Фридэн Королькевич - Этюды о свете

Основы электронной оптики имеют много общего с основами световой, фотонной оптики. Обе они подразделяются на геометрическую и волновую, обе имеют дело с корпускулярными и волновыми свойствами электронов и фотонов, с дифракцией, интерференцией, с другими характеристиками — вплоть до полной их аналогии. Так, например, один из разделов первого тома «Основ электронной оптики» Питера Хокса и Эрвина Каспера в главе о гамильтоновой оптике так и озаглавлен: «Аналогия со световой оптикой». При обсуждении физического смысла характеристической функции электрона там сообщается, что «аналогия с геометрической световой оптикой является полной».

Обе оптики используют сходный или одинаковый математический формализм, сходные формулы, особенно при описании статистических явлений, а также колебательных и волновых процессов, процессов переноса электронов и фотонов.

Следовательно, субквантовый фотон не имеет противопоказаний быть реальным и со стороны таких явлений, как интерференция и дифракция.

Эйнштейн был сторонником представления кванта излучения в виде частицы, хотя и не употреблял этот термин. Он писал: «То, что наши теперешние основы теории излучения должны быть отброшены, я уже пытался показать ранее… Я считаю, что следующая фаза развития теоретической физики даст нам теорию света, которая будет в каком-то смысле слиянием волновой теории света с теорией истечения. Нельзя считать несовместимыми обе структуры, волновую и квантовую».

Субквантовое представление сущности излучений, вероятно, является шагом в этом направлении. Факты подобия электронов и субквантов, частиц и атомов энергии, участвующих в интерференции и дифракции (волновых явлениях), свидетельствуют в пользу такого предположения.

Микроскопическая электродинамика показала, что движение зарядов в электролитах не подчиняется уравнениям Максвелла. Выяснение этого обстоятельства привело к открытию электрона. Квантовая теория излучения показала, что электродинамические теории света совершенно чужды постоянной Планка. Сопоставление ее с опытом, расчетами и логикой связи фактов подтверждает обоснованность идеи атома энергии субкванта, который лежит в основе кванта энергии — фотона. Субквантовые представления и явления обобщаются квантовыми.

Зримым подтверждением этого послужил уникальный фотоснимок пикосекундного светового импульса в пигментирующей среде, полученный в 1973 году фирмой «Белл Телефон». Импульс явно не согласуется с волновой теорией Гюйгенса. Он гораздо ближе к представлению переноса субкванта в среде, возмущенной его движением, то есть сопровождаемый поперечными волнами.

Аналогичное описание фемтосекундных лазерных импульсов в линейных диспергирующих средах, их оптику можно найти в книге Сергея Ахманова, Виктора Выслоуха и Анатолия Чиркина.

Следовательно, для ответа на вопрос Планка надо лишь отойти от принципа Гюйгенса и электромагнитной теории света с ее непрерывностью между статическим и динамическим полем. Они противоречат опыту. Пусть с недоверием, с оглядками на привычную электромагнитную теорию и с перепроверкой каждого положения субквантового представления света, но согласиться с его обоснованностью.

Все это дает основание рассматривать перенос субквантов в пространстве в соответствии с принципом Ферма — Ньютона. Как известно, кинематический принцип Ферма утверждает, что возмущение от любой из точек среды распространяется к другой ее точке и к приемнику по лучу, являющемуся экстремалью функционала Ферма. В конечном счете это определяет кинематику геометрической оптики и может быть сформулировано в качестве динамического принципа. Теория истечения Ньютона в основе своей сходна с этим принципом Ферма.

7 ноября 1919 года лондонская «Таймс» вышла с заголовками «Революция в науке. Новая теория Вселенной. Идеи Ньютона опровергнуты». В Нью-Йорке добавили: «Лучи изогнуты, физики в смятении. Теория Эйнштейна торжествует». Сообщили также, что «Пространство разоблачили: оно кривое».

Так многие газеты встретили известие о притяжении света Солнцем, которое предсказал Эйнштейн. Этот факт установили экспедиции в Бразилии и на острове Принсипи при наблюдении солнечного затмения.

Люди устали от войны и очень хотели отвлечься от нее. Таинственная и уже этим привлекательная теория, по которой чудесным образом изгибаются лучи далеких звезд, сразу же стала сенсацией номер один.

Президент Лондонского Королевского общества Джозеф Томсон провозгласил ее высочайшим достижением человеческой мысли. В Цюрихе физики сочинили стихи:

Но были не только восторги. Философ и математик Альфред Уайтхед заметил, что нет никаких оснований предполагать у теории Эйнштейна более определенный характер, чем у «Начал» Ньютона. С ее представлением гравитации не силой воздействия одного тела на другое, а свойством пространства-времени не согласились Альберт Майкельсон, Оливер Хевисайд, Анри Пуанкаре, Эрнст Мах, Туллио Леви-Чивита и ряд других ученых.

Обильная, но малодоказательная критика общей теории относительности — новой теории гравитации — не помешала считать ее одной из основ современной физики и космологии. Изгиб лучей света и изменение его спектра близ Солнца были признаны доказательством верности теории.

Эйнштейн говорил, что наука — это драма, драма идей.

В статье о наблюдении затмения Дайсон, Эддингтон и Дэвидсон привели три альтернативы, из которых им предстояло сделать выбор:

1. Гравитационное поле не оказывает влияния на траекторию луча света.

2. Гравитационное поле действует на энергию или массу света так же, как и на обычное вещество по закону строго ньютоновского характера.

3. Ход луча света согласуется с общей теорией относительности Эйнштейна, причем и в этом случае гравитационное поле действует на свет точно так же, как и на обычное вещество.

Да, фотоны звездных лучей имеют массу, в среднем равную 4,4·10 −33 грамма. Поэтому они могли быть притянуты к Солнцу. Но по какому закону — Ньютона или Эйнштейна?

Директор Парижской обсерватории Экслангон в 1924 году писал, что наблюдения солнечных затмений не подтверждают и не опровергают закон отклонения Эйнштейна. Они лишь указывают, если отбросить всякие предположения о систематических ошибках, на существование отклонений около Солнца, но без определения закона и без точной величины отклонения у солнечного края. В 1955 году член-корреспондент Академии наук СССР Михайлов в докладе о наблюдении эффекта Эйнштейна отметил, что эти слова остаются справедливыми и поныне, несмотря на последующие наблюдения.