Фотон – масса и гравитационное смещение его частоты

Всё, что обладает энергией, обладает и массой, ибо масса является всего лишь количественной мерой инертности соответствующего сгустка энергии.

Первым на эквивалентность массы (m) и энергии (W) указал Николай Умов в работе «Теории простых сред» (1873), затем Джозеф Томсон (1881), Иван Ярковский (1887) и Оливер Хевисайд (1890) придали этому определению современный смысл:
W = mc².

Талант Николая Алексеевича Умова (1846-1915) проявился уже при защите его докторской диссертации (1874) «Уравнения движения энергии в телах», в которой он писал:
«Эта энергия является эквивалентной массе, как теплота и механическая энергия, и коэффициент эквивалентности представляется квадратом скорости света».

Николай Алексеевич, пожалуй, был единственным правильным доктором физики, а не «физико-математики», хотя высшую математику, как и положено каждому физику, он знал в совершенстве. Именно поэтому в квадрате значения скорости света он видел не саму скорость света, как математики, а коэффициент эквивалентности. Этот коэффициент в настоящее время физики называют гравитационным потенциалом.

Квантовая теория утверждает, что световые волны с частотой f (измеряется в 1/c) состоят из крошечных «порций энергии», называемых фотонами. При этом, энергия каждого фотона W = h*f, а его масса m = W/c² = h*f/c² (зависит прямопропорционально от частоты его колебаний),
где: h = 6,6260755*10^-34, Дж*с – постоянная Планка;
с² – максимально возможный по модулю гравитационный потенциал, Дж/кг.

В 1960 году Роберт Паунд и его аспирант Глен Ребке провели тончайший эксперимент, целью которого была проверка гравитационного смещения частот фотонов в поле тяготения (заодно и наличия гравитационной массы у фотона).

Если источник, находящийся на высоте Н над Землёй, испускает фотон с частотой f1 по направлению к центру гравитационного поля Земли, то поглотитель у земной поверхности примет его с кинетической энергией h*f2, которая должна повыситься за счёт потенциальной энергии поля.

Из Закона сохранения энергии имеем: h*f2 = h*f1*(1+g*H/c²).

Эксперимент проходил на высоте Н = 22,5 м (напряжённость гравитационного поля g на такой высоте можно считать неизменной и равной 9,81 Дж/(кг*м).
При этом, (f2–f1)/f1 = g*H/c² = 2,456*10^-15.

Фактически, с помощью эффекта Мёссбауэра был получен результат для гравитационного смещения частоты, равный (2,57 ± 0,26) *10^-15 (разница в пределах ошибок измерения). Позже (в 1964 году) в подобном эксперименте Паунд и Снайдер получили совпадение измеренного и расчётного значений с точностью около 1%.

Понятно, что один и тот же источник и вверху, и внизу излучает колебания с одинаковой частотой. Однако колебания сверху приходят с повышенной частотой и эту разность частот в верхней и нижней точках (в точках испускания и поглощения фотонов) математики и многие физико-математики воспринимают, как ЗАМЕДЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ в более сильном поле, наивно полагая, что вверху время идёт быстрее, чем на поверхности Земли.

И только физики (и очень малая часть физико-математиков) знают, что это обычное смещение частоты колебаний за счёт изменения потенциальной энергии гравитационного поля.

Итак, с помощью квантовой механики и эффекта Мёссбауэра мы выяснили, что фотоны:
- обладают гравитационной массой, ибо с напряжённостью гравитационного поля (g) может взаимодействовать только масса (m);
- изменяют частоту своих колебаний за счёт потенциальной энергии гравитационного поля.

Следствия:

1. Наличие у фотонов массы позволяет нам понять, почему приходящий в гравитационное поле луч света отклоняется от исходного направления на угол φ = 2v²/c², где v² – значение гравитационного потенциала в зоне прохождения светового луча, а c² – максимально возможный по модулю гравитационный потенциал. На такой же угол отклоняется и уходящий луч света. Поэтому полное отклонение луча света, проходящего через гравитационное поле, составляет φ = 4v²/c².
Например, для поверхности Солнца полный угол отклонения проходящего рядом луча света составляет 4GM/c²R = 1,75", что подтверждается экспериментально.

2. Разность частот в верхней и нижней точках гравитационного поля обязывает нас вносить в бортовые часы навигационных спутников GPS и GLONASS поправки на гравитационное смещение приходящих к поверхности Земли колебаний (а также на эффект Доплера, который в данном случае имеет обратный знак). То есть, спутниковые часы перед запуском мы регулируем на такую скорость хода, чтобы компенсировать эти эффекты.
Например, на высоте спутников GPS (20180 км) поправка на гравитационное смещение относительно поверхности Земли составляет минус 45 мкс в сутки (знак минус означает, что фактически период колебаний излучения на орбите больше, чем период колебаний, принятых на Земле).

Кстати, эксперимент Паунда и Ребке является первым, проведённым в земных условиях, экспериментом по изучению влияния гравитации на электромагнитные явления.

Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать

Код: выделить все

<div style="text-align:center;">Обсудить теорию <a href="http://www.newtheory.ru/physics/foton-massa-i-gravitacionnoe-smeshchenie-ego-chastoti-t7089.html">Фотон – масса и гравитационное смещение его частоты</a> Вы можете на форуме "Новая Теория".</div>


вы пропустили Столетова, а так все верно.

Ответ на комментарий №1.

Валерий Пивоваров писал(а):Всё, что обладает энергией, обладает и массой, ибо масса является всего лишь количественной мерой инертности соответствующего сгустка энергии.

Уважаемый Валерий Пивоваров. А, по-моему, масса является количественной мерой, показывающей определенные значения ее величин, как гравитационной и инертной массы, которые по абсолютному значению всегда равны между собой. Так как гравитационная масса разгоняет своей слой пробное тело с определенным ускорением, а инертная масса гравитирующего тела, такой же своей силой, тормозит такую же массу, двигающуюся с таким же ускорением, попавшем в это гравитационное поле. С уважением, Борис.

Борис Шевченко писал(а):Так как гравитационная масса разгоняет своей слой пробное тело с определенным ускорением, а инертная масса гравитирующего тела, такой же своей силой, тормозит такую же массу, двигающуюся с таким же ускорением, попавшем в это гравитационное поле.

Борис, Ваша логика весьма интересна. Но давайте её несколько упростим.
В Природе существуют два вида энергии: потенциальная (энергия взаимодействия) и кинетическая (энергия движения).
В первом случае значение энергии определяется, как произведение гравитационной массы (m, кг) на гравитационный потенциал (v^2, Дж/кг), а во втором - как произведение инерционной (массы (m, кг) на скорость движения в квадрате (v^2, м^2/c^2), которую можно назвать гравитационным кинетиалом.
Гравитационной масса называется потому, что непосредственно участвует в гравитационном взаимодействии.
Инертной масса называется потому, что она аккумулирует энергию движения и сохраняет её при отсутствии внешних сил или при сумме внешних сил, равной нулю.
Эквивалентность гравитационной и инертной массы определяется РАВЕНСТВОМ значений напряжённости гравитационного поля (причина силы тяготения для пробного тела) и ускорения свободного падения пробного тела (следствие силы тяготения).
Математики и многие физико-математики путают эти два понятия, объединяя их в одно. Получается «каша».

Ответ на комментарий №4.

Валерий Пивоваров писал(а):Эквивалентность гравитационной и инертной массы определяется РАВЕНСТВОМ значений напряжённости гравитационного поля (причина силы тяготения для пробного тела) и ускорения свободного падения пробного тела (следствие силы тяготения).

Уважаемый Валерий Пивоваров. Каша с гравитацией получается у Вас, гак как Вы не понимаете, что массы равны потому, что в гравитационном поле сила гравитации в одном случае разгоняет тело до определенного ускорения а в другом случае эта же сила тормозит такое же тело, попавшее в это гравитационное поле и двигающееся с таким же ускорением. С уважением, Борис.

Борис Шевченко писал(а):Вы не понимаете, что массы равны

Борис, то что масса одного и того же пробного тела неизменна - понятно даже "ёжику". А эквивалентность гравитационной и инертной массы определяется РАВЕНСТВОМ значений напряжённости гравитационного поля (причина силы тяготения для пробного тела) и ускорения свободного падения того же пробного тела (следствие силы тяготения).

Валерий Пивоваров писал(а):Всё, что обладает энергией, обладает и массой, ибо масса является всего лишь количественной мерой инертности соответствующего сгустка энергии.

Первым на эквивалентность массы (m) и энергии (W) указал Николай Умов в работе «Теории простых сред» (1873), затем Джозеф Томсон (1881), Иван Ярковский (1887) и Оливер Хевисайд (1890) придали этому определению современный смысл:
W = mc².

По представлениям современных физико-экспериментаторов атом состоит из энергии на 99%. На смом деле, конечно, на все 100%, но упертые физики-теоретики сопротивляются - это обрушит множество уважаемых теорий.
Тогда масса тела представляется его избыточной характеристикой. Масса не существует, как самостоятельная субстанция, масса - это внешнее проявление внутренней энергии тела во взаимодействиях с окружающей средой.
Масса - эта одна из характеристик энергии тела, подобная его температуре. Температура характеризует внутреннюю энергию в одном спектре, а масса - суммарную внутреннюю энергию. Массу целесообразно считать равной энергии, а искусственный коэффициент пропорциональности появился только ради сопряжения размерностей и в связи с выбранными единицами измерений.
Формула, связывающая полную внутреннюю энергию тела и его массу, - это мистификация.
Массу тел измерить можно, а кто и как измерил всю энергию, которая выделяется, например, при ядерных реакциях? Какой процент этой энергии не регистрируется?

Могу ошибаться, но осталось впечатление, что Умнов придерживался больше субстанциональной, а не кинетической ("механической") теории энергии.

В середине прошлого века субстанциональную теорию развивал, в частности, советский исследователь Торичан. Кравец (см. например, УФН, 1948), но "механики" взяли верх.

Валерий Пивоваров писал(а):Квантовая теория утверждает, что световые волны с частотой f (измеряется в 1/c) состоят из крошечных «порций энергии», называемых фотонами. При этом, энергия каждого фотона W = h*f,

- возможно это некоторое обобщение в истолковании квантовой теории и больше похоже на корпускулярно-волновую теорию.

Строго говоря, в квантовой теории свет есть поток мельчайших порций, квантов световой энергии. Т.е кванты энергии - это порции энергии как таковой, а не "волны" (в этом суть субстанциональной теории энергии). Иногда используется метафорический термин "атомы энергии" (например Эйнштейн).

Количество энергии в квантах энергии каждого вида возрастает в геометрической прогрессии с показателем прогрессии равном постоянной Планка. Т.е. формула типа: Wj = h*Wj-1,
Таким образом формируется "шкала энергий" - магнитная, электрическая, тепловая, световая, ультрафиолетовая, рентгенова, гамма.

Кванты магнитной, электрической и тепловой энергии заметным образом притягиваются соответствующими телами.

"Потенциальная энергия" - это ранее накопленная энергия.
Кинетическая энергия это, строго говоря, - ранее израсходованная энергия, а не энергия как таковая.

P.S.
Волны - это колебания упругой среды. Такая среда не обнаружена, и, соответственно, ЭМ волны не обнаружены. Нет приборов, экспериментов, которые бы регистрировали, фиксировали, обнаруживали, прямо, непосредственно, ЭМ волны, именно как ЭМ волны (их «частоту» или «длину»). Попросту говоря - ЭМ волн нет.
За ЭМВ принимают излучения квантов различных видов энергии – магнитной, электрической, тепловой, световой, ультрафиолетовой, рентгеновой, гамма.

Валерий Пивоваров писал(а):Квантовая теория утверждает, что световые волны с частотой f (измеряется в 1/c) состоят из крошечных «порций энергии», называемых фотонами. При этом, энергия каждого фотона W = h*f, а его масса m = W/c² = h*f/c² (зависит прямопропорционально от частоты его колебаний),
где: h = 6,6260755*10^-34, Дж*с – постоянная Планка;
с² – максимально возможный по модулю гравитационный потенциал, Дж/кг.

Это мистификация. Никто и никогда не измерял частот фотонов. Волновая теория света имени Максвелла опровергнута экспериментальными данными более века назад.
Фотон существует объективно, как калиброванная порция оптической энергии. Объективно существует (измеряется) время излучения фотона. Все остальные параметры фотона - вымысел.

Еновик писал(а):Масса не существует, как самостоятельная субстанция, масса - это внешнее проявление внутренней энергии тела во взаимодействиях с окружающей средой.

Масса и энергия неразрывно связаны - это верно. Причём, масса взаимодействует только с гравитационным полем. Но с энергией неразрывно связан и электрический заряд, который взаимодействует с электромагнитным полем.
О Природе электрического заряда в простой и внятной форме здесь (тема временно закрыта, но статья читаема): http://www.newtheory.ru/physics/priroda ... t7034.html

Berk писал(а):Попросту говоря - ЭМ волн нет.
За ЭМВ принимают излучения квантов различных видов энергии – магнитной, электрической, тепловой, световой, ультрафиолетовой, рентгеновой, гамма.

А разве излучения квантов различных видов энергии не являются волнами?

Валерий Пивоваров писал(а):Квантовая теория утверждает, что световые волны с частотой f (измеряется в 1/c) состоят из крошечных «порций энергии», называемых фотонами. При этом, энергия каждого фотона W = h*f

Berk писал(а):возможно это некоторое обобщение в истолковании квантовой теории и больше похоже на корпускулярно-волновую теорию.

Подробнее о корпускулярно-волновом дуализме в доступной и краткой форме здесь: http://www.newtheory.ru/physics/priroda ... t7086.html

Еновик писал(а):Фотон существует объективно, как калиброванная порция оптической энергии.

Почему, "как калиброванная порция оптической энергии"? Ведь энергия фотона изменяется в очень широких пределах, ибо зависит от частоты (длины волны) фотона.