Фридэн Королькевич - Этюды о свете
Это соответствует известному понятию мгновенной скорости, которое является векторной величиной. Морис Клайн отметил важное значение такого представления скорости, которое может быть полезным при определении разной скорости в одно и то же время. А это обстоятельство связано с ретрансляционными свойствами среды, в которой распространяется свет.
Факты и логика их связи показывают, что скорости света различны в разных средах, что утверждение нынешней теории света о постоянстве его величины в вакууме не соответствует действительности, что скорости света определяются физическими характеристиками среды его переноса.
КОНСТАНТЫ
По Берклеевскому курсу квантовой физики Вихмана, разделение физических констант на фундаментальные константы и производные параметры весьма произвольно. Так, измерение скорости света сводится к сравнению частоты оранжевой линии криптона с цезиевой частотой. А такое измерение выражает произвольный стандарт длины через произвольный стандарт времени.
Как известно, замеры скорости света в вакууме в последние годы не однозначны. Даже с учетом погрешностей измерения ее величина колеблется с разбросом около 100–180 километров в секунду. Поэтому в работах ряда исследователей — Фрума, Эссена и других — величина скорости-света не связывается строго с константой и приводится как наиболее вероятная при данных условиях скорость в вакууме, не исключающая возможность ее изменения в других условиях.
Иное дело — число субквантов в фотонах. Излучение кванта изотопом криптона 86 происходит, согласно расчетам, при 4 948 864 колебаниях плюс-минус несколько. В противном случае он не обладал бы нужной стабильностью для того, чтобы служить базой определения оптического эталона метра. Видимо, только строго постоянное число — 9 192 631 770 периодов излучения атома цезия 113 — послужило базой определения секунды XIII Генеральной конференцией по мерам и весам в 1967 году. Поэтому не лишено оснований предположение, согласно которому число колебаний излучателя и, соответственно число субквантов по крайней мере некоторых фотонов строго постоянно в пределах лишь незначительного их различия.
Из этого следует существенная роль частоты и времени испускания фотона в формировании характеристик излучения, что в общем случае хорошо известно, и возможность постоянства присущего константе числа субквантов в фотонах. В этом случае произвольность определения константы, по-видимому, исключается.
В книге «Фундаментальные физические постоянные» Олег Спиридонов отметил, что они представляют собой одну из крупнейших нерешенных проблем современной науки, поскольку не имеют пока убедительной теоретической интерпретации.
Субквантовое представление сущности света никак не согласуется с застывшим определением скорости распространения излучения в вакууме как константы, вопреки экспериментальным данным о разбросе величин этой скорости в разных условиях. Весьма проблематичной представляется и привычка к применению постоянной Планка — надежно установленной и неизменной величины именно константы, — деленной на два числа «пи». Получается деление неделимого.
ПЕЧАЛЬ ДЛЯ ТЕОРЕТИКОВ
В завершение своей нобелевской речи Макс Планк сказал: «Есть в особенности один вопрос, от исчерпывающего ответа на который мы должны… ожидать значительных результатов. Что будет с энергией одного светового кванта после совершившегося полного испускания? Будет ли она, по волновой теории Гюйгенса, расширяться при дальнейшем распространении по всем направлениям, занимая все большее пространство и бесконечно утончаясь? Или, по ньютоновской теории истечения, она полетит, как брошенный снаряд, в одном направлении? В первом случае квант не был бы в состоянии сконцентрировать свою энергию в одном месте пространства настолько, чтобы он смог освободить электрон, связанный с атомом, но во втором — пришлось бы пожертвовать главнейшим триумфом теории Максвелла — непрерывностью между статическим и динамическим полем, а вместе с этим и вполне разработанной до тончайших подробностей теорией интерференционных явлений. И то и другое следствие одинаково печально для теперешних теоретиков».
Развитие теории света Томасом Юнгом, Огюстеном Френелем, Густавом Кирхгофом и их последователями не содержит ответа на вопрос Планка. Не ответили на него и современные теории света — квантовая и волновая. Стали привычными разрывы в логике, связанные с использованием квантовых представлений в описании ряда явлений волновой оптики. Энергоатомарная или субквантовая модель фотона без дополнительных характеристик, очевидно, не имеет достоинств волновой теории света при объяснении интерференции. Следовательно, ни принцип Гюйгенса, ни теория истечения Ньютона сами по себе не соответствуют реальности.
Но ведь в природе естественно сосуществуют в каждом фотоне волновые и корпускулярные качества. Космические кванты света после длинного пути к нам выбивают электроны из атомов вещества и интерферируют, сохраняют способность сложения интенсивностей излучения.
На вопрос Планка, по-видимому, можно ответить, сопоставив субквант и электрон, показывающий удивительную гармонию волновых и корпускулярных качеств.
А допустимо ли их сравнивать, пытаться найти в них нечто общее? Ведь у них совершенно разные параметры и характеристики. И все же их сопоставление обосновано и продуктивно.
В 1833 году Уильям Гамильтон в работе «Об общем методе выражения путей света и планет с помощью коэффициентов некоторой характеристической функции» сравнил вроде бы несравнимое — свет и планеты — и выявил общность между частицами и волнами. Следуя его примеру, вполне определенную общность можно заметить у электрона и субкванта.
Основы электронной оптики имеют много общего с основами световой, фотонной оптики. Обе они подразделяются на геометрическую и волновую, обе имеют дело с корпускулярными и волновыми свойствами электронов и фотонов, с дифракцией, интерференцией, с другими характеристиками — вплоть до полной их аналогии. Так, например, один из разделов первого тома «Основ электронной оптики» Питера Хокса и Эрвина Каспера в главе о гамильтоновой оптике так и озаглавлен: «Аналогия со световой оптикой». При обсуждении физического смысла характеристической функции электрона там сообщается, что «аналогия с геометрической световой оптикой является полной».
Обе оптики используют сходный или одинаковый математический формализм, сходные формулы, особенно при описании статистических явлений, а также колебательных и волновых процессов, процессов переноса электронов и фотонов.
Следовательно, субквантовый фотон не имеет противопоказаний быть реальным и со стороны таких явлений, как интерференция и дифракция.
Эйнштейн был сторонником представления кванта излучения в виде частицы, хотя и не употреблял этот термин. Он писал: «То, что наши теперешние основы теории излучения должны быть отброшены, я уже пытался показать ранее… Я считаю, что следующая фаза развития теоретической физики даст нам теорию света, которая будет в каком-то смысле слиянием волновой теории света с теорией истечения. Нельзя считать несовместимыми обе структуры, волновую и квантовую».
Субквантовое представление сущности излучений, вероятно, является шагом в этом направлении. Факты подобия электронов и субквантов, частиц и атомов энергии, участвующих в интерференции и дифракции (волновых явлениях), свидетельствуют в пользу такого предположения.
Микроскопическая электродинамика показала, что движение зарядов в электролитах не подчиняется уравнениям Максвелла. Выяснение этого обстоятельства привело к открытию электрона. Квантовая теория излучения показала, что электродинамические теории света совершенно чужды постоянной Планка. Сопоставление ее с опытом, расчетами и логикой связи фактов подтверждает обоснованность идеи атома энергии субкванта, который лежит в основе кванта энергии — фотона. Субквантовые представления и явления обобщаются квантовыми.
Зримым подтверждением этого послужил уникальный фотоснимок пикосекундного светового импульса в пигментирующей среде, полученный в 1973 году фирмой «Белл Телефон». Импульс явно не согласуется с волновой теорией Гюйгенса. Он гораздо ближе к представлению переноса субкванта в среде, возмущенной его движением, то есть сопровождаемый поперечными волнами.
Аналогичное описание фемтосекундных лазерных импульсов в линейных диспергирующих средах, их оптику можно найти в книге Сергея Ахманова, Виктора Выслоуха и Анатолия Чиркина.
Следовательно, для ответа на вопрос Планка надо лишь отойти от принципа Гюйгенса и электромагнитной теории света с ее непрерывностью между статическим и динамическим полем. Они противоречат опыту. Пусть с недоверием, с оглядками на привычную электромагнитную теорию и с перепроверкой каждого положения субквантового представления света, но согласиться с его обоснованностью.
