Карпенко Владимир Никитович


Электромагнитные волны Максвелла и фотоны (кванты)

 Аннотация

 

Автор последовательно придерживается корпускулярной концепции строения света и электромагнитного излучения в целом, опираясь на известные экспериментальные факты и анализ фундаментальных физических теорий. При этом обращается внимание на то, что известный опыт Майкельсона 1881г по обнаружению влияния движения Земли на скорость света был задуман, как решающий. И результат его был в пользу корпускулярной концепции и, естественно, отрицательным для волновой концепции света. Об том приходится вспоминать ибо дальнейшее развитие физики давало все новые подтверждения корпускулярной природы электромагнитного излучения (фотоэффект, эффект Комитона и др.).

Таким образом, фотон не является квантом электромагнитного поля, в том числе излучения в виде электромагнитных волн. Это фундаментальная элементарная частица электромагнитного излучения (кстати обладающая массой покоя в классическом смысле), испускаемая при ускорении заряженных частиц.

В этой связи опыты Г. Герца 1888г по получению и распространению электромагнитного излучения не могут считаться подтверждением существования электромагнитных волн Максвелла. А это в свою очередь означает, что гипотеза Максвелла о токах смещения так и не нашла своего подтверждения. Т.е. не может магнитное поле порождаться перемещенными электрическими полями. Следовательно токов смещения, о которых идет речь в упомянутой гипотезе, в природе нет, а значит имеет место уточненная система уравнений Максвелла, которая и приводится в работе.

Доказано еще раз, что в корпускулярной концепции постоянная Планка не имеет физического смысла вообще. Имеет место новая физическая постоянная - постоянная Планка-Карпенко. =1,9864684 Дж×м. А ее физический смысл - коэффициент в формулах перехода от ограниченных волновых представлений об излучении к адекватному корпускулярному его представлению.

 

г. Днепропетровск 15 октября 2000г.


Карпенко В.Н.

Электромагнитные волны Максвелла и фотоны (кванты)

 

Волны и частицы - корпускулы, кванты…

Вот уже почти столетие (с момента открытия М.Планком квантов электромагнитного излучения в 1900г.), как многие физики пытаются буквально втиснуть эти несовместимые понятия в лоно различных теорий, так или иначе касающихся элементарных частиц. Но безуспешно. Тут не помогли ни идеи, провозглашенные на рубеже 19-20-го веков, "новой физики", ни родившийся в рамках той же физики корпускулярно-волновой дуализм.

Как известно, основу новой физики составили теория относительности А. Эйнштейна (ТО) и релятивистская квантовая (а по сути волновая) механика, использующая идеи ТО, а также волновую концепцию электромагнитного излучения.

Корпускулярно-волновой дуализм стал последним пристанищем сторонников волновой концепции излучения, в том числе света. Ибо после многолетних дискуссий восторжествовала точка зрения, согласно которой квадрат модуля волновой функции частицы определяет лишь вероятность нахождения последней в определенной точке пространства. И только. Что же тогда остается от волновой концепции?!

Автор последовательно придерживается корпускулярной концепции электромагнитного излучения [1, 2, 4, 5]. Показано, что эта концепция не дает даже почвы для возникновения теории относительности А. Эйнштейна и теорий, подобных ей. Более того, появляется возможность решить множество давно назревших проблем фундаментальной физики. Среди них такие, как структура и механизм образования фотона, аннигиляция и образование электронно-позитронных пар [4]. Также показано, что в результате аннигиляции электронно-позитронных пар кроме g-квантов образуется нейтральная элементарная частица электрон е0, названная автором микронейтроном, с массой, равной массе электрона. Тем самым еще раз подтверждается существование в природе симметрии элементарных частиц типа (е+, е0, е-), если вспомнить (p+, n, p-) и т.д.

В этой связи автор высказал предположения, что частица е0 и есть давно искомое физиками нейтрино, но это предстоит доказать экспериментально.

Показано [4], что фотон (квант) является мультиполем, состоящим из элементарных диполей, в свою очередь образованными субчастицами - истинными атомами электричества - ателами (атэл - сокращенно атом электричества). Попадая в поле атомного ядра, фотон достаточной массы (именно массы а не энергии), испытывает электромагнитный коллапс, в результате чего образуется электронно-позитронная пара. О массе фотона см. работу автора [2].

В настоящее время уже не вызывает сомнения, что новая физика не только не преодолела кризиса второй половины 19 века - она загнала его внутрь. И теперь не удивительно, что рецидивы его проявляются вновь и вновь. Взять хотя бы проблему создания единой теории элементарных частиц. Без преодоления последствий релятивизма А. Эйнштейна, считает автор [3], ее вообще невозможно построить. Это подтверждено н многочисленными безуспешными попытками ведущих ученых мира создать теорию, адекватную физической реальности. В этом плане немаловажным является еще и то, что новая физика фактически "законсервировала" решение многих проблем, вставших перед физикой еще во второй половине 19 века. И данная работа является иллюстрацией этого тезиса.

После открытия Планком квантов электромагнитного излучения, казалось, волновая концепция последнего рухнет, но этого не произошло. Более того, сам Планк сделал немало для ее сохранения, фактически став ее сторонником. Судите сами.

Соотношение Планка для энергии фотона

Еф=h×n, (1)

где h - постоянная Планка, n - частота излучения.

Но в экспериментах измерялась не частота, а длина волны l излучения, что хорошо было известно самому Планку. В таком случае логичным и справедливым было бы соотношение

(2)

Здесь величина была бы как численно, так и по размерности отличной от h. Как известно, М. Планк предпочел выражение (1), являющемуся производным от (2), что очевидно.

В работе автора [5] показано, что так как волновое описание электромагнитного излучения является неадекватным его физической природе (в отличие от корпускулярного), то соотношение (1) вообще не имеет смысла. Частота в принципе не может быть присуща корпускулам излучения в его процессе.

Выражение (2) являлось альтернативой соотношению (1) и причины, почему Планк предпочел последнее - неизвестны, не считая довольно веских предположений.

В работе [5] получено выражение для энергии фотона, сходное с выражением (2) лишь внешне. Ибо l - это уже не длина волны, а ширина интерференционной полосы в пространственном распределении частиц, а

-

новая физическая постоянная, названная автором постоянной Планка-Карпенко. Из вышесказанного следует, что в корпускулярной концепции электромагнитного излучения постоянная Планка вообще не имеет места, что без преувеличения, влечет за собой катастрофические последствия для новой физики ибо, рассматриваемая как универсальная, постоянная h фигурирует во многих ее теориях.

Немаловажным является и следующее обстоятельство. Размерностью постоянной h, как известно, является [Дж×с], у - размерность [Дж×с]. но в рамках волновой концепции постоянные h и равноценны, ибо дают один и тот же результат энергии кванта. Тем явственнее становится то, что размерность постоянной Планка [Дж×с] чисто случайно совпала с размерностью известной физической величины - действия [Дж×с]. А это, в свою очередь, позволило назвать постоянную Планка еще и квантом действия. Не этим ли руководствовался Планк, утверждая соотношение (1)? Как бы там ни было, но многие ученые надолго были отвлечены от изучения природы электромагнитного излучения, а некоторые до сих пор бьются над раскрытием физического смысла постоянной Планка.

Что касается постоянной Планка-Карпенко, то уже теперь ясно, что об универсальности ее говорить, по-видимому, не придется. Границы применимости ее будут определены в дальнейшем. А вот физический смысл вполне понятен - это коэффициент перехода от ограниченного (а точнее неадекватного) волнового описания процесса электромагнитного излучения к корпускулярному. При этом следует иметь в виду, что соотношение (2) определяет среднюю энергию фотона монохроматического (по терминологии волновой теории) излучения.

Одним из ярких явлений, подтверждающих корпускулярную концепцию излучения, является фотоэффект, открытый в 1887г Г.Герцем. Как известно, первое теоретическое объяснение законов фотоэффекта дал А. Эйнштейн в 1905г. Парадокс заключается в том, что это был год выхода в свет его основополагающей работы по ТО "К электродинамике движущихся сред" [6]. И тут не вызывает сомнения, что проблематика электромагнитного излучения была хорошо знакома Эйнштейну. Тем не менее, во втором постулате его теории читаем:

"Каждый луч света движется в покоящейся системе координат с определенной скоростью v (здесь v - константа, скорость света в пустоте - В.К.), независимо от того, испускается этот луч света покоящимся или движущимся телом".

Внимательно посмотрев на постулат, обнаруживаем, что никакой это не постулат, а констатация волновой природы света, и все. Но это же провозгласил Д.К.Максвелл еще в 60-х годах 19-го века!

Дело в том, что вопреки ожиданиям опыт Майкельсона 1881г (ОМ) по определению влияния движения Земли на скорость света оказался отрицательным и фактически опровергал волновую теорию света. Вот и понадобилось Эйнштейну постулатом закреплять "повторение пройденного". Но этого оказалось мало для игнорирования отрицательного результата ОМ. Далее в цитируемой выше работе из [6] ему понадобилась еще и синхронизация часов в разных инерционных системах отсчета с помощью луча света. В сочетании со вторым постулатом ТО это приводило к целому ряду невероятных эффектов, включая относительность одновременности событий в разных системах отсчета. Несостоятельность ТО показана в работе [1]. Что же касается синхронизирующего часы светового луча, то в упоминаемой выше работе из [6] Эйнштейну следовало бы объяснить, как физически понимает он этот луч, как организуется этот луч в случае волновой концепции Максвелла, особенно на космических расстояниях, а не балансировать между волновой и корпускулярной концепциями.

Но нет худа без добра. В работе [1] показано, что ОМ был отрицательным для волновой и положительным для корпускулярной теории света. И не только света. Фактически опровергался вывод, следовавший из теории электромагнетизма Д.К. Максвелла, о том, что электромагнитное излучение (куда относится и свет) распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн.

Чтобы выяснить, почему один из выводов теории не подтверждается, экспериментально обратимся к ее истокам - работам самого Максвелла [7]. Здесь мы видим, что создавая свою теорию, в рамках которой были получены знаменитые уравнения его имени, Максвелл и не ставил задачу найти адекватную физическую модель электромагнетизма, которую можно было бы положить в основу самой теории.

Он умело использовал широко применяемый в физике метод аналогий, а именно - метод механической аналогии. Основу ее составляла нереальная жидкость с абсолютно несовместимыми свойствами. На стр.18 [7] читаем:

"Субстанции, о которой здесь идет речь, не должно приписывать ни одного свойства действительных жидкостей, кроме способности к движению и сопротивлению сжатию.

… Она представляет собой исключительно совокупность фиктивных свойств, составленную с целью представить некоторые теоремы чистой математики в форме более наглядной и с большей легкостью применимой к физическим задачам, чем форма использующая чисто алгебраические символы".

Итак, в основе теории - неадекватная физическая модель явления. Значит рано или поздно она должна, как теперь говорят, дать сбой. Таким сбоем и стал для волновой теории электромагнитного излучения Максвелла отрицательный результат ОМ.

Обратимся к уравнениям Максвелла. В дифференциальной форме они имеют вид:

, (3)

, (4)

div B = 0, (5)

, (6)

В уравнения (3-6) входят векторные величины.

Н - напряженность магнитного поля,

J - плотность электрического тока,

D - электрическая индукция,

Е - напряженность электрического поля,

В - магнитная индукция,

А также скалярные величины

с - постоянная, скорость распространения электромагнитных взаимодействий в вакууме (скорость света),

t - время,

r - плотность заряда.

Дополненные уравнениями состояния среды

D - f(E), B=f(H), J=f(E), (7)

они и образуют полную систему уравнений Максвелла.

Теперь внимательно посмотрим на уравнения (3-6). Уравнение (4) представляет собой математическую формулировку закона электромагнитной индукции Фарадея, подтвержденного многочисленными экспериментами.

Уравнение (5) выражает взятый из опыта факт отсутствия магнитных зарядов, наподобие электрических (магнитное поле порождается только токами).

Уравнение (6) является обобщением закона взаимодействия электрических зарядов - закона Кулона, установленным экспериментально.

Обращаясь к уравнению (3), приходится вспомнить ту, банальную истину, что критерием любой физической теории является "его Величество" - эксперимент, и вот почему. Это уравнение представляет собой обобщение на переменные поля экспериментально установленного закона Ампера (1-й член уравнения) о возбуждении магнитного поля токами. Второй же член уравнения отражает гипотезу Максвелла о том, что магнитное поле порождается также и переменными электрическими полями в диэлектриках и вакууме. Величина

названа им током смещения. По Максвеллу, этот ток возбуждает магнитное поле по тому же закону, что и ток проводимости. Таким образом, ток смещения

. (8)

Гипотеза Максвелла, реализованная в виде уравнения (3), вернее, в виде выражения (8) в нем, имела далеко идущие последствия. За ней стояла возможность существования электромагнитных колебаний, причем не локализованных в каком-либо месте, а распространяющихся в пространстве в виде электромагнитных волн. Более того, получила распространение такая интерпретация уравнения (3), что при ускоренном движении заряженных частиц электромагнитное поле "отрывается" от них, и затем существует независимо от них в виде электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью с=3×108м/с - скоростью света.

Совпадение скорости распространения электромагнитных волн Максвелла со скоростью света позволило ему сделать заключение, что и свет представляет собой электромагнитные волны. А опыты Г.Герца по получению и распространению электромагнитного излучения в пространстве (1888г) были истолкованы, как полное подтверждение теории Максвелла. Тем самым считалось подтвержденным существование и самих токов смещения.

Но взглянем на уравнения Максвелла еще раз, но с учетом современных знаний об электромагнетизме. Если в уравнении (3) убрать член, ответственный за ток смещения согласно (8), то это не только умалит значение уравнений Максвелла, наоборот - сделает их более адекватными физической природе явления. Ибо нет, не существует токов смещения в природе! Ведь единственным, да и то косвенным подтверждением их существования могли стать электромагнитные волны излучения Максвелла. Но электромагнитное излучение во всем диапазоне его шкалы имеет не волновую, а чисто корпускулярную природу. И это подтверждено работами автора [1, 4, 5], которые опираются на известные экспериментальные данные и анализ фундаментальных физических теорий.

Вот почему фотон не является квантом электромагнитного поля или его фрагментом, "оторванным" в ходе излучения. Это фундаментальная элементарная частица самого электромагнитного излучения, испускаемого ускоренными заряженными частицами. Кстати, фотон обладает и массой покоя в классическом смысле.

Так как уравнения Максвелла представляют собой цельную систему, то в свете вышеизложенного, после уточнения уравнения (3) логично говорить об уточненной системе его уравнений.

Таким образом, уточненная система уравнений Максвелла имеет вид:

(9)

В заключение добавим, что теория электромагнетизма - одна из "законсервированных" новой физикой проблем, если иметь в виду развитие идей классической физики. Ведь до сих пор нет адекватной физической модели электромагнетизма.

 

 

Литература.

 

1.      Карпенко В.Н. Теория относительности А.Эйнштейна как несостоявшаяся гипотеза или заблуждение века. Сб. Проблемы естествознания на рубеже столетий. С.-Петербург, Политехника,1999г.

2.      Карпенко В.Н. Единая теория материи. Постановки задачи, основные идеи. Сб. Проблемы естествознания на рубеже столетий. С.-Петербург, Политехника,1999г.

3.      Карпенко В.Н., Варин М.П. Преодоление последствий релятивизма А. Эйнштейна в физике ХХ века. Сб. Проблемы естествознания на рубеже столетий. С.-Петербург, Политехника,1999г.

4.      Карпенко В.Н. Структура и механизм образования фотона. Доклад на VI международной научной конференции. "Современные проблемы естествознания". (21-25 августа 2000г), С.-Петербург, Россия.

5.      Подтверждение корпускулярной концепции строения света в физике 19‑20‑го веков. Физический смысл постоянной Планка. Доклад на VI международной научной конференции. "Современные проблемы естествознания". (21-25 августа 2000г), С.-Петербург, Россия.

6.      Эйнштейн А. Сборник научных трудов. т.1, М., Наука, 1965

7.      Максвелл Д. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. Перевод п/ред П. С. Кудрявцева, М., ГИТТЛ, 1952

 

г.Днепропетровск 15 октября 2000г

Автор:
Карпенко Владимир Никитович,
5-23, ул. 20 лет Победы,
49127, Днепропетровск
Украина.

Вернуться к списку статей