Свойства фотона

Фотоны не имеют энергии (массы) покоя, т.е., если фотоны "остановить", то "покоящиеся фотоны" не будут иметь энергии (массы). Но волны не могут покоиться, соответственно, "покоящихся фотонов" не существует, поэтому говорить о массе покоя фотонов - это все равно, что говорить, например, о цвете электронов, что также не имеет физического смысла. Если частица не может находиться в состоянии покоя, то какой смысл говорить о ее свойствах в этом состоянии? В состоянии же движения фотон имеет массу, которая определяется соотношением M = ee0mm0W (W = mc2). Электромагнитная масса фотона M = ee0mm02eФ0v, т.е., как и все электромагнитные волны, фотоны обладают электромагнитной массой. Масса, которая не может покоиться, является релятивистской массой и представляет кинетическую энергию.

«Полная энергия света - это чисто кинетическая энергия, ...»

Фундаментальный курс физики. А.Д.Суханов. 1996. Т.1. С.121.

Т.е. полная энергия электромагнитного потока излучения - это чисто кинетическая энергия. Таким образом, кинетическая энергия представляет электромагнитную волну. Потенциальная энергия обладает массой покоя, поэтому она не может двигаться со скоростью света.

«В частности, электрическое поле, создаваемое системой неподвижных зарядов, является чисто потенциальным. Электрическое поле излучения, в том числе поле в поперечных электромагнитных волнах, является чисто вихревым.»

Физическая энциклопедия. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

Вихревые потоки электрического смещения поля являются дискретными, что приводит к дискретности электромагнитных волн в виде электромагнитных квантов. Например, свет состоит из электромагнитных квантов - фотонов (квантов света). Дискретность полевых потоков индукции - это свойство квантового поля.

Дискретность присуща не только электромагнитным волнам.

«... являются фононами - квантами звука ...»

Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ ЖИДКОСТЬ.

Квантовые свойства среды проявляются в дискретности волн, представляя корпускулярно-волновой дуализм, т.е. отдельные кванты звука, так же как и отдельные кванты света, могут образовывать дифракцию и интерференцию. Движение кванта звука также, согласно принципу Гюйгенса, сопровождается возникновением вторичных (парциальных) волн, которые, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь, представляя движущийся волновой пакет парциальных волн. Фононы распространяются со скоростью звука, а их энергия зависит от длины волны, так же как и у фотонов.

«... излучаемая порция электромагнитной энергии сохраняет свою индивидуальность - распространяется и поглощается только целиком, т.е. ведет себя подобно частице.»

Физическая энциклопедия. ФИЗИКА.

Иногда ошибочно считается, что электромагнитные кванты - это всегда микрочастицы (фотоны), но это неверно, потому что их длина волны может быть любой. Электромагнитные кванты, даже при километровой длине волны, излучаются, распространяются и поглощаются порциями и по своим свойствам относятся к стабильным элементарным частицам, т.е. электромагнитные кванты в зависимости от длины волны являются микрочастицами или макрочастицами. Например, испускание (или поглощение) атомами водорода квантов излучения с длиной электромагнитной волны 21 см. Электромагнитные волны дискретны независимо от их типа - TM или TE (продольные или поперечные возмущения), так как электрические и магнитные потоки всегда дискретны.

«При изменении ориентации спина электрона на противоположную происходит испускание (или поглощение) кванта излучения с l = 21.1 см.»

Физическая энциклопедия. РАДИОЛИНИЯ ВОДОРОДА 21 см.

Электромагнитные кванты с длиной электромагнитной волны 21 см являются радиоволнами, которые можно принимать с помощью обычных радиоантенн. Полевое строение радиоволн известно - это индукционно связанные электрические и магнитные потоки, т.е. электромагнитные кванты представляют электромагнитные потоки, дискретность которых объясняется дискретностью электрических и магнитных потоков. С точки зрения электродинамики это единственно правильное объяснение, поэтому, когда были обнаружены дискретные электромагнитные волны, логичнее было не заниматься постулированием, а рассмотреть дискретность электрических и магнитных потоков. Совершенно очевидно, что, если фотон - это квант электромагнитного потока излучения, то и состоять он должен из кванта электрического потока и кванта магнитного потока.

«Опыты показывают, что фотоэффект практически безынерционен. При объяснении первого и второго законов встретились серьезные трудности. ... Эти кванты движутся, не делясь на части; они могут поглощаться и испускаться только как целое.»

Курс физики. А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. 2000. С.492.

Серьезные трудности при объяснении фотоэффекта могли возникать только от непонимания электродинамики. Из-за дискретности полевых потоков электрической и магнитной индукции все электромагнитные волны дискретны и могут поглощаться и испускаться только порциями. Т.е. Нобелевская премия была присуждена как бы за незнание электродинамики - нет необходимости в постулировании того, что и так впрямую вытекает из электродинамики. Постулирование свойств фотонов (световых волн) без объяснения электродинамики полевых процессов, протекающих в волне (математический формализм), надолго затормозило развитие теории дискретных электромагнитных волн.

«Единственный способ "объяснения" этих парадоксальных результатов заключается в создании математического формализма, ...»

Квантовая физика. И.Е.Иродов. 2001. С.71.

На сегодня можно считать, что все основные свойства электромагнитных волн (света), как волновые, так и корпускулярные объясняются и рассчитываются в рамках электродинамики, т.е. отпала необходимость в математическом формализме, что вполне естественно, так как задача физики - объяснять сущность физических процессов, а не бесконечно восхищаться красотой постулатов и подогнанных формул.

«... если в математике мы аксиоматизируем, чтобы понять, то в физике нам нужно сначала понять, чтобы аксиоматизировать.»

Ю.Вигнер.

То, что электродинамика позволяет рассчитывать дискретные электрические токи и дискретные электромагнитные волны (фотоны), не является чем-то необычным, электродинамика и создана для того, чтобы объяснять и рассчитывать электромагнитные процессы. Например, ни одна из идеалистических теорий, построенных на принципах математического формализма, даже примерно не позволяет рассчитывать токи смещения в фотонах - дискретных электромагнитных волнах.

«Теория Максвелла не только предсказала возможность существования электромагнитных волн, но и позволила установить все их основные свойства, ...»

Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.294.

«Фарадей предположил, что наблюдаемое взаимодействие электрических зарядов и токов осуществляется через создаваемые ими в пространстве электрические и магнитные поля, введя таким образом сами эти поля как реальные физические объекты.»

Физический энциклопедический словарь. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.

Фарадей сделал предположение, что индукционные (силовые) линии реально существуют, т.е. полевые потоки индукции материальны, и то, что они невидимы, абсолютно ничего не значит, например, воздух также невидим, но это не означает, что он нематериален. Максвелл, развивая идеи Фарадея, предположил, что потоки индукции, представляя материальные образования, могут распространяться самостоятельно, в виде электромагнитных волн.

«Термин "магнитное поле" ввел в 1845 английский физик М.Фарадей, считавший, что как электрические, так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Классическая теория электромагнитного поля была создана английским физиком Дж.Максвеллом (1873), ...»

Физический энциклопедический словарь. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

Таким образом, материалистическая теория электромагнитного поля была создана Максвеллом в 1873 году, до этого в физике господствовала идеалистическая концепция непосредственного действия на расстоянии, не признающая материальность поля. Идеалистическая концепция применима только для статических полей, попытка внести изменения, интерпретировав поле как обмен виртуальными фотонами, ничего не дала, например, она осталась также неприменима для вихревых электрических полей, которые могут существовать самостоятельно, - есть поле, но нет источников для испускания виртуальных фотонов.

«... взаимодействие двух электронов есть результат обмена между ними виртуальными фотонами.»

Физический энциклопедический словарь. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.

Т.е. электрическое поле интерпретируется как обмен виртуальными фотонами между заряженными частицами. Видимо, сторонники идеалистических интерпретаций просто не знают электродинамику полей, когда утверждают, что поле всегда связано с зарядами.

«Вихревое электрическое поле отличается от электростатического поля тем, что оно не связано с электрическими зарядами, ...»

Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.189.

Согласно современным представлениям, все поля являются квантовыми, но сторонники идеализма, придерживаясь своих надуманных интерпретаций, до сих пор не хотят признать, что вихревые электрические поля, как и все поля, имеют квантовую природу.

Возникновение вихревых полей объясняется только материалистической теорией электромагнитного поля Максвелла. Все, что было предсказано теорией Максвелла, подтвердилось экспериментально, но, к сожалению, не было признано при его жизни. Большинство его современников были сторонниками идеалистической концепции непосредственного действия на расстоянии, которая казалась простой и красивой. Также желание сторонников идеализма сохранить свои позиции в физике тормозило развитие электродинамики. Отрицательное отношение к электродинамике Максвелла проявляется и в современных идеалистических теориях, где умозрительные представления не основаны на материализме. Например, если авторитетный, но недостаточно знающий электродинамику физик не смог по каким-то причинам рассчитать дискретные электромагнитные волны, это еще не значит, что надо отменять электродинамику и переходить на его умозрительные интерпретации. Давно уже научились рассматривать электромагнитные волны как электрические и магнитные потоки (электромагнитные возмущения) и полностью их рассчитывать, но в учебной литературе для световых электромагнитных волн (фотонов) все еще приводятся логически непоследовательные гипотезы столетней давности, т.е. фотоны не представлены с современной точки зрения как кванты электромагнитных потоков излучения (кванты электромагнитных возмущений). В учебной литературе по электродинамике почти не рассматриваются электродинамические процессы, протекающие в движущихся потоках индукции. Поэтому большинство изучающих электродинамику даже не представляют полевое строение электромагнитных волн, например, не знают, как в них текут электрические токи смещения. В результате, изучающий радиотехнику часто лучше знает полевое строение электромагнитных волн, чем физик, занимающийся электромагнитными квантами.

«Более новая точка зрения, принятая в настоящее время, исходит из представления, что взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника, называемого электромагнитным полем.»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.7.

Согласно современной теории электромагнитного поля, электрические и магнитные потоки являются материальными, обладают энергией и массой. Признание материальности полевых потоков (теория близкодействия) позволило понять физическую сущность электромагнитных процессов, а их дискретность - объяснить квантовый характер электромагнитных потоков.

«Введение Максвеллом понятия тока смещения привело его к завершению созданной им макроскопической теории электромагнитного поля, позволяющей с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но и предсказать новые, существование которых было впоследствии подтверждено.»

Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.251.

Понимание того, что электродинамический вакуум обладает свойствами диэлектрика и в нем могут течь электрические токи смещения, привело к созданию теории электромагнитного поля и предсказанию существования электромагнитных волн, которые представляют распространяющиеся токи смещения.

«Теория действия на расстоянии в учении об электрических и магнитных явлениях господствовала примерно до последней четверти XIX века. ... Среди физиков XIX века, для которых концепция непосредственного действия на расстоянии была неприемлема, возвышается почти одиноко фигура гениального Майкла Фарадея (1791 - 1867) ...»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.7.

К сожалению, среди физиков соотношение между сторонниками идеалистических и материалистических концепций часто не в пользу последних, что можно в какой-то мере объяснить как проявление человеческой потребности принимать желаемое за действительное.

«Великий Галилей еще четыре столетия тому назад говорил: в вопросах науки мнение одного бывает дороже мнения тысяч. Иными словами, большинством голосов научные споры не решаются.»

О физике и астрофизике. В.Л.Гинзбург. 1995. С.257.

«Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу.»

М.Планк.

Всегда трудно отказаться от своих сложившихся убеждений, даже если этого требуют экспериментальные факты. Например, сторонники идеализма стремятся представить мир в таком виде, в котором они его желают видеть, что часто не отражает объективной реальности, т.е. имеет место перевес желания (веры) над реальностью - проявление человеческого фактора (не всегда удается преодолеть в себе идеалистические комплексы - вера сильнее разума).

Проникновение в науку в любом виде идеалистических взглядов и концепций всегда отрицательно сказывается на ее развитии, тем более, когда они становятся общепризнанными, т.е. различные метафизические концепции и интерпретации с материалистической точки зрения неприемлемы, так как не отражают реальных физических процессов, даже если они поддерживаются некоторыми представителями официальной науки. Например, антинаучная концепция непосредственного действия на расстоянии, не давая развиваться материалистической теории электромагнитного поля, задержала открытие электромагнитных волн, тем самым затормозив развитие технического прогресса. Т.е. в науке сторонники идеализма, сами не понимая того, в определенной мере тормозят ее развитие. К сожалению, в некоторых областях физики до сих пор существуют общепризнанные представления, основанные на идеалистическом мировоззрении. Например, согласно теории близкодействия, электрические поля - это электрические потоки, магнитные поля - это магнитные потоки, попытка интерпретировать полевые потоки как обмен виртуальными фотонами между частицами является проявлением идеализма, так как полевые потоки индукции - это материальные образования, обладающие энергией и массой, которые могут существовать самостоятельно, независимо от частиц, в виде вихревых полей. Электродинамика полевых процессов по своей сути - это электродинамика физического вакуума, поэтому она относится к полузакрытой области физики, так как материальность вакуума противоречит принципам, заложенным в некоторых общепризнанных идеалистических теориях, т.е. для сторонников идеализма дальнейшее развитие данной области электродинамики является нежелательным. На практике же, где нет идеалистических предрассудков, например, в радиотехнике приходится детально рассматривать полевую структуру электромагнитных волн и электродинамику полевых процессов, но, к сожалению, сторонники идеализма, придерживаясь своих умозрительных концепций и не желая замечать реальности, вопреки всем экспериментальным фактам до сих пор пытаются отрицать материальность и дискретность полевых потоков, которые представляют электромагнитные волны. Например, согласно идеалистическим взглядам, считается, что фотоны не имеют структуры, их невозможно представить, так как это выше возможностей нашего воображения - такие взгляды на самом деле ни на чем не основаны и не соответствуют действительности. Электродинамика позволяет рассмотреть полевую структуру любых электромагнитных волн, т.е. можно представить электрические и магнитные потоки в волне, токи смещения и рассчитать их. Фотоны - это те же самые электромагнитные волны (возмущения), только дискретные, и на основе электродинамики их можно рассчитать, например, зная длину волны, можно вычислить величину тока смещения или энергию (энергию полевых потоков). При этом рассчитывать отдельные фотоны значительно проще, чем множество одновременно распространяющихся электромагнитных волн.

«... не проявляющими внутренней структуры, на сегодняшний день можно считать лишь фотоны ...»

Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.409.

Фотоны (кванты электромагнитного потока излучения) - это поперечные электромагнитные волны, и как все электромагнитные волны, они имеют полевую электромагнитную структуру. Т.е. состоят из электрических и магнитных потоков и электрических токов смещения. Все электромагнитные процессы, протекающие в фотонах, можно представить и рассчитать на основе электродинамики, но с этим никак не хотят соглашаться сторонники идеализма - то начинают утверждать, что фотоны не имеют структуры, то у них проблемы с воображением - агностицизм.

«Каким образом фотон-частица может иметь волновые свойства? Представить себе такой объект, который совмещал бы несовместимое, - это выше возможностей нашего (классического) воображения.»

Квантовая физика. И.Е.Иродов. 2001. С.24.

Точнее - это выше возможностей идеалистического воображения. Чтобы не возникало странных проблем с воображением при рассмотрении дискретных электромагнитных волн (фотонов), надо просто придерживаться материалистической формы мышления.

«Познание мира есть процесс бесконечный.»

Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.410.

Наука постоянно сталкивается с необъяснимыми на первый взгляд явлениями и можно привести множество примеров из истории, но это никак не связано с возможностями нашего воображения, так как с материалистической точки зрения все это надо рассматривать как текущие трудности, возникающие на данном этапе познания мира.

Сторонники идеализма, желая затормозить развитие электродинамики и тем самым сохранить свои позиции в физике, распространяют (навязывают) ложное мнение, что нельзя рассчитывать фотоны на основе электродинамики, так как они не имеют структуры и представить себе такой объект невозможно из-за проблем с воображением. С тех пор, как появилась электродинамика (победила теория близкодействия), сторонники идеализма никак не могут успокоиться, периодически делая попытки распространить на нее свои идеалистические интерпретации, т.е., хотя и победила теория близкодействия, но в физике сторонники идеализма