5. Концепция физической структуры фотона.

5. Концепция физической структуры фотона.

 

***

Аннотация

       Рассмотрена структура фотона, которая определяет его физические свойства. Получено уравнение, определяющее распространение фотонов в космическом пространстве.

***

       Создадим в вакуумной материи электрическое поле. Оно переведет вакуумную материю в поляризованное, т.е. в энергетическое состояние. Теперь мгновенно уберем внешнее электрическое поле, которое обеспечивало поляризацию вакууму. Что произойдет? Возникнет конкретный объем вакуума с неустойчивым потенциальным энергетическим электрическим состоянием. Неустойчивость этого состояния связана с тем, что в вакууме произошло разделение электрических зарядов с противоположными знаками, и при этом поляризованному объему вакуума была передана потенциальная энергия конкретной величины. Это разделение обеспечивалось внешним статичным электрическим полем, но после его исчезновения электрические заряды вакуума с противоположными знаками притягиваются друг к другу электрическими силами и перемещаются навстречу друг друга. Исходя из закона сохранения энергии, электрическая энергия вакуума не может бесследно исчезнуть. Это приведет к тому, что встречно движущиеся электрические заряды, имеющие противоположные знаки, представляют собой локальный изменяющийся электрический ток, который в свою очередь, в соответствии с электромагнитными уравнениями Максвелла, порождает изменяющееся магнитное поле. Последнее, в свою очередь, порождает электрическое поле, но уже в другом, соседнем объеме вакуумного пространства, которое электрически поляризует уже этот объем вакуума, и т.д. Таким образом, в результате получается бегущая электромагнитная волна в виде сгустка электромагнитного поля, т.е. фотона.

Если фотон при своем пространственном перемещении попадает в среду с более высокой способностью к электрической поляризации, то скорость его перемещения замедляется, и тем больше, чем выше электрическая проницаемость, т.е. электрическая поляризация среды. Поскольку в природе нет среды с меньшей электрической поляризуемостью чем вакуум, поэтому фотон перемещается с максимальной скоростью именно в вакуумной среде. Эту скорость перемещения фотона обозначают  С  и называют скоростью распространения света в вакууме. Говорят, что фотон – это частица, не обладающая массой покоя, что вполне естественно, исходя из результатов рассмотрения его физической сущности.

      Способность служить средой для перемещения фотонов является физической сущностью вакуума.

      Вывод: фотон является следствием такого физического свойства вакуума, как его способность к электрической поляризации. Базовым физическим свойством фотона является то, что он не может находиться в неподвижном состоянии относительно вакуума, так как разделенные в пространстве противоположно заряженные электрические частицы в принципе не могут находиться в уравновешенном статичном состоянии относительно друг друга.

    Вакуумная материя является переносчиком фотонной энергии. Структура фотонов является стабильным образованием. Стабильное существование в любой физической системе обеспечивается уравновешенностью физических сил, действующих между составными частями системы. Возникает вопрос, каким же образом физические силы обеспечивают фотону его стабильное состояние? Чтобы ответить на него необходимо рассмотреть структуру фотона, которая представлена сгустком вихревого электромагнитного поля. В нем происходит поочередное преобразование вихревого электрического поля в магнитное, затем в электрическое и т.д. При этом, полевая структура фотона направлено не по прямой линии, а по спирали, типа растянутой цилиндрической пружины бесконечной длинны, шаг и диаметр спиральной траектории фотона равен λ (длина волны фотона). За время одного оборота полевая структура по спиральной траектории перемещается на величину λ. Электромагнитное поле перемещается по  виткам этой  спирали с общим направлением движения по осевой линии пружины со скоростью С. Витки пружины могут иметь спираль, по которой электромагнитная волна перемещается с вращением либо по часовой, либо против часовой стрелки. Схема перемещения фотона с вращением по часовой стрелки вдоль осевой линии пружины приведена на рис.1 (перемещение фотона происходит от наблюдателя).

 

Рис.1

   Изображенная на рисунке схема периодически повторяется через каждый период перемещения электромагнитной волны. Таким образом, плоскость вихревых полей, как электрического, так и магнитного, в пространстве остается неизменной. Изменяется только направление вектора напряженности у полей через каждые полпериода перемещения фотона. Если рассматривать траекторию перемещения полей фотона в горизонтальной плоскости, вдоль направления пружины, то движение вихревого электромагнитного поля приведено на рис.2

 

 

Рис.2

    Траектории движения полей фотона в вертикальной плоскости имеет следующий вид. Рис.3

 

Рис.3

     Таким образом, траектории движения, как вихревого электрического, так и вихревого магнитного полей, происходит зигзагообразно, каждого в своей плоскости, по синусоидальному закону, чередуясь между собой, со сдвигом по фазе на четверть периода относительно друг друга. В целом, при переходе  энергии от вихревого электрического поля к вихревому магнитному и наоборот, происходит кольцевое вращение электромагнитного поля в плоскости перпендикулярной направлению движения фотона.

     С учетом того, что:

- скорость перемещения фотона равна скорости света,

- поле создает в вакууме объём материи с ненулевой величиной, распределенной в нем массы.

      В целом, в фотоне, вращающееся по спирали электромагнитное поле, создает кольцевую структуру материи из виртуальных вакуумных микрочастиц с массой не равной нулю. Таким образом, при перемещении электромагнитного поля одновременно с ним происходит виртуальное перемещение вращающегося массового заряда. Возникает вопрос, почему перемещение массового заряда носит виртуальный характер?  При перемещении электромагнитного поля фотона отсутствует перенос вещества в вакууме, как самостоятельной массы. Масса, по мере перемещения электромагнитного поля,  все время генерируется из виртуальных частиц вакуумной материи в новых и новых объёмах пространства в направлении движении фотона и исчезает в вакууме позади фотона, когда величина напряженности электромагнитных полей фотона в вакууме обращается в ноль.

   Теперь ответим на вопрос, какой фактор обеспечивает фотону его стабильное состояние? Это гравитационная сила притяжения, действующая между частями кольцевой массовой структуры фотона. Именно она все время удерживает фотон в стабильном состоянии.

    Поскольку структуру кольцевому массовому сгустку материи формирует вращающаяюся по кругу электромагнитное поле, этот сгусток обладает спином, т.е. механическим моментом импульса, численное значение которого равно постоянной Планка деленной на 2π.

      Для электрона, вращающегося по орбите, справедливо следующее выражение:

                  (1)

Где:   m   - масса электрона,

              - орбитальная скорость электрона,

           r   - радиус орбиты,

          h    - постоянная Планка.

     По аналогии с электроном определим виртуальную скорость движения материи в кольцевом гравитационном сгустке фотона, в котором вращается четвертая часть от массы фотона:

  ;                     (2)

Подставим значение массы:

 

                        (3)

 

Где: m – масса фотона,

            - скорость движения виртуальной массы,

            - длина волны,

          c  -скорость света.

         Определим величину силы, действующей в кольцевом сгустке материи, представив,  что этот сгусток состоит из двух точечных частиц:

            (4)

 

   Определим характер гравитационных взаимодействий между точечными частицами с учетом 2:

            (5)

 

                                     (6)

 

                 (7)

  

                      (8)

 

    Чтобы  G   стала константой, необходимо принять, степень п = 0. Численно  G    равна:

             (9)

 

   Сила гравитационного взаимодействия между частями сгустков матери в фотоне  определяется следующим выражением:

              (10)

 

           (11)

 

   Из-за квантовых особенностей построения материи на микроуровневой ее организации фотоны обладают следующими свойствами:

- является плоскополяризованной стабильной микрочастицей,

- спин фотона равен постоянной Планка,

- в зависимости от направления витков спирали, по или против часовой стрелки, у фотона  направление спина, либо совпадает с направлением движения, либо противоположно этому направлению.

    Таким образом, фотон одновременно представлен двумя структурами:

- двумя перпендикулярными поочередно изменяющимися по амплитуде векторами с изменением знака электрического и магнитного полей, сдвинутых по фазе на 90 градусов относительно друг друга;

- кольцевой структурой массового заряда.

  Свойства фотона определяются:

1. Поступательное движение фотона в физической среде обеспечивается сущностью его внутренней структуры.
2. Коэффициентом преломления света той среды, в которой перемещается фотон.
3. Скорость движения среды.
         4.  Взаимодействием фотона с различными микрочастицами.
         5. Воздействием гравитационного поля, рождаемого объектами, представленными
             вещественной материей.
         Фотоны рождаются движущимися электрически заряженными частицами, если происходит изменение их энергии или направление их движения. Основным механизмом рождения фотонов являются электроны, вращающиеся вокруг ядер химических элементов при их переходе с одних энергетических уровней на другие. При этом каждый атом излучает сугубо свой спектр энергии фотонов. Это определяется тем, что атомы отличаются друг от друга, таким образом, что у каждого атома его ядро имеет свою индивидуальную величину электрического заряда.
         Из перечисленных пунктов свойств фотона рассмотрим последний. Отметим, что скорость перемещения фотона определяется его внутренней структурой и в вакууме она равна С.  Базовым свойством фотонов является то, что в отличие от физических объектов, обладающих массой покоя, изменить скорость перемещения по величине (по модулю) воздействуя на фотон гравитационным полем, в принципе, нельзя. В этом случае скорость движения фотона можно изменить только по направлению.
      Все физические объекты, включая и фотоны, взаимодействуют между собой посредством гравитонов (статья 4, «Концепция структуры физического поля»). Если фотон попадает в гравитационное поле, то он начинает либо поглощать гравитоны, увеличивая свою массу, либо испускать гравитоны и таким образом, уменьшает величину своей массы. Поглощение или излучение гравитонов определяется совпадением или несовпадением частично или полностью вектора скорости движения фотона с направлением градиента, того гравитационного поля, в котором перемещается фотон.
      Введем следующую терминологию траектории движения фотона относительно объекта М:
   - касательное, назовем тангенциальным,
   - направленное по нормали к касательной, назовем, радиальным.
    Сила гравитационного воздействия с вектором направления скорости фотона может составлять любой угол (рис.4).

Рис.4

 

Где: F – гравитационная сила воздействия на фотон m тела массой М.

        - тангенциальная составляющая силы F.

       - радиальная составляющая силы F.

        С – скорость перемещения фотона m.

        - угол между векторами F и С.

       Тангенциальная составляющая силы изменяет массу (энергию) фотона, а радиальная искривляет вероятностную траекторию движения фотона. Если направление тангенциальной силы совпадает с направлением перемещения фотона, то воздействие этой силы приводит к росту энергии фотона. При их противоположных направлениях энергия фотона уменьшается. Рассмотрим действие этой силы.

              (12)

Где S – путь перемещения фотона.

         (13)

Где: m – масса фотона.

        М – масса физического тела.

        С – скорость света.

        r  – расстояние между фотоном и телом М.

       Решение записанного дифференциального уравнения по абсолютной величине выглядит следующим образом:

ln ln            (14)

Где  ln - константа интегрирования.

             (15)

    Для объекта, масса которого равна массе Солнца, изменение энергии фотона в  раз соответствует радиусу:

км.          (16)

     Рассмотрим изменение энергии фотона при его движении по радиальной траектории в гравитационном поле тела М  в интервале его движения от точки r до точки :

                  (17)

               (18)

 

               (19)

 

    Разложим степенные функции в ряд и, ограничившись двумя членами ряда, получим:

                                   (20)

 

    Если фотон перемещается вблизи поверхности Земли, то:

                                            (21)

     Где:  - частота фотона.

              g – ускорение свободного падения физических тел вблизи поверхности Земли.

    Эксперимент Паунда – Ребки подтвердил правильность полученной формулы, определяющей изменение энергии фотона, перемещающего в гравитационном поле Земли по радиальному направлению.

     Рассмотрим воздействие на фотон радиальной составляющей силы . Возьмем объект М , масса которого равна массе Солнца. Определим, при каком радиусе объекта М фотон m перейдет на движение по круговой траектории:

                    (22)

км.                 (23)

 

    Эта величина уже встречалась выше (16), когда производился расчет изменения массы фотона в гравитационном поле  физического тела массой М, движущегося по радиальной траектории.

    Плотность вещества такого гипотетического объекта равна следующей величине:

 /                                       (24)

      Искривление траектории фотона в гравитационном поле одинаково для фотонов любых энергий, согласно выше полученному результату. В целом, при движении фотона по произвольной траектории, в гравитационном поле тела М, существует такая величина радиальной составляющей силы  гравитационного притяжения, которая не дает фотону покинуть тело М. Но, если фотон движется строго по радиальной траектории, то никакая сила гравитационного притяжения не способна удержать фотон в близи тела М. Эта сила может только уменьшить энергию фотона. Таким образом, все без исключения космические объекты, обладающие внутренней свободной энергией, обязательно излучают фотоны в окружающее космическое пространство. Изменение частоты фотонов, излучаемых космическими объектами, называется гравитационным красным смещением фотонов. Величина этого смещения незначительна для всех известных космических объектов.

       В качестве примера рассмотрим вопрос излучения фотонов сверхплотными космическими объектами. Сторонники ТО, выдвинувшие идею существования в космосе черных дыр пришли к следующему заключению: они не излучают свет, а точнее фотоны. Рассмотрим этот вопрос. Существование космических объектов, не излучающих свет, никакого протеста не вызывает. Такими объектами являются, например, холодные планеты, остывшие звезды и т.д. Отсюда следует, что способность космического объекта излучать собственные фотоны определяется исключительно его внутренней температурой. Причем, чем выше температура, тем выше энергия излучаемых фотонов. Помимо внутренней температуры энергетические параметры, излучаемых фотонов определяются массой и размерами космического объекта. И все. Внутренняя температура определяет энергию фотонов, излучаемых с поверхности космического объекта, а масса и размер определяют конечную энергию фотонов, излучаемых объектом в космическое пространство. Для компактных космических объектов, обладающих огромной массой, возникает эффект поглощения собственных фотонов, излученных под углом к поверхности объекта. Именно этот эффект сторонники ТО выдвигают как аргумент, что такие объекты вообще не излучают фотоны. Это элементарное заблуждение. Как было показано выше, этот эффект не действует на те фотоны, излучаемые с поверхности горячего объекта, которые распространяются строго по радиальным линиям от точки центра массы объекта. Расчет параметров таких фотонов приведен, в частности, в классической физике. В соответствии с этой теорией энергия излучаемых фотонов, при их удалении от объектов уменьшается. Исходя из этих элементарных рассуждений, несложно сделать следующий вывод: в космосе нет компактных космических объектов конечных размеров, обладающих внутренней свободной энергией, не излучающих фотонов в окружающее космическое пространство. При конечных размерах космического объекта с наличием у него внутренней свободной энергии, только объект, обладающий бесконечно большой массой, не будет излучать фотоны. Подобных объектов в природе нет.

     Запишем уравнение в дифференциальной форме движения фотона, перемещающегося вблизи материальной точки массой  М  при совмещении начала координат с точкой М:

                                  (25)

      Где: r – расстояние между фотоном и точкой М.

               - вектор скорости света, модуль которого является константой.

              m  - масса фотона.

     Подставим в уравнение выражение для m (15):

                                              (26)

   В двух координатной форме уравнение движения фотона представлено системой следующих двух уравнений:

                  (27)

 

      В большинстве случаев величина искривления траектории движения фотона мала. В силу ее малости примем следующую упрощенную модель, определяющую смещение фотона в пространстве, который перемещается вблизи произвольной материальной точки (рис.5).

Рис.5

    Где: М – материальная точка массой М.

             m- масса фотона.

              - угол равный .

              С – скорость света.

               - радиальная скорость перемещения фотона.

              R – начальное расстояние между фотоном и материальной точкой.

              Т-  промежуточное положение фотона.

              r – промежуточное расстояние между фотоном и материальной точкой.

            - гравитационная сила, действующая на фотон.

             - радиальная составляющая силы .

            G – гравитационная постоянная.

             - угол отклонения направления движения фотона от прямолинейной траектории.

      Запишем дифференциальное уравнение для радиальной скорости фотона:

;  ;  ;                           (28)

                           (29)

      Проинтегрируем полученное уравнение:

                            (30)

     Где:  - константа интегрирования.

     При: t = 0;  V = 0. Отсюда, К = 0.

     Запишем уравнение в дифференциальной форме для радиального смещения фотона:

                           (31)

    Проинтегрируем полученное уравнение:

                           (32)

     Где:  - константа интегрирования.

     При: t = 0; х = 0. Отсюда:

                (33)

     При t >100 сек. уравнение примет следующий вид:

                                   (34)

     Угол отклонения фотона от прямолинейной траектории определяется следующим выражением:

                                   (35)

     Для Солнца этот угол равен следующей величине:

                (36)

     Экспериментальный замер этой величины дал следующий результат: .

     Отличие расчетного результата от экспериментального, определяется следующими причинами:

1. В выполненном анализе не было учтено, что у фотона:

     - масса изменяется,

     - траектория движения искривляется,

     - радиальная и тангенциальная величины скорости связаны между собой скоростью

       света.

2. Не был учтен рефракционный эффект, вызванный веществом солнечной короны.

       При перемещении фотона в вакууме, их скорость относительно вакуума равна С. Если же фотоны попадают в прозрачную физическую среду, то на скорость их перемещения оказывают влияние относительные магнитные и электрическая проницаемости вещества среды, которые в совокупности называются «показателем преломления»:

            (37)

Где:  n    - показатель преломления среды,

          μ   - относительная магнитная проницаемость среды,

         ε    - относительная электрическая проницаемость среды.

      Относительные магнитные и электрические проницаемости вакуума равны единицы. Для любых физических средств  ε всегда больше единицы. Магнитная проницаемость может быть, как больше единицы (паромагнетики), так и меньше единицы (диамагнетики). Таким образом, магнитная проницаемость сред может, как уменьшать, так и увеличивать скорость движения фотонов:

             (38)

 

Где:  – скорость света в физической среде.

       Физические свойства прозрачной среды могут изменять параметры фотонов. В данном случае рассматривается следующий вопрос. Если  физическая среда движется относительно вакуума, то какое влияние, именно, движение среды оказывает на фотоны?

       Опыты Физо показали, если направление движения среды совпадает с направлением движения фотонов, то среда своим движением частично увлекает за собой фотоны в соответствии со следующей формулой:

            (39)

 

Где:    v    - скорость движения среды относительно вакуума.

      Если направление скорости движения фотона совпадает с направлением движения среды, то  возрастает, если имеет противоположное направление, то  - уменьшается.

     Возникает вопрос, но каково влияние среды, если направление скорости движения фотона не совпадает с направлением движения среды, и если вещество среды вращается относительно вакуума?

      Если скорость движения фотонов и среды не совпадает по направлению, то происходит искривление траектории фотона в том перпендикулярном направлении, относительно первоначального движения фотона, в котором перемещается физическая среда.

      Если же вещество физической среды вращается относительно вакуума, то в этом же направлении происходит частичное увлечение средой плоскости поляризации фотонов, движущихся сквозь данную среду.

Валерий Гребенников  ( 8-928-16-00-581)

http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/03/blog-post.html