Модель света. Корпускулярно - волновой дуализм

Как отмечалось выше, положение c = const - ложное, в природе нет опытных фактов его подтверждающих, наоборот, есть опровергающие эксперименты и наблюдения. Модель света может быть обоснована нами только при отказе от так называемого «постулата» c = const, потому что любые реальные свойства модели вступает в противоречие с этим «постулатом».

Здесь продолжено развитие ранее изложенной идеи [8] и здесь нет ответа на вопрос: «Почему так устроено электромагнитное излучение?». Ответ на этот вопрос дело будущего. Сейчас же показано приблизительное представление электромагнитного излучения по описанию наиболее дискуссионным, но экспериментально исследованным свойствам.

В экспериментах и наблюдениях приведенных в [3, 4, 6] доказано, что движение электромагнитного излучения, вопреки постулату c = const, подчиняется классическому закону сложения скоростей. Изучены и другие свойства электромагнитного излучения, что позволяет построить приблизительную модель света, согласующуюся с этими свойствами. Её основой должна быть корпускулярная модель света И.Ньютона, подтвержденная позднейшими открытиями: явлением внешнего фотоэффекта, при котором под действием света происходит вырывание электронов из вещества, и явлением Комптона, заключающемся во взаимодействии электромагнитного излучения со свободными электронами. Убедительным доказательством того, что излучение состоит из направленно распространяющихся фотонов, являются приборы вынужденного излучения (лазеры, мазеры и др.), в которых в случае распределения энергии по сферической поверхности, светимость всегда определялась бы геометрическими параметрами излучателя. Существование направленного вынужденного излучения показывает, что частицы (атомы, молекулы) излучают фотоны (кванты) только в определенных направлениях.

Вместе с этим достоверно известно, что поток света как часть спектра электромагнитного излучения не является однородным, он состоит из отдельных периодических структур, в которых электрическое и магнитное поля для наблюдателя изменяются по синусоидальному закону, наиболее характерному для волн, например, звуковых. Вследствие этого периодические структуры потока названы электромагнитными волнами.

Слово волны имеет два основных значения.

Первое, наиболее известное - волнами называется процесс распространения возмущения в среде, газообразной, жидкой, твердой. Скоростью этих волн является скорость распространения возмущения относительно среды и определяется свойствами среды. Перенос энергии волнами происходит без переноса вещества среды. Понятие волны, как процесса, имеет дополнительный смысл. Основным элементом в данном случае является среда, которая приобретает временные свойства в момент распространения в ней возмущения. При окончании процесса прохождения волны среда возвращается в исходное состояние и может быть исследована самостоятельно физическими средствами.

Второе значение - волнами называют объект, среду с пространственным чередованием максимумов и минимумов любой физической величины, например, плотности вещества, температуры, цвета, напряжённости электрического и магнитного полей, размеров (волновая поверхность, гофрированный лист). Скоростью волн волновой структуры (объекта) является скорость движения самого объекта, величина этой скорости ни чем не ограничена, перенос энергии волн происходит вместе с переносом вещества волновой среды. Неоднородная структура среды при движении относительно наблюдателя может регистрироваться аппаратурой подобно волнам по первому значению и, возможно, ошибочно приниматься как процесс, волны в среде, Форма волн в структуре (объекте) может быть любой: синусоидальной, зубчатой, прямоугольной, и так далее. Например, движение пуль из пулемета, вагонов поезда, математически можно рассматривать как движущуюся волновую структуру прямоугольной формы. Волны, как объект, при изменении скорости относительно приемника остается самостоятельной структурой.

Математическое описание волн, процесса и объекта, частично совпадает, также как и результаты физических измерений при некоторых условиях. Различие волн как процесса и объекта тоже регистрируется, особенно ярко оно проявляется при изменении относительной скорости источника и приемника.

Одним из таких различий является э ффект Доплера, наблюдаемый в процессе распространения волн в средах, например, в воздухе [10]. Он имеет четыре варианта изменения скорости, частоты и длины волны при взаимном движении источника, приемника и среды, в которой распространяются волны.

- длина волны при относительно неподвижных источнике колебаний частотой - и приемнике волн относительно среды, с - скорость движения волн в среде.

Первый вариант — приемник неподвижен в среде, движется излучатель со скоростью - u. Длина волны изменяется, она становится длиннее, если источник удаляется, и короче, в случае приближения: , частота на приемнике тоже изменяется. Скорость волны относительно приемника остается неизменной.

Второй — излучатель неподвижен в среде, движется приемник со скоростью v. Длина волны для приемника остается неизменной, а частота уменьшаются в случае удаления, и увеличиваются при приближении к источнику: , также как и скорость волн .

Третий и четвертый варианты представляют собой комбинацию первых двух при одновременном движении излучателя и приемника относительно среды с одинаковой или разной скоростью.

Эффект Доплера, как видно его описания,существует для волн в средах.

Этот эффект имел бы место и для света, если бы существовала среда – электромагнитный эфир, «физический вакуум» и так далее. Однако до сих пор не только не обнаружена среда (эфир, «физический вакуум»), в которой распространялось бы возмущение, называемое электромагнитными волнами, но, более того, имеется много доказательств, что такой среды и быть не может, то наблюдаемые неоднородности электромагнитного излучения следует рассматривать как движение волновой структуры (объекта).

Электромагнитные волны в природе – это объект, электромагнитное поле, вид материи, волновая структура с пространственным периодическим чередованием максимумов и минимумов напряжённости электрического и магнитного полей, способная распространяться и переносить энергию в пустом пространстве (вакууме) и в материальных средах.

Среднее положение от максимума до минимума синусоидальной электромагнитной волны, или периода, составляет нулевую точку. Расстояние между соседними максимумами или минимумами периода, а также между соседними четными или не четными нулевыми его точками, представляет собой единичный элемент волновой структуры и является природным звеном электромагнитной волны, или фотоном. Звеньями мы также называем периодические отрезки потока света произвольной длины.

Тот факт, что при изучении электромагнитного излучения мы имеем дело не с волнами в среде, а с упорядоченной структурой фотонов, подтверждается многочисленными лабораторными опытами по измерению характеристик светового потока при изменении относительного движения источника и приемника. Эти результаты аналогичны измерениям характеристик звеньев света на движущейся платформе и совсем не похожи на результаты измерений частот и длин волн в средах [3, 6, 7].

Проявление закона сложения скоростей в изменении частоты, времени прохождения звена света, которое впервые наблюдал О. Рёмер, свойственно всему спектру электромагнитного излучения. В современной литературе данное явление называется эффектом Доплера, но это ошибка. Вот что пишет, например, в учебном пособии по этому поводу И.В. Савельев: «Для световых волн также существует эффект Доплера. Однако особой среды, которая служила бы носителем электромагнитных волн, не существует. Поэтому доплеровское смещение частоты световых волн определяется только относительной скоростью источника и приёмника» [7].

В цитате явное противоречие. «Для световых волн также существует эффект Доплера» - здесь, кроме наличия самих световых волн, констатируется еще наличие своеобразного свойства волн в средах – эффекта Доплера. Но далее неожиданное: «… особой среды, которая служила бы носителем электромагнитных волн, не существует», то есть, электромагнитные волны есть, а носителя волн нет! (Аналогично пишут авторы и других учебных пособий по физике). Для электромагнитного излучения нет особого носителя среды, следовательно, для электромагнитных волн нет и эффекта Доплера.Экспериментальные измерения характеристик электромагнитного излучения при изменении относительной скорости источника и приемника не совпадает с эффектом Доплера, поэтому наблюдаемые явления нельзя называть эффектом Доплера.

Эффект изменения частоты любой периодической волновой структуры (объекта), например, гофрированного листа, пуль из пулемета, электромагнитного излучения, при изменении скорости волновой структуры относительно приемника (наблюдателя), как в вакууме, так и в физических средах следует называть эффектом Рёмера. Этот эффект впервые наблюдал Олаф Рёмер при измерении длительности периода Ио, спутника Юпитера в 1676 году.

Для волновой структуры электромагнитного излучения вводим следующее обозначение , где - длина звена электромагнитного поля, волны, с – скорость движения электромагнитного поля относительно источника, - частота излучения волн (звеньев).

При взаимном движении источника и приемника со скоростью - v скорость электромагнитных волн (звеньев) относительно приемника равна , а частота волн ; скорость и частота волн уменьшаются при удалении источника, и увеличиваются при приближении, длина волны (звена) электромагнитного поля, волны остается неизменной. Изменение скорости и частоты электромагнитных волн в эффект Рёмера определяется только относительной скоростью источника и приемника волновой структуры. (Об этом же пишет и И.В. Савельев: «…смещение частоты световых волн определяется только относительной скоростью источника и приёмника», ошибочно называя это смещение доплеровским). При этом не существенно, что считается неподвижным, источник или приемник, сам эффект и его математическое описание в системе приемника остаются одинаковыми. В эффекте Рёмера, в отличие от эффекта Доплера, размеры частей объекта, длина звена (волны) ни когда не изменяется, изменяется только частота и скорость прохождения звеньев (волн) относительно наблюдателя.

В настоящее время считается, что при эффекте Доплера изменяется длина электромагнитной волны, но это ошибка.

Эффекты Рёмера и Доплера разные физические явления. Однако математические описания эффекта Рёмера и описание второго варианта эффекта Доплера, а именно, при неподвижном в среде источнике и движущемся приемнике, совпадают, то это совпадение в современной физике приводит к ошибочной трактовке сущности электромагнитного излучения.

По нашим представлениям поток света состоит из фотонов; характерный размер структуры потока l — звено. Его можно представить как непрерывную последовательность двойных зарядов: двух электрических, положительного и отрицательного, и двух магнитных — также положительного и отрицательного. Заряды находятся в двух центрах, расстояние между которыми l/2 (рис. 1).

СОДЕРЖАНИЕ