Физика. 11 класс
§ 32. Излучение и поглощение света атомом. Спектры испускания и поглощения
Модель атома Бора позволяет описать процессы излучения и поглощения света атомом. Как это происходит? Как фотон «появляется на свет»? Что меняется в атоме после поглощения фотона?
Вследствие того что энергия атома квантована, она характеризуется определенным набором энергетических уровней En. Испускание излучения происходит при самопроизвольном переходе атома с высших энергетических уровней Ek на один из низших энергетических уровней En (Ek > En) Атом излучает фотон (квант электромагнитной энергии) с энергией .
Частота излучения при этом:
Подчеркнем, что наряду с прямым переходом атом может переходить из возбужденного состояния в основное поэтапно, через промежуточные состояния. При этом излучаются соответствующие промежуточным переходам кванты света. Набор таких частот образует линейчатый спектр излучения атома.
Поглощение света — процесс, обратный испусканию. Атом, поглощая фотон h ν kn = E n — E k переходит из низшего k состояния в более высокое n (Ek < En) состояние. Частота поглощенного фотона:
Подобные переходы дают линейчатый спектр поглощения атома.
Подчеркнем, что частоты переходов с испусканием и поглощением, происходящие между одними и теми же энергетическими уровнями, совпадают.
Таким образом, спектры атомов позволяют определять изменения энергии атома при испускании или поглощении ими излучения.
Спектры, полученные от самосветящихся тел, называются спектрами испускания. Они бывают трех типов: линейчатые, полосатые и сплошные.
Линейчатые спектры имеют все вещества в газообразном атомарном состоянии. Обычно (например, при нормальных условиях) атомы газа находятся в основном состоянии и не излучают света. Если такой газ нагревается, некоторые атомы переходят на более высокие энергетические уровни. Именно эти атомы при переходе в более низкие энергетические состояния и испускают фотоны. В результате атомарные спектры состоят из отдельных узких линий различного цвета, разделенных темными промежутками (рис. 199).
Изучение линейчатых спектров показало, что каждый химический элемент обладает своим строго индивидуальным спектром. Такие спектры отличаются друг от друга цветом отдельных светящихся линий, их положением и числом.
Полосатые спектры имеют газы, состоящие из молекул. Для объяснения молекулярных спектров необходимо принимать во внимание большую сложность структуры молекул. В молекулах, кроме движения электронов, происходят колебательное движение ядер около положения равновесия и вращательное движение молекулы как целого. Согласно квантовой механике энергия всех видов движения может принимать только определенные дискретные значения (квантуется). Полная энергия молекулы определяется тремя видами ее внутренних движений. Электронному, колебательному и вращательному движениям молекулы соответствуют три типа уровней энергии: электронные, колебательные и вращательные. При соединении атомов в молекулы каждый атомный уровень превращается в ряд близких уровней, соответствующих колебательным и вращательным движениям. Так как расстояние между этими уровнями очень мало, особенно в случае вращательных уровней (характерное расстояние между уровнями составляет эВ), то в результате переходов между этими уровнями возникает множество очень близких спектральных линий.
В таких спектрах в отличие от атомных спектров совокупность тесно расположенных спектральных линий образуют полосы, разделенные темными промежутками (рис. 200). Спектры молекул можно использовать для идентификации молекул и их структуры.
Непрерывные (сплошные) спектры имеют нагретые тела, находящиеся в твердом и жидком состоянии, а также газы при высоком давлении и плазма. Вследствие интенсивного взаимодействия между молекулами индивидуальные черты, присущие отдельным частицам, в таких спектрах неразличимы. В них представлены все длины волн, нет темных промежутков и на экране видна сплошная разноцветная полоса (рис. 201).
Прозрачные вещества поглощают часть падающего на них излучения, и в спектре, полученном после прохождения белого света через такие вещества, появляются темные линии, или полосы поглощения. Такой спектр называется спектром поглощения (рис. 202).
Так, вещество в газообразном состоянии поглощает наиболее сильно свет тех длин волн, которые оно испускает в нагретом состоянии.
Это означает, что темные линии в спектре поглощения будут находиться как раз в тех местах, где находятся светящиеся линии в спектре испускания данного химического элемента. Эти строго установленные закономерности в линейчатых спектрах дают возможность обнаружить те или иные элементы в данном веществе.
Для определения качественного и количественного состава вещества применяется метод, основанный на получении и исследовании его спектров. Этот метод называется спектральным анализом. Это самый быстрый и простой способ определения состава различных химических соединений.
Спектр поглощения атома водорода при нормальных условиях содержит только одну серию линий, частоты которых находятся в ультрафиолетовой области.
Наиболее изученным спектром поглощения является спектр Солнца. Его сплошной спектр содержит значительное количество черных линий. Эти линии являются линиями поглощения, возникающими при прохождении света через газовую оболочку Солнца и атмосферу Земли. Они получили название фраунгоферовых линий, так как Фраунгофер впервые наблюдал спектр Солнца и установил, что закономерность их расположения не случайна и линии поглощения (темные линии) появляются всегда только на определенных местах.
Основатели спектрального анализа немецкие физики Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф, исследуя спектры паров соединений щелочных металлов лития, натрия и калия, обнаружили новые элементы — рубидий и цезий, названные так по цвету наиболее ярких линий в их спектрах. У рубидия — красная линия, у цезия — синяя.
Спектральный анализ базируется на двух основных положениях:
1) каждый химический элемент или химическое соединение характеризуется определенным спектром;
2) интенсивность линий и полос в спектре зависит от концентрации того или иного элемента в веществе.
К достоинствам спектрального анализа исследования можно отнести:
— высокую чувствительность (обнаруживает элементы с относительной концентрацией , т. е. один атом вещества на сто миллионов других атомов);
— малое время измерения;
— малые количества исследуемого вещества (достаточно г и даже до г) вплоть до возможности детектирования отдельных молекул;
— дистанционность измерений (можно проводить исследования, например, состава атмосферы далеких планет).
По спектрам определяют, из каких химических элементов состоит вещество и в каких количествах.
Белорусский физик академик Михаил Александрович Ельяшевич разработал основы теории колебаний многоатомных молекул и их колебательных спектров. Он внес значительный вклад в теорию спектров редкоземельных элементов и низкотемпературной плазмы.
Размышления о фотонах, их взаимодействии с веществом и зеркалах.
Листая пикабу наткнулся на пост человека, где он просил объяснить ему как фотоны отражаются от предметов. Этим постом я постараюсь дать ответ на этот вопрос.
Для начала поймем что такое фотон.
Википедия нам говорит:
Фотон (от др.-греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») — элементарная частица, квант электромагнитного излучения.
Но что это значит? В квантовой теории поля(основы современной физики частиц) все взаимодействия между чем угодно и чем угодно описываются с помощью так называемых частиц переносчиков. Два взаимодействующих объекта обмениваются переносчиками и посредством этого взаимодействуют, как два играющих в мяч мальчика. Один мальчик пинает мяч, который прилетая ко второму мальчику касается его и толкает немного, то есть оказывает на него воздействие. Так вот, фотон частица-переносчик электромагнитного взаимодействия. Но откуда они рождаются когда два тела взаимодействуют, есть же закон сохранения энергии, закон сохранения импульса? Теперь вспомним(или узнаем:) школьную физику 11-го класса. А именно неравенство Гейзенберга.(про него мы еще раз вспомним чуть позже)
Что он нам даёт в этом случае? А то, что закон сохранения энергии может нарушаться на короткое время. Так и рождаются виртуальные фотоны, которыми и обмениваются взаимодействующие объекты.
Хорошо, но ведь мы видим свет, а значит не все фотоны виртуальны? Да, это действительно так. Углубляться в то, почему некоторые фотоны виртуальны, а некоторые реальны. Главное что бы вы уяснили — любое электромагнитное поле — это набор фотонов, виртуальных и/или реальных.
Теперь перейдем к взаимодействию фотонов с веществом. Способов взаимодействия множество, огромное. Но нам для понимания отражения фотона от чего-либо хватит одного. А именно комптоновского рассеяния(так, не бояться, сейчас все объясню). Комптоновское рассеяние — это рассеяние фотона на квантовых частицах(атомах, ядрах, протонах и так далее до бесконечности) с перераспределением энергии и импульса между частицей.
Как происходит комптоновское рассеяние? Фотон «налетает» на частицу и поглощается ей на короткое время(мы же помним про неравенство Гейзенберга, оно нам позволяет это делать) и его энергия и импульс «как бы» исчезают в частице.
Потом частица рождает новый фотон и он вылетает уже под каким-то углом к изначальному направлению(иногда и нулевым). Нам важно что он может родиться и улететь назад. При этом он отдает часть энергии и импульса частица, на которой рассеялся. Теперь надо понять, что улетая назад, фотон хоть и меняет свою энергию(а значит и длину волны), но не сильно(для фотонов видимого света и более высоких энергий это верно). Можете сесть честно руками посчитать как изменится энергия фотона при рассеянии его на покоящемся ядре назад. Закон сохранения импульса, закон сохранения энергии в помощь. Но главное что длина волны меняется не сильно для фотонов видимого диапазона.
Хорошо, мы поняли что фотон может улететь назад, рассеявшись на веществе и что любое электромагнитное поле — это фотоны.
Тогда посмотрим на зеркало внимательнее. А точнее на процесс отражения света.
Свет это что? Правильно, электромагнитная волна, а точнее электромагнитное поле. А значит много-много фотонов. Налетая на зеркало они встречаются с веществом и частицами в нем(а мы помним, что вещество состоит из атомов, атомы состоят из ядра и электронов и так далее до кварков, глюонов и других петлевых поправок). Теперь вспоминаем что фотоны могут рассеиваться назад на частицах. Ух ты, у нас налетел поток фотонов и часть из них рассеялась назад и полетела обратно! Вот и отражения света от вещества! Ура, мы поняли почему мы хоть что-то видим в этом мире(не до конца, но поняли).
Стоит отдельно отметить, что на использованные свойства фотона его безмассовость не влияет, так как он на очень короткое время исчезает и потом новый фотон летящий к нам в глаз рождается.
Надеюсь не слишком сложно вышло. Если есть интересующие вас вопросы по физике — пишите, попробуй на них ответить(если они конечно будут интересные, а не решающиеся методом внимательного гугления).
Ну и напоследок задачка.
Почему в зеркале право и лево меняются местами, а верх с низом нет? Как связаны с предыдущим вопросом левые и правые тройки векторов и CPT-теорема?
Спасибо за внимание!
Почему в зеркале право и лево меняются местами
Потому что они не меняются. Верх тут и верх там — в одном месте, там, где голова, вверх от наблюдателя. Лево тут и лево там тоже в одном месте, там где левая рука, влево от наблюдателя. Проблема лишь с восприятием и осмыслением того, что мы видим.
Отражение вообще не правильно объяснено. Правильное объяснение идёт через плазмоны в металлах. ( https://ufn.ru/ufn82/ufn82_11/Russian/r8211b.pdf ) А если будет просто рассеяние, то «отражение» будет матовым.
Инопланетянин
Как работает зеркало?
Мало кто задумывался о том, как работает обычное зеркало. Ну да, в нём можно увидеть своё отражение, а ещё пускать солнечные зайчики, благодаря своей способности отражать свет. Мало кто из людей задумывается о механизмах, благодаря которым «работает» зеркало, и ещё меньше догадываются о том, насколько удивительным может оказаться столь обыденный предмет, если разобраться. Лично для меня эта «кроличья нора» оказалась неожиданно глубокой.
Что такое отражение?
Свет вообще-то отражают почти все материальные объекты в нашем мире (кроме, разве что, чёрных дыр). Мы говорим «я вижу предмет», что означает «на сетчатку моего глаза попал отражённый этим предметом свет». В то же время, не все предметы обладают свойством зеркала. Мы так и разделяем два типа отражений — зеркальное и диффузное (рассеивающее). В чём разница? Это мы проходим ещё в школе, где нам показывают примерно такую картинку:
С объяснением вроде того, что угол падения равен углу отражения, с неровных поверхностей свет отражается под разными углами и рассеивается, зато вот с гладких поверхностей все лучи света отражаются под одним и тем же углом. Это правило вытекает из принципа, который сформулировал ещё Христиан Гюйгенс в конце 17 века, и дополнил Огюстен Френель в начале 19. Каждая точка фронта (поверхности, достигнутой волной) является вторичным (то есть новым) источником сферических волн (принцип Гюйгенса-Френеля).
То же в анимации:
Но почему вот, например, относительно гладкий лист бумаги нам видится белым, а весьма шершавый кусок железосодержащей породы обладает, как мы говорим «характерным металлическим блеском». И почему существуют прозрачные материалы, которые пропускают свет сквозь себя практически без изменений?
Металлический блеск
Опустимся ещё глубже. Предметы состоят из атомов, так, наверное, это «одни атомы отражают, а другие пропускают сквозь себя лучи света»? (Физики, не спешите кидать в меня камни, я исправлюсь, обещаю!). При этом, какие-то лучи будут отражаться от внешних атомов, а какие-то будут проникать между ними и попадать в атомы, лежащие в более глубоких слоях:
При этом, может сложиться так, что лучи света будут отражаться даже внутрь материала. И да, я ещё пока не упоминал волновую природу света. Абсолютно любой материал, без исключения, будь то зеркало, камень или стекло разделит падающий луч света на 2 неравные части — одна часть будет отражена, а вторая будет направлена внутрь материала. При этом, вторая часть может быть как поглощена данным материалом, так и пройти сквозь него практически без изменений.
Для стекла, лишь малая толика света будет отражена, большая же часть пройдёт сквозь него. Для зеркала всё с точностью «до наоборот». То, насколько глубоко в материал проникнет свет, зависит, в основном, от 4 вещей: магнитной проницаемости материала, его диэлектрической проницаемости, частоты падающего излучения и, наиболее важного фактора — удельного электрического сопротивления материала. Так, например, в стекле (электрический изолятор) интенсивность светового пучка упадёт ниже 1% от первоначального примерно через 750 метров. Для серебряной амальгамы (отлично проводящей электрический ток) эта глубина составит всего около 7 нанометров (несколько десятков атомов). Комбинируя данные параметры можно создать и более экзотические материалы (о метаматериалах я писал в этом посте).
Но тогда почему не все изоляторы прозрачны? Есть ещё один фактор, но для этого, надо нырнуть ещё глубже. Вспоминаем, что фотон — это волна, а не мячик, который может отскочить от поверхности. Фотон движется прямолинейно и не может изменить своей траектории относительно геодезических линий пространства(времени). Фотон никуда не отражается. Любой материальный объект (включая зеркало) может лишь поглотить падающий фотон, либо пропустить его сквозь себя.
Так что же происходит на самом деле? Давайте вспомним, как происходит взаимодействие атомов с квантами электромагнитного излучения (подробно разжёвано здесь). Каждый электрон в атоме находится в состоянии, которое можно описать 4 квантовыми числами, а если проще — имеет определённую энергию. Чем больше энергия, тем дальше от ядра она позволяет ему находиться, но есть одно условие — электрон не может находиться на произвольном расстоянии от ядра, как в здании с лифтом — нельзя находиться на этаже 3 ½, можно либо на 3, либо на 4, но не между ними. «Этажи» называются орбиталями и переход с одной на другую осуществляется мгновенно, без каких-либо промежуточных стадий. Если фотон с совершенно определённой энергией встретится с электроном, он будет поглощён, а его энергия позволит электрону подпрыгнуть на этаж выше. Про такой электрон говорят, что он возбуждён. Рано или поздно, возбуждённый атом «успокоится» и вернётся в исходное состояние, а, поскольку для этого необходимо будет отдать энергию, он отдаст её в виде нового фотона, у которого будет точно такая же энергия (частота) как и у поглощённого фотона. Но если энергии фотона будет недостаточно для того, чтобы электрон перескочил на следующую орбиту, то он просто пролетит мимо, а электрон останется на свой орбите. Также электрон останется на орбите и в случае, если фотон имеет слишком большую энергию. Для перехода электрона на другой уровень фотон должен обладать совершенно определенном количеством энергии.
Поглощение и эмиссия фотонов
Определённые материалы прозрачны для определённой частоты излучения (как, например, стекло) из-за того, что энергии фотонов видимого диапазона недостаточно, чтобы возбудить электроны в атомах стекла, поэтому фотоны спокойно проходят сквозь них. При этом, один и тот же материал может быть прозрачным в одном диапазоне и непрозрачным в другом — так, например, стекло очень хорошо поглощает ультрафиолет.
Но данный механизм отвечает лишь за нагрев материала, на который попадает свет, так как перевыпущенный фотон будет, скорее всего, поглощён соседним атомом, через какое-то время, снова перевыпущен, и так дальше. Так светится нагретый металл, например. Исключением из этого правила может быть лишь такие явления как флуоресценция или фосфоресценция, когда интенсивность свечения материала значительно превышает интенсивность теплового излучения.
Флуоресценция уранового стекла в ультрафиолете
Для объяснения физики отражения нам, оказывается, вовсе не нужна квантовая механика, всё объясняется вполне классическим эффектом. Свет является электромагнитной волной, а сам атом имеет два электрических заряда — положительный в ядре и отрицательный в электронах. Что мы знаем о зарядах в магнитном поле? Они движутся под действием силы Лоренца. Атом начинает вибрировать с той же частотой, что и попадающий в него свет. А поскольку вибрация — это движение с ускорением, вспомним, что делает электрический заряд, движущийся с ускорением? Он начинает испускать фотоны. Именно эти фотоны и формируют отражённую электромагнитную волну.
При этом, разумеется, каждому отдельному атому и фотонам, которые ими испускаются, глубоко наплевать на правило «угол падения равен углу отражения». Излучение испускается во всех направлениях сразу. Только согласно принципу Гюйгенса-Френеля мы получаем в зеркале отражённое изображение.
На формирование отражения влияет множество факторов — расстояние между атомами, интервалы времени между поглощением и перевыпуском фотонов, резонансные частоты и многое другое. Чтобы не заморачиваться со всеми этими параметрами, люди объединили их влияние в один параметр — индекс рефракции. Его посчитали для всех известных материалов и занесли в таблицы и теперь при расчётах, связанных с оптическими системами, мы можем просто забыть об атомах и молекулах, достаточно знать лишь тип материала. Разумеется, каждый материал имеет индивидуальные характеристики поглощения и отражения для света разных частот, именно эта особенность материалов отвечает за наше восприятие цвета.
Подводя итог — свет на самом деле не отражается от зеркала. Зеркало поглощает падающий на него свет и испускает новый, точно такой же.
Создано самое тонкое зеркало в мире, не видимое глазом
— Немецкие физики разработали самое тонкое и легкое оптическое зеркало — оно имеет толщину всего несколько десятков нанометров, что в тысячу раз тоньше человеческого волоса;
— Оно состоит всего из одного слоя атомов и не видимо человеческим глазом, но отражение от него прекрасно видно;
— Устройство, в котором создано зеркало, достаточно большое, поэтому новый материал вряд ли будет использоваться в бытовых целях, но научное значение новой разработки огромно;
— Это первые экспериментальные результаты недавно появившегося научного направления субволновой квантовой оптики с упорядоченными атомами.
Оказывается многие пользователи интернета не знают элементарной физики
Пользователи соцсетей решили, что на фото «до и после» разные девушки, из-за «неправильных» татуировок
Видимо, никто и никогда не пробовал делать селфи перед зеркалом.
Эта поучительная история о предубеждении, зависти и идиотах была опубликована на форуме Reddit пользователем @Calamity__ и набрала за несколько дней больше 1,5 тысяч комментариев. Все комментарии без исключения — возмущенные. И это неудивительно.
Суть публикации такова: некая девушка разместила в соцсетях (похоже, это «Фейсбук») две свои фотографии: до и после. На первой фотографии девушка заметно полнее, чем на второй. Судя по всему ей удалось значительно похудеть, о чем она и решила сообщить в интерсети. Кроме того, первый снимок сделан не самой девушкой: ее снимал фотограф. На втором снимке девушка сделала селфи.
Выясняется, что несмотря на то, что мы живем в век повальных селфи, мало кто задумывается, как, собственно, селфи, сделанное с помощью зеркала, влияет на изображение.
Под снимок девушки «до и после» сбежались десятки пользователей соцсети, которые принялись яростно строчить, что девушки на снимках разные.
Ведь — барабанная дробь! — татуировки у них на разных плечах.
Ну что же. Мы рекомендуем всем этим людям взять в руку цветок и сделать с ним два снимка. Один снимок со стороны — попросить кого-нибудь сфотографировать. А второй — селфи в зеркале. Их ждет шокирующее открытие.)))
Новость №618: Физики еще сильнее запутали фотоны
Оптический резонатор
Недавно наткнулся вот на этот https://pikabu.ru/story/lampochka_v_korobke_iz_zerkal_585822. пост и зачем-то почитал комментарии. Тема, которая, многих волновала с детства: что будет, если засунуть лампочку между двумя зеркалами? Оказывается, она будоражит умы всех возрастов, и подчас всплывает (и плюсуется) какая-то совершенная дичь.
Так уж получилось, что описанная конструкция стоит фактически в центре моего образования, так что давайте как-нибудь разберём, что же происходит, когда свет попадает в ловушку между двух зеркал.
На самом деле, описанная конструкция есть очень у многих дома. Но начнём мы немного издалека. С другой конструкции, которая есть почти у всех:
Итак, что же происходит с физической точки зрения, когда мы дёргаем за гитарную струну? В ней возбуждается волна, а точнее можно сказать, что сразу две волны: одна из них бежит в сторону колков, другая — наоборот, в сторону подставки. Достигнув порожков, волна теряет возможность бежать дальше и отражается. Обе наши волны таким образом начинают бегать навстречу друг другу, складываясь и образуя то, что называется стоячей волной.
Частота образующейся волны определяется во многом длиной струны (мензурой), потому что чем длиннее струна, тем больше времени понадобится волне, чтобы пробежать туда и обратно. Зажимая лады, человек уменьшает это время, а значит увеличивает частоту. На самом деле на струне может существовать сразу много волн, а время, необходимое для пробегания струны туда-обратно один раз определяет то, что называется основным тоном. Если бы существовал только он — гитара гудела бы как камертон, а богатство её тембра определяется именно дополнительными волнами — обертонами. И всё же, все они зависят от длины вибрирующей струны.
Вся эта конструкция называется акустическим резонатором. То есть это такая система, по которой волна может гулять туда-сюда, а время пробега по этой системе будет определять частоту волн, которые могут в ней существовать. Акустических резонаторов уйма. Любой музыкальный инструмент содержит их так или иначе, да и не только он.
Естественно, отражаясь от порожков, волна теряет часть своей амплитуды. Другая часть уходит на трение о воздух и другие небольшие потери. Поэтому звучание струны довольно быстро затухает, и пройдя сотенку раз туда-обратно, волна перестаёт существовать. Немного грубо, но на первое время достаточно, можно сказать, что число пробегов, в течение которых волна ещё не затухла, определяется параметром, который называется добротностью резонатора. А кроме того этот параметр отвечает ещё за одну важную характеристику: ширину спектра.
Например, если мы настроили гитару с добротностью 100 на Ля первой октавы (440Гц), то «погрешность» частоты, которую мы услышим, будет не больше 4.4Гц. Поскольку Си бемоль первой октавы — это уже примерно 466Гц такая точность нас вполне устроит. Но вот если мы собрали гитару на коленке и сделали это очень плохо, и добротность у неё получилась всего 10, то во-первых звук такой гитары будет слышно очень недолго, а во-вторых он будет «размазан» по частотам и понять, что мы там за ноту сыграли будет уже непросто. То есть короткая нота => широкий спектр, узкий спектр => долгая нота.
Хорошо, а при чём тут два зеркала?
А при том, что многие знают, что свет — это электромагнитная волна. Конечно, тут сейчас должна появиться куча умников, которые скажут, что свет — это и частицы, и вообще. Но ребят, не стоит вскрывать эту тему. Корпускулярные свойства света значительно сложнее для описания, чем волновые, и абсолютно большая часть того, что пишут пикабушники о фотонах — лютая дичь. Фотоны — это сложно.
Ну а как волна свет умеет бегать между двумя зеркалами довольно долго, и для него становится справедливо всё, что мы говорили о звуке. Таким образом, два зеркала, поставленные друг напротив друга, образуют оптический резонатор.
Свету свойственна дифракция, иными словами расплывание. Поэтому если поставить два обычных зеркала друг напротив друга — очень долго его не удержать. Но дифракцию несложно скомпенсировать, сделав одно или оба зеркала вогнутыми. Такой резонатор может стать устойчивым, то есть «удерживать» в себе свет (если он туда как-то попал) сравнительно долго.
Как мы уже знаем, это «долго» характеризуется добротностью. Так вот, если для акустических резонаторов хорошие добротности бывают порядка 100—1000, то для оптических резонаторов добротности могут достигать миллионов и даже миллиардов. Иными словами, у людей есть достаточно хорошие зеркала, чтобы свет «бегал» между ними очень много раз. Хотя самые хорошие резонаторы делаются заметно сложнее, чем просто двумя зеркалами, но всё же. К сожалению, свет бегает так быстро, что даже при добротности в 10 000 000 не очень-то видно, что вспышка удлиняется. Но главная проблема даже не в этом. Ведь существуют резонаторы с добротностью около триллиона, хоть они и устроены несколько сложнее.
Главная проблема, естественно, состоит в том, что мы не можем посмотреть. Если открыть окошко, или поместить внутрь датчик, или сделать что угодно ещё, чтобы зарегистрировать, бегает ли ещё наш свет — добротность тотчас упадёт драматически. Так же и идеальную гитару, с очень высокой добротностью, звучащую бесконечно долго и на строго одной ноте невозможно было бы услышать: пока есть воздух, способный «принести» нам её звук, будет и трение об этот воздух.
Кроме прочего, в обсуждении всплывала идея сделать зеркала прозрачными только «на вход», чтобы накопить побольше света, а потом им бахнуть. Что ж, не смотря на то, что таких зеркал не бывает, идея на самом деле давно реализована и всем знакома. Нет, мы не будем делать зеркало, которое пропускало бы свет только в одну сторону. Но мы можем сделать лучше. Мы можем сделать полупрозрачное зеркало (в обе стороны), а добавлять свет сразу внутри.
Чиво? Объясняю. Проходя, через среду, свет взаимодействует с ней одним из двух способов:
1) поглощение (вошёл фотон, но не вышел, а среда получила энергию).
2) вынужденное испускание (вошёл фотон, а вышло два, а среда отдала энергию).
В обыденной жизни 1 всегда преобладает над 2. Но физики научились создавать то, что называется средой с инверсной заселённостью. Или просто «активной средой«. В активной среде 2 преобладает над 1, и проходя через неё, свет будет усиливаться, покуда мы можем «накачивать» среду энергией.
Теперь представьте, что у нас есть специальный кристалл, проходя через который, свет усиливается на 1%. Тогда возьмём резонатор с добротностью хотя бы 200. То есть такой, что за один пробег свет теряет в нём 0.5% энергии. Как я говорил, люди умеют делать резонаторы и сильно лучше. Конечно, там используются не бытовые зеркала вроде вашего трюмо, а штуки посложнее, но можно создать зеркало, которое отражает 99.99% света. Это уже давно не новости науки.
Ну а теперь засунем этот кристалл в наш резонатор. Как вы можете понять, с каждым «пробегом» свет будет терять 0.5% и получать 1%, то есть в среднем он будет усиливаться. Усиливаться он будет внутри, а значит и наружу будет выходить всё больше и больше света. И продолжаться это может столько, сколько мы можем подводить энергию для накачки нашей активной среды. Итак, господа, я уже говорил, что подобная конструкция есть у многих. Время раскрыть карты: я только что описал устройство лазера.
Обратим внимание на то, что резонатор с высокой добротностью заставляет свет быть одноцветным, подобно тому, как длина струны настраивает частоту звука. На самом деле цвет лазера определяется в первую очередь активной средой (не бывает сред, которые усиливают любой свет, только какой-нибудь конкретный), но и резонатор вносит определённый вклад в исключительные свойства лазерного луча.
Гифка в начале поста, вызывающая у всех, знакомых с физикой, полный хохотач, на самом деле оказывается очень недалёкой от того, что делается в жизни. Не хватает только активной среды. А вот если бы мультяшные девочки поместили между своими зеркалами активный кристалл — гифка бы фактически была наглядной демонстрацией принципа работы лазера с модуляцией добротности. То есть такого, в котором резонатор сначала «закрыт», чтобы внутри могло накопиться мощное излучение, а потом открывается, чтобы это излучение выпустить. Вот такие пироги.
Ну и напоследок ещё вопрос, который люди обсуждали в оригинальном посте: «А если бы зеркала отражали 100% света — их бы разорвало от перегрева?»
Нет. Если бы зеркала отражали 100% света — греться бы они не могли, ибо греется только то, что поглощает. Но если бы потом на зеркало попала пылинка — да. Другой вопрос, что существует масса странных эффектов, которые случились бы с воздухом между зеркалами. При малых интенсивностях он бы просто поглощал и рассеивал свет, затем начал бы работать как линза (эффект самофокусировки), чем понизил бы добротность резонатора и остановил дальнейший рост энергии. Если бы удалось его ещё как-то нагрузить — воздух бы превратился в плазму, которая непрозрачна. Если воздух откачать напрочь — ограничений вроде как меньше. Только вакуум не может быть активной средой, поэтому лазер из вакуума не создашь. Но если уже заготовленное очень (ОЧЕНЬ) мощное излучение пустить в вакуум — должен наступить его оптический пробой. Многие слышали, что вещество и антивещество, встречаясь, взаимоуничтожаются (аннигилируют). Теоретически, при ОЧЕНЬ мощном излучении может начаться обратный процесс: вещество и антивещество могут рождаться из фотонов, унося их энергию. Экспериментально это проверить очень непросто, ибо любая активная среда сгорит гораздо раньше. Но определённые подвижки в эту сторону есть.
Голоскоп.
Квантовый эксперимент в космосе доказал: реальность — это вопрос личного выбора
Команда физиков провела необычный эксперимент с космическим спутником и выяснила, что благодаря квантовой механике прошлое может определяться настоящим, а принцип причинно-следственных связей ставится под сомнение.
Необычный космический эксперимент подтвердил, что, как и утверждает квантовая механика, реальность — это то, что выбрал сам человек. Физикам давно было известно, что квант света (фотон) будет вести себя как волна и как частица в зависимости от того, как именно ученые измеряют ее. Теперь же, успешно отразив фотон от орбитального спутника, команда исследователей подтвердила, что наблюдатель может решить этот вопрос даже тогда, когда световой квант уже прошел через «точку принятия решений». По словам ученых, подобные эксперименты с отложенным выбором в будущем позволят исследовать границы между квантовой теорией и теорией относительности.
Подобный эксперимент уже проводился в лабораторных условиях, однако на этот раз исследователи доказали, что природа фотона остается неопределенной даже если частице приходится преодолевать тысячи километров. Филипп Гранджи, физик из Института оптики в Палесо, Франция, который в прошлом как раз принимал участие в лабораторном эксперименте, утверждает, что подобные опыты отлично подходят для «осуществления квантовой физики в космосе».
Квантовый дуализм: может ли настоящее определять прошлое?
Так в чем же суть опыта? Напомним, что фотон может проявлять свойства или частицы, или волны, в зависимости от того, какой метод измерения предпочитают ученые. В конце 1970-х годов знаменитый теоретик Джон Арчибальд Уилер понял, что экспериментаторы могут отложить свой выбор до тех пор, пока фотон почти полностью не пройдет сквозь устройство, настроенное на то, чтобы подчеркнуть то или иное свойство частицы. Это показывает, что поведение фотона в данном случае не предопределено. Чтобы проверить свою гипотезу, Уилер предложил по одиночке пропускать фотоны через так называемый интерферометр Маха-Цендера, подчеркивающий волновую природу света. Благодаря зеркальному «расщепителю лучей», устройство разделяет квантовую волну входящего светового потока на две части и направляет их по двум разным путям. После этого второй расщепитель рекомбинирует волны, что вызывает состояние интерференции и активирует два детектора. То, какой детектор поймает сигнал первым, зависит от разницы длин двух световых потоков — ожидаемое поведение для интерферирующих волн.
Но что, если второй разделитель попросту удалить из системы? В таком случае свет перестает проявлять свойства волны: первый разделитель просто отправит фотон по тому или иному направлению, как обычную частицу. А поскольку эти пути пересекаются там, где раньше был второй разделитель, детекторы сработают с одинаковой вероятностью, вне зависимости от длины пройденного фотоном пути. Уилер же предлагает удалить вторую часть устройства уже после того, как первая расщепит световой поток. Это звучит странно, поскольку создает парадокс: решение, принятое в настоящем времени (убрать или не убрать второй разделитель) определяет событие прошлого (расщепляется ли фотон как волна или же проходит по одной траектории как частица). Современная квантовая теория избегает комментариев по этому поводу, предполагая, что до самого факта измерения фотон остается как частицей, так и волной.
Новый эксперимент: путешествие в космос и обратно
Новая команда исследователей во главе с Франческо Ведовато и Паоло Виллорези из Университета Падуи в Италии провела свою версию эксперимента с использованием 1,5-метрового телескопа в Лазерной обсерватории «Матера» на юге Италии. Идея была в том, чтобы отправить фотоны в космос, после чего те отразятся от спутника. Дело в том, что, как отмечает Виллорези, на таких огромных расстояниях физики не могут провести свет двумя идеально параллельными путями — расширяющиеся в пространстве лучи будут неизбежно сливаться и перекрывать друг друга. Вместо этого они пропускают фотон через интерферометр Маха-Цендера на Земле, настроенный на траектории выхода разной длины. Разница между импульсами составляет 3,5 наносекунды, а сами вылетающие частицы телескоп выпускает в небо.
Как только импульсы отразятся от спутника и вернутся на нашу планету, физики снова пропускают его через интерферометр. Устройство при этом может отметить или временной сдвиг (что означает, что импульсы перекрыли друг друга и фотон повел себя как волна), или его отсутствие (то есть фотоны ведут себя как частицы). Когда импульсы в первый раз покидают устройство, они обладают различной поляризацией. Чтобы отметить сдвиг во времени, физики сначала должны провести очень быструю электронную реполяризацию, а чтобы доказать его отсутствие, достаточно просто не проводить никаких манипуляций.
В результате все прошло так же, как и в лабораторных условиях. Когда на фотоны воздействовали ученые, кванты света вели себя как волны; когда их оставляли в покое — как частицы. Таким образом, физики сами решали природу света уже после (!) того, как тот отразится от спутника и будет на полпути обратно, о чем и рассказали на страницах журнала Science Advances.
Значение и критика эксперимента
Сам по себе эксперимент пусть и не является идеально точным и строгим отображением идеи Уилера, все же заслуживает внимания. Это отличный пример работы принципов «квантовой оптики» и в будущем подобные открытия могут оказать огромное влияние на технологии связи. За примером далеко ходить не надо: уже в мае 2017 года китайские физики использовали спутник для создания квантовой связи (т. н. «квантовой запутанности») между двумя фотонами, отправленными в разные города, значительно отстоящие друг от друга.
Строго говоря, эксперимент все же не нарушает причинно-следственные связи. Следует выразиться точнее: он проливает определенный свет на границу, разделяющую квантовую теорию и теорию относительности. Фактически, физикам удалось доказать, что измерения в настоящем может значительно повлиять на прошлое — вернее, на то, как человек воспринимает это самое прошлое. По словам Жан-Франсуа Роха, физика в Высшей школе стандартизации в Париже, который в 2007 году провел аналогичный, но более точный тест, в данном случае речь идет о малоизученной области физики, в которой две фундаментальные теории вступают во взаимодействие и порождают нечто совершенно новое.
Какие электроны поглощают фотоны а какие рассеивают
Излучение фотонов
Квант электромагнитного излучения с внутренним колебательным процессом позволяет физически описать взаимодействие электромагнитного излучения с веществом во всех физических явлениях, что было невозможно в рамках волновой и квантовой теорий.
В квантовой теории света есть математическая модель излучения и поглощения фотонов, но нет физической модели.
Существующая теория света не может предложить физического процесса излучения и поглощения фотонов, поскольку не известна структура фотона, электрона, позитрона и их взаимное превращение. Также не известен физический механизм перехода электрона с одной квантовой орбиты на другую.
Покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс излучения и поглощения фотонов атомами вещества.
Процесс излучения фотона покажем на примере атома водорода одной спектральной серии – например, серии Лаймана, и одной спектральной линии этой серии — например — эта линия соответствует длине волны , При переходе с четвертой боровской орбиты на первую, электрон излучает фотон с этой длиной волны.
Единая теория электромагнитного излучения имеет возможность описать физические процессы, происходящие при излучении фотона. Принцип существования фотона с внутренним колебательным процессом, позволяет описать физический процесс излучения фотона.
Для излучения фотона, в соответствии с единой теорией электромагнитного излучения, необходимо наличие разности потенциалов двух квантовых орбит системы ядро — электрон (рис. 10).
Излучение фотона сопровождается переходом электрона с одной орбиты на другую. Этот процесс связан с образованием пары частиц, уходящих в составе фотона: одна с отрицательным зарядом (электрон) и положительной массой, другая с положительным зарядом (позитрон) и отрицательной массой.
Так как электрон и позитрон в составе кванта находятся в связанном состоянии, сумма этих частиц обладает нулевой массой покоя и нулевым зарядом, поэтому для них нет запрета на движение со скоростью света.
Рис. 1. Излучение волнового кванта и траектория осцилляции электронно – позитронной пары кванта.
В единой теории электромагнитного излучения при образовании связанной электронно — позитронной пары, из электрического поля атома разность потенциалов квантовых орбит преобразуется в электрическую составляющую кванта . При этом, разноименно заряженные частицы электрон и позитрон, начинают двигаться друг к другу со скоростью света, поскольку обладают суммарной нулевой массой. В результате этого движения образуется магнитная составляющая кванта точно так же, как магнитное поле проводника образуется после включения тока.
Одновременно с этим, фотон начинает своё движение со скоростью света в направлении, перпендикулярном векторам электрической и магнитной составляющей фотона.
Электрон, существовавший на возбужденной орбите до излучения кванта, уходит в составе фотона вместе с позитроном, образовавшемся на основной орбите. На основной орбите остается электрон, образовавшийся из физического вакуума вместе с позитроном, ушедшим в составе фотона.
Далее покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс поглощения фотонов атомами вещества.
Процесс поглощения кванта электромагнитного излучения покажем на примере атома водорода одной спектральной серии – например, серии Лаймана, и одной спектральной линии этой серии — например . Эта линия соответствует длине волны .
При поглощении кванта этой длины волны, электрон переходит с первой боровской орбиты на четвёртую.
Рис. 2. Траектория осцилляции электронно – позитронной пары фотона и его захват электроном, находящимся на квантовой орбите атома вещества.
Для физического процесса поглощения кванта электромагнитного излучения атомом вещества, необходимо наличие электрона на основной орбите, и свободной возбуждённой орбиты, отличающейся от орбиты, занятой электроном, на величину энергии кванта.
При прохождении электронно-позитронной пары кванта достаточно близко от электрона, находящегося на основной квантовой орбите атома вещества, за счёт сил притяжения между электроном вещества и позитроном фотона, возможен захват фотона атомом вещества.
При захвате фотона атомом вещества, электрическая составляющая кванта преобразуется в разность потенциалов квантовых орбит.
В результате этого процесса на основной квантовой орбите электрон и позитрон взаимно компенсируются, а на возбуждённой квантовой орбите появляется электрон, пришедший в составе кванта.
Таким образом, единая теория электромагнитного излучения даёт простой и понятный физический механизм поглощения и излучения кванта атомами вещества.
Фотоны — это импульсы, переносимые частицами эфира!
Последующие вычисления Макса Планка показали, что отношение энергии Е к частоте v для других частот электромагнитных излучений дают ту же самую величину 6•10−34 Джоуль в секунду! На этом основании Планк выдвинул гипотезу, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии («квантов»).
Найденная Максом Планком новая физическая постоянная с величиной энергии 4•10−15 эВ•с или 6•10−34 Дж•с была названа «постоянной Планка». Её буквенное обозначение — h.
Тогда же явление внешнего фотоэффекта сильно заинтересовало начинающего учёного из Германии Альберта Эйнштейна, бывшего патентоведа. Он увидел, что «второй закон фотоэффекта» можно попробовать объяснить с помощью идеи Макса Планка о «квантах». Но, если Планк предположил и доказал, что электромагнитная энергия излучается дискретно, то есть с ростом частоты на 1 Гц (или с уменьшением частоты на 1 Гц) энергия излучения изменяется на микроскопическую фиксированную величину, равную h (4•10−15 эВ•с или 6•10−34 Дж•с), то Эйнштейн сразу заявил о том, что свет и существует только в виде «квантованных порций» энергий, величина которых не h, а произведение константы Планка на частоту излучения, то есть, hv.
Впоследствии это разное понимание Планком и Эйнштейном размеров «порций» электромагнитной энергии привело к тому, что в энциклопедиях стали писать: «…Планк не предполагал, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением: Е = hv».
Таким образом, процесс образования света заключается в том, что электроны испускают электромагнитное излучение в виде «световых квантов» с энергией hv, причём эти «кванты» ведут себя как частицы. А при внешнем фотоэффекте, объяснил А.Эйнштейн, имеет место обратный процесс — электроны поглощают частицеподобные «кванты света» с энергией hv (названные с подачи химика Гилберта Льюиса «фотонами»), и, мол, поэтому энергия вылетающего при фотоэффекте электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения.
За это объяснение «второго закона фотоэффекта» в 1921 году Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике. При этом, введя в науку понятие «квант света» Эйнштейн фактически заполонил физику новыми сущностями, обладающими уникальными характеристиками!
Вдобавок к этому создатели «квантовой механики» — «Эйнштейн и группа поддержки» стали утверждать, что из формулы Е = mc2, которую Эйнштейн выдал за свою находку (хотя эта формула была выведена ранее английским учёным Оливером Хэвисайдом), следует, что электромагнитная энергия Е равна массе m и эквивалента ей! Ведь скорость света — с — в этой формуле константа.
А из формулы Макса Планка Е=hv следовало, что при изменении частоты излучения v пропорционально изменяется величина энергии излучения Е, а это равносильно изменению массы «кванта»!
Вот почему гамма-лучи (имеющие очень короткую длину волны) представлены на этой картинке, которую я нашёл в учебнике физики, размером с пушечное ядро! Раз больше энергии — значит больше масса!
При этом создатели «квантовой механики» заявили, что, создав новую науку, они примирили и объединили корпускулярную и волновую теории света!
И действительно, в физике появился новый термин: «корпускулярно-волновой дуализм» (или «квантово-волновой дуализм»). За этим термином стоит идея, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других — свойства классических частиц. Цитирую энциклопедию: «Идея о «корпускулярно-волновом дуализме» легла в основу квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. В действительности квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, проявляя свойства первых или вторых лишь в зависимости от условий экспериментов, которые над ними проводятся. Корпускулярно-волновой дуализм необъясним в рамках классической физики и может быть истолкован лишь в квантовой механике». (Статья: https://ru.wikipedia.org/wiki/Корпускулярно-волновой_дуализм).
Так вот, по поводу того, что «корпускулярно-волновой дуализм необъясним в рамках классической физики», это ложь! А утверждение, что «энергия эквивалентна массе (E=m)» — это чистой воды мошенничество!
Я берусь доказать сейчас, что корпускулярно-волновой дуализм легко объясняется в рамках классической физики!
Кроме того, бытующее утверждение, что корпускулярно-волновой дуализм является порождением «квантовой механики» — это ещё одна ложь! С тех пор, как у философов и естествоиспытателей появилось представление об эфире, мировой среде, с тех пор и появилось представление о том, что всё во Вселенной состоит из частиц материи, которые могут двигаться в пространстве и как «корпускулы», и как волны, и при этом могут ещё вращаться вокруг своей оси!
Открываем труды нашего первого академика, великого русского учёного Михайло Васильевича Ломоносова и читаем его «СЛОВО О ПРОИСХОЖДЕНИИ СВЕТА…»:
«…Для ясного и подробного понятия должно рассмотреть все возможные материй движения вообще. Итак, положив жидкую, тончайшую и неосязаемую материю света, о чём ныне уже никто не сомневается, три возможные движения в оной находим, которые действительно есть или нет – после окажется. Первое движение может быть текущее или проходное, как Гассенд и Невтон думают, которым эфир (материю света с древними и многими новыми так называю) движется от Солнца и от других великих и малых светящихся тел во все стороны наподобие реки беспрестанно. Второе движение может в эфире быть зыблющееся (волновое), по Картезиеву и Гугениеву мнению, которым он наподобие весьма мелких и частых волн во все стороны от Солнца действует, простирая оные по исполненному материею океану всемирного пространства, подобно как тихо стоящая вода от впадшего камня на все стороны параллельными кругами волны простирает, без текущего своего движения. Третье движение быть может коловратное, когда каждая нечувствительная частица, эфир составляющая, около своего центра или оси обращается. Сия три возможные эфира движения могут ли быть в нём действительно и производить свет и цветы, о том, начнём порядочно и вникательно исследовать. ». («Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, в публичном собрании императорской Академии наук июля 1 дня 1756 года, говоренное Михайлом Ломоносовым». По книге М.В. Ломоносов «О воспитании и образовании», Москва, «Педагогика», 1991, с. 125).
Комментарий к тексту Ломоносова:
Гассенд – Пьер Гассенди (1592-1655), французский философ-материалист, математик и астроном;
Невтон – Исаак Ньютон (1643-1727), английский математик, астроном и физик;
Картезий – Рене Декарт, его имя на латыни Ренатус Картезиус (1596-1650), французский философ, физик, математик и физиолог.
Гугений – Христиан Гюйгенс (1629-1695), нидерландский учёный. Он установил законы колебаний физического маятника и создал в 1678 году волновую теорию света.
В рамках этого научного наставления великого русского учёного М.В.Ломоносова: «Сия три возможные эфира движения могут ли быть в нём действительно и производить свет и цветы, о том, начнём порядочно и вникательно исследовать…» давайте попробуем строго в соответствии с классической физикой объяснить «2-й закон фотоэффекта», который гласит: «Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит линейно от его частоты».
Для этого давайте воспользуемся древнейшей и очень точной наукой — геометрией!
Когда то давно, ещё в доисторические времена, именно геометрия помогла астроному, математику и философу Аристарху Самосскому (ок. 310 до н. э., — ок. 230 до н. э.) разработать научный метод определения расстояний до Солнца и Луны. Благодаря этому методу учёный смог с приемлемой точностью определить размеры Солнца, Луны и Земли, и затем на основании расчётов Аристарх Самосский сделал правильный вывод — Солнце наше центральное светило, а все планеты и Земля с Луной обращаются вокруг него. Так ещё до новой эры люди получили представление о «Гелиоцентрической системе мира», с которой потом, все средние века боролись мракобесы, говорившие всем, что они — наместники Бога на земле!
Геометрия с таким же успехом может помочь нам сегодня разобраться и с «квантами света», и с корпускулярно-волновым дуализмом.
В основу наших расчётов возьмём представление, вытекающее из нашего знания работы трёх радиотехнических устройств: «вибратора Герца», «магнетрона» и «рентгеновской трубки», в которых электроны порождают излучения в направлении, перпендикулярном направлению их поступательного движения, причём это происходит на стадии торможения электронов:
Итак, наше представление об излучении отдельно взятого электрона в этих трёх устройствах следующее: каждый электрон является точечным осциллятором. В силу своих физических свойств при ускорении и последующем торможении электрон передаёт окружающему его эфиру кинетическую энергию величиной hv, как высчитал Макс Планк. Этот импульс энергии в силу точечного размера электрона имеет форму круговой волны. Эта импульсная волна непрерывно увеличивает свой радиус и движется в направлении, перпендикулярном направлению движения электрона.
Сейчас мы должны постараться изобразить одиночную волну излучения электрона, когда он движется с торможением по направлению от нас к листу бумаги. Волну мы должны изобразить на том этапе, когда она ещё не оторвалась от электрона. Это случай, когда длина волны λ равна радиусу её кругового фронта R.
Условимся, что вот эта круговая волна, порождённая электроном при торможении, имеет длину волны λ = 700 нанометров, что соответствует инфракрасному цвету в спектре излучения.
Тогда вот эта круговая волна, порождённая электроном при торможении, с радиусом в два раза меньшим, имеет длину волны λ = 350 нанометров, которая соответствует в электромагнитном спектре ультрафиолетовому свету.
В 1900 году Макс Планк установил зависимость: величина электромагнитной энергии, излучаемой сильно нагретым телом, увеличивается пропорционально частоте излучения по формуле: Е=hv (т.е. увеличивается пропорционально укорочению длины волны излучения).
В нашем случае (по факту и по формуле Е=hv) плотность электромагнитной энергии, излучаемой электроном, в волне с λ = 350 нм в два раза выше, чем в волне с λ = 700 нм. При этом мы видим, что длина фронта этой круговой волны, которая вычисляется по формуле 2πR (6,28R) короче ровно в два раза, чем длина фронта у волны с λ = 700 нм.
В то же время, если признавать, что формула Е=mc2 верно отражает действительность, то у волны с λ = 350 нм по сравнению с волной с λ = 700 нм в два раза выше движущаяся в пространстве со скоростью света некая распределённая масса, поскольку в «квантовой механике» энергия эквивалентна массе.
С третьей стороны, согласно объяснению классической физики, причём это объяснение было дано Рене Декартом ещё в 1627 году (почти 400 лет назад!) для объяснения явления радуги, «природа цвета заключается в том, что частицы тонкой материи, передающей действие света, стремятся с большей силой вращаться (вокруг своей оси), чем двигаться по прямой линии. Таким образом, те, которые вращаются с гораздо большей силой (чем двигаются по прямой линии), дают красный цвет, а те, которые вращаются лишь немного сильнее (чем те, что дают красный цвет), дают жёлтый цвет…»
То есть, согласно этому представлению, повышенная ровно в два раза плотность энергии в волне с λ = 350 нм по сравнению с волной с λ = 700 нм, объясняется тем простым обстоятельством, что в волне с λ = 350 нм частицы эфира вращаются вокруг своей оси значительно быстрее, чем они вращаются в волне с λ = 700 нм. Этим обстоятельством также просто можно объяснить недоразумение с увеличением в волне распределённой массы при укорочении её длины.
Теперь внимание, вопрос! Если длина фронта круговой волны укорачивается в два раза с увеличением в два раза частоты излучения, то из-за чего (?) также в два раза увеличиваются и энергия, и масса в формуле Е = mc2, при том что с — константа? Переменные только Е и m.
Квантовая механика по этому поводу говорит, что наше представление о массе можно полностью заменить представлением об энергии, и о массе можно забыть так же, как в начале ХХ века физика забыла об эфире!
Я предлагаю сейчас поступить прямо наоборот: вспомнить об эфире и попробовать представить, как отдельный электрон передаёт окружающему ему эфиру, частицы которого прежде всего во Вселенной обладают массой, механический импульс, приводя тем самым её во вращение и понуждая двигаться поступательно.
Из определения импульса: «Момент импульса характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение». Источник.
Согласно этой таблице, демонстрирующей широту диапазона электромагнитных излучений, самые короткие по длине волны и самые бронебойные — «космические лучи». Их длина волны в миллион раз короче длины волн «инфракрасных лучей».
Для сравнения могу сказать, что размеры атомов химических элементов, определяемые по расстоянию между ядрами атомов, составляют примерно 10 в минус 10-й степени метра. «Космические лучи» имеют самую короткую длину волны 10 в минус 12-й степени метра, это в сто раз меньше размера атомов химических элементов, но в сто, а возможно и в тысячу раз больше размера атомного ядра, которое имеет диаметр 10 в минус 14-15-й степени метра. Это чтобы вы имели представление о размерах длин самых коротких электромагнитных волн в сравнении с размерами атомов вещества и размерами их ядер.
Итак, как и раньше давайте нарисуем электромагнитную волну с самой короткой длиной волны 10 в минус 12-й степени метра, и поскольку мы не знаем, какое количество частиц эфира находится в каждом кубическом сантиметре пространства, а также в двухмерной плоскости, мы просто условимся, что на длине окружности с радиусом R, равном в 10 в минус 12-й степени метра, находится 100 энергетически возбуждённых электроном частиц эфира.
Тогда, согласно формулы длины окружности 2πR (6,28R), в такой же круговой волне с λ = 10 в минус 6-й степени метра на её длине окружности находится уже в миллион раз больше (100х1000000) возбужденных частиц эфира.
При этом суммарная величина энергии, которую электрон сообщил частицам эфира при торможении, образуя эту волну с круговым фронтом, в миллион раз меньше, чем суммарная величина энергии, которую при торможении другой электрон сообщил всего 100 частицам эфира в волне с радиусом R, равном 10 в минус 12-й степени метра.
Огромная разница в энергиях частиц в волне с радиусом R, равном 10 в минус 12-й степени метра и в волне с радиусом R, равном 10 в минус 6-й степени метра объясняется исключительно разной скоростью их вращения вокруг своей оси, как и объяснил в своё время французский учёный Рене Декарт.
Чем больше скорость вращения частицы эфира, тем больше её кинетическая энергия. При этом масса частицы эфира остаётся прежней!
Квантовая механика утверждает, что масса «фотона» растёт с ростом его энергии! Почему она растёт, и что вообще такое «энергия», квантовая механика не объясняет. Что говорит не в её пользу.
Далее нам следует понять, что при удалении электромагнитной волны от точечного источника, ширина её сферического фронта непрерывно увеличивается (если на пути волны не имеется препятствий, поглощающих или отражающих свет), при этом число возбужденных электроном частиц эфира в волне остаётся тем же.
Соответственно, первый и второй законы фотоэффекта мы можем легко объяснить так. В любом источнике света интенсивность электромагнитного излучения напрямую связана с количеством электронов, которые одновременно порождают электромагнитные волны. Чем больше сила тока протекает, например, через спираль лампы накаливания, тем больше интенсивность того света, который она излучает. При фотоэффекте мы наблюдаем обратную закономерность: чем больше интенсивность света, падающего на поверхность пластины катода, тем большее число фотоэлектронов вырывается за 1 секунду с поверхности пластины при фотоэффекте. Что и наблюдал в своём опыте А.Столетов.
Второй закон фотоэффекта звучит так: «Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит линейно от его частоты». Это легко объяснить тем обстоятельством, что с удалением электромагнитной волны от точечного источника излучения её фронт расширяется, количество возбужденных частиц эфира в нём уменьшается, но их кинетическая энергия, аккумулированная в их вращательном движении вокруг своей оси, остаётся прежней, какой она была изначально, в момент взаимодействия с электроном, приведшим к созданию излучения!
Вот и всё объяснение! Простое и всем понятное!
Внимание, вопрос: а какую величину кинетической энергии электрон вкладывает в частицы эфира при излучении?
Ответ: мы уже знаем, благодаря Максу Планку: величина этой энергии прямо пропорциональна частоте излучения и находится по формуле: hv, где h – «постоянная Планка» или «квант действия», v – частота излучения.
Так что получается?
Фотоны, которые описывает «квантовая механика», утверждая что «это безмассовая частица, способная существовать в вакууме только двигаясь со скоростью света», что им присуще вращение вокруг своей оси в левую или в правую сторону: «фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1», что «спин это (от англ. spin, буквально — вращение, вращать(-ся)) — собственный момент импульса элементарных частиц», это на самом деле импульсы, переносимые частицами эфира, которые, в свою очередь, очень хитро замаскированы от всех людей витиеватой терминологией!
Ещё раз прочтите определение импульса: «Момент импульса характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение».
Это как раз наш случай!
И вот ведь что удивительно. В 1905 году Альберт Эйнштейн с помощью формулы Макса Планка и его идеи о «квантах действия» объяснил «второй закон фотоэффекта», заявив при этом, что не h («постоянная Планка») является «квантом», а произведение hv является на самом деле «квантом света». Одновременно с этим он заявил, что «введение светоносного эфира в науку. является излишним». (Собр. науч. тр. М.: Наука. 1965. Т.1. С. 7–8. Zur Elektrodynamik der bewegter Korper. Ann. Phys., 1905, 17, 891-921).
Выходит, что перед Эйнштейном была поставлена задача не допустить прорыва истинного знания в массы, которое могло тогда случится по причине целой серии важнейших открытий в физике. С этой целью в науке о природе тогда и появились две великих фикции «фотоны», не имеющие массы покоя, но имеющие «переменную массу», привязанную к величине энергии «фотона», и «физический вакуум», заменивший место эфира в модели Мироздания. Кстати, этот последний термин дословно переводится с латыни как «природная пустота».
Что интересно, недавно один из самых престижных журналов в области физики «Physical Review Letters», публикуемый Американским физическим обществом с 1 июля 1958 года, сообщил, что американским учёным удалось зафиксировать излучение от одного-единственного электрона, летящего по кругу в магнитном поле.
В этой связи, учёные предлагают всем представить электрон, летящий горизонтально через вертикальное магнитное поле.
Сообщается, что в такой ситуации электрон будет испытывать на себе сторонние силы, которые пропорциональны скорости его движения и напряжённости магнитного поля. Цитирую далее источник дословно: «Постоянное воздействие со стороны в результате заставит электрон двигаться по кругу, а повороты в траектории частицы приведут к появлению электромагнитных волн. Этот эффект можно сравнить с ситуацией, в которой человек крутит над головой мокрую тряпку: совершая круговые движения, тряпка будет разбрасывать во все стороны струи или капли воды, в зависимости от того, насколько она мокрая. То же самое происходит и с двигающимся по кругу электроном, который испускает излучение…». Источник: https://nauka.vesti.ru/article/1042455
И в этой научной аллегории с мокрой тряпкой упомянутые капли воды — это тоже не «кванты», не имеющие массы покоя, как их описывает «квантовая механика», а частицы эфира.
При ускорении под действием электрического поля движущийся поступательно электрон, и обладая собственным вращением, вбирает частицы эфира в себя (как кит вбирает в свою пасть планктон), а при торможении он буквально выбрасывает их из себя, но не вперёд (как неправильно нарисовано выше), а в бок, перпендикулярно направлению своего движения, придавая каждой выброшенной частице эфира вращение вокруг своей оси тем большее, чем выше скорость торможения электрона.
Вот так всё просто устроено, если хорошо подумать.
И вот оно, истинное соединение корпускулярной и волновой теорий света! А не липовое, как у группы «Эйнштейн и Ко», которая создала «квантовую механику», чтобы закрыть от человечества всякое представление о мировом эфире, который по терминологии Христа-Спасителя есть «Царствие Небесное», образованное из частиц, «которые меньше всех семян на свете» (Мф. 13: 32). Собственно, только из-за этого весь этот ажиотаж с эфиром и этот обман в науке!
5 сентября 2019 г. Мурманск. Антон Благин
Моя карта Сбербанка: 2202 2007 8817 0916. Кому всё это интересно, могут оказать помочь автору в приобретении закончившихся «чернил», а чернил у меня уже совсем не осталось!
Victor Corgo: круто. А почему тогда ваш компьютер исправно работает, самолет летает, атомная электростанция вырабатывает электричество? Физика – это наука, а не шаманизм.
AntonBlagin: физика – это не только табуретки, компьютеры и танки с ракетами. Физика, которая является наукой о ПРИРОДЕ, это ещё и МИРОВОЗЗРЕНИЕ. Исторически мировая наука – физика – сложилась так, что ракеты и компьютеры она позволяет делать правильные, потому что они нужны власть имущим, а вот мировоззрение она старается дать искажённое, то есть дезинформативное! Чтобы «знания о высших предметах» оставались только у тех, у кого им положено быть! Вся история физики, дела Инквизиторов и многовековое кураторство науки Церковью это хорошо и наглядно подтверждают!