что делает фотон с электроном
Физические структуры электрона и фотона
Альтернативные размышления.
Несколько измененная копия из СамИздата. Нет адресов ссылок, нет рисунков, немного изменен текст.
Известно, что у фотона есть спин, положительный или отрицательный, равный единице. Вращается ли физически сам фотон?
Помимо спина, равного +-1, фотон во время движения продвигает по кругу векторы Э и Н (электрический и магнитный), в правую или левую сторонs.
Подобно тому как изменяется электромагнитная волна.
Но можно ли отождествить фотон с электромагнитной волной? Если да, то тогда из чего состоит эта волна самого фотона? Из других фотонов? Бред получается. Если же считать, что сам фотон в движении проходит фазы и имеет вращение своих векторов, то парадокс бесконечного чередования волна-фотон прерывается.
Некоторые проблемы создания реального образа фотона и Э.М. волны.
-Что они из себя представляют?-
-А разве формул недостаточно/?-
-Мне нет. Я хочу ясно представить себе, как они функционируют.-
Вот, например, знаменитая поперечность Э.М. волны, одно из оснований волновой теории света. Как её понять? В качестве примера поперечной волны нам обычно дают вот такой пример волн:
Рис 3
«Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы колеблются вдоль оси y. Поворот щели S вызовет затухание волны»
» Прямыми опытами доказано, что световая волна является поперечной. В поляризованной световой волне колебания происходят в строго определенном направлении.»
Обычно этого довода достаточно, всем становиться понятно, что свет волна.
А мне непонятно.
У меня вопрос к вам, читатели: Из чего состоит э.м. волна? Из фотонов или чего-то ещё?
Фотонов. Тогда приходиться сделать вывод, что фотоны в поперечной волне пульсируют вверх-вниз?
Но как это может быть? Фотоны двигаются зигзагами? Невероятно! С другой стороны странно признать поперечность колебаний без реального поперечного движения фотонов, тогда и никакой поперечной волны и нет.
Обратимся к вопросу Какова причина поляризации света при прохождении поляроида?
Некоторые предполагаемые свойства кванта энергии
Эффект Комптона
-«явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие упругого рассеивания его электронами. » «Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом.»
«Эффектом, обратным эффекту Комптона, является увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние на релятивистских электронах, имеющих энергию выше, чем энергия фотонов. То есть в процессе такого взаимодействия происходит передача энергии от электрона фотону.» (Цитата оттуда же). Интересны оба варианта взаимодействия фотона и электрона, они хорошо понятны с точки зрения предложенной в этой статье гипотезы механизма передачи энергии между электроном и фотоном. Но интересен еще и новый, (делаемый сейчас) вывод о том, что таким образом возможно взаимодействие между фотонами. Электрон будет в качестве передающего энергию звена.
Эффект Комптона считается одним из надежных доказательств существования фотонов. Именно Эффект Комптона, как мне кажется, поможет решить некоторые проблемы интерференции.
(-А что создает фотоны с левосторонним вращением?-
— Позитроны.-
-А они откуда у нас взялись?-
Они постоянно вокруг нас. Точнее не сами позитроны,а их трансфомированное обличие.
С моей точки зрения, все частицы с положительным зарядом несут в себе измененный позитрон. Вот такие атомы-ионы, лишенные электрона и создают фотоны с левым вращением.)
Что отделилось от остановившегося электрона? Вращающееся магнитное поле северного и южного полюса. А они возбудили собственный диполь электрических зарядов в центре вращения, поляризовав квант вакуума.
Постоянные по величине магнитные моменты и электрические заряды фотона переменны в пространстве со временем. Т.е. поворачивается попеременно двумя видами зарядов и двумя магнитными полюсами. Начиная совсем от незначительных величин.
Предположенный механизм, как мне кажется, «работает» и при аннигиляции электрона и позитрона и в процессе смены орбиты электрона в атоме.
Мне кажется, что мне пора возразить против созревшего, возможно, у вас, читатель, возражения о кванте-диполе. Мол, у фотона не обнаружено заряда ни в одном эксперименте. Да, заряда нет,Но одного, а так как их два, то они не проявляют себя как заряд, экранируя друг друга.
Похожая ситуация и в случае рождения фотона в результате смены орбиты электрона в атоме, но с меньшей величиной выделяемой энергии.
Американские учёные превращают свет в материю
Исследователи в Брукхейвенской национальной лаборатории превращают свет в электроны, подтверждая теорию столетней давности
В американской государственной лаборатории, расположенной на Лонг-Айленде, учёные творят материю из одного лишь света при помощи сложного ускорителя частиц. Это явление на нашей планете происходит впервые.
Данный экспериментальный прорыв подтвердил предсказания, сделанные влиятельными физиками почти век назад, а также пролил новый свет на загадочные процессы, происходящие как на квантовых, так и на космических масштабах.
Преобразование фотонов, безмассовых частиц света, в электроны, элементарные частицы материи, произвела команда исследователей на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC. Теоретические предпосылки этой работы появились в начале XX века, но чтобы проверить их экспериментально, потребовалось серьёзным образом обустроить экспериментальное оборудование на RHIC – соленоидный трекер-детектор (STAR).
«Все звёзды сошлись так, что у нас всё получилось», — сказал Чжанбу Сюй, член коллаборации STAR и ведущий автор нового исследования. Лихуань Руан, ещё один член команды и помощник пресс-секретаря STAR, добавил, что кинематика эксперимента подобралась как раз такая, чтобы можно было осуществить это прорывное преобразование энергии в материю.
Мечта о достижении этого эффекта родилась ещё в 1934 году, когда физики Григорий Альфредович Брейт-Шнайдер и Джон Уиллер предположили, что при столкновении фотонов могут появляться пары частиц материи-антиматерии, состоящие из электронов (отрицательно заряженных частиц) и позитронов (положительно заряженных двойников электронов, принадлежащих к антиматерии).
При этом энергию превратить в материю куда как сложнее, чем материю в энергию. В 1930-х, вероятно, это казалось почти невозможным. Брейт и Уилер предположили, что с этим может справиться устройство, способное разгонять ионы – атомы, лишённые электронов. Однако подобных устройств в то время просто не было.
«Это демонстрирует гениальность их идей – в начале 1930-х годов многих современных экспериментов просто ещё не существовало», — сказал Дэниел Бранденбург, ещё один член команды STAR. «Но в последнем параграфе своей работы они предсказали, как можно этого достичь, и именно описанный ими эксперимент мы, наконец, сумели реализовать».
«Потрясающе, что они смогли не только правильно вывести результаты из теории, но и предсказать эксперимент, который стал возможным только спустя почти сто лет», — добавил он.
Эксперимент, предложенный Брейтом и Уиллером, и успешно проведённый коллаборацией STAR, предполагает стрельбу тяжёлыми ионами (в данном случае – золота) друг в друга со скоростью 99,995% от световой. Большой положительный заряд и высокие скорости ионов создают круговые магнитные поля и облака фотонов, проходящих вместе с частицами через коллайдер.
Когда ионы золота задевают друг друга, их гало световых частиц взаимодействуют и выдают пары частица-античастица, так давно предсказанные теоретиками. RHIC смог продемонстрировать процесс Брейта-Уилера, а детектор STAR был тем инструментом, который непосредственно уловил, измерил и подтвердил это достижение.
Хотя этот результат и является следствием ста лет теоретических изысканий, однако исследователи STAR лишь недавно поняли, что их оборудование может помочь экспериментально подтвердить этот загадочный процесс превращения энергии в материю.
«Всего несколько лет назад, в 2018 году, мы начали замечать кое-что интересное, однако не сразу поняли, что видим процесс Брейта-Уилера, — сказал Руан. – Мы увидели отличные результаты от тех, которые следует ожидать после столкновения тяжёлых ионов, но только когда Дэниел начал заниматься анализом данных с точностью, доступной оборудованию STAR, со всеми измерениями дифференциальной кинематики, мы смогли уверенно заявить: да, это действительно процесс Брейта-Уилера».
Подтвердить такую старую теорию – это, конечно же, здорово само по себе. Однако в эксперименте был совершён ещё один важный прорыв: первая на Земле демонстрация такого явления, как вакуумное двулучепреломление. Эта концепция тоже имеет почти столетнюю историю.
В 1936 году физики Ганс Генрих и Вернер Гейзенберг (тот самый, с принципом неопределённости) предсказали, что мощные магнитные поля способны поляризовать вакуум. Этот эффект должен странным образом влиять на путь света, проходящего через пустое пространство. Примерно 20 лет спустя физик Джон Толл развил эту идею, описав вакуумное двулучепреломление – то, как поляризация влияет на поглощение света магнитным полем в вакууме.
Двулучепреломление можно наблюдать и в более знакомых материалах – к примеру, кристаллах. Иногда свет расщепляется и даёт двойное изображение. Такой же эффект наблюдается в экстремальных условиях космоса, к примеру, вблизи нейтронных звёзд – чрезвычайно плотных останков звёзд с очень сильными магнитными полями.
И вот коллаборация STAR впервые зафиксировала вакуумное двулучепреломление на Земле. Это важное экспериментальное подтверждение одного из базовых принципов квантовой механики.
«Это интересный эффект, поскольку у фотона нет заряда, поэтому с классической точки зрения магнитное поле на него влиять не должно, — пояснил Бранденбург. – Поэтому это явно доказывает фундаментальные аспекты квантовой механики. Фотон может испытывать постоянные флуктуации, превращаясь в пару электрон-позитрон, которая, в свою очередь, взаимодействует с магнитным полем. Именно это мы и измерили».
«Настоящее открытие заключается в том, что это может произойти в вакууме космоса при наличии сильных магнитных полей, а теперь впервые мы смогли измерить эту волновую функцию фотона напрямую», — добавил он.
От предыдущих экспериментов по превращению энергии в материю прорыв STAR отличает как раз двойная демонстрация процесса Брейта-Уилера и вакуумного двулучепреломления.
Во время своего значимого эксперимента в 1997 году национальная ускорительная лаборатория SLAC сталкивала лучи лазеров и электронные пучки, создавая из фотонов электрон-позитронные пары. Однако тот процесс не был измерен так точно, как это удалось STAR. Последний выдал неизвестные ранее детали, связанные, в частности, и с эффектом вакуумного двулучепреломления.
«Это первое экспериментальное измерение, по поводу которого мы можем сказать: да, мы реально наблюдали эти сверхсильные электрические и магнитные поля, пусть и очень кратковременно, — сказал Бранденбург. – В результате мы впервые смогли экспериментально показать эти сверхсильные магнитные поля – самые сильные во Вселенной. Других источников магнитных полей подобной силы во Вселенной нет».
В недавнем эксперименте на Большом адронном коллайдере учёные превращали энергию в массу, сталкивая фотоны и получая W-бозоны – короткоживущую форму материи, управляющую слабым ядерным взаимодействием, одним из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. Однако по сравнению с электронами, W-бозоны – чрезвычайно экзотическая форма материи, распадающаяся за малую долю секунды. И хотя это было знаковым достижением, тот эксперимент не стал демонстрацией процесса Брейта-Уилера.
«Там два фотона сталкивались и порождали частицу с массой, но это явно не то, что предсказывали и вычислили Брейт и Уиллер, — сказал Сюй. – В их время не существовало концепции слабых взаимодействий или квантовой хромодинамики. Даже лазеры ещё не изобрели».
В этом смысле эксперименты с БАК, SLAC и из Брукхейвена дополняют друг друга, подтверждая, что формула Эйнштейна работает в обе стороны, хотя создать массу из энергии гораздо сложнее, чем наоборот. Дополнительная демонстрация вакуумного двулучепреломления дала новую пищу для инноваций и идей, которая сможет пролить свет на экзотические процессы разных масштабов – от квантовых взаимодействий до расширения космоса.
К примеру, новые измерения могут помочь астрофизикам и космологам смоделировать создание электрон-позитронных пар из света, окружающего наиболее энергетически мощные объекты и события Вселенной, от сверхновых до чёрных дыр. Коллаборация STAR планирует продолжить эксперименты, попытавшись сделать первые двумерные изображения ядра атома с беспрецедентной детализацией.
Тайну электрона и фотона раскрывает рентгеновская трубка!
Уважаемый Антон! Насчёт гипотез о микромире: современная физическая теория — это весьма мощный математический аппарат, который позволяет проверяться на огромном количестве различных экспериментов. Пока всё в порядке с качественным и количественным согласовании экспериментов с теорией (квантовая теория). Приборы (лазеры, компьютеры, и т.д.) работают. Их различные параметры можно весьма точно рассчитать. Пока нет конкурентных теорий, но у многих есть желание предложить свою версию. Пока я ничего такого не нашёл ни в английском, ни в русском Интернете. Наиболее серьёзная идея — это идея лорда Кельвина о турбулентном эфире. Если бы Вы были физиком, тогда я мог бы показать математически, почему эта гипотеза может быть серьёзным конкурентом. (Константин Мазурук, доктор физических наук, на пенсии, последние 30 лет работал в НАСА, экспериментатор и теоретик).
Я благодарю Константина Мазурук за это письмо и хочу ответить на него публично.
Замечу, что я сторонник идеи лорда Кельвина, придумавшего в 1889 году самую оригинальную модель мировой среды, в которой распространяется свет и все другие излучения, — «турбулентный эфир».
Что касается утверждения: «современная физическая теория — это весьма мощный математический аппарат. «, тоже согласен. Однако, этот «весьма мощный математический аппарат» для подавляющего большинства людей представляет собой «эзопов язык», и упор на него сделан в науке прежде всего для того, чтобы скрыть саму суть явлений и все важнейшие тайны природы от всех тех, кому их знать не положено!
Очень наглядный пример я сейчас приведу. Но перед этим я считаю своим долгом заметить, что самым уникальным техническим прибором, который мог бы давно раскрыть человечеству тайну электрона, его физическую сущность, является рентгеновская трубка, предназначенная для получения излучений в очень коротковолновом диапазоне частот — рентгеновском.
Эта трубка уникальна тем, что электроны создают в ней сразу несколько типов излучений широкого спектра:
1. Нить накала (катод) при разогреве её электрическим током создаёт необходимое для работы рентгеновской трубки облако свободных электронов, и одновременно эта же нить накала при разогреве создаёт инфракрасное и видимое оптическое излучение, какие возникают в обыкновенной лампе накаливания.
2. При подаче на анод относительно катода высокого напряжения в десятки тысяч вольт, в пространстве между катодом и анодом создаётся сильное электрическое поле, заставляющее электроны двигаться в сторону анода и разгоняться до огромной скорости. При этом двигаясь в сторону анода с ускорением, электроны создают радиоизлучение широкого спектра.
3. Эти же разогнанные до больших скоростей сильным электрическим полем электроны буквально вонзаются в поверхность анода словно пули, выпущенные из пулемёта. При этом в момент их «расплющивания» о поверхность анода (об ядра атомов вещества), это официально называется торможением электронов, во все стороны (радиально) разлетаются «квантовые брызги», представляющие собой рентгеновское излучение, кванты которого обладают особо сильной энергией, благодаря чему рентгеновский свет и может просвечивать насквозь даже металлы.
Вот все эти разные виды излучений производят внутри рентгеновской трубки одни и те же электроны!
Спрашивается, что же представляют собой электроны? Как меняется их собственная энергия при ускорении и при торможении? Как собственно электроны образуют кванты излучения на участках разгона и на участках торможения?
Вот, наверное, самый простой вопрос: электрон представляет собой элементарную частицу вещества, причём фундаментальную частицу, которой присущи: элементарный (неделимый) электрический заряд и масса, равная 9,10938356(11)х10 в минус 31 степени килограмма. При ускорении электрона под действием электрического поля, его собственная энергия должна, по идее, рассчитываться по известной формуле кинетической энергии:
Однако, посмотрите, как пытается объяснить природу собственной энергии электрона современная физическая теория с её мощным математическим аппаратом: (я заранее извиняюсь перед читателем за эти 7 страниц из учебника физики Р.Фейнмана, написанные наукоёмко, но ни о чём):
Это ЧТО?
Это ответ на вопрос, как определяется собственная энергия электрона, например, при его ускорении в электрическом поле?!
Казалось бы элементарщина! Электрон, будучи элементарной и неделимой частицей, ускоряется в электрическом поле и его кинетическая энергия растёт пропорционально квадрату его скорости. При этом, как показывают эксперименты, только движущийся с ускорением электрон становится источником излучения, то есть, он буквально рождает волны, а вместе с ними и кванты энергии, которые распространяются в пространстве со скоростью света!
Как же это происходит в нашем случае?
Как элементарный электрон, двигаясь с ускорением, рождает элементарные кванты света (или кванты радиоволны или кванты рентгеновского излучения)?
Если сравнить электрон не с абстрактным шариком радиуса «r», а с летящей пулей, то можно выйти на интересную аналогию.
Пуля, летящая в воздухе, порождает упругую волну (звук).
Похожая картина возникает и в том случае, когда электрон движется прямолинейно и с ускорением. Он порождает вокруг себя то, что мы называем излучением, которое распространяется в пространстве радиально, в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона. То есть, излучение обладает поляризацией.
Этот опыт показывает, что электростатический ток порождает короткую радиоволну без образования в пространстве вихревого магнитного поля.
И то же самое происходит при выстреливании разогнанными до большой скорости электронами в анод рентгеновской трубки. И вновь прямая аналогия с пулей, попадающей в препятствие: картина на стекле — наглядный образ рентгеновского излучения, возникающего на поверхности анода рентгеновской трубки.
Вот эти лучистые напряжения в стекле дают нам прекрасное представление, как на самом деле рождаются «тормозные излучения» рентгеновского диапазона, причём в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона.
Эти лучистые напряжения в пробитом пулей стекле поясняют нам и то, как при подобном торможении электрона он умудряется сообщить фотонам (не одному, а сразу многим) гигантскую кинетическую энергию.
Приведенные аналогии из мира механики при перенесении их в электротехнику позволяют понять, почему электрон излучает радиоволны, свет или лучи рентгена только при ускорении или торможении. Причём, повторюсь, излучение происходит в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона.
Очевидно, всё потому так обстоит, что электрону свойственно, двигаясь с ускорением или торможением в среде, которую нельзя назвать пустотой, создавать ней, причём в плоскости, перпендикулярной направлению его движения, градиент давления с положительным или отрицательным знаком, величина которого пропорциональна величине его ускорения или торможения.
При этом ни о какой «всемирной пустоте» или «физическом вакууме», конечно же, не может быть и речи! Представление о «физическом вакууме» в лучшем случае — заблуждение, в худшем — совершённая в науке диверсия!
27 октября 2018 г. Мурманск. Антон Благин
Мне успели написать, что согласно представлениям квантовой механики и всем выведенным для неё математическим формулам, электрон при переходе на другой энергетический уровень порождает всего один фотон, а не сонм фотонов, как я сообщил в этой статье.
Так вот, если квантовая механика так заявляет, тогда и я должен в свою очередь заявить, что некий умозрительный фотон, порождаемый электроном, входящим на огромной скорости в тело анода рентгеновской трубки, имеет форму сферической волны, расходящейся со скоростью света из центра попадания электрона в тело анода.
Как бы кто ни пыжился возразить сейчас что-то против моих аргументов, а сама конструкция данной рентгеновской трубки такова, что она рассчитана на создание вот таких сферических волн на рабочей поверхности анода! Разумеется, изображение сферической волны, возникающей на поверхности воды, я использовал исключительно для наглядности. Рентгеновское излучение надо представлять себе как продольные сферические волны, возникающие в упругой эфирной среде в плоскости, перпендикулярной траектории движения электрона, породившего это излучение.
Просто может кто тоже задавался таким вопросом.
Что смог найти из найденного материала в литературе, статьях и других источниках:
1. Электрон одет в фотонную «шубу», которая его постоянно окружает
2. Электрон испускает фотоны при движении с ускорением, с него слетает эта фотонная «шуба», оставляя закрученный след. Магнитное поле.
3. Электрон, можно представить как маленький магнит, он имеет полюса
4. Это представил сам в голове: Электрон, по логике же, взаимодействует с приходящим на него магнитным полем своей южной стороной. Он же ведь должен стараться развернуться орбиталью так, чтобы стараться улавливать фотоны.
5. Фотоны ни с чем не взаимодейтсвуют. Они испускаются электроном и летят в пространство. Да и электрону всё равно на фотоны. Но просто когда фотон попадает на электрон, то электрон старается развернуть орбитальную траекторию так вращаясь вокруг атома, чтобы к фотону оказаться как можно больше южной стороной. Ведь именно южной стороной электрона поглощаются же фотоны.
Не судите строго, за данный вопрос.
Если я заблудился, подскажите хотя бы где допустил ошибки в рассуждениях.
3. Электрон, можно представить как маленький магнит, он имеет полюса
да, у него есть магнитный момент. А заодно и момент вращения. С этим на самом деле НЕ ОЧЕНЬ понятно.
4. Это представил сам в голове: Электрон, по логике же, взаимодействует с приходящим на него магнитным полем своей южной стороной. Он же ведь должен стараться развернуться орбиталью так, чтобы стараться улавливать фотоны.
— Ну да, магнитное поле естественно ориентирует электроны. И что?
5. Фотоны ни с чем не взаимодейтсвуют.
То есть как? Фотоны взаимодействуеют много с чем, вероятность взаимодействия носит название электрического заряда. Мало того, по идее квантовой электродинамики с вакуумом они тоже должны взаимодействовать