Теория старения фотонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общественный Институт Естественных и Гуманитарных Наук

ТЕОРИЯ СТАРЕНИЯ ФОТОНОВ

Б.Г. Головкин

Аннотация

Обсуждены известные теории старения фотонов. Предложена, основанная на стандартной модели расширяющейся Вселенной, гипотеза старения фотонов, в соответствии с которой фотоны излучают субкванты, частота которых зависит от времени и скорости движения их источника. Выведены формулы для частот образующихся субквантов и их деградации со временем. Показано, что с течением времени, в пределе, они превращаются в частицы с массой, равной массе фотоников, которая ранее была вычислена С.А. Николаевым.

Ключевые слова: красное смещение, эффект Доплера, эфир, старение фотонов, субкванты, фотоники.

В работе [1] проведён теоретический анализ и классификация гипотез о красном смещении в спектрах галактик, как основной причиной старения фотонов. К категории глобальных гипотез можно отнести явление Доплера, изменение фундаментальных постоянных, изменение структуры пространства и времени (метрики, замедление темпа времени и т.п.), а также воздействие возможной кривизны пространства. Если принять, что Вселенная гиперсферична, то фотоны, двигаясь в ней должны поворачивать. Но, поворачивая, всякий фотон меняет свой импульс, а изменение импульса - это изменение энергии, а, стало быть, частоты фотонов. Это изменение импульса происходит квантами "минимальной энергии", которую фотон теряет на поворотах или даже просто при движении в вакууме за счёт взаимодействия с виртуальными частицами вакуума [2,3]. В работах [4-7] такие кванты названы субквантами, в монографии [8] - фотониками. Локальные гипотезы, такие как взаимодействия фотона с магнитными [9-10] полями, с метагалактическим гравитационным полем [11], с неоднородностями галактических гравитационных полей и особенно связанные с испусканием фотонов меньшей частоты в силу соответствующей структуры фотона также наводят на мысль о старении фотонов через акты испускания субквантов.

Существующие теории старения фотонов могут быть классифицированы на следующие шесть типов.

1. Вариант основан на гравитационном красном смещении ОТО. Но это смещение слишком мало и пропорционально квадрату расстояния, а не первой степени, как это имеет место в законе Хаббла, и, кроме того, это смещение должно быть не красным, а фиолетовым [11].

2. Фотон по пути от источника до наблюдателя взаимодействует с межгалактическим веществом и отдаёт ему часть своей энергии. Это опровергается тем, что взаимодействие должно носить характер рассеяния. Отдача энергии сопровождается передачей импульса. А это приводит к изменению направления фотона, что должно привести к размыванию изображения источника, чего не наблюдается [11]. Однако если считать, что размазывание изображения источника, учитывая его большую удалённость от наблюдателя, явление не всегда надёжно установленное, то тогда следует признать, что подобное явление действительно имеет место. Но данное явление, также как и столкновение с каким-либо небесным телом, нельзя отнести к виду старения фотонов, поскольку причина явления находится в случайном стечении обстоятельств. Поэтому такую теорию следует считать не теорией старения, а теорией гибели фотонов.

3. Гипотеза Пекера, Робертса и Вижье [12] предполагает, что фотоны теряют энергию при рассеянии на других фотонах. Для межгалактических объектов предполагается, что играет роль рассеяние на реликтовом излучении. Но теория квантовой электродинамики принципиально отрицает возможность такого, с изменением частот, взаимодействия фотонов [11], а все, без исключения предсказания квантовой электродинамики согласуются с опытом. фотон субквант частота скорость

4. Предполагается, что фотон спонтанно распадается на элементарные частицы. Например, он испускает пару нейтрино - антинейтрино, отдавая им некоторую долю своей энергии [11]. Однако М.П. Бронштейн показал, что такой процесс старения невозможен [13]. Сделано это было на примере самопроизвольного распада м-мезона. Пусть время жизни покоящегося мезона. Тогда если он движется со скоростью , его время жизни

.

Энергия движущегося мезона равна

,

где масса мезона, скорость света. Вероятность распада частицы обратно пропорциональна времени жизни

,

а энергия, соответственно

,

постоянная Планка. Отсюда следует:

const, const,

. (1)

Это и есть формула М.П. Бронштейна. Согласно принципу лоренц-инвариантности эта формула универсальна и для мезонов и для фотонов [11]. Если бы вероятность распада фотонов действительно была бы обратно пропорциональна частоте, то особенно быстро распадались бы кванты радиоволн. Но такого не наблюдается. Красное смещение волн в радиодиапазоне точно такое же, как и в оптическом.

5. Эфиродинамическая гипотекза В.А. Ацюковского [14]. Исходя из закона Хаббла для красного смещения в спектрах галактик, имеем:

, (2)

где показатель красного смещения, энергия, частота и длина волны фотона, излучённого источником света и света, принятого наблюдателем, соответственно; расстояние от источника света до наблюдателя; скорость света; постоянная Хаббла. Из равенств (2) следует уравнение

(3)

Интегрируя (3) и учитывая, что при , получаем

и (4)

Таким образом, получается естественный экспоненциальный закон убывания энергии и частоты фотона, что автор считает не результатом "разбегания Вселенной", а результатом вязкости эфира, в котором движется фотон. Очевидно, что это утверждение нельзя опровергнуть формулой Бронштейна, поскольку такое торможение испытывает каждый фотон, а вероятность распада исходного фотона равна единице для каждого фотона. Однако уход части энергии фотона в эфир, как в виртуальную сущность, нарушает закон сохранения энергии в реальном мире, что противоречит основным положениям классической физики.

6. Гипотеза С.А. Николаева основана на предположении, что фотоны распадаются с образованием эфирных частиц - фотоников [8]. Автор исходил из закона Хаббла (2), но он считает, что этот закон указывает не на расширение Вселенной, а на потерю массы и энергии по пути следования фотона. Отличие его теории от теории В.А. Ацюковского состоит в том, что выделяющаяся при распаде фотона энергия не поглощается эфиром, а идёт на образование реальных мельчайших частиц - фотоников, которые становятся частицами эфира. Несмотря на то, что в этой теории предполагается распад фотонов на фотоны меньшей частоты и фотоники, теория не может быть опровергнута формулой М.П. Бронштейна (1) по той причине, что распад происходит не по вероятностному механизму. В процессе движения распадаются все 100% фотонов, независимо от их частоты и скорости движения их источника.

Предлагается гипотеза старения фотонов на основе стандартной модели расширения Вселенной, в которой предполагается, что наблюдаемое уменьшении энергии световых квантов, излучаемых удалёнными объектами, должно в силу закона сохранения энергии компенсироваться излучением субквантов. Отличие данной гипотезы от теорий В.А. Ацюковского и С.А. Николаева заключается в том, что излучённые фотоны [14], или фотоники [8] в их теориях поглощаются эфиром или автоматически становятся частицами эфира и потому либо не могут быть наблюдаемы, либо наблюдаемы лишь косвенно, как эфирные сущности. Базовым положением служило уравнение для скорости объекта, излучающего свет:

(5)

где лучевая составляющая скорости объекта в направлении наблюдателя, составляющая скорости Земли в направлении объекта, составляющая скорости объекта, приобретаемой за счёт расширения Вселенной. Как полагают A.N. Silverman [15] и С.А. Николаев [8] величины по сравнению с слишком малы, поэтому ими можно пренебречь, что и принято во внимание в формуле (5).

Энергия и масса гипотетических фотоников определяется отношением изменения энергий фотона к соответствующему числу колебаний , приходящихся на данное изменение частот [8]:

, . (6)

Количество колебаний, совершённых фотоном за время с учётом формулы (4) равно

. (7)

Экспериментально наблюдаемое изменение частоты света от объектов, удаляющихся от наблюдателя со скоростью , независимо от природы этой скорости, подчиняется формуле, отвечающей эффекту Доплера [16]:

, (8)

где

откуда

. (9)

Подставив выражения (7) и (9) в формулу (6), получим

. (10)

Таким образом, масса фотоников, которая должна быть получена в теории С.А. Николаева, оказалась зависящей от скорости излучающего объекта и времени. А это уже не фотоники. Однако формула (10) позволяет дать другое толкование полученному результату. Используя формулу Эйнштейна , где частота соответствующих субквантов из равенства (10) получаем

. (11)

Формула (11) показывает, что при движении фотонов в пространстве образуются не фотоники, а субкванты, частота которых зависит от времени и скорости источника излучения. Из формулы (11) видно, что если источник излучения покоиться, т.е. если Вселенная на расширяется, то частота субквантов равна нулю, т.е. просто никаких субквантов не выделяется, а фотоны не стареют.

В работе [15] допускается, что скорость расширения может быть больше скорости света. В этом случае, если таковое возможно, формула (11) предсказывает появление субквантов с мнимой частотой. Из формулы (11) следует, что в начальный момент испускания объектом фотонов любой частоты при частота образующихся субквантов чрезвычайно высока, затем с течением времени фотоны образуют субкванты средней частоты, а в пределе их старения при , если Вселенная расширяется с постоянной скоростью частота образующихся субквантов в пределе не зависит от частоты родительских фотонов:

. (12)

Такие субкванты уже можно рассматривать как фотоники с массой

. (13)

Из формулы (11) также следует, что при скорости расширения равной скорости света частота субквантов определяется формулой

. (14)

При формула (14) позволяет вычислить частоту предельных субквантов

, (15)

что отвечает излучению в рентгеновском диапазоне. Поскольку находимая по формуле Эйнштейна, масса таких субквантов

кг (16)

(величина погрешности определяется неточностью в оценке постоянной Хаббла) не зависит ни от частоты первичного излучения, ни от скорости его источника, то такие субкванты, естественно, следует считать частицами - предельными фотониками. Значение для массы фотоников, вычисленное приближённым методом С.А. Николаева [8] по формуле

кг, (17)

где , а ,

по существу, совпадает с найденным по формуле (16). То обстоятельство, что в формуле (17), в отличие от формулы (11), непосредственно скорость расширения Вселенной не используется, в значительной мере позволяет предполагать, что скорость расширения Вселенной равна скорости света.

Список литературы

1. Мельников О.А., Попов В.С. Недоплеровские объяснения красного смещения в спектрах далёких галактик. // В сб. "Некоторые вопросы физики космоса". Сборник 2. М.: ВАГО АН СССР, 1974. С. 9.

2. Алеманов С.Б. Волновая теория строения элементарных частиц. - М.: БИНАР, 2012.

3. Chepick A.M. // Spacetime & Substance. 2002. 13. № 3. С. 108; С. 113.

4. Моисеев Б.М. Физическая модель светового кванта. М.: "ЛИБРОКОМ", 2011.

5. Королькевич Ф.И. Свет и структура материи. М.: Компас интернэшнл., 1993.

6. Королькевич Ф.И. Начала субквантовой физики. М.: Ариэль-ЛЕБ., 1996.

7. Королькевич Ф.И. Этюды о свете. М.: "Хроникер"., 2002.

8. Николаев С.А. Эволюционный круговорот материи во вселенной. Изд. Политехнического университета. Санкт-Петербург. 2007. 304 С.

9. Csaki C., Kaloper N., Terning J. // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. № 16. 161302.

10. Mamas L. // Physics Essays. - 2010. - V. 23. - № 2. - C. 326.

11. Зельдович Я.В., Новиков И.Д. Однозначно ли объяснение красного смещения расширением Вселенной? // В книге "Строение и эволюция Вселенной" /// Изд. Наука. Гл. ред. физ. Мат. Лит. 1975. С. 123 - 125.

12. Pecker J.C., Roberts A.P., Vigier J.P. / Nature // 1972. V. 237. P. 227.

13. Bronstein M.P. Phys. Z. Sowjetunion. 1934. Т. 2. S. 100

14. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. М.: Энергоатомиздат, 2008. 584 С.1990. C. 197.

15. A.N. Silverman. / Amer. J. Phys. 1986. V. 54. № 12. P. 1092. // Перевод на русский: "Разрешение космологического парадокса с помощью общей теории относительности". В книге "Физика за рубежом". Серия Б. Сб. статей.

М.: Мир. 1988. С. 103 - 113.

Размещено на Allbest.ru