Научно-религиозная гипотеза о зарождении и эволюции
Вселенной
- основа мировоззрения будущего.
А также альтернативные мнения обо всем.
  
В началоВаш псевдоним: ИнкогнитоВаш статус:  Читатель (можете только читать открытые тексты) Контакт
Eugene  
11.03.23  
   ИМПУЛЬСНАЯ МОДЕЛЬ СВЕТА.

   Основные тезисы
   1. Свет распространяется только в средах.
   2. Носителями света являются фотоны, но не фотоны-частицы, а фотоны-импульсы, деформирующие окружающую среду.
   3. Деформация, вызванная фотоном-импульсом, распространяется в среде по распределенной траектории, подобной траекториям распространения импульсов сжатия, например, в твердых, жидких и газообразных средах.

   Введение.
   Уже более века корпускулярно-волновая теория считается общепризнанным методом описания световых потоков и близких по природе потоков электромагнитной энергии других частот. Этим методом было разрешено и продолжает разрешаться множество теоретических и практических задач.
   Все время своего существования корпускулярно-волновая теория непрерывно совершенствуется, что связано не с ее слабостью, а с принципиальной невозможностью создания идеальной модели Природы. И на практике постоянно появляются все новые данные, требующие очередных уточнений существующей модели.
   Но вместе с тем, дуализм, лежащий в основе корпускулярно-волновой теории, по определению, противоречит естественнонаучному методу. Каждая из естественных наук стремится создать единую, непротиворечивую и однозначную модель Природы, и потому корпускулярно-волновой дуализм можно рассматривать только как промежуточный этап, но не торжество науки.
   Несомненно, когда-то появится и более совершенное описание потоков света и всего спектра электромагнитной энергии, но в настоящее время корпускулярно-волновая теория не имеет приемлемой альтернативы.
   Попытки построения иных теорий имеют основания. Кроме дуализма, есть и еще один весомый аргумент для отказа от дальнейших косметических редакций корпускулярно-волновой модели. Действительно, если поток энергии иногда подобен волне и не может содержать частицы, а иногда подобен летящим частицам и не может быть волной, то, по-видимому, этот поток не является ни волной, ни летящими частицами. Это что-то третье. И потому логично искать это третье.
   Ниже предлагается недуальный подход к описанию потока оптической энергии. А ввиду близости природы разнообразных потоков электромагнитной энергии предложенная модель допускает обобщение и на более широкий электромагнитный спектр.

   Модель передачи деформаций в изотропной среде.
   Общепризнанные великие физики прошлого однозначно высказывались об энергии, как о первичном строительном материале, из которого, в конечном итоге, состоит материя. Эйнштейн писал: "Элементарные частицы — это сгущения электромагнитного поля" [1], "То, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на деле огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве" [2], "Основным элементом, или кирпичиком, реальности следует вместо массы считать поле" [3]. В этом вопросе с Эйнштейном был полностью согласен Гейзенберг: "...можно сказать, что все элементарные частицы состоят из энергии" [4].
   На основание многочисленных экспериментальных данных к подобному выводу пришли и современные физики: "Элементарные частицы — элементарные возбуждения квантовых полей" [5].
   Предположение о чисто энергетической основе всех элементарных частиц далее будет использоваться при построении модели распространения светового потока.
   В соответствии с импульсной гипотезой световой поток распространяется светопроводящими средами. Например, в космическом пространстве предполагается наличие среды, распространяющей свет, и эта среда в разных источниках называется "космическим вакуумом", "эфиром" и т.д.
   Предполагаемая структура светопроводящей космической среды изображена на рис.1:
  
   Среда состоит из пересекающихся элементов, условно изображенных здесь в виде кругов, и не содержит пустот. Среда имеет внутренне давление, которое создают ее элементы, обладающие энергией и стремящиеся к расширению. С физической точки зрения, элемент среды можно представить, как невесомую и абсолютно пластичную оболочку, наполненную газом.
   На рис.1 элементы изображены в правильных формах, но они находятся под внешним давлением и в непрерывных взаимодействиях, деформируя друг друга. При этом элементы могут принимать самые причудливые формы. Элементы сохраняют свой объем, но не стремятся к восстановлению некой номинальной формы. Для дальнейших построений формы элементов не имеют значения, и потому без ограничения общности их можно изображать правильными.
   Структуры, подобные изображенной на рис.1, нередко встречаются в средах материального мира. Элементами сред материального мира являются, очевидно, атомы.
   Атом, по современным представлениям, состоит из концентрированной энергии, тогда и все излучаемые атомом "элементарные частицы" также являются концентрированной энергией. "Элементарная частица" или пакет энергии излучается из области повышенного давления внутри атома во внешнюю среду, где давление несоизмеримо ниже. В результате излученный атомом пакет энергии расширяется, подобно взрыву, до выравнивания давления и деформирует окружающую среду в локальной области - создается фронт первичных деформаций, как это условно изображено на рис.2:
  
   В локально деформированной области повышается давление, и деформация передается соседним элементам среды. Деформация соседних элементов передается далее в среде, что равносильно выбросу соответствующих пакетов энергии, которые названы "вторичными пакетами энергии" и также схематично изображены на рис.2. В результате формируется фронт вторичных деформаций.
   Фронт вторичных деформаций затрагивает следующий слой элементов среды. Следующий слой деформируется, и, в свою очередь, передает деформации соседнему слою - излучаются третичные пакеты энергии, формируется фронт третичных деформаций и т.д.
   Распространение оптической энергии является многошаговым процессом последовательных передач изначально излученного пакета энергии от возбужденных (деформированных) слоев среды к невозбужденным.
   Подобным образом распространяются деформации в средах макромира. Например, в результате удара молнии формируется длительная и мощная деформация воздушной среды, которая распространяется в атмосфере со скоростью звука и деформирует наши барабанные перепонки. Эта деформация воспринимается органами слуха, как раскаты грома и передается в мозг.
   Распространение светового потока, как деформация светопроводящей среды, по своей природе близко распространению звука в воздушной среде. Но световой поток деформирует не барабанные перепонки, а чувствительные элементы глаз. Затем эта деформация обрабатывается уже не органами слуха, а органами зрения, и далее также передается в мозг.

   Формальное описание воздействия оптической энергии.
   Формально воздействие выделяемой атомом энергии на окружающую среду можно описать с помощью графика деформации локального объема среды. Качественно этот график изображен на рис.3:
  
   Здесь представлена скорость (V 'e ) деформации объема окружающей среды при расширении выделенного пакета энергии в течение времени dt. При этом объем деформации (dVe) среды будет, очевидно, равен:
   dVe = V 'e * dt.
   Если при расширении энергии преодолевается постоянное внешнее давление P, то внешняя среда получает энергию E:
   E = P * dVe.
   Скорость выделения энергии (скорость излучения) может иметь значение не меньшее, чем величина выделенной энергии. Скорость излучения имеет смысл общепринятого понятия "жесткости" излучения, связываемого с искусственным понятием частоты фотонов. Но частота прямыми методами не измеряется, а фактически постулируется, как некий коэффициент пропорциональности.
   Предлагаемое здесь представление о "жесткости" потока энергии основано на предположении о подобии процессов, проистекающих в макромире и микромире. В макромире объекты не воздействуют друг на друга поперечными частотами, но воздействуют продольными импульсами. Объективно существующей и измеряемой величиной являются скорость излучения фотонов, которая и характеризует "жесткость" воздействия на окружающую среду. Значение скорости расширения фотона подобно значению скоростей макротел при соударениях. Второй характеристикой фотона является время его воздействия на среду, это параметр, очевидно, характеризует энергию фотона и линейно с ней связан.
   Энергия и "жесткость" воздействия светового потока не связаны со скоростью его распространения. Скорость передачи воздействия в среде характеризует среду, а не воздействие.
   В предлагаемой модели распространения светового потока, фотоны не летят подобно частицам со скоростью света, фотоны деформируют среду, а далее деформация распространяется в среде подобно распространению деформаций сжатия макросред. И скорость света - это не характеристика фотона, а характеристика среды. Именно поэтому любые потоки электромагнитной энергии, независимо от их "жесткости", распространяются в космосе с одинаковой скоростью.
   Бытовым примером распространения деформаций сжатия, подобным распространению света, может служить работа гидропривода тормозов автомобиля. На педаль тормоза можно воздействовать плавно или резко, "в пол" или чуть притормаживать - и именно эти усилия будут в точности передаваться на тормозные колодки. Но скорость передачи усилий не зависит от самих усилий, и они передаются практически мгновенно в соответствии с характеристиками жидкости гидропривода.

   Структура пакета оптической энергии.
   Пакет излученной атомом энергии, состоит из отдельных импульсов, распространяющихся в разных направлениях в соответствии со схемой, изображенной на рис.2. Это означает, что упомянутый пакет энергии имеет внутреннюю структуру, как это изображено на рис.4:
  
   Излучаемый атомом энергетический пакет полностью излучается (расширяется) в течение времени dt, но этот пакет квантуется и излучается "порционно". Минимальный квант в составе пакета оптической энергии является оптическим фотоном, который излучается в течение времени . На рис.4 изображен пакет фотонов с одной скоростью излучения (одного цвета), но это не принципиально для предлагаемой модели, и ее качественное описание не изменится при наличии в пакете фотонов с разными скоростями излучения (разных цветов). Распространение пакета фотонов укладывается в описанную выше процедуру распространения светового потока. При последовательном и (или) параллельном излучении фотонов они также последовательно и (или) параллельно передаются от возбуждаемого элемента среды одному из соседних элементов, например, случайно выбранному.
   В каждой точке пространства может единовременно расширяться не более одного фотона, и потому пакет фотонов для точки является плоской фигурой. Но атом имеет конечные размеры, тогда он может параллельно излучать фотоны в разных точках, и пакет излучаемых атомом фотонов становится объемным. Другим вариантом формирования объемного пакета фотонов является излучение атомом не фотонов, а сгустка концентрированной энергии, которая в свободном пространстве начинает "взрываться" подобно заряду салюта. При последовательных "взрывах" высвобождаются все более мелкие порции энергии вплоть до фотонов.
   При любом из описанных выше сценариев в некоторой области взрывоподобно размножаются фотоны, которые по мере возникновения со скоростью света передаются в среде, граничащей с этой областью. Условно изображенные на рис.2 "пакеты энергии" являются, в конечном итоге, мириадами фотонов. И в среде распространяются не "пакеты энергии", а независимые одиночные фотоны.
   Пакет излученной атомом оптической энергии не может дробиться до бесконечности. Фотоны являются минимальными квантами оптической энергии и далее дробиться не могут. В изотропной среде фотоны распространяются равномерно во всех направлениях, и при удалении от источника излучения плотность потока распространяющихся фотонов, очевидно, падает. Тогда неизбежно наступит момент, когда элементы среды возбуждаются (деформируются) единичными фотонами, и такая деформация может передаваться только одному из элементов, окружающих возбужденный элемент.
   При массовом излучении фотонов их распространение усреднится и будет соответствовать принципу Гюйгенса. Излучение одиночного фотона может привести к некоторому подобию броуновского движения.
   Эти факты и объясняют наличие корпускулярных и волновых свойств светового потока. Но если для светового потока принять импульсную модель, то волновые и корпускулярные свойства смыкаются естественным образом в единообразном описании распределенного потока энергии. Направление передачи деформаций описывается плотностью вероятности. Если некоторый источник генерирует мощный световой поток с практически единовременным излучением мириад фотонов, то в результате усреднения по огромному количеству фотонов, будет получен практически детерминированный процесс распространения потока по принципу Гюйгенса с созданием единого фронта. Если излучаются единичные фотоны, то процесс их распространения является существенно вероятностным. В изотропной среде каждый фотон передается равновероятно во всех направлениях. В соответствии с теорией вероятностей, при большом количестве фотонов они и будут распространяться равномерно по всем направлениям мощным потоком. При малом количестве фотонов, они начнут беспорядочные перемещения в среде, подобно броуновским частицам.
   Основным понятием импульсной модели, как и в корпускулярной модели, является фотон. Но у импульсной модели фотон является действием или импульсом, а у корпускулярной он является частицей. Фотон-импульс деформирует среду, и эта деформация передается от элемента к элементу случайным образом в направлении минимального мгновенного сопротивления. Фотон-частица не взаимодействует со средой и перемещается в ней со скоростью света в одном направлении. Фотон-импульс передается между элементами среды также со скоростью света, но его перемещения напоминают броуновское движение. Тогда импульсную модель можно считать корпускулярной моделью с броуновским фотоном.
   Но есть и существенное отличие в описании самого фотона. Основной характеристикой фотона-импульса является скорость, с которой он деформирует элементы среды. Этот параметр является одним из основных и при описании энергетических взаимодействий в макромире. Фотон-частица описывается частотой поперечных колебаний, но этот гипотетический параметр не имеет аналогов в макромире, и само его реальное существование требует подтверждений.

   Объяснение эффекта Доплера.
   Формальное описание фотона скоростью его расширения (увеличения объема) позволяет естественным образом объяснить эффект Доплера [6]. Действительно, скорость расширения фотона сводится к скоростям увеличения его линейных размеров в разных направлениях. Линейные скорости движения границ фотона складываются с соответствующими координатами вектора скорости источника излучения. При сближении источника излучения с наблюдателем, линейная скорость расширения фотона в направлении наблюдателя складывается со скоростью источника, и излучение кажется "жестче". При удалении источника, его скорость вычитается из линейной скорости расширения фотона, и излучение кажется "мягче".
   Воздействие светового потока на глаза наблюдателя характеризуются скоростью деформаций, которые причиняются глазам. Воздействия фотонов с разными скоростями расширений подобны механическим ударам с разной скоростью.
   Восприятие глазами энергии светового потока определяется деформацией их чувствительных элементов. И если, например, наблюдатель воспринимает поток световой энергии площадью S, то деформацию объема dVe можно представить в виде:
   dVe = S * dL, где dL - глубина деформации, равная произведению:
   dL = L' * dt, L' - средняя линейная скорость расширения фотонов в направлении наблюдателя.
   Тогда, если источник светового потока приближается к наблюдателю со скоростью D', то кажущуюся наблюдателю скорость линейного расширения фотонов (цвет фотонов) L' k, очевидно, можно вычислить по формуле:
   L' k = L' + D'
   Фотоны, соответствующие восприятию красного цвета, расширяются с минимальной в оптическом диапазоне линейной скоростью (L' r ), фотоны, воспринимаемые фиолетовыми, - с максимальной (L' f ).
   Если источник излучения фотонов цвета не приближается и не удаляется от наблюдателя, то наблюдатель воспринимает излучаемые фотоны именно в том цвете, в котором они излучаются.
   Но если источник излучения, например, красных фотонов приближается к наблюдателю со скоростью D', равной разнице dL'fr  линейных скоростей расширения фиолетовых и красных фотонов, то наблюдатель будет воспринимать источник излучения красных фотонов, как источник излучения фиолетовых фотонов, что и изображено на рис.5:
  
   Этот эффект (Доплера) объясняется деформацией среды уже самим движением источника излучения. И скорость этой деформации в направлении движения в точности равна скорости движения. Если фотон расширяется в направлении движения, то, очевидно, среда будет деформироваться фотоном со скоростью, равной сумме скорости расширения фотона и скорости движения.

   Вероятностная модель распространения светового потока.
   Рассмотрим модель распространения деформации среды, вызываемой единичным фотоном. Пусть в некоторый момент времени деформированы элементы среды, выделенные красным цветом на рис.6, элементы с номерами "1", "2", "6":
  
   Деформированные элементы передают энергию (деформацию) соседним с ними недеформированным элементам. Тогда, если элемент с номером "1" деформирован одиночным фотоном, он передаст его одному из элементов с номерами "3", "4", "5".
   В первом приближении, вероятность Bi (i=3, 4, 5) передачи деформации каждому из указанных элементов пропорциональна площади Si (i=3, 4, 5) их контактов с элементом с номером "1".
   При распространении мощного потока фотонов одновременно деформируются сразу множество соседних элементов среды. Тогда каждый фотон с практически единичной вероятностью сможет перемещаться только в направлении потока - перпендикулярно его фронту. В плотном потоке у элемента "1" с большой вероятностью не окажется выбора, и он передаст деформацию элементу с номером "4", а элементы "3" и "5" окажутся уже деформированными.
   По мере увеличения мощности светового потока, направления распространения мириад фотонов усредняются, и вероятностная модель приводит к детерминированным законам и правилам классической оптики.

   Гипотеза о структуре фотона.
   На рис.7 иллюстрируется гипотеза о механизме прохождения фотона через элемент среды.
  
   Гипотеза строилась в предположении непрерывности Природы и наличия подобий процессов и структур макромира и микромира. Светопроводящая среда микромира рассматривается, как некое подобие водной среды на Земле, но несоизмеримо менее плотная. Тем не менее, элементы среды, изображаемые ранее, как неделимые, имеют внутреннюю структуру, подобно молекулам воды.
   Фотон также не является неделимым и имеет внутреннюю структуру - состоит из существенно более мелких элементов, называемых далее фотино. Процесс расширения фотона, предположительно и состоит в последовательном выделении цепочки фотино из внутреннего пространства атома в окружающую среду. Время выделения фотона, состоящего из цепочки фотино, и обозначено ранее, как . Расширяясь во внешней среде, фотино начинают деформировать ее, и эти деформации передаются в среде, не дожидаясь выделения всего фотона. Каждый элемент среды, получая деформацию в форме фотино в области воздействия, со скоростью света формирует такую же деформацию в области реакции на воздействие. Таким образом, элемент среды последовательно (фотино за фотино) формирует зеркальное отображение воздействующего на него фотона и излучает во внешнюю среду фотон, аналогичный входящему.
   В плотном световом потоке возможны ситуации, когда элемент среды получает и передает одновременно два или более фотонов. В этом случае, должна обеспечиваться возможность одновременной передачи всех одновременно получаемых фотонов. В терминах рис.7 это означает, что через элемент среды может одновременно проходить более одной цепочки фотино. Внутренняя структура элементов среды здесь не рассматривается, но предполагается, что фотино существенно меньше элементов среды и потому цепочки фотино могут проходить через элемент параллельно.
   Эта гипотеза не противоречит сделанному ранее предположению о возможности передачи фотона только не деформированному элементу, но требует уточнения формулировки. Понятие деформированности элемента является условным. Все элементы среды находятся под внешним давлением и деформированы (сжаты) так, что установливается в среднем равновесное состояние. Поэтому понятие "не деформированный" можно понимать только в смысле "менее деформированный".

   Гипотеза о природе дифракции.
   Образование дифракционных колец [7], возможно, объясняется простыми геометрическими построениями. На рис.8 схематично изображено прохождение светового потока через малое круглое отверстие в ширме.
  
    Если ширма освещается световым потоком со сферическим фронтом, как это изображено на рис.8, то, очевидно, при прохождение потока через отверстие его периферийные лучи будут отражаться от светоотражающих стенок отверстия внутрь потока.
   Лучи, отраженные от стенок, будут создавать свои световые потоки, складывающиеся с основным световым потоком. В результате сформируется суммарный фронт светового потока, где энергия входящего светового потока будет перераспределена.
   При отражениях от стенок отверстия периферийные лучи будут все больше отставать от лучей, беспрепятственно проходящих через отверстие. Это приведет к формированию все более ярко выраженного сферического фронта по мере прохождения потока через отверстие. Отставание отраженных лучей объясняется замедленным распространения света в среде ширмы, более плотной, чем среда отверстия.
   Исходя из симметрии всех процессов относительно центральной оси отверстия, фронт потока останется центрально симметричным относительно этой оси. При этом, возможно нелинейное перераспределение энергии между концентрическими кольцами фронта потока в связи с нелинейностью распространения лучей при отражениях. Тогда изображение подобного потока на экране будет выглядеть, как набор концентрических колец с разными диаметрами и разной освещенностью. Такие кольца, обычно, называют дифракционными.
   Если световой поток проходит не круглое отверстие, а узкую щель, то концентрические кольца переформатируются в полосы, а интерференционная картинка [7] от двух щелей вполне может создаваться наложением усиливающих друг друга дифракционных полос от двух близких щелей.

   Обобщения.
   Оптическая энергия является малым фрагментом в спектре электромагнитной энергии. Но в силу предположения о непрерывности и подобии явлений Природы, общие положения импульсной модели световых потоков можно распространить и на весь упомянутый спектр.
   Различия предполагаются только в части численных значений параметров фотонов. В качестве аналога частот фотонов-частиц предлагается описывать фотоны-импульсы скоростью их излучения. Оба эти представления характеризуют "жесткость" энергии, но частота фотона является его искусственной характеристикой, а указанная скорость или средняя скорость, в принципе, может измеряться.
   Еще одно отличие фотона-частицы, от фотона-импульса заключается в способах их распространения в среде. Фотон-частица электромагнитной энергии распространяется прямолинейно, и для объяснения наблюдаемых реальных не прямолинейных траекторий постулируются волновые свойства квантов с неопределенной физической природой. Фотоны-импульсы, по определению, распространяются по случайным траекториям в направлении мгновенного минимального сопротивления среды, что позволяет естественным образом объяснять как прямолинейное детерминированное распространение мощных потоков энергии, так и явления, подобные дифракции и интерференции. Эти явления предлагается объяснять, в первую очередь, свойствами среды распространения потоков энергии.
   Наглядные аргументы в пользу импульсной модели могут предоставить наблюдения за молниями, когда потоки электроэнергии извергается из туч в атмосферу. Траектории потоков электроэнергии можно наблюдать не вооруженным глазом. Несколько из них изображены на рис.9:
  
   Потоки электроэнергии совершенно не похожи на прямолинейные траектории полета элементарных частиц, не взаимодействующих со средой. Но очень похожи на наблюдаемые результаты распространения деформаций сжатия после ударных воздействий на многие макросреды. На рис.10 изображены трещины на льду после многочисленных деформаций:
  
   При не большом воображении такие трещины во льду можно принять за массовые разряды молнии а ночном небе.


   Заключение.
   Предложенная импульсная модель светового потока имеет аналоги в макромире, и для ее развития можно использовать математические аппараты, созданные, например, для описания распространения деформаций сжатия различных твердых, жидких и газообразных сред. Тогда микромир станет частью непрерывной Природы, а не аномалией с собственными законами.
   Выше на качественном уровне представлена модель распространения светового потока. Она имеет единую структуру, не страдает неопределенностью дуальных корпускулярно-волновых моделей. Одновременно, импульсная модель естественным способом объединяет положительные качества корпускулярного и волнового представлений распространения электромагнитной энергии.

   Список литературы.
   1. Эйнштейн А, Собрание научных трудов. Том 1 (М.: Наука, 1965-1967, стр. 689)
   2. Эйнштейн А, Собрание научных трудов. Том 4 (М.: Наука, 1965-1967, стр. 511)
   3. Эйнштейн А, Собрание научных трудов. Том 4 (М.: Наука, 1965-1967, стр. 329)
   4. Гейзенберг В, Физика и философия (М.: Наука, 1989, стр. 35)
   5. Брандт Н Б и др, Квазичастицы в физике конденсированного состояния (М.: Физматлит, 2005, стр. 632)
   6. Путилов К А и др, Курс физики. Том 3 (М.: Физматлит, 1963, стр. 31)
   7. Нагибина И М, Интерференция и дифракция света (Л.: Машиностроение, 1985)
      Комментировать/Отменить