Баллистическая


Природа света, баллистический принцип и опыт Майкельсона



жүктеу 8.2 Mb.
бет10/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   99

Природа света, баллистический принцип и опыт Майкельсона

Единственный вывод, который, как мне кажется, можно отсюда сделать, - это то, что этот самый эфир не существует, или более точно, что мы должны отказаться от использования подобного представления, и что движение света - это относительное движение, подобно всем прочим, что только относительные скорости играют роль в законах природы. И наконец, что мы должны отказаться от использования уравнений в частных производных и применения понятия поля в той мере, в какой это понятие вводит абсолютное движение.



Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]
Вопрос о природе света остаётся одним из самых тёмных мест физики вот уже много веков. Некий просвет в этот мрак внёс Ньютон, следуя которому свет стали считать потоком мельчайших частиц света, корпускул, по-нынешнему - фотонов. Позднее получила признание противоположная точка зрения, по которой свет – это волна в некой неподвижной среде (эфире). Потом и вовсе оказалось, что не верно ни то ни другое: свет нельзя считать ни частицей, ни волной. После этого едва забрезживший свет в вопросе о свете совсем померк, и с позиций нынешней физики уже нельзя внятно и доходчиво объяснить, что такое свет и как, не будучи ни волной, ни частицей, он может быть сразу и тем и другим.

Так что же такое свет? Пожалуй, лишь один человек во всём мире смог дать ясный, вразумительный ответ на этот вопрос, наглядно, точно и непротиворечиво объяснив процесс испускания и распространения света, явления интерференции, дифракции и спектры излучения тел. Случилось это ровно век назад в переломный для науки 1908-ой год, когда швейцарский физик Вальтер Ритц выступил в ряде немецких и французских научных журналов с серией статей, где на базе классической механики строил новую электродинамику и модель атома, объяснявшие все свойства света. Но этот проблеск надежды скоро померк, так как Ритц - этот светоч знаний - угас, прожив лишь 31 год, и был предан забвенью.

Подобно Шерлоку Холмсу, Ритц руководствовался тем принципом, что на базе твёрдо установленных фактов надо отбросить всё невозможное, а то, что останется, и будет решением проблемы. В отношении света таким несомненным фактом было то, что свет представляет собой периодично меняющееся (колебательное) электромагнитное воздействие со стороны отдалённого источника. Это сразу исключало гипотезу фотонов – частиц света, ибо одна частица не способна нести свет, раз свет это протяжённый во времени процесс, тогда как воздействие частицы ограничено кратким временем удара. Представлять свет (процесс колебаний поля) в виде потока фотонов так же нелепо, как изображать звук (процесс колебаний давления) в виде потока частиц звука; распространение тепла (процесс хаотичных колебаний атомов) – в виде потока частиц тепла. Все такие частицы будут из категории флюидов (тип флогистона, теплорода), в своё время весьма распространённых в науке и применяемых каждый раз за неимением толкового объяснения.

Помимо того, что у фотонной гипотезы есть проблемы с объяснением интерференции и дифракции света, фотоны не позволяют понять куда более простое – не колебательное (свет), а постоянное электрическое и магнитное воздействие. Так и посредством частиц звука нельзя было бы представить постоянное давление, которое есть даже в отсутствие источников, а значит и частиц звука, равно как электрическое воздействие возможно и без источников света. Поэтому Ритц отверг корпускулы света в том виде, как их вводили Ньютон и Эйнштейн.

Но если не фотоны, то что же переносит свет и электрическое воздействие от источника к приёмнику? Аналогия с распространением звука и тепла, а также колебательный (волновой) характер оптических явлений привели учёных к мысли, что свет – это волны в эфире, который и несёт воздействие от точки к точке. Однако скоро выяснилось, что эфир – такая же фикция, как фотоны. Прежде всего, не удалось построить непротиворечивую механическую модель эфира и объяснить, как в нём движется свет, электрические и магнитные воздействия. Эфир должен быть сразу и сверхплотным, и разреженным, и жёстким, и текучим. Наконец, эфир исключали многие опыты – Майкельсона, Троутона-Нобля, эффект звёздной аберрации.

В опыте Майкельсона делалась попытка установить скорость движения Земли в эфире. Для этого сравнивали времена движения луча света в интерферометре вдоль и поперёк скорости движения Земли. Понятно, что скорость света в эфире вдоль и поперёк получилась бы разная [74, 152]. Ведь скорость движения волнового возмущения в эфире - скорость света по концепции Максвелла получалась бы постоянной лишь относительно эфира. Поэтому скорость распространения света относительно подвижного наблюдателя получалась бы различной в разных направлениях и разными бы вышли времена движения света. Но опыт обнаружил равенство времён, что говорило о ложности теории эфира и основанной на нём электродинамики Максвелла. Опыт же Майкельсона, по сути, доказал, что такого различия нет и скорость света постоянна относительно источника. Именно такой результат предсказывала ритцева корпускулярная теория света, где свет переносили выбрасываемые источником частицы, заимствующие скорость источника.

Эти и многие другие опыты и соображения побудили Ритца ещё в начале прошлого века – задолго до Эйнштейна и других учёных – отвергнуть эфир и максвеллову электродинамику. Именно Ритц (не Эйнштейн!) первым отказался от эфира, доказав его бесполезность. За эти революционные взгляды Ритц и пострадал, его баллистическую теорию забыли, настолько все были помешаны на эфире и теории Максвелла. Когда же эфир отвергли, все обратились к теории относительности, хотя Эйнштейн не отвергал эфир открыто и сохранял его по сути в формулах, указав лишь на принципиальную необнаружимость эфира [81]. О различии между тремя теориями - теории эфира, теории относительности Эйнштейна и баллистической теории Ритца, популярно рассказано в книге П. Эренфеста, много общавшегося с Лоренцем, Эйнштейном и Ритцем [171]. Именно Ритц нашёл третью возможность - золотую середину между теорией эфира и теорией относительности (если теория эфира отвергает оба постулата СТО, то БТР - только второй, противоречащий механике постулат о независимости скорости света от движения).

Итак, невозможное – фотоны и эфир – отброшено Ритцем. Что же осталось? Ритц понимал, что раз ошибочна теория эфира, то свет должен представлять собой всё же поток частиц, испускаемых источником и разлетающихся от него со скоростью света с. Но он также понимал, что частицы эти не могут быть, как у Ньютона и Эйнштейна, квантами света. Значит, сделал вывод Ритц, эти частицы должны быть квантами, атомами электрического поля, воздействия! Раз свет – это электромагнитная волна, рассуждал он, то скорость света – это скорость распространения электрического поля. Значит, частицы, испускаемые атомами со скоростью c, переносят не сам свет, как ньютоновы корпускулы-фотоны, а лишь электрическое воздействие. Тем самым Ритц сразу решил все вопросы. Выражаясь, словами Шерлока Холмса, Ритц дал не просто предположение, а гипотезу, которая объясняла все без исключения факты.

Напомним, Ритц допустил, что любой элементарный заряд (электрон) постоянно испускает во всех направлениях микрочастицы – реоны R, имеющие стандартную массу m и разлетающиеся от заряда со стандартной скоростью с, словно рой идентичных дробинок, выстрелянных ружьём. Эти частицы при ударе о другие заряды передают им свой импульс mc, играя роль элементарных квантов (атомов) электрического действия. И кулонова сила отталкивания зарядов складывается из ударов многих реонов так же, как сила давления газа складывается из ударов многих атомов (Рис. 6). Эта простая гипотеза позволяла сохранить достоинства корпускулярной и эфирной теорий, избежав их пороков. В самом деле, раз свет – это всего лишь переменное электромагнитное воздействие, переносимое потоком частиц, испущенных источником, то отпадает надобность в промежуточной среде-эфире. Так, колебания электрона, разбрасывающего потоки искр-реонов (Рис. 7), создают переменное электрическое воздействие (свет), подобно тому как взмахи бенгальским огнём периодически меняют силу и направление потока искр. По законам механики световая скорость излучаемых электроном частиц должна складываться с его скоростью. А раз свет – это колебания электрического поля, переносимого реонами, то его скорость тоже сложится по искромётной аналогии со скоростью электронов и источника света. Как и в механике, нет избранной системы отсчёта: все системы равноправны. Механическое сложение скорости с реонов, несущих свет, со скоростью V источника объясняет и опыт Майкельсона и звёздную аберрацию, доказавшие зависимость скорости света от скорости источника. Это сложение скорости света со скоростью источника совершенно аналогично сложению скорости испускания частиц (скажем, электронов - бета-лучей) со скоростью их источника (крупицей радия). Именно это классическое сложение скоростей и составляет суть баллистического принципа и БТР (Рис. 20).

Рис. 20. Баллистический принцип: прирост скорости c луча света на величину скорости v источника. Аналогия стрельбы пулемёта и лучемёта с броневика на ходу.

Вообще говоря о таком чисто механическом сложении уже давно говорил эффект звёздной аберрации, открытый Брадлеем ещё в 1727 г. [152]. Суть эффекта состоит в том, что каждая звезда видится не в реальном своём положении S, а в иной точке S'. Из-за орбитального движения Земли её скорость v векторно вычитается из скорости света c, идущего от звезды (или, что то же самое, c складывается со скоростью v'=-v звезды относительно Земли). Результирующая скорость света, равная c', отклоняется от исходного направления SO, и световой луч приходит вдоль направления S'O, в котором и наблюдается звезда. Итак, смещение видимого положения звёзд на небе за счёт движения Земли (Рис. 21) и результат опыта Майкельсона (постоянство скорости света относительно источника при его движении) свидетельствуют в пользу выполнения для света законов механики и галилеева принципа относительности – скорость света складывается со скоростью источника.

Рис. 21. Явление звёздной аберрации - за счёт движения Земли звезда видится не в реальном своём положении S, а в точке S' от механического баллистического сложения скорости света с и звезды.

Из этой зависимости скорости реонов от скорости испустивших их зарядов, как показано выше, естественным образом вытекает также существование магнитных и индукционных сил соответствующей величины. В то же время реоны легко объясняют волновые свойства света. Ведь при рождающих свет колебаниях заряда периодично меняется его воздействие на другие заряды: в пространстве возникает периодичное распределение реонов, оказывающее периодичное колебательное воздействие и во многом подобное волне. Но если обычные волны – это перенос колебаний от точки к точке в стоячей среде, то в потоке реонов "волна" движется вместе с потоком, обладая его скоростью с. Периодичные воздействия этих потоков складываются (интерферируют) словно волны. Так Ритц доказал соответствие выводов своей эмиссионной электродинамики (баллистической теории) и теории Максвелла, попутно избавив физику от тумана эфира – такой же фикции, как и все прочие призрачные среды от флогистона до теплорода.

Введя представление о реонах, Ритц смог трактовать свет как волновой электромагнитный процесс, но уже без среды-носителя (эфира), в которой бы эти волны распространялись. Если покоящийся заряд, испуская реоны, создаёт постоянное электрическое поле, то колеблющийся порождает уже электромагнитную волну (свет), которая движется подобно цепочке пуль, пущенных пулемётом со снующего меж двух пунктов броневика (Рис. 22). Реоны, выброшенные зарядом в сторону точки О, образуют в пространстве бегущую волну, как пули, выстрелянные пулемётом в сторону цели О и подлетающие к ней то с одной то с другой стороны и соответственно толкающие её туда-обратно (так же и поле в т. О колеблется из стороны в сторону). Несколько таких волн, складываясь, могут интерферировать. Вот и выходит, что свет представляет собой электромагнитную волну, приносимую к приёмнику уже не средой, не полем, а частицами.



Рис. 22. Броневик, маневрирующий между пунктами A и B, изображает колеблющийся электрон e, стреляющий реонами R по мишени O. Очередь, данная "электронным пулемётом", образует волнообразную цепь реонов, дающих поперечные колебания.

Итак, свет по Ритцу имеет вполне чёткую структуру – это поток однородных частиц с периодичным (по плотности) пространственным распределением, которое смещается вместе с потоком со скоростью c. Физикам давно известны подобные пучки частиц с периодичным распределением: они широко применяются в ускорителях, в СВЧ-технике. Так, СВЧ-прибор клистрон работает на сформированном им пучке периодично распределённых электронов, образующих регулярные сгустки и разрежения потока [103]. Так же и колеблющиеся заряды в антеннах формируют периодичные пучки реонов, несущих свет. Эти подвижные волновые распределения не есть волны в строгом смысле слова. Ведь волна – это возбуждение, распространяющееся в неподвижной среде, а здесь мы имеем "волну", движущуюся вместе со средой, с потоком частиц, – конвективную (сносовую) волну. Так и перенос тепла есть в виде теплопроводности (без переноса среды) и конвекции (с быстрым её переносом). Это переносимое средой периодичное распределение для отличия назвали "кинематической волной" [103]. Так же и электродинамику Ритца часто называют кинетической, баллистической, эмиссионной.

Многие авторы недоумевают, почему на смену эфиру пришла СТО, если БТР не хуже объясняла как явление аберрации звёздного света и отрицательный результат опыта Майкельсона, так и другие не согласующиеся с теорией эфира результаты. Возможно, учёные побоялись принять БТР, полагая, будто это возврат к корпускулярной теории истечения Ньютона, по которой все светящиеся тела источают частицы света – корпускулы, которые, попадав в глаз, и рождают ощущение света (ныне корпускулы называют фотонами). Но корпускулярная теория не объясняла явлений интерференции и дифракции, свидетельствующих о волновой природе света. Потому учёные и отказались однажды от корпускул, приняв теорию эфира, проводящего световые колебания и волны.

Однако БТР не была простым повторением теории истечения. Спираль познания сделала полный оборот, но новый её виток не совпал со старым. Напротив, Ритц хорошо сознавал, что свет – это электромагнитная волна, и теорию свою строил на базе электродинамики, где нет места фотонам. Ритцу они, впрочем, и не понадобились.

Мысль о том, что свет представляет собой поток летящих частиц, а не колебания стоячей среды, близка каждому, словно мы интуитивно чувствуем истинную структуру света. Даже в языке сложилось так, что свет описывают как нечто, разлетающееся наподобие снарядов и пуль, как материю, растекающуюся от источников света. Мы говорим: "луч света был испущен, полетел, упал, отскочил, отразился, попал, пронзил". Сами термины "луч", "излучение" родственны словам "лук", "лучина", "лучник", поскольку лучи света издавна уподобляли стрелам, пускаемым из лука, не зря и рисуют их в виде стрелок. Латинское слово "lux" (свет), и английское "look" (смотреть), имеют то же происхождение. Вот и лучевое лазерное оружие в научной фантастике окрестили лучемётом, по аналогии с пулемётом и миномётом. Кстати, и слово прожектор – прибор, пускающий мощный луч света, – в английском языке означает также гранатомёт, огнемёт: слово "project" означает выстреливать, метать (не зря пуля, снаряд по-английски – projectile). Поэтому весьма метко получила своё название ритцева баллистическая теория света (БТР).

Сочетания слов поток, источник света, выражения "свет растекается", "пролить свет" тоже подразумевают выбрасывание источником света некой материи, истекающей из него в виде быстро разлетающихся частиц. Не зря БТР называют также эмиссионной теорией и теорией истечения. Да и заряды с токами называют источниками поля, что естественно, раз они источают реоны. Выходит, интуитивно мы знаем о структуре света, заряда много больше, чем любой учёный, считающий свет волной, прокатывающейся в электромагнитном поле. И интуиция нас не подводит. Так, космические, каналовые, катодные лучи, α-, β-лучи оказались на поверку потоками однородных частиц. А потому и γ-, X-лучи, лучи видимого света и радиолучи должны тоже оказаться в итоге потоками частиц, и не каких-то абстрактных, безмассовых, нематериальных фотонов, а настоящих частиц, имеющих стандартную массу. Лишь частицы (не волны!) могут объяснить гигантскую скорость света (в мире микрочастиц она обычна), прямолинейность его лучей, способность света переносить импульс (световое давление) и не затухать в вакууме (§ 3.21.). Не зря так много общего у простой оптики с оптикой электронной, применяемой в кинескопах, электронных микроскопах, где функции световых лучей выполняют лучи электронные. То же верно и в отношении нейтронной оптики, в которой движущиеся частицы так же образуют лучи, аналогичные по свойствам оптическому излучению, подчиняясь тем же законам.

Как видим, представив свет потоком частиц, Ритц легко и наглядно объяснил его волновые свойства, процессы излучения и распространения света в вакууме и средах. Но может ли теория Ритца объяснить квантовые эффекты, выявляющие якобы отдельные зёрна, кванты света? При внимательном рассмотрении всех этих эффектов оказывается, что они не имеют отношения к структуре света, энергии, но целиком обязаны структуре вещества, атомов (Часть 4.). Отметим, что и прежде и теперь находится много сторонников баллистического принципа и баллистической теории, как наиболее естественного следствия опыта Майкельсона и аберрации звёздного света. Так, вскоре после того как Ритц выдвинул в 1908 г. свою теорию, с аналогичными идеями независимо выступили в 1910 г. Я. Кунц, Р. Толмен, Д. Комсток, О. Стюарт, Дж. Томсон [6, 93].

Итак, Баллистическая Теория Ритца проливает свет на величайший и самый запутанный в истории физики вопрос о структуре света, ибо свет в БТР представлен не колебаниями абстрактной непознаваемой электромагнитной среды-поля, но движением элементарных частиц. Фотоны, эфир, электромагнитный вакуум оказались излишними. Отпала надобность и в корпускулярно-волновом дуализме. Всё, что объясняли с помощью фотонов, удалось объяснить волнами, а всё истолкованное на языке эфира, поля, волн, удалось объяснить посредством частиц (реонов). Свет, оптика, электродинамика свелись к наглядным механическим моделям. В этом Ритц и видел основное достоинство своей теории. Лишь теорию, дающую простое наглядное представление в виде механики частиц, можно считать истинно материалистической. Так, и в термодинамике, химии, теории электричества и магнетизма тоже долгое время царил мистический, абстрактный дух, пока их не свели к механике – к движению, столкновению и взаимодействию частиц. Истинная теория света должна быть атомистической, кинетической, как и теория вещества. Это хорошо понимали все великие атомисты: Демокрит, Ньютон, Ломоносов и Циолковский. Неудивительно поэтому, что ещё 2500 лет назад Демокрит пришёл к идеям Ритца о том, что свет переносят истекающие из всех тел частицы, образующие периодично следующие плёнки (волновые фронты по С.И. Вавилову [31]).

Рис. 23. Великие мыслители.

Удивляет как Максвелл, автор молекулярно-кинетической теории газов и теплоты, - создал вместо кинетической электродинамики эфирную. И только Ритц, подобно Шерлоку Холмсу, снял оковы мистики с оптики, электродинамики, физики атома, где царили тёмные мистические понятия – все эти поля, фотоны, кванты, квазичастицы, волны вероятности. Пока учёные верят в мистику, не стоят твёрдо на механической, материалистической почве, наука не может считаться зрелой. Вот почему представители официальной науки, критикующие подход Ритца, в своей беспомощности подобны представителям официальной полиции, принижавшим методы Шерлока Холмса. Ритц был первым, но быстро погашенным лучом света, который на миг прорезал тьму и осветил мрак, веками царивший в учении о свете (Рис. 23). К сожалению, и в науке есть своеобразная мафия – правящая верхушка, преследующая особые цели, идущая против законов природы и расправляющаяся с неудобными людьми. Есть и свой профессор Мориарти, в схватке с которым гибнет Шерлок Холмс. Эта "научная" надстройка, вероятно, и отправила в своё время Ритца с его теорией в небытиё, и тьма надолго воцарилась в науке. Лишь сейчас во всём мире исследователи стали осознавать, что мир устроен много проще, чем считалось, что законы природы не только легко постижимы, но и красивы, естественны и логичны. Именно БТР несёт свет в науку, в фундаментальную физику, оказываясь такой же светоносной и лучезарной, как вводимые ею реоны и ареоны.



    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет