Фридэн Королькевич - Этюды о свете
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 вернейСвоим искусством губит человека,Что, может статься, никакой от векаЗагадки 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:
