Видимо, достаточно информации для того, чтобы убедиться, что формула (20) действительно является математическим выражением закона спектроскопии.
Отправившись искать модель фотона, мы установили, что из самого большого массива экспериментальных данных, где зафиксировано поведение фотонов и электронов, следует, что и модель фотона, и модель электрона в первом приближении представляют собой кольца. Если это так, то этим фактом управляет какой-то фундаментальный закон природы. Какой?
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОГО МОМЕНТА
Закон сохранения кинетического момента - один из главных законов Природы. Чтобы составить более четкое представление о сути действия этого закона, обратимся вначале к легко наблюдаемому явлению, в котором видно, как он работает.
Если Вы смотрели по телевидению соревнования по фигурному катанию, то легко вспомните, как фигурист изменяет скорость своего вращения относительно оси, проходящей вдоль его тела. Вначале он вращается при разведенных в стороны руках с небольшой скоростью. Потом он прижимает руки к груди или поднимает их вертикально вверх и вращение его резко ускоряется. Затем, если разведет руки в стороны, скорость вращения вновь уменьшается. В чем тут дело? Явление это управляется одним из самых фундаментальных законов Природы - законом сохранения кинетического момента. Он гласит, что если на тело не действуют никакие внешние силы, то кинетический момент или, как его еще называют, момент количества движения тела все время остается постоянным.
Итак, сущность закона сохранения кинетического момента.
Посмотрите, как выражается этот закон математически: Ну вот, Вы сразу узнали постоянную Планка. В эту константу Природа и заложила этот закон. Он работает в условиях отсутствия внешнего воздействия на вращающееся тело. Если рассматривать вращение фигуриста, то он, конечно, испытывает внешнее воздействие. Оно проявляется в виде сопротивления, создаваемого воздухом, а также в виде сил трения, действующих на коньки фигуриста. Так что закон этот проявляется здесь не в чистом виде. Но тем не менее небольшое сопротивление воздуха и льда дают нам возможность увидеть проявление этого закона. А теперь посмотрите на приведенное выше выражение постоянной Планка Масса фигуриста в момент вращения не изменяется.
Однако распределение этой массы изменяется. Когда он разводит руки, то они удаляются от оси его вращения и момент инерции фигуриста увеличивается, так как величина, равная массе рук, умноженной на квадрат расстояний их центров масс от оси вращения, растет. Сразу видно: чтобы постоянная Планка осталась постоянной, скорость вращения фигуриста должна уменьшиться. Это происходит, как мы уже отметили, из-за небольшой величины внешнего воздействия на него. Когда же он (или она) приближает руки к оси своего вращения, то Вы сами видите, что произойдет со скоростью вращения при
Когда фигурист приблизит руки к оси своего вращения, то величина уменьшится, так как уменьшится расстояние . Чтобы величина осталась постоянной, скорость вращения фигуриста должна возрасти. Что мы и наблюдаем. Конечно, если бы не было никакого сопротивления, то фигурист мог бы вращаться вечно [40].
Нас поражает постоянство постоянной Планка [11]. Оно подтверждено многими ее расчетами и многими экспериментальными данными. Это указывает на то, что постоянством постоянной Планка управляет какой-то фундаментальный закон природы. И вот теперь мы видим, что этим законом является закон сохранения кинетического момента.
Дальше мы покажем, как проявляется этот закон в поведении фотонов всех частот, в поведении электронов при их энергетических переходах в атомах и при формировании молекул.
СТРУКТУРА МОДЕЛИ ФОТОНА-НОСИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ
Итак, из экспериментальной спектроскопии следует, что в первом приближении фотон и электрон имеют форму колец. И тут возникает вопрос: какова электромагнитная структура этих колец? Информация, необходимая для ответа на этот вопрос, содержится в существующих математических соотношениях, описывающих все основные характеристики фотона. Поскольку модель фотона оставалась неизвестной, то все эти соотношения не выведены, а постулированы. Найти математические соотношения, которые бы описывали поведение фотона при полном отсутствии информации о его модели, - серьезные достижения теоретической физики. Вот эти соотношения:
соотношения энергии
(23)
соотношение скорости
(24)
соотношение импульса
(25)
постоянная Планка
(26)
неравенство Гейзенберга
(27)
связь между линейной и угловой частотами
(28)
Рис. 6. Схемы электромагнитных моделей фотона:
а) теоретической, b) смоделированной
К этим соотношениям добавляются: соотношение связи между длиной волны , которую описывает центр масс модели фотона и радиусом его вращения
(29)
Условие (29) выполняется только при Из этого следует, что фотон имеет шесть электромагнитных полей (рис. 6).
На рис. 6 показана схема теоретической и смоделированной электромагнитной модели фотона, из анализа движения которой выводятся все приведенные выше, постулированные соотношения (23-29) [8, 17, 18, 26].
Параметрические уравнения, описывающие движение центра масс фотона в рамках аксиомы единства пространства - материи -времени, имеют вид:
(30)
(31)
здесь - амплитуда колебаний центра масс фотона.
(32)
Конечно, возникает желание увидеть фотографию фотона или по крайней мере задаться вопросом, как ее получить? У меня лично ответа на этот вопрос нет. Кто принесет в наш фотоаппарат образ фотона, если он сам является носителем информации об образах всего, что нас окружает? Другими словами, в Природе нет носителя информации, который бы мог принести образ фотона на фотографию. Да к тому же фотон никогда не бывает в покое и всегда движется со скоростью 300000 км/с. Некому принести его образ на фотографию, нет другого носителя информации, который двигался бы с такой же большой скоростью.
Отметим, что модель подтверждает справедливость экспериментального значения неравенства Гейзенберга (27). Оно действительно ограничивает точность получения экспериментальной информации с помощью фотона или электрона.
Объясняется это тем, что размеры фотона и электрона несколько больше двух длин их волн. Следовательно, ни фотон, ни электрон не могут передать размер геометрической информации меньший двух длин их волн или двух радиусов вращения, как это и следует из неравенства Гейзенберга.
Теперь о волновых уравнениях, которые описывают поведение фотона. До нашего вмешательства в анализ поведения фотона его волновые свойства описывались с помощью уравнений Луи де Бройля и Шредингера. Недостаток этих уравнений в том, что они работают за рамками аксиомы единства пространства - материи -времени и поэтому не могут дать точную информацию о фотоне.
Однако, если появляются более точные математические соотношения для описания поведения какого-либо объекта, то менее точные обязательно должны содержаться в них и быть их следствиями.
Этому требованию полностью отвечают соотношения (30) и (31), описывающие движение центра масс фотона. Желающие могут проверить вывод из них уравнения Луи де Бройля и уравнения Шредингера [8,18,26].
Итак, мы оставляем в покое все математические формулы, которые давно применяют для описания поведения фотона. В этом смысле у нас нет ничего нового, мы только подтвердили достоверность этих формул. Однако, в отличие от других исследователей, мы внимательно присмотрелись к этим формулам и получили из них информацию, не известную до этого, которая в совокупности с результатами экспериментальной спектроскопии привела нас к модели фотона.
Конечно, модель фотона рождает большое количество новых вопросов. Около 100 ответов на них содержатся в книгах [8,18,26].
Часть из них мы приведем здесь.
1.Почему фотоны не существуют в покое?
Потому что центр масс фотона (рис. 6) никогда не совпадает с его геометрическим центром O. Это несовпадение создает ассимметрию между электромагнитными полями фотона, которая и не позволяет ему быть в покое. Он всегда находится в состоянии неустойчивого равновесия, что и влечет его к движению.
2.Почему с увеличением массы (энергии) фотона уменьшается длина его волны?
Потому, что этим процессом управляет закон сохранения кинетического момента C увеличением массы фотона растет плотность его электромагнитных полей (рис. 6) и за счет этого увеличиваются электромагнитные силы, сжимающие фотон, которые все время уравновешиваются центробежными силами инерции, действующими на центры масс этих полей.
Это приводит к уменьшению радиуса вращения фотона, который всегда равен длине его волны . Но поскольку радиус в выражении постоянной Планка возводится в квадрат, то для сохранения постоянства постоянной Планка частота колебаний фотона должна при этом увеличиться.
В силу этого незначительное изменение массы фотона автоматически изменяет его радиус вращения и частоту так, что кинетический момент (постоянная Планка) остается постоянным.
Таким образом, фотоны всех частот, сохраняя свою электромагнитную структуру, меняют массу, частоту и длину волны так, чтобы То есть принципом этого изменения управляет закон сохранения кинетического момента.
Существующую шкалу частот и длин электромагнитных волн можно дополнить шкалой размеров фотонов. C одной стороны этой шкалы расположены самые большие инфракрасные фотоны
(33)
(34)
(35)
а с другой стороны этой шкалы Природа расположила самые маленькие гамма-фотоны
(36)
(37)
(38)
Как видно, самый маленький фотон - гамма-фотон, а самый большой - инфракрасный фотон. И мы сразу получаем ответ на вопрос: почему с увеличением энергии фотонов увеличивается их проникающая способность?
Потому, что с увеличением энергии фотонов растет их масса, а значит и плотность электромагнитных полей, которые сжимают фотон до минимальных размеров. Чем меньше размер фотона, тем больше у него проникающая способность.
3.Почему фотоны всех частот движутся в вакууме с одинаковой скоростью?
Потому, что изменение частоты фотона является следствием изменения его массы, которая, в свою очередь, изменяя плот-ность электромагнитных полей фотона, приводит к изменению радиуса его вращения, который всегда равен длине волны. Указанные изменения происходят таким образом, что произведение частоты на длину волны всегда остается постоянным для фотонов всех частот и равным (24).
4.Почему фотоны обладают свойствами волны и частицы одновременно?
Потому, что замкнутость электромагнитных полей по круговому контуру придает фотону свойства частицы, а колебания центра масс М этой частицы относительно геометрического центра придают ей волновые свойства (рис. 6). Поскольку поверхность фотона не сферическая, а имеет сложную криволинейную форму, то, взаимодействуя с объектами, формирующими дифракционные и интерференционные картины, они будут распределяться на экране не беспорядочно, а в соответствии с формой поверхности и вытекающими из этого законами взаимодействия.
5.Почему фотоны движутся прямолинейно?
Потому, что линейное движение фотона совершается одновременно с вращательным и колебательным движениями, в результате формируется кинетический момент, который удерживает фотон на прямолинейной траектории. Тут же уместно отметить, что кинетический момент фотона - это и есть его спин, направленный вдоль оси его вращения. Этот факт строго следует из размерности постоянной Планка и, как мы уже показали, из результатов анализа данных экспериментальной спектроскопии. Конечно, он противоречит теории Максвелла, согласно которой спин фотона направлен вдоль траектории движения фотона. Это естественное противоречие, так как теория Максвелла работает за рамками аксиомы единства пространства - материи - времени.
6.Почему фотоны поляризованы?
Потому, что они вращаются в одной плоскости, и центробежные силы инерции, действующие на центры масс электромагнитных полей фотона, увеличивают их радиальные размеры и уменьшают размеры, перпендикулярные плоскости вращения. За счет этого фотоны приобретают форму, отличную от сферической и близкую к плоской.
7.Почему фотоны не имеют заряда?
Потому, что они состоят из четного количества разнонаправленных электрических и магнитных полей, которые делают общий заряд фотона равным нулю.
8.Почему угол падения фотона равен углу отражения независимо от ориентации плоскости вращения (поляризации фотона)?
Потому, что в процессе контакта фотона с плоскостью отражения он частично деформируется и принимает форму, близкую к сферической. Но это не все. Расчеты показывают, что в момент отражения у фотона отсутствует поперечная составляющая импульса. Таким образом, близость формы фотона к сферической в момент отражения и наличие только продольного импульса формируют условия, при которых угол падения фотона равен углу отражения независимо от ориентации его плоскости вращения в момент отражения.