Foton

Që nga kohërat e lashta, është njohur për fenomenet e reflektimit dhe thyerjes së dritës. Thelbi i këtyre fenomeneve, natyra e tyre e vërtetë nuk është ende e qartë për shkencën zyrtare, gjithçka është ndërtuar mbi teorinë e probabilitetit.

Në moderne literaturë shkencore një foton quhet kuantik fushë elektromagnetike, me sa duket një grimcë elementare, e cila në dritën e teorive moderne paraqitet si bartëse ndërveprimi elektromagnetik. Megjithëse, në fakt, emri modern "foton" nënkupton vetëm një proces të vëzhguar - "pjesët" më të vogla, "rrezet" e dritës që përbëjnë valët e rrezatimit elektromagnetik, duke përfshirë dritë e dukshme, valët e radios, rrezet X, impulse lazer dhe kështu me radhë.

Koncepti i një fotoni (nga fjala e lashtë greke "φωτός" (foto) - "dritë") u prezantua në vitin 1926 nga kimisti amerikan Gilbert Newton Lewis. Nga rruga, ai i konsideroi fotonet si "të pakrijuara dhe të pathyeshme" (kjo është e ngjashme me historinë e prezantimit të konceptit të një atomi nga kimisti John Dalton, i cili e bazoi arsyetimin e tij në njohuritë e lashta të grimcave të pandashme).

Sot, fotoni shënohet në fizikë me simbolin e shkronjës greke gama - γ. Ky emërtim lidhet me zbulimin në vitin 1900 të rrezatimit gama, i përbërë nga fotone me energji të lartë. Është bërë nga fizikani francez Paul Villars në procesin e studimit të rrezatimit të radiumit në një fushë të fortë magnetike. Më pas, fizikani anglez Ernest Rutherford, i cili më parë emëroi dy lloje të rrezatimit të uraniumit si rrezet alfa dhe beta, zbuloi se lloji i ri i rrezatimit i zbuluar nga Villar kishte një fuqi të lartë depërtuese. Ai i dha emrin këtij rrezatimi "rrezet gama".

“Në një artikull shkencor të vitit 1926, Gilbert Lewis shkruan: “Unë shpreh hipotezën se këtu kemi të bëjmë me një lloj të ri atomi, një objekt të paidentifikuar, të pakrijuar dhe të pathyeshëm, i cili vepron si bartës i energjisë së rrezatimit dhe, pas përthithjes, mbetet si përbërësi kryesor i atomit të tij të përthithur derisa të dalë sërish me një sasi të re energjie... Marr guximin të sugjeroj për këtë atom të ri hipotetik, i cili nuk është dritë, por luan një rol të rëndësishëm në të gjitha proceset e rrezatimit. , emri "foton"". Një fakt interesant është se Gilbert Lewis e konsideronte fotonin pikërisht "bartësin e energjisë së rrezatimit/rrezatimit" dhe jo vetë këtë energji (tani fizikanët e konsiderojnë fotonin si bartës të forcës elektromagnetike). Që atëherë, fjala "foton" ka hyrë shpejt në përdorim.

Referencat: Lewis, Gilbert N. The conservation of photons Nature 118, 1926, fq. 874–875; Lewis, Gilbert N. Natyra e dritës. Procedurat e Akademisë Kombëtare të Shkencave 12, 1926, f. 22-29; Roychoudhuri, Chandra, Kracklauer, A.F., Creath, Kathy. Natyra e Dritës: Çfarë është një foton? CRC Press, 2008.

Zbulimi i fotonit stimuloi ndjeshëm zhvillimin e fizikës teorike dhe eksperimentale, duke përfshirë kimia fizike(fotokimi), Mekanika kuantike etj. Njerëzit filluan të kuptojnë dhe përdorin përafërsisht manifestimet e të tilla dukuritë fizike, si elektricitet, një rrymë fotonesh. Por njohuria për strukturën më të vogël të këtyre fenomeneve është e përafërt, sepse deri më tani shkenca zyrtare nuk mund të shpjegojë se nga çfarë përbëhet saktësisht i njëjti elektron ose foton në vetvete (edhe pse kjo njohuri për natyrën e vërtetë të mikrokozmosit ishte në kohët e lashta).

Natyra e fotonit mbetet një mister për shkencëtarët. Por edhe duke u mbështetur në rezultatet e kërkimeve që u regjistruan në procesin e vëzhgimit, falë eksperimenteve u bënë zbulime që u përdorën gjerësisht në jetën e shoqërisë. Janë shpikur një sërë pajisjesh teknike, parimi i funksionimit të të cilave lidhet me përdorimin e fotoneve. Për shembull, tomografia e kompjuterizuar, gjenerator kuantik (mazer), lazer, etj. Lazeri ka gjetur aplikimin më të gjerë praktik në industri, mjekësi, jetën e përditshme, duke filluar nga krijimi i instrumenteve fizike me precizion të lartë - sizmografë, gravimetra, bisturi lazer që përdoren në mikrokirurgji, deri te krijimi i proceseve teknologjike për saldimin, prerjen e metaleve, amvisëri. printera lazer, e kështu me radhë. Fotonet përdoren gjithashtu në analizën spektrale (studimi i spektrave të rrezatimit elektromagnetik të atomeve kryhet me spektroskopi atomike). Nëpërmjet studimit të fotoneve, shkencëtarët kanë zbuluar se atomet e secilit element kimik kanë frekuenca rezonante të përcaktuara mirë. Pikërisht në këto frekuenca ato lëshojnë dhe thithin dritën (fotonet). Kjo do të thotë, ashtu si çdo person ka shenja gishtash individuale, ashtu edhe secili element kimik ka spektrin e vet unik të emetimit dhe absorbimit. Dhe e gjithë kjo është vetëm fillimi i studimit të një strukture kaq unike si një foton, i cili merr pjesë aktive në procese të ndryshme të fuqisë dhe ndërveprime në natyrë.

E gjithë fizika teorike e grimcave elementare është e ndërtuar mbi teorinë e probabilitetit. Sidoqoftë, analiza e themeleve objektive të teorisë së probabilitetit u diskutua në mënyrë aktive vetëm gjatë krijimit të mekanikës kuantike. Tani natyra e probabilitetit nuk diskutohet aq gjallërisht nga fizikanët. Nga njëra anë, të gjithë e pranojnë se është përfshirë në themelet e mikroproceseve, dhe nga ana tjetër, në rrjedhën e vetë kërkimit, pak flitet për të, sikur luan një rol dytësor. Kjo është veçanërisht e vërtetë për fizikën e grimcave elementare, ku, me karakteristikat e gjendjeve të brendshme dhe vetitë e grimcave elementare, koncepti i probabilitetit është kryesisht i heshtur. Si një nga themeluesit e elektrodinamikës kuantike, shkencëtari amerikan Richard Feynman tha: "Pavarësisht se sa shumë përpiqemi të shpikim një teori të arsyeshme që shpjegon se si një foton "vendos" nëse do të kalojë përmes xhamit apo të kthehet prapa, është e pamundur të parashikohet se si një fotoni i dhënë do të lëvizë. Këtu është një kusht që çon në rezultate të ndryshme: fotone identike fluturojnë në të njëjtin drejtim drejt së njëjtës copë xhami. Ne nuk mund të parashikojmë nëse një foton i caktuar do të godasë A ose B. Gjithçka që mund të parashikojmë është se nga 100 fotone të emetuara, mesatarisht 4 do të kërcejnë nga sipërfaqja. A do të thotë kjo se fizika, një shkencë me precizion të madh, është reduktuar në llogaritjen e probabilitetit të një ngjarjeje dhe jo në parashikimin e saktë të asaj që do të ndodhë? Po. Kështu është”. Meqë ra fjala, problemi i përmendur për fotonet mbetet ende një çështje e pazgjidhur, përveç shkencës zyrtare. Por për shkencëtarët e ALLATRA SCIENCE, ajo ka kohë që është zgjidhur.

Literatura: Probleme filozofike të fizikës së grimcave elementare (tridhjetë vjet më vonë). Reps. Ed. Yu.B. Molçanov. M., 1994; Feynman R. QED është një teori e çuditshme e dritës dhe materies. M., 1988.

Por çfarë përfaqësojnë në të vërtetë fotonet dhe elektronet, nga çfarë përbëhen saktësisht këto struktura? Për shkak të cilit komponent është fotoni i qëndrueshëm dhe merr pjesë në ndërveprimet e forcave? Pse kjo e ashtuquajtur "grimcë elementare pa masë" në fizikën moderne nuk ka ngarkesë elektrike? Pse fotoni është një nga grimcat elementare më të vogla dhe më të zakonshme në univers? Tani shkenca zyrtare nuk mund t'u përgjigjet këtyre pyetjeve, pasi fotoni ende, megjithë materialin e pasur eksperimental të akumuluar, mbetet një grimcë elementare misterioze për të. Por kjo situatë është e lehtë për t'u rregulluar. Duke ditur bazat e FIZIKËS PRIMORDIAL ALLATRA, edhe një nxënës i shkollës mund të gjejë përgjigje për këto pyetje.

NË REALITET, FOTONI, nëse konsiderohet si një grimcë e vërtetë elementare, përbëhet nga grimca fantazmë Po. Një foton mund të ekzistojë në dy gjendje: PHOTON-3 (γ3) dhe FOTON-4 (γ4). Shumica e fotoneve përbëhen nga 3 grimca fantazmë Po (foton-3). Sidoqoftë, secili prej këtyre fotoneve në kushte të caktuara mund të shndërrohet në një foton të përbërë nga 4 grimca fantazmë Po (foton-4), dhe fotoni-4 mund të shndërrohet në foton-3. Sipas gjendjes së tij, një foton mund të kryejë ose funksionet e një grimce force (foton-3) ose një grimcë "informative" (foton-4), domethënë, në rastin e fundit, të veprojë si bartës i informacionit rreth elementit grimca me të cilën ndërvepron. Vlen të përmendet se për një foton që lëviz përgjatë rrjetës ezoosmike, rrotullimi spirale i grimcave të tij fantazmë Po është më i përshpejtuar se ai i grimcave fantazmë Po të shumë grimcave të tjera elementare. Falë "rrotullimeve" të tilla të përshpejtuara të strukturës së fotonit, shpejtësia e lëvizjes së tij është më e madhe në krahasim me shpejtësinë e lëvizjes së shumë grimcave të tjera elementare.

Foton-3 dhe foton-4 lëvizin, si rregull, në të njëjtën rrjedhë energjie, dhe gjithmonë ka shumë më shumë fotone-3 në të sesa fotonet-4. Për shembull, një rrymë fotonesh vjen nga dielli, ku shumica e tyre janë fotone të forcës (fotonet-3) përgjegjëse për energjinë, ndërveprimet e forcave, por midis tyre ka edhe fotone informacioni (fotonet-4) që mbartin informacione për diellin. . Rrjedhat e fotoneve-3 nuk mbajnë nxehtësi, ato e krijojnë atë kur grimcat me të cilat përplasen shkatërrohen. Sa më i madh të jetë fluksi i fotoneve-3 të drejtuar në kënde të drejta me objektin material, aq më shumë nxehtësi gjenerohet. Falë fotoneve të informacionit (fotonet-4), një person, për shembull, sheh dritën nga dielli dhe vetë diellin me sytë e tij, dhe falë fotoneve të fuqisë (fotonet-3), ai ndjen nxehtësinë nga dielli mbi veten e tij, e kështu me radhë. Kjo do të thotë, falë fotoneve-3, sigurohet një rrjedhë energjie (si dhe ndërveprime të ndryshme të forcave në botën materiale), dhe falë fotoneve-4, informacioni shpërndahet në këtë rrjedhë energjie (d.m.th., pjesëmarrja në procese që lejojnë , për shembull, një person për të parë botën përreth tij).

FOTON-3 përfshin tre grimca fantazmë Po, ose më mirë, nga dy grimca fantomike Po të ndërlidhura nga një grimcë Allat fantazmë Po. Është përfshirja në përbërjen e grimcës Allat fantazmë Po që e bën fotonin unik, të qëndrueshëm dhe gjithashtu një pjesëmarrës aktiv. ndërveprimet e forcave. Nga rruga, a Grimca Llat fantazmë Po nuk do të jetë kurrë në vendin e grimcës së parë fantazmë Po në asnjë grimcë elementare që e ka atë në përbërjen e saj.. Ajo do të jetë gjithmonë e vendosur brenda grimcës elementare midis grimcave fantazmë Po, si bazë e forcës së kësaj grimce.

Foton-3 mund të shndërrohet në foton-4, dhe foton-4 mund të shndërrohet në gjendjen e fotonit-3. Si zhvillohet ky proces? Një foton (që do të thotë foton-3 dhe foton-4) ka një strukturë unike që e dallon atë nga çdo grimcë tjetër elementare. Në veçanti, ajo ka një grimcë të parë (kokë) të pazakontë fantazmë Po. Nëse krijohen kushte të përshtatshme në qelizën ezoosmike, në të cilën ajo hyn njëkohësisht nga anë të ndryshme dy koka grimcat fantazmë Po (njëra prej të cilave i përket një fotoni, dhe e dyta një grimce tjetër elementare) dhe afrimi i tyre më i afërt ndodh, atëherë ndodh procesi i mëposhtëm.

Grimca e kokës fantazmë Po e një fotoni për shkak të shpejtësisë së saj më të madhe në krahasim me shpejtësinë e lëvizjes së grimcës së kokës fantazmë Po e një grimce tjetër elementare rrotullohet shpejt. Kështu, ai lejon grimcën e fuqisë së një fotoni që e ndjek atë (grimca fantazmë Po e Allat-it) të kapë grimcën e saj fantazmë Po të kokës nga grimca kundër elementare, e cila është bartëse e të gjithë informacionit rreth kësaj grimce elementare.

Foton-3, duke kapur grimcën fantazmë të kokës Po të një grimce tjetër elementare, e bashkon këtë grimcë informative në strukturën e saj. Si rezultat, foton-3 shndërrohet në foton-4, i përbërë nga katër grimca fantazmë Po. Në këtë rast, grimca elementare nga e cila u hoq grimca e kokës fantazmë Po pëson shkatërrim, si rezultat i së cilës lirohet energji. Në përgjithësi, një proces i tillë i kapjes së informacionit nga një foton ndodh vetëm nëse grimca e kokës fantazmë Po e një grimce elementare kalon nëpër këtë qelizë ezoosmike, dhe jo grimcat e tjera fantazmë Po që janë pjesë e grimcës elementare.

Kur fotoni-3 rrëzon grimcën fantazmë të kokës Po nga një grimcë elementare, ai kthehet nga një "kapues" në një "transportues", domethënë një bartës informacioni (foton-4). Duke iu rikthyer shembullit shoqërues me një tren dhe vagona, kjo është e ngjashme me mënyrën se si një tren me tre vagona, duke lëvizur me shpejtësi të plotë, rrëmben një lokomotivë nga një tren që vjen. Kështu, ai bëhet një tren me dy lokomotiva, një makinë diplomatike dhe një makinë të thjeshtë, derisa të krijohen kushtet në të cilat ai mund të çlirohet nga lokomotiva e kapur në përbërjen e tij. Makinat e mbetura të trenit që vjen, pasi kanë humbur lokomotivë, shpërndahen në depo (në membranën ezoosmike).

FOTON-4 përbëhet nga katër grimca fantazmë Po: një grimcë Po fantazmë unike me kokë, një grimcë Po fantazmë me kokë "të huaj" (grimcë informacioni), një grimcë fantom aleatiane Po dhe një grimcë e fundit fantazmë Po. Është hyrja e kësaj grimce fantomike të kokës "aliene" Po në përbërjen e fotonit-4 që e bën atë e mbushur me informacion, domethënë, mbajtja e informacionit për një grimcë elementare të dhënë ("të huaj"). Por në përgjithësi, kur ka shumë fotone të tillë, ato mbartin informacion për një subjekt, objekt, fenomen, etj. Fotoni ekziston në këtë gjendje (foton-4) derisa të krijohen përsëri kushte të ngjashme në qelizën ezoosmike, nën të cilën ai çlirohet nga grimca e fantazmës Po e kokës "e huaj", domethënë ndodh procesi i "rivendosjes së informacionit". Në këtë rast, grimca e kokës fantazmë Po e fotonit rrotullohet përsëri, dhe për shkak të pjesëmarrjes së grimcës Allat power Po në këtë proces, grimca e kokës "të huaj" po shtyhet në kufijtë e fushës së saj septonore. Fantazma e kokës së kundërt grimca Po e grimcës elementare. Vetë fotoni, duke u shndërruar në gjendjen e fotonit-3, largohet nga qeliza ezoosmike. Grimca Po fantazmë e lëshuar e kokës hedh informacion në fushën e vet septon të grimcës reale Po dhe grimcës së kokës fantazmë Po të grimcës elementare (duke pasuruar kështu potencialin e tyre të brendshëm me informacion të ri) dhe shkon në mënyrë të pakthyeshme në membranën ezoosmike.

Pas rivendosjes (transferimit) të grimcës fantomike të kokës "të huaj" informative Po, fotoni-4 përsëri kthehet në foton-3, domethënë kalon në gjendjen e tij origjinale, në të cilën karakterizohet nga shumëndryshueshmëria e veprimeve të ndryshme. Për shembull, fotoni-3 mund të marrë pjesë në ndërveprime të tjera, të jetë pjesë e grimcave elementare etj. Mund të zhduket (për shkak të membranës ezoosmike) në një vend dhe të shfaqet në një vend tjetër, domethënë, mund të bëjë një tranzicion pothuajse të menjëhershëm në rrjetin ezoosmik në distanca të mëdha ("kozmike"). Sigurisht, kjo është vetëm informacion të shkurtër rreth një fotoni, të destinuar për njohje parësore. Për më tepër, ka shumë informacione unike të marra gjatë hulumtimit në lidhje me modelet dhe paradokset e sjelljes së fotonit në mjedise të ndryshme, veçoritë e tij vetitë e valës, ndërveprimet me grimcat e tjera elementare, algoritmet e kontrollit të sjelljes së fotonit dhe shumë më tepër.

Në përgjithësi, duke përmbledhur informacionin e mësipërm, mund të themi se funksioni kryesor i fotonit-3 është ndërveprimet energjetike, të cilat lidhen kryesisht me procesin e shkatërrimit të materies dhe çlirimin e energjisë, dhe foton-4 është ndërveprimet e informacionit të lidhura me transferimi i informacionit. Duke ditur funksionet dhe veçoritë e një fotoni, parimet e ndërveprimit të tij me grimcat e tjera elementare dhe veçanërisht fushën e septonit, mund të kuptohen shumë procese të makro- dhe mikrobotës në të cilën ai është i përfshirë drejtpërdrejt. Falë kësaj njohurie, mund të gjenden përgjigje për shumë pyetje. Për shembull, si e percepton një person informacionin vizual? Çfarë është në të vërtetë një hije, nxehtësi apo ftohtë, nëse i konsiderojmë këto procese në nivelin e rrjetit ezoosmik? Për çfarë shkaqesh rrënjësore ndodh shkatërrimi i një substance që është nën ekspozim të zgjatur ndaj dritës së diellit? Cilat janë veçoritë e lidhjes së një fotoni me një fushë gravitacionale dhe elektromagnetike? Edhe me shume. Njohuritë rreth fotonit ndihmojnë për të kuptuar shkaqet kryesore të një veprimi të kryer për shkak të pjesëmarrjes së një fotoni në të dhe për të kryer llogaritjet më të sakta të ndërveprimeve të fotonit pa përdorimin e pajisjeve dhe teknologjisë së shtrenjtë.

Në një nga traktatet kryesore filozofike të Taoizmit të quajtur "Le-tzu" (shek. I-III pas Krishtit), ka rreshta të tillë për absoluten, se si bota që mori emrin vjen nga një tërësi absolute e paemërtuar.

“Në fillim ishte Thjeshtësia e Madhe,
pastaj u shfaq Fillimi i Madh,
pastaj erdhi Fondacioni i Madh,
pas së cilës u shfaq Substancialiteti i Madh.
Nuk kishte ende frymë në Thjeshtësinë e Madhe.
Fillimi i Madh ishte fillimi i frymëmarrjes,
Toka e Madhe ishte fillimi i të gjitha formave,
Materialiteti i Madh është fillimi i të gjitha gjërave.

Fryma, forma dhe gjëja nuk janë ndarë ende, që quhet Kaos. Shikoni nga afër dhe nuk do të shihni, dëgjoni dhe nuk do të dëgjoni. Emri i kësaj është "Thjeshtësia". E thjeshta nuk ka as formë e as kufij. Pasi pësoi një transformim, u bë Një, dhe nga Një - Shtatë, Shtatë u kthye në Nëntë. Mbi këtë, transformimet janë shterur dhe përsëri vijnë tek Një. Dhe ky është fillimi i transformimeve të të gjitha formave. E pastra dhe drita u ngjitën lart dhe formuan Qiellin, e pista dhe e rënda zbritën dhe formuan Tokën, dhe fryma që depërtoi të dyja lindi njeriun. Kështu Qielli dhe Toka përmbanin farën e të gjitha gjallesave dhe të gjitha gjërat erdhën në jetë.”

Në traktatin e lashtë kinez "Tao Te Ching" (kapitulli 42) ka rreshta të tillë: "Tao prodhoi një. Nje dy. Dy tre. Dhe tre janë të gjitha gjërat. Çdo gjë mbart yin dhe përmban yang.

Literatura: Chuang Tzu. Lezi. Përkthim Malyavin VV Trashëgimia filozofike. Në 3 vëllime. - M: Mendimi, 1995; Tao Te Ching: Libri i Rrugës së Jetës / përmbledhje. dhe përkthimi nga V. V. Malyavin. – M.: Feoria, 2010; Werner, Edward T.C. Mitet dhe legjendat e Kinës. George G. Harrap & Co. Ltd. Londër Bombei Sydney, 1922.

Pa marrë parasysh kuantizimin, vetitë kuantike iu caktuan objekteve që lëshojnë dhe thithin dritë (shih, për shembull, teorinë e Bohr-it). Përkundër faktit se modelet gjysmëklasike ndikuan në zhvillimin e mekanikës kuantike (gjë që dëshmohet veçanërisht nga fakti se disa nga dispozitat dhe madje pasojat e tyre përfshihen në mënyrë eksplicite në teoritë moderne kuantike), eksperimentet konfirmuan korrektësinë e Ajnshtajnit në lidhje me natyrën kuantike të dritës (shih , për shembull, , efekti fotoelektrik). Duhet të theksohet se kuantizimi i energjisë së rrezatimit elektromagnetik nuk bën përjashtim. AT teoria kuantike shumë sasive fizike janë diskrete (të kuantizuara). Shembuj të sasive të tilla janë: momenti këndor, rrotullimi dhe energjia e sistemeve të lidhura.

Futja e konceptit të një fotoni kontribuoi në krijimin e teorive dhe instrumenteve të reja fizike, dhe gjithashtu stimuloi zhvillimin e bazës eksperimentale dhe teorike të mekanikës kuantike. Për shembull, u shpik maseri, lazeri, fenomeni i kondensimit Bose-Einstein, u formulua teoria kuantike e fushës dhe interpretimi probabilistik i mekanikës kuantike. Në modelin standard modern të fizikës së grimcave, ekzistenca e fotoneve është pasojë e faktit se ligjet fizike janë të pandryshueshme nën simetrinë e matësit lokal në çdo pikë të hapësirës (shih seksionin më poshtë për një përshkrim më të detajuar). E njëjta simetri përcakton vetitë e brendshme të fotonit, të tilla si ngarkesa elektrike, masa dhe rrotullimi.

Historia e emrit dhe emërtimit

Fotoni fillimisht u quajt "kuantike e dritës" nga Albert Einstein. das Lichtquant). Emri modern, që fotoni rrjedh nga fjala greke φῶς, "phōs" ("dritë"), u prezantua nga kimisti Gilbert N. Lewis, i cili publikoi teorinë e tij, në të cilën fotonet konsideroheshin "të pakrijuara dhe të pathyeshme". Megjithëse teoria e Lewis nuk gjeti konfirmimin e saj, duke qenë në konflikt me të dhënat eksperimentale, emri i ri për kuantat e fushës elektromagnetike filloi të përdoret nga shumë fizikantë.

Historia e zhvillimit të konceptit të fotonit

Në shumicën e teorive të zhvilluara para shekullit të 18-të, drita shihej si një rrjedhë grimcash. Një nga teoritë e para të tilla u prezantua në Librin e Optikës nga Ibn al-Haytham në 1021. Në të, shkencëtari imagjinoi një rreze drite në formën e një rryme grimcash të vogla, të cilave "u mungojnë të gjitha cilësitë e dukshme, përveç energjisë". Meqenëse modele të tilla nuk mund të shpjegonin fenomene të tilla si përthyerja, difraksioni dhe dypërthyerja, u propozua një teori valore e dritës, themeluesit e së cilës ishin Rene Descartes (1637), Robert Hooke (1665) dhe Christian Huygens (1678). Sidoqoftë, modelet e bazuara në idenë e një strukture diskrete të dritës mbetën dominuese, kryesisht për shkak të ndikimit të autoritetit të Isaac Newton, i cili mbajti këto teori. AT fillimi i XIX Shekuj me radhë, Thomas Young dhe Augustin Fresnel demonstruan qartë fenomenet e ndërhyrjes dhe difraksionit të dritës në eksperimentet e tyre, pas së cilës, rreth vitit 1850, modelet e valëve u pranuan përgjithësisht. Në 1865, James Maxwell propozoi si pjesë të teorisë së tij se drita është një valë elektromagnetike. Në 1888, kjo hipotezë u konfirmua eksperimentalisht nga Heinrich Hertz, i cili zbuloi valët e radios.

Studimet e vetive të rrezatimit të trupit të zi, të cilat u zhvilluan për gati dyzet vjet (1860-1900), përfunduan me avancimin e hipotezës së Max Planck se energjia e çdo sistemi, kur lëshon ose thith rrezatim të frekuencës elektromagnetike, mund të ndryshojë vetëm me një sasi. që është një shumëfish i energjisë kuantike (d.m.th., në mënyrë diskrete), ku është konstanta e Plankut. U tregua nga Albert Ajnshtajni se një koncept i tillë i kuantizimit të energjisë duhet të pranohet për të shpjeguar ekuilibrin termik të vëzhguar midis materies dhe rrezatimi elektromagnetik. Mbi të njëjtën bazë, ai përshkroi teorikisht efektin fotoelektrik, për këtë punë Ajnshtajni mori çmimin Nobel në Fizikë në 1921. Përkundrazi, teoria e Maxwell-it pranon se rrezatimi elektromagnetik mund të ketë çdo energji (d.m.th., ai nuk është i kuantizuar).

Shumë fizikanë fillimisht supozuan se kuantizimi i energjisë është rezultat i disa vetive të panjohura të materies që thith dhe lëshon valë elektromagnetike. Në vitin 1905, Ajnshtajni sugjeroi se kuantizimi i energjisë është një veti e vetë rrezatimit elektromagnetik. Duke njohur vlefshmërinë e teorisë së Maxwell-it, Ajnshtajni vuri në dukje se shumë nga rezultatet e atëhershme anormale të eksperimenteve mund të shpjegoheshin nëse energjia e një valë drite lokalizohej në kuanta të ngjashme me grimcat që lëviznin në mënyrë të pavarur nga njëra-tjetra, edhe nëse vala përhapet vazhdimisht në hapësirë. Në dhe 1916, Ajnshtajni tregoi, bazuar në vlefshmërinë e ligjit të rrezatimit të një trupi plotësisht të zi, se një sasi energjie duhet të ketë gjithashtu vrull. Momenti i një fotoni u zbulua eksperimentalisht nga Arthur Compton, për këtë punë ai mori çmimin Nobel në Fizikë në 1927. Megjithatë, çështja e marrëveshjes teoria e valës Maxwell me vërtetimin eksperimental të natyrës diskrete të dritës mbeti i hapur. Një numër autorësh argumentuan se emetimi dhe thithja e valëve elektromagnetike ndodh në pjesë, kuante, por proceset e përhapjes së valëve janë të vazhdueshme. Natyra kuantike e fenomeneve të rrezatimit dhe përthithjes dëshmon praninë e niveleve individuale të energjisë në mikrosisteme, duke përfshirë fushën elektromagnetike, dhe pamundësinë e një mikrosistemi për të pasur një sasi arbitrare të energjisë. Paraqitjet korpuskulare janë në përputhje të mirë me modelet e vëzhguara eksperimentalisht të emetimit dhe thithjes së valëve elektromagnetike, në veçanti, me modelet rrezatimi termik dhe efekt fotoelektrik. Megjithatë, sipas mendimit të tyre, të dhënat eksperimentale tregojnë se vetitë kuantike të një valë elektromagnetike nuk manifestohen gjatë përhapjes, shpërndarjes dhe difraksionit të valëve elektromagnetike, nëse ato nuk shoqërohen me humbje energjie. Në proceset e përhapjes, një valë elektromagnetike nuk lokalizohet në një pikë të caktuar të hapësirës, ​​ajo sillet si një e tërë e vetme dhe përshkruhet nga ekuacionet e Maxwell. Zgjidhja u gjet brenda kornizës së elektrodinamikës kuantike (shih seksionin e dualitetit valë-grimcë më poshtë) dhe pasardhësit të saj, Modeli Standard.

Në përputhje me elektrodinamikën kuantike, fusha elektromagnetike në vëllimin e një kubi me një gjatësi buzë d mund të përfaqësohen si valë në këmbë në rrafsh, valë sferike ose valë që udhëtojnë në plan. Në këtë rast, vëllimi konsiderohet të jetë i mbushur me fotone me shpërndarjen e energjisë , ku nështë një numër i plotë. Ndërveprimi i fotoneve me lëndën çon në një ndryshim në numrin e fotoneve n në (rrezatimin ose thithjen).

Përpjekjet për të ruajtur teorinë e Maxwell

Siç u përmend në Leksionin Nobel të Robert Milliken, parashikimet e Ajnshtajnit të vitit 1905 u testuan eksperimentalisht në disa mënyra të pavarura në dy dekadat e para të shekullit të 20-të. Sidoqoftë, para eksperimentit të famshëm të Compton, ideja e natyrës kuantike të rrezatimit elektromagnetik nuk ishte përgjithësisht e pranuar në mesin e fizikantëve (shih, për shembull, leksionet Nobel të Wilhelm Wien, Max Planck dhe Robert Milliken), i cili u shoqërua me suksesi i teorisë valore të dritës të Maxwell. Disa fizikanë besonin se kuantizimi i energjisë në proceset e emetimit dhe thithjes së dritës ishte pasojë e disa vetive të substancës që lëshon ose thith dritën. Niels Bohr, Arnold Sommerfeld dhe të tjerë zhvilluan modele të atomit me nivele diskrete të energjisë, të cilat shpjeguan praninë e spektrave të emetimit dhe absorbimit të atomeve dhe, për më tepër, ishin në përputhje të shkëlqyer me spektrin e vëzhguar të hidrogjenit (megjithatë, nuk ishte e mundur të merrni spektrat e atomeve të tjera në këto modele). Vetëm shpërndarja e një fotoni nga një elektron i lirë, i cili nuk ka (sipas ideve të kohës) një strukturë të brendshme dhe, në përputhje me rrethanat, nivelet e energjisë, detyroi shumë fizikanë të pranojnë natyra kuantike Sveta.

Megjithatë, edhe pas eksperimenteve të Compton, Bohr, Hendrik Kramers dhe John Slater bënë një përpjekje të fundit për të shpëtuar modelin klasik të valës Maxwellian të dritës, pa marrë parasysh kuantizimin e tij, duke botuar të ashtuquajturën teori BCS. Për të shpjeguar të dhënat eksperimentale, ata propozuan dy hipoteza:

1. Energjia dhe momenti ruhen vetëm statistikisht (mesatarisht) në ndërveprimet midis materies dhe rrezatimit. Në procese të veçanta elementare, si rrezatimi dhe thithja, ligjet e ruajtjes së energjisë dhe momentit nuk përmbushen.
   Ky supozim bëri të mundur harmonizimin e ndryshimit hap pas hapi në energjinë e atomit (kalimet midis niveleve të energjisë) me vazhdimësinë e ndryshimit në energjinë e vetë rrezatimit.
2. Mekanizmi i rrezatimit është specifik. Në veçanti, rrezatimi spontan konsiderohej si rrezatim i stimuluar nga një fushë elektromagnetike "virtuale".

Megjithatë, eksperimentet e Compton-it treguan se energjia dhe momenti ruhen saktësisht në proceset elementare dhe se llogaritjet e tij për ndryshimin e frekuencës së një fotoni të incidentit në shpërndarjen e Compton janë të sakta deri në 11 shifra dhjetore. Pas kësaj, Bohr dhe bashkautorët e tij i dhanë modelit të tyre "funeralin më fisnik të mundshëm, aq sa ishte e mundur". Sidoqoftë, kolapsi i modelit BCS frymëzoi Werner Heisenberg për të krijuar mekanikën e matricës.

Një nga eksperimentet që konfirmoi kuantizimin e përthithjes së dritës ishte eksperimenti i Walter Bothe, i kryer prej tij në 1925. Në këtë eksperiment, një fletë metalike e hollë u rrezatua me rreze X me intensitet të ulët. Në këtë rast, vetë petë u bë një burim i rrezatimit dytësor të dobët. Bazuar në konceptet klasike të valës, ky rrezatim duhet të shpërndahet në mënyrë uniforme në hapësirë ​​në të gjitha drejtimet. Në këtë rast, dy sportele të vendosura në të majtë dhe në të djathtë të fletës duhet ta kenë regjistruar njëkohësisht. Sidoqoftë, rezultati i eksperimentit doli të ishte saktësisht i kundërt: rrezatimi u regjistrua ose nga numëruesi i djathtë ose i majtë, dhe kurrë nga të dy në të njëjtën kohë. Rrjedhimisht, përthithja ndodh në kuanta të veçanta. Përvoja konfirmoi kështu pozicionin origjinal teoria e fotonit rrezatimi, dhe kështu u bë një tjetër provë eksperimentale e vetive kuantike të rrezatimit elektromagnetik.

Në një vakum, energjia dhe momenti i një fotoni varen vetëm nga frekuenca e tij (ose, në mënyrë ekuivalente, nga gjatësia e valës së tij):

dhe, për rrjedhojë, madhësia e momentit është:

ku - Konstanta e Plankut, e barabartë me; - vektori i valës dhe - vlera e tij (numri i valës); - frekuencë këndore. Vektori i valës tregon drejtimin e lëvizjes së fotonit. Rrotullimi i një fotoni nuk varet nga frekuenca.

Formulat klasike për energjinë dhe momentin e rrezatimit elektromagnetik mund të merren nga koncepti i fotoneve. Për shembull, presioni i rrezatimit kryhet për shkak të transferimit të momentit të fotoneve në trup gjatë përthithjes së tyre. Në të vërtetë, presioni është një forcë që vepron për njësi sipërfaqeje dhe forca është e barabartë me ndryshimin e momentit të pjestuar me kohën e këtij ndryshimi.

Dualiteti valë-grimcë dhe parimi i pasigurisë

Eksperimenti i mendimit i Heisenberg për të gjetur një elektron (të hijezuar në blu) duke përdorur një mikroskop me rreze gama me rezolucion të lartë. Rrezet gama të rastësishme (të paraqitura në të gjelbër) shpërndahen nga një elektron dhe hyjnë në këndin e hapjes së mikroskopit θ. Rrezet gama të shpërndara janë paraqitur me të kuqe në figurë. Optika klasike tregon se pozicioni i një elektroni mund të përcaktohet vetëm deri në një vlerë të caktuar Δ x, e cila varet nga këndi θ dhe nga gjatësia valore λ e rrezeve rënëse.

Është e rëndësishme të theksohet se kuantizimi i dritës dhe varësia e energjisë dhe momentit nga frekuenca është e nevojshme për të përmbushur parimin e pasigurisë që zbatohet për një grimcë masive të ngarkuar. Kjo mund të ilustrohet nga eksperimenti i famshëm i mendimit me një mikroskop ideal që përcakton koordinatat e një elektroni duke e rrezatuar atë me dritë dhe duke regjistruar dritën e shpërndarë (mikroskopi gama i Heisenberg). Pozicioni i një elektroni mund të përcaktohet me një saktësi të barabartë me rezolucionin e një mikroskopi. Bazuar në konceptet e optikës klasike:

ku është këndi i hapjes së mikroskopit. Kështu, pasiguria e koordinatës mund të bëhet arbitrarisht e vogël duke reduktuar gjatësinë e valës së rrezeve rënëse. Megjithatë, pas shpërndarjes, elektroni fiton një moment shtesë, pasiguria e të cilit është e barabartë me . Nëse rrezatimi i rënë nuk do të kuantizohej, kjo pasiguri mund të zvogëlohej në mënyrë arbitrare duke ulur intensitetin e rrezatimit. Gjatësia e valës dhe intensiteti i dritës rënëse mund të ndryshohen në mënyrë të pavarur nga njëra-tjetra. Si rezultat, në mungesë të kuantizimit të dritës, do të ishte e mundur të përcaktohet njëkohësisht me saktësi të lartë pozicioni i një elektroni në hapësirë ​​dhe momenti i tij, gjë që bie ndesh me parimin e pasigurisë.

Në mënyrë të ngjashme, parimi i pasigurisë për fotonet ndalon matjen e njëkohshme të saktë të numrit të fotoneve (shih gjendjen Fock dhe seksionin e dytë të kuantizimit më poshtë) në një valë elektromagnetike dhe fazën e kësaj vale (shih gjendjen koherente dhe gjendjen koherente të shtrydhur):

Modeli i gazit foton Bose-Einstein

Statistikat kuantike, të aplikuara në sistemet e grimcave me rrotullim me numër të plotë, u propozuan në vitin 1924 nga fizikani indian S. Bose për kuantet e dritës dhe u zhvillua nga A. Einstein për të gjithë bozonët. Rrezatimi elektromagnetik brenda një vëllimi të caktuar mund të konsiderohet si një gaz ideal, i përbërë nga një grup fotonesh që praktikisht nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin. Ekuilibri termodinamik i këtij gazi fotoni arrihet nga ndërveprimi me muret e zgavrës. Ndodh kur muret emetojnë aq fotone për njësi të kohës sa ato thithin. Në këtë rast, një shpërndarje e caktuar energjie e grimcave vendoset brenda vëllimit. Bose mori ligjin e Plankut për rrezatimin e trupit të zi pa përdorur fare elektrodinamikë, por thjesht duke modifikuar llogaritjen e gjendjeve kuantike të një sistemi fotonesh në hapësirën fazore. Në veçanti, u zbulua se numri i fotoneve në një zgavër absolutisht të zezë, energjia e së cilës bie në intervalin nga deri është e barabartë me:

ku është vëllimi i zgavrës, është konstanta e Dirakut, është temperatura e gazit të fotonit të ekuilibrit (përkon me temperaturën e mureve).

Në një gjendje ekuilibri, rrezatimi elektromagnetik në një zgavër absolutisht të zezë (i ashtuquajturi rrezatim i ekuilibrit termik ose rrezatimi i trupit të zi) përshkruhet nga të njëjtat parametra termodinamikë si një gaz i zakonshëm: vëllimi, temperatura, energjia, entropia, etj. Rrezatimi ushtron presion mbi muret, meqë fotonet kanë vrull. Marrëdhënia e këtij presioni me temperaturën pasqyrohet në ekuacionin e gjendjes për një gaz foton:

ku është konstanta Stefan-Boltzmann.

Ajnshtajni tregoi se ky modifikim është i barabartë me njohjen që fotonet janë rreptësisht identike me njëri-tjetrin, dhe mes tyre nënkuptohet prania e një "ndërveprimi misterioz jolokal", i cili tani kuptohet si një kërkesë që gjendjet mekanike kuantike të jenë simetrike në lidhje me ndërrimin e grimcave. Kjo punë përfundimisht çoi në konceptin e gjendjeve koherente dhe kontribuoi në shpikjen e lazerit. Në të njëjtat artikuj, Ajnshtajni zgjeroi idetë e Bose për grimcat elementare me rrotullim të plotë (bozonet) dhe parashikoi fenomenin e një kalimi masiv të grimcave të një gazi bosonik të degjeneruar në një gjendje me një energji minimale kur temperatura bie në një vlerë të caktuar kritike ( kondensimi Bose-Einstein). Ky efekt u vu re eksperimentalisht në vitin 1995, dhe në vitin 2001 autorët e eksperimentit u nderuan me çmimin Nobel. Në kuptimin modern, bozonet, duke përfshirë fotonet, i binden statistikave të Bose-Ajnshtajnit, dhe fermionet, për shembull, elektronet, i binden statistikave Fermi-Dirac.

Emetim spontan dhe i stimuluar

Ajnshtajni filloi duke postuluar marrëdhënie të thjeshta midis shkallës së përthithjes dhe reaksioneve të emetimit. Në modelin e tij, shkalla e përthithjes së fotoneve të frekuencës dhe kalimi i atomeve nga një nivel energjie në një nivel më të lartë me energji është në proporcion me numrin e atomeve me energji dhe densitetin spektral të rrezatimit për fotonet përreth me të njëjtën frekuencë:

Këtu është konstanta e shkallës së reaksionit të përthithjes (koeficienti i përthithjes). Për të zbatuar procesin e kundërt, ekzistojnë dy mundësi: emetimi spontan i fotoneve dhe kthimi i një elektroni në një nivel më të ulët përmes ndërveprimit me një foton të rastësishëm. Sipas qasjes së përshkruar më sipër, shpejtësia përkatëse e reagimit, e cila karakterizon emetimin e fotoneve të frekuencës nga sistemi dhe kalimin e atomeve nga niveli më i lartë i energjisë në atë më të ulët me energji, është i barabartë me:

Këtu është koeficienti i emetimit spontan, është koeficienti përgjegjës për emetimin e stimuluar nën veprimin e fotoneve të rastësishme. Në ekuilibrin termodinamik, numri i atomeve në gjendje energjetike dhe mesatarisht duhet të jetë konstant në kohë, prandaj vlerat dhe duhet të jenë të barabarta. Për më tepër, në analogji me përfundimet e statistikave të Boltzmann-it, lidhja qëndron:

ku është shumësia e degjenerimit të niveleve të energjisë dhe, është energjia e këtyre niveleve, është konstanta e Boltzmann-it, është temperatura e sistemit. Nga sa më sipër rezulton se:

Koeficientët dhe quhen koeficientët e Ajnshtajnit.

Ajnshtajni nuk arriti të shpjegonte plotësisht të gjitha këto ekuacione, por ai besonte se në të ardhmen do të ishte e mundur të llogariteshin koeficientët dhe kur "mekanika dhe elektrodinamika të ndryshohen në mënyrë që të korrespondojnë me hipotezën kuantike". Dhe vërtet ndodhi. Në vitin 1926, Paul Dirac mori konstanten duke përdorur një qasje gjysmëklasike dhe gjeti me sukses të gjitha këto konstante bazuar në parimet themelore të teorisë kuantike. Kjo punë u bë themeli i elektrodinamikës kuantike, pra teoria e kuantizimit të fushës elektromagnetike. Qasja e Dirakut, e quajtur metoda e kuantizimit të dytë, është bërë një nga metodat kryesore të teorisë kuantike të fushës. Duhet të theksohet edhe një herë se në mekanikën kuantike të hershme, vetëm grimcat e materies, dhe jo fusha elektromagnetike, trajtoheshin si mekanike kuantike.

Ajnshtajni ishte i shqetësuar se teoria e tij dukej e paplotë sepse nuk përshkruante drejtimin emetim spontan foton. Natyra probabilistike e lëvizjes së grimcave të dritës u konsiderua fillimisht nga Isaac Newton në shpjegimin e tij të fenomenit të dypërthyerjes (efekti i ndarjes së një rreze drite në dy komponentë në mjediset anizotropike) dhe, në përgjithësi, fenomeni i ndarjes së dritës. trarët nga kufiri i dy mediave në rreze të reflektuara dhe të përthyera. Njutoni sugjeroi që "ndryshoret e fshehura" që karakterizojnë grimcat e dritës përcaktojnë se cila nga dy rrezet e ndara do të shkojë një grimcë e caktuar. Në mënyrë të ngjashme, Ajnshtajni, duke filluar të distancohej nga mekanika kuantike, shpresonte për shfaqjen e një teorie më të përgjithshme të mikrobotës, në të cilën nuk do të kishte vend për rastësi. Veçanërisht, prezantimi i interpretimit probabilistik të funksionit të valës nga Max Born u stimulua nga puna e mëvonshme e Ajnshtajnit, i cili po kërkonte një teori më të përgjithshme.

Kuantizimi i dytë

Matematikisht, metoda e dytë e kuantizimit është se një sistem kuantik përbëhet nga një numër i madh grimca identike , përshkruhet duke përdorur funksionet valore, në të cilat roli i ndryshoreve të pavarura luhet nga numrat e okupimit. Kuantizimi sekondar kryhet duke futur operatorë që rrisin dhe zvogëlojnë numrin e grimcave në një gjendje të caktuar (numrat e okupimit) me një. Këta operatorë quhen ndonjëherë operatorë të lindjes dhe të asgjësimit. Matematikisht, vetitë e operatorëve të mbushjes dhe asgjësimit jepen me marrëdhënie ndërrimi, forma e të cilave përcaktohet nga spin-i i grimcave. Me një përshkrim të tillë, vetë funksioni i valës bëhet operator.

Në shënimin fizik modern gjendje kuantike fusha elektromagnetike shkruhet si një gjendje Fock, produkti tensor i gjendjeve të çdo modaliteti elektromagnetik:

ku paraqet gjendjen me numrin e fotoneve në modë Krijimi i një fotoni të ri (për shembull, i emetuar në një tranzicion atomik) në mod shkruhet si më poshtë:

Foton si një bozon matës

Artikulli kryesor: Teoria e matësve

Ekuacionet e Maksuellit që përshkruajnë fushën elektromagnetike mund të merren nga paraqitjet e teorisë së matësit si pasojë e përmbushjes së kërkesës së pandryshueshmërisë së matësit të elektronit në lidhje me transformimin e koordinatave hapësirë-kohë. Për një fushë elektromagnetike, kjo simetri matës pasqyron aftësinë e numrave kompleks për të ndryshuar pjesën imagjinare pa ndikuar në pjesën reale, si në rastin e energjisë ose Lagranzhit.

Në Modelin Standard, fotoni është një nga katër bozonet matës të përfshirë në ndërveprimin elektro-dobët. Tre të tjerët (W + , W − dhe Z 0) quhen bozone vektoriale dhe janë përgjegjës vetëm për bashkëveprimin e dobët. Ndryshe nga fotoni, bozonet vektoriale kanë një masë, ato duhet të jenë masive për faktin se ndërveprimi i dobët manifestohet vetëm në distanca shumë të vogla,<10 −15 см. Однако кванты калибровочных полей должны быть безмассовыми, появление у них массы нарушает калибровочную инвариантность уравнений движения. Выход из этого затруднения был предложен Питером Хиггсом , теоретически описавшим явление спонтанного нарушение электрослабой симметрии . Оно позволяет сделать векторные бозоны тяжёлыми без нарушения калибровочной симметрии в самих уравнениях движения. Объединение фотона с W и Z калибровочными бозонами в электрослабом взаимодействии осуществили Шелдон Ли Глэшоу , Абдус Салам и Стивен Вайнберг , за что были удостоены Нобелевской премии по физике в 1979 году . Важной проблемой квантовой теории поля является включение в единую калибровочную схему и сильного взаимодействия (так называемое «великое объединение »). Однако ключевые следствия посвящённых этому теорий, такие как распад протона , до сих пор не были обнаружены экспериментально.

Kontributi i fotoneve në masën e sistemit

Fotonet në materie

Drita udhëton në një mjedis transparent me një shpejtësi më të vogël se shpejtësia e dritës në vakum. Për shembull, fotoneve që përjetojnë shumë përplasje gjatë rrugës së tyre nga bërthama diellore rrezatuese mund të duhen rreth një milion vjet për të arritur në sipërfaqen e Diellit. Megjithatë, duke lëvizur në hapësirën e jashtme, të njëjtat fotone arrijnë në Tokë në vetëm 8.3 minuta. Vlera që karakterizon uljen e shpejtësisë së dritës quhet indeksi i thyerjes së një substance.

Nga një këndvështrim klasik, ngadalësimi mund të shpjegohet si më poshtë. Nën ndikimin e forcës së fushës elektrike të valës së dritës, elektronet e valencës së atomeve të mediumit fillojnë të bëjnë lëkundje të detyruara harmonike. Elektronet lëkundëse fillojnë, me një vonesë të caktuar, të rrezatojnë valë dytësore me të njëjtën frekuencë dhe intensitet si drita rënëse, të cilat ndërhyjnë me valën fillestare, duke e ngadalësuar atë. Në modelin korpuskular, ngadalësimi mund të përshkruhet në vend të kësaj duke përzier fotonet me perturbimet kuantike në materie (kuazigrimca, si fonone dhe eksitone) për të formuar një polariton. Një polariton i tillë ka një masë efektive jo zero, prandaj nuk është më në gjendje të lëvizë me shpejtësi. Efekti i ndërveprimit të fotoneve me kuazigrimcat e tjera mund të vërehet drejtpërdrejt në efektin Raman dhe në shpërndarjen Mandelstam-Brillouin.

Në mënyrë të ngjashme, fotonet mund të shihen si grimca që lëvizin gjithmonë me shpejtësinë e dritës, madje edhe në materie, por që përjetojnë një zhvendosje fazore (vonesa ose avancim) për shkak të ndërveprimeve me atomet që ndryshojnë gjatësinë e valës dhe momentin e tyre, por jo shpejtësinë e tyre. Paketat valore të përbëra nga këto fotone lëvizin me një shpejtësi më të vogël se . Nga ky këndvështrim, fotonet janë, si të thuash, "të zhveshur", prandaj ato shpërndahen nga atomet, dhe faza e tyre ndryshon. Ndërsa, nga këndvështrimi i përshkruar në paragrafin e mëparshëm, fotonet “vishen” përmes bashkëveprimit me materien dhe lëvizin pa shpërndarje dhe zhvendosje fazore, por me shpejtësi më të ulët.

Në varësi të frekuencës, drita përhapet nëpër materie me shpejtësi të ndryshme. Ky fenomen në optikë quhet dispersion. Kur krijohen kushte të caktuara, është e mundur të arrihet që shpejtësia e përhapjes së dritës në një substancë të bëhet jashtëzakonisht e vogël (e ashtuquajtura "dritë e ngadaltë"). Thelbi i metodës është se duke përdorur efektin e transparencës së induktuar elektromagnetikisht, është e mundur të merret një medium me një rënie shumë të ngushtë në spektrin e tij të absorbimit. Në këtë rast, një ndryshim jashtëzakonisht i pjerrët në indeksin e thyerjes vërehet në rajonin e kësaj rënieje. Kjo do të thotë, në këtë zonë, kombinohet një shpërndarje e madhe e mediumit (me një varësi normale spektrale - një rritje në indeksin e thyerjes drejt një rritje të frekuencës) dhe transparenca e tij për rrezatim. Kjo siguron një reduktim të ndjeshëm në shpejtësinë e grupit të dritës (deri në 0,091 mm / në kushte të caktuara).

Fotonet gjithashtu mund të absorbohen nga bërthamat, atomet ose molekulat, duke shkaktuar kështu një kalim midis gjendjeve të tyre energjetike. Një shembull klasik është tregues i përthithjes së fotoneve nga pigmenti vizual i shufrave të retinës, rodopsina, e cila përmban retinë, një derivat i retinolit (vitamina A), përgjegjës për shikimin e njeriut, siç u krijua në 1958 nga biokimisti amerikan, laureati i Nobelit, George Wald. dhe kolegët e tij. Thithja e një fotoni nga një molekulë rodopsine shkakton reaksionin e trans-izomerizimit të retinës, i cili çon në dekompozimin e rodopsinës. Kështu, në kombinim me proceset e tjera fiziologjike, energjia e një fotoni shndërrohet në energjinë e një impulsi nervor. Thithja e një fotoni madje mund të shkaktojë thyerjen e lidhjeve kimike, si në fotodissociimin e klorit; procese të tilla janë objekt studimi në fotokimi.

Aplikimi teknik

Ka shumë pajisje teknike që përdorin disi fotone në punën e tyre. Më poshtë janë vetëm disa prej tyre për qëllime ilustrimi.

Një pajisje e rëndësishme teknike që përdor fotone është lazeri. Puna e tij bazohet në fenomenin e emetimit të stimuluar të diskutuar më sipër. Laserët përdoren në shumë fusha të teknologjisë. Proceset teknologjike (saldimi, prerja dhe shkrirja e metaleve) kryhen kryesisht me lazer me gaz me fuqi mesatare të lartë. Në metalurgji bëjnë të mundur marrjen e metaleve super të pastra. Lazerët ultra të qëndrueshëm janë baza e standardeve të frekuencës optike, sizmografëve lazer, gravimetrave dhe instrumenteve të tjera fizike precize. Lazerët e sintonizueshëm me frekuencë (për shembull, lazeri me ngjyra) kanë revolucionarizuar spektroskopinë, duke rritur ndjeshëm rezolucionin dhe ndjeshmërinë e metodës deri në vëzhgimin e spektrave të atomeve individuale. Laserët përdoren edhe në mjekësi si bisturi pa gjak, në trajtimin e sëmundjeve të syve dhe lëkurës. Gama e lazerit kontribuoi në përsosjen e sistemeve të navigimit në hapësirë, zgjeroi njohuritë për atmosferat dhe strukturën e sipërfaqes së planetëve, bëri të mundur matjen e shpejtësisë së rrotullimit të Venusit dhe Mërkurit dhe rafinoi ndjeshëm karakteristikat e lëvizjes së Hëna dhe planeti Venus në krahasim me të dhënat astronomike. Me përdorimin e lazerëve, ata po përpiqen të zgjidhin problemin e shkrirjes termonukleare të kontrolluar. Laserët përdoren gjerësisht në jetën e përditshme (printera lazer, DVD, tregues lazer, etj.).

Emetimi dhe thithja e fotoneve nga lënda përdoret në analizën spektrale. Atomet e secilit element kimik kanë frekuenca rezonante të përcaktuara rreptësisht, si rezultat i të cilave është në këto frekuenca që ata lëshojnë ose thithin dritë. Kjo çon në faktin se spektri i emetimit dhe përthithjes së atomeve dhe molekulave që përbëhen prej tyre janë individuale, si gjurmët e gishtërinjve të njeriut.

Sipas metodave të përdorura, dallohen disa lloje të analizës spektrale:

1. Emitues, duke përdorur spektrat e emetimit të atomeve, më rrallë - molekulat. Ky lloj analize përfshin djegien e disa mostrave në një flakë djegëse gazi, hark elektrik DC ose AC ose shkëndijë elektrike të tensionit të lartë. Një rast i veçantë i analizës së emetimeve është analiza lumineshente.
2. thithjen, i cili përdor spektrin e përthithjes, kryesisht të molekulave, por mund të aplikohet edhe tek atomet. Këtu, kampioni shndërrohet plotësisht në një gjendje të gaztë dhe drita nga burimi i rrezatimit të vazhdueshëm kalon nëpër të. Në dalje, në sfondin e një spektri të vazhdueshëm, vërehet një spektër absorbues i substancës së avulluar.
3. rreze x, i cili përdor spektrat e rrezeve X të atomeve, si dhe difraksionin e rrezeve X kur ato kalojnë nëpër objektin në studim për të studiuar strukturën e tij. Avantazhi kryesor i metodës është se spektri i rrezeve X përmban pak rreshta, gjë që lehtëson shumë studimin e përbërjes së kampionit. Ndër të metat janë ndjeshmëria e ulët dhe kompleksiteti i pajisjeve.

Në një analizë spektrale cilësore, vetëm përbërja e kampionit përcaktohet pa treguar raportin sasior të përbërësve. Problemi i fundit zgjidhet në analizën sasiore spektrale, bazuar në faktin se intensiteti i vijave në spektër varet nga përmbajtja e substancës përkatëse në kampionin në studim. Kështu, nga spektri i një lënde, përbërja e saj kimike mund të përcaktohet. Analiza spektrale është një metodë e ndjeshme dhe përdoret gjerësisht në kiminë analitike, astrofizikën, metalurgjinë, inxhinierinë mekanike, eksplorimin gjeologjik dhe degë të tjera të shkencës.

Hulumtimi i fundit

Tani besohet se vetitë e fotoneve janë kuptuar mirë në aspektin teorik. Modeli Standard i trajton fotonet si bozone matës spin-1 me masë pushimi zero dhe ngarkesë elektrike zero (kjo e fundit vijon, në veçanti, nga simetria lokale unitare U(1) dhe nga eksperimentet mbi bashkëveprimin elektromagnetik). Megjithatë, fizikanët vazhdojnë të kërkojnë mospërputhje midis eksperimentit dhe dispozitave të Modelit Standard. Saktësia e eksperimenteve të vazhdueshme për të përcaktuar masën dhe ngarkesën e fotoneve po rritet vazhdimisht. Zbulimi i çdo sasie të vogël ngarkese ose mase në fotone do t'i jepte një goditje serioze Modelit Standard. Të gjitha eksperimentet e kryera deri tani tregojnë se fotonet nuk kanë as ngarkesë dhe as masë pushimi. Saktësia më e lartë me të cilën është mundur të matet ngarkesa e një fotoni është 5 10 −52 C(ose 3 10 −33 ); për masë - 1,1 10 −52 kg (6 10 −17 eV / 2 ose 1 10 −22 ).

Shumë kërkime moderne i kushtohen aplikimit të fotoneve në fushën e optikës kuantike. Fotonet duket se janë grimca të përshtatshme për krijimin e kompjuterëve kuantikë me performancë ultra të lartë bazuar në to. Studimi i ndërthurjes kuantike dhe teleportimit kuantik të lidhur është gjithashtu një fushë prioritare e kërkimit modern. Përveç kësaj, ekziston një studim i proceseve dhe sistemeve optike jolineare, në veçanti, fenomeni i thithjes së dy fotoneve, modulimi në fazë dhe oshilatorët parametrikë optikë. Megjithatë, fenomene dhe sisteme të tilla kryesisht nuk kërkojnë përdorimin e fotoneve në to. Ato shpesh mund të modelohen duke i konsideruar atomet si oshilatorë jolinearë. Procesi optik jo-linear i shpërndarjes parametrike spontane përdoret shpesh për të krijuar gjendje fotonike të ngatërruara. Së fundi, fotonet përdoren në komunikimin optik, duke përfshirë

Foton. Struktura e një fotoni. Parimi i lëvizjes.

Pjesa 1. Të dhënat fillestare.

Pjesa 1. Të dhënat fillestare.

1.1. Një foton është një grimcë elementare, një kuant i rrezatimit elektromagnetik.

1.2. Një foton nuk mund të ndahet në disa pjesë dhe nuk prishet spontanisht në vakum.

1.3. Një foton është një grimcë vërtet neutrale elektrike. Shpejtësia e lëvizjes (lëvizjes) e një fotoni në vakum është e barabartë me "c".

1.4. Drita është një rrymë grimcash të lokalizuara - fotone.

1.5 . Fotonet emetohen në shumë procese natyrore, për shembull: kur grimcat e ngarkuara lëvizin me nxitim (bremsstrahlung, sinkrotron, rrezatim ciklotron) ose kur një elektron kalon nga një gjendje e ngacmuar në një gjendje me një energji më të ulët. Kjo ndodh si rezultat i transformimit kryesor themelor në Natyrë - shndërrimi i energjisë kinetike të një grimce të ngarkuar në elektromagnetike (dhe anasjelltas).

1.6. Fotoni karakterizohet nga dualizmi me valë korpuskulare:

Nga njëra anë, fotonet demonstrojnë vetitë e një valë në dukuritë e difraksionit dhe ndërhyrjes në shkallë të krahasueshme me gjatësinë e valës së një fotoni;

Nga ana tjetër, një foton sillet si një grimcë që emetohet ose absorbohet tërësisht nga objektet, dimensionet e të cilave janë shumë më të vogla se gjatësia e valës së tij (për shembull, bërthamat atomike) ose konsiderohen si pika (elektroni).

1.7. Duke marrë parasysh faktin se beqare fotonet demonstrojnë vetitë e një valë, mund të argumentohet me mjaft besueshmëri se një foton është një "minivalë" (një "pjesë" e veçantë, kompakte e një vale). Në këtë rast, duhet të merren parasysh vetitë e mëposhtme të valëve:

a) uh Valët elektromagnetike (dhe fotoni) janë valë tërthore në të cilat vektorët e fushave elektrike (E) dhe magnetike (H) lëkunden pingul me drejtimin e përhapjes së valës. Valët elektromagnetike (fotoni) mund të transferohet nga burimi në marrës, duke përfshirë një vakum. Ata nuk kërkojnë një medium për shpërndarjen e tyre.

b) gjysma e energjisë së valëve elektromagnetike (dhe fotoneve) është magnetike.

c) për të karakterizuar intensitetin e procesit të valës, përdoren tre parametra: amplituda e procesit të valës, dendësia e energjisëprocesi i valës dhe dendësia e fluksit të energjisë.

1.8. Për më tepër, kur merret parasysh skema e strukturës së fotonit dhe parimi i lëvizjes së tij, u morën parasysh të dhënat e mëposhtme:

a) emetimi i një fotoni praktikisht kalon në një periudhë kohore të rendit 10 -7 sek - 10 -15 sek. Gjatë kësaj periudhe, fusha elektromagnetike e fotonit rritet nga zero në maksimum dhe përsëri bie në zero. Shih fig.1.

b) grafiku i ndryshimit në fushën e fotonit nuk mund të jetë në asnjë mënyrë një pjesë e një sinusoidi të cunguar, pasi në vendet e prerjes do të lindnin forca të pafundme;

në) meqenëse frekuenca e një valë elektromagnetike është një sasi që vërehet në eksperimente, e njëjta frekuencë (dhe gjatësi vale) mund t'i atribuohet gjithashtu një fotoni individual. Prandaj, parametrat e fotonit, si valët, përshkruhen me formulën E = h* f , ku h është konstanta e Plankut, e cila lidh madhësinë e energjisë së fotonit me frekuencën e tij ( f).

Oriz. 1. Një foton është një grimcë materiale dhe është një "copë" kompakte (me fillim dhe një fund), e pandashme e valës, në të cilën fusha elektromagnetike rritet nga zero në një maksimum të caktuar dhe përsëri bie në zero. Fushat magnetike në mënyrë konvencionale nuk tregohen.

Pjesa 2. Parimet themelore të strukturës së fotonit.

2.1. Pothuajse në të gjithë artikujt mbi valët elektromagnetike (fotonet), figurat përshkruajnë dhe tregojnë grafikisht një valë të përbërë nga dy fusha - elektrike dhe magnetike, për shembull, citati: "Një fushë elektromagnetike është një kombinim i fushave magnetike elektrike ...". Sidoqoftë, ekzistenca e një valë elektromagnetike (dhe fotoni) "dy komponentë" është e pamundur për një arsye të thjeshtë: një fushë magnetike me një përbërës dhe elektrike me një përbërës në një valë elektromagnetike (foton) nuk ekziston dhe nuk mund të ekzistojë. Shpjegim:

a) ekzistojnë modele-formula-ligje teorike që përdoren për llogaritjen ose përcaktimin e parametrave në kushte ideale (për shembull, një model teorik i një gazi ideal). Kjo është krejtësisht e pranueshme. Megjithatë, për llogaritjet në kushte reale, në këto formula futen faktorë korrigjues, të cilët pasqyrojnë parametrat realë të mediumit.

b) ekziston edhe një model teorik i quajtur “fusha elektrike”. Kjo është e pranueshme për zgjidhjen e problemeve teorike. Megjithatë, në realitet ekzistojnë vetëm dy fusha elektrike: fusha elektrike-plus (#1) dhe fusha elektrike-minus (#2). Substancat e quajtura "pa pagesë? neutrale elektrike? fusha elektrike nr. 3 nuk ekziston në realitet dhe nuk mund të ekzistojë. Prandaj, kur modeloni kushtet reale në një model teorik të quajtur "fushë elektrike", është gjithmonë e nevojshme të merren parasysh dy "faktorë korrigjues" - fusha elektrike reale-plus dhe fusha reale elektrike-minus.

c) ekziston një model teorik i quajtur "fushë magnetike". Kjo është mjaft e pranueshme për disa detyra. Megjithatë, në realitet, një fushë magnetike ka gjithmonë dy pole magnetike: polin #1 (N) dhe polin #2 (S). Substancat e quajtura "jo polare? fusha magnetike nr. 3 nuk ekziston dhe nuk mund të ekzistojë në realitet. Prandaj, kur modelohen kushtet reale në një model teorik të quajtur "fushë magnetike", është gjithmonë e nevojshme të merren parasysh dy "faktorë korrigjues" - poli-N dhe poli- S.

2.2. Kështu, duke marrë parasysh sa më sipër, mund të nxjerrim një përfundim mjaft të paqartë: një foton është një grimcë kompakte (që ka një fillim dhe një fund), grimcë materiale, në të cilën materia është një kombinim i dy elektrike (plus ose minus) dhe dy magnetike. Fushat (N-S) që mund të përhapen nga burimet e tyre pa dobësim (në vakum) në distanca të gjata arbitrare. Shih fig.2.

Fig.2. Një foton është një kombinim i dy fushave elektrike (plus dhe minus) dhe dy fushave magnetike (N dhe S). Në këtë rast, elektroneutraliteti i përgjithshëm i fotonit është vërejtur plotësisht. Në këtë punim, supozohet se fusha elektrike minus është e bashkuar me fushën magnetike-N, dhe fusha elektrike plus është e bashkuar me fushën magnetike-S.

Pjesa 3. Kuanti i energjisë dhe kuanti i masës.

3.1. Nga njëra anë, një foton është një grimcë kompakte, e pandashme, në të cilën fusha elektromagnetike rritet nga zero në një maksimum të caktuar dhe përsëri bie në zero. Kjo do të thotë, fotoni ka një madhësi lineare shumë reale (fillimi dhe fundi).

3.2. Megjithatë, nga ana tjetër, parametrat e fotonit, si valët, përshkruhen me formulën E = h* f , ku h - konstanta e Plankut (eV * sek), kuanti elementar i veprimit (konstanta themelore e botës), e cila lidh vlerën e energjisë së fotonit me frekuencën e saj ( f).

3.3. Kjo na lejon të supozojmë se të gjitha fotonet përbëhen nga një numër i mirëpërcaktuar (n) kuantash të energjisë elementare "të pavarura" neutrale elektrike "mesatare" (eV) me absolutisht të njëjtën gjatësi vale ( L ). Në këtë rast, energjia e çdo fotoni është: E = e 1 *n, ku (p.sh 1 ) është energjia e një kuantike elementare, (n) është numri i tyre në një foton. Shih fig.3.

Fig.3.

a) foton "normal" (fusha elektromagnetike rritet nga zero në një maksimum të caktuar dhe përsëri bie në zero);

b) i njëjti foton nga kuantet "mesatare". Mund të supozohet se çdo foton përbëhet nga një numër i mirëpërcaktuar i kuanteve të energjisë elementare "mesatare" absolutisht identike;

c) kuantike elementare të energjisë fotonike "mesatare". Kuanti elementar i energjisë (dimensioni - eV) është absolutisht i njëjtë për të gjitha valët elektromagnetike të të gjitha vargjeve dhe është i ngjashëm me kuantumin elementar të veprimit të Planck, (dimensioni - eV * sek). Në këtë rast: E (eV) = h* f = e 1 *n.

3.4. Çështja e një fotoni. Fotonet emetohen si rezultat i transformimit kryesor themelor në Natyrë - shndërrimi i energjisë kinetike të një grimce të ngarkuar në energji elektromagnetike dhe anasjelltas - shndërrimi i energjisë elektromagnetike të fotoneve në energjinë kinetike të një grimce të ngarkuar. Megjithatë, energjia kinetike është jomateriale, dhe energjia elektromagnetike e një fotoni ka të gjitha vetitë e materies. Kështu: si rezultat i transformimit kryesor themelor në natyrë, energjia kinetike jomateriale e një grimce të ngarkuar shndërrohet në energjinë e fushave elektrike dhe magnetike të një fotoni, i cili ka veti mjaft reale të materies: vrull, shpejtësi, masë. , dhe karakteristika të tjera. Meqenëse fotoni është material, të gjitha pjesët përbërëse të tij janë gjithashtu materiale. Kjo është: një kuantë elementare e energjisë është automatikisht një kuantë elementare e masës.

3.5. Çdo foton përbëhet nga një numër i mirëpërcaktuar i kuanteve elementare të energjisë elektrike neutrale "të pavarura". Dhe rishikimi i skemës struktura e kuantit elementar tregon se:

a) një kuant elementar nuk mund të ndahet në dy pjesë të barabarta, pasi kjo do të jetë automatikisht një shkelje e ligjit të ruajtjes së ngarkesës;

b) është gjithashtu e pamundur të "ndash" një pjesë më të vogël nga një kuant elementar, pasi kjo automatikisht do të çojë në një ndryshim në vlerën e konstantës së Planck (konstanta themelore) për këtë kuant.

3.6. Rrjedhimisht:

Së pari. Shndërrimi i energjisë elektromagnetike të fotoneve në energjinë kinetike të një grimce të ngarkuar nuk mund të jetë një funksion i vazhdueshëm - energjia elektromagnetike mund të shndërrohet në energjinë kinetike të grimcave (dhe anasjelltas) vetëm në vlerat e energjisë që janë shumëfisha të një elementare kuantike të energjisë.

Së dyti. Meqenëse predha e kuarkeve, protoneve, neutroneve dhe grimcave të tjera janëlëndë e ngjeshur elektrikisht neutrale e fotoneve, atëherë kanë rëndësi edhe masat e këtyre predhave , shumëfisha të kuantit të masës elementare.

3.7. Shënim: megjithatë, ndarja e kuanteve elementare në dy pjesë absolutisht të barabarta (pozitive dhe negative) është mjaft e mundshme (dhe ndodh) gjatë formimit të çifteve elektron-pozitron. Në këtë rast, masa e elektronit dhe pozitronitçështje , shumëfisha të gjysmës së kuantit elementar të masës (shih " Elektroni. Formimi dhe struktura e elektronit. Monopoli magnetik i elektronit).

Pjesa 4. Parimet themelore të lëvizjes së fotoneve.

4.1. Lëvizja e një grimce fotonike materiale mund të kryhet vetëm në dy mënyra:

Opsioni-1: fotoni lëviz nga inercia;

Opsioni-2: fotoni është një grimcë vetëlëvizëse.

4.2. Për arsye të panjohura, është lëvizja inerciale e valëve elektromagnetike (dhe fotoneve) që nënkuptohet ose përmendet dhe paraqitet grafikisht në pothuajse të gjithë artikujt mbi valët elektromagnetike, për shembull: Wikipedia. rrezatimi elektromagnetik. anglisht. Shih fig.4.

Fig.4. Një shembull i lëvizjes inerciale të një fotoni (Wikipedia. Rrezatimi elektromagnetik). Fotoni lëviz pranë vëzhguesit nga e majta në të djathtë me një shpejtësi V = "me". Në këtë rast, të gjitha petalet e sinusoidit nuk i ndryshojnë parametrat e tyre, domethënë: në kornizën e referencës së fotonit, ato janë absolutisht të palëvizshme.

4.3. Sidoqoftë, lëvizja inerciale e një fotoni është e pamundur, për shembull, për arsyen e mëposhtme: kur një foton kalon nëpër një pengesë (xham), shpejtësia e tij zvogëlohet, por pasi kalon nëpër një pengesë (një ose më shumë), fotoni përsëri ". në çast” dhe rikthen shpejtësinë e tij në “c” = konst. Me lëvizje inerciale, një rikuperim i tillë i pavarur i shpejtësisë është i pamundur.

4.4. Një rritje "e menjëhershme" e shpejtësisë nga një foton (deri në "c" = konst) pas kalimit përmes një pengese është e mundur vetëm nëse vetë fotoni është një grimcë vetëlëvizëse. Në këtë rast, mekanizmi i vetëlëvizjes së fotonit mund të jetë vetëm një përmbysje e polaritetit të fushave elektrike të disponueshme (plus dhe minus) dhe magnetike (N dhe S) me një zhvendosje të njëkohshme të fotonit me gjysmë periode, domethënë me një frekuencë e dyfishuar (2 * f). Shih fig.5.

Fig.5. Skema e lëvizjes së fotonit për shkak të ndryshimit të polaritetit të fushave. "Fragment" - sekuenca e ndryshimit të polaritetit të fushës-plus.

4.5. Shpjegimi i mekanizmit të lëvizjes së fotonit u bazua në të dhënat e mëposhtme:

a) fusha elektromagnetike e një fotoni është një kombinim i fushave elektrike të ndryshueshme (plus ose minus) dhe magnetike (N dhe S);

b) fushat elektrike dhe magnetike të një fotoni nuk mund të zhduken - ato mund të kthehen vetëm në njëra-tjetrën. Krijimi i një fushe magnetike nga një fushë elektrike alternative është një fenomen natyror themelor;

c) një fushë magnetike shfaqet vetëm në prani të një fushe elektrike që ndryshon nga koha dhe anasjelltas (çdo ndryshim në fushën elektrike ngacmon një fushë magnetike dhe, nga ana tjetër, një ndryshim në fushën magnetike ngacmon një fushë elektrike). Prandaj, fushat magnetike të një fotoni mund të lindin vetëm nëse fotoni ka fusha elektrike të ndryshueshme me shenjë dhe fusha elektrike që ndryshojnë nga koha (në kuadrin e referencës së fotonit).

4.6. Kur shpjegohet mekanizmi i ndryshimit të polaritetit të fotonit, u morën parasysh opsionet e mëposhtme:

a) prania e hapësirës së lirë përpara fotonit. Një foton është një "pjesë" kompakte, e pandashme e një valë në formën e një sinusoidi, në të cilën fushat elektromagnetike rriten nga zero në një maksimum të caktuar dhe përsëri bien në zero. Kjo është: "trupi" i një fotoni ka një gjatësi gjeometrike shumë reale (fillimi dhe fundi). Lëvizja e një fotoni ndodh për shkak të lëvizjes së një fotoni në një distancë prej një gjysmë cikli (1/2L) për çdo akt të ndryshimit të polaritetit. Dhe kjo lëvizje mund të ndodhë gjithmonë vetëm në një drejtim (përpara), ku ka hapësirë ​​të lirë përpara fotonit;

b) "Lufta e të kundërtave". Fusha elektromagnetike e një fotoni është një kombinim i fushave elektrike alternative (plus ose minus) dhe magnetike (N dhe S). Në këtë punim, supozohet se fusha elektrike minus është e bashkuar me fushën magnetike-N, dhe fusha elektrike plus është e bashkuar me fushën magnetike-S. Por në këtë rast, ekziston një dëshirë e vazhdueshme (dhe legjitime) e fushave magnetike N dhe S për t'u lidhur me njëra-tjetrën, domethënë për të krijuar një "magnet bipolar" të plotë. Për ta bërë këtë, një nga fushat magnetike duhet të zhvendoset me gjysmë periode. Sidoqoftë, fushat magnetike dhe elektrike janë "fort" të ndërlidhura, dhe çdo përpjekje e fushës magnetike për t'u "çliruar" nga fusha elektrike "menjëherë" çon në një reagim kundërveprimi - shkakton një përmbysje (transferim) të polaritetit të të gjitha fushave. dhe ndërrimi i tyre automatik për gjysmë periudhe.

4.7. Meqenëse nuk ka mundësi të tjera për të shpjeguar mekanizmin e vetëlëvizjes së një fotoni, atëherë lëvizja e një fotoni për shkak të kthimit të fushave, me sa duket, është zgjidhja e vetme e problemit. Sepse vetëm mënyra e kthimit të polaritetit lejon ruajtjen e mënyrës së vetëlëvizjes së fotonit dhe në të njëjtën kohë sigurimin e pajtueshmërisë me ligjin themelor të Natyrës - gjenerimi i një fushe magnetike në prani të një fushe elektrike që ndryshon në shenjë dhe ndryshon në kohë ( dhe anasjelltas). Variantet e propozuara të mekanizmit të ndryshimit të polaritetit (shkaqet dhe sekuenca) kërkojnë studime shtesë, të cilat nuk mund të paraqiten në këtë punim. Sidoqoftë, shpjegimet e mësipërme janë një mënyrë e pranueshme për të dalë nga situata aktuale në zgjidhjen e problemit të qëndrueshmërisë së shpejtësisë së dritës, pasi ato na lejojnë të shpjegojmë mekanizmin e vetëlëvizjes së fotonit me shkallë të ndryshme sigurie.

4.8. shpejtësia e fotonit. Shpejtësia(t) e valëve elektromagnetike (fotoneve) në vakum, frekuenca e tyre ( f) dhe gjatësia e valës (L ) janë të lidhura ngushtë me formulën: с = f*L . Sidoqoftë, duhet të kihet parasysh se lëvizja e një fotoni ndodh për shkak të kthimit të njëkohshëm të fushave të tij elektrike dhe magnetike, gjatë së cilës fotoni zhvendoset me një distancë prej një gjysmë cikli (L / 2) për çdo akt të ndryshimi i polaritetit, domethënë me një frekuencë të dyfishuar. Me këtë në mendje, formula e shpejtësisë do të duket si c \u003d 2 f*L /2, e cila është absolutisht identike me formulën kryesore: c = f*L.

5. Mënyra:

5.1. Një foton është një grimcë materiale e lokalizuar (kompakte), në të cilën lënda është një kombinim i dy fushave elektrike (plus dhe minus) dhe dy fushave magnetike (N dhe S), vlerat e të cilave rriten nga zero në një maksimum të caktuar dhe përsëri. bien në zero. Në këtë rast, elektroneutraliteti i përgjithshëm i fotonit është vërejtur plotësisht.

5.2. Si rezultat i transformimit kryesor themelor në natyrë, energjia kinetike jomateriale e një grimce të ngarkuar shndërrohet në energjinë materiale të fushave elektrike dhe magnetike të një fotoni. Një foton është material dhe përbëhet nga një numër i mirëpërcaktuar i kuantave të energjisë elementare "mesatare" absolutisht identike, të cilat janë automatikisht kunta elementare në masë.

5.3. Një foton është një grimcë vetëlëvizëse e aftë të lëvizë nga burimi i saj në distanca arbitrare të mëdha (në vakum). Nuk kërkon një medium për lëvizjen e tij. Lëvizja e një fotoni ndodh për shkak të ndryshimit të polaritetit të fushave alternative elektrike (plus ose minus) dhe magnetike (N dhe S), gjatë së cilës fotoni zhvendoset me një distancë prej një gjysmë cikli për çdo akt të ndryshimit të polaritetit.

5.4. Në këtë punim, supozohet se në çdo kuantë elementare, fusha elektrike minus bashkohet me fushën magnetike-N dhe fusha elektrike plus bashkohet me fushën magnetike-S. Opsionet e tjera për bashkimin e fushave kërkojnë përpunim shtesë dhe nuk janë marrë parasysh në këtë punim.