В статье “О кванте подробно” мы рассмотрели устройство кванта. С понятием кванта тесно связано понятие фотон. Но пока нет четкого понятия, что такое фотон и что такое квант. Это одно и то же? Или это разные понятия? Или между ними существует некоторая корреляция? Все стыдливо употребляют то или иное понятие, чувствуют, что тут что-то не так, но не обостряют этот вопрос. А ведь между этими двумя понятиями пролегает ясный водораздел.
Квант определен как самая минимальная фиксированная величина энергии. Природа любит все квантовать. И в капле, и в стакане, и в озере может быть различное количество воды, но молекулы воды в этом объеме должно быть целыми. В капле может быть 1999, 2000 или 2001 молекул воды, а 1999,5 молекул воды в капле не может быть. Пол молекулы воды просто не существует в природе, половина молекулы воды это, примерно HBe, то есть из H2O надо взять один атом водорода и разделить пополам атом кислорода, чего возможно нет в природе.
Этот принцип распространяется и на количество энергии. Энергии с одной стороны может быть согласно выражению ε = hv сколь угодно много. C другой стороны, минимальная ее часть равна величине h. Величина h, в этом случае, подобна молекуле воды и также, как молекулы воды составляют каплю, так и набор минимальных частичек энергии составляют какое-то количество энергии, конденсирующееся в ту или иную частицу. Об этом речь будет идти дальше. С этих позиций, как говорилось выше, в выражении ε = hv лучше было бы убрать понятие частоты и ввести понятие количества минимальных порций энергии. Заменить в формуле v на числа натурального ряда n или k.
Как же назвать и получить порцию энергии большую, чем ее содержится в одиночном кванте? По отношению к воде мы говорим, что это капля, это стакан, а это пруд воды, а не говорим это молекула капли, стакана или пруда воды. Сказать молекула капли воды, это значить представить, что молекула H2O как-то вдруг зашевелилась, атом кислорода раздулся до требуемых размеров, то же самое произошло с атомами водорода, и мы получили молекулу капли воды. Нонсенс. Естественнее набрать определенное количество одинаковых молекул воды и получить каплю, стакан или пруд воды. Чтобы не говорить каждый раз “одинаковых молекул воды”, мы просто говорим “воды”. Такая же ситуация и с энергией. Нельзя сказать: квант электрон-вольта или квант синего цвета. Это бы означало, что минимальный квант каким-то образом затрепыхался, изменил свою частоту или ему изменили ее при генерации, и по отношении к способу генерации мы получили бы квант электрон-вольта. Но это уже не закон природы. Так любое количество энергии мы бы называли квантом.
Это недоразумение исчезает, если любой набор минимальных квантов назвать фотоном, подобно тому, как любое количество одиночных молекул H2O мы называем количеством воды: капля, стакан или пруд. Две минимальные порции энергии, то есть два кванта, в одном комплекте можно назвать фотоном. Столько-то квантов в сумме образуют фотон рентгеновского излучения или фотон видимого излучения и тому подобное.
При генерации кванта двойной энергии никакой модификации кванта не происходит, а энергия этого образования, двойного кванта (8 бусин) или если угодно фотона, будет строго удвоена излучением двух одинарных минимальных квантов.
Согласно, нашей графике так будет выглядеть фотон, содержащий 4 кванта (Рис. 1).
Вот такие объединения одиночных порций энергии в один объект вполне можно называть фотонами или лучше элементарными фотонами.
Такие фотоны генерируются одиночными электронами. Чем большую силу мы приложим к электрону, тем большей энергии будет излучен фотон, то есть тем больше будет в нем волн и он будет тем длиннее.
Рассмотрим работу обычного LC-контура в передатчике. Внешней силой от блока питания мы заставляем двигаться электроны от одной пластины конденсатора к другой, а затем обратно и т.д. На электроны действует внешняя сила, силы взаимного отталкивания, магнитные силы. На каждый электрон действуют разные силы, но обще выраженное направление есть: от пластины к пластине. Не все электроны пробегают этот путь. Те электроны, которые пробегут этот весь путь, получив самое большое ускорение, те и генерируют самые длинные с самой большей энергией элементарные фотоны (суммы одиночных квантов). Электроны, совершившие более короткий путь, излучат элементарные фотоны меньшей энергии. В совокупности эти элементарные фотоны мы и наблюдаем в виде радиоволны или радио фотона. Получаются пучки, связки элементарных фотонов. Точно также как мы наблюдаем волну на воде, не замечая неровностей от молекул, составляющих волну.
Примерно так представляется автору содержание фотона (Рис. 2). Такой же видится структура фотона и в эмиссионной теории Вальтера Ритца, с одной только разницей. Скорость каждой из составляющих эту группу частиц согласно баллистической теории представляется различной, ибо в каждой из этих скоростей присутствует скорость излучателя, то есть электрона. А поскольку скорости электронов различные, то фотон должен расплываться во время движения. Такие группы элементарных фотонов составляют любой вид излучения. Если в группе элементарные фотоны самые короткие, то это реликтовое излучение. Такую группу, конечно, можно назвать квантом реликтового излучения, но это будет квант по отношению к реликтовому излучению. По отношению к нейтрино – это группа квантов, а по отношению, например, к излучению видимого спектра, это часть фотона видимого спектра. По этой причине такую группу элементарных фотонов все-таки удобней называть фотоном такого-то излучения. Энергия фотона зависит от суммы энергий всех элементарных фотонов, составляющих данный фотон. А мощность излучения будет зависеть от мощности фотонов и частоты следования этих фотонов. Частота следования данных групп зависит от режима генерации.
Форма вида изображенного на рисунке фотона чисто условная. Мы привыкли к синусоиде, вот огибающая и выбрана в виде синусоиды. Естественно, что в группе или волне может быть больше тройных фотонов, или двойных, и располагаться они могут по-разному относительно самого большого фотона, который, вернее которые, определяют вид излучения. В процесс излучения электроны могут включаться в разное время. То есть фотоны имеют возможность сдвигаться друг относительно друга, но предполагается, что сдвиг этот может быть только дискретным на величину кванта.
Форма фотона, излучаемая лазером, должна быть примерно, такой как изображено на Рис. 3.
Все электроны рабочего тела лазера находятся примерно в одинаковом состоянии, поэтому они одинаково изменяют свой скоростной режим и благодаря этому излучают примерно одной и той же энергии элементарные фотоны. И поток таких фотонов имеет большое преимущество перед фотоном, который изображен на Рис. 2. Элементарные фотоны в луче фонарика имеют различную энергию. Вероятность того что некоторые из них будут поглощены молекулами среды распространения, в частности воздуха, довольно велика и поэтому луч быстро теряет свою интенсивность, то есть светит не слишком далеко. В луче лазера элементарные фотоны почти одинаковые и поэтому, если в среде распространении будет даже очень много резонансных частиц для таких элементарных фотонов, то эти частицы поглотят небольшую часть таких фотонов и выйдут из игры. Путь для последующих элементарных фотонов окажется свободным, и луч будет распространяться на много дальше, не затухая и не рассеиваясь.
Таким образом, фотон можно определить следующим образом.
Фотон – это форма организации объединения квантов в тот или иной вид электромагнитного излучения.
Человечество в основном работает с фотонами, изображенными на рисунках 2 и 3. Это почти все виды электромагнитных излучений. Мы можем измерять и генерировать последовательности таких пакетов. Природа работает с элементарными фотонами. Все химические реакции в основном протекают в результате излучения и поглощения элементарных фотонов или небольшой суммы элементарных фотонов. Обычно это какой-нибудь индивидуальный рабочий фотон и дополнительный к нему катализирующий фотон. Особенно это распространено в биологии. Суммы фотонов запускают все биологические реакции вплоть до голографической картины морфологии живых организмов.
Когда ученые пытаются в живом организме измерить какой-нибудь электрический ток или потенциал, то они измеряют потоки фотонов в виде солитонов, представленных на рисунке 2. В них элементарные фотоны относятся к различным молекулярным процессам, которые происходят под воздействием на организм экспериментатора. А чтобы понять, например, процесс возникновения и роста раковых клеток в легких, следует выделить именно тот поток элементарных потоков, который запускает в легочных клетках транскрипцию тех белков, которые не свойственные легочным тканям.
Естественно работать с элементарными, особенно одиночными, фотонами мы пока работать не можем и даже не понимаем, что это нужно.
