Андрей Гришаев - Этот «цифровой» физический мир

По этой логике работы Навигатора, выделенных направлений максимально вероятного переброса может образоваться несколько – по числу атомов из ближайшего окружения атома-отправителя. Это – примечательный вывод! Он позволяет сразу же объяснить, почему упорядоченные атомные структуры – например, монокристаллы – рассеивают попадающий в них свет не изотропно, а, преимущественно, в выделенных направлениях: вдоль лучей, на которые «нанизаны» их атомы.

Но вернёмся к нашему атому-отправителю. Вот, наконец, в одном из направлений максимально вероятного переброса, Навигатор делает выбор атома-получателя, и квантовый переброс энергии возбуждения происходит. На этом, вообще говоря, не завершается работа канала Навигатора, прокладывающего путь этой порции энергии. Работа завершится тогда, когда эта порция энергии уже не сможет быть передана дальше – например, после превращения её в иную форму энергии. А до тех пор, получивший порцию энергии атом сразу же становится «источником» новой волны расчётных вероятностей, которая «генерируется» по описанному выше алгоритму вторичной волны. Отсюда сразу же следует естественное объяснение феномена прямолинейного распространения света.

Впрочем, известен ряд факторов, которые приводят к тем или иным отклонениям от этой прямолинейности. Прежде всего, при совместном распространении первичной и вторичной волн расчётных вероятностей, максимальные вероятности переброса приходятся не просто на точки касания сфер этих волн, как это описано выше, а на несколько большие области касания, имеющие ненулевые размеры: толщины и поперечные радиусы. Эти поперечные радиусы областей касания увеличиваются по мере продвижения первичной и вторичной волн – из-за того, что увеличиваются радиусы сфер этих волн. Соответственно, увеличиваются поперечные радиусы областей максимальных вероятностей переброса, чем и объясняется – по крайней мере, качественно – дифракционная расходимость света.

Кроме того, ненулевые поперечные радиусы областей максимальных вероятностей переброса приводят, на наш взгляд, ещё к нескольким известным феноменам. Один из них – это рефракция , т.е. искривление путей распространения света в среде с градиентом концентрации атомов. Например, в атмосфере с нормальным вертикальным градиентом плотности, «лепёшки» максимальных вероятностей будут систематически накрывать большее число атомов своими нижними половинками, чем верхними. Поэтому «источников» вторичных волн будет больше в нижней части створа максимальных вероятностей, и в результате этот створ будет «заворачивать» вниз.

Аналогично происходит преломление света при переходе через плоскую границу раздела двух прозрачных сред с различными концентрациями атомов. Отличие преломления от рефракции заключается лишь в следующем: если асимметрия «генерации» вторичных волн, о которой идёт речь, имеет место на протяжении всего пути распространения света, то происходит рефракция, а если эта асимметрия имеет место только при переходе через границу сред, то происходит преломление – фактически, импульсная рефракция. Заметим: чем короче длина волны расчётных вероятностей, тем, при прочих равных условиях, больше суммарный эффект от асимметрии «генерации» вторичных волн. Следовательно, коротковолновое излучение должно преломляться сильнее, чем длинноволновое – что и происходит в действительности.

На наш взгляд, волна расчётных вероятностей в вещественной среде, по сравнению со случаем вакуума, уменьшает свою скорость из-за сбоев в продвижении её переднего фронта – например, из-за безызлучательной потери энергии возбуждения тем или иным атомом-отправителем – что эквивалентно «задержкам в пути». Причём, чем короче длина волны, тем, на одном и том же отрезке среды, большее число атомов накрывается «лепёшками» максимальных вероятностей – значит, тем больше среднее число сбоев и задержек на единицу длины, и тем больше результирующее замедление волны. Таким образом, мы качественно объяснили нормальную дисперсию света в веществе. Более того, описанный механизм замедления волны в среде позволяет построить оптику движущихся сред: на его основе получается выражение для фазовой скорости света в движущейся среде, которое в нерелятивистском приближении даёт знаменитый френелевский «коэффициент увлечения» света движущимся веществом [Г9].

По поводу поляризационных эффектов заметим: из приведённого выше описания волн расчётных вероятностей ясно, что этим волнам не присуще такое свойство, как поперечность, поэтому они никоим образом не могут быть поляризованы – в традиционном понимании этого термина. Поляризационные эффекты обусловлены, по-видимому, дополнительными изменениями форм областей максимальной вероятности переброса – из-за «генерации» вторичных волн атомами, которые упорядоченно расположены либо в молекулах, либо в кристаллических решётках.

Наконец, поясним причину «запредельных» опережений у Басова и его последователей ( 3.3). Навигатор прокладывает путь квантам энергии возбуждения особенно эффективно, когда длина волны попадает на спектральную линию в веществе. А, в рассматриваемом случае, у генератора и нелинейной ячейки спектральная линия одна и та же. Лазерный импульс генерируется не мгновенно – и, когда он сгенерирован, готовый путь ему уже проложен до выходного торца нелинейной ячейки. Почти мгновенный переброс квантов энергии возбуждения из генератора в нелинейную ячейку происходит точно так же, как их почти мгновенные перебросы с атома на атом в генераторе.

Что касается объяснения волновых свойств света , то этот вопрос мы рассмотрим в отдельном параграфе ( 3.5).

Основное волновое явление при распространении света – интерференция. При прохождении светом, например, сквозь систему из множества параллельных щелей, получается интерференционная картинка – чередование светлых и тёмных полос. Волновая теория легко объясняет эту картинку. Волновой фронт, проходя сквозь эти щели, дробится на множество участочков, которые становятся источниками вторичных волн. Складываясь, эти вторичные волны либо усиливают друг друга, либо, наоборот, гасят – в соответствии с разностью фаз, которая зависит от направления распространения света за щелями. Там, где волны складываются синфазно, получаются светлые полосы, а там, где они складываются противофазно – тёмные. Но как объяснить эту картинку, если представлять свет летящими фотонами? Если фотон – полноценная частица, то он должен пролетать сквозь какую-то одну щель, а не сквозь несколько щелей сразу. Откуда же тогда взяться интерференционной картинке? Кстати: чем больше щелей, тем эта картинка резче. Что же, фотон пролетает сквозь одну щель, но чувствует все остальные?