Текст книги "Этюды о свете"

Автор книги: Фридэн Королькевич

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)

НЕСОВРЕМЕННЫЙ НАУЧНЫЙ УРОВЕНЬ

В книге «Ядерная астрофизика» Фред Хойл сетует: «Всю жизнь мне беспрестанно досаждали рецензенты – эти клопы научного мира». У нас, как известно, такое бывает реже. То денег нет для рецензии, то подходящего рецензента, то смысла.

Работам о свете в этом отношении повезло. В начале 70-х годов им пожелали успеха академики Будкер и Зельдович. А кафедра теоретической физики Московского физико-технического института позже указала на отсутствие размерности энергии у постоянной Планка. Даже редакции «Журнала экспериментальной и теоретической физики», «Писем» в этот журнал и другие возвращали автору десятки вариантов статей с лапидарным отзывом: «Не соответствует современному научному уровню».

Так ведь современному научному уровню не соответствовали в свое время работы Коперника и Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Рентгеновские лучи, электрон и радиоактивность выходили за рамки сложившейся к тому времени суммы знаний. Кроме факта излучения, ничего общего с теорией излучений не имели квантовые идеи Планка. Потому-то они и стали неожиданными открытиями, новым знанием, до уровня которого потом подтягивалась наука.

Отказав работам о свете в нужном им уровне, редакторы тем самым приобщили их к выходящим за рамки известного. А это уже хорошо.

Академик Гольданский заметил однажды, что простым смертным можно заниматься деталями науки, но не ее основами. Это действительно так. Тот, кто занимается основами науки, должен быть, по определению, ниспровергателем существующих основ. А это простым смертным недоступно.

Конечно, идея атома энергии не вписывается в 135-летнюю теорию Максвелла, которая считается современным научным уровнем. Зато она хорошо согласуется с опытами и расчетами. Это автор подробно показал в ранее опубликованных работах и в статье о 100-летии квантовой теории в Интернете (http://cust/idl/com/au/rubbo/quantum).

Восемь лет обсуждения этих работ в России, США и Канаде не выявили ни одного аргумента, опровергающего идею энергоатомарной сущности излучений, прерывности энергетических состояний – фундаментальной основы квантовой теории и соответствующего представления микроструктуры излучений. Напротив. Участники дискуссий приводили немало примеров зернистости света, а также возможности решения назревших проблем теории и практики на базе субквантовых характеристик.

Наряду с этим отмечалась трудность их восприятия и отхода от привычных – электромагнитных. Представить себе трехметровый фотон оранжевого света, из которого выделен оптический эталон метра, смогли далеко не все участники обсуждений. Хотя их воображение отказывалось нарисовать такой фотон и в образе элементарной частицы, которой принято его считать.

В нынешних теориях света – квантовой и волновой – есть много общего с энергоатомарным его представлением. В рамках теорий динамических аналогий, подобия и математического моделирования сочетание их бывает очень полезным. Важно лишь отойти от явных противоречий с опытом, которые тормозят развитие физики и вводят в заблуждение, как это не раз уже происходило.

Идея Пуанкаре, Эренфеста, Иоффе и Планка – идея атома энергии излучений – вряд ли долго будет лишь альтернативой идее эфемерного и загадочного электромагнетизма Максвелла.

Его замечательные уравнения сыграли свою роль в науке и заслужили почетное место в ее истории. Однако если мы хотим понять природу света, то объективный носитель величины постоянной Планка может этому помочь.

Американский ученый и писатель Джон Хорган в книге «Конец науки» предсказал: «Дальнейшие исследования не дадут великих открытий или революций, а только малую, незначительную отдачу». Так ли это?

Подобное было и накануне прошлого века. Когда юный Макс Планк решил посвятить себя физике, профессор Жолли мрачно заметил, что она в основном уже закончена, осталось уточнить детали. Лишь два облачка виднелись на ее чистом небе. Опыт Майкельсона не обнаружил эфира, а формулы излучения расходились с опытом. Но первое облачко привело к теории относительности, второе – к теории квантов. Они стали новыми основами новой физики. Кто-нибудь это предсказал?

Неугомонность исследователей и святая к физике любовь еще дадут великие открытия. Сегодня на горизонте науки десятки «облачков», каждое заключает в себе возможность фундаментального открытия. Одно из них – свет и его производные.

Бернард Шоу говорил, что наука не в состоянии решить ни одного вопроса, не поставив при этом десятка новых. Действительно, на пути к открытию тайны света – вопросы, вопросы, вопросы.

НОВАЯ ТАЙНА СВЕТА

Сенсационное открытие сделали недавно ученые МКБ «Электрон» – крупного оборонного предприятия страны. Они обнаружили наличие в лазерном свете так называемого псиквантового излучения. Об этом сообщила пресса в рекордно жаркие июльские дни 2001 года. Под стать погоде жгучей была и новость: псикванты убивали все живое.

«Объяснить природу псиквантового излучения сегодня мы не в состоянии, – говорил журналистам генеральный директор предприятия Леонид Виленчик. – Что это? Поток нейтрино ультранизких энергий? Продольные электромагнитные волны? Тогда почему оно выходит за физические модели всех известных излучений?»

Псикванты полностью разрушают иммунную систему. Получается своего рода СПИД в новой упаковке, скрытый в лучах бытовых и медицинских лазеров. Но это означает, что на карту поставлено здоровье множества людей.

Начались поиски защиты от патогенного воздействия лазерного излучения. Специалисты предприятия нащупали направление, по которому надо двигаться. Однако для дальнейших исследований нужны достаточно большие средства, которыми ученые не располагают.

Таким образом, свет вновь показал нам, что он далеко не познан, что в нем есть неизвестные грани. Что же это может быть?

Нейтрино? Нет. Во-первых, оно почти неуловимо, и приборы «Электрона» вряд ли его обнаружили бы. Во-вторых, оно безвредно.

Продольные электромагнитные волны? Тоже нет. Продольное движение волн света само по себе невредно. И в тонком лазерном луче даже теоретически невозможно переплетение синусоид электромагнитной индукции, электромагнитных волн. Уравнения Максвелла тут неприменимы.

А вот мизерное сечение субквантов не препятствует их сжатию в луче.

Субквантовое содержание света дает основание предположить: лазерные псикванты – это энергомутанты.

У природы нет лазеров, токамаков и синхрофазотронов. То, что возникает в этих и им подобных сооружениях, природе несвойственно. Таковы трансурановые элементы, жгуты плазмы. Они – искусственные продукты деятельности исследователей. Таковы же, видимо, и побочные продукты лазерного излучения – псикванты.

В сгустке фотонов лазерного луча сталкиваются мириады субквантов, которые совмещаются и этим резко повышают частоту света, образуют фрагменты, всплески рентгеновского и гамма – излучения. Они-то и обладают большой проникающей способностью, разрушают эритроциты крови.

Нелинейная оптика, как известно, допускает такие различные сочетания фотонов, сложение их частоты. Экспериментальный замер частоты в лазерных лучах, вероятно, подтвердит суть такого рода энергомутантов.

Приставка «пси» (от греческого «псилос» – голый, лысый) к слову «квант» увеличивает число самых разнообразных применений этого некогда ясного и точного понятия. Квант стал модным словом, о смысле которого, похоже, не заботятся. Оно украшает вывески многих заведений, кафе и магазинов. В Москве, на Сухаревке, например, это магазин женского белья. Появилась компания «Квант интернешнл», причастная к нефти. Новосибирцы издали книгу Плоткина «Фонологические кванты», Фредерик Пол – бестселлер «Пришествие квантовых котов». Газета «Время МН» недавно писала о квантовых свойствах толстых журналов. Есть телесериал «Квантовый скачок». И т. д.

Но по физической сущности псикванты – это серьезно и опасно. Вряд ли можно устранить их в лазерном свете. Попытаться уменьшить или вовсе устранить их вредное влияние совершенно необходимо. И это возможно.

Есть любопытнейшее явление: свободное прохождение довольно слабых радиоволн через стены домов и полная непроходимость гораздо более энергичных фотонов видимого света даже через тонкий лист бумаги или картона.

Значит, есть вероятность, что, используя свойства различных материалов, можно найти способ защиты от вредоносных пси-квантов лазерных лучей.

Так, например, родство некоторых свойств субквантов и электронов, сходство их оптик, математического формализма их описания дают возможность сопоставить лазерное излучение с прохождением вещества электронами. В книге Валерия Рябова «Эффект каналирования» есть описание условий и принципов, применение которых при нейтрализации отрицательного воздействия псиквантов на здоровье может быть успешным.

И в книге лауреата Нобелевской премии Жореса Алферова «Физика и жизнь» ряд статей посвящен связи лазеров и гетерогенных сред. Отнюдь не исключено, что нейтрализовать псикванты можно применением гетерогенных материалов, уже много давших науке и технике.

Как бы то ни было, открытие псиквантового излучения – еще один шаг в познании света. А значит, у острословов остается все меньше оснований говорить, что свет – это самое темное место в физике.

ОТ ГЛАЗНЫХ ЛУЧЕЙ ДО ПСИКВАНТОВ

Давным-давно единственным оптическим прибором у человека были его глаза. Свет и зрение представлялись ему чем-то близким и общим. Дошедшие до нас первые попытки ответить на вопрос, что такое свет, связаны с образом лучей, которые исходили из глаз и освещали увиденное. Доводы к такому представлению о свете не отличались сложностью: закрывшие глаза ничего не видят, а глаза животных светятся в темноте.

Но уже в IV веке до нашей эры Аристотель возражал: «Если истечения дают видения, то почему мы не видим в темноте?» А Эмпедокл считал, что кроме глазных лучей есть и такие, которые идут от самих предметов. Платон предполагал иное: от предметов исходит флюид, и он встречается со светом, излучаемым глазами человека. Афинский ученый Эпикур и римский философ-поэт Лукреций Кар утверждали, что от светящихся тел отделяются тончайшие пленки, повторяющие форму видимых предметов. Попадая в глаза, такие пленки создают их точный облик.

Демокрит перенес идеи атомизма и на свет. Он полагал, что зрение вызывают мелкие атомы, испускаемые светящимися телами.

В этот период познания света Пифагор, Эвклид и Птолемей создали теорию отражения света и геометрической оптики. В XV веке оптика – в переводе «наука о зрении» – стала самостоятельным разделом физики.

XVII век по праву называют «золотым веком оптики». В те годы были открыты многие новые свойства света, изобретены телескоп и микроскоп. В 1604 году Кеплер объяснил действие очковых линз и описал явление полного отражения света. Точную формулировку закона преломления света нашли Снеллиус и Гюйгенс, Декарт и Ферма. В 1663 году Бойль описал явление интерференции, а в 1665 году Гримальди описал дифракцию. В том же году Ньютон произвел свои знаменитые опыты по разложению солнечного света призмами.

Это явление было известно еще в I веке, но осталось непонятым. Ньютон писал секретарю Королевского общества: «Цвета не являются, как думают обыкновенно, видоизменениями света, претерпеваемыми им при преломлении или отражении от естественных тел, но суть – первоначальные прирожденные свойства света». Он утверждал, что белый цвет – это совокупность простых цветов, составляющих спектр, а свет – поток мельчайших частиц.

Впервые о корпускулярной и волновой природе света сказали французский ученый Пьер Гассенди и итальянский – Франческо Гримальди. Гассенди писал: «Свет есть поток мельчайших корпускул, которые выбрасываются светящимися телами во все стороны и движутся в окружающем пространстве с огромной скоростью». Гримальди утверждал иное: «Распространение света подобно распространению волн на воде». Голландский исследователь Христиан Гюйгенс разработал математический аппарат волновой теории света и объяснил двойное лучепреломление.

Все известные к тому времени оптические явления пытались объяснить различными, даже диаметрально противоположными характеристиками света. Но они относились в основном к представлениям о форме, виде излучений. Для проникновения в их сущность, для выявления «материала» света тогда еще недоставало опытных данных.

Ньютон оставил этот вопрос открытым: «Его свойства… могут быть объяснены многими другими гипотезами». Он считал, что нужна теория, которая сочетала бы волновые и корпускулярные представления о свете. К такому же выводу через много лет пришел и Эйнштейн.

Последующее развитие теории света Томасом Юнгом и Огюстеном Френелем, открытие поперечности волн света, его поляризации и другие открытия, также не дали ответа на вопрос, что такое свет не по форме, а по содержанию, из какого «материала» он образован.

Первой попыткой ответа на такой вопрос была, видимо, электромагнитная теория света.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, взаимопорождение электрических и магнитных полей, а в 1846 году – изменение плоскости поляризации света в магнитном поле. Это стало первым экспериментальным свидетельством связи оптических и электромагнитных явлений. В 1857 году немецкий физик Густав Кирхгоф показал, что продольное электрическое возмущение распространяется в проводе со скоростью, равной скорости света. Появилось основание для отождествления обоих явлений, хотя общим для них была лишь скорость их движения, причем в разных средах – в проводе и в вакууме или в воздухе.

В 1860–1865 годах соотечественник Фарадея Джеймс Максвелл облек его представления в математические уравнения, связывающие воедино магнитные и электрические силовые линии. Из них следует, что «свет и магнетизм являются проявлением одной и той же субстанции… Свет является электромагнитным возмущением, распространяющимся через поле», – писал Максвелл. Но тогда его теория признавалась не многими учеными.

В 1879 году Немецкая академия наук объявила конкурс с целью поиска экспериментальных доказательств электромагнитной природы света. Не признавая теорию Максвелла, немецкий физик Генрих Герц взялся доказать отсутствие электромагнитных волн. А показал обратное: «Описанные опыты доказывают тождественность света, теплового излучения и электродинамического волнового движения».

Началась эра электромагнитной теории света. Казалось, она ответила на вопросы: что такое свет? какой он по форме? и почему он такой? Неувязка с противоречащим опыту непрерывностным характером излучения электромагнитных волн была устранена теорией квантов в канун XX века. Наступил период уверенности в достоверности нынешней теории света.

Но ведь драма идей не может закончиться.

Открытие квантов света означало одновременно и открытие энергоатомарной его природы, основанной на существовании объектов с величиной энергии 6,6162·10⁻²⁷ эрг. А если это так и есть, то квантовая теория по существу закрывает собой электромагнитную теорию света.

Подобно Троянскому коню, квантовая теория была призвана войти в теорию Максвелла и решить проблему непрерывности излучений. Она вошла. И решила. И показала ее полную несовместимость с постоянной Планка.

Это признал сам Планк, несмотря на все свое желание сохранить электромагнитнитную теорию в строю действующих. Конечно, ее можно сохранить, но для этого надо закрыть глаза на результаты опытов, на реальность.

Попутно было замечено, что квантовая теория не только разрушила фундамент электромагнитной теории света, но и показала несостоятельность отождествления физических явлений с математическим их описанием в уравнениях Максвелла. В прекрасных, сыгравших выдающуюся роль в описании оптических явлений, но слишком условных, нереалистичных уравнениях, в которых электрические и магнитные поля – всего лишь названия переменных, а электрический заряд – носитель символа.

Трудности в понимании открытых недавно псиквантов вновь показали, что с позиций электромагнитной теории уже невозможно объяснить наблюдаемые явления природы. Препятствия создает не сама природа, а теория, стремящаяся эту природу объяснить и лишь затуманивающая смысл явлений.

Видимо, прав Тютчев:

 
Природа – сфинкс. И тем она верней
Своим искусством губит человека,
Что, может статься, никакой от века
Загадки нет и не было у ней.
 

Загадка – в нас самих, в людях, в нашей способности понять природу.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Попробуем подвести итог. Как должна измениться картина мира в нашем представлении, если принять за истину существование атома энергии излучений? Это даст основание для следующих утверждений:

Открытие постоянной Планка по сути есть открытие энергоатомарной природы света.

Величина постоянной Планка – это численное значение величины энергии первичных элементов света, неделимость и неизменность которых аналогична определению атома.

Атомы энергии представляют собой прерывистые цепочки квантовых излучений.

Кванты излучений (фотоны) переносятся в пространстве тончайшей материальной средой – эфиром.

Скорость света различна в разных средах и в разных условиях, определяемых воздействием на эфир полей гравитации, молекул и их систем.

Образуя в поле нуклонов частицы вещества, сами фотоны – не частицы.

Материальная основа всего сущего – эфир и атомы энергии излучений.

Свет – это поток атомов энергии в фотонах, воздействие которых на приемные устройства при увеличении времени их релаксации дает возможность создания лучистой энергетики. Представление о параметрах и свойствах атомов энергии способствует решению ряда теоретических проблем в физике с последующим применением выводов теории на практике. При обобщении атомов энергии с сохранением их дискретности осуществляется переход к обычным представлениям квантовой теории, но более гибким и глубоким. Как объект математической обработки атом энергии может послужить основой дискретно-континуального математического аппарата микромеханики.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Уравнения Максвелла в симметричном виде Хевисайда – Герца, сведенные к двум компактным:

где M – комплексный вектор.

Уравнения Максвелла в векторных обозначениях, сведенные к уравнению в алгебраической записи:

где F выражается через четырехмерный векторный потенциал.

Количество субквантов i в фотоне:

где ν – частота, τ – время излучения фотона.

Длина фотона – l:

где c – скорость света.

Определение количества субквантов в фотоне:

где λ' – длина волны излучения, т. е. расстояние между субквантами:

Интервал времени между приемами субквантов в фотоне:

Полная энергия воздействия фотона:

где m – масса фотона, составляющая в среднем ~ 4,4·10⁻³³ грамма.

Математическое описание переноса субквантов в рамках теорий подобия и динамических аналогий сходно с описанием линейных систем передачи и импульсных потоков. Суть их сводится к возможности описания элементарного звена передачи импульса операторным уравнением:

где G(p) – оператор Хевисайда.

Математическая модель потока импульсов, заданных дельта-функцией δ(z − z*_i), где z*_i – случайный момент появления i-го импульса, может быть представлена в виде суммы

где z*_i ≥ z*_i−1.

Импульс – сигнал – по терминологии электродинамики имеет среднее значение

где T – большой период, f(t) – входной сигнал.

Реакция системы на единичный импульс в общей форме

где π – разность t₂ − t₁, иногда называемая временем запоминания.

Уравнение переноса лучистой энергии Чандрасекара имеет вид,

где k_ν – коэффициент поглощения, ν – частота излучения, ρ – плотность среды, ζ_ν – функция источника, отношение коэффициента излучения к коэффициенту поглощения, I_ν – удельная интенсивность.

Эмпирическая формула красного смещения спектра

где Δλ – величина красного смещения спектральной линии, λ – наблюдаемая длина волны, R – расстояние от Земли до внегалактического источника излучений в мегапарсеках, k = 1,82·10⁻³ Мпс⁻¹.

ПРИМЕЧАНИЕ

h' – величина энергии постоянной Планка в процессе переноса в пространстве, т. е. при наличии у нее размерности импульса.

pV² = 965,632 – коэффициент упругости эфира по Максвеллу.

ТАБЛИЦА ИЗЛУЧЕНИЙ

Можно заметить вполне определенную связь характеристик элементов и их излучений, периодичность линейных спектров. Так, атомы каждой группы излучают фотоны одинакового типа – четного или нечетного числа линий, и они чередуются по номерам групп таблицы Менделеева. И если спектры первых двух групп таблицы сравнительно просты, то спектры последних групп состоят из огромного числа линий. Фотоны 14 элементов не имеют корпускулярных свойств, 48 – находятся за красной границей фотоэффекта.

Эмсли Джон. Элементы. М: Мир, 1993.