Фотоны цэнэг хэд вэ? Гэрлийн фотоны онол

Фотон - квант цахилгаан соронзон орон, тэнхлэгийн масс нь тэг бөгөөд нэгдэлтэй тэнцүү ээрэх энгийн бөөмс. Фотон бол хамгийн түгээмэл зүйл юм энгийн бөөмс. Энэ нь харагдах гэрлийн урсгал, рентген туяа, радио долгион, лазер импульсийн хэлбэрээр илэрдэг. 1964 онд Америкийн радио одон орон судлаач А.Пензиас, Р.Уилсон нар дэлхийн орон зай миллиметрийн радио долгионоор дүүрсэн байдгийг нээсэн бөгөөд үүнийг 2,7 К температурт хүйтэн фотоны хий гэж үзэж болно. орчин үеийн санаанууд, энэ цацраг (үүнийг реликт цацраг гэж нэрлэдэг) нь матери асар их температур, даралттай байх үед Орчлон ертөнцийн хөгжлийн эхний үе шатанд үүссэн (Сансар судлалыг үзнэ үү). Дундаж нягтралреликт фотон нь 500 орчим байдаг. Энэ тоог бидний эргэн тойрон дахь ертөнц бий болсон протоны элбэг дэлбэг байдалтай харьцуулж болно: Орчлон ертөнцөд дунджаар нэг протоноос илүү байдаггүй. Тиймээс орчлон ертөнцөд фотонууд протоноос тэрбум дахин их байдаг.

Ер бусын түүхэн хувь заяафотон; магадгүй энэ нь туршилтын нээлтийн зохиогчийг зааж өгөх боломжгүй цорын ганц энгийн бөөмс юм. Фотоныг 1900 оны арванхоёрдугаар сарын 14-нд Берлиний хурал дээр М.Планк онолын хувьд нээжээ. физик нийгэмцацрагийн энергийн квантчлалын талаархи таамаглалаа илэрхийлэв. Энэ мөчөөс эхлэн физикт квантын эрин үе эхэлсэн.

Планкийн санааг хөгжүүлж, 1905 онд А.Эйнштейн гэрэл нь зөвхөн тус тусад нь ялгарч, шингэдэг төдийгүй тэдгээрээс бүрддэг гэж үзсэн. Энэ бол зоримог бөгөөд ер бусын ерөнхий дүгнэлт байв. Жишээлбэл, бид усыг үргэлж хэсэг хэсгээр нь ууж, балгадаг боловч эндээс ус нь тус бүрээс бүрддэг гэсэн үг биш юм. Эйнштейний онолоор цахилгаан соронзон долгион нь квантуудын урсгал шиг харагдаж эхэлсэн.

Планкийн таамаглал нь фотоэлектрик эффект, гэрэл гэгээ болон бусад олон үзэгдлийн хуулиудыг тайлбарлах боломжийг олгосон. Хамгийн тод корпускуляр шинж чанарцахилгаан соронзон цацраг нь чөлөөт электронуудаар рентген туяаг тараах А.Комптоны туршилтаар илэрсэн (1922). Комптон эффект нь 1920-иод онд цахилгаан соронзон цацраг, физикийн талаархи квант ойлголтуудын үнэн зөвийг баталсан. фотон гэж нэрлэгддэг шинэ энгийн бөөмс эцэст нь орж ирэв ( Грек үг, "гэрэл" гэсэн утгатай).

Фотон нь бусадтай адил квант бөөмс, долгион ба корпускуляр шинж чанартай байдаг тул гэрлийн долгион ба корпускуляр онолыг дэмжигчдийн хооронд бараг хоёр зууны турш үргэлжилсэн маргаанд хүн бүр өөр өөрийнхөөрөө зөв байсан. Энгийн амьдралд гэрлийн корпускуляр шинж чанарууд байдаггүй, учир нь бид фотонуудтай тус тусдаа биш, харин шууд харьцдаг. их хэмжээний, гэрлийн долгион гэж ойлгогддог. Цахилгаан соронзон долгион нь харилцан үйлчлэлийн тархалтын хурдыг хязгаарлах үндсэн утгыг агуулсан дугуй давтамж o), эрчим ба тархалтын хурд c-ээр тодорхойлогддог нь мэдэгдэж байна. орчин үеийн утга). Долгионт тохирох фотонууд нь энерги, импульстэй байдаг (Планкийн тогтмол J s-ийн орчин үеийн утга). Жишээлбэл, нарнаас гарах хамгийн их цацраг нь К см долгионы урттай гэрэлд унадаг бөгөөд энэ нь Гц-ийн дугуй давтамжтай тохирдог. Ийм фотонуудын энерги нь J. Нарны тогтмол, өөрөөр хэлбэл нэгж талбайд нэг нэгж хугацаанд ногдох энерги юм дэлхийн гадаргуу, -тэй тэнцүү бөгөөд үүнээс бид 1 секундын дотор асар олон тооны фотон, ойролцоогоор . Үүний зэрэгцээ, энгийн тоосонцортой туршилт хийхдээ детекторууд фотонуудыг нэг нэгээр нь бүртгэдэг бөгөөд хүний ​​нүд ч гэсэн зарчмын хувьд үүнийг хийх чадвартай байдаг.

Фотонуудын тоо тогтмол биш; харилцан үйлчлэлийн явцад, жишээлбэл, устгах үйл явцад үүсдэг (Антиматер, - электрон ба позитроны тэмдэг, - фотоны тэмдэг, гамма квантыг үзнэ үү). Энд болон Комптон эффектийн аль алинд нь фотонууд бодит ажиглаж болох бөөмсийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Нэмж дурдахад фотонууд нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг тээж, ажиглагдах боломжгүй, виртуал төлөвт байж болно.

Фотоны энгийн бөөмс болох шинж чанарууд нь сонгодог электродинамикаас үндэслэдэг. Фотон нь цахилгаан саармаг, түүний цэнэг юм тэгтэй тэнцүү. (Үгүй бол хоёр цахилгаан соронзон долгион бие биетэйгээ харилцан үйлчилж болох ба хоёр цэнэгийн талбар нь тус бүрийн талбайн нийлбэр байхаа больсон.) Фотонд мөн өөр цэнэг байхгүй: энэ нь жинхэнэ төвийг сахисан гэж үздэг. ба түүний эсрэг бөөмстэй ижил (Анти бодисыг үзнэ үү). Фотоны цэнэгийн паритет нь -1 бөгөөд үүнээс үүсэлтэй илэрхий баримталиваа системийн бүх цэнэгийн шинж тэмдгүүд өөрчлөгдөхөд цахилгаан ба соронзон орны чиглэл эсрэг тал руу шилжих. Цэнэгийн паритетыг хадгалах цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл, электронууд ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүд - позитронуудын хоорондох тэгш хэмтэй холбоотой, тодорхой хязгаарлалтуудурвалууд дээр. Жишээлбэл, бөөмсийн зарим систем нь зөвхөн задрах чадвартай тэгш тоофотонууд болон бусад нь - зөвхөн сондгой (Антиматерийг үзнэ үү).

Фотонуудын электрон ба позитронтой харьцах үйл явц нь ялангуяа сайн судлагдсан байдаг - энэ бол квант электродинамик гэж нэрлэгддэг бөгөөд түүний таамаглалыг туршилтаар маш нарийвчлалтай туршиж үзсэн.

Фотоны үлдсэн масс нь тэг байна. Энэ нь фотоныг зогсоох, удаашруулах боломжгүй гэсэн үг юм. Эрчим хүчээсээ үл хамааран үндсэн хурдаар хөдөлдөг c. Хэрэв бид фотоныг бага, гэхдээ хязгаарлагдмал масстай гэж үзвэл бид үүссэн ажиглагдсан эффектүүдийг судалж болно. Энгийн бөөмсийн нэгэн адил фотонуудын хурд нь энергиэс (өөрөөр хэлбэл цацрагийн долгионы уртаас) хамаарах ба үргэлж c-ээс бага байх болно. Тархалтын нөлөө цахилгаан соронзон долгионвакуумд зарчмын хувьд пульсарын цацрагаар илрүүлж болно. Дүрслэлээр хэлбэл, цэнхэр туяа улаанаас өмнө ажиглагчид хүрнэ. Биднийг пульсараас тусгаарладаг асар их зайг харгалзан ирэх цаг нь 2000-2000 он хүртэл ялгаатай байх ёстой. жижиг ялгааянз бүрийн цацрагийн хурдаар.

Фотоны хязгаарлагдмал тайван масс байгаа нь цахилгаан соронзон хүчний үйл ажиллагааны хязгаарлагдмал радиус харагдахад хүргэдэг. Үнэн хэрэгтээ хэрэв цэнэг виртуал фотоныг ялгаруулдаг бол энергид тодорхойгүй байдал үүсдэг бөгөөд тодорхойгүй байдлын хамаарлын дагуу ийм фотон нь зөвхөн тодорхой хугацаанд оршин тогтнох боломжтой. Энэ хугацаанд энэ нь -ээс ихгүй зайг туулах бөгөөд дараа нь өөр цэнэг шингээх ёстой.

Харьцангуйн онолын "үсрэлтээс" үүссэн орчин үеийн физикийн арга зүй нь оюун санааны урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй эргэлзэхэд хүргэж, олон тооны шинжлэх ухааныг бий болгосон. шинжлэх ухааны онолууд, дундад зууны схоластикуудын уран зөгнөлтэй илүү төстэй.

Жишээлбэл, профессор Вейник, харамсалтай байна алдартайХарьцангуйн онолыг шүүмжилснийхээ төлөө зовж шаналсан (тэр зүгээр л шоолж байсан) гэж оюутнуудад зориулсан сурах бичиг болох "Термодинамик" номд бичжээ: "... чухал дутагдал квант механик- энэ нь бөөмийн бүтцийг дүгнэх боломжийг бидэнд олгох удирдамжийн санаа байхгүй байна. Үр дүнд нь фотон шиг ийм улиг болсон энгийн бөөмс, онцгой ангилалд багтсан (энэ нь гэрэл гэгээтэй байсан нь дөхөм болсон бололтой урт хугацаадолгион, мөн томъёо гэж үздэг байсан Э = mc 2 Эйнштейн). Үнэн хэрэгтээ фотон нь зарчмын хувьд электрон болон бусад энгийн бөөмсөөс ялгаатай биш юм (үүнийг гэрэл зургаас харж болно ...). Бүхэл бүтэн бичил ертөнц болон тэдгээрийг зохицуулах хуулиудын бүрэн дүр зургийг авахын тулд электрон эсвэл фотоны бүтцийг ойлгоход хангалттай байв. дагуу ерөнхий онол(Вейник – Н.Н.), энгийн бөөмс бол микро цэнэгийн нэгдэл юм. Сүүлийнх нь: масс (бодис), орон зай (метрон), цаг хугацаа (хронон), электрон, термон, Планкийн тогтмол гэх мэт. Янз бүрийн энгийн бөөмсийн тоо хязгааргүй их."

Тиймээс бид орон зай - цаг хугацаа, долгион - бөөмс, тодорхойгүй байдлын зарчим, масс-энергийн эквивалент болон бусад "байгууллага" нь термон, метрон, хронон, бодис хэлбэрээр шинэ мангасуудыг үүсгэсээр байгааг бид харж байна. Гэрэл зургийн хувьд, хэрэв Вейникт шөнийн цагаар хурдны замын гэрэл зургийг үзүүлсэн бол тэр гэрэл зураг дээр гэрлийн ул мөр үлдээсэн машины "учирхалтай байдлыг" мөн адил тодорхойлох байсан. "Ухааны нойр нь мангасуудыг төрүүлдэг" (Гоя).

"Байгалийн бүх үзэгдлийн шалтгааныг механик шинж чанарын үүднээс авч үздэг, эс тэгвээс физикийн аливаа зүйлийг ойлгох итгэл найдвараа орхих хэрэгтэй." (Гюйгенс "Гэрлийн тухай тууж"). Ижил санааг янз бүрийн хувилбараар илэрхийлсэн алдартай судлаачидболон өөр өөр цаг үеийн сэтгэгчид: Аристотель, Галилео, Ньютон, Хук, Декарт, Д'Аламбер, Френель, Фарадей, Хельмгольц болон бусад олон хүмүүс. Тиймээс Максвелл "Цахилгаан ба соронзонгийн тухай тууж"-даа: "Одоогийн байдлаар бид материаллаг бодисыг сансар огторгуйгаар нисэх, хөдөлгөөний төлөв байдал эсвэл цаг хугацааны хувьд тархалтыг (харилцан - Н.Н.) ойлгож чадахгүй байна. сансар огторгуйд аль хэдийн оршдог орчин дахь хурцадмал байдал... Үнэхээр цаг хугацааны явцад энерги нь нэг биеэс нөгөө бие рүү хэрхэн шилжсэнээс үл хамааран нэг биеэс гарсны дараа энерги нь байршдаг, гэхдээ үүсэлтэй байдаг орчин эсвэл бодис байх ёстой. хараахан өөр нэг зүйлд хүрээгүй байна ... Иймээс эдгээр бүх онолууд (долгион, харилцан үйлчлэл ба цахилгаан соронзон - Н.Н.) нь тархалт явагддаг орчны тухай ойлголт руу хөтөлдөг бөгөөд хэрэв бид энэ орчинг таамаглал гэж хүлээн зөвшөөрвөл энэ нь нэг хэсгийг эзлэх ёстой гэж би бодож байна. бидний судалгаанд онцгой байр суурь эзэлдэг бөгөөд түүний үйл ажиллагааны талаархи оюун санааны дүрслэлийг нарийвчлан гаргахыг хичээх хэрэгтэй; энэ минийх байсан байнгын зорилгоэнэ зохиолд".

Гэхдээ одоо Вейникийн хэлснээр фотон үүссэнийг төсөөлөхийг хичээцгээе: "сэтгэл хөдөлсөн" электрон тойрог замд нисч, нисч байсан бөгөөд гэнэт ямар нэгэн шалтгаан, үндэслэлгүйгээр түүнээс ямар нэгэн "учирхай мөн чанар" салж эхэлдэг. Учир нь электроны хурд, мөчлөгийн давтамжаас үл хамааран түүний хэлбэлзлийн давтамжийг олж авдаг (хэрэглэх ёстой энергийн хэмжээг тооцоолсны дараа?), Түүний масс нь юу болж хувирах вэ! Энд байгаа үр нөлөөг шалтгаанаар үүсгэдэггүй бөгөөд физикийн бодлыг логик болон механикийн хуулиар дэмждэггүй. Максвеллийн ямар "сэтгэцийн санаанууд" байдаг вэ?!

Тиймээс Максвелл энергийг алсын зайд зөвхөн хоёр аргаар дамжуулж болно: материйн хамт (масс) эсвэл завсрын орчинд долгионоор дамжуулж болно гэж мэдэгджээ. Таамаглаж буй оршин тогтнол тусгай төрөлбодис - цахилгаан соронзон орон - физикт нэвтрэн орсны үр дүн шинжлэх ухааны сэтгэлгээ. Энэ нь бодисын атом ба молекулуудын чичиргээний энерги, үүнтэй зэрэгцэн дулааны (цахилгаан соронзон) цацрагийг нэлээд амжилттай тодорхойлсон илчлэг биш юм. Энэ бол зүгээр л байгалийн нууцын өмнө мунхаг, хүчгүй байдлаа халхлах гэсэн оролдлого юм.

Эртний Грек, Эртний Араб, Эртний Энэтхэг, Эртний Хятадын сэтгэгчид Ньютон, Хук, Гюйгенсээс эхлээд энэ оньсого дээр хүн төрөлхтний агуу оюун ухаан тэмцэж байна. орчин үеийн судлаачид, Хэдийгээр тэд гэрлийн хэрэглээ (лазер гэх мэт) дээр асар их амжилтанд хүрсэн боловч гэрлийн мөн чанарын талаархи тэдний мэдлэг үнэнээс маш хол хэвээр байна.

Ньютоны гэрлийн мөн чанарын талаарх үзэл бодол нь маш зөрчилтэй, зөрчилтэй байв. Хэдийгээр тэрээр жинхэнэ шинжлэх ухааны сэтгэлгээг үндэслэгч байсан ч дэвшихээс айдаг байв шинжлэх ухааны таамаглалгүйгээр хангалттай хангамжТуршилтын болон ажиглалтын баримтууд түүнийг өөр туйл руу хөтөлсөн: хязгаарлагдмал сэтгэлгээ, дүгнэлтийн тууштай байдал. Тиймээс алс холын биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн талаархи түүний үзэл бодол нь түүнийг завсрын орчин байдаг гэсэн санаа руу хөтөлсөн; Харин гэрлийн мөн чанарыг авч үзэхдээ тэрээр "энэ эфирийн үйл ажиллагааны хуулиудыг үнэн зөв тодорхойлж, харуулах хангалттай туршилт байхгүй" учраас л энэ орчныг үгүйсгэдэг.

Мэдээжийн хэрэг, түүний үед оптик, цахилгаан соронзон, атом болон бусад шинжлэх ухаанууд хүртэл эфирийн шинж чанар, найрлагын талаархи асуултыг тавих нь эрт байсан. молекулын физикболон бусад олон. Бидний үед ч атомын цөм, элементийн бөөмс зэрэг шинжлэх ухаан "манан дунд сэлсээр" байна. Материйн бүтцийн дараагийн үе шат болох эфирийн талаар бид юу хэлж чадах вэ?

Гэсэн хэдий ч эфирийн шинж чанарын талаархи ажиглалт, баримт, туршилт, мэдлэг улам бүр нэмэгдэж, бүх агуу, чухал онолууд зөвхөн "үйл ажиллагааны сэтгэцийн бүтээн байгуулалт" -ын ачаар л бий болсон. Эйнштейн, Инфельд нар үүнийг харьцангуйн ерөнхий зарчим оршин тогтнохын тулд арилгаж болох онолыг бий болгох "шат" гэж нэрлэжээ. Гэхдээ одоо бол оптик, цахилгаан соронзон онол зэрэг шинжлэх ухаан бий болно гэж төсөөлөхөд бэрх юм. ерөнхий зарчимхарьцангуйн онол тэдний өмнө гарч ирсэн.

“Долгионы онол Ньютоны гадагш урсах онолыг түүний таамаглалыг чанарын болон тоон хувьд өө сэвгүй үнэн зөвөөр ялсан” (С.Вавилов) зөвхөн үүгээр ч зогсохгүй. Нэгдүгээрт, гэрлийн хурд нь эх үүсвэрийн хурдаас үл хамаарах байдлыг гадагш урсгалын онолоор тайлбарлах боломжгүй юм. Ньютон фотонуудын хурдыг эх үүсвэрийн хурдыг нэмдэг гэж үздэг. Хоёрдугаарт, гадагш урсгалын онол нь илүү нягт орчинд гэрлийн хурд нэмэгдэхийг, Гюйгенсийн долгионы онол нь энэ хурдыг бууруулна гэж таамаглаж байсан. Физо, Фуко нарын хийсэн нягт орчинд хурдыг хэмжих шууд туршилтууд батлагдсан. долгионы шинж чанарСвета.

Гэрлийн долгионы онолыг онолын болон туршилтын ажилФарадей, Максвелл, Герц, Лебедев болон бусад судлаачид. Жишээ нь, Максвелл "Тургууль..."-дээ: "... гэрэлтдэг орчин нь түүгээр гэрэл өнгөрөхөд энергийн савны үүрэг гүйцэтгэдэг. Гюйгенс, Френель, Янг, Грин болон бусад хүмүүсийн боловсруулсан долгионы онолд энэ энергийг хэсэгчлэн боломжит, хэсэгчлэн кинетик гэж үздэг. Боломжит энерги нь орчны энгийн эзэлхүүний хэв гажилтаас үүдэлтэй гэж үздэг бөгөөд энэ нь бид орчинг уян харимхай гэж үзэх ёстой гэсэн үг юм. Учир нь кинетик энерги гэж үздэг хэлбэлзлийн хөдөлгөөнбайгаль орчин, тиймээс бид хүрээлэн буй орчин хязгаарлагдмал нягттай гэж үзэх ёстой. Энэхүү эмхэтгэлд батлагдсан цахилгаан ба соронзонгийн онол нь цахилгаан статик ба цахилгаан кинетик гэсэн хоёр төрлийн энерги байдгийг хүлээн зөвшөөрдөг бөгөөд тэдгээр нь зөвхөн бие махбодид төдийгүй хүрээлэн буй орон зайн бүх хэсэгт нутагшдаг гэж үздэг. Иймээс бидний онол долгионы онолтой нийцэж байгаа нь хоёулаа хоёр төрлийн энергийн сав болох орчин байгааг таамаглаж байна." Үүний зэрэгцээ Максвелл, Фарадей нар өргөн хүрээний хүмүүсийн хувьд шинжлэх ухааны үзэл бодолЭфир нь зөвхөн гэрлийн долгионы онол (электродинамизм) төдийгүй харилцан үйлчлэлийг дамжуулахад шаардлагатай гэдгийг онцолсон. Энэ бол маш чухал аргумент"хааны шинэ хувцас" - орон зай цаг хугацааны муруйлтыг харах хэрэгцээ шаардлагаас болж орчин үеийн судлаачид үл тоомсорлодог.

Энэ тухай түүхч Андерсен хэрхэн бичсэнийг эндээс үзнэ үү: "Тэд чадварлаг нэхмэлчид дүр эсгэж, өөр өөр ийм гайхалтай даавуу нэхэж чадна гэж хэлэв. гайхалтай өмч- буруу газар сууж байгаа эсвэл байж боломгүй тэнэг хэнд ч үл үзэгдэх болно... "Би тэнэг биш" гэж эрхэм хүн бодов. Тэгэхээр би байргүй байна уу? Энд таны цаг ирлээ! Гэсэн хэдий ч та үүнийг харуулж чадахгүй!"

С.Вавилов бичсэн нь: “Долгионы онол ялсан, эцсийн ялалт юм шиг санагдав... Гэвч ялалт тун эрт болсон... Гэрлийн үйл ажиллагааны квант хуулийн өмнө долгионы онол арчаагүй болж хувирав. ”

Одоо бид өөрөөсөө асууж байна: Энэ нэг баримт бусад олон хүмүүсийн эсрэг эрдэмтдийн бодлыг үнэхээр эрс өөрчилж чадах болов уу?! Тийм ээ, цацрагийн салангид байдал байдаг; тиймээ, фотон нь цул бөөмс шиг нисдэг. Гэхдээ агаарт дуу чимээтэй төстэй зан үйл байдаггүй гэж үү? Эсвэл эсрэгээр: дуу чимээтэй төстэй цахилгаан соронзон долгион байхгүй гэж үү?

Герц ба түүний дагалдагчид цахилгаан соронзон цацрагийг хүрээлэн буй орон зайд дамжуулах чадварыг төгс харсан. орон зайд нутагшаагүй бөмбөрцөг долгион. (Дашрамд хэлэхэд, орчин үеийн гэрэлтүүлэгчдийн үзэж байгаагаар эдгээр нь квантлагдаагүй, учир нь тэдгээр нь нэг тойрог замаас нөгөө тойрог руу үсрэх электронуудын үр дүн биш, харин хурдасгасан хөдөлгөөний үр дүн юм. чөлөөт электронууд Explorer дээр). Урт цахилгаан соронзон долгионы энэ шинж чанарын ачаар бид ялгаруулагчийн эргэн тойронд байгаа бөмбөрцөгт хаанаас ч телевиз үзэж, радио сонсдог. Гэсэн хэдий ч цахилгаан соронзон долгионы давтамж нэмэгдэх чиглэлд тодорхой хязгаарыг давмагц цацрагийн чиглэл гарч ирдэг.

Дууны хувьд ижил зүйл тохиолддог. Дууны ийм шинж чанарыг хэт авиан үйлдвэрлэхтэй холбоотойгоор саяхан олж мэдсэн нь үнэн. Энэ нь тодорхой болсон хэт авианы долгионхурц чиглэлтэй бөгөөд орон зайд нутагшсан бөөмс гэж үзэж болно. "Долгионы онолын арчаагүй байдал" маш их байна! Судлаачид өөрсдөө ямар нэг зүйлийг тайлбарлах арчаагүй байх бүртээ сонгодог механикийг буруутгадаг нь харагдаж байна.

Фейнман харуулсанчлан хэлбэлзлийн хуулиуд нь давтамжаас хамаардаг, учир нь орчин дахь үйл явцын мөн чанар нь үүнээс хамаардаг. Гэсэн хэдий ч тэр өөрөө даралт ба температурын хэлбэлзлийн тэгшитгэлийг гаргаж авахад л сэтгэл хангалуун байв. уян хатан долгионадиабатаар өөрчлөгдөнө. Фейнман зэрэг судлаачдын хэн нь ч энэ тохиолдолд тохиолддог процессууд нь дулаан шингээхэд хүргэдэг бөөмсийн дундаж чөлөөт замтай харьцуулахад чичиргээний өндөр давтамжийг авч үзээгүй. Энэ тохиолдолд хөдөлгөөний чиглэлийн тархалтаас шалтгаалан хэлбэлзэл нь бөмбөрцөг долгион хэлбэрээр тархаж чадахгүй нь тодорхой юм. бие даасан хэсгүүд. Чичиргээний давтамж нь бөөмсийн чөлөөт замын "давтамж" -аас бага байдаг тул үүнийг зөвхөн огцом чиглүүлэх боломжтой.

Хэт авианы шинж чанаруудтай зүйрлэснээс үзвэл орон нутгийн байдал нь долгионы онолтой огт зөрчилддөггүй. Түүнээс гадна агаар нь метал шиг ажилладаг, хэт авиан нь хөндлөн долгионтой байдаг юм биш үү?

Орон нутгийн байдлаас гадна фотонууд радио долгионоос ялгаатай нь өөр нэгтэй байдаг чухал өмч, тэдгээрийн гарал үүсэлтэй холбоотой: хатуу тунгаар эрчим хүч. Атомын бүтэцтэй холбоотой фотонуудын энэ шинж чанар нь цахилгаан соронзон долгионы бүх спектрийг хамарч болохгүй. Эндээс гадна фотоны энергийн шинж чанар болох Планкийн тогтмолыг илүү авч үзэх ёсгүй өргөн утгаарааЭнэ нь физикийн алхам бүрт хэрхэн хийгддэг Сүүлийн үед. Планкийн тогтмол нь цаг хугацаа, орон зай, массын салангид байдалтай ямар ч холбоогүй юм.

Фотоны эрчим хүчний хатуу тунгийн улмаас үүссэн шинэ шинжлэх ухаан- квант механик, анхнаасаа шийдэгдээгүй хэд хэдэн асуулт байсаар байна. Нэгдүгээрт: дугуй эсвэл эллипс тойрог замд хөдөлж буй атомын электронууд яагаад фотоныг ялгаруулдаггүй вэ? төв рүү чиглэсэн хурдатгал? Хоёрдугаарт: фотоны ялгаруулалт, шингээлтийн механизм юу вэ?

Эхний асуулт нь квант механикийн бүх сурах бичиг, шинжлэх ухааны бүтээлүүдэд давтагддаг буруу ойлголттой холбоотой юм. Жишээлбэл, Семенченко "Сонгосон бүлгүүд онолын физик"Бид уншдаг: "Хуульд зааснаар электронууд цөмийг удаан хугацаанд тойрон хөдөлж чадахгүй сонгодог электродинамикХурдасгасан электрон бүр цахилгаан соронзон энерги ялгаруулдаг. Үүний үр дүнд электроны кинетик энерги буурч, эцэст нь цөм рүү унах ёстой." Кайгородский "Бүх хүнд зориулсан физик" номдоо электрон цөмд унах цагийг тооцоолсон - секундын зууны нэг!

Би уншигчаас гурван нэр томъёоноос бүрдэх сонгодог электродинамикийн Веберийн тэгшитгэлийг харахыг хүсч байна. Эхний нэр томъёо нь Кулоны хууль, хоёр дахь нь боломжит саатлын үр дүнд харилцан үйлчлэлийн хүчний өөрчлөлт, гурав дахь нь бидний цацрагийн сэдэвтэй холбоотой зүйл юм. Эндээс бид Веберийн томъёонд багтаж байгааг харж байна скаляр хэмжигдэхүүнзайхарилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн хооронд. Энэ нь цөм ба электрон хоорондын тогтмол зайд эхний болон хоёр дахь дериватив хоёулаа тэгтэй тэнцүү байна гэсэн үг юм. Тиймээс, энэ тохиолдолд боломжит хоцрогдол байх ёсгүй цацраг. Энэ нь хурдасгасан электрон бүр энерги ялгаруулдаггүй гэсэн үг юм. Тойрог тойрог замд хөдөлж буй электрон ялгарах ёсгүй! Ийм чухал алдаа хэр удаан анзаарагдахгүй байсан нь гайхалтай юм!

Хоёр дахь асуултын шийдлийг Гюйгенс санал болгов. Тэрээр: "Биеийн хөдөлгөөнт хэсгүүд эфирийн хэсгүүдэд үзүүлэх цочролоос болж гэрэл үүсдэг." Де Бройлийн долгионы уртын хамаарал гарч ирэхээс өмнө Гюйгенсийн энэ хэллэг "агаарт өлгөөтэй" мэт санагдаж байв. Де Бройлийн хамаарал нь де Бройль долгионы үр дагавар болох харилцааны өөрөө болон фотон үүсэх шалтгааныг судлах үндэс суурь болох ёстой байв. Гэсэн хэдий ч Борн, Хайзенберг, Бор нарын хийсэн квант механикийн тодорхой бус байдлын тухай дүгнэлт, Эйнштейний хийсэн эфирийг үгүйсгэсэн нь физикчдийг энэ асуудлаас холдуулсан.

Де Бройль долгион нь бөөмсийн "түлхэх" бодит үйл явц бөгөөд үүний шалтгаан нь боломжит саатлын тэгш бус байдал, фотон нь эфирийн орон нутгийн (өндөр чиглэсэн) долгионы сегмент юм гэж таамаглах хэрэгтэй. , эхэн ба төгсгөлд хэлбэлзлийн давтамж нь арай өөр байна (өргөн спектрийн шугам), электрон нэг тогтвортой тойрог замаас нөгөө тойрог руу үсрэх үед хурд нь удааширч байгаатай холбоотой.

Потенциал хоцрогдсон тэгш бус байдлын үр дагавар болох бөөмсийн цохилтын хөдөлгөөн нь квант механикийн өөр нэг асуулт болох электроны тогтвортой салангид тойрог замуудын оршин тогтнох асуудалд шийдэл болж чадна. Тогтвортой тойрог замууд нь мөчлөгийн болон чичиргээний хэлбэлзлийн резонансын үр дүн юм.

Тиймээс, сонгодог физик, эфир, механик үзэл бодол, учир шалтгааны холбоо, харилцаа холбоо руу буцах гэсэн ортодокс харьцангуйистуудын олон шившлэгийг үл харгалзан. долгионы дүрслэлГэрэл байхгүй, байж ч болохгүй, бид үүнийг хийх ёстой, эс тэгвээс "бид физикт ямар нэг зүйлийг ойлгох бүх итгэл найдвараа алдах хэрэгтэй болно"

Уран зохиол:

1. А.И. Вейник. Термодинамик. төгссөн сургууль, Минск, 1968, 434-р тал.
2. Х.Гюйгенс. Гэрлийн тухай тууж. Лейден, 1703. Орч. лат. Бямба гарагт. засварласан Г.М. Голин ба С.Р. Филонович "Сонгодог" Физикийн шинжлэх ухаан", Дээд сургууль, 1989, хуудас 131-140.
3. Ж.С.Максвелл. Цахилгаан ба соронзлолын тухай зохиол, 1, 2-р боть, Оксфорд, 1873. Trans. англи хэлнээс Наука, М., 1989.
4. I. Ньютон. Оптик буюу гэрлийн тусгал, хугарал, гулзайлтын болон өнгөний тухай зохиол. Лондон, 1706. Орч. лат. засварласан Г.С. Ландсберг, Гостехиздат, М., 1981.
5. С.И. Вавилов. Нүд ба нар. Наука, М., 1976.
6. Г.Герц. Ойролцоогоор маш хурдан цахилгаан чичиргээ. Анн. дер Ph., b. 31, с. 421...448. Пер. түүнтэй хамт. Бямба гарагт. засварласан Г.М. Голин ба С.Р. Филонович "Физикийн шинжлэх ухааны сонгодог", Дээд сургууль, 1989 он.
7. Г.Герц. Агаар дахь электродинамик долгион ба тэдгээрийн тусгалын тухай. Анн. доктор, б. 34, с. 609...623. Пер. түүнтэй хамт. Бямба гарагт. засварласан Г.М. Голин ба С.Р. Филонович "Физикийн шинжлэх ухааны сонгодог", Дээд сургууль, 1989 он.
8. Р.Фейнман, Р.Лэйтон, М.Сэндс. Фейнман лекц уншдагфизикт. Пер. Англи хэлнээс, 3, 4-р боть, Мир, М., 1976, 391...398.
9. VC. Семенченко. Онолын физикийн сонгосон бүлгүүд. Боловсрол, М., 1966, 131-р тал.
10. А.И. Китайгородский. Хүн бүрт зориулсан физик, 3-р боть (Электронууд), Наука, М., 1979.

Гэрэл ба дулаан, амт ба үнэр, өнгө ба мэдээлэл - энэ бүхэн фотонуудтай салшгүй холбоотой. Түүгээр ч барахгүй ургамал, амьтан, хүний ​​амьдрал энэхүү гайхалтай бөөмсгүйгээр боломжгүй юм.

Орчлон ертөнцөд протон эсвэл нейтрон бүрт 20 тэрбум орчим фотон байдаг гэж үздэг. Энэ бол гайхалтай асар их тоо юм.

Гэхдээ бидний эргэн тойрон дахь дэлхийн хамгийн түгээмэл бөөмийн талаар бид юу мэддэг вэ?

Зарим эрдэмтэд фотоны хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдтай тэнцүү гэж үздэг. ойролцоогоор 300,000 км/сек ба энэ нь хамгийн дээд хэмжээ юм боломжит хурдОрчлон ертөнцөд.

Бусад эрдэмтэд бөөмсийн хурд нь гэрлийн хурдаас хурдан байдаг олон жишээ Орчлон ертөнцөд байдаг гэж үздэг.

Зарим эрдэмтэд фотоныг цахилгаан саармаг гэж үздэг.

Бусад нь фотонд байдаг гэж үздэг цахилгаан цэнэг(зарим мэдээллээр 10 -22 эВ/сек 2-оос бага).

Зарим эрдэмтэд фотоныг массгүй бөөмс гэж үздэг бөгөөд тэдний бодлоор фотоны амарч байх үеийн масс тэг байна.

Бусад нь фотон масстай гэдэгт итгэдэг. Үнэн, маш, маш бага. Хэд хэдэн судлаачид энэ үзэл баримтлалыг баримталж, фотоны массыг янз бүрийн аргаар тодорхойлдог: 6 х 10 -16 эВ, 7 х 10 -17 эВ, 1 х 10 -22 эВ, бүр 3 х 10 -27 эВ, Энэ нь электрон массаас хэдэн тэрбум дахин бага юм.

Зарим эрдэмтэд гэрлийн тусгал, хугарлын хуулиудын дагуу фотон нь бөөмс, өөрөөр хэлбэл. корпускул. (Евклид, Лукреций, Птолемей, И. Ньютон, П. Гассенди)

Бусад хүмүүс (Р. Декарт, Р. Хук, Х. Гюйгенс, Т. Юнг, О. Френель) гэрлийн дифракц, интерференцийн үзэгдэлд тулгуурлан фотоныг долгионы шинж чанартай гэж үздэг.

Атомын цөм ба электронууд ялгарах буюу шингээх үед, түүнчлэн фотоэлектрик эффектийн үед фотон нь бөөмс шиг ажилладаг.

Мөн дайран өнгөрөхдөө шилэн призмэсвэл сааданд байгаа жижиг нүхэнд фотон нь тод долгионы шинж чанарыг харуулдаг.

Францын эрдэмтэн Луи де Бройлигийн фотонуудад бөөмс ба долгионы шинж чанарууд байдаг гэсэн долгион-бөөмийн дуализмд суурилсан буулт шийдэл нь энэ асуултын хариулт биш юм. Долгион бөөмийн хоёрдмол байдал нь зөвхөн түр зуурынх юм тохиролцоо, энэ маш чухал асуултад хариулах эрдэмтдийн туйлын хүчгүйд тулгуурласан.

Мэдээж энэ гэрээ тодорхой хэмжээгээр намжсан ч асуудлыг шийдэж чадаагүй.

Үүний үндсэн дээр бид томъёолж болно эхний асуултфотонтой холбоотой

Асуулт нэг.

Фотонууд долгион эсвэл бөөмс үү? Эсвэл хоёулаа эсвэл аль нь ч биш үү?

Цаашид. Орчин үеийн физикийн хувьд фотон нь цахилгаан соронзон цацрагийн квант (хэсэг) хэсгийг төлөөлдөг энгийн бөөмс юм.. Гэрэлбас цахилгаан соронзон цацрагмөн фотоныг гэрлийн тээвэрлэгч гэж үздэг. Энэ нь бидний ухамсарт нэлээд баттай тогтсон бөгөөд фотон нь юуны түрүүнд гэрэлтэй холбоотой юм.

Гэсэн хэдий ч гэрлээс гадна бусад төрлийн цахилгаан соронзон цацрагууд байдаг: гамма цацраг, рентген туяа, хэт ягаан туяа, харагдахуйц, хэт улаан туяа, богино долгионы болон радио цацраг. Тэд долгионы урт, давтамж, эрчим хүчээр бие биенээсээ ялгаатай бөгөөд өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг.

Цацрагийн төрлүүд ба тэдгээрийн товч шинж чанарууд

Бүх төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийн тээвэрлэгч нь фотон юм. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар энэ нь хүн бүрт адилхан байдаг. Үүний зэрэгцээ цацрагийн төрөл бүр нь өөр өөр долгионы урт, чичиргээний давтамж, давтамжаар тодорхойлогддог өөр өөр энергифотонууд. Тэгэхээр өөр өөр фотонууд уу? Өөр өөр төрлийн цахилгаан соронзон долгионы тоо ижил тооны өөр өөр төрлийн фотонуудтай тохирч байх ёстой юм шиг санагдаж байна. Гэвч орчин үеийн физикт ганцхан фотон байсаар байна.

Энэ нь шинжлэх ухааны парадокс болж хувирав - цацраг нь өөр, шинж чанар нь бас өөр боловч эдгээр цацрагийг дамжуулдаг фотон нь ижил байдаг.

Жишээлбэл, гамма цацраг, рентген туяа нь саад бэрхшээлийг даван туулдаг боловч хэт ягаан туяа, хэт улаан туяа, үзэгдэх гэрэл нь урт долгионы урттай боловч бага энергитэй байдаг. Үүний зэрэгцээ, богино долгионы болон радио долгионы цацраг нь бүр урт долгионы урттай, бүр бага энергитэй боловч ус, бетон хананы зузааныг даван туулдаг. Яагаад?

Төрөл бүрийн цацрагийн дор фотонуудын нэвтрэх чадвар

Эндээс хоёр асуулт гарч ирнэ.

Хоёр дахь асуулт.

Бүх төрлийн цацрагт бүх фотонууд үнэхээр адилхан уу?

Гурав дахь асуулт.

Яагаад зарим төрлийн цацрагийн фотонууд саад бэрхшээлийг даван туулж, бусад төрлийн цацрагийг давж чаддаггүй вэ? Ямар асуудал байна - цацраг эсвэл фотон уу?

Фотон бол орчлон ертөнцийн хамгийн жижиг бүтэцгүй бөөмс гэсэн үзэл бодол байдаг. Шинжлэх ухаан одоогоор фотоноос жижиг зүйлийг тодорхойлж чадаагүй байна. Гэхдээ тийм үү? Эцсийн эцэст, нэгэн цагт атомыг бидний эргэн тойрон дахь дэлхийн хамгийн жижиг, хуваагдашгүй гэж үздэг байв. Тиймээс дөрөв дэх асуулт нь логик юм:

Дөрөв дэх асуулт.

Фотон нь өчүүхэн бөгөөд бүтэцгүй бөөмс мөн үү, эсвэл бүр жижиг формацуудаас бүрддэг үү?

Нэмж дурдахад фотоны үлдсэн масс нь тэг бөгөөд хөдөлгөөнд масс болон энергийн аль алиныг нь харуулдаг гэж үздэг. Гэхдээ дараа нь байдаг

тав дахь асуулт:

Фотон нь материаллаг бөөмс мөн үү, үгүй ​​юу? Хэрэв фотон материаллаг бол түүний масс тайван байдалд хаана алга болдог вэ? Хэрэв энэ нь материаллаг биш юм бол яагаад бидний эргэн тойрон дахь ертөнцтэй түүний бүрэн материаллаг харилцан үйлчлэл бүртгэгдсэн бэ?

Тиймээс бидний өмнө фотонтой холбоотой таван таавартай асуулт байна. Мөн өнөөдөр тэдэнд тодорхой хариулт алга байна. Тэд тус бүр өөрийн гэсэн асуудалтай байдаг. Өнөөдөр бидний авч үзэхийг хичээх асуудлууд.

Бид "Орчлонгийн амьсгал", "Орчлонгийн гүн", "Орчлонгийн хүч" аяллаараа Орчлон ертөнцийн бүтэц, үйл ажиллагааны призмээр энэ бүх асуудлыг нэлээд гүнзгий авч үзсэн. Бид фотон үүсэх бүх замыг үндсэн бөөмс болох эфирийн эргэлтийн бөөгнөрөл үүсэхээс эхлээд галактик ба тэдгээрийн бөөгнөрөл хүртэлх замыг судалж үзсэн. Бид дэлхийн нэлээд логик, системтэй зохион байгуулалттай дүр зурагтай болно гэж найдаж байна. Тиймээс фотоны бүтцийн талаархи таамаглал нь манай Орчлон ертөнцийн талаархи мэдлэгийн тогтолцоонд логик алхам болсон юм.

Фотоны бүтэц

Фотон бидний өмнө бөөмс, долгион хэлбэрээр биш харин эргэдэг конус хэлбэрийн пүрш хэлбэрээр гарч ирсэн бөгөөд эхлэл нь өргөжиж, төгсгөл нь нарийссан..

Фотоны хаврын загвар нь байгалийн үзэгдэл, туршилтын үр дүнг судлахад үүсдэг бараг бүх асуултанд хариулах боломжийг олгодог.

Фотонууд нь янз бүрийн төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийг тээвэрлэгч гэдгийг бид аль хэдийн дурдсан. Үүний зэрэгцээ шинжлэх ухаан нь янз бүрийн төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийг мэддэг ч: гамма цацраг, рентген, хэт ягаан, үзэгдэх, хэт улаан туяа, богино долгионы цацраг, радио цацраг туяа, эдгээр үйл явцад оролцдог зөөвөрлөгч фотонууд өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаггүй. сортууд. Өөрөөр хэлбэл, зарим эрдэмтдийн үзэж байгаагаар аливаа төрлийн цацрагийг бүх нийтийн тодорхой төрлийн фотоноор дамжуулдаг бөгөөд энэ нь гамма цацрагийн үйл явц, радио ялгаруулах үйл явц болон бусад төрлийн цацрагт адилхан амжилттай илэрдэг.

Би энэ байр суурьтай санал нийлэхгүй байна, учир нь байгалийн үзэгдлүүдмэдэгдэж байгаа бүх цахилгаан соронзон цацраг нь зөвхөн параметрүүд (долгионы урт, давтамж, эрчим хүчний чадвар) төдийгүй шинж чанараараа бие биенээсээ эрс ялгаатай болохыг харуулж байна. Жишээлбэл, гамма цацраг нь аливаа саад тотгорыг амархан нэвтэрч, мөн харагдахуйц цацраг туяаЭдгээр саад бэрхшээлийг зогсооход хялбар байдаг.

Иймээс нэг тохиолдолд фотонууд цацрагийг саад бэрхшээлээр дамжуулж чаддаг бол нөгөө тохиолдолд ижил фотонуудаль хэдийн юуг ч даван туулах чадваргүй болсон. Энэ баримт нь фотонууд үнэхээр бүх нийтийнх уу, эсвэл тэдгээр нь орчлон ертөнцийн янз бүрийн цахилгаан соронзон цацрагийн шинж чанаруудтай нийцдэг өөр өөрийн гэсэн сортуудтай юу гэдгийг гайхшруулж байна.

Би бодож байназөв, цацрагийн төрөл бүрийг тодорхойлох өөрийн төрөл зүйлфотонууд. Харамсалтай нь ийм зэрэглэл одоо ч хэвээр байна орчин үеийн шинжлэх ухаанболомжгүй. Гэхдээ энэ нь зөвхөн хялбар төдийгүй засахад маш чухал юм. Цацраг ба түүний параметрүүд өөрчлөгдөж, орчин үеийн тайлбарт фотонуудыг зөвхөн нэг ерөнхий ойлголт болох "фотон" гэж төлөөлдөг тул энэ нь ойлгомжтой юм. Гэсэн хэдий ч цацрагийн параметрийн өөрчлөлттэй холбоотойгоор үүнийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой лавлах номуудФотоны параметрүүд бас өөрчлөгддөг.

Нөхцөл байдал нь програмтай төстэй юм ерөнхий ойлголт"машин" -ыг бүх брэндүүддээ . Гэхдээ эдгээр брэндүүд өөр өөр байдаг. Бид Лада, Мерседес, Вольво эсвэл Тоёота худалдаж авах боломжтой. Тэд бүгдээрээ "машин" гэсэн ойлголттой нийцдэг, гэхдээ бүгд гадаад төрхөөрөө ялгаатай техникийн үзүүлэлт, мөн зардлаар.

Тиймээс, хэрэв бид гамма цацрагийн фотонуудыг гамма цацрагийн тээвэрлэгч болгон санал болговол логик байх болно. рентген туяа- рентген фотон, хэт ягаан туяа- хэт ягаан туяаны фотонууд гэх мэт. Эдгээр бүх төрлийн фотонууд нь эргэлтийн урт (долгионы урт), эргэлтийн хурд (чичиргээний давтамж) болон зөөвөрлөх эрчим хүчээрээ ялгаатай байдаг.

Гамма-туяа ба рентген фотонууд нь энэ жижиг эзэлхүүн дэх хамгийн бага хэмжээс, төвлөрсөн энерги бүхий шахсан пүрш юм. Тиймээс тэд бөөмсийн шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд молекулууд болон бодисын атомуудын хооронд хөдөлж, саад бэрхшээлийг амархан даван туулдаг.

Хэт ягаан туяаны фотон, үзэгдэх гэрэл, хэт улаан туяаны цацрагийн фотон нь ижил булаг, зөвхөн сунадаг. Эдгээр фотонуудын энерги ижил хэвээр байсан ч фотоны илүү урт биет дээр тархсан байв. Фотоны уртыг нэмэгдүүлэх нь долгионы шинж чанарыг харуулах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч фотоны диаметр ихсэх нь тухайн бодисын молекулуудын хооронд нэвтрэх боломжийг олгодоггүй.

Богино долгионы болон радио фотонууд нь бүр илүү сунгасан бүтэцтэй байдаг. Радио долгионы урт нь хэдэн мянган километрт хүрч болох ч хамгийн бага энергитэй байдаг. Тэд саад тотгорын бодис руу шургуулж, бодисын молекул, атомыг тойрч гарах мэт саад бэрхшээлийг амархан нэвтэрдэг.

Орчлон ертөнцөд бүх төрлийн фотонууд аажмаар гамма цацрагийн фотонуудаас хувирдаг. Гамма цацрагийн фотонууд нь анхдагч юм. Сансар огторгуйд хөдөлж байх үед тэдгээрийн эргэлтийн хурд буурч, тэдгээрийг дараалан рентген цацрагийн фотон болгон хувиргаж, тэдгээр нь эргээд харагдах гэрлийн фотон болгон хувиргадаг хэт ягаан туяаны фотонуудад хувирдаг.

Тиймээс гамма цацрагийн фотоныг рентген фотон болгон хувиргадаг. Эдгээр фотонуудын долгионы урт урт, эргэх хурд бага байх болно. Дараа нь рентген фотонууд нь хэт ягаан туяанд хувирч, харагдах гэрэлд хувирдаг гэх мэт.

Динамик дахь энэхүү өөрчлөлтийн хамгийн тод жишээг цөмийн дэлбэрэлтийн үеэр ажиглаж болно.

Цөмийн дэлбэрэлт ба түүний хор хөнөөлийн бүсүүд

Ажиллаж байна цөмийн дэлбэрэлтхэдхэн секундын дотор гамма цацрагийн фотонуудын урсгал нэвтэрнэ орчинойролцоогоор 3 км-ийн зайд. Дараа нь гамма цацраг зогсох боловч рентген туяа илрэх болно. Энэ тохиолдолд гамма цацрагийн фотоныг рентген цацрагийн фотон болгон хувиргаж, дараалан хэт ягаан туяаны, үзэгдэх ба хэт улаан туяаны фотон болж хувирдаг гэдэгт би итгэдэг. Үүний дагуу фотонуудын урсгал нь гадаад төрхийг үүсгэдэг хохирол учруулах хүчин зүйлүүдцөмийн дэлбэрэлт - нэвтрэн орох цацраг, гэрлийн цацраг, гал түймэр.

"Орчлон ертөнцийн гүн" номонд бид фотонуудын бүтэц, тэдгээрийн үүсэх, ажиллах үйл явцыг нарийвчлан судалсан. Фотонууд нь өөр хоорондоо холбогдсон янз бүрийн диаметртэй цагираг хэлбэртэй энергийн хэсгүүдээс бүрддэг нь бидэнд тодорхой болсон.

Фотоны бүтэц

Фракцууд нь үндсэн хэсгүүдээс үүсдэг - хамгийн жижиг эфирийн эргэлтийн бөөгнөрөл нь эфирийн нягт юмаван. Эфир болон бидний эргэн тойрон дахь бүх ертөнц материаллаг байдаг шиг эдгээр эфирийн нягтралууд нь бүрэн материаллаг юм. Эфирийн нягтрал нь эфирийн эргэлтийн бөөгнөрөлийн массын үзүүлэлтийг тодорхойлдог. Бөөгнөрсөн масс нь фракцуудын массыг бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээр нь фотоны массыг бүрдүүлдэг. БА тэр хөдөлгөөнтэй эсвэл амарч байгаа эсэх нь хамаагүй. Тиймээс фотон бүрэн байна материалмөн өөрийн гэсэн нарийн тодорхойлсон байдаг тайван байдал болон хөдөлгөөнд аль алинд нь масс.

Туршилтын явцад бид фотоны бүтэц, түүний найрлагын талаархи санаагаа шууд баталгаажуулсан. Ойрын хугацаанд бид олж авсан бүх үр дүнг нийтлэх болно гэж найдаж байна. Түүгээр ч барахгүй гадаадын лабораториудад ижил төстэй үр дүн гарсан. Тэгэхээр бид зөв замаар явж байна гэж үзэх үндэслэл бий.

Тиймээс бид фотоны талаар хэд хэдэн асуултад хариулсан.

Бидний ойлголтоор фотон бол бөөмс, долгион биш харин пүрш юм өөр өөр нөхцөл байдалбөөмсийн хэмжээгээр шахаж эсвэл долгионы шинж чанарыг харуулж сунгаж болно.

Фотонууд нь цацрагийн төрлөөс хамааран өөр өөр сортуудтай бөгөөд гамма цацрагийн фотон, рентген фотон, хэт ягаан, үзэгдэх, хэт улаан туяа, богино долгионы фотон, түүнчлэн радио фотон байж болно.

Фотон нь материаллаг бөгөөд масстай. Тэр биш байна хамгийн жижиг бөөмсОрчлон ертөнцөд боловч эфирийн эргүүлэг болон энергийн фракцуудаас бүрддэг.

Энэ бол фотоны зарим талаараа гэнэтийн, ер бусын тайлбар гэдгийг би ойлгож байна. Гэсэн хэдий ч би олон жилийн өмнө батлагдсан нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн дүрэм, үзэл баримтлалыг үйл явцтай холбоогүйгээр үргэлжлүүлдэггүй ерөнхий хөгжиламар амгалан. Мөн Үнэнд хүрэх хаалганы түлхүүр болох ертөнцийн бүтцийн хуулиас үүдэлтэй логикоос.

Үүний зэрэгцээ, 2013 онд физикийн салбарын Нобелийн шагналыг Питер Хиггс, Франсуа Энглерт нар хүртэж, 1964 онд байгальд өөр нэг бөөмс болох төвийг сахисан бозон байдаг гэж бие даан санал болгосон бөгөөд энэ нь хөнгөн гараар Нобелийн шагналтанЛ.Ледерманыг "Бурханы бөөмс" гэж нэрлэдэг байсан, өөрөөр хэлбэл бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийг бүхэлд нь босгосон анхны тоосго, үндсэн зарчим. 2012 онд протоны цацрагийг өндөр хурдтайгаар мөргөлдүүлэх туршилт хийж байхдаа дахин бие даасан хоёр шинжлэх ухааны нийгэмлэг параметрүүд нь хоорондоо давхцаж, П.Хиггс, Ф нарын таамагласан утгатай тохирч байсан бөөмсийг нээсэн тухай бараг нэгэн зэрэг зарлав. Энглер.

Ийм бөөмс нь туршилтын явцад бүртгэгдсэн саармаг бозон байсан бөгөөд түүний амьдрах хугацаа нь 1.56 х 10 -22 секундээс хэтрэхгүй, масс нь протоны массаас 100 дахин их байв. Энэ бөөмс нь атомаас эхлээд галактикийн бөөгнөрөл хүртэл энэ дэлхий дээр байгаа бүх материалд масс өгөх чадвартай гэж тооцогддог. Түүгээр ч барахгүй энэ бөөмс нь бүх бөөмс жингээ олж авдаг тодорхой таамаглалын талбар байгааг шууд нотолж байна гэж үзсэн. Энэ бол ийм ид шидийн нээлт юм.

Гэсэн хэдий ч энэхүү нээлтийн ерөнхий эйфори удаан үргэлжилсэнгүй. Учир нь асуултууд гарч ирэхээс өөр аргагүй болсон. Үнэхээр хэрвээ Хиггс бозон үнэхээр “Бурханы бөөм” юм бол түүний “амьдрал” яагаад түр зуурынх вэ? Бурханы тухай ойлголт нь үүрд мөнхтэй үргэлж холбоотой байдаг. Гэвч хэрэв Бурхан мөнх юм бол Түүний аливаа бөөм нь мөнх байх ёстой. Энэ нь логик бөгөөд ойлгомжтой байх болно. Гэвч аравтын бутархайн дараах хорин хоёр тэгтэй, хорин хоёр тэгтэй, хорин секунд үргэлжилдэг бозоны “амьдрал” нь мөнхөд огт тохирохгүй. Үүнийг хоромхон зуур гэж нэрлэхэд ч хэцүү.

Түүнээс гадна, хэрэв бид "Бурханы бөөмс" -ийн талаар ярих юм бол энэ нь биднийг хүрээлж буй бүх зүйлд байрлаж, бүх зүйлийг бүрдүүлдэг бие даасан, урт наслалт, хамгийн бага боломжтой эзэлхүүнийг төлөөлөх ёстой гэдгийг тодорхой ойлгох хэрэгтэй. мэдэгдэж байгаа хэсгүүдманай дэлхий.

Эдгээр бурханлаг тоосонцороос бидний ертөнц аажмаар, алхам алхмаар баригдах ёстой. Бөөмүүд нь тэдгээрээс бүрдэх ёстой, атомууд нь бөөмсөөс бүрдэх ёстой, мөн одод, галактикууд болон орчлон ертөнцөөс бүрдэх ёстой. Мэдэгдэж байгаа болон үл мэдэгдэх бүх талбарууд нь энэ ид шидийн бөөмстэй холбоотой байх ёстой бөгөөд зөвхөн масс төдийгүй бусад харилцан үйлчлэлийг дамжуулдаг. Энэ бол логик бөгөөд зөрчилдөхгүй гэж би бодож байна эрүүл ухаан. Учир нь бид энэ бөөмийг бурханлаг зарчимтай холбодог учраас бидний хүлээлтэд зохих хариу өгөх ёстой.

Гэсэн хэдий ч Хиггс бозоны масс нь протоны массаас ч хамаагүй их байгааг бид аль хэдийн харсан. Гэхдээ том зүйлээс жижиг зүйлийг яаж бүтээх вэ? Зааныг хулганы нүхэнд яаж оруулах вэ?! Арга ч үгүй.

Үнэнийг хэлэхэд энэ сэдэв бүхэлдээ ил тод, үндэслэлтэй биш юм. Хэдийгээр би чадваргүйн улмаас ямар нэг зүйлийг сайн ойлгохгүй байгаа ч гэсэн миний гүн гүнзгий итгэл үнэмшилд Хиггс бозон нь "Бурханы бөөмс"-тэй тохирохгүй байна.

Өөр нэг зүйл бол фотон юм. Энэхүү гайхамшигт бөөм нь дэлхий дээрх хүний ​​амьдралыг бүрэн өөрчилсөн.

Төрөл бүрийн цацрагийн фотонуудын ачаар бид эргэн тойрныхоо ертөнцийг харж, таашаал авдаг нарны гэрэлба дулаан, бид хөгжим сонсож, телевизийн мэдээ үзэх, оношлох, эмчлэх, металл шалгах, согог хийх, сансар огторгуйг харж материйн гүнд нэвтэрч, бие биетэйгээ утсаар хол зайд харьцах... Фотонгүйгээр амьдралыг төсөөлшгүй байх байсан. . Тэд зөвхөн бидний амьдралын нэг хэсэг биш юм. Тэд бол бидний амьдрал.

Фотонууд нь үндсэндээ байдаг үндсэн хэрэгсэлХүний эргэн тойрон дахь ертөнцтэй харилцах харилцаа.Зөвхөн тэд л биднийг хүрээлэн буй ертөнцөд нэвтрэн орох боломжийг олгодог бөгөөд хараа, үнэр, хүрэлцэх, амтлах замаар үүнийг ойлгож, түүний гоо үзэсгэлэн, олон янз байдлыг биширдэг. Энэ бүхэн тэдний ачаар - фотонуудын ачаар юм.

Тэгээд цааш нь. Энэ нь магадгүй гол зүйл юм. Зөвхөн фотонууд гэрэл зөөдөг! Бүх шашны хууль тогтоомжийн дагуу Бурхан энэ гэрлийг төрүүлсэн. Түүнээс гадна, Бурхан бол гэрэл юм!

Яаж хүн уруу таталтыг даван туулж, фотоныг нэрлэхгүй байх вэ? жинхэнэ "Бурханы нэг хэсэг"!Фотон ба зөвхөн фотон энэ дээд цолыг нэхэж чадна! Фотон бол хөнгөн! Фотон бол дулаан! Фотон бол дэлхийн өнгөт үймээн самуун юм! Фотон бол анхилуун үнэр, нарийн амт юм! Фотонгүйгээр амьдрал гэж үгүй! Хэрэв ийм зүйл тохиолдвол ийм амьдрал хэнд хэрэгтэй вэ? Гэрэл, дулаангүй, амт, үнэргүй. Хэн ч биш.

Тиймээс, хэрэв бид ярих юм бол Бурханы бөөм, тэгвэл бид зөвхөн ярих хэрэгтэй фотон- Бидэнд өгсөн энэ гайхалтай бэлгийн тухай Дээд эрх мэдлээр. Гэхдээ тэр үед ч гэсэн зөвхөн зүйрлэлээр. Учир нь Бурханд бөөмс байж болохгүй. Бурхан бол нэг бөгөөд бүхэл бүтэн бөгөөд ямар ч хэсгүүдэд хуваагдах боломжгүй.

Фотон бол энгийн бөөмс, цахилгаан соронзон цацрагийн квант юм.

Фотоны энерги: ε = hv, энд h = 6.626 · 10 -34 J s – Планкийн тогтмол.

Фотоны масс: m = h·v/c 2 . Энэ томъёог томъёоноос гаргаж авсан болно

ε = hv ба ε = m·c 2. m = h·v/c 2 томъёогоор тодорхойлогдсон масс нь хөдөлж буй фотоны масс юм. Фотон нь тайван байдалд байх боломжгүй тул тайван массгүй (m 0 = 0).

Фотоны импульс: Бүх фотонууд c = 3·10 8 м/с хурдтайгаар хөдөлдөг. Мэдээжийн хэрэг, фотоны импульс P = m c, энэ нь гэсэн үг юм

P = h·v/c = h/λ.

4. Гадны фотоэлектрик эффект. Фотоэлектрик эффектийн одоогийн хүчдэлийн шинж чанар. Столетовын хуулиуд. Эйнштейний тэгшитгэл

Гадны фотоэлектрик эффект гэдэг нь гэрлийн нөлөөн дор бодисоос электрон ялгаруулах үзэгдэл юм.

Хэлхээний хүчдэлээс гүйдлийн хамаарлыг фотоэлементийн одоогийн хүчдэлийн шинж чанар гэж нэрлэдэг.

1) Нэгж хугацаанд катодоос ялгарах N' e фотоэлектронуудын тоо нь катод дээр туссан гэрлийн эрчтэй пропорциональ байна (Столетовын хууль). Эсвэл өөрөөр хэлбэл: ханалтын гүйдэл нь катодын цацрагийн хүчин чадалтай пропорциональ байна: Ń f = P/ε f.

2) Катодоос гарах электроны V max хамгийн их хурд нь зөвхөн гэрлийн ν давтамжаас хамаарах ба түүний эрчмээс хамаарахгүй.

3) Бодис бүрийн хувьд гэрлийн таслах давтамж ν 0 байх ба түүнээс доош фотоэлектрик эффект ажиглагдахгүй: v 0 = A out /h. Эйнштейний тэгшитгэл: ε = Aout + mv 2 max /2, энд ε = hv нь шингээгдсэн фотоны энерги, Aout нь бодисоос гарч буй электроны ажлын функц, mv 2 max /2 нь ялгарах хамгийн их кинетик энерги юм. электрон.

Эйнштейний тэгшитгэл нь үнэндээ энерги хадгалагдах хуулийг бичих нэг хэлбэр юм. Хэрэв бүх ялгарсан фотоэлектронууд анод хүрэхээс өмнө удааширвал фотоэлемент дэх гүйдэл зогсох болно. Үүнийг хийхийн тулд урвуу (барьцах) хүчдэлийг u фотоэлелд хэрэглэх шаардлагатай бөгөөд түүний утгыг мөн энерги хадгалах хуулиас олж болно.

|e|u з = mv 2 max /2.

5. Хөнгөн даралт

Гэрлийн даралт гэдэг нь биеийн гадаргуу дээр гэрэл тусах үед үзүүлэх даралт юм.

Хэрэв бид гэрлийг фотоны урсгал гэж үзвэл сонгодог механикийн зарчмуудын дагуу бөөмс нь биед цохилт өгөх үед импульс дамжуулах, өөрөөр хэлбэл даралтыг үзүүлэх ёстой. Энэ даралтыг заримдаа цацрагийн даралт гэж нэрлэдэг. Гэрлийн даралтыг тооцоолохын тулд та дараах томъёог ашиглаж болно.

х = W/c (1+ х), энд W нь 1 секундын дотор 1 м2 гадаргуу дээр хэвийн туссан цацрагийн энергийн хэмжээ; c нь гэрлийн хурд, х- тусгалын коэффициент.

Хэрэв гэрэл хэвийн өнцгөөр унах юм бол даралтыг дараах томъёогоор илэрхийлж болно.

6. Комптон эффект ба түүний тайлбар

Комптон эффект (Комптон эффект) нь электронуудаар цацагдахаас болж цахилгаан соронзон цацрагийн долгионы уртыг өөрчлөх үзэгдэл юм.

Хөдөлгөөнгүй электроноор цацагдахын тулд тараагдсан фотоны давтамж нь:

тархалтын өнцөг хаана байна (тархалтын өмнөх ба дараах фотоны тархалтын чиглэлүүдийн хоорондох өнцөг).

Комптон долгионы урт нь харьцангуй квант процессын уртын хэмжээсийн параметр юм.

λ С = h/m 0 e c = 2.4∙10 -12 м – Электроны комптон долгионы урт.

Комптон эффектийг сонгодог электродинамикийн хүрээнд тайлбарлах боломжгүй. Үзэл бодлоор сонгодог физикЦахилгаан соронзон долгион нь тасралтгүй биет бөгөөд чөлөөт электронуудаар цацагдахын үр дүнд долгионы уртыг өөрчлөх ёсгүй. Комптон эффект нь цахилгаан соронзон долгионы квантчлалын шууд нотолгоо юм, өөрөөр хэлбэл энэ нь фотон байгааг баталж байна. Комптон эффект нь бичил хэсгүүдийн долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын хүчинтэй байдлын бас нэг нотолгоо юм.

8.1. Цахилгаан соронзон орны энерги

Резонатор дахь цахилгаан соронзон орны төлөвийг цацрагийн зөвшөөрөгдөх горимд харгалзах бүх талбайн осцилляторуудын төлөвийг жагсаах замаар тодорхойлж болно (8.1). Хээрийн осцилляторуудын бие биенээсээ хараат бус байдал нь бүхэл бүтэн цахилгаан соронзон орны төлөвийг түүний горим бүрийн төлөв байдлын бүтээгдэхүүн болгон дүрслэх боломжийг олгодог. Нийт эрчим хүчболж байна хэмжээтэй тэнцүү байнагорим тус бүрээс олдсон энерги (8.2). Горим бүрийн энергийг авч болно дискрет утгууд, хэмжээгээр бие биенээсээ тусгаарлагдсан энергитэй тэнцүүПланкийн квант (8.3). Энэ шинж чанар нь хээрийн осцилляторын төлөв бүрийг тоо нь энэ төлөвийн тоотой тэнцүү энергитэй (8.3) бөөмсийн багцтай албан ёсоор холбох боломжийг бидэнд олгодог. Ийм бөөмсийг ихэвчлэн нэрлэдэг фотонууд.

Талбайн осцилляторын доод төлөвийн энерги тэгээс ялгаатай байгаатай холбоотой онолын зарим хүндрэлүүд үүсдэг. Тэр. Хязгааргүй олонлогийн аль ч горим, тэр ч байтугай дотор нь бодитоор ажиглагдаж болох фотон байхгүй байсан ч эрчим хүч, хагастай тэнцүүПланк квантын энерги. Вакуум дахь нийт энерги нь цацраг туяа байхгүй байсан ч гэсэн хязгааргүй том болж хувирдаг. Харж байгаа тохиолдолд, физикт ихэвчлэн ашигладаг түүний лавлагааны анхны түвшинг шилжүүлэх замаар системийн энергийг дахин тодорхойлох арга нь тохиромжгүй мэт санагдаж байна. Доод төлөвийн энергийн тэг бус утгын гарал үүсэл нь гүнтэй байдаг физик утга, учир нь энэ нь ерөнхий координат ба импульсийн операторуудын шилжих дүрмээс үүдэлтэй. Энэ нь операторуудын энэхүү өмч нь эцэстээ аяндаа үүсэх цацрагийн үр нөлөөг зөв тайлбарлахад хүргэдэг бөгөөд үүнийг "сонгодог" байдлаар тайлбарлаагүй болно. квант механикболон бусад хэд хэдэн "нарийн" нөлөө нь туршилтаар ажиглагдсан. Оруулсан нэр томъёоны дагуу "фотоны хагас" -тай тохирох доод төлөвүүдийг нэрлэж болно харанхуй фотонуудэсвэл цахилгаан соронзон вакуумын тэг хэлбэлзэл. Үүний зэрэгцээ үр дүн нь төгсгөлгүй хэлбэрээр олж авсан гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй өндөр энергицахилгаан соронзон вакуум нь физикийн хувьд утгагүй бөгөөд үүнийг илтгэнэ дотоод зөрчилмөн одоо байгаа цацрагийн квант харьцангуйн онолын бүрэн бус байдал.

8.2. Цахилгаан соронзон орны импульс

Фотон нь хэт релятивист бөөмийн хувьд энергиээс гадна бас байх ёстой импульс, стандарт харьцангуй харьцаагаар энергитэй холбоотой (8.4). Фотоны импульсийн хүлээгдэж буй илэрхийлэлийг хүлээн зөвшөөрөгдсөн хүрээнд авч болно квант электродинамикталбайн осцилляторын формализм. Импульсийн операторын тодорхой хэлбэрийг (8.5) сонгодог илэрхийлэлтэй зүйрлэн бичсэн бөгөөд векторын потенциал ба талбайн операторуудын (7.29 - 7.30) өмнө олж авсан илэрхийлэлүүдийг харгалзан ерөнхий координат ба операторуудаар илэрхийлж болно. талбайн осцилляторын момент (8.6). Сүүлийн хамаарал нь квант бус харьцангуй онолоос (8.7) хүлээгдэж буй цахилгаан соронзон орны импульсийн "зөв" илэрхийлэлийг шууд илэрхийлдэг. Эрчим хүчний эсрэг гэж үзэж буй нөхцөл байдлаас ялгаатай нь цахилгаан соронзон орны импульсийн хувьд нийлбэрт багтсан нийлбэрүүдийн вектор шинж чанараас шалтгаалан тодорхой утгаараа цахилгаан соронзон цацраг агуулаагүй орон зайн нийт импульс гарч ирдэг. тэг байх.

8.3. Цацрагийн туйлшрал ба фотоны "эргэлт"

Хэрэв сонгодог физикийн хүрээнд цахилгаан соронзон долгионы туйлшралын тухай ойлголт нь тусгай тайлбар шаарддаггүй бол корпускуляр дүрслэлийн хувьд энэ шинж чанарын утгыг тодруулах нь маш их ач холбогдолтой юм шиг санагддаг.

Сонгодог физикийн хэлээр ч гэсэн хэд хэдэн санааг илэрхийлж болно ойр холболтбүхий цацрагийн туйлшрал эргүүлэхгэрлийн хурдаар хөдөлж буй бөөмсийг ихэвчлэн нэрлэдэг фотон эргэлзэл. Цацрагийн туйлшрал ба түүний дамжуулж буй өнцгийн импульсийн хоорондын хамаарлыг тодруулахын тулд Томсон атомын дугуй туйлширсан цацрагтай харилцан үйлчлэх үйл явцыг авч үзэх нь хангалттай юм. Тогтвортой төлөвт эргэлтийн давтамжтай хагас уян электроныг албадан эргүүлэх цахилгаан орондолгионы үед электрон хурд ба талбайн хүч чадлын векторуудын хоорондох өнцөг тогтмол хэвээр байна. Энэ тохиолдолд системд цацрагийн энерги дамжуулах хурд нь түүнд өнцгийн импульс шилжүүлэх хурдтай пропорциональ болж хувирдаг (8.8). Цацрагийн энергийн Планкийн томьёог үр дүнгийн илэрхийлэл болгон орлуулах нь дугуй туйлширсан фотоны өнцгийн импульсийн z проекц нь Планкийн тогтмолтой тэнцүү утгатай байж болно гэсэн таамаглалд хүргэдэг. Энэ тохиолдолд фотонд өөрийн өнцгийн импульс нь Планкийн нэг тогтмолтой тэнцүү байх нь логик юм.

Координатын системийг эргүүлэх үед системийн эргэлтийн утга ба цацрагийн туйлшралын төлөвийн хувирлын шинж чанаруудын хоорондын холбоонд үндэслэсэн бусад бодол нь ижил төстэй дүгнэлтэд хүргэдэг. Координатын системийг z тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлэхэд чиглэл нь хавтгай монохроматик долгионы тархалтын чиглэлтэй давхцах үед түүний шугаман туйлшралын хоёр боломжит төлөв бие биенээсээ дамждаг нь маш тодорхой юм (8.9). Тойрог туйлшралын төлөвүүдийн хувьд (8.10) координатын системийг эргүүлэх нь зөвхөн фазын коэффициентоор (8.11) үржихэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь нэгж спиралтай системийг z тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлэхэд үүсдэг ижил төстэй хүчин зүйлтэй яг таарч байна. . Чухамхүү туйлшралын төлөв байдлын энэ шинж чанар нь дугуй туйлшралын хавтгай монохромат долгионы фотонд өөрийн өнцгийн импульсийг нэгдмэл байдалтай тэнцүүлэх боломжийг олгодог.

Тухайн бөөм хөдөлгөөнгүй хэвээр байгаа жишиг системд спинийг ихэвчлэн бөөмийн дотоод өнцгийн импульс гэж нэрлэдэг тул фотонд нэгж эргэлтийг хамааруулах нь тодорхой нөхцөлтэй байдаг. Энэ нь бөөмс тайван байх боломжтой жишиг хүрээ байхгүй байгаа нь эцсийн эцэст бөмбөрцөг тэгш хэмтэй төлөвт фотон оршин тогтнохыг хориглоход хүргэдэг. Энэ шалтгааны улмаас фотонуудын хувьд |S=1, M S =0> төлөв байдал нь байгальд биелэх боломжгүй болж хувирдаг.

8.4. Нийт импульс ба фотоны паритет

Атомтой цацрагийн харилцан үйлчлэлийн асуудлыг шийдэхдээ цахилгаан соронзон орныг багц гэж үзэх нь илүү тохиромжтой. бөмбөрцөг долгион, эдгээр нь бөмбөрцөг координатаар бичигдсэн Д’Аламберт тэгшитгэлийн шийдэл юм (8.12). Нэг ёсондоо вектор потенциалын энэ тэгшитгэлийг Шредингерийн электрон тэгшитгэлийн аналог гэж үзэж болно (2.4 - 2.5). Хоёр тэгшитгэл нь ижил төстэй бүтэцтэй бөгөөд өнцгийн импульсийн операторын квадратыг агуулна. Цорын ганц ялгаа нь Кулоны потенциал (фотон нь цахилгаан саармаг бөөмс) болон хайж буй уусмалын вектор шинж чанарыг агуулсан нэр томъёо байхгүй байна. Сүүлийнх нь тодорхой тодруулга шаарддаг: хатуу хэлэхэд Шредингерийн сонгодог тэгшитгэл дэх электрон долгионы функц нь скаляр биш, учир нь энэ нь электроны өөрийн өнцгийн импульсийн хоёр боломжит төлөвт харгалзах эргэлтийн хэсгийг агуулдаг (спин 1/2). Энэ утгаараа фотоны вектор потенциал ("долгионы функц") ба электроны "скаляр" (болон үнэндээ хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг) долгионы функцийн хоорондох ялгаа нь зөвхөн харьцуулж буй энгийн бөөмсийн эргэлтийн хэмжээнээс л тогтдог. . Эргэлтийн утга нь координатыг эргүүлэх үед бие биенээ дамждаг хөдөлгөөнгүй объектын төлөв байдлын тоог тодорхойлдог гэдгийг дахин санах хэрэгтэй.

Кулоны талбар дахь электрон хөдөлгөөний асуудлыг шийдэхтэй адил цөм нь хөдөлгөөнгүй (өөрөөр хэлбэл, цаг хугацаанаас хамааралтай) байдаг. гармоник хууль) энэ тэгшитгэлийн шийдлийг радиаль ба өнцгийн (8.13) гэсэн хоёр функцийн үржвэрийн хэлбэрээр хайх нь үндэслэлтэй юм. Сүүлчийн хувьд өмнө нь танилцуулсан бөмбөрцөг функцүүдийн аль нэгийг (5.7) ашиглах ёстой бөгөөд энэ нь бүрэн багцыг бүрдүүлдэг. өөрийн функцөнцгийн импульсийн квадратын оператор. Бүтээсэн шийдэл (8.13) нь координатын системийг эргүүлэхэд хувирах хоёр хүчин зүйлийг агуулна: бөмбөрцөг функцууд ба туйлшралын вектор. Албан ёсоор устөрөгчийн атом дахь электроны асуудалтай зүйрлэвэл дараалал лбөмбөрцөг функц YlmБи фотоны өнцгийн импульс ба туйлшралын векторыг харьцуулахыг хүсч байна - фотоны эргэлт нь нэгтэй тэнцүү байна (нэгж ээрэх хэсгүүд нь эргэлтийн үед ажилладаг. сонгодог вектор). Фотоны нийт момент (электронтой адил) тойрог зам ба эргэлтийн нийлбэрийг илэрхийлэх ёстой.

Харамсалтай нь фотоны үлдсэн масс тэгтэй тэнцүү байгаа тул дээрх аналоги нь бүрэн хангалтгүй юм. Фотоны энэхүү илэрхий шинж чанар нь түүний тайван байх координатын систем оршин тогтнох боломжгүй болгодог. Үүний үр дүнд тайван байдалд байгаа бөөмийн дотоод өнцгийн импульс гэж уламжлалт байдлаар тодорхойлогддог спин гэсэн ойлголт фотоны хувьд утгаа алддаг. Эргэлтийн үед бие биенээ дамждаг төлөв байдлын тооны шинж чанар болох фотоны эргэлтийг зөв тодорхойлох боломжгүй юм: фотоны зайлшгүй төлөв байдал, гэрлийн хурдтай хөдөлгөөн, үргэлж нэгийг онцолж өгдөг. орон зай дахь чиглэл, эргэлтийн үед өөрчлөлт нь фотоны долгионы векторын өөрчлөлт, тиймээс харгалзах горимын тоо гэсэн үг юм. Фотоны тойрог ба эргэлтийн моментуудыг зөв салгах боломжгүй гэдгийг өөр хэлээр тайлбарлаж болно: цахилгаан соронзон долгионы хөндлөн нөхцөл нь долгионы вектор ба туйлшралын векторын харилцан чиг баримжаа дээр нэмэлт хязгаарлалт тавьдаг. Үүний үр дүнд фотоны "орбиталь" болон "эргэх" хөдөлгөөнийг бие даасан гэж үзэх боломжгүй юм. Тэр. фотоны хувьд зөвхөн бөөмийн нийт өнцгийн импульсийн тухай ярих боломжтой болж байна.

Эрчим хүч, импульс, нийт импульсээс гадна фотоныг оноож болно тодорхой паритет, энэ нь координатын урвуу байдлын үед долгионы функцийн зан төлөвийг тодорхойлдог. Энэ үйлдэл нь ердийн гурван хэмжээст орон зайн векторын тэмдгийг эсрэгээр нь өөрчилдөг. Индекс бүхий бөмбөг функц l, m=lурвуу байх үед энэ нь шиг ажилладаг 2л- хос тус бүр нь орон зайн вектор (8.14)-тэй төстэй эерэг чиглүүлсэн спинорууд. Тэр. ийм функцийн паритет нь тэнцүү болж хувирна (-1) л. Координатын системийг эргүүлэх үед заасан индексүүдтэй бөмбөрцөг функцийг дарааллын бүх боломжит бөмбөрцөг функцүүдийн багцаар өөрчилдөг. л. Учир нь байхгүй тохиолдолд сул харилцан үйлчлэлсистемийн Гамильтонтой урвуу оператор, энэ нь мөн Гамильтоны илэрхийлэлд багтсан квадрат өнцгийн импульсийн оператортой, улмаар түүнтэй холбоотой эргэлтийн оператортой хамт ажилладаг. Үүний үр дүнд бөмбөрцөг функцүүдийн бүхэл бүтэн багц эмх цэгцтэй болох нь харагдаж байна лижил тэнцүү байна.

Фотоны долгионы функц нь вектор шинж чанартай байдаг тул (жишээлбэл, энэ нь сөрөг туйлшралын векторыг агуулдаг) фотоны нийт паритет нь тэнцүү болж хувирдаг. (-1) l+1 .

8.5. Янз бүрийн бүхэл өнцөгт импульс бүхий төлөвт вектор бөөмс

Фотонуудын импульс ба паритетаар ангиллыг бий болгохын тулд өгөгдсөн тойрог замын импульс бүхий харьцангуй бус вектор бөөмийн нийт моментуудын зөвшөөрөгдөх утгыг олох туслах асуудлыг шийдэхийг зөвлөж байна. Хамгийн энгийн жишээ болгон бид p-төлөв дэх вектор бөөмийг авч үзэж болно (орбитын импульстэй l=1). Ийм системийн үндсэн төлөвийг тойрог замын болон эргэх моментуудын төлөвүүдийн бүтээгдэхүүн гэж тодорхойлж болно (8.15). Ийм суурийг тойрог замын болон эргэх моментуудын тодорхой проекц бүхий төлөв байдлын багц гэж нэрлэх нь үндэслэлтэй юм. Системийн нийт моментийн проекц босоо тэнхлэг z тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлэх операторын төлөвийн үйл ажиллагааны үр дүнд үндэслэн тодорхойлогддог хэвээр байна. Орбитын z тэнхлэг дээрх проекцууд ба ээрэх моментуудын нэгдэлтэй тэнцүү төлөвийг нийт импульс бүхий шинэ суурийн төлөвт мөн хамааруулж болно. j=2ба түүний хамгийн их боломжит төсөөлөл M j =+2(8.16). -тэй бүлгээс үлдсэн 4 муж j=2Орбитал ба эргэлтийн моментуудын проекцын ижил нийлбэртэй (8.15) анхны суурь төлөвүүдийн тэгш хэмт шугаман хослолыг төлөөлнө (8.17). Сүүлийн мэдэгдлийг оператор ашиглан хялбархан шалгаж болно дурын эргэлтнөхцөлөөр |j=2, m=2>, үүний үр дүнд заасан төлөв нь хэлбэрийн шинэ үндсэн төлөвүүдийн шугаман хослол болж хувирах ёстой. |j=2,M j >(8.18). Энэ бүхэл бүтэн бүлэг нь ижил жингийн хүчин зүйлээр авсан дөрвөн эргүүлгийн бүх төсөөлж болох хослолуудын бүрэн тэгш хэмтэй шугаман хослолууд юм. Хариуд нь эдгээр шугаман хослолуудаас хоёр моментийн тодорхой төсөөлөл бүхий анхны суурийн төлөвийг бүрдүүлэхэд хялбар байдаг.

|M|-тэй хуучин суурийн төлөвүүдийн үлдсэн тэгш хэмт бус шугаман хослолууд

Тэр. моментуудын тодорхой проекц бүхий төлөв байдлын 9 үржвэрийн өгөгдсөн багцаас нийт момент ба түүний проекцын тодорхой утга бүхий ижил тооны шинэ үндсэн төлөвийг байгуулах боломжтой байв. Момент нэмэх квант механик дүрмийн дагуу шинээр бий болсон төлөв байдлын багц нь дараах мужид байрлах нийт моментуудыг агуулна. |l-s| l+s хүртэл.

8.6. Фотоны ангилал

Вектор бөөмийн (8.15) алгоритмын дагуу жагсаасан нийт импульс бүхий төлөв байдлын багц нь долгионы векторын дагуу чиглэсэн туйлшралын вектортой "уртааш" төлөвгүй фотоны хувьд илүүдэл болж хувирдаг. Уртааш туйлшралын "нэмэлт" төлөвийг тодорхойлохын тулд тэдгээрийн паритетийг тогтоох нь зүйтэй. Төлөө физик шинж чанартаамаглалын "уртааш" фотон өөрчлөгдөөгүй хэвээр үлдсэн бөгөөд үүн дээр хийгдсэн тэгш хэмийн хувиргалт нь долгионы векторт (мөн үүнтэй параллель туйлшралын вектор) нөлөөлөх ёсгүй. Тэр. Зөвхөн долгионы векторын эргэн тойронд эргэлт хийх боломжтой бөгөөд үүний үр дүнд объект нь түүний нийт моменттэй тохирох тэгш хэмийн шинж чанарыг харуулах ёстой. j. Тэр. фотоны долгионы функцийн координатын хэсэг нь j дарааллын бөмбөрцөг функцийг агуулсан байх ёстой. Векторын чиглэлд нөлөөлөхгүй координатын урвуу к, бөмбөрцөг функц нь бүх фотоны долгионы функцийн паритетийг бүрэн тодорхойлдог - (-1) j. Ийм паритеттай төр нь "илүүдэл" болж хувирч, зурааснаас гарах ёстой бүрэн жагсаалт боломжит мужуудфотонууд: