В настоящий момент известно что фотон обладает

Плиз физика С какой скорость распространяется фотон?

Его скорость постоянно меняется №2 С увеличением частоты электромагнитного излучения … a a.

В большей степени проявляются его волновые свойства b.

В большей степени проявляются его корпускулярные свойства c.

Свойства не изменяются d.

Среди ответов нет верного №3 Макс Планк выдвинул гипотезу, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями – … a a.

Кантами №4 В настоящий момент известно, что фотон … a a.

Обладает массой b.

Не обладает массой c.

Обладает зарядом d.

Не обладает зарядом №5 Свет является … a a.

Частным проявлением электромагнитных волн b.

Частным проявлением звуковых волн c.

Частным проявлением гамма — излучения d.

Среди ответов нет верного b c d №6 Наиболее ярко выраженными корпускулярными свойствами обладает … a a.

Рентгеновское излучение b.

Инфракрасное излучение c.

Ультрафиолетовое излучение d.

Гамма — излучение №7 Кто создал теорию электромагнитных волн?

A a. Макс Планк b.

Джеймс Максвелл c.

Альберт Эйнштейн b c d №8 Какими свойствами обладает свет?

A a. Только волновыми b.

Только корпускулярными c.

И волновыми, и корпускулярными d.

Не волновыми, и не корпускулярными №9 Какая формула определяет энергию кванта?

E = h №10 Известно, что упругие поперечные волны возникают … a a.

Только в газах b.

В газах и жидкостях c.

В жидкостях и твёрдых телах d.

Только в твёрдых телах.

Можно ли одновременно в одном опыте изучать корпускулярные и волновые свойства?

Можно ли одновременно в одном опыте изучать корпускулярные и волновые свойства.

Энергия фотона 2, 8 * 10 в — 19Дж?

Энергия фотона 2, 8 * 10 в — 19Дж.

Какова длина волны электромагнитного излучения?

Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :a?

Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :

Больше, чем у инфракрасного излучения, и меньше, чем у видимого света

Больше, чем у видимого света, и меньше, чем у рентгеновского излучения

Лежат в диапазоне между рентгеновским и  — излучением

Меньше, чем у видимого света, и больше, чем у рентгеновского излучения.

Энергия фотона 2, 8 * 10 — 19 степени Дж?

Энергия фотона 2, 8 * 10 — 19 степени Дж.

Какова длина волны электромагнитного излучения?

Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :Выберите один ответ?

Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :

Выберите один ответ.

A. больше, чем у инфракрасного излучения, и меньше, чем у видимого света

Больше, чем у видимого света, и меньше, чем у рентгеновского излучения

Меньше, чем у видимого света, и больше, чем у рентгеновского излучения

Лежат в диапазоне между рентгеновским и  — излучением.

Волновые и корпускулярные свойства света?

Волновые и корпускулярные свойства света.

Технические устройства, основанные на использовании фотоэффекта.

1. Электромагнитные волны отличаются от упругих волн : а) наличием частоты колебаний ; б) способностью распространяться в вакууме ; в) наличием скорости ; г) наличием периода колебаний?

1. Электромагнитные волны отличаются от упругих волн : а) наличием частоты колебаний ; б) способностью распространяться в вакууме ; в) наличием скорости ; г) наличием периода колебаний.

2. Радиоволны, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения отличаются от света тем, что : а) распространяются в вакууме ; б) переносят энергию без переноса вещества ; в) распространяются в вакууме со скоростью света ; г) относятся к невидимому излучению.

Что такое волновые и корпускулярные представления о свете?

Что такое волновые и корпускулярные представления о свете?

Энергия фотона некоторого излучения 4 эВ?

Энергия фотона некоторого излучения 4 эВ.

А) Определить частоту такого излучения.

Б) Чему равен импульс фотонов такого излучения?

В) Определите длину волны излучения.

Какие волновые и корпускулярные характеристики света связывает формула планка?

Какие волновые и корпускулярные характеристики света связывает формула планка.

На странице вопроса Плиз физика С какой скорость распространяется фотон? из категории Физика вы найдете ответ для уровня учащихся 5 — 9 классов. Если полученный ответ не устраивает и нужно расшить круг поиска, используйте удобную поисковую систему сайта. Можно также ознакомиться с похожими вопросами и ответами других пользователей в этой же категории или создать новый вопрос. Возможно, вам будет полезной информация, оставленная пользователями в комментариях, где можно обсудить тему с помощью обратной связи.

На 74 градусов. Наверное так.

Площадь верхнего основания конуса не имеет никакого значения. Со стороны нижнего основания на стол действует сила mg, распределённая по площади Sa Единственно, надо площадь перевести в квадратные метры Sa = 4 см² = 4 / 10000 м² = 0, 0004 м² P = mg /..

Поскольку за ПЕРИОД грузик пройдет расстояние, равное четырем амплитудам : L₀ = 4 * 3 = 12 см или 0, 12 м то число колебаний : n = L / L₀ = 0, 36 / 0, 12 = 3 Ответ : 3 колебания.

Q = λ * m = 4 * 330000 = 1320000Дж или 1320 кДж.

Решение Q = m * λ Отсюда находим массу m = Q / λ = 0, 1 кг 100 грамм свинца.

V = 72 км / ч = 20 м / с ; = V² / R = 20² / 500 = 0, 8 м / с² ; N = m(g — ) = 500×(10 — 0, 8) = 4600 Н (4500, если брать g за 9. 8 м / с²).

Правильный ответ это б.

0, 3 * m1 = N * 0, 2 0, 1 * N = 0, 3 * M m1 = 2M M = 1, 2 кг.

Потому что перемещение , cкорость, ускорение — величины векторные и работать с векторами труднее чем с проекциями.

Ответ : Объяснение : Дано : S₁ = S / 4V₁ = 72 км / чS₂ = 3·S / 4V₂ = 15 м / с____________Vcp — ? Весь путь равен S. Время на первой четверти пути : t₁ = S₁ / V₁ = S / (72·4) = S / 288 чВремя на остальной части пути : t₂ = S₂ / V₂ = 3·S / (15·4) = 3..

Масса фотона и смежные вопросы. Часть 1 ⁠ ⁠

Недавно, в комментариях под одним из постов у меня возник спор с несколькими людьми о массе фотона. Судя по тому, что какие-то комментарии набрали положительный рейтинг, а мои комментарии даже ушли в минус, некоторые заблуждения, относящиеся к этой теме, довольно популярны. Поэтому, в этой части я постараюсь тщательно их разобрать. Я не претендую на абсолютность моих слов, и в чем-то даже могу ошибаться. Поэтому всех призываю к обсуждению в комментариях к этому посту.

Все, что написано ниже, рассматривается с позиций релятивистской механики, в которой предельная скорость распространения взаимодействий ограничивается скоростью света. То есть c — скорость света.

1) Импульс равен произведению массы на скорость

Нет, механическое определение импульса в релятивистской механике принимает следующий вид

2) Масса частицы зависит от её скорости

Нет, масса частицы не зависит от выбора системы отсчета и, следовательно, от скорости движения. Это следует из соотношения между энергией и импульсом для частицы массы m

В левой части этого равенства стоит релятивистский инвариант.

3) А как же формула

Это просто кусок, выдранный из определения импульса. Здесь m0 обозначена масса покоящейся частицы, то есть при v = 0. Но так как масса не зависит от скорости, то m = m0. Поэтому если у приведенного выше выражения и есть физический смысл, то это точно не масса частицы.

4) У фотона есть масса, но отсутствует масса покоя

Так как масса частицы что в покое, что в движении — одна и та же, то давайте остановимся на том, что у фотона все-таки нет массы.

5) Но как же формула

Эта формула получена следующим образом

А знаете как получена формула E = mc^2?

Вы действительно хотите приравнять энергию покоящейся частицы к энергии фотона, который движется со скоростью света?

6) А с чего мы вообще взяли, что у фотона нет массы покоя и, следовательно, массы?

Дело в том, что фотоны движутся со скоростью, равной скорости света. Единственный способ избежать неприятностей (взгляните на формулу для импульса) в этом случае — принять массу фотона равной нулю.

7) Понятия массы и энергии эквивалентны

Нет. Всякая масса обладает энергией, но не всякая энергия обладает массой. Как раз поэтому в физике элементарных частиц принято измерять массу в электронвольтах. Это связано с тем, что массу частицы можно определить через её энергию покоя, то есть энергию, которой обладает частица, когда она покоится.

8) Но если у фотона нет массы, то что такое давление света?

В этом случае давление определяется импульсом фотонов, а не массой. Кстати, значение модуля импульса фотона можно найти из соотношения между энергией и импульса, положив в нем массу равной нулю

Таким образом, с позиций релятивистской механики, в которой максимальная скорость распространения взаимодействий принимается равной скорости света, масса фотона должна быть равна нулю.

В следующей части я расскажу, почему фотоны, даже не имея массы, испытывают влияние гравитационного поля. А в третьей части постараюсь объяснить, почему нельзя вот так просто взять и положить массу фотона равной нулю.

169 постов 1.3K подписчиков

Правила сообщества

Уважайте оппонентов и аргументируйте свои доводы. Ссылки на соответствующую литературу приветствуются.

Как?! Еще нет этой картинки?!

Фотон — безмассовая частица. Вас поддержал еще в посте со скрином комментов. Рад, что вы запилили пост.

C 7 пунктом не согласен. Мысль такая. Протон состоит из кварков, масса протона равна массе кварков + энергия взаимодействия между ними (квантовая хромодинамика). Добавим электрон, получим атом водорода (протий). Теперь внимание. При попадании фотона в атом, масса атома увеличится из-за возбуждения атома.

Так к чему это я, масса это очень тонкая штука, про которую мы мало что знаем. Мы даже не знаем, однинакова ли гравитационная и инерциальная массы. Но то, что масса по сути является энергией, а энергию можно преобразовать в массу — одно из ключевых знаний, полученных человеком.

Много бла-бла-бла, но нет самого главного, с чего вообще весь разговор надо было начинать — что такое масса? О каком конкретно определении массы идет речь? И вот, уже исходя из этого, начинать рассуждать — есть она, масса именно в этом конкретном понимании, или нет ее. Например, одно из определений массы частицы гласит, что это — абсолютная величина вектора энергии-импульса. Это, кстати, напрямую следует из формулы в п2.

Автор сам себе противоречит. Пишет формулу m=m0/sqrt(1-v^2/c^2) и тут же постулирует, а фиг с ним пусть будет m=m0, мы же знаем ;). Жонглирует понятием массы, не уточнив, какую конкретно по умолчанию он имеет в виду. А масса бывает — масса покоя, масса инертная полная, масса гравитационная активная, масса гравитационная пассивная. Про эквивалентность массы и энергии не слышали? Это на минуточку как бы знаменитая E=m*c^2, она же, в динамике, E=m*c^2/sqrt(1-v^2/c^2). Эквивалентность, Карл, значит что это одно и то же, а не «всякая масса обладает энергией, но не всякая энергия обладает массой».

Опровергать по пунктам считаю излишним, они все основаны на одном и том же ложном постулате m=m0.

Куда ты катишься, Пикабу

Эээ. Пусть у нас есть шар, внутри покрытый абсолютно отражающим покрытием. Внутри темно. Взвешиваем его и напускаем внутрь света, пока там не наберется 9*10^16 Дж световой энергии. Свет заперт в шаре. Теперь взвешиваем еще раз. У нас шар потяжелеет на 1 кг или нет?

когда будет 2 часть?

«6) А с чего мы вообще взяли, что у фотона нет массы покоя и, следовательно, массы?»

Вы привели хороший довод, но есть ещё один.

Если бы фотон имел массу, то прежде всего не был бы верен закон Кулона. Это видно из следующего простого рассуждения. Как показал японский физик-теоретик Х. Юкава, если бы переносчики электромагнитного взаимодействия — фотоны — имели конечную массу m, то на расстоянии a = h/mc от заряда (так называемая комптоновская длина волны) потенциал электрического поля был бы в e раз меньше, чем даёт закон Кулона. Измерение правильности закона Кулона в лабораторных условиях показывает, что a по крайней мере больше 2 * 10^9 см.

Намного более точную оценку можно получить на основании того факта, что в галактиках наблюдаются магнитогидродинамические волны в заряженной плазме. Волновые процессы в плазме переносят с собой периодически изменяющееся электромагнитное поле. Существование массы у фотона привело бы к «затуханию» длинноволновых колебаний. В галактиках магнитогидродинамические процессы охватывают огромные расстояния, доходящие до десяти тысяч парсек (1 парсек = 3,26 светового года). Отсюда следует фантастическая оценка a > 10^22 см, достаточная для того, чтобы не сомневаться в правильности гипотезы о равенстве нулю массы фотона. Ведь если массу фотона выражать в электрон-вольтах, то она получается меньше 10^(-27) эВ!

А самое занятное то, что фотон не существует, так как является исключительно модельным понятием. Просто такая штука иногда удобнее для описания.

Вот не лень даже было формулы техать, компилить, скринить и резать на кусочки для вставки в пост.

На пикабу появился нормальный пост в разделе наука, вангую что он даже 10 плюсов не наберет. Вот если бы писали об инопланетянах или просто бред с красивыми картинками, то пост даже в горячее может выйти.

ОМГ. началось. Щас опять будет мракобесный холивар от людей, считающих что в школьные предметы — это наука, и вообще уже кем-то доказано, что наука все врет.

2 и 3. Масса m, т.е. полная релятивистская масса действительно не зависит от скорости. Однако, полная масса m в ОТО состоит из двух масс: массы покоя m0, также называемой инвариантной массой и инерционной массы, завясящей от скорости (ее называют слабой гравитацией).

Таким образом, в зависимости от выбранной системы отсчета, соотношение покоящейся массы и инерционной будет изменяться.

7. неправильно, всякая энергия обладает массой. Как раз поэтому в физике элементарных частиц принято измерять массу в электронвольтах. И это не связано с тем, что массу частицы можно определить через её энергию покоя, то есть энергию, которой обладает частица, когда она покоится. Масса частицы в ОТО состоит из двух составляющих: массы покоя плюс массы инерционной, либо только инерционной. В квантовой теории поля есть дополнение: масса состоит из полной энергии частицы, вне зависимости от вида энергии, т.е. любых из четырех фундаментальных взаимодействий. Масса покоя — это лишь одна из составляющих полной энергии частицы, которой может и не быть.

8. Релятивистская масса и энергия эквивалентны. У фотона есть масса, т.к. есть энергия, но это слабая гравитация (см. выше). Именно поэтому они и испытывают влияние гравитационного поля.

а давайте примем что у фотона есть масса и в покое и в движении

хорошо. так. кванты меня опять нашли.
попробуем их опять осилить

А как нам помогает принятие массы фотона за 0 в 1м уравнении?

было просто деление на ноль, получилось деление 0 на 0, но разве и то и другое не рассматривается как неопределенность?

В следующей части я расскажу, почему фотоны, даже не имея массы, испытывают влияние гравитационного поля.

То есть несуществует фотонов в покое?

я не понял, я сейчас в школе или деградирую на пикабу?

Уважаемый @obsurder, Ваше высказывание «масса частицы не зависит от выбора системы отсчета» © Obsurder, в контексте, не совсем корректно. Ведь выбор системы отсчёта может выпасть на систему, к которой принадлежит частица в момент определения. Иными словами «гравитационная составляющая» (если можно так назвать), есть ничто иное как принадлежность вызванная силой притяжения массивным объектом (телом, энергетическим всплеском и т.п.). Рекоммендую к прочтению «Релятивистские метеоры» под ред. Хренова Б.А. хоть и многовато воды, но есть полезная информация к размышлению.

6) А с чего мы вообще взяли, что у фотона нет массы покоя и, следовательно, массы?

Дело в том, что фотоны движутся со скоростью, равной скорости света.

А вот смотрите — если фотон будет двигаться в среде, где его скорость будет бесконечно мало отличаться от нулевой — его масса будет стремиться к бесконечности?

@obsurder, слушай, а можно до тебя докопаться? Вопрос по физике, но мне реально некого спросить среди знакомых, а вопрос не такой важный, чтобы пилить пост.
Наша Вселенная как термодинамическая система — она изолированная или нет? Потому что если нет, из этого почти следует вывод о множественности вселенных %)

От себя добавлю — вы, математики и физики, смотрите на свои формулы зашоренными глазами и оперируете официально признанными парадигмами. Какая-то группа учёных решила, что число пи равно 3,14 и не при каких условиях не меняется. Ещё как меняется. и время и пространство. При гравитационгных сублимациях при усорении выше 15-ти получается эффект коллапса и пространство сжимается внутрь на 0,0014 пекалей. Для такого случая ни одна формула не подойдёт. А вы про фотоны, про массы.

..хочется выслушать «учителей» от правил дорожного движения по этому вопросу. Уверен, что они всё знают.

Могу сказать точно, что масса у фотона есть.

Электронная плотность⁠ ⁠

Наглядно о том, чем отличаются ковалентные полярные, неполярные и почти ионные связи. На картинках представлена электронная плотность молекул:

Зептосекунда⁠ ⁠

Ядерные реакции в звёздах (те, которые породили атомы в вашем теле) происходят на протяжении зептосекунд.

В 1 секунде гораздо больше зептосекунд, чем было секунд после Большого взрыва.

Зептосекунда — это одна сектиллионная доля секунды (10^-21). Самая высокая точность определения времени когда-либо достигнутая.

Нобелевская премия по физике за «жуткую» квантовую запутанность⁠ ⁠

Три квантовых физика получили Нобелевскую премию по физике за свои эксперименты с запутанными фотонами , в которых частицы света становятся неразрывно связанными. Такие эксперименты заложили основу для множества квантовых технологий, включая квантовые компьютеры и средства связи. Ален Аспект, Джон Клаузер и Антон Цайлингер получат по одной трети приза в размере 10 миллионов крон (915 000 долларов США). На пресс-конференции, посвященной присуждению награды, Цайлингер отдал дань уважения начинающим ученым, работавшим с ним. «Эта премия была бы невозможна без многолетней работы более 100 молодых людей».

В свое время Альберт Эйнштейн назвал квантовую запутанность «призрачным действием на расстоянии», поскольку кажется, что частицы обмениваются информацией мгновенно, даже если они находятся далеко друг от друга.

Нобелевка по физике за 2022й год⁠ ⁠

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе (Alain Aspect), Джон Клаузер (John F. Clauser) и Антон Цайлингер (Anton Zeilinger) — за эксперименты с запутанными фотонами, исследование нарушений неравенств Белла и работы по квантовой информатике. И, что самое главное, они в трёх разных экспериментах всё-таки нашли нарушения неравенств Белла

Все трое исследовали запутанные состояния квантовых чисел и упорно искали нарушения неравенств Белла (предложены ещё в 60х годах прошлого века). Эти неравенства возникают при анализе парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР-парадокс). Первым нарушения обнаружил Джон Клаузер, после чего очень многие то подтверждали, то отвергали эти нарушения неравенств Белла.

Смысл в этих экспериментах один — доказать полноту квантовой физики целиком, в то время как парадокс ЭПР утверждает от неполноте квантовой теории физики и указывает, что должны быть «скрытые параметры»

Пейзаж в магнитном поле⁠ ⁠

Магнитная жидкость в поле одного магнита под микроскопом

Голос атомных ядер: собираем магнитно-резонансный магнитометр⁠ ⁠

Пора уже поближе познакомиться с квантовой физикой на практике! Сегодня я расскажу вам об истории открытия эффекта ядерного магнитного резонанса, но в отличие от классических учебников полных зубодробительного матана мы обратим наш разрушительный для когеренции взгляд на экспериментальную составляющую. С полученными знаниями вы сможете в духе старого доброго DIY собрать несложный прибор, который позволит вживую послушать сигналы ядер атомов водорода а также измерить величину магнитного поля нашей планеты.

Немного истории

Где-то сто лет тому назад, физики увлечённо пытались разобраться из чего же состоит наш мир. На тот момент было очень мало известно о том, что же из себя представляют мельчайшие частицы материи – атомы. Резерфорд в своём знаменитом эксперименте обстрелял тонкую золотую фольгу альфа-частицами и после интерпретации результатов предположил что атом (уж по крайней мере, золота) это положительное ядро-планета, а вокруг него вращаются отрицательные спутники-электроны. Однако это был полный нонсенс для физиков того времени, так как уже тогда в школах изучали простую истину «положительный заряд притягивается к отрицательному». Ради забавы делали даже расчёты, которые предсказывали что электрон в такой модели должен был бы упасть на ядро за примерно 0.0000000001 секунды, на чём история нашей вселенной и закончилась бы. Но Нильс Бор всех спас, введя свои знаменитые постулаты. Он послал подальше классическую механику и заявил, что орбиты электронов в отличие от хорошо уже изученных на тот момент орбит планет, могут принимать только несколько определённых значений. Причём обязательно таких, чтобы атом был стабилен, и никто никуда в нём не падал. Честно говоря, такая модель физикам ещё больше не понравилась, ведь это было скорее похоже на натягивание совы на глобус атом. Масла в огонь подлил Арнольд Зоммерфельд, который дополнил модель Бора и предположил, что на этих невообразимо мелких масштабах вообще всё в атоме должно принимать только определённые значения (проще говоря — квантоваться): энергия, угловой момент движущихся электронов и ядер и даже ориентация орбит электронов в пространстве!

Последнее особенно сильно зацепило Отто Штерна, тоже физика. Он потратил кучу времени на то, чтобы найти способ опровергнуть эту возмутительную теорию, и даже выпросил денег на эксперименты у самого Эйнштейна. Вместе со своим коллегой Вальтером Герлахом они построили установку, которая позволяла бы определить, любую ли ориентацию в пространстве могут иметь орбиты электронов атомов или только несколько определённых. Предположения были довольно простые: как было известно из простейших экспериментов, ток, текущий по кругу в медной рамке, приводит к возникновению магнитного поля. Ток — это поток электронов, следовательно и на атомарном уровне, электрон, двигающийся по орбите, тоже должен создавать своё небольшое магнитное поле, а атом в целом вести себя как маленький магнитик. Выходит, что если пустить поток атомов через неоднородное поле больших магнитов, то в зависимости от того, как ориентирована орбита каждого атома в пространстве, они разлетятся в разные случайные направления, что и можно попытаться зафиксировать.

Установка состояла из печи, которая нагревала серебро до тех пор, пока оно не начинало испаряться (более 1000 ), после чего его атомы собирались в подобие пучка при помощи заслонки с отверстием посередине. Стоит ли говорить, что всё это, разумеется, происходило в вакууме. Поток атомов пролетал между магнитами и в итоге попадал на пластину — детектор.

Схема экспериментальной установки Штерна-Герлаха, которую можно часто встретить на страницах учебников. Магнит сверху специально сделан в виде клина, чтобы сделать поле в районе пучка как можно более неоднородным. Для простоты показаны только полюса магнитов, участвующие в процессе (нет, это не монополи!).

Прожжённый физик конечно скажет, что картинка эта слишком рафинированная. Ведь настоящая установка напоминала собой этакий самовар с кучей непонятных трубочек, вполне в духе своего времени. Эксперимент с ней шёл пару часов, после чего надо было разбирать аппарат и подготавливать всё заново. Вместо отверстия для получения луча из атомов исследователи в итоге использовали щель (с отверстием опыт нормально не получался). Также, в первых попытках след не было видно вовсе и какое-то время коллеги полагали, что луч просто не попадал в пластину. Однако в один прекрасный момент, в процессе пристального разглядывания Штерн имел неосторожность подышать на неё, от чего внезапно рисунок проявился. Оказалось что дешёвые сигары, которые Отто курил порой прямо в лаборатории содержат очень много серы, реакция с которой и приводила к такому эффекту (похоже на байку, но это таки было проверено в 2002 году). В итоге, из-за несовершенства магнитов и сложностей в их юстировке, два раздельных пучка всё равно не расходились полностью, а лишь в середине, но тем не менее, рисовали на стекле первый поцелуй от квантовой физики человечеству:

Настоящая установка Штерна-Герлаха во всей красе.

Результат у них получился шокирующим и полностью противоположным их ожиданиям. Вместо опровержения теории они подтвердили её: поток атомов серебра четко разбивался на два пучка, что означало что квантование — это не теоретическая выдумка и математические шуточки, а нечто реальное. И где-то на глубоком уровне наноскопических масштабов магнитные свойства электронов могут принимать только два значения и никаких промежуточных. Исследователи по всему миру тут же стали повторять опыт, дорабатывать его, и писать новые теоретические обоснования и статьи. Было выяснено, что наблюдаемый эффект возникает из-за наличия магнитного момента у одного-единственного электрона, что болтается без пары на внешней орбитали атома серебра. Взяли бы Штерн и Герлах другое вещество для эксперимента, где все электроны парные и компенсируют моменты друг друга, не факт, что у них бы что-то получилось. Так, случайность как минимум дважды сыграла главную роль в этой цепочке событий.

Ещё немного истории

Когда все отошли от первого шока, стало интереснее заглянуть ещё глубже и понять вращаются ли ядра атомов, как и планеты, есть ли у них свой магнитный момент и самое главное, квантуется ли он. В экспериментальной установке Штерна-Герлаха электронные оболочки мешали это выяснить, так как момент электронов был много больше, чем у ядер. Одним довольно логичным решением оказалось использовать в экспериментах вместо атомов целые молекулы. Ведь если два атома с одним внешним электроном образуют молекулу, то магнитный момент оболочек будет скомпенсирован, и станет видно только момент ядер. Таким образом удалось определить, что момент есть в наличии у ядер водорода (протонов), однако точно измерить его не получалось. И тут за дело взялся Исидор Раби. Он улучшил разработку своих коллег, скрестив в своём аппарате сразу две их секции:

Парные магниты А и В повторяли собой конструкцию Штерна-Герлаха, но при этом технологично были более совершенны. Вместо постоянных везде были использованы компактные и температурно-стабилизированные электромагниты с активным жидкостным охлаждением. Это позволяло точнее контролировать и без того многочисленные переменные величины эксперимента и избавиться от кучи проблем связанных с неодинаковостью параметров молекул в пучках. Предполагалось, что пучок молекул входит в установку немного под углом и дважды изгибаясь снова фокусируется на выходе, где стоит детектор. Он, кстати, тоже стал электронным и курить около него не требовалось:

Хитрость была в том, что пары магнитов А и B были расположены с противоположной друг другу по вертикали полярностью, что и позволяло загибать и разгибать обратно пучки используя только магнитный момент ядер атомов. Две синие кривые на рисунке показывают путь молекул с разной скоростью и угловым моментом. Как бы они ни старались, в середине установки они были в одинаковых условиях и над ними можно было проводить всяческие манипуляции. Именно там Раби разместил третий электромагнит, помеченный как «С» с однородным полем, направленным уже горизонтально и, чтобы совсем стало сложно и научно, ещё и небольшие витки из медных трубочек внутри этого магнита, подключаемые к высокочастотному генератору.

Идея Раби была основана на теории о том, что у молекул, ядер атомов и электронов в постоянном магнитном поле должен быть разный угловой, а следовательно, и магнитный момент. Предпосылки к таким умозаключениям выросли опять же из механики: имея две юлы с разной массой вы скорее всего получите разные скорости их вращения в одном и том же поле тяготения вашей планеты и при прочих других равных условиях. А потому он предполагал, что когда пучок молекул попадает в магнит «С», на вращающиеся ядра составляющих их атомов можно будет выборочно воздействовать при помощи переменного поля подходящей частоты и таким образом переориентировать их в пространстве. Если такое произойдёт, то пучок молекул уже не сможет достигнуть детектора, так как он изогнётся в другую сторону. Именно такая ситуация показана на рисунке в виде перехода синих кривых в желтые.

Раби подавал на медные витки в центре установки фиксированный высокочастотный сигнал 3.5 МГц и менял ток в центральном электромагните, таким образом регулируя величину поля. В какой-то момент было зафиксировано отклонение пучка от детектора, что означало, что магнитный момент ядер поменялся под воздействием внешнего сигнала. Причём важно отметить, что процесс происходил довольно внезапно, то есть носил резонансный характер. Это было свидетельством квантовой природы феномена. Ядра при смене своего магнитного состояния поглощали энергию фотонов только строго определённой величины, и конечно же, количество таких состояний было ограничено:

Первый в мире график, демонстрирующий ядерный магнитный резонанс, именно Раби дал этому эффекту его имя (1938 г.). Получен он на пучках хлорида лития, содержащих изотоп 7Li.

Зная параметры процесса, стало возможным с небывалой точностью измерять магнитные моменты ядер разных атомов. Правда даже гениальному Раби на тот момент не пришло в голову, что открытый им эффект может быть повёрнут с ног на голову и использован где-то ещё кроме экспериментальных вакуумных установок для ядерной физики.

Лишь некоторое время спустя, в разных местах планеты Феликс Блох, Эдвард Пёрселл и Константин Завойский независимо обнаружили, что магнитный резонанс – это не только поглощение энергии ядрами, для смены их магнитной ориентации, но ещё и последующий процесс её высвобождения при их возвращении в предыдущее состояние. Оказалось, что такие сигналы релаксации вполне можно детектировать и в обычных материалах и предметах, а не только с отдельными атомами или молекулами в пучках. Достаточно поместить исследуемый объект в однородное магнитное поле, побеспокоить его другим перпендикулярным полем, и ядра атомов (или электроны) хором начнут отвечать:

Как измеряются сигналы магнитного резонанса. Стрелка компаса имитирует общую суммарную намагниченность ядер атомов внутри какого-либо объекта. Для их возбуждения на катушку можно подавать постоянный ток, или же сигнал определённой частоты (что, конечно, более эффективно). На экране осциллографа — сигнал релаксации от ядер атомов, снимаемый с той же катушки. Частота его специфична для разных атомов и даже их позиций в молекулах вещества.

Такой разворот открыл человечеству небывалые перспективы для новых методов определения состава веществ, структур молекул и всякой там томографии при помощи одних только магнитных полей. Все кроме Завойского в итоге получили нобелевские премии, химики – крутейшие спектроскопические анализаторы для лабораторий, а вы — возможность посмотреть, что же там болит в пояснице без какого-либо внешнего вмешательства.

Дико неэффективный процесс

Сегодня мы уже знаем, что ничего нигде в атомах не вращается. Ведь, например, чтобы получить величину магнитного момента электрона, наблюдаемую экспериментально, последний в своём вращении должен превышать скорость света где-то в сто раз, что крайне сомнительно. А ещё выяснилось, что он не возвращается в исходное состояние за один оборот, как это происходит с привычными нам в быту предметами. Поэтому для всех этих квантовых странностей был введён специальный отдельный термин «спин». Он есть и у ядер, которые следуют похожей никому непонятной логике.

Также выяснилось, что далеко не с любыми атомами магнитно-резонансные фокусы работают. Необходимым условием оказалось наличие нечётного количества протонов и (или) нейтронов в ядре. Но тем не менее, охват таблицы Менделеева впечатляет. Вот современные сводные данные от лаборатории государственного университета Флориды, где профессионально увлекаются вопросом:

Как видите, покрытие практически полное. Однако нельзя игнорировать слово «изотопы». Оно присутствует на картинке вовсе не для научного занудства. Многие химические элементы в обычном своём состоянии не удовлетворяют условиям получения сигналов от их ядер, а потому приходится выкручиваться с их собратьями другой массы, которые зачастую и не особо интересны для исследователей.

Другая титаническая проблема состоит в том, что ядра будучи не в лабораторных условиях, а внутри вещества упорно не хотят поляризоваться внешним магнитным полем, особенно если оно слабое. Причин для этого на атомных масштабах целая куча, но мы с высоты своих гигантских размеров не имеем возможности особо в них вникать, а поэтому называем ёмким термином «температура». Так, например, в поле величиной 1 Тесла (примерно такое можно найти у самой поверхности неслабых таких неодимовых магнитов) при комнатной температуре поляризация ядер водорода будет всего лишь 3 ядра на миллион своих ленивых собратьев, которые участвовать в этом откажутся. Разумеется, поймать сигнал от трёх ядер малореально, даже если задействовать самые топовые технологии человечества. Выручает тот факт, что в одной лишь капле воды атомов водорода будет где-то в районе 3,34*10^21. Благодаря такому безумному множителю мы уже можем что-то с этим сообразить.

Вообще говоря, водород как будто идеально был создан для магнитного резонанса: он есть практически везде и в больших количествах а его частота прецессии в магнитных полях, которые мы можем технически организовать или даже найти в природе — очень удачно подходит под возможности нашей приёмной электроники. Именно сигналы этого элемента чаще всего измеряют во всех сферах деятельности, где так или иначе замешан ядерный магнитный резонанс. И именно поэтому далее мы будем получать сигналы от протонов водорода в нашем самодельном магнитометре.

Ну наконец-то! Переходим к практике

Итак, довольно историй, пора действовать! Сперва понадобится найти подходящую ёмкость для водорода. Шучу, нам сойдет любая чистая вода, даже из-под кулера в вашем офисе (но в идеале, конечно, дистиллированная). Нужных атомов в ней будет предостаточно. Но тем не менее, не повторяйте моих ошибок и найдите по-настоящему герметичную ёмкость для жидкости. Для выбора её размеров есть ограничения с двух сторон — слишком маленькая бутылочка даст в итоге очень слабый сигнал, слишком большую использовать нецелесообразно экономически, так как впоследствии потребуется намотать вокруг неё катушку медного провода, который сегодня в дефиците. Я остановил свой выбор на баночке из-под жвачки:

Баночка из-под жвачки избавлена от содержимого и этикетки. Катушка справа — спойлер к дальнейшим действиям.

Следующий важный компонент — много медной проволоки. Понадобится как минимум метров 50-80 если речь идёт о диаметре 0.08 мм, который использовал я. В моём случае она была аккуратно выдрана из сломанного двигателя от какой-то бытовой техники. Вообще говоря, чем больше будет у вас проволоки и чем она толще — тем лучше для экспериментов. Проволоку надо намотать прямо поверх бутылки. Я использовал суперклей для фиксации в начале и прямо в процессе. Если вы когда-либо собирали катушку Тесла, то это не вызовет у вас затруднений. Да, нам понадобится значение индуктивности этой самодельной катушки далее, так что если у вас нет приборов для её измерения, то придётся считать витки по ходу дела:

Мотаем первый слой, не останавливаемся, и также мотаем поверх второй и третий. Резинка на горлышке немного поможет от будущих протечек.

Данная конструкция будет одновременно служить и для возбуждения протонов в воде и для приёма сигнала от них. Поэтому катушка должна иметь с одной стороны как можно большую индуктивность (много витков), с другой — не слишком большое сопротивление (мало витков). Эти условия как два конца одной палки, поэтому придётся находить баланс, учитывая материалы, которые вы найдёте. Для поляризации протонов на катушку понадобится подавать ток в пределах 250-750 мА, соответственно, если намотаете слишком много, то придётся объединять кучу батареек последовательно, чтобы получить нужный ток. Да-да, именно батареек. Забудьте про любые импульсные источники питания и стабилизаторы, ибо данный процесс будет дико чувствительным к любым помехам. Сопротивление моей катушки получилось около 27 Ом, что потребовало в итоге использования как минимум одного (18 В) аккумулятора от шуруповёрта для получения нужного тока поляризации.

Процесс работы устройства будет выглядеть так:

Принцип работы простейшего магнитно-резонансного протонного магнитометра (о-о-о-чень упрощённый).

Мы поляризуем протоны воды магнитным полем, создаваемым катушкой, а далее подключаем её к аудио-усилителю и слушаем ответные сигналы водорода. Частота сигналов будет зависеть от величины внешнего однородного магнитного поля, в котором находится бутылочка. Где ж его взять? Оно уже здесь вокруг вас, бесплатно предоставлено в пользование нашей любимой планетой Земля. Так удачно совпало, что резонансные сигналы водорода в поле Земли будут в районе 2 кГц, прекрасно слышимых нашими ушами (не зря же выбирали водород!).

К сожалению, сигналы эти, несмотря на огромное количество протонов в воде, будут категорически слабыми, с амплитудой где-то в десяток микровольт в лучшем случае. Посему просто прицепить к катушке переключатель и динамик как на анимации выше не прокатит, и без специального усилителя тут не обойтись. И спаять его придётся самостоятельно:

Да, коэффициент усиления будет бешеный, но и мы собираемся тут атомные ядра слушать, а не перфоратор соседа.

Общую архитектуру я скопировал отсюда, хотя компонентно моё решение думаю будет даже проще для повторения. Нам понадобится всего лишь три микросхемы двойных операционных усилителей. Я использовал то что было под рукой (TL082), но безусловно можно найти и что-то получше. Для данной задачи нужно обратить внимание на такие характеристики как коэффициент шума и входное сопротивление. Чем первая ниже, а вторая соответственно выше, тем будет лучше устройство работать в итоге.

Итак, главная причина, по которой усилитель надо собрать самостоятельно состоит в том, что его конструкция будет буквально зависеть от того, на каком месте планеты вы находитесь. Так как мы задействуем в эксперименте магнитное поле Земли, то перед созданием схемы сначала надо примерно выяснить величину этого поля, после чего получить значение рабочей частоты, а от него уже посчитать номиналы элементов схемы.

Карта магнитных полей нашей планеты, значения представлены в нанотесла.

По такой карте выходит довольно грубая прикидка, поэтому тут можно схитрить и использовать плоды прогресса. В смартфоне, с которого вы вероятнее всего читаете этот текст, уже есть магнитометр, который можно задействовать для более точных локальных измерений. Также в маркетах много приложений, которые показывают величины для вашей местности (напр. CrowdMag). В моём случае я выяснил величину в 49600 нанотесла. Её нужно умножить на гиромагнитное соотношение для водорода (42.58) и разделить на тысячу чтобы не было путаницы в порядках. Таким образом у меня вышло 2112 Герц. Это число далее будем использовать для подбора резонансного конденсатора, а также полосовых фильтров в схеме усилителя.

Кстати, вот и она:

Нажмите чтобы увидеть полный размер.

Несмотря на то, что выглядит сложно, она состоит из одинаковых кирпичиков — ступеней усиления, повторяя структуру с картинки выше. Если уж у вас хватит усидчивости мотать катушку, то спаять вместе три микросхемы — и подавно.

Небольшое описание к схеме

Кратко пройдёмся по ней слева-направо: сигнал приходит с катушки и встречает два диода 1n4007. Они ограничивают максимальную амплитуду на входе усилителя, чтоб не спалить его при тестах.

Следом идёт конденсатор. Он является, наверное, самым критичным элементом, и должен чётко быть в резонансе с катушкой. Именно для расчёта его номинала нам нужно значение индуктивности последней, а также рабочая частота контура (2112 Гц в моём случае). В интернете полно калькуляторов для его вычисления. Обратите внимание, для вашей местности номинал будет скорее всего отличаться от моего! Если вдруг у вас есть векторный анализатор (напр. OSA103), то настроить резонансный контур будет проще простого. Особо отчаянные могут использовать научный метод подбора и генератор. Чем меньше индуктивность вашей катушки — тем больше придётся делать номинал этого конденсатора.

Затем идут каскады усиления. Каждому операционному усилителю в соответствии с нужным коэффициентом вычисляются номиналы резисторов, тут можно просто повторить представленные в моей схеме. А вот для ступеней полосовых фильтров придётся применить вот этот калькулятор (снова используем значение частоты, полученное ранее). В итоге во всей схеме получается четыре одинаковые каскада, отличающиеся лишь номиналом одного резистора и две ступени с дополнительными резисторами и конденсаторами, формирующие фильтры. Как и в соц сетях, без фильтров тут никак не обойтись.

Катушки индуктивности на линиях питания — тоже важный элемент, предотвращающий взаимодействие каскадов друг с другом, их надо поставить обязательно. Номинал я не написал, так как намотал их наобум, но в данном случае — чем больше мкГн тем лучше.

На выходе последнего операционника стоит электролитический конденсатор, он позволяет отсечь постоянный ток через наушники, чтобы выход нашего усилителя не надорвался, если вдруг сопротивление подключенных динамиков будет слишком малым.
Для запитки усилителя снова потребуются батарейки. Я задействовал две «кроны», так как TL082 хочет двухполярного питания для нормальной работы. В любом случае, не следует использовать один и тот же источник питания для запитки усилителя и для поляризации во избежание недоразумений.

Чтобы читатель не пугался всех этих электронных сложностей, я спаял схему в максимально небрежной и раздолбайской манере и ещё и на макетке. Это было сделано умышленно и должно продемонстрировать насколько грубой может быть реализация такого чувствительного прибора, но работать он всё равно будет:

Электронный NSFW

Мне настолько понравилось мотать катушки в процессе экспериментов, что и мелкие блокирующие индуктивности я изготовил самостоятельно, используя в качестве основы гильзы для обжима проводов. К сожалению, один из операционников у меня был только в мелком корпусе, отсюда такие страсти на обратной стороне платы. Кстати, она вышла эко-френдли, все компоненты кроме SMD я взял со старой сломанной техники.

А работать усилитель будет в полевых условиях. Поэтому желательно засунуть всё в какой-никакой корпус. Я распечатал вот такую коробочку из трёх частей с претензией на дизайн:

Усилитель в сборе. Внутри платка и две батареи «крона». Кнопка просто выключатель для питания, чтобы не сажать батареи попусту.

Вход усилителя будет соединяться с переключателем поляризации и далее с катушкой при помощи коаксиальных кабелей, именно поэтому вы наблюдаете SMA разъём спереди. Коаксиальные кабели нужны чтобы защитить и так слабые сигналы от внешних наводок. В целом для этого сойдёт абсолютно любой антенный кабель и разъёмы к нему. Единственное, нельзя размещать никаких магнитных частей около катушки, а саму катушку расположить как минимум в метре от усилителя.

Вернёмся к катушке

Прерывать в катушке индуктивности ток — это очень нехорошо. Катушки такое не любят и в ответ выдают большое обратное напряжение на своих концах. Разумеется, в таких условиях ничего измерять нельзя. Чтобы избавиться от этого паразитного эффекта, достаточно воткнуть в схему ещё один диод, повесив его прямо на её выводы:

Схема подключения катушки к диоду, переключателю поляризации и усилителю.

Катушка соединяется при помощи длинного кабеля к кнопке с батареей — переключателю режимов «поляризация» и «приём», а та — уже при помощи короткого коаксиала к усилителю.

Итак, если вы таки соберёте всё это дело вместе и включите, в наушниках вы должны услышать знакомое радиоприёмное «пшшш». Да, усилитель (будучи собран без ошибок) будет настолько чувствителен, что вы с его помощью сможете слышать вообще всё: статику от переливающейся воды в ёмкости с катушкой, трение коаксиального кабеля о пол, любые источники электромагнитного излучения, особенно всепроникающие 50 Герц и их гармоники. Даже узкополосные фильтры в нашей схеме увы не помогут это отфильтровать. В такой какофонии звуков пытаться расслышать жалкие сигналы атомных ядер просто невозможно физически. Чтобы прикоснуться к протонной магии, придётся отправится в путешествие подальше от людей. Только отринувши мирскую суету можно будет познать природу настолько глубоко.

Чем дальше от цивилизации и металлических объектов — тем лучше.

Перед стартом позаботьтесь о подставке для катушки. Измерения лучше проводить в метре от поверхности земли или выше, там поле более однородное. Я использовал пластиковую палку и распечатал небольшой крепёж для бутылочки:

Следы на катушке — это излишки суперклея.

Снизу крепления я сделал градуированную шкалу с шагом 22.5 градуса. Дело в том, что максимально эффективно процесс релаксации протонов будет происходить только когда бутылочка ориентирована в направлении на запад или восток. Нормального компаса у меня под рукой не было, и я решил сделать серию измерений, чтобы точно не ошибиться.

Вся установка в одном кадре:

Итак, когда все условия будут соблюдены, после нескольких секунд поляризации вы услышите его:

Первый щелчок на аудио обозначает старт тока через катушку и начало поляризации, а второй возникает при переключении в режим приёма. Именно протяжный угасающий звук колокольчика после второго щелчка — это и есть далёкий чарующий голос протонов, доносящийся из глубокой бездны ядерных масштабов. Длится он целых пару секунд, так что перепутать его с чем-либо ещё будет сложно. Построим в matplotlib спектрограмму этого сигнала:

Это спектры шестисекундного отрывка со стартом от второго щелчка.

Измеренная частота довольно близко оказалась к расчётной! Далее я провёл измерения сигнала в разных положениях поворота бутылочки, чтобы найти заветное направление запад-восток.

Что интересно, частота не сильно менялась от измерения к измерению.

Тут меня ждал сюрприз, так как по ожиданиям должно было быть два максимума за полный оборот, а вместо этого, я получил один. Я провёл два раунда таких измерений, поворачивая бутылку сначала по часовой стрелке, затем против неё, пока не заметил, что вода в ней заметно нагрелась от тока, периодически текущего по катушке, на чём я и решил остановиться. Результаты я представил в виде диаграммы направленности:

График зависимости максимальной амплитуды сигнала от угла поворота бутылочки. По идее тут должна была быть «восьмёрка», но что-то пошло не так.

Такой результат вышел очень занятным, в качестве варианта объяснения, я могу предположить, что бутылочка была слегка под наклоном, а из-за того, что её конструкция не позволяла наполнить её доверху, там был воздушный пузырь, который переходил из одного её конца в другой, меняя количество воды внутри катушки, а соответственно и протонов. На этом мои эксперименты подошли к концу, а вот возможные применения для приборчика — нет.

Ну и зачем это всё?

Итак, полученный девайс не зря называется магнитометром. В первую очередь, он позволяет точно измерить величину магнитного поля планеты, достаточно использовать формулу для расчёта рабочей частоты в обратную сторону (мой результат 50186 нанотесла). Поле Земли непостоянно, и можно следить за его сезонными и годовыми изменениями, чтобы, например не проворонить переполюсовку. Также такой магнитометр можно использовать в археологических изысканиях, чтобы находить следы древних строений и их фундаментов, а ещё строить всякие интересные карты, привязав измерения к координатам GPS.

Далее, можно сделать две такие бутылочки и повесить их на концы длинной палки. В таком случае мы получим металлоискатель, работающий за счёт разницы резонансных частот протонов. Если в магнитном поле будут локальные неоднородности, то такая конструкция позволит их отыскать. Она, кстати, была предложена впервые аж в 1967 году,

за много лет до этих всяких МРТ

Картинка из статьи с примером использования дифференциального ядерного магнитометра — металлоискателя.

Кроме того, никто не заставляет ставить эксперименты только над водой. Можно залить и любую другую жидкость, где есть протоны и измерить резонансные частоты ядер в ней. Кто-то даже строит в таких условиях целые спектры. Конструкцию приёмника, для этого правда, придётся доработать, так как в данной статье она узкополосная.

Если добавить к этой штуке градиентные обмотки и какую-нибудь ардуину, то можно получить простейший аппарат МРТ для применения в полях. Он, конечно, будет очень долгим и разрешение картинок будет оставлять желать лучшего, но зато не требует никакого гелия и записи на приём за неделю.

Вот такой получился рассказ. Я надеюсь, что вы, как и я оценили объём практической и теоретической работы, который стоит за этим маленьким «дзынь», еле слышимым в наушниках. Квантовый мир хоть и окружает нас повсюду, но в тоже время он такой же далёкий, как и космос. Сегодня мы немного побыли в роли астрономов, которые развернули свои телескопы в другую сторону шкалы масштабов. Мир вокруг нас интересен в каждой мельчайшей детали, и поразительно как при помощи бутылки с водой и мотка проволоки можно немного коснуться самой его сути.

Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!

В настоящий момент известно что фотон обладает

Фотон. Строение фотона. Принцип перемещения.

Часть 1. Исходные данные.

Часть 2. Основные принципы строения фотона.

Часть 3. Квант энергии и квант массы.

Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.

Часть 1. Исходные данные.

1.1. Фотон — это элементарная частица , квант электромагнитного излучения.

1.2. Фотон не может быть разделен на несколько частей и не распадается спонтанно в вакууме.

1.3. Фотон является истинно электронейтральной частицей. Скорость перемещения (движения) фотона в вакууме равна «с».

1.4. Свет представляет собой поток локализованных частиц — фотонов.

1.5 . Фотоны излучаются во многих природных процессах, например: при движении заряженных частиц с ускорением (тормозное, синхротронное, циклотронное излучения) или при переходе электрона из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Это происходит в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращения кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную (и наоборот).

1.6. Фотону свойственен корпускулярно-волновой дуализм:

— с одной стороны фотоны демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной волны фотона;

— с другой стороны фотон ведет себя как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами) или считаются точечными (электрон).

1.7. Учитывая тот факт, что одиночные фотоны демонстрирует свойства волны, вполне достоверно можно утверждать, что фотон представляет собой «миниволну» (отдельный, компактный «кусочек» волны). При этом должны учитываться следующие свойства волн:

а) э лектромагнитные волны (и фотон) — это поперечные волны, в которых векторы напряженности электрических (E) и магнитных ( H) полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Электромагнитные волны (фотон) можно передать от источника к приёмнику, в том числе и через вакуум. Им не требуется среда для своего распространения.

б) половина энергии электромагнитных волн (и фотона) является магнитной.

в) для характеристики интенсивности волнового процесса используют три параметра: амплитуда волнового процесса, плотность энергии волнового процесса и плотность потока энергии.

1.8. Кроме того, при рассмотрении схемы строения фотона и принципа его перемещения были учтены следующие данные:

а) излучение фотона практически проходит за период времени порядка 10 -7 сек — 10 -15 сек. За этот период электромагнитное поле фотона возрастает от нуля до максимума и вновь падает до нуля. См. рис.1.

б) график изменения поля фотона никак не может быть куском обрезанной синусоиды, т.к. в местах обрезки возникали бы бесконечные силы;

в) поскольку частота электромагнитной волны — это величина, которая наблюдается в опытах, то эту же частоту (и длину волны) можно приписать и отдельному фотону. Поэтому параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h* f , где h — постоянная Планка, которая связывает величину энергии фотона с его частотой ( f ).

Рис. 1. Фотон является материальной частицей и представляет собой компактный (имеющий начало и конец), неделимый «кусочек» волны, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. Магнитные поля условно не показаны.

Часть 2. Основные принципы строения фотона.

2.1. Практически во всех статьях по электромагнитным волнам (фотонам) на рисунках описывается и графически показывается волна, состоящая из двух полей — электрического и магнитного, например, цитата: «Электромагнитное поле представляет собой совокупность электрического магнитного полей. ». Однако существование «двухкомпонентной» электромагнитной волны (и фотона) невозможно по одной простой причине: однокомпонентного электрического и однокомпонентного магнитного поля в электромагнитной волне (фотоне) не существует и существовать не может. Объяснение:

а) существуют теоретические модели-формулы-законы, которые используются для расчетов или определения параметров в идеальных условиях (например — теоретическая модель идеального газа). Это вполне допустимо. Однако для расчетов в реальных условиях в эти формулы вводятся поправочные коэффициенты, которые отражают реальные параметры среды.

б) также существует теоретическая модель под названием «электрическое поле». Для решения теоретических задач это допустимо. Однако реально существуют только два электрических поля: электрическое поле-плюс (№1) и электрическое поле-минус (№2). Субстанции под названием «беззарядовое? электронейтральное? электрическое поле №3» в реальности не существует, и существовать не может. Поэтому, при моделировании реальных условий в теоретической модели под названием «электрическое поле» всегда необходимо учитывать два «поправочных коэффициента» — реальное электрическое поле-плюс и реальное электрическое поле-минус.

в) существует теоретическая модель под названием «магнитное поле». Это вполне допустимо для решения некоторых задач. Однако реально у магнитного поля всегда существуют два магнитных полюса: полюс №1 (N) и полюс №2 (S). Субстанции под названием «бесполюсное? магнитное поле №3» в реальности не существует и существовать не может. Поэтому, при моделировании реальных условий в теоретической модели под названием «магнитное поле» всегда необходимо учитывать два «поправочных коэффициента» — полюс- N и полюс- S.

2.2. Таким образом, учитывая вышесказанное можно сделать вполне однозначный вывод: фотон является компактной (имеющий начало и конец), материальной частицей, у которой материя представляет собой совокупность двух электрических (плюс-минус) и двух магнитных (N-S) полей, способных распространяться от своих источников без затуханий (в вакууме) на сколь угодно большие расстояния. См. рис.2.

Рис.2. Фотон представляет собой совокупность двух электрических полей (плюс и минус) и двух магнитных полей (N и S). При этом полностью соблюдается общая электронейтральность фотона. В данной работе принимается, что электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S.

Часть 3. Квант энергии и квант массы.

3.1. С одной стороны фотон представляет собой компактную, неделимую частицу, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. То есть фотон имеет вполне реальный линейный размер (начало и конец).

3.2. Однако с другой стороны параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h* f , где h — постоянная Планка (эВ*сек), элементарный квант действия (фундаментальная мировая константа), которая связывает величину энергии фотона с его частотой ( f ).

3.3. Это позволяет полагать, что все фотоны состоят из вполне определенного количества (n) «самостоятельных» электронейтральных «усреднённых» элементарных квантов энергии (эВ) с абсолютно одинаковой длиной волны ( L ). В этом случае энергия любого фотона равна: Е = е₁*n, где (е₁) — энергия элементарного кванта, (n) — их количество в фотоне. См. рис.3.

Рис.3.

а) «нормальный» фотон (электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля);

б) тот же фотон из «усреднённых» квантов. Можно допустить, что любой фотон состоит из вполне определенного количества абсолютно одинаковых «усреднённых» элементарных квантов энергии;

в) элементарный «усреднённый» квант энергии фотона. Элементарный квант энергии (размерность — эВ) абсолютно одинаков для всех электромагнитных волн всех диапазонов и аналогичен элементарному кванту действия Планка, (размерность — эВ*сек). В этом случае: Е (эВ) = h* f = е₁*n.

3.4. Материя фотона. Фотоны излучаются в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращение кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную и наоборот — превращение электромагнитной энергии фотонов в кинетическую энергию заряженной частицы. Однако кинетическая энергия нематериальна, а электромагнитная энергия фотона обладает всеми свойствами материи. Таким образом: в результате основного фундаментального превращения в Природе нематериальная кинетическая энергия заряженной частицы преобразуется в энергию электрических и магнитных полей фотона, который обладает вполне реальными свойствами материи: импульсом, скоростью, массой и др. характеристиками. Поскольку фотон материален, то материальны и все составляющие его части. То есть: элементарный квант энергии автоматически является элементарным квантом массы.

3.5. Любой фотон состоит из вполне определенного количества «самостоятельных» электронейтральных элементарных квантов энергии. И рассмотрение схемы строения элементарного кванта показывает, что:

а) элементарный квант невозможно разделить на две равные части, поскольку это автоматически будет являться нарушением закона сохранения заряда;

б) от элементарного кванта также невозможно «отрезать» более мелкую часть, поскольку это автоматически приведет к изменению значения постоянной Планка (фундаментальной константы) для этого кванта.

Первое. Превращение электромагнитной энергии фотонов в кинетическую энергию заряженной частицы не может быть непрерывной функцией — электромагнитная энергия может превращаться в кинетическую энергию частиц (и наоборот) только при значениях энергии кратных одному элементарному кванту энергии.

Второе. Поскольку оболочки кварков, протонов, нейтронов и др. частиц представляют собой уплотнённую электронейтральную материю фотонов, то массы этих оболочек также имеет значения , кратные элементарному кванту массы.

3.7. Примечание: тем не менее, разделение элементарных квантов на две абсолютно равные части (положительную и отрицательную) вполне возможно (и происходит) при образовании электрон-позитронных пар. В этом случае масса электрона и позитрона имеет значения , кратные половине элементарного кванта массы (см. « Электрон. Образование и строение электрона. Магнитный монополь электрона»).

Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.

4.1. Перемещение материального фотона-частицы может осуществляться только двумя способами:

Вариант-1: фотон перемещается по инерции;

Вариант-2: фотон является самодвижущейся частицей.

4.2. По неизвестным причинам, именно инерционное движение электромагнитных волн (и фотонов) либо подразумевается, либо упоминается и графически показывается практически во всех статьях по электромагнитным волнам, например: Wikipedia. Electromagnetic radiation. English. См. рис.4.

Рис.4. Пример инерционного перемещения фотона (Wikipedia. Electromagnetic radiation). Фотон перемещается мимо наблюдателя слева направо со скоростью V = «с». При этом все лепестки синусоиды не меняют своих параметров, то есть: в системе отсчёта фотона они абсолютно неподвижны.

4.3. Однако инерционное движение фотона невозможно, например, по следующей причине: при прохождении фотона сквозь препятствие (стекло) его скорость уменьшается, но после прохождения препятствия (одного или нескольких) фотон вновь «мгновенно» и восстанавливает свою скорость до «с» = const. При инерциальном движении такое самостоятельное восстановление скорости невозможно.

4.4. «Мгновенный» набор скорости фотоном (до «с» = const) после прохождения препятствия возможен только при условии, если сам фотон является самодвижущейся частицей. При этом механизмом самопередвижения фотона может являться только переполюсовка имеющихся в наличии электрических (плюс и минус) и магнитных (N и S) полей с одновременным смещением фотона на полпериода, то есть с удвоенной частотой (2* f ). См. рис.5.

Рис.5. Схема перемещения фотона за счёт переполюсовки полей. «Фрагмент» — последовательность переполюсовки поля-плюс.

4.5. Объяснение механизма перемещения фотона основывалось на следующих данных:

а) электромагнитное поле фотона представляет собой совокупность переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей;

б) электрические и магнитные поля фотона не могут исчезнуть — они могут только превращаться друг в друга. Порождение магнитного поля переменным электрическим полем является фундаментальным явлением природы;

в) магнитное поле появляется только при наличии изменяющегося во времени электрического поля и наоборот (всякое изменение электрического поля возбуждает магнитное поле и, в свою очередь, изменение магнитного поля возбуждает поле электрическое). Поэтому магнитные поля фотона могут возникнуть только при наличии у фотона переменных по знаку и изменяющихся во времени электрических полей (в системе отсчёта фотона).

4.6. При объяснении механизма переполюсовки фотона рассматривались следующие варианты:

а) наличие свободного пространства впереди фотона. Фотон представляет собой компактный, неделимый «кусочек» волны в виде синусоиды, у которой электромагнитные поля возрастает от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. То есть: «тело» фотона имеет вполне реальную геометрическую длину (начало и конец). Движение фотона происходит за счёт перемещения фотона на расстояние одного полупериода (1/2L) за каждый акт переполюсовки. И это перемещение всегда может происходить только в одну сторону (вперед), где перед фотоном имеется в наличии свободное пространство;

б) «Борьба противоположностей». Электромагнитное поле фотона представляет собой совокупность переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей. В данной работе принимается, что электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S. Но в этом случае возникает постоянное (и законное) стремление магнитных полей N и S состыковаться друг с другом, то есть создать полноценный «двухполюсной магнит». Для этого одно из магнитных полей обязано сдвинуться на полпериода. Однако магнитные и электрическими поля «намертво» связаны между собой, и всякая попытка магнитного поля «освободится» от электрического поля «мгновенно» приводит к ответной реакции противодействия — вызывает переполюсовку (переброску) всех полей и их автоматическое смещение на полпериода.

4.7. Поскольку других вариантов объяснения механизма самопередвижения фотона не просматривается, то перемещение фотона за счёт переполюсовки полей, по-видимому, является единственным решением проблемы. Ибо только режим переполюсовки позволяет поддерживать режим самодвижения фотона и одновременно обеспечить соблюдение фундаментального закона Природы — порождение магнитного поля при наличии переменного по знаку и меняющегося во времени электрического поля (и наоборот). Предложенные варианты механизма переполюсовки (причин и последовательности) требуют дополнительных проработок, которые в данной работе не могут быть представлены. Тем не менее, приведенные объяснения являются приемлемым выходом из создавшейся ситуации в решении проблемы постоянства скорости света, поскольку позволяют с той или иной степенью достоверности объяснить механизм самопередвижения фотона.

4.8. Скорость фотона. Скорость (с) электромагнитных волн (фотонов) в вакууме, их частота ( f ) и длина волны ( L ) жестко связаны формулой: с = f * L . Однако при этом следует иметь в виду, что перемещение фотона происходит за счёт одновременной переполюсовки его электрических и магнитных полей, во время которой фотон смещается на расстояние одного полупериода ( L/2) за каждый акт переполюсовки, то есть с удвоенной частотой. С учётом этого формула скорости будет иметь вид с =2 f * L /2, что абсолютно идентично основной формуле: с = f * L .

5. Таким образом:

5.1. Фотон является локализованной (компактной) материальной частицей, у которой материя представляет собой совокупность двух электрических (плюс и минус) и двух магнитных (N и S) полей, значения которых возрастают от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля. При этом полностью соблюдается общая электронейтральность фотона.

5.2. В результате основного фундаментального превращения в Природе нематериальная кинетическая энергия заряженной частицы преобразуется в материальную энергию электрических и магнитных полей фотона. Фотон материален и состоит из вполне определенного количества абсолютно одинаковых «усреднённых» элементарных квантов энергии, которые автоматически являются элементарными квантами массы.

5.3. Фотон является самодвижущейся частицей способной перемещаться от своего источник на сколь угодно большие расстояния (в вакууме). Ему не требуется среда для своего перемещения. Движение фотона происходит за счёт переполюсовки переменных электрических (плюс-минус) и магнитных (N и S) полей, во время которой фотон смещается на расстояние одного полупериода за каждый акт переполюсовки.

5.4. В данной работе принимается, что в каждом элементарном кванте электрическое поле-минус стыкуется с магнитным полем-N, а электрическое поле-плюс стыкуется с магнитным полем-S. Другие варианты стыковки полей требуют дополнительных проработок и в данной работе не рассматривались.

Плиз физика С какой скорость распространяется фотон?
a a. Со скоростью света
b. Со скоростью звука
c. Скорость фотона зависит от частоты
d. Его скорость постоянно меняется

№2 С увеличением частоты электромагнитного излучения …
a a. В большей степени проявляются его волновые свойства
b. В большей степени проявляются его корпускулярные свойства
c. Свойства не изменяются
d. Среди ответов нет верного

№3 Макс Планк выдвинул гипотезу, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными
порциями – …
a a. Квантами
b. Квинтами
c. Квартами
d. Кантами

№4 В настоящий момент известно, что фотон …
a a. Обладает массой
b. Не обладает массой
c. Обладает зарядом
d. Не обладает зарядом

№5 Свет является …
a a. Частным проявлением электромагнитных волн
b. Частным проявлением звуковых волн
c. Частным проявлением гамма-излучения
d. Среди ответов нет верного
b
c
d
№6 Наиболее ярко выраженными корпускулярными свойствами обладает …
a a. Рентгеновское излучение
b. Инфракрасное излучение
c. Ультрафиолетовое излучение
d. Гамма-излучение

№7 Кто создал теорию электромагнитных волн?
a a. Макс Планк
b. Джеймс Максвелл
c. Генрих Герц
d. Альберт Эйнштейн
b
c
d
№8 Какими свойствами обладает свет?
a a. Только волновыми
b. Только корпускулярными
c. И волновыми, и корпускулярными
d. Не волновыми, и не корпускулярными

№9 Какая формула определяет энергию кванта?
a a. E = h/
b. E = /h
c. E = π 
d. E = h

№10 Известно, что упругие поперечные волны возникают …
a a. Только в газах
b. В газах и жидкостях
c. В жидкостях и твёрдых телах
d. Только в твёрдых телах