Электродинамический расчёт фотона (стр. 2 )

  Все кванты электромагнитного потока излучения отличаются только количественно: длиной волны, величиной тока смещения и энергией электрических и магнитных потоков. Сами же электрические и магнитные потоки у всех электромагнитных квантов одинаковы и равны кванту электрического и магнитного потоков. Т. е. у всех фотонов одинаковое количество электричества и количество магнетизма, и это является общим законом для всех элементарных частиц, например, у всех электронов также одинаковое количество электричества и количество магнетизма.

  Электродинамика позволяет однозначно ответить на вопрос, что такое фотон. Фотон - это квант электромагнитного потока излучения, состоящий из кванта электрического потока (1.602·10−19 Кл) и кванта магнитного потока (2.068·10−15 Вб). Движущееся квантовое (элементарное) электромагнитное возмущение образует (возбуждает) парциальные электромагнитные волны, которые когерентны и, согласно принципу Гюйгенса, за счёт интерференции, не излучаются в пространство, а движутся вместе с электромагнитным квантом как единое целое (волна де Бройля), представляя пакет парциальных волн в виде цуга.

  «Электромагнитная природа света подтверждена окончательно. Лишь в 2009 году физики создали методику, способную измерить колебания магнитной компоненты света.»

Физики доказали электромагнитную природу света. http://www. /news/2839

  Если раньше ещё были сомнения, можно ли рассчитывать фотоны на основе электродинамики, то последние экспериментальные факты однозначно подтвердили, что фотоны - это обычные электромагнитные волны. Соответственно, их можно рассчитывать на основе электродинамики, как обычные электромагнитные возмущения, только состоящие из элементарных потоков электрической и магнитной индукции.

  Хочу заметить, что фотон - это первая из элементарных частиц, у которой стало известно полевое строение и удалось сделать полный расчёт всех свойств. Надеюсь, что в конце концов этот электродинамический расчёт появится в учебниках по электродинамике. Ну а пока, если встретится утверждение будто бы электродинамика не может рассчитывать фотоны, знайте, что это заблуждение и не соответствует действительности, а физики, занимающиеся фотонами, часто попросту не знают электродинамику.

  Здесь описан линейно поляризованный фотон. Циркулярно поляризованный также состоит из двух квантов - кванта электрического потока и кванта магнитного потока, но имеет циркулярно поляризованную полевую структуру. Описание структуры циркулярно поляризованного фотона оставлю молодому поколению физиков для их карьерного роста.

  Фотон является дискретной поперечной волной (поперечное возмущение); его свойства можно представить, рассмотрев другие поперечные волны, например, одиночный горб, бегущий вдоль по шнуру.

  «Начнём с простой механической аналогии. Если ударить по какому-либо месту натянутого шнура, то от места удара в противоположных направлениях побегут два поперечных возмущения.»

Общий курс физики. Электричество. . 1996. Т.3. Ч.2. С.248.

  Волновое возмущение, распространяясь по шнуру, переносит энергию, импульс и момент импульса. В начале горба шнур, поднимаясь (смещаясь), и в конце, опускаясь, образует момент импульса, который ориентирован поперечно направлению движения. Все поперечные возмущения переносят момент количества движения, ориентация которого зависит от типа поляризации. Линейно поляризованные возмущения имеют поперечную ориентацию момента количества движения, а циркулярно поляризованные - продольную.

  «Они (солитоны - уединённые возмущения) обнаруживают поведение, роднящее их с материальными частицами: они локализованы в конечной области; перемещаются без деформации, перенося энергию и импульс, момент импульса; ...»

Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ.

  «Электромагнитные волны - распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля.»

Энциклопедия элементарной физики. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.

  «... свет есть частный случай электромагнитных волн. От всех остальных электромагнитных волн свет отличается только количественно - длиной волны.»

Общий курс физики. Электричество. . 1996. Т.3. Ч.2. С.18.

  «... распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме. Кванты электромагнитного излучения получили название фотонов.»

Курс физики. . 1998. С.378.

  Электромагнитные волны являются дискретными, так как вихревые электрические потоки дискретны (элементарный электрический поток 1.602·10−19 Кл). Движущийся электрический поток обладает магнитной индукцией B = 0[vD], т. е. любое движущееся электрическое возмущение поля представляет электромагнитное возмущение - электромагнитный поток, состоящий из двух потоков - электрического и магнитного. Если движение происходит со скоростью света, то, согласно электродинамике, энергия электрического потока равна энергии магнитного потока.

  Максвелл ещё в 1873 году создал теорию электромагнитного поля и описал электромагнитные волны как возмущения в виде вихревых полей, поэтому свет не является чем-то неизвестным. Существенное, что изменилось со времен Максвелла, - была установлена квантовая природа полей, которая проявляется в дискретности электромагнитных волн. Фотон представляет дискретное поперечное электрическое смещение поля в один квант заряда, образующее две разноимённые области возмущения поля.

Направление движения возмущения поля (фотона) ——►

  На рисунке условно изображено дискретное поперечное электрическое возмущение (смещение) квантового поля. Знаком (+) обозначена положительная область возмущения, знаком (­) - отрицательная. Между разноимёнными областями существует электрическое смещение, которое представляет электрический поток величиной в квант количества электричества. Движение (изменение) электрического потока всегда связано с током смещения. Стрелками указано направление тока электрического смещения квантов поля. Вначале, образуя возмущение (напряжённость), ток электрического смещения поля течёт в одну сторону, в конце возмущения - в обратную, т. е. в результате смещения возникает область с избытком в один квант и область с недостатком - дырка. Смещение происходит за период в половину длины волны. В результате возникает круговой ток электрического смещения Icм = 2ev, где e - квант электрического заряда, v - частота электромагнитной волны. Эффективный радиус, по которому течёт замкнутый ток смещения: r = λ / 2π, где λ - длина волны фотона. Надо заметить, что отрицательная область возмущения создаёт обратное направление тока, поэтому ток замкнут по кругу (аналогия с током проводимости, где отрицательно заряженные электроны движутся в одну сторону, но принято считать, что ток течёт в обратном направлении). Электромагнитный квант, двигаясь равномерно, является источником вторичных волн, но из-за интерференции не создаёт излучения, все вторичные волны гасят друг друга, не излучаясь.

  «Согласно принципу Гюйгенса каждая точка поверхности, которой достигла в данный момент волна, является точечным источником вторичных волн.»

Физика. . 1991. С.224.

  «При равномерном движении частицы эти волны оказываются когерентными и поэтому интерферируют между собой.»

Волновые процессы. . 1999. С.241.

  Фотон - это элементарное электромагнитное возмущение, которое вместе со вторичными (парциальными) волнами образует волновой пакет в виде цуга (волна де Бройля), имеющий длину когерентности. Поэтому интерференция может возникать даже при прохождении через щели одиночных фотонов.

  «Свет, испускаемый обычными источниками, представляет собой набор множества плоскополяризованных цугов волн, ...»

Справочник по физике. , . 1996. С.401.

  «Величина lког называется длиной когерентности или длиной гармонического цуга, ... Например, для видимого солнечного света, имеющего сплошной спектр частот от 4·1014 до 8·1014 Гц, время когерентности примерно равно 10−15 с и длина гармонического цуга примерно равна 10−6 м.»

Справочник по физике. , . 1996. С.362.

  «Каждый фотон обладает неожиданным свойством - способностью к интерференции с самим собой.»

Фундаментальный курс физики. . 1999. Т.3. С.25.

  Т. е. элементарная электромагнитная частица фотон - это одно поперечное электромагнитное возмущение, с которым, как и у всех движущихся частиц, связана волна де Бройля - корпускулярно-волновой дуализм.

  «Волны де Бройля - волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, ...»

Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ.

  Все частицы, а не только фотоны - это возбуждённые состояния полевой среды, которые при движении представляют волну де Бройля. Поэтому волны для всех частиц, включая фотоны, рассчитываются одинаково - по формуле волны де Бройля: λ = h / p, где p - импульс.

  «В монохроматическом свете с частотой v все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу.»

Физика. . 2001. С.339.

  Фотоны - это частицы, которые всегда движутся со скоростью распространения электрических и магнитных потоков индукции, так как представляют поперечные электромагнитные волны, состоящие из электрических и магнитных потоков. Потоки (поля) обладают энергией и массой, соответственно, и электромагнитные волны (фотоны), состоящие из этих потоков, также обладают энергией и массой. Соотношение между электромагнитной энергией и массой M = 00W .

  «... фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.»

Курс физики. . 1998. С.381.

  «... фотон не имеет массы. Другими словами, покоящихся фотонов не существует. Этот вывод не должен вызывать удивления. Если распространяющуюся световую волну "остановить", то свет прекратит свое существование; ...»