Классическая интерпретация фотонного эффекта
Доплера
Анализ процесса рождения фотона показывает, что это – переходный процесс, в течение которого фотон движется с ускорением. Из этого следует, что длительность переходного процесса зависит от направления движения источника излучения и рождающегося фотона. Это дает нам основание уточнить формулировку второго постулата А. Эйнштейна и сформулировать его следующим образом: скорость фотонов, излученных покоящимся или движущимся источником, постоянна относительно пространства и не зависит от направления движения источника и его скорости.
Таким образом, скорость фотонов постоянна относительно пространства. Рождение фотона – переходный процесс, в течение которого он, двигаясь с ускорением , достигает скорости относительно пространства и движется дальше с этой скоростью.
Из изложенного следует, что длительность процесса рождения фотона зависит от направления его скорости и направления скорости источника.
Если источник покоится (рис. 224, а, где ) относительно пространства, то процесс рождения фотона запишется так
. (387)
Из (387) имеем
. (388)
Анализ процесса рождения фотона показал, что этот процесс протекает в интервале длины волны, поэтому, когда источник покоится ( ), то частота излученного фотона будет равна
. (389)
Когда направления движения источника и рождающегося фотона совпадают (рис. 224, b), то
. (390)
Подставляя ускорение из (388), найдем
. (391)
Рис. 224. Схема сложения скоростей источника и фотона:
S – источник фотонов; V – скорость источника фотонов;
F – фотон; - скорость фотона
Из математической модели (391) вытекает важное следствие: если направления движения источника излучения и рождающегося фотона совпадают (рис. 224, b), то с увеличением скорости движения источника время переходного процесса излучения фотона уменьшается. Переходя к частотам излученного фотона, имеем
. (392)
Обозначая , имеем
. (393)
Математическая модель (392) показывает увеличение частоты фотона, при , в случае, когда его скорость и скорость источника совпадают (рис. 224, b).
Таким образом, при совпадении направлений скоростей источника и рождающегося фотона наблюдается ультрафиолетовое смещение спектров.
Если направления движущегося источника и рождающегося фотона противоположны (рис. 224, с), то
. (394)
С учетом соотношения (390) имеем
. (395)
Из этого следует, что если направления движения источника и рождающегося фотона противоположны, то с увеличением скорости движения источника время переходного процесса увеличивается (395). Переходя к частотам, имеем
. (396)
Из формулы (396) следует, что если направления движения источника и рождающегося фотона противоположны (рис. 224, с), то частота излучаемого фотона уменьшается и должно наблюдаться инфракрасное смещение спектров. Учитывая, что , найдём
. (397)
Самый главный вывод из анализа классических математических моделей (392) и (396) – независимость смещения спектров атомов от направления и скорости движения приёмника Е (рис. 224). А теперь сведем результаты расчетов по формулам (392) и (396) в таблицу 59.
Анализ табл. 59 показывает, что классическая математическая модель (392) описывает ультрафиолетовое смещение спектров ( ), а классическая математическая модель (396) – инфракрасное ( ).
Таблица 59. Результаты расчета классической интерпретации эффекта Доплера
(392) | (396) | |
0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 | 1,000001 1,000010 1,000100 1,001000 1,010000 1,100000 | 0,999999 0,999990 0,999900 0,999000 0,990000 0,900000 |
Теперь у нас появилась возможность объяснить фотонный эффект Доплера, регистрируемый при излучении фотонов, разной длительностью переходного процесса рождения фотона.
Процесс отделения фотона от электрона атома не мгновенный. В течение некоторой длительности между ними сохраняется связь. От длительности сохранения этой связи и зависит масса, а значит энергия и длина волны фотона, с которой он излучается, отделившись от электрона. Из соотношения (391) видно, что если , то . Это значит, что, при , старт фотона по направлению движения источника, движущегося относительно пространства со скоростью , невозможен (рис. 224, b). В этом случае фотон не будет излучён электроном.
Когда направление движения излучаемого фотона совпадает с направлением движения источника (рис. 224, b), то с увеличением скорости движения источника излучения длительность (391) переходного процесса уменьшается по сравнению с длительностью (388) переходного процесса при старте с покоящегося источника (рис. 224, а). Длина волны и частота такого фотона смещаются в ультрафиолетовую область спектра.
Когда фотон стартует по направлению, противоположному движению источника (см. рис. 224, с), то с увеличением скорости источника излучения длительность переходного процесса, как это видно из соотношения (395), увеличивается, а частота уменьшается (396) и у нас появляется основание полагать, что фотон в этом случае, в процессе потери связи с электроном, передаст ему больше своей электромагнитной массы и придет к приемнику с длиной волны и частотой, смещенными в инфракрасную область.
Аналогичное явление происходит при запуске космических ракет. Если ракета стартует на Восток, то ее скорость совпадает с направлением вращения Земли и ей требуется меньше времени и меньше топлива для выхода в космос по сравнению со стартом в западном направлении.
При совпадении направления скоростей источника и фотона длительность переходного процесса (391) меньше, а при несовпадении больше (395), чем при покоящемся источнике излучения фотонов. В первом случае (рис. 224, b) фотон при рождении потеряет меньше энергии (массы) и придет к нам с длиной волны, смещенной в ультрафиолетовую область спектров, а во втором (рис. 224, с) потеряет больше массы и придет к приемнику с большей длиной волны, смещенной в инфракрасную область.
Таким образом, электрон атома источника излучения своим полем будет стремиться удержать фотон магнитными силовыми линиями, через которые и потечет масса электромагнитного поля (точнее, само поле) фотона к электрону атома источника излучения.
Чем медленнее фотон будет удаляться, тем больше потеряет массы. Указанный процесс передачи энергии присущ, по-видимому, и другим частицам. Поскольку в таком процессе «масса» (эфирная субстанция) как бы перекачивается из одной частицы в другую, не имея возможности оформиться в фотон (см. рис. 224, b), то эта часть энергии и не регистрируется в эксперименте.
Выявленная корпускулярная природа фотона (рис. 223, b) дает все основания возвратиться к баллистической гипотезе, основанной на представлениях И. Ньютона о свете, как о потоке материальных корпускул. Однако эта гипотеза приобретает существенное ограничение. Вот его сущность.
Если неподвижную систему отсчета связать с космическим вакуумом и рассматривать в этой системе движение источника, излучающего фотоны, то независимо от направления движения и скорости источника излучения скорость излучаемых фотонов относительно выбранной таким образом системы отсчета, всегда будет одна и та же и равна . Такой результат обусловлен тем, что постоянство скорости движения фотона генерируется магнитными процессами, протекающими в его магнитной структуре (рис. 223, b).
Образно, сущность процесса излучения фотона можно сравнить с выстрелами из пушки таких снарядов, которые независимо от начальной скорости вылета из ствола орудия сами бы потом набирали одну и ту же скорость относительно неподвижной системы отсчета, связанной с пространством. Отсюда вытекает и особенность фотонной баллистической гипотезы - отсутствие явления галилеевского сложения скоростей источника и излучаемого фотона. После же излучения фотон сам набирает всегда одну и ту же постоянную скорость относительно пространства, равную . Однако галилеевское сложение скоростей полностью сохраняется при встрече фотона с приемником, но на энергетическое состояние самого фотона это не влияет.
Конечно, формулы (392) и (396) являются чисто кинематическими, поэтому они приближенно отражают процесс излучения фотонов. Поскольку электродинамика процесса излучения фотонов ещё не разработана, то воспользуемся математическими моделями, описывающими энергетические показатели фотонов. Детали процесса их излучения в этом случае также остаются скрытыми, но основной показатель – частота излученного фотона рассчитывается точнее, чем при использовании кинематических математических моделей (392) и (396).
Мы уже показали, что полная энергия фотона равна сумме энергий его поступательного и вращательного движений , а также, что эта сумма зависит от величины скорости и направления движения источника излучения.
Если угол между направлением вектора скорости движения источника и направлением вектора скорости излучаемого фотона (рис. 225) равен , то полная энергия излученного фотона запишется так.
(398)
Учитывая, что и обозначая , после преобразований уравнения (370), найдем
(399)
Рис. 225. Схема сложения скоростей источника и фотона
Если направления движения источника и излучаемого фотона совпадают, то и
(400)
Когда направления движения источника и излучаемого фотона противоположны, то и
(401)
В табл. 60 представлены результаты расчета по классическим математическим моделям (392), (396), (400) и (401), которые описывают инфракрасное и ультрафиолетовое смещение спектров.
Таблица 60. Результаты расчета фотонного эффекта Доплера
(392) | (396) | (400) | (401) | |
0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,10 | 1,000001 1,000010 1,000100 1,001000 1,010000 1,100000 | 0,999999 0,999990 0,999900 0,999000 0,990000 0,900000 | 1,0000010 1,0000100 1,0001000 1,0010000 1,0100500 1,1050000 | 0,9999999 0,9999900 0,9999000 0,9990005 0,9900500 0,9050000 |
Классическим экспериментальным фактом, подтверждающим справедливость математических моделей (400) и (401), являются результаты одновременной регистрации обычных спектральных линий атома водорода, получаемых с космического объекта SS433 и спектральных линий, смещенных в ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра.
Это указывает на то, что основная часть космического объекта SS433 покоится относительно пространства, а две другие части движутся относительно пространства. Причем, та часть, которая генерирует ультрафиолетовое смещение, движется в направлении Земли, а та, которая генерирует в тот же момент времени инфракрасное смещение, движется по направлению от Земли. Зафиксирована и периодичность изменения величин этих смещений.
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2219;