Этюды о свете

И только одна газета, московская «Время МН», опубликовала мнение о том, что принстонский эксперимент неверно истолкован, что выводы из него — заблуждение, порожденное неверным пониманием сущности света. К ложной сенсации привела логическая ошибка, связанная с разделением скорости света на фазовую и групповую. А это, в свою очередь, прямо следует из электромагнитной теории излучения. Прав был академик Гинзбург, когда недавно констатировал, что после 75 лет бесчисленных применений квантовой теории ее по-настоящему еще не поняли.

Но если сенсация с превышением скорости света не состоялась, то замедление его скорости — опытный факт. В начале 80-х годов Дженнисон в Кентском университете замедлил прохождение фотонов через волновод до скорости порядка 2,5 километра в секунду. Физики Роулендского института и Гарвардского университета снизили скорость света в охлажденной натриевой среде до 60 километров в час — до скорости трамвая.

Новое тысячелетие началось с реальной сенсации. Группе физиков в США под руководством Рональда Уолсворта и выпускника Московского физтеха Михаила Лукина удалось то, о чем можно было читать только в фантастической литературе: они остановили свет. Этого достигла и группа исследователей в Кембридже во главе с Лене Хау. Во всех экспериментах по замедлению и остановке света решающую роль отводили среде прохождения света — газообразным и охлажденным натрию, рубидию.

В 1996 году Нобелевскую премию по физике получили Чу, Филлипс и Коэн-Таннутжи за «развитие методов охлаждения и улавливания атомов с помощью лазерного света», который в условиях вакуума и при температуре, близкой к абсолютному нулю, сам начинает действовать наподобие оптического желе.

Все великое множество видов механического движения в среде можно свести к двум принципиально различным видам: к движению, преодолевающему сопротивление среды, и к движению, производимому самой средой. Первое — на каждом шагу. А вот второе — менее известно, но не менее реально.

В теориях света и эфира перенос энергии излучателя мыслился путем смещения — сдвига, колебания, вращения или свободного полета — самих переносчиков этой энергии, ее носителей, будь то корпускулы, эфирные частички или волны. Отказ от эфира и корпускулярной теории света не изменил представления о способе распространения излучений.

В электростатической индукции проявляется иной принцип переноса энергии. В процессе зарядки конденсатора и перераспределения зарядов между его обкладками совершается движение «самой» энергии без смещения ее вещественных носителей. Дэвид Бом в книге «Специальная теория относительности» определил этот принцип переноса энергии как «внешнее движение» в том смысле, что оно обуславливает передачу энергии в пространстве без какого-либо смещения энергонесущих объектов. Но это отнюдь не ток смещения, приписываемый теорией электромагнитных волн свету в качестве. движителя фотонов в пространстве. Введенный Максвеллом из эстетических соображений, этот ток наличествует только в формулах, но никто еще не обнаружил его в натуре. Он как бы самодвигатель света, исправно действующий миллиарды лет его движения к нам из глубин Космоса.

Энергоатомарное представление сущности излучений предполагает, что пространство — не только арена распространения света, но и активный участник его переноса. Иными словами, предполагается, что субкванты не сами по себе движутся в равнодушном к ним пространстве, а что это пространство, как бы его ни называть — эфиром, физическим вакуумом или как иначе, — переносит, ретранслирует атомы энергии излучений по вектору их движения. В некоторой степени это созвучно идее регенерации способа движения электрона в физическом пространстве, высказанной в 1949 году Яковом Френкелем.

Присущее пространству свойство переносить энергию проявляется в различных областях — в гравитации, магнетизме и в переносе света.

Скорость света конечна. Это можно рассматривать как следствие соотношения определенной протяженности участка среды, на котором находится субквант, и времени его пребывания на этом участке. Сумма длин таких участков пространства и времен ретрансляции ими субквантов и результирует величину скорости света.

Независимо от того, имеет ли физическое пространство фиксированную зернистую структуру или же оно приобретает характер непрерывно-дискретной среды только при переносе субквантов, в первом приближении его можно рассматривать как клеточное пространство, элементы которого становятся подобными простейшим конечным автоматам — двухполюсникам, передающим импульс со входа на выход на определенное расстояние за определенное время.

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».