Владимир Голощапов
Мир

Фотон

Фотон – самая распространённая по численности частица во Вселенной. На один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов. Первым, исторически зафиксированным сообщением о фотоне как о частице, было описание фотона в труде великого учёного и мыслителя Египта Ибн ал-Хайсама «Книга об оптике» в 1021 г. Ибн ал-Хайсам (965—1039), известный в Европе под именем Алхазена, не был физиком и у него не было приборов для исследования света, но он был офтальмологом и исследовал самый совершенный световой прибор, созданный природой, – глаз животного и человека. В «Книге об оптике» учёный представил свет в виде потока мельчайших частиц, которые «испытывают нехватку всех заметных качеств, кроме энергии». Заметьте, Ибн ал-Хайсам связывает в одно целое материальную частичку, из которых состоит свет, и её энергию. Это в 1021 г.! Какова сила и прозорливость мысли! Но этого никто не понял и не оценил. Очень низок был уровень развития общества и науки. Стремление понять физическую природу света было лейтмотивом всех исследований И. Ньютона. Сначала Ньютон склонялся к мысли о том, что свет – это волны во всепроникающем эфире. Позже он отказался от этой идеи. Размышления привели Ньютона к представлению, что свет – это поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока они не встретят препятствия. Корпускулярная модель объясняла не только прямолинейность распространения света, но и закон отражения, и – правда, не без дополнительного предположения – закон преломления. Однако у Ньютона нашлись противники, которые никак не могли примирить теорию Ньютона и волновые свойства света. Это и Христиан Гюйгенс, и Томас Юнг, и др. Окончательно волновая природа света утвердилась трудами Джеймса-Клерка Максвелла. В 1900 г. теория, рассматривающая электромагнитное излучение как колебания электрического и магнитного полей выглядела законченной. Однако некоторые эксперименты, проведённые позже, в рамках этой теории объяснения не нашли. Макс Планк фактически признал, что осциллятор, колеблющийся с частотой ν, излучает свет дискретными порциями (квантами), энергия которых пропорциональна частоте Е = hν. Полученную формулу для распределения энергии в спектре электромагнитного излучения абсолютно черного тела Планк доложил 19 декабря 1900 г. на заседании Берлинского физического общества. Этот день по праву называют днем рождения квантовой теории. Дальнейшие эксперименты показали, что эти световые кванты также обладают импульсом (но ведь импульса без массы не может быть! – Авт.). Поэтому оказалось возможным рассматривать их как колебания электромагнитного поля. Фотон изначально был назван Эйнштейном световым квантом (das Lichtquant). В 1917 г. Эйнштейн предположил, что квантование энергии – это свойство самого электромагнитного излучения. Признавая справедливость теории Максвелла, Эйнштейн указал, что многие аномальные в то время результаты экспериментов могут быть объяснены, если энергию световой волны локализовать в подобные частицам кванты, которые движутся независимо друг от друга, даже если волна непрерывно распространяется в пространстве. В 1909 и в 1916 гг. Эйнштейн показал, исходя из справедливости закона излучения абсолютно чёрного тела, что квант энергии должен также обладать импульсом р = һ/λ. Импульс фотона был обнаружен экспериментально Артуром Комптоном, за эту работу он получил Нобелевскую премию по физике в 1927 г. Сейчас фотон представляется так. Фотон (от др. – греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») – это элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле – света). Современное название, которое фотон получил от греческого слова φῶς, «phōs» («свет»), было введено в 1926 г. химиком Гилбертом Н. Льюисом, опубликовавшим свою теорию, в которой он высказал своё мнение, что фотоны это «несоздаваемые и неуничтожимые частицы»[1] («Википедия»). (Вот когда! Только через 2300 лет люди узнали то, что Демокрит знал за 400 лет до н. э.) Считается, что фотон – это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света! Электрический заряд фотона также равен нулю. Справедливости ради стоит заметить, что хромодинамика наделяет фотон цветом (зарядом) в отличие от электродинамики. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая или левая поляризация электромагнитной волны. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны. В современной стандартной модели физики элементарных частиц существование фотонов является следствием того, что физические законы инвариантны относительно локальной калибровочной симметрии в любой точке пространства – времени. Этой же симметрией определяются внутренние свойства фотона, такие как электрический заряд, масса (но частица же безмассовая! – Авт.) и спин. Считается, что виртуальные фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия, таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами. Квантовая теория нам говорит, что фотон – это квант электромагнитной энергии волны света. Эйнштейном принято суждение, что фотоны не имеют массы покоя, что свет, как только зарождается, так и движется с постоянной скоростью и эта скорость является наивысшей скоростью Вселенной. Частота и длина волны светового излучения постоянны на всём протяжении его жизни. А как зарождается свет, откуда зарождается свет, какая сила двигает фотоны? Это в то время даже Эйнштейну не было известно. Что же мы имеем на самом деле? «Электрический заряд фотона также равен нулю». Этот пункт не соответствует современным данным. Уже известен заряд фотона. Наибольшая точность, с которой удалось измерить заряд фотона, равна 5 × 10⁻⁵² Кл (или 3 × 10⁻³³ e). Уже подсчитана масса (количество материи) фотона. Наибольшая точность, с которой удалось измерить массу фотона, m = 1,1 × 10⁻⁵² кг (6 × 10⁻¹⁷эВ/c² или 1 × 10⁻²²m_e), то есть в электроне 1 × 10²² фотонов [2]. «Первая из элементарных частиц, у которой стало известно ее строение, – это частица фотон, состоящая из двух квантов – кванта электрического потока (1.602 · 10^-19 Кл) и кванта магнитного потока 2.068 · 10^-15 Вб» (Алеманов С. Б. «Теория поля»). Здесь мы видим прямое указание на присутствие электрического и магнитного полей. Присутствие магнитного поля у фотонов признаётся и квантовой теорией, но квантовая теория объясняет наличие магнитного поля вращением «спин» электрического поля. Исходя из вышеизложенного, следует вывод, что самой элементарной частицей материи является фотон. Он является и элементарной частицей силового поля, и элементарной частицей вещества (похудение Солнца, давление света, фотоэффект). Назовём мы эту частицу КВАНТОМ. Если частицу рассматриваем в области энергии – это квант энергии, в области материи – квант материи. КВАНТ – мельчайшая частица мира. Это тот кирпичик, из которого состоят и энергетические поля, и вещественная материя. Он является одновременно и частицей энергии, и частицей материи.

Квант

Квант материи состоит из твёрдого неизменяемого ядра, которое покрывает пластичная (квантовая) оболочка. Все поля кванта – гравитационное, электрическое, магнитное – исходят из его ядра. Когда квант подвергается воздействию внешних сил – сдавливается, – происходит деформация (сжатие) его оболочки. Оболочка кванта при сжатии проявляет диэлектрические, димагнитные и дигравитационные качества. Чем больше сжата оболочка кванта, тем меньше квант реагирует на гравитацию, электричество, магнетизм. Вот почему не происходит аннигиляции вещества, с какой бы силой ни сжимали материю. Сжимаясь, кванты теряют часть своей потенциальной, электрической и магнитной энергии, то есть теряют способность реагировать на воздействие энергетических полей. Однако всё более приобретают внутренней энергии – упругости (как сжимаемый резиновый шарик). Упругость кванта – это его (механическая) внутренняя энергия. Чем больше сжимается квант, тем меньше в нём остаётся гравитационной, электрической и магнитной энергий. Квант превращается в упругую болванку. При обретении свободы в кванте происходят обратные процессы.

Построение элементарных частиц вещественной материи

Элементарными частицами вещественной материи являются Электроны и позитроны. Они состоят из квантов материи. В электроне только отрицательно заряженные кванты, а в позитроне – положительно заряженные кванты. «Как же так, – спросите вы, – ведь кванты одного электрического заряда должны отталкиваться друг от друга?!» Однако не отталкиваются, а накрепко сцепляются друг с другом, образуя все виды вещества, которые существуют во Вселенной. Проанализировав эту ситуацию, а также то, что электроны (позитроны) – частицы магнитонейтральные, я пришёл к выводу, что связаны кванты материи в электроне (позитроне) друг с другом магнитными полями разных знаков! Следовательно, элементарных частиц матери четыре вида. Два вида элементарных частиц, из которых компонуются электроны и два вида элементарных частиц, из которых компонуются позитроны. Как только набирается необходимое количество квантов (1 × 10²²ɣ), плотность и заряд образовавшейся частицы становится такой, что эта частица становится индивидуумом – элементарной частицей вещественной материи (электрон, позитрон). Но возникает и другой вопрос: почему же объединяются кванты только с одним электрическим зарядом? Очевидно, что у каждого вида электрического поля свои два вида магнетизма! Налицо взаимозависимость электричества и магнетизма. Для того, чтобы не было путаницы, я обозначил их разными типами знаков и присвоил им названия: ɣ^+С (северин); ɣ^+Ю (южак); элементарные частицы позитрона – ɣ^{-N –} (nordik); ɣ^—S– (sjujdik) – элементарные частицы электрона. Это только предположение из факта. Такое же как «спин», например. Паули даже не обосновал понятие «СПИН». Просто ввёл его для того, чтобы устранить несоответствие в анализе расчётов. И мы до сих пор пользуемся этим понятием. Но что же такое «спин» и откуда он берётся?

Спин

В 1924 г. Вольфганг Паули вводит в квантовую механику новую степень свободы, чтобы устранить имевшуюся несостоятельность в интерпретации наблюдаемых молекулярных спектров. Паули этот спин сам не наблюдал и ни в каких других опытах это явление не описывалось. Но Паули был мыслящий учёный и он пришёл к выводу, что существует ещё неизвестная степень свободы частиц. Этот вывод оказался правильным и определил дальнейшее развитие физики. Впоследствии выяснилось, что Спин, – это природное явление материи. Всё в природе стремится к равновесию. Если появились какое-то действие или материя, это сразу же вызывает противодействие этому явлению. Появление магнитного потока при соединении электрона и позитрона, например, побуждает действие окружающей материи к уничтожению этого несбалансированного магнитного потока. Тогда заряженные частицы, находящиеся вблизи потока, начинают вращаться перпендикулярно потоку. Вращаясь, они образуют магнитный поток противоположного направления. Эти частички вращаются с такой скоростью, при которой создаётся магнитный поток, равный по величине, но противоположный по направлению первоначальному потоку. А сами по себе без участия посторонних полей никакие частицы вращаться не будут. Явление вращения частиц с лёгкой руки Паули и приобрело название «СПИН». По этой причине электроны вокруг ядра не могут вращаться по орбитам с разными углами наклона к магнитному потоку ядра, каким до сих пор нам представляют на картинках атом. Не кулоновские силы, как предположил это Нильс Бор, а ядерные – магнитные – силы заставляют вращаться электроны вокруг ядра. Но в то время этого не знали и считали, что вращение частиц получается не в результате воздействия магнетизма на частицы, а магнетизм появляется в результате вращения заряженных частиц.

Следовательно, электроны образуют пояса, которые вращаются в одном направлении и расположены один над другим слоями. Но, возможно, что необходимо, чтобы электроны двигались с одинаковой линейной скоростью. Тогда эти находящиеся на разных расстояниях от ядра слои электронов должны вращаться с разными угловыми скоростями и, чтобы обеспечить такое вращение, природой определены разделительные двухэлектронные поясочки 1s; 2s…, которые, как шарикоподшипники, скользя между собой, разделяют вращающиеся с разными угловыми скоростями электронные слои. Несколько другое явление спин фотона. Эта единичная частица никак не может вращаться, но она имеет магнитное поле, проекция которого в любом направлении имеет одинаковый результат. О наличии этого магнитного поля и говорит нам спин фотона.