Каждая теоретическая схема имеет право рассматривать то или иное явление очень специфично, вводя целый комплекс своих понятий и представлений. Но, так или иначе, нужно использовать те первичные представления, из которых начинались первые опыты, связанные с темой, и те базисные рассуждения, на которых эти опыты организовывались.
Начну сразу с представлений о передаче «светового сигнала», как о чисто волновом явлении. Опыты Юнга и Френеля были классическими в этом плане. Представлялась некая среда, в которой распространяется специфический «волновой» процесс (некий «эфир»). Понятие «среды» было важно. Скажем, гравитационное взаимодействие представлялось «нелокальным» явлением. На любом расстоянии два и более тела взаимодействуют прямо между собой. Тут, среда не нужна. Волновой же процесс четко структурирован в пространстве как бы от точки к точке. Но ведь эти точки связаны между собой и силовым образом, и пространственно. Следовательно, нужно было придумать специфическую среду. Просто «опереться» на атомы нельзя. Ведь свет распространялся, в том числе и в вакууме. А он (как считалось раньше) материальных элементов (атомов) вообще не имел. Да и параметры этой специфичной среды были столь необычны и фантастичны, что ее пришлось выделить как весьма и весьма специфическое явление.
Любая среда состоит из совокупности каких-то элементов. Их может быть бесконечное число, но условно каждый элемент можно уподобить точке. Атомы в процессе теплового движения как то двигаются и взаимодействуют между собой. Представлялось, что каждый атом можно представить в виде «осциллятора», возбуждающего в «эфире» какие-то колебания. Энергия колебаний «осциллятора» передавалась элементам «эфира». Логические рассуждения и опыты (основанные с использованием этих рассуждений) показывали, что колебания элементов «эфирной среды» должны были быть перпендикулярны направлению распространения «волнового» процесса. Вообще говоря, учитывая что данная среда обладает (скажем так) фантастическими свойствами, можно было бы вообще представить возбуждение каждой точки этой среды одномерным (скалярным) параметром. Но тогда сам этот процесс возбуждения должен был быть инициирован еще каким-то дополнительным фактором. Ведь процесс распространения четко пространственно структурирован. Так что остановились на «поперечном» колебании элементов «эфирной среды».
Теперь я предлагаю внимательно присмотреться к процессу распространения «волнового сигнала» в подобной среде в интегральном рассмотрении. Обычно рисовали некую поверхность, перпендикулярно которой идет процесс распространения. Каждая точка этой поверхности имеет одну и ту же фазу колебаний точек «эфира», расположенных на ней. При постоянной скорости движения фронта такой волны амплитуда колебаний точек «эфира» вдоль этого движения меняется строго с частотой общего колебательного процесса. И вот тут у меня сразу вопрос. Атомы, возбуждающие процесс световых колебаний, двигаются хаотично. Ни о каком совпадении фаз отдельных «осцилляторов» речь не идет. Как может организоваться волна с «эквипотенциальными» поверхностями? Точнее, с поверхностями, имеющими одинаковую фазу колебаний «эфирной» среды.
Мало того. Опыты показывали, что отдельные частоты в этом процессе (распространение световой «волны») не смешиваются в общем потоке. Мы можем, с помощью фильтров, отсеять отдельные частоты и прекрасно использовать волновой поток для интерференции. Как подобные процессы могут происходить, если основной поток генерируется обычным горячим телом, где атомы колеблются совершенно хаотически?
Уже новая физика двадцатого века вполне корректно определила, что атомы излучают порции «волнового сигнала» вполне определенной частоты (да и фазы). Как мы можем в таком представлении сформировать в обычном разогретом куске вещества потоки «световой энергии», где целые большие группы фотонов идут во фронте распространения с определенной частотой и фазой? Причем, эти распределения очень четко (и просто) описываются и сохраняются.
В какой-то степени от данной трудности удалось избавиться особо экзотичным представлением. Отдельная порция «волнового сигнала» (которую назвали «фотоном») как бы является отдельным «корпускулярным» элементом. Но расположение этого элемента в пространстве имеет чисто статистический характер. И эта «статистика» несет в себе определенный «волновой» процесс, четко структурированный в пространстве. Но этого мало. Пока фотон движется в пространстве, его можно как бы «размножить». Две близко расположенные щели пропускают через себя «виртуальные» копии одного и того же фотона. Из каждой щели далее выходят эти копии, но уже с немного измененными статистическими параметрами распределения в пространстве. Именно эта «статистика» и позволяет на экране мишени получить определенную картину вероятностей приема фотона согласно расположению разных точек мишени по отношению к отверстиям щелей.
Что получаем? Идет поток фотонов с самыми разными частотами и фазами. Но если мы отслеживаем какую-то поверхность «фронта» движения, то надо иметь в виду не группу фотонов, а отдельный фотон. В этой картине все было бы хорошо, если бы данная группа всегда сохраняла бы свою компактность. Идет компактный фронт, встречает две близко расположенных щели, интерферирует на достаточно близком экране.
А как быть в случае, когда с помощью призмы или зеркала Френеля (или полупрозрачного зеркала) вы раздваиваете компактный поток и направляете эти потоки разными путями? Расстояния весьма приличные, а интерференция все равно идет. А есть еще худший для объяснения случай. Вы произвели такое раздвоение в вакууме и направили два пучка в противоположные стороны. Через километры от источника на пути каждого луча помещаете очень хорошие поглотители с датчиками. Один датчик дальше, другой ближе. «Раздвоенный» фотон поглотится на ближнем датчике. Значит на чуть более близком поглотителе энергия приема излучения окажется резко больше, чем на далеком. Начинаем медленно двигать датчики. Как только положения «дальности» поменяются – резко изменятся показания в датчиках. Так получается? Что-то я сомневаюсь, что так получится.
Интуиция подсказывает мне, что не увидим мы ни каких резких изменений в показаниях датчиков. А вот интерференцию наблюдать будем. (Впрочем, через некоторое время я займусь практической проверкой данных вариантов.) Если все окажется так, как я сказал в конце, то должны констатировать следующее. В процессе даже обычного излучения нагретого тела идет формирование многочисленных «двойников» фотонов. То есть, речь идет о разных фотонах, но имеющих одинаковую частоту и очень четко сфазированных между собой. Последнее означает, что они при своем движении сохраняют одинаковую разность фаз при одном и том же пройденном расстоянии.
Если все описать именно в рамках выдвинутой схемы, то наблюдаемые «классические» явления получают логичное объяснение. Выделяем отдельный фронт движения «световой волны». В ней всегда можно найти целую группу фотонов с одинаковой частотой и разностью фаз (даже с почти полным совпадением фазы). Но это разные фотоны. При разделении (на призме или зеркалах) одни из этих фотонов пойдут по одному пути, другие – по другому. Но и частота, и фазировка останутся. Если отдельные фотоны поглотятся, то на другие это не повлияет. А вот если все эти группы встретятся на одной конечной мишени, естественно, произойдет интерференция.
Тут сразу возникает куча вопросов. К примеру. Как может в куске горячего вещества, где движения атомов хаотичны, возникнуть условия для «синхронизации» фотонов по частоте и фазе? Есть и другие, специфические, вопросы. Но они касаются уже конкретных схем самого процесса излучения и сущности «волновых пакетов», называемых фотонами.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
