Шрифт
Source Sans Pro
Размер шрифта
18
Цвет фона
2.12. Дуализм, триализм фотона
Рис. 2.16. Триализм фотона.
Немного лирики. У меня фотон ассоциируется с детской сказкой «Колобок».
В этой незамысловатой песенке колобка пропущена одна строчка: «В печке печен», а уж потом «на окошке стужен». Почему так интересен колобок для зверей, встречающихся в данной сказке? Потому, что, переводя на язык физики, он обладает притяжением. Каким притяжением обладает колобок – это знают дети. Возвращаясь к фотону, он испечен Солнцем, а потому так же, как колобок, обладает притяжением. Всякое небесное тело (волк, лиса) готово его поглотить и получить все три наслаждения сразу: в виде света, тепла и гравитационного притяжения.
Дуализм (термин) как понятие был введен философами, которым нужно было как-то соединить материю и дух. Впервые этим термином воспользовался немецкий философ X. Вольф для обозначения двух субстанций: материальной и духовной. Впоследствии термин «дуализм» был подхвачен и другими философами. Одним из наиболее ярких выразителей дуалистической позиции был Р. Декарт, разделивший бытие на мыслящую субстанцию (дух) и протяженную (материю).
У физиков «дуализм» тоже прижился, но позднее, когда непримиримые споры о фотоне как о корпускуле или волне ни к чему не привели. Вот тогда-то они позаимствовали данный термин у философов и довольно удачно. Все стороны остались довольны.
Корпускулярно-волновой дуализм был введен при разработке квантовой механики. Корпускула и волна в фотоне присутствуют всегда. По поводу корпускулы и волны фотона среди физиков разгорались нешуточные научные споры. Пьер Гассенди сформулировал корпускулярную теорию, которую поддержал Исаак Ньютон. Волновую теорию света предложили Роберт Гук и Христиан Гюйгенс.
В начале XIX в. Томас Юнг своими опытами с дифракцией, казалось бы, убедительно доказал, что свет распространяется как волна. Было открыто, что свет представляет собой поперечные волны и характеризуется поляризацией. Юнгу принадлежит предположение, что различным цветам соответствуют различные длины волн. В 1817 г. волновую теорию света изложил Огюстен Френель. В 1880-х гг. Максвелл разработал теорию электромагнетизма, после чего свет был идентифицирован как электромагнитные волны. Но в конце XIX в. волновая теория пошатнулась благодаря опытам Майкельсона—Морли, в экспериментах не было обнаружено эфира. Волна, как предполагалось, нуждается в существовании среды, в которой она могла бы распространяться, однако тщательно спланированные эксперименты не подтвердили присутствие этой среды (эфира). Это натолкнуло А. Эйнштейна к созданию специальной теории относительности.
Природа электромагнитных волн оказалась сложнее, чем просто распространение возмущений в веществе. Но еще почти на полвека раньше, в 1859 г. на заседании Прусской академии наук Густав Кирхгоф сделал сообщение об открытии закона теплового излучения. Тепловое излучение абсолютно черного тела привело науку к «ультрафиолетовой катастрофе». На рубеже XIX—XX столетий немецкий физик Макс Планк для объяснения теплового излучения выдвинул идею излучения света квантами (порциями), впоследствии они получили название «фотоны». Как выяснилось в дальнейшем, поглощение энергии света также происходит квантами.
Как видите, фотонная чаша весов склонялась то к корпускуле, то к волне.
В конце концов физиков примирил Луи де Бройль, который позаимствовал у философов хитрый прием: ни вашим – ни нашим, одним словом – дуализм. После чего в физике появился термин – «корпускулярно-волновой дуализм». Может ли фотон быть одновременно и частицей, и волной или он все-таки проявляет себя в разных обстоятельствах либо как волна, либо как частица? Последние исследования в экспериментах со светом физикам удалось обнаружить фотон в двух одновременных состояниях как волны и как частицы. «Мы наблюдали сильные нелокальные корреляции, которые показывают, что фотон должен одновременно вести себя как частица и как волна» [14].
Я затеял этот разговор не для того чтобы изобличить двуликость фотона, а чтобы показать его работоспособность, его новое физическое качество. Фотон, как известно, квант света и переносчик электромагнитной энергии. Говоря бытовым языком, он и светит, он и греет.
Я усмотрел в фотоне еще одно замечательное свойство – эта частица является еще и транспортом гравитации. Фотон попутно, а может, это его основная деятельность, перетаскивает энергию и импульс от одного тела к другому. Притом он не кичится и не ударяет своей массой и импульсом как дятел клювом по дереву, а наоборот, своим импульсом притягивает это дерево, которое его и поглощает. То есть после поглощения дерево («лиса») приобретает единичный импульс движения навстречу фотону. (см. раздел «Гравитация приемника»).
Поскольку моя теория гравитации строится на базе электромагнитного излучения, а фотон – квант этого излучения, то он и является переносчиком квантов гравитации.
Вот здесь, да простят меня физики за введение нового термина, – триализм.
Триализм (триада) фотона: свет, теплота и гравитация!
Слово «триализм» мой редактор подчеркивает красным, он не знает такого слова. Слово триализм можно трактовать как по-русски, так и по латыни (3 – tres, tria, tertius). Я не добавляю ничего к известному термину «дуализм», а организую свою триаду по работоспособности фотона: фотон одновременно несет свет, теплоту и импульс гравитации.
С другой стороны, теплота – это те же электромагнитные волны, поэтому снова возвратим фотон к дуализму: свет и гравитация, волна и импульс.
Энергия не терпит перепадов, обвалов и скачков. Энергия всегда стремится к выравниванию, нивелированию, усреднению, сглаживанию и рассеиванию (исчезновению). Всякая физическая система стремится к состоянию с более равномерным распределением энергии. Все это делает гравитация и энтропия. Здесь я намеренно смешал несмешиваемое. Гравитация – это физическое действие макросистемы, связанное с переносом энергии, выравниванием температуры и охлаждением, а энтропия – это состояние термодинамической системы, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов, является мерой их необратимости.
Фотон во всех этих процессах главное действующее лицо.
Вот здесь можно сказать, не покривив душой, что фотон – неутомимый труженик во всех смыслах этого слова! [15]
