В четвёртой фазе энергия электромагнитной составляющей фотона преобразуется в энергию гравитационной составляющей фотона.

В точках 0, , и т.д., квант света существует только в виде гравитационной составляющей, в точках и квант света существует только в виде электромагнитной составляющей.

При описании электромагнитного излучения с позиций единой теории, можно использовать геометрическое изображение процесса, но это изображение принципиально отличается от его описания существующей геометрической оптикой. При геометрическом изображении траектории кванта света, необходимо учитывать ширину электромагнитной составляющей кванта света.

Единая теория электромагнитного излучения показывает возможность независимого существования фотона в виде частицы со сложной внутренней структурой и внутренним колебательным процессом. Это позволяет устранить проблемы и исправить ошибки в теории электромагнитного излучения, существующие сейчас.

 

 

 

Преобразование энергии внутри кванта электромагнитного излучения

 

В сложном кванте электромагнитного излучения существует внутренний колебательный процесс. В физике хорошо известен физический эксперимент аннигиляции фотона. Этот эксперимент показывает, что при определённых условиях фотон превращается в пару: электрон и позитрон. Это позволяет предположить, что электрон и позитрон существовали в составе фотона и до его аннигиляции. Известно, что между электроном и позитроном действуют силы притяжения, поэтому единственным способом их взаимного существования в фотоне является осцилляция. В этом случае в связанной электронно – позитронной паре будет осуществляться постоянный колебательный процесс. Именно с этим процессом связаны волновые свойства фотона.

Рассмотрим колебательный процесс в общем виде, и применим его для внутренних колебаний фотона.

Допустим, что существует тело, на которое действует сила:

 

, (11)

 

Такой силе соответствует потенциальная энергия:

, (12)

 

Движение тела под действием такой силы представляет собой колебания влево и вправо от положения равновесия. Согласно второму уравнению Ньютона, уравнение этих колебаний имеет вид:

, (13)

 

Это уравнение имеет два частных решения:

 

, (14)

, (15)

 

Частные решения первых двух уравнений системы (9), позволяют описать поведение электрической и магнитной составляющей кванта электромагнитного излучения в виде (14) ((на рис.8) показано пунктирной линией).

Частное решение вида (15) позволяет описать изменение гравитационной составляющей кванта (показано сплошной красной линией).

Рис. 8. Изменение напряжённостей векторов , и в кванте электромагнитного излучения.

 

Кинетическая энергия в кванте электромагнитного излучения представлена электромагнитной составляющей и . Для кинетической энергии запишем общее решение в виде:

 

, (16)

 

Кинетическая энергия в каждый момент времени равна:

, (17)

Частота колебаний определяется формулой . Подставляя в выражение кинетической энергии, получим:

, (18)

 

Потенциальная энергия в кванте электромагнитного излучения представлена гравитационной составляющей кванта .

Для потенциальной энергии запишем общее решение уравнения (13) в виде:

(19)

 

Потенциальная энергия в каждый момент времени равна:

 

, (20)

 

Множитель перед тригонометрической функцией в выражении потенциальной и кинетической энергии одинаков.

Кинетическая энергия представлена в фотоне электромагнитной составляющей и . Функция выражает изменение кинетической энергии (рис.8).

Потенциальная энергия представлена в фотоне гравитационной составляющей . Функция выражает изменение потенциальной энергии (рис.8).

Рис. 9. Взаимное преобразование кинетической и потенциальной энергии в едином кванте электромагнитного излучения.

 

Функции и очень похожи одна на другую. Одна может быть получена из другой смещением по оси времени на . Где - период колебаний электромагнитной волны.

Кинетическая энергия , и потенциальная энергия , колеблется от максимального значения до нуля, причём, когда одна величина имеет максимальное значение, другая равна нулю.

Электрическая составляющая и магнитная составляющая кванта совершают колебания в одной фазе, поэтому на плоском графике (рис. 9) эти кривые совпадают (чёрная сплошная линия).

Функции и описывают колебания вокруг среднего значения, равного половине максимального.

 

, (21)

 

, (22)

 

Из формул (21) и (22) видно, что величина колеблется вокруг своего среднего положения, определяемого величиной от максимального уровня.

, (23)

 

, (24)

 

Уравнение (24) показывает, что сумма потенциальной и кинетической энергии системы кванта электромагнитного излучения, т.е. полная энергия системы кванта постоянна, что физически соответствует закону сохранения энергии.

Это означает, что единая теория электромагнитного излучения не противоречит закону сохранения энергии.

 

Излучение фотонов

 

Существование кванта электромагнитного излучения сложной структуры с внутренним колебательным процессом даёт теории новые возможности. Этот физический принцип позволяет физически описать взаимодействие электромагнитного излучения с веществом во всех физических явлениях, что было невозможно в рамках электромагнитной теории.

Покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс излучения и поглощения фотонов атомами вещества.

В квантовой теории света есть модель излучения и поглощения фотонов, которая математически точно описывает этот процесс. Но физический процесс излучения и поглощения фотонов не достаточно хорошо описан, поскольку не известна структура фотона, электрона, позитрона и их взаимное превращение, являющееся основой преобразования энергии атома вещества в энергию излучаемого фотона. Также не известен физический механизм перехода электрона с одной квантовой орбиты на другую.

Процесс излучения фотона покажем на примере атома водорода одной спектральной серии – например, серии Лаймана, и одной спектральной линии этой серии - например - эта линия соответствует длине волны . При переходе с четвертой боровской орбиты на первую, электрон излучает фотон с этой длиной волны.

Единая теория электромагнитного излучения имеет возможность описать физические процессы, происходящие при излучении фотона. Независимый принцип существования фотона, в составе которого есть постоянно осциллирующая связанная электронно – позитронная пара, позволяет описать физический процесс излучения фотона.

Для возникновения фотона, в соответствии с единой теорией электромагнитного излучения, необходимо наличие разности потенциалов двух квантовых орбит системы ядро - электрон (рис. 10).

 

Рис. 10. Излучение кванта сложной структуры и траектория осцилляции электронно – позитронной пары кванта.

 

Переход электрона с одной орбиты на другую одновременно с излучением фотона, связан с образованием пары частиц, уходящих в составе фотона: одна с отрицательным зарядом (электрон) и положительной массой, другая с положительным зарядом (позитрон) и отрицательной массой.

Так как электрон и позитрон находятся в связанном состоянии, сумма этих частиц обладает нулевой массой покоя и нулевым зарядом, поэтому для неё нет запрета на движение со скоростью света.

В единой теории электромагнитного излучения при образовании связанной электронно - позитронной пары, из электрического поля атома разность потенциалов квантовых орбит преобразуется в электрическую составляющую кванта . При этом, разноименно заряженные частицы электрон и позитрон, начинают двигаться друг к другу со скоростью света, поскольку обладают суммарной нулевой массой. В результате этого движения образуется магнитная составляющая кванта точно так же, как магнитное поле проводника образуется после включения тока.

Одновременно с этим, фотон начинает своё движение со скоростью света в направлении, перпендикулярном векторам электрической и магнитной составляющей фотона.

Электрон, существовавший на возбужденной орбите до излучения кванта, уходит в составе фотона вместе с позитроном, образовавшемся на основной орбите. На основной орбите остается электрон, образовавшийся из физического вакуума вместе с позитроном, ушедшим в составе фотона.

 

Поглощение фотонов

 

Покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс поглощения фотонов атомами вещества.

Процесс поглощения кванта электромагнитного излучения покажем на примере атома водорода одной спектральной серии – например, серии Лаймана, и одной спектральной линии этой серии - например . Эта линия соответствует длине волны .

При поглощении кванта этой длины волны, электрон переходит с первой боровской орбиты на четвёртую.

 

Рис. 11. Траектория осцилляции электронно – позитронной пары фотона и его захват электроном, находящимся на квантовой орбите атома вещества.

 

Для физического процесса поглощения кванта электромагнитного излучения атомом вещества, необходимо наличие электрона на основной орбите, и свободной возбуждённой орбиты, отличающейся от орбиты, занятой электроном, на величину энергии кванта.

При прохождении электронно-позитронной пары кванта достаточно близко от электрона, находящегося на основной квантовой орбите атома вещества, за счёт сил притяжения между электроном вещества и позитроном фотона, возможен захват фотона атомом вещества.

При захвате фотона атомом вещества, электрическая составляющая кванта преобразуется в разность потенциалов квантовых орбит.

В результате этого процесса на основной квантовой орбите электрон и позитрон взаимно компенсируются, а на возбуждённой квантовой орбите появляется электрон, пришедший в составе кванта.

Таким образом, единая теория электромагнитного излучения даёт простой и понятный физический механизм поглощения и излучения кванта атомами вещества.

 

 

Литература

 

1. Фейнмановские лекции по физике. М., Издательство Мир, 1976.

2. Королев Ф.А. Курс физики. Оптика, атомная и ядерная физика: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов. 2-е изд., перераб. М., Просвещение, 1974.

3. Трофимова Т. И. Курс Физики. «Высшая школа». М.,1997.

4. Ландсберг Г.С. Оптика 5 -е изд. М., 1976.

5. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М., «Советское радио» 1962.

6. Харрик Н., Спектроскопия внутреннего отражения, пер с англ., М., 1970.

7. Специальные электрические источники и преобразователи энергии; п/р д.т.н. Алиевского А.М. 2-е перераб. изд. М., Энергоатомиздат, 1993.

8. Советский энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия». 1985.

9. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М., «Высшая школа». 1995.

10. Калитиевский Н. И. Волновая оптика. 2-е. Изд., М., 1978.

11. Джеммер М. Понятие массы в классической и современной физике, пер. с англ. М.,

12. Дрюков В.М. Илюхина Н.И. Проектирование новых физических технологий. Вопросы оборонной техники. Научно - технический сборник. № 1-2. М., Н.Т.Ц. «Информтехника» 1995.

13. Дрюков В.М. Илюхина Н.И. Физическое моделирование электромагнитного излучения с применением гравитации. Тула, 1997.

14. Дрюков В.М. Илюхина Н.И. Единое физическое моделирование электромагнитного излучения. Тула, 1997.

15. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула, 2004.

16. Дрюков В.М. Drjukow.narod.ru 2008.