Физические структуры электрона и фотона
Альтернативные размышления.
Несколько измененная копия из СамИздата. Нет адресов ссылок, нет рисунков, немного изменен текст.
Известно, что у фотона есть спин, положительный или отрицательный, равный единице. Вращается ли физически сам фотон?
Помимо спина, равного +-1, фотон во время движения продвигает по кругу векторы Э и Н (электрический и магнитный), в правую или левую сторонs.
Подобно тому как изменяется электромагнитная волна.
Но можно ли отождествить фотон с электромагнитной волной? Если да, то тогда из чего состоит эта волна самого фотона? Из других фотонов? Бред получается. Если же считать, что сам фотон в движении проходит фазы и имеет вращение своих векторов, то парадокс бесконечного чередования волна-фотон прерывается.
Некоторые проблемы создания реального образа фотона и Э.М. волны.
-Что они из себя представляют?-
-А разве формул недостаточно/?-
-Мне нет. Я хочу ясно представить себе, как они функционируют.-
Вот, например, знаменитая поперечность Э.М. волны, одно из оснований волновой теории света. Как её понять? В качестве примера поперечной волны нам обычно дают вот такой пример волн:
Рис 3
«Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы колеблются вдоль оси y. Поворот щели S вызовет затухание волны»
» Прямыми опытами доказано, что световая волна является поперечной. В поляризованной световой волне колебания происходят в строго определенном направлении.»
Обычно этого довода достаточно, всем становиться понятно, что свет волна.
А мне непонятно.
У меня вопрос к вам, читатели: Из чего состоит э.м. волна? Из фотонов или чего-то ещё?
Фотонов. Тогда приходиться сделать вывод, что фотоны в поперечной волне пульсируют вверх-вниз?
Но как это может быть? Фотоны двигаются зигзагами? Невероятно! С другой стороны странно признать поперечность колебаний без реального поперечного движения фотонов, тогда и никакой поперечной волны и нет.
Обратимся к вопросу Какова причина поляризации света при прохождении поляроида?
Некоторые предполагаемые свойства кванта энергии
Эффект Комптона
-«явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие упругого рассеивания его электронами. » «Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом.»
«Эффектом, обратным эффекту Комптона, является увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние на релятивистских электронах, имеющих энергию выше, чем энергия фотонов. То есть в процессе такого взаимодействия происходит передача энергии от электрона фотону.» (Цитата оттуда же). Интересны оба варианта взаимодействия фотона и электрона, они хорошо понятны с точки зрения предложенной в этой статье гипотезы механизма передачи энергии между электроном и фотоном. Но интересен еще и новый, (делаемый сейчас) вывод о том, что таким образом возможно взаимодействие между фотонами. Электрон будет в качестве передающего энергию звена.
Эффект Комптона считается одним из надежных доказательств существования фотонов. Именно Эффект Комптона, как мне кажется, поможет решить некоторые проблемы интерференции.
(-А что создает фотоны с левосторонним вращением?-
— Позитроны.-
-А они откуда у нас взялись?-
Они постоянно вокруг нас. Точнее не сами позитроны,а их трансфомированное обличие.
С моей точки зрения, все частицы с положительным зарядом несут в себе измененный позитрон. Вот такие атомы-ионы, лишенные электрона и создают фотоны с левым вращением.)
Что отделилось от остановившегося электрона? Вращающееся магнитное поле северного и южного полюса. А они возбудили собственный диполь электрических зарядов в центре вращения, поляризовав квант вакуума.
Постоянные по величине магнитные моменты и электрические заряды фотона переменны в пространстве со временем. Т.е. поворачивается попеременно двумя видами зарядов и двумя магнитными полюсами. Начиная совсем от незначительных величин.
Предположенный механизм, как мне кажется, «работает» и при аннигиляции электрона и позитрона и в процессе смены орбиты электрона в атоме.
Мне кажется, что мне пора возразить против созревшего, возможно, у вас, читатель, возражения о кванте-диполе. Мол, у фотона не обнаружено заряда ни в одном эксперименте. Да, заряда нет,Но одного, а так как их два, то они не проявляют себя как заряд, экранируя друг друга.
Похожая ситуация и в случае рождения фотона в результате смены орбиты электрона в атоме, но с меньшей величиной выделяемой энергии.
Тайну электрона и фотона раскрывает рентгеновская трубка!
Уважаемый Антон! Насчёт гипотез о микромире: современная физическая теория — это весьма мощный математический аппарат, который позволяет проверяться на огромном количестве различных экспериментов. Пока всё в порядке с качественным и количественным согласовании экспериментов с теорией (квантовая теория). Приборы (лазеры, компьютеры, и т.д.) работают. Их различные параметры можно весьма точно рассчитать. Пока нет конкурентных теорий, но у многих есть желание предложить свою версию. Пока я ничего такого не нашёл ни в английском, ни в русском Интернете. Наиболее серьёзная идея — это идея лорда Кельвина о турбулентном эфире. Если бы Вы были физиком, тогда я мог бы показать математически, почему эта гипотеза может быть серьёзным конкурентом. (Константин Мазурук, доктор физических наук, на пенсии, последние 30 лет работал в НАСА, экспериментатор и теоретик).
Я благодарю Константина Мазурук за это письмо и хочу ответить на него публично.
Замечу, что я сторонник идеи лорда Кельвина, придумавшего в 1889 году самую оригинальную модель мировой среды, в которой распространяется свет и все другие излучения, — «турбулентный эфир».
Что касается утверждения: «современная физическая теория — это весьма мощный математический аппарат. «, тоже согласен. Однако, этот «весьма мощный математический аппарат» для подавляющего большинства людей представляет собой «эзопов язык», и упор на него сделан в науке прежде всего для того, чтобы скрыть саму суть явлений и все важнейшие тайны природы от всех тех, кому их знать не положено!
Очень наглядный пример я сейчас приведу. Но перед этим я считаю своим долгом заметить, что самым уникальным техническим прибором, который мог бы давно раскрыть человечеству тайну электрона, его физическую сущность, является рентгеновская трубка, предназначенная для получения излучений в очень коротковолновом диапазоне частот — рентгеновском.
Эта трубка уникальна тем, что электроны создают в ней сразу несколько типов излучений широкого спектра:
1. Нить накала (катод) при разогреве её электрическим током создаёт необходимое для работы рентгеновской трубки облако свободных электронов, и одновременно эта же нить накала при разогреве создаёт инфракрасное и видимое оптическое излучение, какие возникают в обыкновенной лампе накаливания.
2. При подаче на анод относительно катода высокого напряжения в десятки тысяч вольт, в пространстве между катодом и анодом создаётся сильное электрическое поле, заставляющее электроны двигаться в сторону анода и разгоняться до огромной скорости. При этом двигаясь в сторону анода с ускорением, электроны создают радиоизлучение широкого спектра.
3. Эти же разогнанные до больших скоростей сильным электрическим полем электроны буквально вонзаются в поверхность анода словно пули, выпущенные из пулемёта. При этом в момент их «расплющивания» о поверхность анода (об ядра атомов вещества), это официально называется торможением электронов, во все стороны (радиально) разлетаются «квантовые брызги», представляющие собой рентгеновское излучение, кванты которого обладают особо сильной энергией, благодаря чему рентгеновский свет и может просвечивать насквозь даже металлы.
Вот все эти разные виды излучений производят внутри рентгеновской трубки одни и те же электроны!
Спрашивается, что же представляют собой электроны? Как меняется их собственная энергия при ускорении и при торможении? Как собственно электроны образуют кванты излучения на участках разгона и на участках торможения?
Вот, наверное, самый простой вопрос: электрон представляет собой элементарную частицу вещества, причём фундаментальную частицу, которой присущи: элементарный (неделимый) электрический заряд и масса, равная 9,10938356(11)х10 в минус 31 степени килограмма. При ускорении электрона под действием электрического поля, его собственная энергия должна, по идее, рассчитываться по известной формуле кинетической энергии:
Однако, посмотрите, как пытается объяснить природу собственной энергии электрона современная физическая теория с её мощным математическим аппаратом: (я заранее извиняюсь перед читателем за эти 7 страниц из учебника физики Р.Фейнмана, написанные наукоёмко, но ни о чём):
Это ЧТО?
Это ответ на вопрос, как определяется собственная энергия электрона, например, при его ускорении в электрическом поле?!
Казалось бы элементарщина! Электрон, будучи элементарной и неделимой частицей, ускоряется в электрическом поле и его кинетическая энергия растёт пропорционально квадрату его скорости. При этом, как показывают эксперименты, только движущийся с ускорением электрон становится источником излучения, то есть, он буквально рождает волны, а вместе с ними и кванты энергии, которые распространяются в пространстве со скоростью света!
Как же это происходит в нашем случае?
Как элементарный электрон, двигаясь с ускорением, рождает элементарные кванты света (или кванты радиоволны или кванты рентгеновского излучения)?
Если сравнить электрон не с абстрактным шариком радиуса «r», а с летящей пулей, то можно выйти на интересную аналогию.
Пуля, летящая в воздухе, порождает упругую волну (звук).
Похожая картина возникает и в том случае, когда электрон движется прямолинейно и с ускорением. Он порождает вокруг себя то, что мы называем излучением, которое распространяется в пространстве радиально, в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона. То есть, излучение обладает поляризацией.
Этот опыт показывает, что электростатический ток порождает короткую радиоволну без образования в пространстве вихревого магнитного поля.
И то же самое происходит при выстреливании разогнанными до большой скорости электронами в анод рентгеновской трубки. И вновь прямая аналогия с пулей, попадающей в препятствие: картина на стекле — наглядный образ рентгеновского излучения, возникающего на поверхности анода рентгеновской трубки.
Вот эти лучистые напряжения в стекле дают нам прекрасное представление, как на самом деле рождаются «тормозные излучения» рентгеновского диапазона, причём в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона.
Эти лучистые напряжения в пробитом пулей стекле поясняют нам и то, как при подобном торможении электрона он умудряется сообщить фотонам (не одному, а сразу многим) гигантскую кинетическую энергию.
Приведенные аналогии из мира механики при перенесении их в электротехнику позволяют понять, почему электрон излучает радиоволны, свет или лучи рентгена только при ускорении или торможении. Причём, повторюсь, излучение происходит в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона.
Очевидно, всё потому так обстоит, что электрону свойственно, двигаясь с ускорением или торможением в среде, которую нельзя назвать пустотой, создавать ней, причём в плоскости, перпендикулярной направлению его движения, градиент давления с положительным или отрицательным знаком, величина которого пропорциональна величине его ускорения или торможения.
При этом ни о какой «всемирной пустоте» или «физическом вакууме», конечно же, не может быть и речи! Представление о «физическом вакууме» в лучшем случае — заблуждение, в худшем — совершённая в науке диверсия!
27 октября 2018 г. Мурманск. Антон Благин
Мне успели написать, что согласно представлениям квантовой механики и всем выведенным для неё математическим формулам, электрон при переходе на другой энергетический уровень порождает всего один фотон, а не сонм фотонов, как я сообщил в этой статье.
Так вот, если квантовая механика так заявляет, тогда и я должен в свою очередь заявить, что некий умозрительный фотон, порождаемый электроном, входящим на огромной скорости в тело анода рентгеновской трубки, имеет форму сферической волны, расходящейся со скоростью света из центра попадания электрона в тело анода.
Как бы кто ни пыжился возразить сейчас что-то против моих аргументов, а сама конструкция данной рентгеновской трубки такова, что она рассчитана на создание вот таких сферических волн на рабочей поверхности анода! Разумеется, изображение сферической волны, возникающей на поверхности воды, я использовал исключительно для наглядности. Рентгеновское излучение надо представлять себе как продольные сферические волны, возникающие в упругой эфирной среде в плоскости, перпендикулярной траектории движения электрона, породившего это излучение.
Физики впервые увидели, как фотоны преобразуются в материю
«Мы живем на ничем не примечательной планете, которая вращается вокруг ничем не примечательной звезды. Но у нас есть шанс познать Вселенную», – так говорил один из величайших ученых нашего времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Прекрасные слова, правда? Вселенная и мир, который нас окружает, удивительны. Атомы, которые зародились в ядрах сверхновых звезд теперь составляют нас самих и все живое на Земле. Но наше понимание Вселенной, увы, мало назвать неполным – мы видим лишь малую ее часть с помощью наших лучших инструментов, а разгадать ее величайшие загадки по-прежнему не в силах. Но, результаты нового исследования, кажется, могут изменить ситуацию. Авторы научной работы полагают, что материя во Вселенной создается путем столкновения фотонов. Если достаточно сильно столкнуть два фотона, то можно создать материю: электрон-позитронную пару, преобразование света в массу в соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна. Это явление называется процессом Брейта-Уилера и впервые было изложено в 1934 году.
С помощью процесса Брейта-Уилера чистый свет потенциально можно преобразовать в материю.
Что такое процесс Брейта-Уилера?
Процессом Брейта-Уилера исследователи называют простейшую реакцию, с помощью которой свет можно превратить в вещество. В 1934 году Грегори Брейт и Джон А. Уилер разработали теорию процесса электрон-позитронной пары при столкновении двух фотонов. Полученные выводы ученые опубликовали в научном журнале Physical Review.
Однако, несмотря на удивительные выводы исследователей, они не предполагали реальной демонстрации процесса. Все потому, что в те годы способа придать фотону необходимую энергию попросту не существовало.
Хотя процесс является одним из проявлений эквивалентности массы и энергии, в 2014 году команда исследователей пришла к выводу, что процесс Брейта-Уилера никогда не наблюдался на практике из-за сложности фокусировки встречных гамма-лучей.
Свет можно преобразовать в материю. Кто бы мог подумать?
Но прямое наблюдение чистого явления, включающего всего два фотона, оставалось неуловимым, главным образом потому, что фотоны должны быть чрезвычайно энергичными, а у ученых нет технологии для создания гамма-лазера. Но физики из Брукхейвенской национальной лаборатории говорят, что нашли способ обойти этот камень преткновения с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) – он, в конечном итоге, позволил физикам наблюдать процесс Брейта-Уилера в действии.
Как фотоны преобразуются в материю?
Как следует из названия коллайдера, ускорение ионов – это ускорение атомных ядер, лишенных своих электронов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а протоны (внутри ядра) имеют заряд положительный, в результате процесса Брейта-Уилера остается ядро с положительным зарядом. Чем тяжелее элемент, тем больше в нем протонов и тем сильнее положительный заряд образующегося иона.
В ходе исследования команда использовала ионы золота, которые содержат 79 протонов, и мощный заряд. Когда ионы золота ускоряются до очень высоких скоростей, они генерируют круговое магнитное поле, которое может быть таким же мощным, как перпендикулярное электрическое поле в коллайдере. Там, где они пересекаются, эти равные поля могут создавать электромагнитные частицы, или фотоны.
Диаграмма, показывающая, как близкое попадание ионов золота приводит к столкновениям фотонов. (Изображение предоставлено исследователями Брукхейвенской лаборатории)
Когда ионы движутся со скоростью, близкой к скорости света, ядро золота окружает пучок фотонов, которые движутся вместе с ним, как облако, – объясняют авторы научной работы. В коллайдере RHIC ионы ускоряются до релятивистских скоростей – то есть тех, которые составляют значительный процент от скорости света. В этом эксперименте ионы золота были ускорены до 99,995 процента скорости света.
Хотите всегда быть в куре последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Вот где происходит волшебство: когда два иона просто разминулись, два их облака фотонов могут взаимодействовать и сталкиваться. Сами столкновения обнаружить невозможно, но возникающие в результате электрон-позитронные пары поддаются наблюдению. «Однако одного обнаружения электрон-позитронной пары недостаточно», – пишут авторы исследования.
Дело в том, что фотоны, образующиеся в результате электромагнитного взаимодействия, являются виртуальными фотонами, ненадолго появляющимися и исчезающими, и не имеют той же массы, что и их «реальные» аналоги. А для наблюдения процесса Брейта-Уилера должны столкнуться два реальных фотона, а не виртуальных.
Интересный факт
Частицы материи и антиматерии – пары электронов и позитронов – можно создать, столкнув высокоэнергичные фотоны, представляющие собой квантовые «пакеты» света. Фотоны преобразуются в материю, и это – следствие формулы Эйнштейна E = mc², которая показывает взаимозаменяемость энергии и материи.
Но при релятивистских скоростях виртуальные частицы могут вести себя как настоящие фотоны. К счастью, теперь физики могут определить, какие пары электрон-позитрон образуются в процессе Брейта-Уилера: они проанализировали 6000 пар электронов и позитронов, которые образовались в ходе столкновения ядер атомов золота на коллайдере (RHIC). Также физики измерили все распределения энергии, массы и квантовые числа систем.
Они согласуются с теоретическими расчетами того, что произойдет с реальными фотонами, – сказал физик Даниэль Бранденбург из Брукхейвенской лаборатории. Наши результаты дают четкие доказательства прямого одноэтапного создания пар материя-антиматерия в результате столкновений света, как первоначально предсказывали Брейт и Уилер».
Следует также отметить, что работа команды в высшей степени убедительна – по крайней мере, она показывает, что исследователи идут по правильному пути. Ну а пока они будут продолжать наблюдения за созданием материи, мы смело можем ожидать дальнейших и удивительных открытий.
Что делает фотон с электроном
Квант электромагнитного излучения с внутренним колебательным процессом позволяет физически описать взаимодействие электромагнитного излучения с веществом во всех физических явлениях, что было невозможно в рамках волновой и квантовой теорий.
В квантовой теории света есть математическая модель излучения и поглощения фотонов, но нет физической модели.
Существующая теория света не может предложить физического процесса излучения и поглощения фотонов, поскольку не известна структура фотона, электрона, позитрона и их взаимное превращение. Также не известен физический механизм перехода электрона с одной квантовой орбиты на другую.
Покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс излучения и поглощения фотонов атомами вещества.
Единая теория электромагнитного излучения имеет возможность описать физические процессы, происходящие при излучении фотона. Принцип существования фотона с внутренним колебательным процессом, позволяет описать физический процесс излучения фотона.
Излучение фотона сопровождается переходом электрона с одной орбиты на другую. Этот процесс связан с образованием пары частиц, уходящих в составе фотона: одна с отрицательным зарядом (электрон) и положительной массой, другая с положительным зарядом (позитрон) и отрицательной массой.
Так как электрон и позитрон в составе кванта находятся в связанном состоянии, сумма этих частиц обладает нулевой массой покоя и нулевым зарядом, поэтому для них нет запрета на движение со скоростью света.
Рис. 1. Излучение волнового кванта и траектория осцилляции электронно – позитронной пары кванта.
Одновременно с этим, фотон начинает своё движение со скоростью света в направлении, перпендикулярном векторам электрической и магнитной составляющей фотона.
Электрон, существовавший на возбужденной орбите до излучения кванта, уходит в составе фотона вместе с позитроном, образовавшемся на основной орбите. На основной орбите остается электрон, образовавшийся из физического вакуума вместе с позитроном, ушедшим в составе фотона.
Далее покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс поглощения фотонов атомами вещества.
При поглощении кванта этой длины волны, электрон переходит с первой боровской орбиты на четвёртую.
Рис. 2. Траектория осцилляции электронно – позитронной пары фотона и его захват электроном, находящимся на квантовой орбите атома вещества.
Для физического процесса поглощения кванта электромагнитного излучения атомом вещества, необходимо наличие электрона на основной орбите, и свободной возбуждённой орбиты, отличающейся от орбиты, занятой электроном, на величину энергии кванта.
При прохождении электронно-позитронной пары кванта достаточно близко от электрона, находящегося на основной квантовой орбите атома вещества, за счёт сил притяжения между электроном вещества и позитроном фотона, возможен захват фотона атомом вещества.
При захвате фотона атомом вещества, электрическая составляющая кванта 
преобразуется в разность потенциалов квантовых орбит.
В результате этого процесса на основной квантовой орбите электрон и позитрон взаимно компенсируются, а на возбуждённой квантовой орбите появляется электрон, пришедший в составе кванта.
Таким образом, единая теория электромагнитного излучения даёт простой и понятный физический механизм поглощения и излучения кванта атомами вещества.
2. Королев Ф.А. Курс физики.
3. Трофимова Т. И. Курс Физики. “Высшая школа”. М.,1997.
