К вопросу об интерференция фотонов и волн де Бройля |
Научные статьи - Фотоны, волны де Бройля, атом, векторный потенциал |
В.В.Мантуров
К вопросу об интерференции фотонов и волн де Бройля(Способны ли интерферировать тороидальные корпускулы ?) Опубликована в книге автора "От кристаллических нуклонов и ядер к разгадке распределения простых чисел" М. 2007 Интерференция как явление предполагает алгебраические сложения амплитуд колебательных процессов. Для этого необходимо чтобы эти колебания были, строго говоря, гармоническими. Или хотя бы в виде цугов.
Интерференция волн, согласно [1,2], -- «одно из осн. свойств волн любой природы (упругих, эл.-магн., в т. ч. световых, и др.)…». И далее: расчет интерференции волн «в линейных средах основан на суперпозиции принципе, согласно к-рому результирующее волновое поле, создаваемое неск. источниками, равно сумме полей от отдельных составляющих». А по [2], «с одинаковыми периодами», т.е. они должны быть гармониками. Теория гармонических колебаний предполагает наличие амплитуды. Амплитуда -- это «наибольшее значение…, к-рого достигает какая-либо величина, совершающая гармонические колебания …» [2]. Короткое пояснение. Из заголовка видно, что вопрос об интерференции стал относиться и к волнам де Бройля. Да. Это так. Во-первых, потому что фотон – это волна де Бройля, покинутая электроном [7, 8, 9]. Во-вторых, пока электрон не покинул свою сидящую на нем волну де Бройля, он заодно с нею тоже подвержен дифракции. В-третьих, он подвержен дифракции именно благодаря «руководящего» воздействия на него его волны де Бройля, на которую в свою очередь воздействуют волны де Бройля электронных оболочек атомов, образующих отверстия, щели и т.д. Об этом почему-то забывали. В четвертых, см. ниже… Как было показано [7, 8, 9], ни волнам де Бройля, ни фотонам физически не присущи гармонические колебания. Они, скорее, – солитоны. Хотя формально и их можно описать (представить) как колебательный процесс в виде волн, например, на воде. Собственно так и представляли световые волны классики волновой теории света, начиная с древних философов (Аристотель). А затем – Гюйгенс, Гук, Юнг, Френель, Араго… Сам Ньютон, открыв превращение прямых лучей в концентрические кольца после прохождения ими линзы, тоже относил их к периодическим колебаниям. Полагая, однако, свет корпускулярным, в интерференции корпускул скорее сомневался. Вся «Оптика» [3] Г. С. Ландсберга построена на предположении, точнее, на уверенности, убежденности в том, что световые волны – это гармонические электромагнитные колебания. И тогда формально (математически) им вводится в обязанность свойство обладать амплитудой. Естественно возникает вопрос: если фотон – тороидальная электромагнитная волна, а не плоская монохроматическая (гармоническая), то, что в ней должно соответствовать понятию амплитуда? Тороидальной электромагнитной волне свойственны [7,8,9]: длина волны, квант энергии, один квант магнитного потока, скорость распространения (волна де Бройля), соответствующая этой скорости величина векторного потенциала, количество движения. Ни одной из этих характеристик нельзя поставить в соответствие амплитуду. В первую очередь отметим следующее: ни длина волны, ни величина кванта энергии не могут выступать в качестве амплитуды потому, что – это стационарные их параметры, которые они, например, фотоны, несут от самых удаленных звезд неизменными, и по спектру которых мы судим о химическом составе звездной материи. Далее, какие бы метаморфозы не происходили с тороидальным фотоном (и волной де Бройля) всегда, пока существует фотон, у него будет один и единственный квант магнитного потока. Остальные характеристики при этом могут изменяться: и его размеры (длина волны), и величины квантов энергии и магнитного поля, и пр., но только в результате взаимодействия (столкновения) с электронами, протонами и т.д., причем опять же через посредство их волн де Бройля. Эффект Комптона яркое тому свидетельство.
Если бы, например, фотоны могли подвергаться интерференции, то уже на Солнце в результате хаотичности протекающих на нем ядерных и атомных взаимодействий происходили бы такие многократные наложения друг на друга их амплитуд (читай: квантов энергии), что ни какие слои озона не спасли бы жизнь на Земле. И прежде всего ни Лайману, ни Бальмеру, ни Пашену и т.д. не удалось бы проникнуть в тайны линейчатых спектров. И мы бы так и не смогли узнать, из каких химических элементов состоят и звезды и наше светило. Не наблюдалось этого и в опытах С. И. Вавилова по столкновению пучков света. Не происходит интерференции (в академическом определении) и в лазерных устройствах. Нет для этого условий, признает Ю. Климонтович [15 с 56]: “При спонтанных переходах отдельные атомы излучают независимо друг от друга. Это означает, в частности, что начальные фазы электромагнитных волн, испускаемых отдельными атомами, не являются связанными (не образуют единого фронта волны - ВМ). Независимы и начальные фазы волн, которые испускаются одним и тем же атомом при повторных спонтанных переходах. Такие волны называются некогерентными”. Фотоэффект потому и не происходит, например, в инфракрасных лучах -- и у этих фотонов нет амплитуд. А за неимением последних не осуществляются сложения их квантов энергии. Но только кванты энергии и должны были (по молчаливым соглашениям) налагаться друг на друга в проявляющихся, якобы, интерференционных картинах. И уж подавно не могут интерферировать сами электроны, пройдя сквозь хоть какие щели и отверстия. Понятию их амплитуд могут соответствовать только сами частицы. А их никакими силами нельзя соединить в смысле образовать диэлектрон, дипозитрон . Складываются во всех этих примерах только их интенсивности в полном соответствии с принципом суперпозиции. И хотя четкого определения понятию интенсивности не существует [1, 2], теория интерференции света практически сводится к количественным оценкам интенсивностей. «Интерференционные картины, даваемые различными точками источника, накладываются с суперпозицией интенсивностей» (выдел. ВМ). «Неоднократно обсуждался вопрос о трактовке И. с. с микроскопич. точки зрения. Согласно квантовой теории, каждый фотон взаимодействует с одной микрочастицей… Интенсивность света в данной точке определяется количеством приходящих в нее фотонов; поэтому интерференционная картина отображает вероятность прихода фотонов в различные точки поля наблюдения». [2, с 198]. Что, в частности, и было открыто А. Г. Столетовым. Надо отдать должное проф. А. Н. Матвееву [4], который на стр. 43 этого учебника вынужден был после анализа опыта Винера записать: «…нельзя представить интерференцию как процесс «суперпозиции фотонов»». Характерно, например, следующее. Соавторы Фано [6] не уделили явлению интерференции практически ни одной страницы, в отличие от дифракции и суперпозиции (им – уделили). Обсуждая вопросы и об электронных, т.е. дебройлевских волнах и о фотонах, Эйнштейн и Инфельд [10] по сути говорят только об их дифракционных проявлениях. Это означает, что они уже в те времена не связывали себя в рассуждениях с явлением интерференции корпускулярных фотонов и электронов.
Н. Бор в своей книге [14] все рассуждения и полемику с позицией А. Эйнштейна провел, опираясь, в частности, и на рисунки, где и фотоны и электроны предполагались в виде гармоник или цугов. Он придерживался электромагнитной теории. А “по этой теории свет представляет электрические и магнитные колебания, связанные между собой и отличающиеся от обычных радиоволн только большей частотой и меньшей длиной волны.” [14 с 16] Больше того, введенное А. Эйнштейном “Представление о фотоне, при всей его плодотворности, выдвинуло совершенно непредусмотренную дилемму, поскольку всякая простая корпускулярная картина излучения явно не совместима с явлениями интерференции, которые представляют важную особенность процессов излучения и могут быть описаны только при помощи волновой картины. Острота дилеммы подчеркивается тем фактом, что интерференционные явления – это единственное средство для определения тех самых понятий частоты и длины волны, которые входят в соотношения для энергии и количества движения фотона”. [14 с 53] И Эйнштейн с Инфельдом [10 с. 214] признавали это: “…если волновая теория отбрасывается, понятие длины волны исчезает. Какое новое понятие занимает его место? Энергия световых квантов!” Примечание. Нами [7, 8, 9] дано совершенно иное определение понятию длины волны фотона и волны де Бройля: и в том и другом случае – это длина поверхностной циркуляции векторного потенциала при поперечном сечении кванта магнитного потока, которым всегда обладает и фотон и волна де Бройля при любой их геометрической величине. Заметьте, при этом сохраняется и волновой их статус. Э. Шпольский в своей книге «Атомная энергия» [13] очень много внимания уделил и фотонам и электронам и проявлениям их корпускулярно-волнового дуализма. И хотя вся теория построена на предположении о том, что это суть гармонические колебания и им, следовательно, присуще математически наличие амплитуды, фазы, начальной фазы и т.д., подразумевалось все-таки сложение интенсивностей вероятностного характера, из которых складывались и интерференционные и дифракционные картинки. И хотя при этом подразумевалось наложение амплитуд, но ни слова не было сказано, что при этом налагаются и кванты их энергии. То же самое относится и к описаниям интерференции в книгах Макса Борна [11], Р. Фейнмана [12],…Нет резона усложнять дело введенными Р. Фейнманом понятиями вероятностных амплитуд. [16] Отсюда следует, что интерференционные картинки в световых явлениях имеют, разумеется, место, но они обусловлены не наложением их амплитуд, которым необходимо было ставить в соответствие кванты энергии, а их статистической интенсивностью. Кстати сказать, Н. Бор тоже полагал, что “При интенсивном облучении эта картинка (интерференционная - ВМ) складывается путем накопления многочисленных единичных процессов, причем каждый из них дает по одному маленькому пятну на фотографической пластине”. [14 с 67] Теперь настало время, наверное, признать, что за картину интерференции принимались, возможно, проявления дифракции. Во-первых, характер изображений имеет сходства: периодичность полос. Во-вторых, и фотоны и волны де Бройля подвержены отклонениям от прямолинейного пути при прохождении ими щели, отверстия, края и т.д. на самом деле. И физически этот механизм обусловлен тем, что и фотоны и волны де Бройля – прежде всего это волны, причем волны электромагнитные. И они не могут не взаимодействовать с электромагнитными волнами де Бройля, которыми «окутаны» атомы и молекулы, в непосредственной близости с которыми проносятся и фотоны и частицы, тоже и также «окутанные». Может быть примерно о таком объяснении мечтали Эйнштейн и Инфельд : “Электронный снаряд при очень малом отверстии будет отклоняться подобно световой волне. На фотографической пластинке обнаруживаются светлые и темные кольца. Есть некоторая надежда объяснить эти явления взаимодействием между электроном и краем отверстия, хотя такое объяснение не кажется очень многообещающим” [10 с 227]. И чуть ниже: “Электрон ведет себя подобно частице, когда он движется во внешнем электрическом или магнитном поле. Он ведет себя подобно волне, когда дифрагирует (выдел. -- ВМ), проходя сквозь кристалл.” И в самом деле, когда электрон движется в электрическом или магнитном поле, то «сидящей» на нем волне де Бройля не с чем дифрагировать, нет поблизости ни атомов с их оболочками, ни отверстий и щелей с атомами по краям. Итак, признаем, что появление чередующихся светлых и темных колец или полос при прохождении фотонами или электронами сквозь отверстия, щели или кристаллы, это – проявления дифракции. При которой налагаются только интенсивности отклоненных фотонов или электронов с их индивидуальными волнами де Бройля. Именно последние и принимались [11-14] за проявления интерференции. К электромагнитным волнам радиодиапазона изложенное здесь не относится. Они интерферируют на самом деле, так как обладают амплитудами. Если сомнения такого порядка начали появляться по прошествии двух с половиной веков, то это свидетельствует лишь о том, что познание природы и свойств света – не очень простое дело.
Читатель вправе возразить: но ведь электромагнитные волны подчиняются теории Максвелла и к ним применимы ставшие привычными понятия интерференции и дифракции. Да, это так. Но это так только относительно радиоволнового диапазона. А волны де Бройля (ВДБ) сродни им только по природе: и те и другие электромагнитные и нерелятивистские. В остальном же… Судите сами… Волны де Бройля: 1) источником, родителем и носителем ВДБ является движущаяся заряженная частица; 2) форма ВДБ – тороидальная, строго очерченная, «сидящая» на движущейся заряженной частице; 3) квантованность: каждая ВДБ (как электрона, так и позитрона) содержит один квант магнитного потока, замкнутого на самого себя; 4) длина ВДБ определяется как длина круговой поверхностной циркуляции векторного потенциала в поперечном сечении кванта магнитного потока; 5) направление движения волн: движется заодно со своим родителем-носителем, «сидя» на нем, т.е. по направлению вектора линейной скорости частицы; 6) участие «среды» в движении ВДБ: «среда», заключенная в тороиде, движется вместе с ним. Хотя это и гипотеза, но ей нет альтернативы; 7) даже в таком явлении как эффект Комптона, т.е. когда происходит обмен энергией между рентген-фотоном и электроном (на котором «сидит» ВДБ, но почему-то забывают об этом), по одному кванту магнитного потока сохраняется и у фотона и у электронной ВДБ, каковы бы не были при этом потери и приобретения; 8) участие в биоэнергетике: всякий «транспорт» электронов и ионов в мембранах образует и ВДБ, которые в соответствии с кинематикой движения носителя ВДБ приобретают пульсирующий характер. А их статистика формирует биополе; 9) к ВДБ и фотонам не применимы понятия гармонических колебаний, а, следовательно, и интерференции; 10) дифракция обусловлена взаимодействием поверхностных циркуляций векторного потенциала ВДБ носителя с аналогичными полями атомов, мимо которых проносятся электроны да и фотоны тоже. 11) Доплеровский эффект определяется теперь через длину волны де Бройля λ = h / m (c +- v), где v – скорость ( в простейшем случае) приемника или источника волн, причем знак “-” относится к случаю сближения источника и или приемника. Заметьте, это стало возможным потому, что фотон –это волна де Бройля, покинувшая или покинутая электроном ; 12) плоскость линейной поляризации при отражении от «зеркальной» поверхности определяется плоскостью той поверхностной циркуляцией векторного потенциала, которой тороидальная ВДБ (и фотон) коснулась плоскости «зеркала».
Радиоволны: 1) излучаются в процессе электромагнитных колебаний типа вибратора Герца (осциллятора) или в импульсных явлениях; 2) в «точке» возникновения она тороидально-сферическая, вдали – сферическая, еще далее – почти плоская. Такой ее и принимают в теории и говорят о фронте волны; 3) квантованностью не обладает; 4) длина волны определяется как расстояние между ближайшими точками одинаковой фазы; 5) распространяется радиально от оси «вибратора Герца», а не вдоль оси; 6) «среда» не участвует в поступательном движении волны; 7), 8) не применимы к радиоволнам; животные, как правило, не обладают способностью излучать радиоволны: видимо, не позволяют затраты энергии, тем более, что в этом нет и острой необходимости; 9) к волнам радиодиапазона применимы понятия и «гармонические» и «интерференция»; 10) дифракция имеет место; 11) доплеровский эффект определяется как разрядка или сближение, напр. сферических волн, обусловленное удалением приемника (и или их источника) друг от друга; 12) плоскость линейной поляризации радиоволн определяется плоскостью, содержащей ось вибратора (осциллятора) Герца. В этой плоскости и располагаются векторы электрической напряженности и векторного потенциала волны.
ЧИТАТЕЛЯМ! Теперь сами соображайте о прочитанном.
Использованная литература
Примечание. Опубликована в МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ Межакадемический информационный бюллетень № 22 Юбилейный СПб 2006 с150-154
|