4.9. Корпускулярная модель света

В описанных выше экспериментах и наблюдениях доказано, что движение объекта природы, называемого светом, как и всех остальных объектов природы, подчиняется классическому закону сложения скоростей. Изучены и другие его свойства, по которым можно и нужно построить приблизительную модель, согласующуюся с этими свойствами. Её основой должна быть корпускулярная модель света И.Ньютона, подтвержденная позднейшими открытиями: явлением внешнего фотоэффекта, при котором под действием света происходит вырывание электронов из вещества, и явлением Комптона, состоящее во взаимодействии электромагнитного излучения со свободными электронами. Убедительным доказательством того, что излучение состоит из направленно распространяющихся фотонов, являются приборы вынужденного излучения: лазеры, мазеры и др., в которых в случае распределения энергии по сферической поверхности, светимость всегда определялась бы геометрическими параметрами излучателя. Существование направленного вынужденного излучения показывает, что частицы (атомы, молекулы) излучают фотоны (кванты) только в определенных направлениях.

По нашим представлениям поток света состоит из фотонов, характерный размер структуры потока λ — звено. Его можно представить как непрерывную последовательность двойных зарядов: двух электрических, положительного и отрицательного, и двух магнитных — также положительного и отрицательного. Заряды находятся в двух центрах, расстояние между которыми λ/2 (рис. 12).

Урок астрономии

В первом центре расположены положительные заряды электрический и магнитный во взаимно перпендикулярном направлении, поэтому напряженности электрического и магнитного полей тоже находятся во взаимно перпендикулярном направлении в плоскости перпендикулярной направлению движения (рис. 13) и (рис. 14).

Урок астрономии

Диаграмма напряженности электрического Е и магнитного Н полей и потоке фотонов в плоскости уz точки А (а) и точки В (в)

Урок астрономии

Проекция напряженности электрического Е и магнитного Н полей в плоскости ху и xz соответственно потока фотонов

Во втором аналогичном центре находится в подобном же положении отрицательные заряды. Ансамбль из двух последовательных центров представляет собой фотон.

Такая структура фотона приводит к тому, что во время излучения происходит преимущественно коллективный выход фотонов, скоординированных между собою по длине и по сечению, они неподвижны относительно друг друга. Эта группа фотонов называется цугом. Цуг становится жесткой устойчивой во времени и пространстве структурой, напоминающей по форме кристаллическую. Размер и конфигурация определяется условиями излучающего тела. Деление цуга на части не изменяет свойства частей. При распространении света на космические расстояния в течение длительного времени, несмотря на значительное уменьшение количества фотонов в цуге, они сохраняют свои свойства неизменными. Неоднородная структура потока, состоящая из звеньев, при движении похожа на волны и может быть описана соответствующими математическими уравнениями.

Скорость распространения света относительно источника равна примерно 3·10⁸ м/с. Если источник движется относительно приемника, то в системе приемника скорость света векторно складывается из скорости света и скорости излучателя.

Изученные свойства света дают основания считать его уже не простым потоком элементарных независимых друг от друга шариков — фотонов, а сложным объектом природы, существенной частью реального мира. Электромагнитное излучение занимает промежуточное положение в иерархии материи между элементарными частицами, такими как электроны, позитроны, и структурными элементами, составляющими поля, — электрическое, магнитное и гравитационное.

* * *

Из наблюдений О. Рёмера однозначно следует, что скорость света подчиняется классическому закону сложения скоростей. Поэтому, например, рассматривать эксперименты с измерением скорости синхротронного излучения, как доказательство истинности постулата с = const, неправомочно. Авторы этих опытов необоснованно предполагают, что излучателем является электрон, находящийся на орбите ускорителя, а не сам ускоритель. Не рассматривается же в качестве излучателя электрон в атоме водорода, излучающим объектом является атом водорода, а для синхротронного излучения — ускоритель.

Приведенные примеры показывают, что второй постулат теории относительности — с = const противоречит опытным данным, а скорость света подчиняется классическому закону сложения скоростей. Хотя очевидно, что на таком постулате не может быть построена теория, адекватно описывающая реальный мир, тем не менее, для большей обоснованности, рассмотрим и первый постулат теории относительности — принцип относительности Эйнштейна.