Импульс фотона, фотонный двигатель и философия

Современное поле научной деятельности так широко и так разнообразно, что кто-то сравнил интегральное научное представление об окружающем нас мире с плохо сшитым лоскутным одеялом. В идеале, каждый лоскут должен быть естественным, непротиворечивым продолжением соседних лоскутков. Однако реалии таковы, что в одеяле пока еще много дыр, а где казалось бы, «дыр» быть не должно, теории не стыкуются.

Ситуация вполне естественная, но требует контроля, учета и координации действий по выявлению и устранению недостатков и противоречий. До создания научных академий эту функцию выполняли философы-энциклопедисты. В настоящее время философия эту функцию практически утратила, но значимость прежних достижений философии от этого ничуть не уменьшилась.

Словосочетание «философский закон» несет двойную нагрузку. Это может быть любой природный закон, имеющий философскую значимость, но это может быть и закон, являющийся исключительно достижением философской мысли, который в принципе не может быть установлен в рамках практической физики. Эти законы философии дополняют  систему физических законов, и действуют также неукоснительно, без исключений и без погрешностей.

Свод исконно философских законов автору, к сожалению, не встречался. Эти законы рассыпаны по трудам классиков, и более концентрированно представлены в первоисточниках, которых тоже достаточно много и их трудно собрать воедино.

Несоблюдение законов философии, особенно при построении модели мира, подобно сну разума, порождает чудовищ. Это приводит к бессмысленной трате ресурсов общества, как материальных, так и интеллектуальных.

При анализе современных гипотетических теорий создается впечатление, что многие теоретики просто не знают основополагающих законов философии. А может быть и знают, но эти законы так им мешают, что авторы не хотят их знать. Примером может служить философское положение (закон) о  невозможности существования в природе объектов с бесконечными или нулевыми размерами. Нет отверстий с нулевым диаметром, как нет и точечных частиц с нулевыми размерами, и как следствие не существуют бесконечные плотности и бесконечные напряженности. И это всего один из многих постоянно нарушаемых философских законов.
 
Пренебрежительное отношение части исследователей к достижениям философии приводит к появлению ложных научных концепций, на базе которых появляются следующие поколения недееспособных научных и технических проектов.

Одной из ложных научных концепций является официальное представление об импульсе фотона.

Все энциклопедические справочники и все учебники предоставляют одинаковую информацию о величине импульса фотона и способах его расчета, а также сообщают об экспериментальной проверке, которая многократно подтвердила предлагаемую математическую модель p=hf/c, где с – вектор скорости фотона.
 
Официальная академическая позиция открывает инженерам перспективу создания фотонных двигателей. И работы уже ведутся. Например, разработка Photonic Laser Thruster (PLT) – фотонного лазерного двигателя для коррекции траектории искусственных спутников, которую ведет НАСА. И это далеко не единственная коллаборация, ведущая такие разработки.

Принцип экспериментального двигателя прост. Солнечные батареи аккумулируют энергию космических фотонов и по мере накопления энергии поддерживают работу управляемого лазера, создающего фотонную тягу.
Поздравлений с успешными испытаниями не слышно. И это естественно, т.к. положительный результат невозможен по причине принципиальной неосуществимости фотонного двигателя.

Докажем это утверждение, основываясь только на самых общих соображениях, т.е. используя инструментарий присущий философскому методу.

Начнем доказательство с анализа самых бесспорных знаний о фотоне.
 
Известно, что фотоны излучаются всеми вещественными объектами, температура которых больше абсолютного нуля.

Известно также, что освещаемый объект всегда нагревается, т.е. получает тепло от фотонов. Единичный квантовый акт прироста энергии хаотического теплового движения невозможно реализовать без прироста импульса одного из элементов этого движения. Это аксиома.

Таким образом, факт переноса импульса фотоном можно считать также бесспорным. Но также бесспорно, что передача импульса происходит только совместно с передачей энергии. Невозможно сообщить вещественному объекту  дополнительный импульс, не изменив соответственно энергию объекта. Это тоже аксиома.

Также известно, что поглощение тепловой энергии от стабильного потока фотонов тем меньше, чем ярче выражены отражательные способности освещаемого объекта. Логично допустить, что при полном отражении, передача энергии от фотона к отражателю вообще не происходит, т.е. равна нулю.
 
Принято считать, что в природе нет вещества, способного реализовать полное отражение. Однако создание искусственного вещества с всё большим и большим отражением успешно прогрессирует. А квантовый акт отражения в принципе не может быть частичным, т.е. или отражения фотона нет, или это полное отражение.

Если при полном отражении нет передачи энергии, то нет и передачи импульса, это очевидно. Однако академическая наука предлагает всем формулу для расчета импульса, из которой следует, что при полном отражении отражатель приобретает удвоенный импульс фотона. Вот эта формула: p = (1- k + q)*I/c, где I — интенсивность падающего излучения; c — скорость света, k— коэффициент прохождения, q — коэффициент отражения.

Абсурд ситуации очевиден, но все же прокомментируем. Представьте два свободных параллельных отражателя и фотонный луч между ними. По официальной версии, при каждом переотражении, фотоны будут многократно сообщать отражателям свой удвоенный импульс, пока зеркала не разгонятся до субсветовой скорости, а фотоны постепенно лишатся при этом своей несуществующей массы, за счет эффекта Доплера. Суммарное количество движения системы при этом будет  все время сохраняться (что, видимо, и усыпило бдительность первооткрывателей), а энергия системы будет беспричинно возрастать с возрастанием скорости отражателей, что почему-то осталось и остается незамеченным. Однако, нарушение закона сохранения энергии не вызывает сомнений.

Предыдущий мысленный эксперимент может быть оспорен, т.к. проведен в отсутствии гравитации. Приведем модификацию этого доказательства с учетом гравитации, но в более традиционной форме - от противного. Для этого сконструируем на основе официальной модели вечный двигатель. Закрепим идеальные отражатели на пассивный механический привод, и подберем массу отражателей так, чтобы сила притяжения между ними была в два раза меньше предполагаемой силы давления светового луча. Теперь сформируем прерывистый луч со скважностью 1/2, т.е. меандр, с длиной волны модуляции, равной удвоенному расстоянию между отражателями, - и вечный двигатель, в принципе,  готов. Пока один из отражателей испытывает давление луча, которое в два раза больше силы притяжения, он ускоряется от центра конструкции. В это же время другой отражатель, испытывая только силу притяжения, ускоряется к центру конструкции. Легко убедиться что, результирующие силы, действующие на отражатели, всегда направлены одинаково, и согласованно меняют свое направление, создавая вечный механический вибратор, т.е. вечный двигатель. А это невозможно.

Вывод однозначен: при полном отражении фотона (луча) отражатель не получает ни энергии, ни импульса. А это значит, что импульс фотона (а ранее показано, что он существует) после отражения тоже должен остаться неизменным.  Единственной возможностью избежать  очередного парадокса является признание поперечного направления переносимого фотоном импульса, т.е. отказаться от идеи, что фотон при отражении проявляет себя как частица. Но если это так, то и при поглощении фотона происходит передача только поперечного импульса. Что и требовалось доказать.
 
В таком новом качестве фотона нет ничего удивительного и неожиданного, ведь фотоны признаны поперечными электромагнитными волнами. А всем известно, что радиоволны, электромагнитная природа которых несомненна, раскачивают электроны проводимости, создавая в приемных антеннах переменный ток, исключительно в поперечном направлении, т.е. вывод о поперечном импульсе фотона экспериментально давно уже подтвержден.
 
Обратимся еще раз к справочникам и учебникам, которые сообщают читателю, что наличие у фотонов продольного импульса подтверждено множеством прямых и косвенных экспериментов.

Не будем утомлять читателя критикой техники проведения этих экспериментов. Их несостоятельность доказана, как говорится на кончике пера, независимым исследователем А.А.Гришаевым [3].

Самым распространенным аргументом в пользу светового давления до сих пор являются ссылки на опыты П.Н. Лебедева [4], которые в свое время (1910г.) стали решающими в борьбе мнений. Сейчас эти опыты тщательнейшим образом повторены на более высоком техническом уровне В.Е. Костюшко [5]. В этих повторных опытах светового давления обнаружить не удалось, при этом выявлены (экспериментально) и описаны все ошибки, допущенные Лебедевым.

Логично предположить, что все наблюдаемые эффекты, связанные с передачей фотонного импульса, если они демонстрируют продольное направление действия, являются вторичными.

Представленный анализ и последовавшие выводы могут быть оспорены на основе интерпретации эффекта Доплера. В эффекте Доплера с использованием движущегося отражателя фотон после отражения изменяет свою энергию, и создается впечатление, что при полном отражении фотона в этом случае все-таки происходит передача энергии, или фотону, или отражателю.

Попробуем разобраться. Все предыдущие мысленные эксперименты представлены в традиционном стиле, без учета влияния материального пространства. Дело в том, что мы реально живем в условиях, определяемых принципом относительности Галилея, а принцип относительности живет в нас, это наш всеобщий стереотип мышления. Галилей не изобретал принцип относительности, он его обнаружил и описал математически. При этом им была допущена фатальная ошибка, которую он мог бы не совершать. Галилей абсолютизировал принцип относительности, лишив его границ применимости.
Последствия известны.

Физика фотонов и электромагнитных волн не вписывается в линейный мир бытовой относительности. Преобразования Лоренца явно описывают принципиально нелинейное пространство и предоставляют возможность определять границу применимости принципа относительности, исходя из задаваемой погрешности. Это относится как к мысленным, так и к реальным экспериментам, которые требуют особой культуры проведения экспериментов, а также их последующего описания и интерпретации.
 
Не будем указывать на недостатки методики приведенного здесь анализа, они не привели к ошибкам, просто постараемся провести последующее изложение без стереотипных допущений-ловушек «по умолчанию», когда все первичные ИСО считаются неподвижными.

Рассмотрим систему, реализующую эффект Доплера и состоящую из неподвижного излучателя с известными параметрами и идеального отражателя, движущегося прямо на излучатель. После отражения фотоны приобретут порцию энергии, которая зависит от скорости излучателя. В соответствии с законом сохранения, отражатель должен потерять столько же энергии, если процесс происходит в замкнутой системе. Но рассматриваемая система и не замкнута, и не полна. Мы вновь не учитываем входящее в неё пространство. И даже вспомнив о нем, не знаем, как его учитывать.

Для более углубленного понимания природы эффекта Доплера и осознания её новизны и непривычности, рассмотрим еще один вариант его проявления. Пусть в этом варианте отражатель стоит неподвижно относительно пространства, а излучатель в связке с измерительным прибором с прежней скоростью (из первого эксперимента) движутся в его направлении. В этом опыте движущийся прибор зарегистрирует начальную энергию фотонов, равную энергии в первом опыте. При этом отражатель и стоящий рядом второй, неподвижный измеритель воспримут её как энергию с приращением. Фотон отразится от неподвижного отражателя именно с этой энергией и будет зарегистрирован первым измерителем, который около излучателя, как фотон, получивший приращение энергии от отражателя, хотя нам известно, что приращения в момент отражения от неподвижного отражателя не было.

Происхождение прироста энергии фотонов движущегося излучателя можно понять. Для этого заменим направленный излучатель изотропным. При неподвижном излучателе фотоны всех направлений идентичны по энергии. Но стоит привести излучатель в движение, как получим известное распределение, определяемое эффектом Доплера. Энергия фотонов по направлению движения излучателя возрастет, а против движения соответственно уменьшится. Суммарная энергия на затраты излучения останется неизменной. И это будет истинное распределение энергии фотонов в неподвижном пространстве, а всякие другие распределения, которые можно получить, манипулируя движением прибора-приемника, будут результатом этого относительного движения, т.е. метрологическим эффектом. Таким образом, движение излучателя фотонов относительно пространства вызывает перераспределение общей излучаемой энергии по фотонам различного направления. Это и есть результат взаимодействия движущегося вещества излучателя с неподвижным, по начальным условиям, пространством.

Но как идентифицировать неподвижное пространство, или что, то же самое, определить собственное движение наблюдателя? Принцип относительности Галилея, а потом и принцип относительности Эйнштейна, запрещают это, ставя исследователя в противоестественное положение, не позволяя ему выглядывать из замкнутой лаборатории. Ну, а если все же выглянуть…

Проведенный анализ и последовавшие выводы опираются на знания, которые объединяются понятием «общие соображения». Эти знания были доступны ученым конца 19-го и начала 20-го века, создавшим теорию фотонного излучения. Придуманный ими продольный импульс фотонов  - это ошибка (и наказание), вызванная пренебрежительным отношением к достижениям философии.
 
Но не надо забывать, что теория создавалась во время научной революции, со всеми атрибутами смутного, революционного времени. Революции не гарантируют принятие оптимальных решений. В революции всего важнее победа, которая иногда достигается авантюрными методами и поступками. Продольный импульс фотона это всего лишь один случай из целого перечня прижившейся лжи.

Анализ параметров вещества, обеспечивающего максимальное отражение, а непременный их атрибут - это гладкая поверхность, позволяет сделать более частные предположения о свойствах  фотона.

Поверхность является максимально гладкой, если все атомы наружного слоя находятся в одной плоскости и образуют правильную решетку. Это качество реализуется на бездефектных гранях кристаллов. Поверхностный электронный слой таких структур образуется электронами, плоскость обращения которых практически ортогональна отражающей поверхности. Если для отражения это свойство является определяющим, то можно предположить, что поглощение фотонов осуществляется электронами, орбиты которых параллельны отражающей поверхности.

Исходя из этого, и учитывая поглощающие свойства сажи, можно предположить, что в атомах углерода, находящихся в несвязанном состоянии (сажа), плоскости электронных орбит смещены от центра атома (ядра), образуя тетраэдр, и практически во всех направлениях соответствуют условиям поглощения фотонов. Такой принцип построения электронных оболочек атомов отстаивает Ф.М. Канарёв [6].

При формировании кристаллических структур, электронные оболочки атомов, в том числе углерода, видоизменяются за счет кристаллических связей, в результате плоскости электронов, формирующих поверхностный слой, видимо смещаются к центру атома и устанавливаются ортогонально к поверхности кристалла. Эта конфигурация и обеспечивает практическое отсутствие поглощения на гранях алмаза.
 
Приведенное краткое отступление в теорию строения атома сделано для подтверждения того, что при переходе электрона с орбиты на орбиту фотон излучается не произвольным образом, а строго ортогонально орбите электрона в этот момент. Такой же вывод можно получить исходя из принципа взаимности. Если фотоны при поглощении раскачивают электроны ортогонально своему направлению, то и излучаются при таких же условиях.

Итак, можно сделать обобщающий вывод: продольный импульс фотона, не может быть реализован ни фотоном-частицей, ни фотоном-волной. А это, к сожалению, означает, что мечте о маршевых фотонных двигателях не суждено сбыться. Разработки таких двигателей – это черная дыра бюджета.
Но это мелочь, по сравнению с потерями гипотетической термоядерной энергетики, в которой многие основополагающие эффекты и процессы невозможны без давления света.

Но, если фотон и не частица, и не волна, то что же он представляет, и какую роль отвела ему Природа.

Рассмотрим изотропный излучатель когерентных фотонов в неподвижном пространстве. Исходим из того, что каждый излученный фотон распространяется в свободном пространстве, не изменяя своих параметров.
 
Каждый излученный фотон отнимает у излучателя калиброванную порцию энергии и уносит её в неопределенную даль со скоростью света. Фотон в свободном физическом вакууме распространяется  с постоянной скоростью, строго прямолинейно, без затухания и дисперсии. Единственным мыслимым назначением излученного уже фотона является возможность быть поглощенным другим веществом. Бесконечное во времени убегание (распространение) фотона, без гарантированного поглощения (взаимодействия), является для системы, называемой Вселенная, уничтожающим фактором, ведущим к  неизбежному энергетическому истощению системы. Исключая такую возможность, т.е. утверждая, что каждый фотон будет неизбежно поглощен, можно утверждать, что фотоны обеспечивают принудительный обмен энергией между веществом Вселенной.  Дальнодействие фотонов является неограниченным и гарантированно обеспечивает хотя бы односторонний энергообмен в подсистеме любого размера. Фотонным обменом природа обеспечивает превращение тепловой энергии в другие виды энергии, в том числе способные к аккумуляции, противодействуя тем самым неограниченному увеличению энтропии.

Отцы термодинамики усмотрели в фотоне и пытались абсолютизировать функцию уравнивания температур. Однако на всё можно взглянуть иначе, с точки зрения гармонии Вселенной. Гравитация неустанно стремится к повышению концентрации вещества, и периодически создает объекты с высочайшей концентрацией вещества и энергии. А фотонное излучение распределяет избыточную энергию между оставшимся веществом.

Энергия – это способность к развитию (движению) и собственно развитие. Она нужна всему веществу, и жизненно необходима веществу, не попавшему в аккреционный центр гравитационной концентрации. Именно это вещество и обеспечивается энергией за счет фотонного излучения мощных гравитационных образований. Таким образом, фотоны это не уравнители температуры, а носители-распределители энергии жизнеобеспечения.
Фотоны, как и гравитация, выполняют свою системообразующую функцию, не искажая при этом гравитационных законов движения массы. И это - наиважнейшее философское положение, по своей природе недоступное математической физике.

Таким образом, фотон является одним из ключиков к пониманию устройства Вселенной. Декларируемый здесь принцип неизбежности поглощения каждого фотона веществом, в космологическом аспекте является очень действенным требованием, предъявляемым к гипотетическим моделям устройства Вселенной. Это отличный критерий для всех космологических теорий.

Что же такое фотон, с учетом не только выявленных физических свойств, но и с учетом философской точки зрения.

Систематизируем результаты проделанного анализа.

Фотон бессмысленно рассматривать в качестве частицы, т.к. с частицей его роднит единственное свойство – сохранение своей внутренней структуры во времени.

Фотон нельзя рассматривать в качестве элемента поля, т.к. после излучения он существует совершенно независимо от излучателя, и не может быть остановлен для формирования  конфигурации стационарного поля заряда. Тем более, что электрическое поле заряда подчиняется закону сохранения, т.е. оно не может отрываться от заряда и излучаться.
 
  Фотон не разумно рассматривать как бестелесный конгломерат свойств известных природных образований. Предлагаемый дуализм фотона является порождением эклектики, чуждым гармоническому единству природы.

Доказательство последнего утверждения элементарно.

Все, признающие квантовую структуру материи, в том числе и физического вакуума, признают неразрывность квантового пространства, образуемого несжимаемыми квантами. Это одно из фундаментальных положений диалектической философии. Механическое перемещение любого квантового объекта (а других нет, и не может быть), даже состоящего из одного кванта, невозможно в таком пространстве, т.к. требует для своего перемещения поочередного смещения бесконечного числа смежных квантов. А т.к. за один квант времени возможен только один акт причинно-следственного смещения, то перемещение любого кванта принципиально невозможно. Вывод однозначен и очевиден (хотя и возмутителен для нашего механистического мышления): все взаимодействующие материальные объекты Вселенной реализуются согласованной передачей возмущенных состояний квантов физического вакуума, без перемещения самих квантов. Кванты при этом остаются взаимно неподвижными и реализуют диалектическое движение, только изменением своей внутренней структуры. Из этого тождественно следует, что все кванты материи идентичны по конструкции и универсальны по своим возможностям, т.е. каждый квант это универсальный трансформер, который в простейшей своей конфигурации (нулевом состоянии) представляет квант свободного пространства. В возбужденном состоянии каждый квант может быть чем угодно. В этом разгадка загадочности вакуума или свободного пространства. Более подробно об этом см. [7].
Вернемся к фотону.

Фотон –  специфическое, локальное возбуждение квантовой материи физического вакуума. Фотон это квантовая волна, в которой возбуждение среды не имеет механических признаков. В квантовой волне возмущение (внутреннее изменение структуры кванта) может распространяться только по линии, в силу неделимости (сохранения) кванта. Естественным следствием такого закона распространения является отсутствие затухания в зависимости от расстояния. Таким образом, прямолинейное распространение фотона без затухания прямо указывает на его квантовую природу, не маскируемую от нас промежуточными макроскопическими образованиями.

Предложенный здесь взгляд на принципы, положенные в устройство фотона, ставят перед физиками массу новых и неожиданных вопросов. Ответ на один из таких вопросов помог бы более конкретно понять физику фотона. Если фотоны, передавая импульс, явно и определенным образом воздействуют на заряженные частицы, то каким образом фотоны взаимодействуют с нейтронами. Достоверный ответ на этот вопрос без эксперимента, видимо, невозможен.

Каковы бы ни были ответы на новые вопросы, необходимо сразу признать, что множество современных интерпретаций оптических эффектов являются ошибочными и искажают истинную природу света. Особенно важно это для теории звезд и теории термоядерных реакций, которые практически полностью рушатся без наличия в природе давления света.
А его нет!

Итак, перед нами безукоризненное теоретическое доказательство поперечности фотонного импульса и такое же безупречное его экспериментальное подтверждение.
 
Казалось бы, истина установлена. Но это не так. Знание истины ограниченным кругом людей бессмысленно и бесполезно, если это знание не стало достоянием практики. А здесь на арену выступают человеческий и исторический факторы. Слишком много авторитетов связали свою научную карьеру с продольным импульсом фотона. Огромное количество научных трудов должны потерять свою актуальность. Сопротивление признанию истины будет соответствующим.

Но еще никому не удалось остановить ход истории.
Вопрос только о времени задержки.


Нижний Новгород, декабрь 2013г.

Контакт с автором: vleonovich@yandex.ru

С другими публикациями автора можно познакомиться на странице http://www.proza.ru/avtor/vleonovich сайта ПРОЗА.РУ.


Источники информации

1. Физический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1983.
2. Вайнберг С., «Свет как фундаментальная частица», пер. с англ., "Успехи физических наук", 1976, т. 120, в. 4.
3. Гришаев А.А. «О так называемом давлении света», Интернет: http://newfiz.narod.ru .
4. Лебедев П.Н., «Давление света» Под редакцией П.П.Лазарева и Т.П.Кравца. (М.: Гостехиздат, 1922. - Классики естествознания).
5. Костюшко В.Е., «Экспериментальная ошибка П.Н. Лебедева – причина ложного вывода об обнаружении им давления света». Русское Физическое Общество Энциклопедия Русской Мысли. Т. XVI, стр. 34, Интернет http://v-kostushko.narod.ru.
6. Канарёв Ф.М., «Главная теоретическая проблема химиков решена», Интернет http://www.micro-world.su/.
7. Леонович В.Н., «Концепция физической модели квантовой гравитации», Интернет, сайт: SciTecLibrary - Новости Науки и Техники, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10168.html.


Рецензии
Да простят меня образованные физики.
***
Смотрела ролик о пауках и паутине.
Зачем звездам "расталдыкивать свои лучи по белу светушку"? Глупее паука?
Если мы не подставим свой хрусталик, за что зацепится луч? Может луч отправляется только по адресу, а не везде и на всякий случай?
Может он выстреливает в оптически непрозрачную точку. чтобы ее уничтожить, растопить, расплавить? Тогда скорость света мгновенна. Если лучи везде и всюду и всегда, то скорость свету не нужна вообще. Паутина.

***
Если кванты делают мир твердым, как смерть, то лучше не надо. Может квант - это не частичка, а просто событие? Оно имеет причину и следствие и поэтому цепь событий непрерывная и гладкая. Если нельзя событие раздробить на более мелкие (если не ясна причина и не ясно следствие), то вот и квант.

*** Если очень сложная тема освещена грамотным и умным человеком, то даже блондинке кое-что понятно.

Считать ли частичное понимание событием?

Надежда Бабайлова   03.03.2016 13:31     Заявить о нарушении