Но как же корпускулы проявляют свои волновые свойства? Чтобы ответить на этот вопрос, проанализируем движение различных вращающихся тел и остановимся на движении колеса (рис. 116). Пусть оно катится по горизонтальной поверхности с некоторой скоростью. Отметим, что при встрече с препятствием колесо окажет на него силовое давление (удар) как корпускула. Теперь обратим внимание на движение частиц обода колеса при его равномерном движении, каждая частица совершает одновременно два движения -- вперед (поступательное со скоростью С вместе с осью колеса) и вращательное (с угловой скоростью w вокруг оси вращения). Таким образом, траектория движения любой частицы обода представляет собой волнообразную кривую (циклоиду). Следовательно, корпускулярно-волновую природу фотона допустимо объяснить как результат движения корпускулы, летящей со скоростью света и одновременно вращающейся вокруг своего центра масс.
Для разъяснения данного вопроса обратимся к математике. Допустим, фотон обладает множеством физических свойств, тогда каждый независимый по своему содержанию физический опыт может раскрыть какую-то одну (в редких случаях две или более) особенность или свойство фотона. Для того, чтобы получить необходимое количество свойств фотона (например, n), требуется иметь такое же количество независимых уравнений, полученных в результате проведения соответствующего количества разных опытов. Решая совместно это уравнение, можем получить n искомых физических свойств фотона, характеризующих более полную картину его природы.
В том случае, когда количество опытов, а следовательно, и уравнений, меньше числа искомых характеристик изучаемого объекта (информационная недостаточность), решить задачу становится невозможно. Иногда недостающие уравнения восполняют гипотезами, то есть уравнениями, основанными не на опыте, а на догадке или предположении. В этом случае при совместном решении уравнений (вытекающих из опыта, а также гипотетических) получаются искомые данные, в которых содержатся элементы принятых гипотез. Сказанное означает, что при использовании ошибочных гипотез все результаты решения задачи также будут ошибочными. Попробуем последовательно углубиться в изучение природы фотона, привлекая один за другим только известные экспериментальные результаты.
Установлено, что энергия фотона описывается формулой E = mc2. Если бы фотон, как корпускула, двигался поступательно и с постоянной скоростью, то его энергия была равна E1 = 1/2 mc2. Почему же действительная энергия фотона в два раза больше по сравнению с энергией поступательно движущейся корпускулы такой же массы? Ответ на этот вопрос можно найти, если представить форму фотона в виде тороида (аналогично круглой баранке), вся масса m которого расположена на периферии. При вращении такого фотона вокруг оси, перпендикулярной плоскости симметрии тороида, с окружной скоростью равной C = wr, где w -- угловая скорость и r -- радиус фотона, у него появится энергия вращательного движения равная E = 1/2 Jw2 ( J -- момент инерции), учитывая значение J = mr2 для тороида и величину w = c/r, получим E2 = 1/2 mc2. Следовательно, полная энергия фотона будет равняться сумме энергий поступательного E1 и вращательного E2 движений, то есть mc2, что и подтверждает справедливость предположения о тороидальной форме фотона. Следовательно, фотон можно представить в виде быстровращающегося тороида с окружной скоростью равной С, центр масс которого (точка О на рис. 117) летит относительно излучателя со скоростью света -- с. При этом фотон приобретает гидроскопические свойства, вектор его угловой скорости вращения перемещается параллельно самому себе, не поворачиваясь относительно инерциального пространства. Отметим, что плоскость, в которой движутся материальные компоненты фотона, как раз и является плоскостью поляризации света. Свойства поляризации света наблюдаются в природе при прохождении световых лучей в земной атмосфере, а также в оптических экспериментах (при пропускании света через прозрачные вещества, поляризующие его).
Рассмотренная модель фотона позволяет определить и физическую сущность постоянной Планка (h). Сопоставляя формулу для определений энергий mc2 = nh, где n -- частота света, приходим к заключению, что постоянная Планка является кинетическим моментом фотона. Величина кинетического момента определяется массой фотона, длиной его радиуса (расстояние от центра вращения до центра масс сечения тороида) и угловой скоростью вращения тороида и не зависит от скорости относительного движения фотона. Все это дает основание принимать кинетический момент фотона за постоянную величину, соответствующую постоянной Планка.
Интересно, что же происходит с фотонами во время известных опытов с аннигиляцией элементарных частиц. Экспериментально установлено, что при аннигиляции электрона и позитрона возникает фотон, и, наоборот, при определенных условиях взаимодействия фотон распадается на электрон и позитрон. Вообще-то термин "аннигиляция" (означающий "уничтожение") применен в физике не вполне удачно. В действительности никакого уничтожения массы и энергии в этих превращениях не происходит, и закон сохранения массы -- энергии выполняется совершенно строго.
Сам факт возможного разложения фотона на микрочастицы с положительными и отрицательными зарядами дает возможность более детально представить его модель в виде сложного материального образования кольцевой формы. Кольцо фотона не сплошное, а составлено из отдельных микрочастиц, заряженных поочередно положительными и отрицательными зарядами.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161