Масса фотона Печать
Научные статьи - Фотоны, волны де Бройля, атом, векторный потенциал

В. Мантуров

Масса фотона…

(К вопросу о «массе» фотона)

 

 

Фотон не обладает массой покоя. А состоянием покоя он обладает? Нет. Тогда о какой массе покоя может идти речь? [ 3, 4 ]

Физики отождествляют фотон с элементарной частицей, обладающей спином, равным единице, и потому относят эту «частицу» как частицу к бозонам. Оставим эти представления без комментариев.

 

1. Фотон - это электромагнитная волна де Бройля, покинувшая или покинутая электроном, ее родителем и носителем. В работах [ 5, 6, 7, 8] показано, что фотон, как и волны де Бройля ( ВДБ ) – волны, тороидальные по конфигурации. Это обстоятельство, конечно, позволяет называть фотон корпускулой, а свет –корпускулярным. Но фотон это все-таки не частица, а волна. Она только похожа на частицу.

И тем не менее мы можем говорить о массе фотона, точнее, о массе заключенной в корпускуле материи «среды». А мысль о том, что фотон, как и ВДБ , в отличие как от продольных волн в средах конденсированной материи, так и от обычных электромагнитных волн радиодиапазона, переносит материю «среды» поступательно, навеяна аналогией с поведением дымового вихря –кольца.

Оказалось [ФЭ т 1 с 285], что, наконец, и в газогидродинамике признано, что “…что крупные вихри в значительной мере определяют перенос (выдел.-ВМ) на большие расстояния примеси в атмосфере и океане”. Нами такая гипотеза была выдвинута еще в [7], но наиболее настойчиво в [8]. Обоснование состояло в том, что оболочка из сетки поверхностных циркуляций векторного потенциала и ВДБ, и фотона обладает свойством обруча или стягивающим свойством. Для фотонов и ВДБ это звучало как утверждение (требующее, разумеется, математического доказательства). И было высказано предположение о том, что, возможно, таким свойством обладают и газогидродинамические вихри. Это предположение было более интуитивным, чем это относилось к фотонам и ВДБ. Теперь, когда вопрос коснулся «массы» фотона, пришлось обратиться к Физическим Энциклопедиям [1, 2].

И выяснилось, что вопрос о переносе в динамике «турбулентных вихрей – одна из наиб. интенсивно изучаемых нерешенных задач гидродинамики » (там же, с 285). Это не бесполезная задача. Потому что перенос, а значит и удержание вещества внутри вихря не мог быть объяснен только силами, обусловленными разностью давлений внутри и вне вихря. Сошлемся вновь на ФЭ т 1 с 284. Там речь идет о вмороженности вихревых нитей и трубок в среды, в коих эти вихри возникают. И сразу же напомним читателям о существующей аналогии: о вмороженности говорится и в области сверхповодимости и плазмы, когда они связаны с магнитным полем. Такое попеременное использование аналогий лишь укрепляет веру в утверждении о реальности стягивающего свойства поверхностных циркуляций. Право математического доказательства предоставим математикам. А чтобы вдохновить их на это и тоже укрепить их в том, что это не бесполезная задача, и будут приведены выдержки из ФЭ т 1 с 284. О вмороженности будет речь и дополнительно.


 

2. Итак, «Согласно классич. теоремам Гельмгольца, в предельном случае движения невязкой жидкости, плотность к-рой постоянна….., в потенц. силовом поле вихревые линии вморожены в среду, т.е. в процессе движения они состоят из одних и тех же частиц жидкости – являются материальными линиями. Вихревые трубки при этом также оказываются вмороженными в среду, а их интенсивность сохраняется в процессе движения (выдел.-ВМ)»[ 1 с 284]..

Что отсюда следует? А вот что. Если вихревые трубки сформированы из вихревых линий (нитей) так, что составляют и внешнюю поверхность односвязной вихревой трубки, то контур поперечного сечения такой трубки будет являть собою поверхностную циркуляцию вектора скорости. Не хватает лишь одного элемента, чтобы по аналогии с волнами де Бройля и фотонами утверждать, что такие циркуляции обладают свойством обруча, т.е. стягивающим свойством, и в аэрогидродинамике. Таким недостающим элементом является квантование потока напряженности вихря. Если попеременные аналогии справедливы и дальше, то и в малых вихрях найдутся кванты напряженностей вихревых трубок. П. Л. Капица обнаружил их в сверхпроводящем гелии, а Л. Д. Ландау теоретически обосновал это явление.

3. А может быть и физический вакуум как «материальная и инертная среда» обладает свойством вмораживать в себя магнитные силовые линии, т.е. магнитные вихри? Если вдруг это так, то станет, наконец, понятным, почему магнит с протяженным однородным магнитным полем при его движении относительно проводника не индуцирует в последнем ток. Ведь известно, что соответствующее слагаемое силы Лоренца не срабатывает в этом случае. А почему? И никому из физиков до сих пор не удалось ответить на этот вопрос: почему?

Наш же ответ на этот вопрос состоит вот в чем. Физический вакуум ведет себя как и всякая другая среда: он(а) приватизирует, вмораживает, магнитные силовые линии движущегося магнита и потому, если и проводник неподвижен, и физический вакуум неподвижен, то и вмороженные в него магнитные вихри как бы неподвижны в этой среде, которая в нашем случае называется физическим вакуумом. Откуда же взяться току? Индукция может быть в этом случае только за счет краевых эффектов. А магнитные силовые линии (МСЛ) движущегося однородного магнитного поля, вморозившись в физический вакуум, остаются каждая в той «ТОЧКЕ» физического вакуума, где она была им «приватизирована». Там она, МСЛ, и остается до своего исчезновения, т.е. до полного смещения самого магнита из области этих «точек». Когда магнит движется, то только «точки» сменяют друг друга.

Об этом автор этих строк догадался еще в 80-90 –х гг ХХ века, когда неоднократно терпел фиаско в попытках генерировать ток путем движения в пространстве магнитов с закрепленной относительно них системой проводов. Тем самым вынужден был признать, что и эта, может быть какая-нибудь тысячная, попытка обнаружить движение относительно эфира, не удалась. Надеюсь, что кому-нибудь из молодежи удастся изловчиться, чтобы добиться успеха, преодолев этот барьер.


 

4. Еще несколько слов о вмораживании. Выше, наверняка, стало понятно, что этот термин совсем недавно стал применяться и в газогидродинамике: в ФЭС, например, он еще не применялся. Но в том же томе ФЭ на с 286 этот термин объяснен применительно только к явлениям физики плазмы в магнитном поле. «Вмороженность магнитного поля – один из эффектов, характерных для жидких и газообразных сред, обладающих высокой (в идеале -- бесконечной) проводимостью ….и движущихся поперек магн. поля ….(напр., для жидких металлов и плазмы). В этих условиях магн. силовые линии и частицы среды жестко связаны друг с другом; можно сказать, что магн. силовые линии как бы вморожены в среду, перемещаясь вместе с ней ».

5. Предметом нашего рассмотрения являются ВДБ и фотоны. В основном, фотоны (в данном случае). А они всегда в движении. Можно ли представить тороидальный фотон или ВДБ в покое? Нельзя породить тороидальный вихрь при нулевой скорости. В движении можно. И это означает, что они и рождаются, и распространяются благодаря существованию «среды». Откликом «среды», которую раньше называли эфиром, а теперь –физическим вакуумом, и является этот процесс возникновения и распространения фотона.

Мы не знаем, каков он, физический вакуум. Хотелось бы воскликнуть: «Вот где свободное поле для интуиции, фантазий и размышлений». Но, к сожалению, это не так. И даже хуже. Свобода была только до первых лет ХХ века.

Но каким бы не был физический вакуум, он все равно исправно выполняет порученную ему Природой роль материальной и инертной «среды». Поэтому, наверное, представляет собою ту темную материю, разгадка которой занимает умы физиков. Поэтому и электромагнитные волны инертны. Поэтому и волны де Бройля с фотонами тороидальны, как дымовое кольцо, и переносят в себе материю своей специфической «среды», как те же дымовые кольца. И в тоже время им, фотонам, по-видимому, не присуще такое явление как «игра вихрей» дымовых колец.

Почему? Может быть потому, что индукционное взаимодействие дымовых вихрей характерно только для газовых сред? Что ж, давайте немного «покопаемся» в этом явлении. Самое главное в нем – дым не истекает из вихревых колец – тороидов. Не истекает и тогда, когда в процессе «игры» происходят метаморфозы вихревых колец: и их скорости, и их размеров, и попеременный обмен лидерством в движении.

А не подвержен ли воздух с дымом сжатию при таком существенном сокращении размеров вихря? И почему в этом случае он не истекает? Может быть потому, что внутренний объем тороидального вихря при этом не изменяется?


 

6. Пусть фотоны так не «играют». Но и они могут быть подвержены метаморфозам. Каким? Во первых, изменению скорости.

Ведь обычно фотоны излучаются атомами, точнее, атомными электронами, которые в момент излучения обладают, как правило, весьма малыми скоростями (для атома водорода меньше 1/137). Но!!! Каковы бы по энергии (по длине волны) не были бы эти фотоны, мы говорим, что они всегда несутся со скоростью света. Это одна из застарелых загадок физики. Ее просто «замели» под стол. Никто не знает ответа на вопрос: как в таком случае они «набирают» эту скорость света? И добавим теперь: как ведет себя материя «среды», которая изначально заполняла объем тороидального фотона? Ее масса остается той же, или она истекает в результате метаморфоз? А имеет ли «право» корпускула фотона изменять свой размер? Ведь по определению [5-8], о длине волны фотона, как и ВДБ, мы судим по длине контура поверхностной циркуляции (при поперечном сечении тороида). Следовательно, с момента своего рождения и на все времена фотон обязан блюсти длину своей волны, а значит и свой размер, если, добавим, однородность и «плотность» материи физического вакуума сохраняется неизменной. А может быть Природой придуман иной, более остроумный, способ сохранения фотоном своей длины волны? Похоже, что это именно так. Что ж, восхитимся, и поразмышляем, как эта проблема могла быть решенной. Мы ведь можем только предполагать и строить гипотезы.

Начнем со скорости. Скорость света – это свойство физического вакуума, его инертности, оно аналогично свойству воздуха, воды и т.д. Со свойственными для них скоростями в этих средах распространяются и всякие возмущения, и гармонические колебания. Фотоны являются по своей природе солитонами. К ним не применимо понятие гармонических колебаний, как бы этого не хотели. Хотя математически описать их в этом виде возможно. Но тогда приходится апеллировать к волновым пакетам и т.д. А там ответа нет, там тупик.

В отличие от волновых пакетов, «стабильность» которых не задерживается даже на микросекунды, фотон – неограниченно долго живущая волна в виде тороида. Фотон обязан сохранять и длину своей волны, и тороидальность, причем и в процессе наращивания своей скорости до скорости света, и навсегда после.

Это доступно фотону. В этом смысл нашей идеи-гипотезы. А обусловлено это вот чем. По де Бройлю, длина волны фотона L, как и длина ВДБ, определяется его формулой

L = h/mv,

где h-постоянная Планка; m и v -масса и скорость электрона. Но фотон покинут электроном, а оставленное им наследство – скорость ( которая много-много меньше световой) осталась. И самое главное – длина волны должна остаться неизменной. Такова природа фотонов. Этого можно добиться лишь при условии, что теперь навсегда

(mv)ф = Const,

где необходимо теперь m поменять на массу фотона…mф. Это значит, что при …v c.. должно быть …mmфо.. Какие способы при этом возможны? Возможны следующие мыслимые пути.


 

Во-первых, путем сжатия объема тороидального фотона с целью удержания в нем заключенной материи. Но это неизбежно должно привести к «взрыву» и истечению материи. Этот путь, видимо, не реален. Слишком велики различия (на много порядков) в размерах их тороидов.

Во-вторых, путем изменения величины векторного потенциала и, следовательно, длины контура поверхностной циркуляции, которыми до этого определялась длина волны фотона. Материя «среды» принуждает фотон распространяться в ней со скоростью света. Скорость .v.. возрастает, следовательно, возрастает и связанная с ней величина векторного потенциала A

A = (mc/e)v ..(1)

В пределе получим, с одной стороны

limAe = mc2, (2)

а с другой стороны, использовав соотношение, которым установлено [5-8], что в тороидах и фотона, и ВДБ с ее собственным носителем-электроном оболочка из множества поверхностных циркуляций стягивает, как обручами, один квант магнитного потока

LA = hc/e, (3)

найдем, что

Ae = hc/L = hv, (4)

где …v-частота, соответствующая длине волны L в данном случае почти Комптоновской …L = h/mc. “Почти” в том смысле, что во всех формулах, начиная с (4), следует иметь теперь в виду массу фотона, а не электрона

mф = hv/c2. (5)

 

Таким образом, мы мысленно добиваемся сохранения длины волны фотона при достижении им скорости света, но вынуждены смириться с тем, что при этом «сужается» количество вовлеченной в тороиде фотона материи физического вакуума. Зато она, эта материя, подвергается ротации с интенсивностью, на много порядков больше, так как всегда (3) сохраняется один квант магнитного потока. И в этом, видимо, и состоит ответ на поставленный вопрос.

Если, следовательно, этот путь имеет место в действительности, то масса фотона снижается до минимума (5), т.е. до «комптоновской» массы mфо. А до этого момента она обратно пропорциональна только текущей скорости фотона vф

mф = h/Lф vф (6)

И еще одно замечание. Комптоновская длина волны электрона на три порядка больше его классического радиуса. И это хорошо: есть возможности для ее уменьшении, например, в том случае, если скорость электрона достигнет скорости света и …. В любом, однако, случае не может быть обратного: чтобы длина волны фотона или ВДБ с его электроном стала бы равна или меньше самого электрона. О какой тороидальности электромагнитной волны можно было бы говорить в таком случае? И как быть с тороидальностью ВДБ протона, ядра, иона, массы которых на много порядков выше электронной, а скорости их стараются довести до релятивистских? Все эти вопросы трудные, потому что новые. Требуется все осмыслить.


 

 

Использованная литература:

  1. Физическая энциклопедия. Т 1 М 1988;
  2. Физический энциклопедический словарь. тт 1 и 4. М 1960-65.
  3. Филонович С. Р. Судьба классического закона. «Квант». М 1990
  4. Филонович С. Р. Самая большая скорость. «Квант». М 1983.
  5. Мантуров В. В. 1. О дебройлевских волнах и корпускулярности излучений. 2. О корпускулярности излучений атома водорода. МАИСУ. Вестник № 1-3с. С-Пб 2000.
  6. Мантуров В. В. Каковы они, дебройлевские волны? МАИСУ Вестник № 5-1с. С-Пб. Май 2000.
  7. Мантуров В. В. Шаровая молния как система волн де Бройля. М 2001.
  8. Мантуров В. В. Физика волн де Бройля. Актуальные проблемы современной науки (информационно-аналитический журнал) № 6(9) М 2002.