О явлениях отражения и преломления света известно с давних времен, но сущность этих явлений не ясна до сих пор.

Многие ученые пытались и пытаются понять сущность этих явлений. Одни из них пытаются объяснить эти явления, делая упор на волновую составляющую света, а другие на корпускулярное представление света, например Р. Фейнман.  Но и те и другие оперируют с математическими объектами, поэтому у каждого получается объяснение заведомо не полноценным и никогда не получится полноценным. Если оперировать с сущностью света, то когда-нибудь описание этих явлений может принять достоверный характер. Одна из возможных такая версий предлагается.

Задача, пишущего эти строки, взглянуть на явления, описываемые Р. Фейнманом, чуть по-другому. Цитаты из трудов Р. Фейнмана выделены курсивом. В своих лекциях “КЭД СТРАННАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА И ВЕЩЕСТВА” он пишет:

“Я буду исходить из того, что вы представляете себе свойства света в повседневных обстоятельствах – например, что свет распространяется прямолинейно, преломляется, попадая в воду, что, когда свет отражается от зеркальной поверхности, угол падения равен углу отражения, что свет можно разложить на цвета, что очень красивые цвета видны на луже, когда в нее попадает немного масла, что линза фокусирует свет и т. д. … Я собираюсь объяснить эти явления при помощи квантовой электродинамики”(стр. 17).

Но признает:

“Частичное отражение – это уже непостижимая загадка, и это была очень трудная задача для Ньютона” (стр.19).

Для стекла отражение составляет 4%. 96% света проходит через стекло.

Предлагаемые гипотезы частичного отражения не устраивают Фейнмана.

“Одна из теорий, объясняющих частичное отражение от одной поверхности, предполагает, что поверхность состоит, в основном, из “дырок”, которые пропускают свет, и немногих “пятен”, которые отражают свет” (стр. 19).

“Другая возможная теория состоит в том, что фотоны имеют какой-то внутренний механизм – “колесики” и “шестеренки”, которые поворачиваются некоторым образом, - так что когда фотон “нацелен” правильно, он проходит сквозь стекло, а когда неправильно – отражается” (стр. 20).

В общем, делается вывод:

“Сколько бы мы ни старались изобрести разумную теорию, объясняющую, как фотон “решает”, проходить ли ему сквозь стекло или отскакивать назад, предсказать, как будет двигаться данный фотон, невозможно”. “Все, что мы можем предсказать – это то, что из 100 вылетевших фотонов в среднем 4 отразятся от поверхности” (стр. 20). “Природа позволяет нам вычислять только вероятности” (стр. 20).

И далее там же:

“Если частичное отражение от одной поверхности – это непостижимая загадка и трудная проблема, то частичное отражение от двух и более поверхностей совершенно ошеломляет”.

Оказывается, что количество отраженных фотонов от двух поверхностей зависит от толщины стекла и периодически меняется от 0 до 16. Как же объяснить это явление, и какие трудности возникают в этом объяснении?

“На протяжении многих лет после Ньютона частичное отражение от двух поверхностей благополучно объяснялось волновой теорией, но когда провели эксперименты, в которых на фотоумножители светили очень слабым светом, волновая теория потерпела крах. По мере того, как свет становился все более тусклым, фотоумножители продолжали издавать полновесные щелчки – только они раздавались все реже. Свет вел себя как частицы” (стр. 23).

Реакция Фейнмана на данное поведение света такое.

“Я не собираюсь объяснять, как фотоны в действительности “решают” вопрос, отскочить ли назад или пройти насквозь. Это неизвестно. (Возможно, вопрос не имеет смысла.) Я только покажу вам, как вычислить правильную вероятность того, что свет отразится от стекла данной толщины, потому что это единственное, что физики умеют делать!” (стр. 24).

И Фейнман при помощи придуманного им графического аппарата показывает, как можно описать измеренное явление. По сути это та же волновая теория, где частоту задают часы, амплитуду векторная сумма неких событий, которым приписывается определенная вероятность.

“Однако я могу гарантировать,…что любое явление, связанное со светом, которое было тщательно изучено, можно объяснить квантовой электродинамикой; хотя я буду описывать только простейшие и самые известные явления” (стр. 36).

Как же эта электродинамика объясняет, что свет должен отразиться от зеркала, и что угол падения равен углу отражения? Фейнман рисует нижеприведенную схему. На ней указаны возможные пути движения фотонов от источника S приемнику P. (Деление зеркала на зоны условное.)

Стр. 41. 

Устанавливается правило:

“…настоящее правило – и то, что на самом деле происходит, - гораздо проще: фотон, попадающий в детектор, имеет почти равные шансы попасть туда любым путем, так что все стрелки будут иметь почти одинаковую длину” (стр. 39).

Действительно после сложения всех стрелочек мы в этом случае получим некоторую результирующую стрелку:

“И обратите внимание – мы получили довольно длинную результирующую стрелку! Квантовая электродинамика предсказывает, что свет, действительно, должен отражаться от зеркала!” (стр. 42).

А из чего мы исходили? Из того что свет отражается от каждой точки зеркала. Если мы полагаем, что свет отражается от его частей, то следует сразу же признать, что свет должен с необходимостью отражаться от зеркала.

То что свет отражается от зеркала ни у кого не вызывает сомнения, но существуют объективно пути для фотонов, например, SAP или  SLP? Фейнман утверждает что да, а так ли это, рассказано в статье “Теории квантовой физики (КЭД – странная теория света и вещества (Р. Фейнман, 1988 г.)”.

“Посмотрев на график, изображающий время для каждой траектории, вы увидите, что время почти одинаково для двух соседних траекторий внизу кривой, там, где время наименьшее. … Вот почему в грубом приближении приемлемо упрощенное представление о мире, согласно которому свет идет там, где время наименьшее (и легко доказать, что там, где время наименьшее, угол падения равен углу отражения, но у меня нет времени, чтобы вам это показать) (стр. 42).

Так просто объясняет процесс отражения света и закон равенства углов падения и отражения ученый Р. Фейнман.

Как может заметить внимательный читатель, в названии труда прямо сказано “странная теория света и вещества”. В чем же заключается странность? В том, что она объясняет только то, что уже объяснено другими теориями. Или то, что в этой теории есть потенциал? Если мы объясним то, что уже известно, то эту теорию можно экстраполировать и на неизвестное. Трудно понять, что странного видит в этой теории Р. Фейнман, но для меня странность заключается в том, в начале работы автор обещает:

“Основная задача моих лекций – как можно точнее описать странную теорию взаимодействия света и вещества или, точнее, взаимодействия света и электронов”.

Вот тут бы и хотелось узнать каков механизм взаимодействия электрона и фотона. Что там у них взаимодействует? Какие их элементы участвуют в данном процессе. Констатировать, что вероятность результата этого взаимодействия такая-то почти ничего не объясняет в этом взаимодействии. Зайцу мало знать вероятность, с какой его поймает лиса или волк. Его интересует механизм ловли, чтобы вырабатывать соответствующую тактику спасения.

Упорное годами вычисление вероятности события не говорит даже о том, происходит ли что-нибудь с участниками странного взаимодействия или они остаются такими же. Действительно из 100 падающих на стекло фотонов 4 отражается, а 96 проходит через стекло, но хотелось бы знать, они остались такими же или их качество как-то изменилось? Фейнман предупредил, что этого наука не знает, поэтому и не думайте над этим, лучше рисуйте стрелочки.

Но я попытаюсь построить физические модели отражения и прохождения света через вещество. Удачные они или нет, народ подскажет. Но то, что именно на физических явлениях надо исследовать отражение и прохождение света (да и все остальное) у меня вера несомненная.