Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Наконец, последнее. Поиск ассоциаций, взаимосвязей, параллелей явлений служит весьма эффективным средством научного поиска. Именно такой метод аналогий, как показывает история науки, кратчайшим путём приводит к открытию. Ведь суть науки состоит как раз в установлении взаимосвязей явлений и фактов. Поэтому в науке образное, ассоциативное мышление важно не меньше, а может и больше, чем в искусстве. Учёный тем и отличается, оттого и совершает открытия, что, подобно другим людям творческих профессий, чутко улавливает существующие в природе взаимосвязи, закономерности явлений, их скрытую гармонию, которую и доносит до людей своим творчеством, облекая в привычные образы.

Природа, как отмечали Коперник, Ломоносов, Ньютон, — крайне проста, экономна и не роскошествует излишними причинами. Именно за счёт взаимосвязей, самоподобия природа в малом содержит сразу многое, "одну вещь обогащает многими действиями", чему видели массу примеров в данной книге, где один рисунок служил для иллюстрации многого, а эффект Ритца объяснял весь космос. Недаром по такому ассоциативному механизму работает и наша память, вмещающая благодаря установлению связей очень многое. Так и кусок голографической пластинки содержит информацию сразу обо всей запечатлённой на ней картине. Такой ассоциативный метод мышления, тесная взаимосвязь, автомодельность явлений важны ещё и потому, что одно фундаментальное открытие влечёт за собой целую цепочку, лавину важных открытий, словно ядро кристаллизации, вызывающее в пересыщенном растворе стремительную кристаллизацию. То же и в науке: одно цепляется за другое, что ведёт к перестройке всей физики и космологии. Именно так Демокрит и Лукреций выстроили целую батарею важных и правильных идей, полностью пересмотрев картину мира Аристотеля. Так же и открытие Коперника привело к цепной реакции расцвета механики, физики, астрономии в XVII в. Аналогично и баллистическая теория, открывая единую природу всех типов взаимодействий, ведёт к прорыву в будущее и разработке сверхтехнологий.

Приведём ПРИМЕР. Учёные давно открыли электрическую природу света и то, что различные типы излучений (радиоизлучение, ИК-лучи, свет, УФ-лучи, X-лучи, гамма-лучи) — это всё электромагнитные колебания, разнящиеся лишь частотой. Однако непонимание механической природы света, его структуры и принципов движения, долго не позволяло открыть способ трансформации света в другие частотные диапазоны. Ведь гораздо удобнее, вместо громоздких генераторов на каждый из диапазонов, иметь под рукой компактный лазерный источник и трансформатор спектра его излучения, подобно использованию трансформаторов напряжения (вместо набора разных источников) или редукторов, коробок скоростей в автомобиле (вместо набора разных двигателей). Конечно, нелинейная оптика открыла ряд способов преобразования оптического спектра. Лазеры ультракоротких импульсов позволяют превращать свет даже в терагерцовое и рентгеновское излучение, но с малой эффективностью. Можно вызвать сдвиг спектра и по эффекту Доплера, меняющему частоту f света на f '= f /(1+ V r / c ), например в редукторе Белопольского с крутящимися зеркалами. Но доплеров сдвиг частоты обычно ничтожен ввиду малой скорости источников V r << c [74]. Лишь в лазерах на свободных электронах с помощью мощных ускорителей, разгоняющих электроны до V ≈ c , удалось трансформировать свет лазера, рассеянный летящими электронами (отражённый "электронным зеркалом"), в гамма- и рентгеновские пучки. Но и эта технология слишком дорога, сложна и малоэффективна. К счастью, способы преобразования частоты от движения источника не исчерпываются эффектом Доплера, ибо есть ещё эффект Ритца f' = f /(1+ La r / c 2) (§ 1.10). Именно он открывает новый, универсальный способ трансформации оптического спектра в любой другой диапазон электромагнитных волн от радио- до гамма-излучения, поскольку не требует разгона до световых скоростей. С подобными трансформаторами светового излучения в неоптические диапазоны уже встретились в космосе на примере пульсаров, квазаров, радиогалактик и барстеров (§ 2.21). Они удалены на астрономические расстояния L и потому сильно преобразуют спектр звезды даже при малых ускорениях ar .

Однако применимость эффекта Ритца для трансформации частоты в земных условиях, казалось бы, ограничена ещё больше, чем у Доплеровского, поскольку в f' = f /(1+ La r / c 2) надо обеспечить La r / c 2порядка ±1, т. е. для L~ 1 м нужны a r = c 2/ L~ 10 17м/с 2! Это ускорение недостижимо для излучающих приборов, но его легко сообщить атомам и электронам, излучающим и переизлучающим свет! Поскольку в поле E ускорение электрона a=Ee/m , где e/m= 1,76·10 11Кл/кг, то a =10 17м/с 2уже при E~ 10 6В/м (для ионов E~ 10 9В/м). Этот и даже на порядки большие уровни поля ныне легко достижимы. Поэтому в земных лабораториях можно создать универсальные трансформаторы спектра аналогичные космическим. Для этого в поле E~ 10 6–10 9В/м надо придать ускорение пучку излучающих ионов или рассеивающих свет электронов, и их оптическое излучение, пройдя в сверхчистом вакууме путь L , преобразуется в радио-, терагерцовый, ИК-, УФ-, рентгеновский или гамма-диапазон в зависимости от знака и величины поля E . Частоту излучения можно плавно перестраивать, меняя пролётную дистанцию L до переизлучающей пластины (Рис. 201). А раз частицы не надо разгонять до V ≈ c , то КПД трансформации оптического излучения будет почти 100 %.

Рис. 201. Трансформатор Ритца: свет лазера частоты f переизлучается ускоренными электронами и на пути L преобразуется в излучение f' любого иного диапазона.

Интересно, что нечто подобное ещё в 1950 г. предложил С.И. Вавилов, как раз имея в виду проверку баллистической теории. Он предлагал модулировать скорость пучка ионов, каналовых лучей за счёт быстрой перезарядки (быстрых изменений величины ускоряющего поля) и наблюдать, возникнут ли при этом предсказанные Ритцем нелинейные преобразования спектра и фазы световых колебаний ( УФН, 2001, Т.171, № 10). Но внезапная смерть Вавилова в 1951 г. не позволила ему построить установку и осуществить эксперимент (§ 2.9). Теперь же применение БТР и возросшие технические возможности позволят легко сконструировать такие эффективные преобразователи и реализовать замысел Вавилова. Более того, возможно, подобные трансформаторы излучения уже давно работают там, где электроны движутся с огромными ускорениями (в грозовых разрядах, генераторах аттосекундных импульсов, синхротронах), однако генерируемое при этом рентгеновское и гамма-излучение интерпретируют как синхротронное или тормозное излучение электронов.