Волны Де Бройля и Комптона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Волны Де Бройля и Комптона

Геннадий Ивченков



Введение

Волна Де Бройля является “квазиволной” движущейся частицы, так же, как “фотон” является квазичастицей электромагнитной волны, а “фонон” - квазичастицей акустической волны. Такой, однако, “дуализм”. Истинная же физическая природа волн Де Бройля неизвестна.

Волна Комптона” фактически есть “модификация” (возможно, лишняя) волны Де Бройля, введенная физиками-теоретиками. Комптновское рассеяние - это рассеяние электромагнитной волны на свободных электронах с переходом части энергии электромагнитной волны в волну Де Бройля данной частицы



1. Волна Де Бройля

По справочнику [1] длина волны Де Бройля определяется как

(1).

Частота этой волны определяется как

,

где Е - энергия частицы, что, вообще-то, странно, так как формула Планка относится к кванту электромагнитного излучения, а не к любому волновому процессу. Если, все-таки, предположить, что волна Де Бройля является излучением, то логично приравнять кинетическую энергию электрона

и энергию этого “излучения”. То есть, “излучение электрона” (волна Де Бройля) создается за счет кинетической энергии движения электрона. Тогда

.

и .



Следовательно, длина волны этого “излучения” будет равна

(2),

которая получается в два раза больше справочной

().

Кстати, не понятно, почему

,

так как к энергии волны должна приравниваться кинетическая энергия частицы, а не .

Может быть “излучение” Де Бройля и не волна вовсе, а что-то другое? То есть это, скорее всего, “квазиволна”, так же, как “фотон” - квазичастица. И она возможно является следствием движения частицы в эфире.

Получается, что физическая природа волны Де Бройля до сих пор неизвестна (как, впрочем, и многое другое в современной физике), а статистика, применяемая для ее описания (так же, как и в квантовой механике и в “Стандартной Модели”), просто замаскировывает это незнание.

2. Волна Комптона

Вариантом волны Де Бройля является “волна Комптона”, где V заменено на С:



Там так называемая “энергия покоя” приравнивается к к “энергии излучения” этой “волны” :

и . (3).

Принимая во внимание то, что нет такой “энергии покоя”, а, точнее она равно нулю [4], то формула “длины волны Комптона”, по всей видимости, не вполне правильная, как и все формулы, связанные с “энергией покоя”. Впрочем, формуле “энергии покоя” очень повезло, так как она фактически равна удвоенной кинетической энергии и, соответственно, формулы с кинетической энергией и с “энергией покоя” совпадают до коэффициента, а там разбирайся, где есть двойка, а где нет. И, опять же, по видимому, “волна Комптон” волной и излучением не является, а является физико-математической фикцией, вышедшей из комптоновского рассеяния и перешедшей потом в квантовую механику.

3. Комптновское рассеяние

Насчет комптоновского рассеяния или “эффекта Комптона”. Этот эффект достоверно зарегистрирован. Он основан на рассеянии эл.маг. волны (фотона) на свободных электронах с передачей энергии от волны (фотона) к электрону, что уменьшает энергию волны.

Рис. 1

Частота волны х после взаимодействия с электроном будет

[1], [2],

которое основывается на сохранении импульса и энергии. Или

(4)

То есть, к исходной “энергии покоя” электрона как бы добавляется за счет “столкновения” “фотона” с электроном под углом И.

Соответственно, для длины волны

, где .

Вообще-то, совершенно очевидно, что при “столкновении фотона и электрона” возрастает не “энергия покоя” электрона, а кинетическая энергия электрона, так как “энергия покоя” может возрасти только за счет релятивистского “увеличения массы”. Кроме того, у “фотона” - кванта электромагнитной волны нет и не может быть импульса (), как нет и массы (механизм взаимодействия электромагнитной волны с веществом является чисто электродинамическим, [1] стр. 634). Но, так как “фотон” - квазичастица, то формально у него может быть и квазиимпульс ([1] стр. 635), но не механический и никакого “обмена импульсами при соударении” здесь быть не может, так же, как и нет самого “соударения”. Так, что не нужно здесь привлекать импульс.

Следовательно, формула (4) должна выглядеть как

Но если кому-либо очень хочется учесть “релятивистское увеличение массы” (которого, опять же, нет [4]), то формула (4) для “релятивистсках скоростей” будет выглядеть как

или .

Эти выражения похожи на формулу (4). И они, с точки зрения СТО, более правильные, не правда ли?

Рассмотрим сохранение энергии при комптоновском рассеянии.

Рассмотрим взаимодействие одного “фотона” с одним электроном (частицей).

Согласно [1], уравнение сохранения энергии при комптоновском рассеянии записывается как:

[1], [2] (5).

При этом, в выражении (4), опять же, фигурирует только “энергия покоя” электрона, а не его кинетическая энергия (или “полная энергия”, включающая и “энергию покоя” и кинетическую энергию). Здесь, по видимому, полагалось, что у движущегося электрона возрастает масса (что отсутствует в формуле (4)) и его “энергия покоя” также возрастает. Соответственно, следуя этой логике, разность этой “энергии покоя” уменьшает энергию кванта комптоновской волны (ну как же можно обойтись без СТО с ее , “народ не поймет”).

Вообще-то, если, опять же, очень хочется ввести релятивистскую массу в уравнение сохранения энергии, то выражение (5) должно записываться как:

(6), где ,

а не как формула (5). Или, считая, что не зависит от скорости и “возрастания массы”, то, с учетом “энергии покоя” получится:

,

которое сводится к формуле (6). Далее, считая, что “энергия покоя” также возрастет за счет релятивистского “возрастания массы”, можно еще добавить и релятивистскую массу в выражение для “энергии покоя”. В результате получится “полное” выражение, учитывающее и кинетическую энергию, приобретенную электроном (с учетом “возрастания массы”) и релятивистское увеличение “энергии покоя”. Тогда выражение (6) приобретает вид:

.

И какое из этих выражений правильное?

И, вообще-то, выражение сохранения энергии должно записываться как для волны Де Бройля:

(7)

(это при V<<C, хотя скорость здесь не при чем) или

,

так как часть энергии “фотона” (кванта волны) переходит в кинетическую энергию электрона вне зависимости от угла отклонения “фотона” И и траектории движения электрона после взаимодействия. Кроме того, закон сохранения энергии в микромире никто не отменял.

Из выражения (7) получается, что “потерянная” энергия “фотона” переходит в энергию волны Де Бройля

(если ее определять по формуле (1)), или

(если ее определять по формуле (2)). Тогда

и смещение частоты эл.маг. волны после взаимодействия будет равна частоте волны Де Бройля электрона после “соударения” (8).

Соответственно, смещение длины волны будет равно



.

Теперь попробуем преобразовать “справочное” [1], [2] выражение (5), содержащее и “энергию покоя” и релятивисткий коэффициент. Разложим

в степенной ряд и ограничимся первым членом разложения

:

где .

Так как комптоновская частота равна

,

то выражение для нее через частоту волны Де Бройля будет равно

и выражение для смещения частоты эл.маг. волны получится



в точности такое же, как выражение (8). Но выражение (8) получено без привлечения “энергии покоя” и релятивистского коэффициента, то есть, вообще без СТО. Причем, здесь выражение для длины волны Де Бройля бралось не “справочное”

(1),

а полученное выше

(2).

Таким образом, элементарные преобразования показывают, что смещение частоты волны при рассеянии Комптона тождественно равно частоте волны Де Бройля электрона после его взаимодействия с “фотоном”.

И, вообще-то, можно было бы обойтись только волной Де Бройля. Таким образом, комптоновское рассеяние - это рассеяние электромагнитной волны на свободных электронах с переходом части энергии электромагнитной волны в волну Де Бройля данной частицы.

При обратном эффекте Комптона энергия “фотона” возрастает, если энергия электрона больше энергии “фотона”

[2]



где - начальная энергия “фотона”, а - средняя энергия рассеяных фотонов. Или . И, опять же, здесь фигурирует “энергия покоя”.

Кроме того, причем здесь средняя энергия? Опять статистика?

Соответственно,

или , или (9),

так как V<<C, где . Выражение (9) получается “некрасивое”.

Если же рассмотреть взаимодействие одного “фотона” с одним электроном, то выражение для смещения частоты сводится к выражению (8), где волна Де Бройля “заряжает” электромагнитную волну.

При этом считается, что волновой сдвиг и при рассеянии и при “обратном эффекте” нельзя объяснить на основе классической физики.

Тут необходимо вспомнить акустооптическое взаимодействие (следствие рассеяния Брюллюэена на акустической волне), при котором скорость и энергия “фотона” векторно складывается с скоростью и энергией “фонона” “в результате чего возникает рассеяние света со сдвигом частоты вверх и вниз на величину частоты фонона (Бриллюэна рассеяние) [4]”. В спектре рассеянного излучения появляются пары сдвинутых по частоте компонент Бриллюэна, отвечающих рассеянию света на продольных и поперечных акустических фононах” [4]. Это вызывает изменение длины волны излучения, которое оприсывается формулой



Это смещение длины волны является незначительным в связи с малой скоростью акустической волны (порядка 1 км/сек), но вполне измеряемое:

(10)

волна бройль энергия скорость

Так как формулы (8) и (9) похожи, то аналогия с комптоновским рассеянием тут полная. Но так как акустооптические эффекты описываются классической физикой, то заявления о невозможности описания комптоновского рассеяния классической физикой являются совершенно неоправданными, что, по видимому, связано с полным незнанием “современной физикой” реального физического механизма распостранения электромагнитной волны в вакууме и средах.

Механизм же передачи энергии электромагнитной волной электрону очевиден и аналогичен “световому давлению”, [1] стр. 634. Здесь вектор Е волны смещает электрон (и любой заряд) вдоль фронта волны (создавая ток), а вектор В создает силу F, толкающую электрон. Направление вектора F и поворот фронта волны зависят от направления вектора скорости электрона V. При энергии электрона больше энергии “фотона” все идет наоборот и движение электрона в направлении вектора Е (или проекция вектора скорости электрона на вектор Е) создает когерентную электромагнитную волну, увеличивая энергию “фотона”.



Заключение

Истинная физическая природа волн Де Бройля неизвестна.

Волна Комптона” фактически есть “модификация” (возможно, лишняя) волны Де Бройля, введенная физиками-теоретиками. Комптновское рассеяние - это рассеяние электромагнитной волны на свободных электронах с переходом части энергии электромагнитной волны в волну Де Бройля данной частицы.



Литература

1. Яворский, Детлаф, “Справочник по физике”

2. Комптона эффект, http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1711.html

3. Акустооптика, http://www.bourabai.kz/physics/0083.html

4. Г. Ивченков, “Силовое взаимодействие движущихся зарядов между собой и с полями «Релятивистский» закон Кулона”, http://new-idea.kulichki.net/pubfiles/151026192403.pdf

Размещено на Allbest.ru

...