Этюды о свете

Параметры определяются просто: длина фотона — умножением скорости света на время излучения кванта, число атомов энергии в нем — умножением этого времени на частоту колебаний излучателя, на частоту света.

Так, например, фотон оранжевого света имеет длину почти три метра и состоит — округляя — из пяти миллионов атомов энергии. Из такого фотона и был «вырезан» оптический эталон метра, принятый в 1960 году Генеральной конференцией по мерам и весам. В нем — 1650763,73 длины волны изотопа криптона 86.

Поскольку число атомов энергии в таком фотоне равно числу волн в нем, а расстояние между атомами совпадает с величиной волны в нынешней теории света — 6058 ангстрем, то вполне естественно отождествить их. Ведь волны — это периодические движения любых объектов, будь то волны морского прибоя, звуки музыки или элементы света. Поэтому все они могут быть описаны обычными волновыми уравнениями.

Если в соответствии с опытом принять также, что перенос атомов излучений в пространстве сопровождается возмущением среды — поперечными волнами, то энергоатомарное представление сущности света вполне согласуется с описанием оптических явлений в нынешней теории света. За исключением, разумеется, попытки раскрыть тайну света с помощью загадки электромагнетизма, зачисления фотона в отряд элементарных частиц и приписывания свету корпускулярно-волнового дуализма.

Трехметровый фотон оранжевого света никак не вяжется с представлениями о частицах. К тому же он сам состоит из миллионов частиц — частиц энергии. Признание факта их существования в природе объясняет причину заблуждений с дуализмом.

Главу о свете украинского трехтомника физики заключают слова: «Несмотря на многочисленные попытки, никому еще не удалось дать наглядную интерпретацию двойственной корпускулярно-волновой природы фотонов».

Корпускулярные свойства света, как известно, начинаются с красной границы фотоэффекта. Один и тот же приемник излучений, не обнаружив у низкочастотных радиоволн и дофиолетового света никакой корпускулярности, при переходе им определенной частоты — разной для разных приемников — испытывает воздействие фотонов, сравнимое с ударом частицы вещества. Следовательно, граничная частота как бы делит излучения на волновые и корпускулярные лишь в момент их воздействия на приемник света.

Принято думать, что энергетическое воздействие света определяется его частотой: чем она выше, тем выше и энергия фотонов. И наоборот. Но это не согласуется с фактами различного воздействия одних и тех же фотонов на разные приемники. Так, например, у меди полное безразличие к фотонам, выбивающим электроны из цезия. Энергичные для калия и натрия, точно такие же по частоте фотоны незаметны для вольфрама, золота и платины.

Следовательно, определяющие разное воздействие света факторы не ограничиваются лишь сведением их к частоте фотонов. Такие факторы обнаруживаются и у самих приемников излучений. Что это такое?

Многие объекты природы обладают разного рода памятью о событиях, памятью о воздействии на них. У полупроводников, например, это время релаксации. У приемников света это может быть своего рода памятью об атомах энергии, ее импульсах. Ведь движущиеся со скоростью света мельчайшие и дискретные сгусточки энергии обретают размерность количества движения, то есть. импульсов, равных по величине постоянной Планка. Ее размерность действия ограничена моментом генерации атома энергии и трансформируется в импульс на все время движения в пространстве.

Если память приемника света, составляющих его электронов, атомов вещества и молекул короче времени приема двух последовательных импульсов в фотоне, то он успевает освободиться от воздействия предыдущего и как бы позабыть о нем. Никакой «корпускулярности» света в этом случае нет и в помине. Но если память приемника больше интервала времени между поступлением к нему атомов энергии, то они как настигающие друг друга импульсы наращивают воздействие, вплоть до похожего на удар частицы вещества, что толкуется как корпускулярность света.

Добрая половина изотопов 105 химических элементов не проявляет себя в качестве излучателей корпускул, ибо не обладает достаточно высокой частотой генерации импульсов, имея в виду красную границу фотоэффекта. К тому же, например, у цинка часть изотопов имеет такую границу в 290 нм, а часть — ниже ее. Таковы и некоторые другие элементы — ртуть, барий, сурьма.

Следовательно, энергоатомарное представление сущности света вполне непротиворечиво. Оно в согласии с опытом раскрывает и причину дуалистического толкования света, и его излишне широкое распространение на свойства света, который лишь при определенном сочетании частоты и величины памяти приемника проявляет себя как некоторое подобие воздействия частиц вещества.

Вместе с тем, этот пример иллюстрирует — пусть схематично и упрощенно — плодотворность идеи первичного элемента излучений, их атома. Подтверждается справедливость высказывания первооткрывателя электрона Джозефа Томсона: «Из всех услуг, которые могут быть оказаны науке, введение новых идеи — самая важная».

Идея атома света, подкрепленная опытом, показала способность помогать в решении проблемы так называемого дуализма излучений. Вообще-то такого рода двойственность явления обусловлена и стечением обстоятельств, то есть частоты света, и памяти приемника фотонов. Но именно атом энергии, его характеристики проявили себя в качестве важнейшего условия возникновения корпускулярного свойства света. А раз так, то не исключена и польза идеи атома энергии в решении других, не менее важных проблем.

Поэтому, видимо, может быть полезным дальнейшее знакомство с этим таинственным вестником из реального мира, как его представил Планк.

СУБКВАНТ

Кванты света состоят из атомов энергии. Их можно представить как подкванты или, лучше — субкванты. Термин субквант — рабочий. Но он отражает физический смысл атома энергии как носителя величины постоянной Планка. В момент излучения он имеет размерность действия, которую преобразует в размерность импульса при его движении в пространстве со скоростью света. В ранее опубликованных работах этот термин обозначал дискретную составную часть кванта света, равную величине постоянной Планка [2].

Будучи мельчайшим сгустком лучистой энергии, субквант обладает некоторым размером и соответственной величиной эффективного сечения с размерностью площади. Там, где в данный момент находится субквант, в тот же момент возникает характеристика дискретности энергии и среды, их своего рода клетка. Попытка примерного определения ее величины показала вероятность приближения размера субкванта к длине гравитационного взаимодействия, или планковской длине около 10⁻³³ сантиметра, которой соответствует время около 10⁻⁴³ секунды. Известно, что сейчас она рассматривается как кандидат на роль фундаментальной длины — кванта пространства.

Возникает вопрос: что это — случайное сближение величин или реально существующая исходная метрика в соответствии с предположением Римана о внутренней причине возникновения метрических отношений?

Физика, имеющая дело с объектами такого рода, условно может называться субквантовой. Ее основы связаны с субатомной физикой и с зарождающейся физикой ультрамалых энергий, в области которых, по-видимому, предстоит узнать много удивительного и полезного. В том числе о субкванте, части кванта света, — конечном «кирпичике» мироздания, к которому с полным основанием можно отнести строфу Микеланджело:

Если во Вселенной рождаются и умирают, превращаясь в фотоны и субкванты, мириады атомов вещества, если на каждый атом приходится более сотни миллионов фотонов, если по ее просторам бродят толпы субквантов, выбитых из фотонов и частиц, то едва ли будет преувеличением сказать, что окружающий нас мир — это мир субквантов.