Девятая лекция. научные ошибки Френеля и Юма (стр. 3 )

Рис. 7. Схема взаимодействия лучей фотонов:

а) с одинаковой циркулярной поляризацией;

b) с противоположной циркулярной поляризацией

Модель фотона позволяет нам понять причину сближения и отталкивания фотонов при разной циркулярной поляризации. Когда направления циркулярной поляризации совпадают, то, видимо, совпадают и направления эфирных вихрей, формируемых вращающимися фотонами, и они сближаются (рис. 7, а).

Когда же направления циркулярной поляризации противоположны, то вращение эфирных вихрей противоположно и фотоны, формирующие их, удаляются друг от друга (рис. 7, b).

Нетрудно видеть, как будут вести себя два фотона с одинаковой циркулярной поляризацией, если линии их движения будут пересекаться (рис. 8).

Рис. 8. Схема изменения направления движения

фотонов с синхронизированной частотой и

одинаковой циркулярной поляризацией

Если спины фотонов будут взаимно перпендикулярны или будут близки к перпендикулярному состоянию, то, согласно Френелю, они не будут взаимодействовать. Если же угол между направлениями спинов будет острый, то есть все основания полагать, что при сближении их поведение будет подобно поведению волчка, имеющего две оси вращения. Как и волчок, фотоны будут стремиться сделать свои оси вращения соосными, а спины - направленными в одну сторону (рис. 8).

Поскольку параметры их ротационных полей определяют их постоянные Планка, а они у всех фотонов одинаковые, то, взаимодействуя друг с другом, они будут стремиться совместить свои оси вращения. Результирующая ось вращения фотонов изменит направления их движения (рис. 8). Если до встречи они двигались по траекториям 1 и 2, в которых лежат плоскости их поляризации, то после взаимодействия спинов они начнут двигаться по траекториям 1’ и 2’ и окажутся на экране не в точках А и В, а в точке D. Этому будет способствовать и эффект сближения траекторий фотонов с одинаковой циркулярной поляризацией (рис. 7, а).

Итак, изложенная нами информация позволяет перейти к анализу явлений дифракции и интерференции фотонов. Сейчас мы увидим, что это одно и то же явление и нет нужды называть его двумя понятиями.

Теперь нам надо описать характеристики объектов, взаимодействуя с которыми, фотоны формируют дифракционные картины. Прежде всего, обратим внимание на дифракционные картины, формируемые фотонами, проходящими через отверстия. На рис. 9 дифракция Фраунгофера на круглом отверстии диаметром 6 мм, а на рис. 10 – его же дифракционная картина на прямоугольном отверстии (7х8 мм).

Рис. 9. Дифракционная картина Фраунгофера на круглом отверстии диаметром 6 мм

Рис. 10. Фраунгоферова дифракция на квадратном отверстии (7х8 мм)

Сразу видно, что главную роль в формировании этих картин играет геометрия контура отверстия. Если контур – окружность, то дифракционная картина состоит из кругов и колец (рис. 9). Если же форма контура отверстия прямоугольная, то дифракционная картина состоит из двух серий взаимно перпендикулярных полос (рис. 10). Из этого однозначно следует, что главную роль в формировании дифракционных картин играет контур отверстия, а точнее – контур отражения фотонов. Для простоты последующего анализа возьмём круглое отверстие с диаметром или проволоку с таким же диаметром.

Так как длина волны фотонов светового диапазона изменяется в интервале (табл. 1), то в дальнейшем будем использовать среднюю величину , которая соответствует зелёному фотону.

Таблица 1. Параметры различных участков спектра фотонных излучений

Область спектра	Частота, Гц	Длина волны, м	Масса, кг	Энергия, эВ
1.Низкочастот.	101…104	3∙107…3∙104	0,7·108..0,7·10–46	4·10–13..4∙10–11
2. Радио	104…109	3∙104…3∙10–1	0,7∙10– 46..0,7∙10–41	4∙10–11..4∙10–6
3.Реликт макс.)	3∙1011	1∙10–3	2,2∙10–39	1,2∙10–3
4.Инфракрас	1012.3,9∙1014	3∙10–4 ..7,7∙10–7	0,7∙10–38..0,3∙10–35	4∙10–1..1,60
5.Видимый свет	3,9∙1014..7,9∙1014	7,7∙10–7..3,8∙10–7	0,3∙10–35..0,6∙10–35	1,60..3,27
6.Ультрафиол	7,9∙1014..1∙1017	3,8∙10–7..3∙10–9	0,6∙10–35..0,7∙10–33	3,27..4∙102
7.R-излучение	1017..1020	3∙10–9..3∙10–12	0,7∙10–33..0,7∙10–30	4∙102..4∙105
8.γ-излучение	1020..1024	3∙10–12..3∙10–18	0,7∙10–30..0,7∙10–24	4∙105..1011

Учитывая, что размер фотона, примерно, в два раза больше его длины волны или радиуса, имеем . Из этого следует, что отверстие или провод диаметром 1мм, примерно, в тысячу раз (на три порядка) больше размера одного фотона.

Дифракция фотонов на отверстии образуются в результате пересечения траекторий движения фотонов, отраженных от кромок О-О отверстия (рис. 11). Кроме того, в процессе отражения они поляризуются (рис. 2 и 3).

Если траектории фотонов с разной циркуляционной поляризацией будут пересекаться, то разнонаправленные ротационные поля будут отталкивать их друг от друга (рис. 7, b).

Рис. 11. Схема взаимодействия фотонов с разной и одинаковой

циркулярной поляризацией, отражённых от кромок отверстия

Траектории фотонов и (рис. 11) вначале будут сближаться (1-1’) и (2-2’), а потом расходиться (1’-1’’) и (2’-2’’) и они окажутся (рис. 7, b) на экране NN’ не в точках C и D, а в точках A и B (рис. 11). Если в потоке окажутся фотоны и , с одинаковой циркулярной поляризацией, то траектории их движения будут сближаться (рис. 7, а), и они окажутся на экране не в точках C и D, а в точке Е.

Взаимодействие спинов фотонов начинается на расстоянии между ними, примерно, равном 0,5 мм, то есть на расстоянии в 500 раз большем размеров самих фотонов. Эту же величину начала взаимодействия фотонов установил и Френель. Она почти в 500 раз больше размера фотона. Учитывая эту особенность, опишем формирование дифракционной картины за проволокой (рис. 12).

Рис. 12. Схема формирования светлой полосы в центре тени от проволоки

Отметим те важные наблюдения, которые были сделаны Френелем при анализе дифракционной картины за проволокой. Если прикрыть свет, исходящий от одной стороны проволоки, то внутренние каёмки исчезают. Следовательно, для образования каёмок необходимо взаимодействие лучей, идущих с обеих сторон проволоки. Из этого также следует, что каёмки образуются в результате перекрещивания лучей света, идущих от обеих сторон проволоки или, иными словами, в результате пересечения траекторий движения фотонов.

Френель полагал, что каёмки снаружи тени образуются скрещиванием лучей, исходящих от светящейся точки и от краёв проволоки, а каёмки внутри тени образуются скрещиванием лучей света, загибающихся около обоих краёв проволоки. Если один край проволоки закрыть, то каёмки исчезают (рис. 12).

Френель считал, что результаты его опытов - веское доказательство волновой природы света и ошибочности точки зрения Ньютона о корпускулярной его структуре. Сейчас мы увидим, что ошибался Френель, но не Ньютон.

Фотоны 1 и 4 пролетают вблизи проволоки. Фотоны 2 и 3 отражаются от краёв проволоки (рис. 12). Вполне естественно, что при отражении от проволоки фотоны поляризуются с разной циркулярной поляризацией. Конечно, спины у всех фотонов одинаковые по величине, но, чтобы облегчить анализ их поведения, присвоим им номера. Если спины фотонов 1 и 2 и направлены противоположно (рис. 12, а), то их траектории удаляются друг от друга (рис. 7, b). Аналогично ведут себя и фотоны 3 и 4.