Foton

Antik çağlardan beri, ışığın yansıması ve kırılması fenomenleri hakkında bilinmektedir. Bu fenomenlerin özü, gerçek doğası hala resmi bilim için net değil, her şey olasılık teorisi üzerine kurulu.

Modern Bilimsel edebiyat fotona kuantum denir elektromanyetik alan, modern teorilerin ışığında taşıyıcı olarak sunulan muhtemelen temel bir parçacık elektromanyetik etkileşim. Aslında, “foton” modern adı yalnızca gözlemlenen bir süreç anlamına gelse de - elektromanyetik radyasyon dalgalarını oluşturan ışığın en küçük “kısımları”, “ışınları”, görülebilir ışık, Radyo dalgaları, röntgen, lazer darbeleri vb.

Bir foton kavramı (eski Yunanca "φωτός" (fotoğraflar) - "ışık" kelimesinden) 1926'da Amerikalı kimyager Gilbert Newton Lewis tarafından tanıtıldı. Bu arada, fotonları "yaratılmamış ve yok edilemez" olarak kabul etti (bu, akıl yürütmesini eski bölünmez parçacık bilgisine dayandıran kimyager John Dalton tarafından atom kavramının tanıtılmasının hikayesine benzer).

Bugün, foton fizikte Yunan harfi gama - γ sembolü ile gösterilir. Bu atama, 1900 yılında yüksek enerjili fotonlardan oluşan gama radyasyonunun keşfi ile ilişkilidir. Fransız fizikçi Paul Villars tarafından güçlü bir manyetik alanda radyum radyasyonunu inceleme sürecinde yapıldı. Daha sonra, daha önce iki tür uranyum radyasyonunu alfa ve beta ışınları olarak adlandıran İngiliz fizikçi Ernest Rutherford, Villar tarafından keşfedilen yeni radyasyon türünün yüksek bir nüfuz gücüne sahip olduğunu keşfetti. Bu radyasyona "gama ışınları" adını verdi.

"1926'daki bilimsel bir makalesinde Gilbert Lewis şöyle yazıyor: "Burada yeni bir atom türüyle, tanımlanamayan, yaratılmamış ve yok edilemez, radyasyon enerjisinin bir taşıyıcısı olarak işlev gören ve soğurulmadan sonra, yeni bir enerji miktarıyla tekrar ortaya çıkana kadar soğurulan atomunun ana bileşeni olarak kalır... Işık olmayan, ancak tüm radyasyon süreçlerinde önemli bir rol oynayan bu varsayımsal yeni atomu önerme özgürlüğüne sahibim. , adı "foton"". İlginç bir gerçek, Gilbert Lewis'in fotonu, bu enerjinin kendisi değil, tam olarak “radyasyon/radyasyon enerjisi taşıyıcısı” olarak kabul etmesidir (şimdi fizikçiler fotonu elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olarak görmektedir). O zamandan beri "foton" kelimesi hızla kullanılmaya başlandı.

Referanslar: Lewis, Gilbert N. Fotonların korunumu Nature 118, 1926, s. 874-875; Lewis, Gilbert N. Işığın doğası. Ulusal Bilim Akademisi Bildirileri 12, 1926, s. 22-29; Roychoudhuri, Chandra, Kracklauer, A.F., Creath, Kathy. Işığın Doğası: Foton Nedir? CRC Press, 2008.

Fotonun keşfi, teorik ve deneysel fiziğin gelişimini önemli ölçüde teşvik etti. fiziksel kimya(fotokimya), Kuantum mekaniği vb. İnsanlar kabaca bu tür tezahürleri anlamaya ve kullanmaya başladılar. fiziksel olaylar, nasıl elektrik, bir foton akışı. Ancak bu fenomenlerin en küçük yapısı hakkındaki bilgiler yaklaşıktır, çünkü resmi bilim şimdiye kadar aynı elektronun veya fotonun kendisinin tam olarak nelerden oluştuğunu açıklayamaz (mikro kozmosun gerçek doğası hakkındaki bu bilgi eski zamanlarda olmasına rağmen).

Fotonun doğası bilim adamları için bir gizem olmaya devam ediyor. Ancak gözlem sürecinde kaydedilen araştırma sonuçlarına dayanarak bile, deneyler sayesinde, toplum yaşamında yaygın olarak kullanılan keşifler yapıldı. Çalışma prensibi fotonların kullanımı ile ilişkili olan çeşitli teknik cihazlar icat edilmiştir. Örneğin bilgisayarlı tomografi, kuantum üreteci (maser), lazer vb. Lazer, endüstride, tıpta ve günlük yaşamda, yüksek hassasiyetli fiziksel aletlerin (sismograflar, gravimetreler, mikrocerrahide kullanılan lazer neşterler) oluşturulmasından kaynak, metal kesme, ev işleri için teknolojik süreçlerin oluşturulmasına kadar en geniş pratik uygulamayı bulmuştur. lazer yazıcılar vb. Fotonlar ayrıca spektral analizde kullanılır (atomların elektromanyetik radyasyon spektrumlarının incelenmesi atomik spektroskopi ile gerçekleştirilir). Fotonların incelenmesi yoluyla bilim adamları, her kimyasal elementin atomlarının iyi tanımlanmış rezonans frekanslarına sahip olduğunu bulmuşlardır. Bu frekanslarda ışığı (fotonlar) yayarlar ve emerler. Yani, her insanın bireysel parmak izleri olduğu gibi, her kimyasal element kendine özgü emisyon ve absorpsiyon spektrumuna sahiptir. Ve tüm bunlar, doğadaki çeşitli güç süreçlerinde ve etkileşimlerinde aktif rol alan bir foton gibi benzersiz bir yapının çalışmasının sadece başlangıcıdır.

Temel parçacıkların tüm teorik fiziği, olasılık teorisi üzerine inşa edilmiştir. Bununla birlikte, olasılık teorisinin nesnel temellerinin analizi, yalnızca kuantum mekaniğinin yaratılması sırasında aktif olarak tartışıldı. Şimdi, olasılığın doğası fizikçiler tarafından çok canlı bir şekilde tartışılmıyor. Bir yandan, herkes mikro süreçlerin temellerine dahil olduğunu kabul ediyor ve diğer yandan, araştırmanın kendisi sırasında ikincil bir rol oynuyormuş gibi çok az şey söyleniyor. Bu, özellikle, temel parçacıkların içsel durumlarının ve özelliklerinin özellikleriyle, olasılık kavramının çoğunlukla örtbas edildiği temel parçacık fiziği için geçerlidir. Kuantum elektrodinamiğinin kurucularından biri olan Amerikalı bilim adamı Richard Feynman şöyle dedi: "Bir fotonun camdan geçip geçmemeye veya geri dönmeye nasıl "karar verdiğini" açıklayan makul bir teori icat etmeye ne kadar uğraşırsak uğraşalım, bir fotonun nasıl geri döneceğini tahmin etmek imkansızdır. verilen foton hareket edecektir. İşte farklı sonuçlara yol açan bir durum: özdeş fotonlar aynı yönde aynı cam parçasına doğru uçarlar. Belirli bir fotonun A'ya mı yoksa B'ye mi çarpacağını tahmin edemeyiz. Tek tahmin edebileceğimiz, yayılan 100 fotondan ortalama 4'ünün yüzeyden sekeceğidir. Bu, çok hassas bir bilim olan fiziğin, bir olayın olasılığını hesaplamaya ve tam olarak ne olacağını tahmin etmeye indirgendiği anlamına mı geliyor? Evet. Bu şekilde". Bu arada fotonlarla ilgili bahsedilen sorun, resmi bilim dışında hala çözülmemiş bir sorun olarak duruyor. Ancak ALLATRA SCIENCE bilim adamları için uzun zamandır çözülmüştür.

Edebiyat: Temel parçacık fiziğinin felsefi sorunları (otuz yıl sonra). Temsilci Ed. Yu.B. Molchanov. M., 1994; Feynman R. QED, ışık ve maddenin tuhaf bir teorisidir. M., 1988.

Fakat fotonlar ve elektronlar gerçekte neyi temsil ediyor, bu yapılar tam olarak nelerden oluşuyor? Foton hangi bileşenden dolayı kararlıdır ve kuvvet etkileşimlerine katılır? Modern fizikte neden bu sözde "kütlesiz temel parçacık" yok? elektrik şarjı? Foton neden evrendeki en küçük ve en yaygın temel parçacıklardan biridir? Şimdi resmi bilim bu soruları yanıtlayamıyor, çünkü foton, zengin birikmiş deneysel malzemeye rağmen, onun için gizemli bir temel parçacık olmaya devam ediyor. Ama bu durumu düzeltmek kolaydır. İLK ALLATRA FİZİĞİNİN temellerini bilen bir okul çocuğu bile bu soruların cevaplarını bulabilir.

GERÇEKTE, FOTON, gerçek bir temel parçacık olarak kabul edilirse, hayalet Po parçacıklarından oluşur. Bir foton iki durumda bulunabilir: PHOTON-3 (γ3) ve PHOTON-4 (γ4). Çoğu foton, 3 fantom Po parçacığından (foton-3) oluşur. Ancak bu fotonların her biri belirli koşullar altında 4 fantom Po parçacığından (foton-4) oluşan bir fotona dönüştürülebilir ve foton-4, foton-3'e dönüştürülebilir. Durumuna göre, bir foton ya bir güç parçacığının (foton-3) ya da bir "bilgi" parçacığının (foton-4) işlevlerini yerine getirebilir, yani ikinci durumda, temel hakkında bir bilgi taşıyıcısı olarak hareket edebilir. etkileşime girdiği parçacık. Ezoosmik ızgara boyunca hareket eden bir fotonun, hayali Po parçacıklarının spiral dönüşünün, diğer birçok temel parçacığın hayalet Po parçacıklarınınkinden daha hızlı olması dikkat çekicidir. Foton yapısının bu tür hızlandırılmış "girdapları" sayesinde, hareket hızı diğer birçok temel parçacığın hareket hızına kıyasla daha fazladır.

Foton-3 ve foton-4, kural olarak aynı enerji akışında hareket eder ve içinde her zaman foton-4'ten çok daha fazla foton-3 vardır. Örneğin, çoğu enerjiden, kuvvet etkileşimlerinden sorumlu kuvvet fotonları (fotonlar-3) olan güneşten gelen bir foton akışı vardır, ancak bunların arasında, güneş. Foton-3 akımları ısı taşımaz, çarpıştıkları parçacıklar yok edildiğinde onu yaratırlar. Malzeme nesnesine dik açılarda yönlendirilen foton-3 akışı ne kadar büyük olursa, o kadar fazla ısı üretilir. Bilgi fotonları (foton-4) sayesinde örneğin bir kişi güneşten gelen ışığı ve güneşin kendisini gözleriyle görür ve güç fotonları (foton-3) sayesinde güneşten gelen ısıyı kendi üzerinde hisseder, ve benzeri. Yani fotonlar-3 sayesinde bir enerji akışı sağlanır (maddi dünyadaki çeşitli kuvvet etkileşimlerinin yanı sıra) ve fotonlar-4 sayesinde bu enerji akışında bilgi iletilir (yani, izin veren süreçlere katılım) , örneğin, etrafındaki dünyayı görecek bir kişi).

FOTON-3 içerir üç hayalet Po parçacığı veya daha doğrusu, bir Allat hayalet Po parçacığıyla birbirine bağlanan iki hayalet Po parçacığından. Fotonu benzersiz, kararlı ve aynı zamanda aktif bir katılımcı yapan Allat hayalet Po parçacığının bileşimine dahil edilmesidir. kuvvet etkileşimleri. Bu arada, bir Llat hayalet Po parçacığı, bileşiminde ona sahip olan herhangi bir temel parçacıkta asla ilk baş hayalet Po parçacığının yerinde olmayacaktır.. Bu parçacığın kuvvet temeli olarak her zaman hayalet Po parçacıkları arasındaki temel parçacığın içinde yer alacaktır.

Foton-3, foton-4'e dönüşebilir ve foton-4, foton-3'ün durumuna dönüşebilir. Bu süreç nasıl gerçekleşir? Bir foton (hem foton-3 hem de foton-4 anlamına gelir) onu diğer temel parçacıklardan ayıran benzersiz bir yapıya sahiptir. Özellikle, alışılmadık bir birinci (baş) fantom Po parçacığına sahiptir. Ezoozmik hücrede, aynı anda farklı yönlerden girdiği uygun koşullar ortaya çıkarsa iki kafa fantom Po parçacıkları (biri bir fotona, ikincisi başka bir temel parçacığa aittir) ve en yakın yaklaşımları oluşur, ardından aşağıdaki süreç gerçekleşir.

Bir fotonun baş fantom parçacığı Po, başka bir temel parçacığın baş fantom parçacığının hareket hızına göre daha büyük hızından dolayı hızla döner. Böylece, kendisini takip eden fotonun güç parçacığının (Allat'ın hayalet Po parçacığı), bu temel parçacık hakkındaki tüm bilgilerin taşıyıcısı olan karşı temel parçacıktan baş hayalet Po parçacığını yakalamasını sağlar.

Başka bir temel parçacığın baş hayalet Po parçacığını yakalayan Foton-3, bu bilgi parçacığını yapısına bağlar. Sonuç olarak foton-3, dört fantom Po parçacığından oluşan foton-4'e dönüştürülür. Bu durumda, baş hayalet Po parçacığının çıkarıldığı temel parçacık yıkıma uğrar ve bunun sonucunda enerji açığa çıkar. Genel olarak, bir foton tarafından böyle bir bilgi yakalama işlemi, yalnızca temel parçacığın baş hayalet Po parçacığının bu ezoosmik hücreden geçmesi ve temel parçacığın parçası olan diğer hayalet Po parçacıklarının geçmemesi durumunda gerçekleşir.

Foton-3, temel bir parçacıktan baş hayalet Po parçacığını çıkardığında, bir "yakalayıcı"dan bir "taşıyıcıya", yani bir bilgi taşıyıcıya (foton-4) dönüşür. Bir tren ve vagonlarla ilgili örneğe dönersek, bu, tam hızda hareket eden üç vagonlu bir trenin karşıdan gelen bir trenden bir lokomotifi almasına benzer. Böylece, bir diplomatik vagon ve bir basit vagon olmak üzere iki lokomotifi olan bir tren haline gelir, ta ki bileşiminde yakalanan lokomotiften kendisini kurtarabileceği koşullar ortaya çıkana kadar. Lokomotifi kaybeden yaklaşan trenin kalan arabaları depoda (ezoosmik zarda) dağılır.

FOTON-4 dört hayalet Po parçacığından oluşur: benzersiz bir baş hayalet Po parçacığı, bir "yabancı" kafa hayaleti Po parçacığı (bilgi parçacığı), bir Allatian hayalet Po parçacığı ve bir son hayalet Po parçacığı. Bu "uzaylı" baş hayalet Po parçacığının foton-4'ün bileşimine girmesidir. bilgi dolu yani, belirli bir ("yabancı") temel parçacık hakkında bilgi taşıyan. Ancak genel olarak, bu tür çok sayıda foton olduğunda, belirli bir konu, nesne, fenomen vb. hakkında bilgi taşırlar. Foton, "yabancı" kafa fantom Po parçacığından serbest bırakıldığı, yani "bilgi sıfırlama" işlemi gerçekleştiği ezoosmik hücrede benzer koşullar tekrar ortaya çıkana kadar bu durumda (foton-4) bulunur. Bu durumda fotonun baş fantomu Po parçacığı tekrar döner ve Allat gücü Po parçacığının bu sürece katılımı nedeniyle “yabancı” baş fantomu Po parçacığı kendi septon alanının sınırlarına doğru itilir. temel parçacığın karşı kafa fantom Po parçacığı. Foton-3 durumuna dönüşen fotonun kendisi, ezoosmik hücreyi terk eder. Serbest kalan baş fantom Po partikülü, bilgiyi gerçek Po partikülünün kendi septon alanına ve temel partikülün geçen baş fantom Po partikülüne (böylece iç potansiyellerini yeni bilgilerle zenginleştirir) boşaltır ve geri dönülmez bir şekilde ezoosmik zara gider.

Bilgilendirici “yabancı” kafa fantom Po parçacığını sıfırladıktan (aktardıktan) sonra, foton-4 tekrar foton-3'e dönüşür, yani çeşitli eylemlerin çok değişkenliği ile karakterize edildiği orijinal durumuna geçer. Örneğin, foton-3 diğer etkileşimlere katılabilir, temel parçacıkların bir parçası olabilir vb. Bir yerde (ezoosmik zar nedeniyle) kaybolabilir ve başka bir yerde görünebilir, yani ezoosmik ızgarada büyük ("kozmik") mesafeler boyunca neredeyse anlık bir geçiş yapabilir. Tabii ki, bu sadece kısa bilgi birincil tanışma amaçlı bir foton hakkında. Buna ek olarak, foton davranışının kalıpları ve paradoksları ile ilgili araştırma sırasında elde edilen birçok benzersiz bilgi vardır. çeşitli ortamlar, özellikleri dalga özellikleri, diğer temel parçacıklarla etkileşimler, foton davranış kontrol algoritmaları ve çok daha fazlası.

Genel olarak, yukarıdaki bilgileri özetlersek, foton-3'ün ana işlevinin, esas olarak maddenin yok edilmesi ve enerjinin serbest bırakılması süreci ile ilişkili olan enerji etkileşimleri olduğunu ve foton-4'ün, foton-4 ile ilişkili bilgi etkileşimleri olduğunu söyleyebiliriz. bilgi aktarımı. Bir fotonun işlevlerini ve özelliklerini, diğer temel parçacıklarla ve özellikle septon alanıyla etkileşiminin ilkelerini bilerek, doğrudan dahil olduğu makro ve mikro dünyanın birçok sürecini anlayabiliriz. Bu bilgi sayesinde birçok sorunun cevabı bulunabilir. Örneğin, bir kişi görsel bilgiyi gerçekte nasıl algılar? Bu süreçleri ezoosmik ızgara düzeyinde ele alırsak, aslında gölge, sıcak veya soğuk nedir? Güneş ışığına uzun süre maruz kalan bir maddenin tahribatı hangi kök sebeplerden dolayı meydana gelir? Bir fotonun yerçekimi ve elektromanyetik alanla bağlantısının özellikleri nelerdir? Ve daha fazlası. Foton hakkında bilgi, bir fotonun katılımı nedeniyle gerçekleştirilen bir eylemin temel nedenlerini anlamaya ve pahalı ekipman ve teknoloji kullanmadan foton etkileşimlerinin daha doğru hesaplamalarını yapmaya yardımcı olur.

Taoizm'in "Le-tzu" (MS I-III yüzyıllar) adlı kilit felsefi incelemelerinden birinde, mutlak hakkında, adı alan dünyanın nasıl isimsiz bir mutlak bütünden geldiği hakkında böyle satırlar vardır.

“Başlangıçta Büyük Sadelik vardı,
sonra ortaya çıktı Harika Başlangıç,
sonra Büyük Vakıf geldi,
bundan sonra Büyük Maddilik ortaya çıktı.
Büyük Sadelikte henüz nefes yoktu.
Büyük Başlangıç, nefes almanın başlangıcıydı,
Büyük Toprak tüm biçimlerin başlangıcıydı,
Büyük Maddilik her şeyin başlangıcıdır.

Nefes, form ve şey henüz ayrılmamıştır, buna Kaos denir. Yakından bakarsan görmezsin, dinlersen duymazsın. Bunun adı "Sadelik"tir. Basitin ne formu ne de sınırları vardır. Bir dönüşüm geçirerek Bir oldu ve Bir - Yedi'den Yedi, Dokuz'a dönüştü. Bunun üzerine, dönüşümler tükenir ve tekrar Bir'e gelir. Ve bu Bir, tüm biçimlerin dönüşümlerinin başlangıcıdır. Temiz ve hafif yükseldi ve Gökyüzünü oluşturdu, kirli ve ağır aşağı indi ve Dünya'yı oluşturdu ve her ikisine de nüfuz eden nefes insanı doğurdu. Gök ve Yer, tüm canlıların tohumlarını böyle barındırdı ve her şey canlandı.”

Eski Çin incelemesi "Tao Te Ching"de (42. bölüm) şu satırlar vardır: "Tao bir tane üretti. Bir iki. İki üç. Ve üç şey her şeydir. Her şey yin taşır ve yang içerir.

Edebiyat: Chuang Tzu. Le Tzu. Tercüme Malyavin VV Felsefi miras. 3 ciltte. - E: Düşünce, 1995; Tao Te Ching: Yaşam Yolu Kitabı / comp. ve V. V. Malyavin'in çevirisi. – E.: Feoriya, 2010; Werner, Edward T.C. Çin Mitleri ve Efsaneleri. George G. Harrap & Co. Ltd. Londra Bombay Sidney, 1922.

Kuantizasyon dikkate alınmadan, ışığı yayan ve emen nesnelere kuantum özellikleri atanmıştır (örneğin, Bohr'un teorisine bakınız). Yarı-klasik modellerin kuantum mekaniğinin gelişimini etkilemiş olmasına rağmen (bu, özellikle bazı hükümlerinin ve hatta sonuçlarının modern kuantum teorilerinde açıkça yer almasıyla kanıtlanmıştır), deneyler Einstein'ın ışığın kuantum doğası hakkındaki doğruluğunu doğruladı (bkz. , örneğin, fotoelektrik etki). Elektromanyetik radyasyon enerjisinin kuantizasyonunun bir istisna olmadığı belirtilmelidir. AT kuantum teorisi birçok fiziksel özellikler ayrıktır (kuantize). Bu tür niceliklerin örnekleri şunlardır: açısal momentum, spin ve bağlı sistemlerin enerjisi.

Foton kavramının tanıtılması, yeni teorilerin ve fiziksel cihazların yaratılmasına katkıda bulundu ve ayrıca kuantum mekaniğinin deneysel ve teorik temellerinin gelişimini teşvik etti. Örneğin, maser, lazer, Bose-Einstein yoğunlaşması fenomeni icat edildi, kuantum alan teorisi ve kuantum mekaniğinin olasılıksal yorumu formüle edildi. Parçacık fiziğinin modern Standart Modelinde, fotonların varlığı, fiziksel yasaların uzay-zamanın herhangi bir noktasında yerel ayar simetrisi altında değişmez olduğu gerçeğinin bir sonucudur (daha fazla ayrıntı için aşağıdaki bölüme bakın). Aynı simetri, fotonun elektrik yükü, kütle ve dönüş gibi içsel özelliklerini belirler.

Adın ve atamanın tarihi

Foton ilk olarak Albert Einstein tarafından "ışık kuantumu" olarak adlandırıldı. das Lichtquant). modern isim Fotonun Yunanca φῶς, "phōs" ("ışık") kelimesinden türediği, fotonların "yaratılmamış ve yok edilemez" olarak kabul edildiği teorisini yayınlayan kimyager Gilbert N. Lewis tarafından tanıtıldı. Lewis'in teorisi, deneysel verilerle çeliştiği için doğrulamasını bulamamasına rağmen, elektromanyetik alan kuantasının yeni adı birçok fizikçi tarafından kullanılmaya başlandı.

Foton kavramının gelişim tarihi

18. yüzyıldan önce geliştirilen teorilerin çoğunda, ışık bir parçacık akışı olarak görülüyordu. Bu tür ilk teorilerden biri 1021'de İbnü'l-Heysem tarafından Optik Kitabı'nda sunuldu. İçinde bilim adamı, "enerji dışında tüm gözle görülür niteliklerden yoksun" küçük parçacıklar akışı şeklinde bir ışık ışını hayal etti. Bu tür modeller kırılma, kırınım ve çift kırılma gibi fenomenleri açıklayamadığından, kurucuları Rene Descartes (1637), Robert Hooke (1665) ve Christian Huygens (1678) olan bir ışık dalga teorisi önerildi. Bununla birlikte, büyük ölçüde bu teorileri elinde tutan Isaac Newton'un otoritesinin etkisi nedeniyle, ışığın ayrı bir yapısı fikrine dayanan modeller baskın kaldı. AT erken XIX Yüzyıllar boyunca Thomas Young ve Augustin Fresnel, deneylerinde ışığın girişim ve kırınımı fenomenlerini açıkça gösterdiler, bundan sonra, yaklaşık 1850'de dalga modelleri genel olarak kabul edildi. 1865'te James Maxwell, teorisinin bir parçası olarak ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu öne sürdü. 1888'de bu hipotez, radyo dalgalarını keşfeden Heinrich Hertz tarafından deneysel olarak doğrulandı.

Neredeyse kırk yıldır (1860-1900) yer alan kara cisim radyasyonunun özellikleri üzerine çalışmalar, Max Planck'ın herhangi bir sistemin enerjisinin, elektromanyetik frekans radyasyonu yayarken veya soğurken, yalnızca bir kuantum enerjisinin bir katı olan miktar (yani, ayrık), burada Planck sabiti. Albert Einstein tarafından, madde ile madde arasında gözlenen termal dengeyi açıklamak için böyle bir enerji niceleme kavramının kabul edilmesi gerektiği gösterilmiştir. Elektromanyetik radyasyon. Aynı temelde, fotoelektrik etkiyi teorik olarak tanımladı, bu çalışması için Einstein 1921'de Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Aksine, Maxwell'in teorisi, elektromanyetik radyasyonun herhangi bir enerjiye sahip olabileceğini (yani, kuantize edilmediğini) kabul eder.

Birçok fizikçi başlangıçta, enerjinin nicemlenmesinin, elektromanyetik dalgaları emen ve yayan maddenin bilinmeyen bir özelliğinin sonucu olduğunu varsaymıştı. 1905'te Einstein, enerjinin kuantizasyonunun elektromanyetik radyasyonun kendisinin bir özelliği olduğunu öne sürdü. Maxwell'in teorisinin geçerliliğini kabul eden Einstein, o zamanki anormal deney sonuçlarının çoğunun, eğer bir ışık dalgasının enerjisi, dalga sürekli olarak yayılıyor olsa bile, birbirinden bağımsız hareket eden parçacık benzeri kuantalarda lokalize olursa açıklanabileceğine dikkat çekti. Uzay. 1916'da Einstein, tamamen siyah bir cismin radyasyon yasasının geçerliliğine dayanarak, bir kuantum enerjinin de momentuma sahip olması gerektiğini gösterdi. Bir fotonun momentumu deneysel olarak Arthur Compton tarafından keşfedildi, bu çalışması için 1927'de Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Ancak anlaşma konusu dalga teorisi Maxwell, ışığın ayrık doğasının deneysel olarak doğrulanmasıyla açık kaldı. Bazı yazarlar, elektromanyetik dalgaların emisyonunun ve absorpsiyonunun kısımlar halinde, kuantumlarda meydana geldiğini, ancak dalga yayılım süreçlerinin sürekli olduğunu savundu. Radyasyon ve absorpsiyon fenomeninin kuantum doğası, elektromanyetik alan da dahil olmak üzere mikrosistemlerde bireysel enerji seviyelerinin varlığını ve bir mikrosistemin keyfi bir miktarda enerjiye sahip olmasının imkansızlığını kanıtlar. Parçacık temsilleri, elektromanyetik dalgaların deneysel olarak gözlemlenen emisyon ve absorpsiyon kalıplarıyla, özellikle kalıplarla iyi bir uyum içindedir. termal radyasyon ve fotoelektrik etki. Bununla birlikte, onların görüşüne göre, deneysel veriler, bir elektromanyetik dalganın kuantum özelliklerinin, elektromanyetik dalgaların yayılması, saçılması ve kırılması sırasında, eğer bunlara enerji kaybı eşlik etmiyorsa, kendilerini göstermediğini göstermektedir. Yayılma süreçlerinde bir elektromanyetik dalga uzayda belirli bir noktada lokalize olmaz, tek bir bütün gibi davranır ve Maxwell denklemleriyle tanımlanır. Çözüm, kuantum elektrodinamiği (aşağıdaki dalga-parçacık ikiliği bölümüne bakın) ve onun halefi olan Standart Model çerçevesinde bulundu.

Kuantum elektrodinamiğine göre, kenar uzunluğu olan bir küpün hacmindeki elektromanyetik alan d düzlem duran dalgalar, küresel dalgalar veya düzlem hareket eden dalgalar olarak temsil edilebilir. Bu durumda hacmin enerji dağılımına sahip fotonlarla dolu olduğu kabul edilir. n bir tamsayıdır. Fotonların madde ile etkileşimi, foton sayısında bir değişikliğe yol açar. n açık (radyasyon veya absorpsiyon).

Maxwell'in teorisini koruma girişimleri

Robert Milliken'in Nobel Dersinde bahsedildiği gibi, Einstein'ın 1905 öngörüleri, 20. yüzyılın ilk yirmi yılında birkaç bağımsız yolla deneysel olarak test edildi. Bununla birlikte, ünlü Compton deneyinden önce, elektromanyetik radyasyonun kuantum doğası fikri, fizikçiler arasında genel olarak kabul edilmedi (örneğin, Wilhelm Wien, Max Planck ve Robert Milliken'in Nobel derslerine bakınız). Maxwell'in ışık dalga teorisinin başarısı. Bazı fizikçiler, ışığın emisyon ve absorpsiyon süreçlerinde enerjinin nicelleştirilmesinin, ışığı yayan veya emen maddenin belirli özelliklerinin bir sonucu olduğuna inanıyorlardı. Niels Bohr, Arnold Sommerfeld ve diğerleri, atomların emisyon ve absorpsiyon spektrumlarının varlığını açıklayan ve dahası, gözlenen hidrojen spektrumu ile mükemmel bir uyum içinde olan ayrı enerji seviyelerine sahip atom modelleri geliştirdiler (ancak, bunu yapmak mümkün değildi). Bu modellerde diğer atomların spektrumlarını elde edin). Sadece (o zamanki fikirlere göre) bir iç yapıya ve buna bağlı olarak enerji seviyelerine sahip olmayan bir serbest elektron tarafından bir fotonun saçılması, birçok fizikçiyi kabul etmeye zorladı. kuantum doğası Sveta.

Bununla birlikte, Compton'ın deneylerinden sonra bile, Bohr, Hendrik Kramers ve John Slater, klasik Maxwellian dalga modelini, kuantizasyonunu hesaba katmadan, sözde BCS teorisini yayınlayarak kurtarmak için son bir girişimde bulundular. Deneysel verileri açıklamak için iki hipotez önerdiler:

1. Enerji ve momentum, madde ve radyasyon arasındaki etkileşimlerde yalnızca istatistiksel olarak (ortalama olarak) korunur. Radyasyon ve absorpsiyon gibi ayrı temel süreçlerde, enerjinin ve momentumun korunumu yasaları yerine getirilmez.
   Bu varsayım, atomun enerjisindeki kademeli değişimi (enerji seviyeleri arasındaki geçişler) radyasyonun kendi enerjisindeki değişimin sürekliliği ile uzlaştırmayı mümkün kıldı.
2. Radyasyon mekanizması spesifiktir.Özellikle, kendiliğinden radyasyon, "sanal" bir elektromanyetik alan tarafından uyarılan radyasyon olarak kabul edildi.

Bununla birlikte, Compton'ın deneyleri, enerji ve momentumun temel süreçlerde tam olarak korunduğunu ve Compton saçılmasında gelen bir fotonun frekansındaki değişime ilişkin hesaplamalarının 11 ondalık basamağa kadar doğru olduğunu gösterdi. Bundan sonra, Bohr ve ortak yazarları, modellerine "mümkün olduğunca mümkün olan en asil cenaze törenini" verdiler. Bununla birlikte, BCS modelinin çöküşü, Werner Heisenberg'e matris mekaniği yaratma konusunda ilham verdi.

Işık absorpsiyonunun nicelleştirilmesini doğrulayan deneylerden biri, Walter Bothe'nin 1925'te gerçekleştirdiği deneydi. Bu deneyde, ince bir metal folyo, düşük yoğunluklu X-ışınları ile ışınlandı. Bu durumda, folyonun kendisi zayıf bir ikincil radyasyon kaynağı haline geldi. Klasik dalga kavramlarına dayanarak, bu radyasyon uzayda her yöne eşit olarak dağıtılmalıdır. Bu durumda folyonun solunda ve sağında bulunan iki sayaç aynı anda kaydetmiş olmalıdır. Ancak deneyin sonucunun tam tersi olduğu ortaya çıktı: radyasyon sağ veya sol sayaç tarafından kaydedildi ve asla ikisi aynı anda tarafından kaydedilmedi. Sonuç olarak, absorpsiyon ayrı kuantalarda gerçekleşir. Deneyim böylece orijinal konumu doğruladı foton teorisi radyasyon ve böylece elektromanyetik radyasyonun kuantum özelliklerinin bir başka deneysel kanıtı haline geldi.

Bir vakumda, bir fotonun enerjisi ve momentumu yalnızca frekansına (veya eşdeğer olarak dalga boyuna) bağlıdır:

ve bu nedenle, momentumun büyüklüğü:

nerede - Planck sabiti, eşittir; - dalga vektörü ve - değeri (dalga numarası); - açısal frekans . Dalga vektörü, fotonun hareketinin yönünü gösterir. Bir fotonun dönüşü frekansa bağlı değildir.

Elektromanyetik radyasyonun enerjisi ve momentumu için klasik formüller foton kavramından elde edilebilir. Örneğin, fotonların momentumunun absorpsiyonları sırasında vücuda aktarılması nedeniyle radyasyon basıncı gerçekleştirilir. Aslında basınç, birim yüzey alanına etki eden bir kuvvettir ve kuvvet, momentumdaki değişimin bu değişimin zamanına bölünmesine eşittir.

Dalga-parçacık ikiliği ve belirsizlik ilkesi

Heisenberg'in yüksek çözünürlüklü bir gama ışını mikroskobu kullanarak bir elektronu (mavi gölgeli) bulmaya yönelik düşünce deneyi. Gelen gama ışınları (yeşil renkle gösterilmiştir) bir elektron tarafından saçılır ve mikroskobun θ açıklık açısına girer. Saçılan gama ışınları şekilde kırmızı ile gösterilmiştir. Klasik optik, bir elektronun konumunun ancak belirli bir Δ değerine kadar belirlenebileceğini gösterir. xθ açısına ve gelen ışınların λ dalga boyuna bağlıdır.

Yüklü kütleli bir parçacığa uygulanan belirsizlik ilkesini yerine getirmek için ışığın nicelleştirilmesi ve enerji ile momentumun frekansa bağımlılığının gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir. Bu, bir elektronun koordinatını ışıkla ışınlayarak ve saçılan ışığı kaydederek belirleyen ideal bir mikroskopla (Heisenberg'in gama mikroskobu) ünlü düşünce deneyi ile gösterilebilir. Bir elektronun konumu, bir mikroskobun çözünürlüğüne eşit bir doğrulukla belirlenebilir. Klasik optik kavramlarına dayanarak:

mikroskobun açıklık açısı nerede. Böylece, gelen ışınların dalga boyunu azaltarak koordinat belirsizliği keyfi olarak küçük yapılabilir. Bununla birlikte, saçılmadan sonra elektron, belirsizliği 'ye eşit olan bir miktar ek momentum kazanır. Gelen radyasyon kuantize edilmemişse, radyasyon yoğunluğunu azaltarak bu belirsizlik keyfi olarak küçültülebilir. Gelen ışığın dalga boyu ve yoğunluğu birbirinden bağımsız olarak değiştirilebilir. Sonuç olarak, ışık kuantizasyonunun yokluğunda, belirsizlik ilkesiyle çelişen bir elektronun uzaydaki konumunu ve momentumunu aynı anda yüksek doğrulukla belirlemek mümkün olacaktır.

Benzer şekilde, fotonlar için belirsizlik ilkesi, bir elektromanyetik dalgadaki fotonların sayısının (bkz. aşağıdaki Fock durumu ve aşağıdaki ikinci niceleme bölümü) ve bu dalganın fazının (bakınız tutarlı durum ve sıkıştırılmış tutarlı durum) eşzamanlı doğru ölçümünü yasaklar:

Bose-Einstein foton gazı modeli

Tamsayı spinli parçacık sistemlerine uygulanan kuantum istatistikleri, 1924 yılında Hintli fizikçi S. Bose tarafından ışık kuantası için önerilmiş ve A. Einstein tarafından tüm bozonlar için geliştirilmiştir. Belirli bir hacim içindeki elektromanyetik radyasyon, pratik olarak birbiriyle etkileşime girmeyen bir dizi fotondan oluşan ideal bir gaz olarak kabul edilebilir. Bu foton gazının termodinamik dengesi, boşluğun duvarları ile etkileşime girerek elde edilir. Duvarlar, birim zamanda emdikleri kadar çok foton yaydığında meydana gelir. Bu durumda, hacim içinde parçacıkların belirli bir enerji dağılımı kurulur. Bose, Planck'ın kara cisim ışıması yasasını elektrodinamiği hiç kullanmadan, sadece faz uzayındaki bir foton sisteminin kuantum durumlarının hesaplanmasını değiştirerek elde etti. Özellikle, enerjisi ile aralığına düşen tamamen siyah bir boşluktaki foton sayısının şuna eşit olduğu bulundu:

nerede boşluğun hacmi, Dirac sabitidir, denge foton gazının sıcaklığıdır (duvarların sıcaklığı ile çakışır).

Bir denge durumunda, kesinlikle siyah bir boşluktaki elektromanyetik radyasyon (termal denge radyasyonu veya kara cisim radyasyonu olarak adlandırılır), sıradan bir gazla aynı termodinamik parametrelerle tanımlanır: hacim, sıcaklık, enerji, entropi, vb. Radyasyon uygular. fotonların momentumu olduğu için duvarlar üzerindeki baskı. Bu basıncın sıcaklıkla ilişkisi, bir foton gazının durum denkleminde yansıtılır:

Stefan-Boltzmann sabiti nerede.

Einstein, bu modifikasyonun, fotonların birbirleriyle kesinlikle aynı olduğunu ve aralarında "gizemli yerel olmayan bir etkileşimin" varlığının ima edildiğini tanımaya eşdeğer olduğunu gösterdi; şimdi, kuantum mekanik durumlarının parçacık permütasyonuna göre simetrik olması gerekliliği olarak anlaşıldı. Bu çalışma sonunda tutarlı durumlar kavramına yol açtı ve lazerin icadına katkıda bulundu. Aynı makalelerde Einstein, Bose'un fikirlerini tamsayı spinli (bozonlar) temel parçacıklara genişletti ve dejenere bir bozonik gazın parçacıklarının, sıcaklık belirli bir kritik değere düştüğünde minimum enerjili bir duruma kütle geçişi fenomenini öngördü ( Bose-Einstein yoğunlaşması). Bu etki 1995 yılında deneysel olarak gözlemlendi ve 2001 yılında deneyin yazarlarına Nobel Ödülü verildi. Modern anlamda, fotonlar da dahil olmak üzere bozonlar Bose-Einstein istatistiklerine uyar ve örneğin elektronlar gibi fermiyonlar Fermi-Dirac istatistiklerine uyar.

Spontan ve uyarılmış emisyon

Einstein, absorpsiyon ve emisyon reaksiyonları arasındaki basit ilişkileri varsayarak başladı. Onun modelinde, frekans fotonlarının absorpsiyon hızı ve atomların bir enerji seviyesinden enerji ile daha yüksek bir seviyeye geçişi, enerjili atomların sayısı ve aynı frekanstaki çevredeki fotonlar için radyasyonun spektral yoğunluğu ile orantılıdır:

Burada, absorpsiyon reaksiyon hızı sabitidir (absorpsiyon katsayısı). Ters işlemi uygulamak için iki olasılık vardır: fotonların kendiliğinden emisyonu ve rastgele bir fotonla etkileşim yoluyla bir elektronun daha düşük bir seviyeye dönüşü. Yukarıda açıklanan yaklaşıma göre, sistem tarafından frekans fotonlarının emisyonunu ve atomların enerji ile daha yüksek enerji seviyesinden daha düşük olana geçişini karakterize eden karşılık gelen reaksiyon hızı şuna eşittir:

İşte kendiliğinden emisyon katsayısı , rastgele fotonların etkisi altında uyarılmış emisyondan sorumlu katsayı. Termodinamik dengede, enerji durumundaki ve ortalamadaki atom sayısı zamanla sabit olmalı, bu nedenle değerler ve eşit olmalıdır. Ek olarak, Boltzmann istatistiklerinin sonuçlarıyla benzerlik yaparak, ilişki şu şekildedir:

nerede enerji seviyelerinin dejenerasyonunun çokluğu ve , bu seviyelerin enerjisidir, Boltzmann sabitidir , sistemin sıcaklığıdır. Yukarıdakilerden şunu çıkar:

Katsayılar ve Einstein katsayıları olarak adlandırılır.

Einstein tüm bu denklemleri tam olarak açıklayamadı, ancak gelecekte katsayıları hesaplamanın ve "mekanik ve elektrodinamik kuantum hipotezine uyacak şekilde değiştirildiğinde" mümkün olacağına inanıyordu. Ve gerçekten oldu. 1926'da Paul Dirac, yarı klasik bir yaklaşım kullanarak sabiti elde etti ve tüm bu sabitleri kuantum teorisinin temel ilkelerine dayalı olarak başarıyla buldu. Bu çalışma, kuantum elektrodinamiğinin, yani elektromanyetik alanın kuantizasyon teorisinin temeli oldu. Dirac'ın ikinci nicemleme yöntemi olarak adlandırılan yaklaşımı, kuantum alan teorisinin ana yöntemlerinden biri haline geldi. Bir kez daha belirtilmelidir ki, erken kuantum mekaniğinde, elektromanyetik alan değil, yalnızca madde parçacıkları kuantum mekaniği olarak ele alındı.

Einstein, teorisinin yönünü tanımlamadığı için eksik göründüğünden endişeliydi. kendiliğinden emisyon foton. Işık parçacıklarının hareketinin olasılıklı doğası ilk olarak Isaac Newton tarafından çift kırılma fenomeni (bir ışık huzmesini anizotropik ortamda iki bileşene ayırmanın etkisi) ve genel olarak konuşursak, ışığın bölünmesi fenomenini açıklarken ele alındı. iki ortamın sınırından yansıyan ve kırılan ışınlara. Newton, hafif parçacıkları karakterize eden "gizli değişkenlerin", belirli bir parçacığın iki bölünmüş ışından hangisine gideceğini belirlediğini öne sürdü. Benzer şekilde, kuantum mekaniğinden uzaklaşmaya başlayan Einstein, içinde şansa yer olmayan daha genel bir mikro dünya teorisinin ortaya çıkmasını umuyordu. Özellikle, Max Born'un dalga fonksiyonunun olasılıksal yorumunu tanıtması, daha genel bir teori arayan Einstein'ın daha sonraki çalışmaları tarafından teşvik edildi.

İkinci niceleme

Matematiksel olarak, ikinci niceleme yöntemi, aşağıdakilerden oluşan bir kuantum sisteminin Büyük bir sayıözdeş parçacıklar, işgal sayılarının bağımsız değişkenler rolünü oynadığı dalga fonksiyonları kullanılarak tanımlanır. İkinci niceleme, belirli bir durumdaki parçacıkların sayısını (doluluk sayıları) bir arttıran ve azaltan operatörler dahil edilerek gerçekleştirilir. Bu operatörlere bazen doğum ve yok etme operatörleri denir. Matematiksel olarak, doldurma ve yok etme operatörlerinin özellikleri, şekli parçacık dönüşü tarafından belirlenen permütasyon bağıntıları ile verilir. Böyle bir tanımla dalga fonksiyonunun kendisi bir operatör olur.

Modern fiziksel gösterimde kuantum hali elektromanyetik alan, her bir elektromanyetik modun durumlarının tensör ürünü olan bir Fock durumu olarak yazılır:

nerede moddaki foton sayısı ile durumu temsil eder.Modda yeni bir fotonun oluşturulması (örneğin, bir atomik geçişte yayılan) aşağıdaki gibi yazılır:

Bir ayar bozonu olarak foton

Ana makale: gösterge teorisi

Maxwell'in elektromanyetik alanı tanımlayan denklemleri, uzay-zaman koordinatlarının dönüşümüne göre elektron ayar değişmezliği gereksinimini yerine getirmenin bir sonucu olarak ayar teorisinin temsillerinden elde edilebilir. Bir elektromanyetik alan için, bu ayar simetrisi, enerji veya Lagrange'da olduğu gibi, karmaşık sayıların gerçek kısmı etkilemeden hayali kısmı değiştirme yeteneğini yansıtır.

Standart Modelde foton, elektrozayıf etkileşimde yer alan dört ayar bozonundan biridir. Kalan üçü (W + , W - ve Z 0) vektör bozonları olarak adlandırılır ve yalnızca zayıf etkileşimden sorumludur. Fotondan farklı olarak, vektör bozonlarının bir kütlesi vardır, zayıf etkileşimin sadece çok küçük mesafelerde kendini göstermesi nedeniyle kütleli olmaları gerekir,<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.

Fotonların sistemin kütlesine katkısı

maddedeki fotonlar

Işık, saydam bir ortamda, boşluktaki ışığın hızından daha düşük bir hızla hareket eder. Örneğin, ışıyan güneş çekirdeğinden çıkarken birçok çarpışmaya maruz kalan fotonların Güneş'in yüzeyine ulaşması yaklaşık bir milyon yıl alabilir. Ancak uzayda hareket eden aynı fotonlar Dünya'ya sadece 8,3 dakikada ulaşırlar. Işık hızındaki düşüşü karakterize eden değere, bir maddenin kırılma indisi denir.

Klasik bir bakış açısıyla yavaşlama şu şekilde açıklanabilir. Işık dalgasının elektrik alan kuvvetinin etkisi altında, ortamın atomlarının değerlik elektronları, zorunlu harmonik salınımlar yapmaya başlar. Salınım yapan elektronlar, belirli bir gecikmeyle, gelen ışıkla aynı frekansta ve yoğunlukta ikincil dalgalar yaymaya başlar ve orijinal dalgaya müdahale ederek onu yavaşlatır. Parçacık modelinde, yavaşlama bunun yerine bir polariton oluşturmak için fotonların maddedeki kuantum bozulmalarla (fononlar ve eksitonlar gibi kuazipartiküller) karıştırılmasıyla tanımlanabilir. Böyle bir polariton sıfırdan farklı bir etkin kütleye sahiptir, bu yüzden artık bir hızda hareket edemez. Fotonların diğer kuasipartiküllerle etkileşiminin etkisi, doğrudan Raman etkisinde ve Mandelstam-Brillouin saçılmasında gözlemlenebilir.

Benzer şekilde, fotonlar maddede bile her zaman ışık hızında hareket eden, ancak hızlarını değil dalga boylarını ve momentumlarını değiştiren atomlarla etkileşimler nedeniyle bir faz kayması (gecikme veya ilerleme) yaşayan parçacıklar olarak görülebilir. Bu fotonlardan oluşan dalga paketleri, 'den daha düşük bir hızda hareket eder. Bu açıdan fotonlar adeta "çıplaktır", bu yüzden atomlar tarafından saçılırlar ve fazları değişir. Oysa bir önceki paragrafta anlatılan bakış açısından, fotonlar madde ile etkileşim yoluyla “giydirilir” ve saçılma ve faz kayması olmadan, ancak daha düşük bir hızda hareket eder.

Frekansa bağlı olarak, ışık madde içinde farklı hızlarda yayılır. Optikteki bu fenomene dispersiyon denir. Belirli koşullar oluşturulduğunda, bir maddede ışığın yayılma hızının son derece küçük olmasını ("yavaş ışık" olarak adlandırılır) elde etmek mümkündür. Yöntemin özü, elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflığın etkisini kullanarak, absorpsiyon spektrumunda çok dar bir eğime sahip bir ortam elde etmenin mümkün olmasıdır. Bu durumda, bu eğim bölgesinde kırılma indisinde son derece dik bir değişiklik gözlenir. Yani, bu alanda, ortamın büyük bir dağılımı (normal bir spektral bağımlılık ile - frekansta bir artışa doğru kırılma indeksinde bir artış) ve radyasyon için şeffaflığı birleştirilir. Bu, ışığın grup hızında önemli bir azalma sağlar (belirli koşullar altında 0.091 mm'ye kadar).

Fotonlar ayrıca çekirdekler, atomlar veya moleküller tarafından da emilebilir, böylece enerji durumları arasında bir geçişe neden olur. Klasik bir örnek, 1958'de Amerikalı biyokimyacı Nobel ödüllü George tarafından kurulduğu gibi, insan görüşünden sorumlu retinolün (A vitamini) bir türevi olan retina içeren retinal çubukların görsel pigmenti tarafından fotonların emilmesinin göstergesidir. Wald ve işbirlikçileri. Bir fotonun bir rodopsin molekülü tarafından emilmesi, retinanın trans-izomerizasyonunun reaksiyonuna neden olur ve bu da rodopsinin ayrışmasına yol açar. Böylece, diğer fizyolojik süreçlerle birlikte, bir fotonun enerjisi, bir sinir impulsunun enerjisine dönüştürülür. Bir fotonun absorpsiyonu, klorun fotoayrışmasında olduğu gibi kimyasal bağların kopmasına bile neden olabilir; bu tür süreçler fotokimyada çalışmanın amacıdır.

Teknik uygulama

Fotonları çalışmalarında bir şekilde kullanan birçok teknik cihaz var. Aşağıda örnekleme amacıyla bunlardan sadece birkaçı verilmiştir.

Fotonları kullanan önemli bir teknik cihaz lazerdir. Çalışması, yukarıda tartışılan uyarılmış emisyon fenomenine dayanmaktadır. Lazerler teknolojinin birçok alanında kullanılmaktadır. Teknolojik işlemler (metallerin kaynaklanması, kesilmesi ve eritilmesi) esas olarak yüksek ortalama güce sahip gaz lazerleri ile gerçekleştirilir. Metalurjide süper saf metaller elde etmeyi mümkün kılarlar. Ultra kararlı lazerler, optik frekans standartlarının, lazer sismografların, gravimetrelerin ve diğer hassas fiziksel aletlerin temelidir. Frekans ayarlanabilen lazerler (örneğin, boya lazeri) spektroskopide devrim yaratmış, yöntemin çözünürlüğünü ve duyarlılığını tek tek atomların spektrumlarının gözlemlenmesine kadar önemli ölçüde artırmıştır. Lazerler tıpta da kansız neşter olarak, göz ve deri hastalıklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Lazer menzil, uzay navigasyon sistemlerinin iyileştirilmesine katkıda bulundu, atmosferler ve gezegenlerin yüzeyinin yapısı hakkında genişletilmiş bilgi, Venüs ve Merkür'ün dönüş hızını ölçmeyi mümkün kıldı, Ay'ın hareketinin özelliklerini önemli ölçüde iyileştirdi ve astronomik verilerle karşılaştırıldığında Venüs gezegeni. Lazerlerin kullanımı ile kontrollü termonükleer füzyon problemini çözmeye çalışıyorlar. Lazerler günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır (lazer yazıcılar, DVD'ler, lazer işaretçiler vb.).

Fotonların madde tarafından emisyonu ve absorpsiyonu, spektral analizde kullanılır. Her kimyasal elementin atomları, kesin olarak tanımlanmış rezonans frekanslarına sahiptir, bunun bir sonucu olarak, bu frekanslarda ışığı yayarlar veya emerler. Bu, atomların ve bunlardan oluşan moleküllerin emisyon ve absorpsiyon spektrumlarının insan parmak izleri gibi bireysel olmasına yol açar.

Kullanılan yöntemlere göre, çeşitli spektral analiz türleri ayırt edilir:

1. yayıcı, atomların emisyon spektrumlarını kullanarak, daha az sıklıkla - moleküller. Bu tür bir analiz, bir gaz brülörü alevinde, DC veya AC elektrik arkında veya yüksek voltajlı elektrik kıvılcımında bir miktar numunenin yakılmasını içerir. Emisyon analizinin özel bir durumu, ışıldayan analizdir.
2. emilim esas olarak moleküllerin absorpsiyon spektrumunu kullanan, ancak atomlara da uygulanabilir. Burada numune tamamen gaz haline dönüştürülür ve içinden sürekli bir radyasyon kaynağından gelen ışık geçirilir. Çıkışta, sürekli bir spektrumun arka planına karşı, buharlaştırılmış maddenin bir absorpsiyon spektrumu gözlenir.
3. röntgen Atomların X-ışını spektrumlarını ve yapısını incelemek için incelenen nesneden geçerken X-ışınlarının kırınımını kullanan . Yöntemin ana avantajı, X-ışını spektrumlarının, numunenin bileşiminin çalışılmasını büyük ölçüde kolaylaştıran birkaç satır içermesidir. Eksiklikler arasında ekipmanın düşük hassasiyeti ve karmaşıklığı vardır.

Nitel bir spektral analizde, bileşenlerin nicel oranı belirtilmeden sadece numunenin bileşimi belirlenir. İkinci problem, spektrumdaki çizgilerin yoğunluğunun incelenen numunedeki karşılık gelen maddenin içeriğine bağlı olduğu gerçeğine dayalı olarak nicel spektral analizde çözülür. Böylece, bir maddenin spektrumu ile kimyasal bileşimi belirlenebilir. Spektral analiz hassas bir yöntemdir ve analitik kimya, astrofizik, metalurji, makine mühendisliği, jeolojik keşif ve diğer bilim dallarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Son Araştırma

Artık fotonların özelliklerinin teori açısından iyi anlaşıldığına inanılıyor. Standart Model, fotonları sıfır durgun kütleli ve sıfır elektrik yüklü spin-1 ayar bozonları olarak kabul eder (ikincisi, özellikle yerel üniter simetri U(1)'den ve elektromanyetik etkileşim deneylerinden gelir). Ancak fizikçiler, deney ile Standart Modelin hükümleri arasında tutarsızlıklar aramaya devam ediyor. Fotonların kütlesini ve yükünü belirlemek için devam eden deneylerin doğruluğu sürekli artmaktadır. Fotonlardaki en ufak bir yükün veya kütlenin bile keşfi, Standart Modele ciddi bir darbe indirecektir. Şimdiye kadar yapılan tüm deneyler, fotonların ne yük ne de durgun kütleye sahip olduğunu göstermektedir.Bir fotonun yükünü ölçmek için mümkün olan en yüksek doğruluk, 5 10 −52 C(veya 3 10 -33); kütle için - 1,1 10 -52 kg (6 10 -17 eV / 2 veya 1 10 −22 ).

Kuantum optiği alanında fotonların uygulanmasına yönelik birçok modern araştırma yapılmıştır. Fotonlar, onlara dayalı süper verimli kuantum bilgisayarlar oluşturmak için uygun parçacıklar gibi görünüyor. Kuantum dolaşıklığı ve ilgili kuantum ışınlanma çalışması da modern araştırmaların öncelikli alanıdır. Ek olarak, doğrusal olmayan optik süreçler ve sistemler, özellikle iki foton absorpsiyon fenomeni, faz içi modülasyon ve optik parametrik osilatörler hakkında bir çalışma vardır. Ancak, bu tür fenomenler ve sistemler çoğunlukla içlerinde fotonların kullanılmasını gerektirmez. Genellikle atomları doğrusal olmayan osilatörler olarak kabul ederek modellenebilirler. Kendiliğinden parametrik saçılmanın doğrusal olmayan optik süreci, genellikle dolaşık foton durumları oluşturmak için kullanılır. Son olarak, fotonlar optik iletişimde kullanılır.

Foton. Bir fotonun yapısı. Hareket ilkesi.

Bölüm 1. İlk veriler.

Bölüm 1. İlk veriler.

1.1. Bir foton, temel bir parçacıktır, bir kuantum elektromanyetik radyasyondur.

1.2. Bir foton birkaç parçaya bölünemez ve boşlukta kendiliğinden bozunmaz.

1.3. Bir foton gerçekten elektriksel olarak nötr bir parçacıktır. Bir fotonun boşluktaki hareket hızı (hareket) "c" ye eşittir.

1.4. Işık, lokalize parçacıkların bir akışıdır - fotonlar.

1.5 . Fotonlar birçok doğal süreçte yayılır, örneğin: yüklü parçacıklar ivme ile hareket ettiğinde (bremsstrahlung, senkrotron, siklotron radyasyonu) veya bir elektron uyarılmış bir durumdan daha düşük enerjili bir duruma geçtiğinde. Bu, Doğadaki ana temel dönüşümün bir sonucu olarak ortaya çıkar - yüklü bir parçacığın kinetik enerjisinin elektromanyetike dönüşümü (ve tersi).

1.6. Foton, korpüsküler dalga ikiliği ile karakterize edilir:

Bir yandan fotonlar, bir fotonun dalga boyu ile karşılaştırılabilir ölçeklerde kırınım ve girişim fenomenlerinde bir dalganın özelliklerini gösterir;

Öte yandan, bir foton, boyutları dalga boyundan çok daha küçük olan (örneğin atom çekirdeği) veya noktasal (elektron) olarak kabul edilen nesneler tarafından tamamen yayılan veya soğurulan bir parçacık gibi davranır.

1.7. Tek olduğu gerçeği göz önüne alındığında fotonlar bir dalganın özelliklerini gösterdiğinde, bir fotonun bir "mini dalga" (bir dalganın ayrı, kompakt bir "parçası") olduğu oldukça güvenilir bir şekilde iddia edilebilir. Bu durumda, dalgaların aşağıdaki özellikleri dikkate alınmalıdır:

a) ah elektromanyetik dalgalar (ve foton), elektrik (E) ve manyetik (H) alanların vektörlerinin dalga yayılma yönüne dik olarak salındığı enine dalgalardır. bir vakum da dahil olmak üzere kaynaktan alıcıya aktarılabilir. Dağıtımları için bir ortama ihtiyaç duymazlar.

b) elektromanyetik dalgaların (ve fotonların) enerjisinin yarısı manyetiktir.

c) dalga sürecinin yoğunluğunu karakterize etmek için üç parametre kullanılır: dalga sürecinin genliği, enerji yoğunluğudalga süreci ve enerji akısı yoğunluğu.

1.8. Ek olarak, foton yapısının şeması ve hareketinin prensibi göz önüne alındığında, aşağıdaki veriler dikkate alınmıştır:

a) bir fotonun emisyonu, pratik olarak 10 -7 saniye - 10 -15 saniye mertebesinde bir zaman periyodu boyunca geçer. Bu süre boyunca fotonun elektromanyetik alanı sıfırdan maksimuma yükselir ve tekrar sıfıra düşer. Şekil 1'e bakın.

b) foton alanındaki değişimin grafiği hiçbir şekilde kesik bir sinüzoidin parçası olamaz, çünkü kesme yerlerinde sonsuz kuvvetler ortaya çıkar;

içinde) Bir elektromanyetik dalganın frekansı deneylerde gözlemlenen bir nicelik olduğundan, aynı frekans (ve dalga boyu) tek bir fotona da atfedilebilir. Bu nedenle, dalgalar gibi foton parametreleri E = h* formülüyle tanımlanır. f , burada h, fotonun enerjisinin büyüklüğünü frekansıyla ilişkilendiren Planck sabitidir ( f).

Pirinç. 1. Bir foton maddi bir parçacıktır ve elektromanyetik alanın sıfırdan belirli bir maksimuma yükseldiği ve tekrar sıfıra düştüğü bir dalganın kompakt (başlangıcı ve sonu olan), bölünmez bir "parçasıdır". Manyetik alanlar geleneksel olarak gösterilmemiştir.

Bölüm 2. Foton yapısının temel ilkeleri.

2.1. Elektromanyetik dalgalar (fotonlar) hakkındaki hemen hemen tüm makalelerde, şekiller iki alandan oluşan bir dalgayı açıklar ve grafiksel olarak gösterir - elektrik ve manyetik, örneğin, "Elektromanyetik alan, elektrik manyetik alanlarının bir kombinasyonudur ...". Bununla birlikte, "iki bileşenli" bir elektromanyetik dalganın (ve fotonun) varlığı basit bir nedenden dolayı imkansızdır: bir elektromanyetik dalgada (foton) tek bileşenli bir elektrik ve tek bileşenli bir manyetik alan yoktur ve olamaz. Açıklama:

a) ideal koşullar altında parametreleri hesaplamak veya belirlemek için kullanılan teorik modeller-formüller-yasalar vardır (örneğin, ideal bir gazın teorik bir modeli). Bu tamamen kabul edilebilir. Ancak, gerçek koşullarda hesaplamalar için, ortamın gerçek parametrelerini yansıtan bu formüllere düzeltme faktörleri eklenir.

b) "Elektrik alanı" adı verilen teorik bir model de vardır. Bu teorik problemleri çözmek için kabul edilebilir. Bununla birlikte, gerçekte sadece iki elektrik alanı vardır: artı elektrik alanı (#1) ve elektrik alanı eksi (#2). "Ücretsiz mi? elektriksel olarak nötr? 3 numaralı elektrik alanı gerçekte yoktur ve olamaz. Bu nedenle, "elektrik alan" adı verilen teorik bir modelde gerçek koşulları modellerken, her zaman iki "düzeltme faktörünü" hesaba katmak gerekir - gerçek elektrik alanı artı ve gerçek elektrik alanı eksi.

c) "manyetik alan" adı verilen teorik bir model vardır. Bu, bazı görevler için oldukça kabul edilebilir. Bununla birlikte, gerçekte, bir manyetik alanın her zaman iki manyetik kutbu vardır: kutup #1 (N) ve kutup #2 (S). "Polar olmayan? 3 No'lu manyetik alan yoktur ve gerçekte var olamaz.Bu nedenle, gerçek koşulları “manyetik alan” adı verilen teorik bir modelde modellerken, her zaman iki “düzeltme faktörünü” hesaba katmak gerekir - kutup-N ve kutup- S.

2.2. Böylece, yukarıdakileri göz önünde bulundurarak, oldukça açık bir sonuç çıkarabiliriz: bir foton, maddenin iki elektrik (artı veya eksi) ve iki manyetik maddenin bir kombinasyonu olduğu bir kompakt (başlangıcı ve sonu olan), maddi parçacıktır. (N-S) kaynaklarından keyfi olarak uzun mesafelerde zayıflama olmadan (vakumda) yayılabilen alanlar. Şekil 2'ye bakın.

İncir. 2. Bir foton, iki elektrik alanının (artı ve eksi) ve iki manyetik alanın (N ve S) birleşimidir. Bu durumda, fotonun genel elektronötralitesi tam olarak gözlenir. Bu yazıda, eksi elektrik alanının manyetik alan-N ile ve artı elektrik alanının manyetik alan-S ile birleştiği varsayılmaktadır.

Bölüm 3. Enerjinin kuantumu ve kütlenin kuantumu.

3.1. Bir yandan foton, elektromanyetik alanın sıfırdan belirli bir maksimuma yükseldiği ve tekrar sıfıra düştüğü kompakt, bölünmez bir parçacıktır. Yani fotonun çok gerçek bir lineer boyutu vardır (başlangıç ​​ve bitiş).

3.2. Ancak öte yandan, dalgalar gibi foton parametreleri E = h* formülüyle tanımlanır. f , burada h - Planck sabiti (eV * sn), foton enerjisinin değerini frekansıyla ilişkilendiren temel eylem kuantumu (temel dünya sabiti) ( f).

3.3. Bu, şunu varsaymamızı sağlar tüm fotonlar, kesinlikle aynı dalga boyuna sahip, iyi tanımlanmış sayıda (n) "bağımsız" elektriksel olarak nötr "ortalamalı" temel enerji kuantumundan (eV) oluşur ( L ). Bu durumda herhangi bir fotonun enerjisi: E = e 1 *n, nerede (e 1 ) temel bir kuantumun enerjisidir, (n) bir foton içindeki sayılarıdır. Şekil 3'e bakın.

Şek. 3.

a) "normal" foton (elektromanyetik alan sıfırdan belirli bir maksimuma yükselir ve tekrar sıfıra düşer);

b) "ortalamalı" kuantadan aynı foton. Herhangi bir fotonun, iyi tanımlanmış sayıda kesinlikle özdeş "ortalamalı" temel enerji kuantumundan oluştuğu varsayılabilir;

c) temel "ortalama" foton enerji kuantumu. Enerjinin temel kuantumu (boyut - eV), tüm aralıklardaki tüm elektromanyetik dalgalar için kesinlikle aynıdır ve Planck'ın eyleminin temel kuantumuna benzer (boyut - eV * sn). Bu durumda: E (eV) = h* f = e 1 *n.

3.4. Bir foton meselesi. Fotonlar, Doğadaki ana temel dönüşümün - yüklü bir parçacığın kinetik enerjisinin elektromanyetik enerjiye dönüştürülmesi ve bunun tersi - fotonların elektromanyetik enerjisinin yüklü bir parçacığın kinetik enerjisine dönüştürülmesinin bir sonucu olarak yayılır. Ancak kinetik enerji maddi değildir ve bir fotonun elektromanyetik enerjisi maddenin tüm özelliklerine sahiptir. Böylece: Doğadaki ana temel dönüşümün bir sonucu olarak, yüklü bir parçacığın maddi olmayan kinetik enerjisi, maddenin oldukça gerçek özelliklerine sahip olan bir fotonun elektrik ve manyetik alanlarının enerjisine dönüştürülür: momentum, hız, kütle , ve diğer özellikler. Foton maddi olduğu için, onu oluşturan tüm parçalar da maddidir. Yani: temel bir enerji kuantumu, otomatik olarak temel bir kütle kuantumudur.

3.5. Herhangi bir foton, iyi tanımlanmış sayıda "bağımsız" elektriksel olarak nötr temel enerji kuantumundan oluşur. Ve şemayı gözden geçirme temel kuantumun yapısı şunu gösterir:

a) temel bir kuantum, otomatik olarak yük korunumu yasasının ihlali olacağından, iki eşit parçaya bölünemez;

b) Temel bir kuantumdan daha küçük bir parçayı “kesmek” de imkansızdır, çünkü bu otomatik olarak bu kuantum için Planck sabitinin (temel sabit) değerinde bir değişikliğe yol açacaktır.

3.6. Sonuç olarak:

Öncelikle. Fotonların elektromanyetik enerjisinin yüklü bir parçacığın kinetik enerjisine dönüşümü sürekli bir fonksiyon olamaz - elektromanyetik enerji, yalnızca bir temelin katları olan enerji değerlerinde parçacıkların kinetik enerjisine (ve tersi) dönüştürülebilir. enerji kuantumu.

İkinci. Kuarkların, protonların, nötronların ve diğer parçacıkların kabuklarısıkıştırılmış elektriksel olarak nötr foton maddesi, o zaman bu kabukların kütleleri de önemlidir , temel kütle kuantumunun katları.

3.7. Not: yine de, elektron-pozitron çiftlerinin oluşumu sırasında temel kuantanın iki kesinlikle eşit parçaya (pozitif ve negatif) bölünmesi oldukça mümkündür (ve gerçekleşir). Bu durumda elektron ve pozitronun kütlesiÖnemli olmak , kütlenin temel kuantumunun yarısının katları (bkz. " Elektron. Elektronun oluşumu ve yapısı. Elektronun Manyetik Monopolü).

Bölüm 4. Foton hareketinin temel ilkeleri.

4.1. Bir materyal foton parçacığının hareketi sadece iki şekilde gerçekleştirilebilir:

Seçenek-1: foton eylemsizliğe göre hareket eder;

Seçenek-2: foton kendinden tahrikli bir parçacıktır.

4.2. Bilinmeyen nedenlerle, elektromanyetik dalgalarla ilgili hemen hemen tüm makalelerde ima edilen veya bahsedilen ve grafik olarak gösterilen elektromanyetik dalgaların (ve fotonların) atalet hareketidir, örneğin: Wikipedia. Elektromanyetik radyasyon. İngilizce. Şekil 4'e bakın.

Şekil 4. Bir fotonun eylemsizlik hareketine bir örnek (Wikipedia. Elektromanyetik radyasyon). Foton, gözlemciyi soldan sağa bir hızla geçer. V = "ile". Bu durumda, sinüzoidin tüm yaprakları parametrelerini değiştirmez, yani foton referans çerçevesinde kesinlikle hareketsizdirler.

4.3. Bununla birlikte, bir fotonun eylemsiz hareketi, örneğin, aşağıdaki nedenden dolayı imkansızdır: bir foton bir engelden (camdan) geçtiğinde hızı düşer, ancak bir engeli (bir veya daha fazla) geçtikten sonra foton tekrar " anında” ve hızını “c” = const olarak geri yükler. Atalet hareketi ile, böyle bağımsız bir hız geri kazanımı imkansızdır.

4.4. Bir engeli geçtikten sonra bir fotonun hızında "anlık" bir artış ("c" = const'a kadar) ancak fotonun kendisi kendinden tahrikli bir parçacıksa mümkündür. Bu durumda, fotonun kendi kendine hareket mekanizması, yalnızca fotonun yarım periyot kadar eşzamanlı yer değiştirmesi ile mevcut elektrik (artı ve eksi) ve manyetik (N ve S) alanların polaritesinin tersine çevrilmesi olabilir, yani çift ​​frekans (2 * f). Şekil 5'e bakın.

Şek.5. Alanların ters polaritesinden dolayı foton hareketinin şeması. "Fragman" - alan-artı kutuplarının ters çevrilme sırası.

4.5. Foton hareket mekanizmasının açıklaması aşağıdaki verilere dayanıyordu:

a) bir fotonun elektromanyetik alanı, değişken elektrik (artı veya eksi) ve manyetik (N ve S) alanların bir kombinasyonudur;

b) bir fotonun elektrik ve manyetik alanları yok olamaz - sadece birbirlerine dönüşebilirler. Alternatif bir elektrik alan tarafından bir manyetik alan oluşturulması, temel bir doğal fenomendir;

c) bir manyetik alan yalnızca zamanla değişen bir elektrik alanının varlığında ortaya çıkar ve bunun tersi de geçerlidir (elektrik alanındaki her değişiklik bir manyetik alanı uyarır ve sırayla manyetik alandaki bir değişiklik bir elektrik alanı uyarır). Bu nedenle, bir fotonun manyetik alanları, ancak fotonun değişken işaretleri ve zamanla değişen elektrik alanları varsa (fotonun referans çerçevesinde) ortaya çıkabilir.

4.6. Foton polaritesinin tersine çevrilmesinin mekanizmasını açıklarken, aşağıdaki seçenekler dikkate alındı:

a) fotonun önünde boş alanın varlığı. Bir foton, elektromanyetik alanların sıfırdan belirli bir maksimuma yükseldiği ve tekrar sıfıra düştüğü sinüzoid şeklindeki bir dalganın kompakt, bölünmez bir "parçasıdır". Yani: bir fotonun "gövdesi" çok gerçek bir geometrik uzunluğa (başlangıç ​​ve bitiş) sahiptir. Bir fotonun hareketi, her bir polarite ters çevirme eylemi için bir yarım döngü (1/2 L) mesafedeki bir fotonun hareketi nedeniyle oluşur. Ve bu hareket her zaman sadece bir yönde (ileri) gerçekleşebilir, burada fotonun önünde boş alan vardır;

b) "Karşıtların mücadelesi." Bir fotonun elektromanyetik alanı, alternatif elektrik (artı veya eksi) ve manyetik (N ve S) alanların birleşimidir. Bu yazıda, eksi elektrik alanının manyetik alan-N ile ve artı elektrik alanının manyetik alan-S ile birleştiği varsayılmaktadır. Ancak bu durumda, N ve S manyetik alanlarının birbirleriyle kenetlenme, yani tam teşekküllü bir "bipolar mıknatıs" yaratma sürekli (ve meşru) bir arzusu vardır. Bunu yapmak için, manyetik alanlardan birinin yarım periyot kaydırması gerekir. Bununla birlikte, manyetik ve elektrik alanları "sıkıca" birbirine bağlıdır ve manyetik alanın elektrik alanından "anında" "özgürleşmesine" yönelik herhangi bir girişim, bir karşı tepki tepkisine yol açar - tüm alanların kutuplarının tersine çevrilmesine (aktarılmasına) neden olur ve yarım dönem için otomatik vites değiştirme.

4.7. Bir fotonun kendi kendine hareket mekanizmasını açıklamak için başka bir seçenek olmadığından, alanların kutuplarının ters çevrilmesi nedeniyle bir fotonun hareketi, görünüşe göre, sorunun tek çözümü. Sadece polaritenin tersine çevrilmesi modu, fotonun kendi kendine hareket modunun korunmasına ve aynı zamanda doğanın temel yasasına uygunluğun sağlanmasına izin verir - işarette ve zamanla değişen bir elektrik alanının varlığında bir manyetik alan oluşumu ( ve tersi). Polarite tersine çevirme mekanizmasının (nedenleri ve sırası) önerilen varyantları, bu yazıda sunulamayan ek çalışmaları gerektirir. Bununla birlikte, yukarıdaki açıklamalar, ışık hızının sabitliği sorununu çözmede mevcut durumdan çıkmanın kabul edilebilir bir yoludur, çünkü foton kendi kendine hareket mekanizmasını açıklamak için şu veya bu kesinlik derecesine izin verirler.

4.8. foton hızı. Vakumdaki elektromanyetik dalgaların (fotonların) hızları, frekansları ( f ) ve dalga boyu (L ) aşağıdaki formülle sıkı bir şekilde ilişkilidir: с = f*L . Bununla birlikte, bir fotonun hareketinin, elektrik ve manyetik alanlarının aynı anda tersine çevrilmesi nedeniyle meydana geldiği ve bu sırada fotonun her hareket için bir yarım döngü (L / 2) mesafeyle yer değiştirdiği akılda tutulmalıdır. polarite ters, yani iki katına çıkmış bir frekansla. Bunu akılda tutarak, hız formülü c \u003d 2 gibi görünecektir. f*L /2, ana formülle tamamen aynıdır: c = f*L.

5. Yol:

5.1. Bir foton, maddenin iki elektrik (artı ve eksi) ve iki manyetik (N ve S) alanın bir kombinasyonu olduğu, değerleri sıfırdan belirli bir maksimuma yükselen yerelleştirilmiş (kompakt) bir malzeme parçacığıdır ve tekrar sıfıra düşmek. Bu durumda, fotonun genel elektronötralitesi tam olarak gözlenir.

5.2. Doğadaki ana temel dönüşümün bir sonucu olarak, yüklü bir parçacığın maddi olmayan kinetik enerjisi, bir fotonun elektrik ve manyetik alanlarının maddi enerjisine dönüştürülür. Bir foton malzemedir ve otomatik olarak temel kütle nicemleri olan iyi tanımlanmış sayıda kesinlikle özdeş "ortalamalı" temel enerji niceliğinden oluşur.

5.3. Bir foton, kaynağından keyfi olarak büyük mesafelere (vakumda) hareket edebilen kendinden tahrikli bir parçacıktır. Hareket etmesi için bir ortama ihtiyaç duymaz. Bir fotonun hareketi, alternatif elektrik (artı veya eksi) ve manyetik (N ve S) alanların polaritesinin tersine çevrilmesi nedeniyle meydana gelir, bu sırada foton, her bir polarite ters çevirme eylemi için bir yarım döngü mesafesi kadar yer değiştirir.

5.4. Bu çalışmada, her temel kuantumda, eksi elektrik alanının manyetik alan-N ile ve artı elektrik alanının manyetik alan-S ile birleştiği varsayılır. Alanları birleştirmek için diğer seçenekler ek ayrıntı gerektirir ve bu yazıda ele alınmamıştır.