Свойства фотона (стр. 2 из 7)
Направление движения возмущения поля (фотона)
На рисунке условно изображено дискретное поперечное электрическое возмущение (смещение) квантового поля. Знаком (+) обозначена положительная область возмущения, знаком (-) - отрицательная. Между разноименными областями существует электрическое смещение, которое представляет электрический поток величиной в квант количества электричества. Движение (изменение) электрического потока всегда связано с током смещения. Стрелки "/\" и "\/" указывают направление тока электрического смещения квантов поля (квантов заряда). Вначале, образуя возмущение (напряженность), ток электрического смещения поля течет в одну сторону, в конце возмущения - в обратную, т.е. в результате смещения возникает область с избытком в один квант и область с недостатком - дырка, которые, распространяясь как поперечное возмущение, представляют вихревое (нестационарное) электрическое поле. Поперечное возмущение, проходя участки поля в виде расходящихся и затем сходящихся разноименных областей как поперечное противоположное движение зарядов с разными знаками, совершаемое за период в половину длины волны фотона, образует в пространстве движущийся дискретный круговой ток электрического смещения Iсм = 2ev, где e - квант электрического заряда, v - частота электромагнитной волны. Эффективный радиус, по которому течет замкнутый ток смещения: r = l/2p, где l - длина волны фотона. Надо заметить, что отрицательная область возмущения создает обратное направление тока, поэтому ток замкнут по кругу (аналогия с током проводимости, где отрицательно заряженные электроны движутся в одну сторону, но принято считать, что ток течет в обратном направлении). Иногда возмущение удобнее представлять как состоящее из двух разноименных токов смещения - положительного и отрицательного. Движущийся круговой ток смещения для покоящегося наблюдателя является переменным, так как в начале распространяющегося возмущения он течет в одном направлении, в конце - в обратном.
Движение фотона представляет волну де Бройля, т.е. движение поперечного возмущения поля, согласно принципу Гюйгенса, сопровождается возникновением вторичных электромагнитных волн (отражающих поперечную полевую структуру фотона), которые, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь. Таким образом, движущееся квантовое возмущение поля окружено вторичными (парциальными) волнами, которые не могут излучаться, так как в процессе распространения интерферируют между собой, гася друг друга, т.е. фотон представляет устойчивое возбужденное состояние поля (квантованное волновое образование) - стабильную элементарную частицу.
«... фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.381.
«Свет, испускаемый обычными источниками, представляет собой набор множества плоскополяризованных цугов волн, ...»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.401.
«Волны де Бройля - волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, ...»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ.
«Согласно принципу Гюйгенса каждая точка поверхности, которой достигла в данный момент волна, является точечным источником вторичных волн.»
Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.224.
«При равномерном движении частицы эти волны оказываются когерентными и поэтому интерферируют между собой.»
Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.241.
Таким образом, фотон - это элементарное электромагнитное возмущение, которое вместе со вторичными (парциальными) волнами образует волну де Бройля (волновой пакет). Волна де Бройля представляет цуг волн, имеющий длину когерентности, поэтому интерференция может возникать даже при прохождении через щели одиночных фотонов.
«Величина lког называется длиной когерентности или длиной гармонического цуга, ... Например, для видимого солнечного света, имеющего сплошной спектр частот от 4·1014 до 8·1014 Гц, время когерентности примерно равно 10-15 с и длина гармонического цуга примерно равна 10-6 м.»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.362.
«... волны де Бройля обладают важнейшим признаком всякой волны - способностью к интерференции.»
Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1999. Т.3. С.35.
«Каждый фотон обладает неожиданным свойством - способностью к интерференции с самим собой.»
Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1999. Т.3. С.25.
Свойства фотона являются неожиданными только с идеалистической точки зрения, когда пытаются представить фотон без рассмотрения его полевой структуры, отрицая материальность полевых потоков и не признавая законов электродинамики, по которым протекают полевые процессы. Например, исходя из идеалистических концепций, даже упоминание о токе смещения в дискретной электромагнитной волне - фотоне считается ересью. Как же без тока смещения рассчитывать электромагнитные волны? Только благодаря введению в электродинамику тока смещения удалось представить полевые процессы, протекающие в электромагнитных возмущениях, вывести уравнения и тем самым предсказать существование электромагнитных волн. Для всех электромагнитных волн (возмущений), независимо от того радиоволны это или фотоны, эффективный радиус, по которому течет замкнутый электрический ток смещения, рассчитывается одинаково: r = l/2p, т.е., зная эффективный радиус, по которому течет ток смещения в электромагнитном возмущении, можно найти его длину волны. Эффективный радиус, по которому течет ток смещения, можно определить, например, при помощи радиоантенн, где ток смещения переходит в ток проводимости. Надо заметить, что электрический ток смещения в диэлектрике и электрический ток смещения в вакууме обладают одинаковыми свойствами и по своей сути представляют один ток смещения, который, например, в виде замкнутого тока может течь как в диэлектрике, так и в вакууме, представляя распространяющееся электромагнитное возмущение - вихревое поле. Т.е. физическому вакууму присущи свойства диэлектрика и, благодаря этому, в нем могут распространяться электромагнитные возмущения (волны). Вакуум, обладающий физическими свойствами, представляет физический вакуум, например, в электродинамике используется термин "электродинамический вакуум".
«В электродинамическом вакууме свойства электрического поля полностью описываются напряженностью электрического поля.»
Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.
Материалистическое представление свойств фотонов не имеет логических противоречий и непосредственно вытекает из законов электродинамики. Т.е., если придерживаться электродинамики, где вакуум рассматривается как диэлектрик, то у электромагнитных волн естественным образом возникает дискретность, так как в любом диэлектрике электрические токи смещения всегда являются дискретными (любой электрический ток всегда связан с перемещением какого-то количества электричества, Кл/с). Но сторонники идеализма, вопреки логике, продолжают придерживаться двойных стандартов. Например, когда они рассматривают электромагнитные волны, то соглашаются, что в пространстве текут электрические токи смещения, т.е. признают, что вакуум обладает свойствами диэлектрика. Когда же рассматриваются фотоны, то здесь они уже не хотят признавать наличие токов смещения и тем самым отрицают диэлектрические свойства вакуума - именно отсюда и возникают надуманные проблемы с фотонами. Если же не применять двойных стандартов и придерживаться материалистических взглядов на природу полевых процессов, то на самом деле в электродинамике нет никаких проблем с дискретностью электромагнитных волн. Таким образом, нежелание при рассмотрении фотонов признавать материальность полей является основной причиной, по которой сторонники идеализма не хотят рассчитывать фотоны на основе электродинамики, т.е. чисто ради своих надуманных принципов, вместо полного расчета на основе электродинамики, они отдают предпочтение примитивному расчету с использованием коэффициента пропорциональности постоянной Планка.
«В монохроматическом свете с частотой v все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.339.
А также они имеют одинаковый ток смещения. Например, в фотоне с длиной электромагнитной волны 0.5·10-6 м замкнутый ток смещения: 1.921·10-4 А (Iсм = 2ev). Нелогично, если энергия в электромагнитных волнах дискретна, а токи смещения и потоки индукции, в которых и находится вся энергия электромагнитных волн, вдруг не дискретны.
«... фотон не имеет массы. Другими словами, покоящихся фотонов не существует. Этот вывод не должен вызывать удивления. Если распространяющуюся световую волну "остановить", то свет прекратит свое существование; ...»
Основы физики. Б.М.Яворский, А.А.Пинский. 2000. Т.2. С.242.
Фотоны не имеют энергии (массы) покоя, т.е., если фотоны "остановить", то "покоящиеся фотоны" не будут иметь энергии (массы). Но волны не могут покоиться, соответственно, "покоящихся фотонов" не существует, поэтому говорить о массе покоя фотонов - это все равно, что говорить, например, о цвете электронов, что также не имеет физического смысла. Если частица не может находиться в состоянии покоя, то какой смысл говорить о ее свойствах в этом состоянии? В состоянии же движения фотон имеет массу, которая определяется соотношением M = ee0mm0W (W = mc2). Электромагнитная масса фотона M = ee0mm02eФ0v, т.е., как и все электромагнитные волны, фотоны обладают электромагнитной массой. Масса, которая не может покоиться, является релятивистской массой и представляет кинетическую энергию.