяют определить и импульс фотона.

, (3015)

или

. (3115)
Из этого легко получить корпускулярное соотношение Луи Де Бройля
. (3215)

Перепишем это так

. (33)
В левой части уравнения (33) представлено произведение импульса фотона на длину его волны , а в правой - постоянная Планка . Из этого следует соотношение неопределенности Гейзенберга.

. (3416)
Перепишем это неравенство в развернутом виде
. (35)
Так как фотон проявляет свой импульс в интервале каждой длины волны и так как его размер более двух длин волн (рис. 7, 9, 10), то величины и в неравенстве (35) всегда будут более 2 каждая. Принимая и и подставляя эти значения в неравенство (35), получим

. (36)
Таким образом, модель фотона действительно ограничивает точность экспериментальной информации, получаемой с его помощью. Объясняется это тем, что размеры фотона несколько больше двух длин его волн. Следовательно, фотон не может передать размер геометрической информации, меньший двух длин его волны или двух радиусов вращения, как это и следует из неравенства Гейзенберга.

Если мы исследуем объект с помощью фотона с заданной длиной волны, то мы не можем получить геометрическую информацию об объекте, которая была бы равна длине волны используемого фотона или была меньше её. Однако если для получения той же информации использовать фотон с меньшей длиной волны, то точность геометрической информации возрастет. Это значительно ограничивает физический смысл неравенства Гейзенберга. Если это неравенство относить к экспериментальной информации, получаемой с помощью фотона, то оно справедливо только в рамках одной длины его волны или одного радиуса.

2.5. Волновая теория фотона
Тут уместно обратить внимание на интересную особенность шестигранной механической модели (рис. 6, б). Если взять несколько шестигранников разных размеров и разместить их на наклонной плоскости, то все они будут скатываться вниз с одной и той же постоянной скоростью , но с разной частотой (табл. 5).

Таблица 5. Кинематические параметры движения тел

Форма тел

, м

t, с

V, м/с



Цилиндрические

0,008

0,010

0,0!3

2,43

2,30

2,05

0,83

0,89

0,99

-

-

-

Шестигранные

0,0065

0,0080

0,0130

5,68

5,67

5,67

0,18

0,18

0,18

27,69

22,50

13,85


Обратим внимание на то, что при увеличении радиуса шестигранника частота его движения уменьшается так же, как и у фотона. Конечно, у фотона нет плоскости, по которой он мог бы перемещаться, как тела, представленные в табл. 5. Однако, мы уже показали, что центр масс электромагнитной (магнитной) модели фотона описывает укороченную циклоиду, осью симметрии которой является прямолинейная ось ОХ, лежащая в плоскости его поляризации.

Начнем с вывода уравнений движения центра масс фотона. Поскольку центр масс фотона движется в плоскости поляризации и в рамках аксиомы Единства пространства – материи – времени, то для описания его движения по волновой траектории необходимо иметь два параметрических уравнения.

Так как центр масс фотона движется относительно наблюдателя и относительно геометрического центра , который движется прямолинейно со скоростью , то для полного описания такого движения необходимо иметь две системы отсчета (рис. 4 и 10): неподвижную и подвижную .

Амплитуда колебаний центра масс фотона будет равна радиусу его вращения относительно геометрического центра фотона. Из рис. 10 имеем
. (37)
Обратим внимание на небольшую величину амплитуды колебаний центра масс фотона в долях длины его волны или радиуса вращения.

Уравнения движения центра масс фотона относительно подвижной системы имеют вид параметрических уравнений окружности (рис. 4 и 10):
; (38)

. (39)
Если фотон движется относительно неподвижной системы отсчета ХОУ со скоростью , то уравнения такого движения становятся уравнениями циклоиды:
; (40)

. (41)
Обратим внимание на то, что в уравнениях (40) и (41) и . Это значит, что они описывают движение центра масс фотона по волновой траектории в рамках аксиомы Единства пространства – материи – времени. Отметим, что уравнения Луи Де Бройля и Шредингера этим свойством не обладают. Учитывая соотношения (20), (21) и (37), получим:

(42)

(43)

где .

На рис. 11 представлены траектории точек , показанные на (рис. 4). Обратим внимание на важные особенности. Радиус кольца равен и точка , лежащая на кольце (рис. 4), описывает обыкновенную циклоиду М (рис. 11).


Рис. 11. Траектории движения точек , представленных на рис. 4:

М – обыкновенная циклоида; N – удлинённая циклоида; К – укороченная циклоида
Радиус окружности, описываемой точкой (рис. 4 и 11), - и эта точка описывает удлинённую циклоиду (рис. 11).

Радиус окружности, описываемой точкой (рис. 4 и 11), , и она описывает укороченную циклоиду (рис. 11).

Так как у модели фотона амплитуда , то его центр масс движется по укороченной циклоиде (42), (43).

Результаты табл. 5 требуют, чтобы математическая модель, описывающая скорость центра масс шестигранника, а значит и фотона, не зависела бы от его радиуса вращения. Уравнения (42) и (43) автоматически дают такой результат
(44)

Если считать, что движение фотона эквивалентно движению шестигранника, то и получаем закономерность изменения скорости центра масс фотона
(45)
График изменения скорости (45) центра масс фотона показан на рис. 12. Как видно, скорость центра масс фотона действительно изменяется в интервале длины волны или периода колебаний таким образом, что её средняя величина остается постоянной и равной .

Поскольку сила инерции направлена противоположно ускорению, то касательная сила инерции , действующая на центр масс фотона, запишется так
. (46)


1   2   3   4   5

Похожие:

Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция для специалистов «сколково»
Не будем умножать обиду ортодоксов, но и не будем таить ту новую научную информацию об электроне, которая уже сейчас показывает,...
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция для специалистов «сколково»
Ваши головы и, таким образом, неосознанно совершают преступление. Простите их, они не ведают, что творят. Изучайте новые знания самостоятельно....
Лекция для специалистов «сколково» iconПриложение к мониторингу сми 15. 09. 11
Цель — создание символа проекта "Сколково"// Коммерсантъ –Приложение// Review Сколково 8
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция «Защита прав потребителя» в течение месяца по согласованию 9 «А», 9 «Б» «сош №1»
Уроки и внеклассные мероприятия с участием специалистов уприУ проводятся с обучающимися в не приемные дни специалистов уприУ
Лекция для специалистов «сколково» iconИнтервью с исполнительным директором кластера информационных технологий фонда «Сколково»
В редакции «Газеты. Ru» состоялось онлайн-интервью с исполнительным директором кластера информационных технологий фонда «Сколково»...
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция «Сущность и проблемы вэд, состояние вэд в России» 1 час. 2...
Лекция «Внешнеэкономические операции и сделки: виды, классификация, организация» 1 час
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция для специалистов «сколково» iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница