Этот «цифровой» физический мир (СИ)

И вот, поскольку упорно не доказывался перенос импульса фотонами, когда они летели потоком, оставалась надежда лишь на доказательства переноса импульса отдельным фотоном. Считается, что первым таким доказательством стал эффект Комптона. Этот эффект заключается в рассеянии веществом рентгеновского излучения – с характерным увеличением его длины волны. Классическая теория рассеяния света не смогла объяснить этот феномен, и было принято объяснение Комптона [К1], основанное на подходе квантовой теории.

Согласно этому объяснению, рентгеновский фотон неупруго соударяется со слабо связанным атомарным электроном. При этом, как следует из законов сохранения энергии и импульса, часть своей энергии (и импульса) фотон передаёт электрону, выбивая его из атома и превращая в «электрон отдачи». В результате, как следует из законов сохранения энергии-импульса, длина волны фотона увеличивается. Такой подход согласуется с главными свойствами комптоновского сдвига длины волны: во-первых, с его независимостью от атомного номера вещества рассеивателя и, во-вторых, с его зависимостью лишь от угла, на который происходит рассеяние.

Однако, ради торжества подхода Комптона был проигнорирован ряд особенностей, с которыми этот подход не согласуется. Следует иметь в виду, что комптоновский сдвиг длины волны потому и заметен с помощью спектрометров, что в рассеянном на любой угол излучении присутствует также несмещённая компонента – с той же самой длиной волны, что и у падающего излучения. Если законы сохранения энергии-импульса дают, при рассеянии фотона на ненулевой угол, ненулевой комптоновский сдвиг длины волны, то неужели несмещённая компонента порождается с нарушением этих законов? Теоретики пытаются убедить нас в том, что несмещённая компонента порождается при таком соударении фотона с атомарным электроном, при котором электрон не выбивается из атома, т.е. фотон соударяется, фактически, не с электроном, а с атомом – а поскольку масса атома гораздо больше массы электрона, то импульс отдачи у атома оказывается ничтожен. Тогда теоретикам следовало бы объяснить, отчего фотон с энергией, которая на 3 порядка больше энергии связи атомарного электрона, в одних случаях выбивает электрон из атома, а в других случаях не выбивает – рассеиваясь при этом на один и тот же угол. Увы, разумного объяснения этому нет. Далее, не удаётся наблюдать комптоновское рассеяние на атомах сверхлёгких (в частности, водорода) и тяжёлых элементов – хотя свойства слабо связанных электронов у всех элементов ничем принципиально не различаются. Наконец, уничтожающим доводом против подхода Комптона является тот малоизвестный факт, что в рассеянном на любой угол излучении присутствует, помимо комптоновской и несмещённой компонент, ещё и компонента анти-комптоновская – длина волны которой уменьшена на величину комптоновского сдвига [С6]. В теорию Комптона совершенно не укладывалось наличие анти-комптоновской компоненты, поэтому он в известных нам публикациях даже не упоминал про неё.

Мы же, в работе [Г5], предлагаем более адекватное и честное объяснение феномена. Согласно нашей модели, рассеяние рентгеновских лучей здесь происходит не на атомарных электронах, а на нуклонных комплексах в ядрах – и при этом сдвиги длин волн зависят от «электронного» пространственного размера, от его комптоновской длины волны! Наша модель не только легко объясняет возможность всех трёх компонент: комптоновской, несмещённой и анти-комптоновской. Мы объясняем, почему эффект Комптона не наблюдается при рассеянии рентгеновских лучей на атомах сверхлёгких элементов, например, на водороде – у водорода нет требуемых для этого нуклонных комплексов. Мы объясняем, почему эффект Комптона не наблюдается при рассеянии рентгеновских лучей на атомах тяжёлых элементов – хотя эти атомы, конечно, тоже имеют «слабо связанные» электроны. Разгадка здесь, на наш взгляд, в том, что рентгеновские кванты эффективно взаимодействуют с электронами из внутренних электронных оболочек тяжёлых атомов – отчего эти кванты попросту «не добираются» до ядер. Наконец, мы объясняем, почему эффект Комптона не наблюдается для видимого света – хотя, согласно логике квантовой теории рассеяния, комптоновские сдвиги здесь вполне могли бы иметь место, а их наблюдение не представляло бы особых технических сложностей. Разгадка в том, что видимый-то свет рассеивается именно атомарными электронами, а не нуклонными комплексами в ядрах.

И ещё: в отличие от модели Комптона, которая требует наличия выбиваемых из атомов «электронов отдачи», по нашей модели, никаких «электронов отдачи» не существует. А ведь был проведён целый ряд экспериментов [Ш3,Х1,К2], призванных подкрепить шаткие представления Комптона и проиллюстрировать разлёт продуктов комптоновского рассеяния – при котором рассеянный квант и «электрон отдачи» вылетают из атома одновременно и разлетаются под «правильными» углами. В работе [Г5] дан критический обзор подобных экспериментов, и показана их полная бездоказательность. Их общим недостатком было отсутствие доказательств того, что исследовалось именно комптоновское рассеяние – измерением комптоновских сдвигов здесь никто себя не утруждал. Впрочем, в некоторых «подтверждающих» опытах использовали в качестве первичного излучения гамма-кванты [Х1,К2], у которых измерять комптоновские сдвиги было просто нечем [Г5]. Так, Крэйн, Гартнер и Турин [К2] поместили мишень-рассеиватель в центре камеры Вильсона – для проверки того, что направления вылета электрона отдачи и рассеянного фотона находятся в согласии с законами сохранения энергии-импульса. В качестве первичного излучения использовались жёсткие гамма-лучи – что делало весьма сомнительной саму возможность комптоновского рассеяния. Электроны, которые, судя по их трекам, вылетали из мишени вперёд, считались электронами отдачи – хотя они могли быть электронами внутренней конверсии или фотоэлектронами, выбиваемыми вторичными гамма-квантами. Поскольку гамма-квант не оставляет трека в камере Вильсона, то, для подтверждения «правильного» направления полёта рассеянного гамма-кванта, требовалось получить «правильные» фотографии. А именно: на них, помимо трека «электрона отдачи», требовалось зафиксировать, в «правильном» сегменте камеры, трек ещё одного электрона – якобы, выбитого рассеянным гамма-квантом. Мы говорим «якобы», поскольку никаких гарантий того, что второй электрон выбивался гамма-квантом, вылетавшим из мишени в центре камеры, быть не могло. При таком положении дел, «правильная» пара треков могла получаться лишь в результате маловероятного стечения случайных обстоятельств, на ничтожном проценте фотографий – как это и было в действительности. Обработав только эти «удачные» фотографии, авторы сделали неизбежный, при подобном высоконаучном подходе, вывод о том, что «наблюдаемый угол полёта рассеянного фотона совпадает с вычисленным» [Ш1]. Вот такой лепет нам подсовывают в качестве подпорок заявлений Комптона – насчёт того, что фотон переносит импульс! Добавим, что скептические слова в адрес традиционной интерпретации комптоновских сдвигов, а также критические замечания по поводу экспериментов с «электронами отдачи» высказывались и ранее – например, в исследовании [А1].

Ещё одним эффектом, который, как полагают, доказывает перенос импульса гамма-квантом, является эффект Мёссбауэра. До открытия Мёссбауэра, наблюдение резонансного ядерного поглощения было затруднено – как считалось, из-за эффекта отдачи: гамма-квант, якобы, передаёт часть своего импульса как излучающему его ядру, так и поглощающему, отчего их совпадающие невозмущённые линии «разъезжаются» из-за эффекта Допплера. Это объяснение – недоразумение какое-то. Допплеровский сдвиг линии излучателя имеет место, когда соответствующая скорость у излучателя уже имеется. В рассматриваемом же случае эта скорость приобретается в результате отдачи, т.е. после того, как излучение гамма-кванта уже произошло. Аналогично, у ядра-поглотителя допплеровский сдвиг линии, из-за эффекта отдачи, мог бы появиться лишь после того, как уже произошло поглощение. Ну, никак не мог эффект отдачи портить резонансное ядерное поглощение! Но нам предъявляют факты: при сближении излучателя и поглотителя, вероятность этого поглощения увеличивалась. Казалось бы, здесь происходила допплеровская компенсация эффекта отдачи. И, когда Мёссбауэр обнаружил резонансное поглощение при отсутствии допплеровской компенсации, а при условиях, когда ядра-излучатели и ядра-поглотители входили в состав кристаллических структур, находившихся при достаточно низкой температуре – был сделан вывод о том, что здесь отдача от гамма-кванта воспринимается не одиночным ядром, а всем кристаллом в целом, становясь при этом, практически, нулевой.