Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Оптические явления PAGE 311
Глава 3. Оптические явления
3.1. Отражение света
Отражение света – явление, заключающееся в том, что при падении света (оптического излучения) из одной среды на границу на границу ее раздела со второй средой взаимодействие света с веществом приводит к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела обратно в первую среду. Несамосветящиеся тела становятся видимыми благодаря отражению света от их поверхностей [1].
В литературе механизм отражения света связывается с возникновением вторичных волн, вызванных колебаниями электронов поверхности Ферми под воздействием падающего света. Однако оснований для подобного утверждения нет, поскольку тогда было бы замечено влияние состава вещества отражающей поверхности на спектр отраженного света. На самом деле, фотон будет отражен от такой поверхности по всем правилам обычного упругого удара [2-4], а вовсе не переизлучения, как это предполагается сейчас [5, с. 45]).
При отражении фотона от границы двух сред часть эфира каждой элементарной струйки фотона отражается, часть преломляется и попадает во вторую среду. Если второй средой является металл, то его поверхность покрыта так называемой «поверхностью Ферми» – оболочкой из электронов, ориентированных попарно антипараллельно и занимающих всю площадь поверхности (рис. 3.1) [4].
Действительно, как известно [6–8], в 1 см3 металла содержится 1022–1023 свободных электронов. Глубина проникновения света в металлы составляет
1 c λo
d = —— ( ——)1/2 , (3.1)
4π μσ
где σ – проводимость металла.
Для видимого света глубина проникновения равна 10–7–10–5 м, в этом слое сосредоточено
n = (2 λ) 2 (1022 –1023) = 5(109 – 1010) электронов (3.2)
Масса каждого электрона равна примерно массе одного линейного вихря фотона. Учитывая, что фотон сталкивается с электронами, совокупная масса которых превосходит его массу в миллиарды раз, приходится констатировать, что электроны под воздействием фотона сместятся на ничтожно малую величину, которая ни в коей мере не сможет обеспечить переизлучение фотона.
Следует отметить, что рассеивание струй, вызванное отклонением формы «поверхности Ферми» или «свободных» электронов от плоскости, после отражения сразу прекращается, поскольку отраженные струи образуют общий для этих струй вихрь и общий в этом вихре поток, в котором все отраженные струи вновь упорядочиваются. Часть потоков эфира, которая прошла в металл и не вышла на поверхность, будет рассеяна в металле, и ее энергия уйдет на повышение температуры металла.
Таким образом, отражение элементарной струи эфира от поверхности металла происходит по законам простого механического удара, при этом автоматически получается, что угол падения и угол отражения элементарных струй будут равны друг другу. Таким же образом можно рассмотреть и отражение от поверхности металла всего фотона.
При ударе о преграду (зеркало) с преградой в каждый момент времени реагирует лишь один вихрь, так как возбуждение фотона перемещается со скоростью света в теле фотона, но и сам фотон перемещается с той же скоростью.
Если элементарный вихрь, имеющий относительно поверхности отражения нормальную и тангенциальную составляющие скорости, коснется поверхности отражения и будет продолжать свое движение, то каждая его элементарная струя, имеющая в вихре форму окружности, отражаясь по закону упругого удара, сохранит форму окружности, но течение в ней будет после удара направлено в сторону противоположную направлению до удара (рис. 3.2). В результате этого в отраженном вихре циркуляция скорости вихря (магнитная напряженность) будет иметь противоположный знак по сравнению со знаком циркуляции скорости в падающем вихре.
Поскольку же вихри первого и второго рядов поменяются местами относительно направления движения, то знак циркуляции относительно этого направления сохранится.
Рис. 3.2. Отражение и преломление элементарного вихря
Иначе обстоит дело с циркуляцией продольного движения эфира. При отражении от поверхности направление продольного движения эфира сохранится, но само направление движения отраженного фотона изменится, ряды вихрей поменяются местами, что приведет к изменению знака спина на противоположный, если падающий свет имел спин +1, то отраженный будет иметь спин –1 и наоборот, что не следует из обычных теорий (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Изменение знака спина фотона при отражении
3.2. Преломление света
Преломление света – изменение направления распространения света (оптического излучения) при его прохождении через границу двух сред [9].
Попадая на поверхность раздела сред, свет частично отражается, частично преломляется. В основе этого явления лежит отражение и преломление элементарной струйки газа (рис. 3.4), проходящей из среды одной плотности эфира в среду другой плотности. Разность плотностей при сохранении равенства давлений на границе двух сред может быть вызвана, например, разницей температур эфира в этих средах, что, в свою очередь, является следствием разницы вихревых структур этих сред.
Рис. 3.4. Преломление струйки газа
Если предположить, что в каждой среде в среднем плотность эфира постоянна и учитывая, что полная энергия каждой струйки газа при переходе границы сред сохраняется, то на основании уравнения Бернулли для каждой среды будут справедливы следующие соотношения:
v22 + P/ρ1= v22 + P/ρ2 = C, (3.3)
откуда
ρ1/ ρ2 = v22 / v12 . (3.4)
Учитывая, что отношение скоростей распространения электромагнитной волны в вакууме и в среде есть показатель преломления и что относительная магнитная проницаемость для всех прозрачных сред практически равна 1, получаем.
ρср/ ρвак = vвак2 / vср2 = n2 = με = ε, (3.5)
где n – показатель преломления среды; μ – относительная магнитная проницаемость; ε – относительная диэлектрическая проницаемость. Следовательно, диэлектрическая проницаемость среды есть отношение плотности потока эфира в среде к плотности эфира в том же потоке в вакууме.
При достижении одним краем фотона границы двух сред в силу большей плотности эфира в оптически более плотной среде скорость уменьшится в n2/n1 раз, в то время как другой край фотона продолжает двигаться со скоростью v1 (рис. 3.5).
Рис. 3.5. К выводу закона преломления света
Следовательно, когда второй край фотона коснется поверхности оптически более плотной среды, пройдет время to, в течение которого первый край во второй среде пройдет расстояние v2to = OE. Для второго края v1to = В’В1. Далее
В’В1 v1to OE. v2to
—— = sin i = —— ; —— = sin r = —— , (3.6)
ОВ1 ОВ1 OВ1 OВ1
или
sin i v1 n1
—— = —— = ——. (3.7)
sin r v2 n2
Отсюда следует, что
n1
λ2 = λ1 —— (3.8)
n2
и диаметры вихрей в среде с большей плотностью соответственно меньше диаметров вихрей в среде с большей плотностью эфира.
3.3. Интерференция
Интерференция света – сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и темных полос. Интерференция света возникает только, если разность фаз волн постоянна во времени, т.е. волны когерентны (частоты волн кратны и согласованы между собой во времени) [10].
Интерференция – одно из основных явлений, подтверждающих, как считается, волновую природу света [9, с. 242–340]. Однако несложно показать, что сходство интерференции света с интерференцией волн поверхностное, не раскрывающее сущности явления.
Прежде всего, следует отметить, что сложение колебаний вовсе не является прерогативой только волн. Точно так же, как поперечные относительно направления движения волны, ведут себя и вихревые структуры: их интенсивности могут суммироваться при одинаковых размерах и направлении движения и не взаимодействовать между собой при разных направлениях движения или разных размерах.
Поскольку плотность эфира в фотоне составляет малую долю от плотности среды, а средняя длина пробега на много порядков превосходит размеры амеров, то фотоны оказываются способными проникать сквозь друг друга без заметного взаимодействия. Керны же, имеющие высокую плотность, но малые размеры, будут просто огибать друг друга. В то же время на препятствии, которым является любой экран, должно возникать смешение струй и соответствующее усиление или уменьшение их интенсивности. Без синфазности фотонов, исходящих из разных точек излучателя света, явление интерференции было бы невозможно, поскольку фотоны в интерферирующих лучах были бы никак не связаны между собой по фазе, даже если бы частоты у них были одинаковы. Фазы отдельных фотонов имели бы хаотический сдвиг относительно друг друга, и никакая интерференция была бы невозможна. Интерференция света – реальное явление, а это означает, что излучающие атомы непременно должны синхронизироваться и синфазироваться между собой. Однако волновая теория этого объяснить не в состоянии.
Принципиальный механизм взаимной синхронизации и синфазирования излучающих атомов был изложен выше. Такой механизм, невозможный в волновой модели, позволяет обеспечить синхронное и синфазное излучение всех излучаемых в один и тот же момент фотонов.
В результате этого на всей площади излучателя, которая многократно превышает площадь сечения отдельного фотона, в каждый момент времени устанавливается единая фаза излучения. После расщепления лучи в интерферометре сохраняют стабильную фазу излучения относительно друг друга, что и позволяет после сложения этих лучей получить интерференционную картину.
Поскольку фаза излучения может со временем меняться, то в случае, если длины интерферирующих лучей существенно различны, четкость интерференционной картины нарушается. Отсюда практическая рекомендация: при разработке интерферометров целесообразно стремиться к равенству длин обоих интерферирующих лучей.
Во всем остальном картина интерференции вихревых фотонов совершенно подобна волновой, так как интенсивности вихрей могут суммироваться точно так же, как и интенсивности обычных волн, и вихревые фотоны способны так же создавать интерференционную картину, как и волны.
3.4. Дифракция
Дифракция света – явление, наблюдающееся при распространении света мимо резких краев непрозрачных или прозрачных тел или сквозь узкие отверстия [11].
Дифракция наряду с интерференцией обычно рассматривается как подтверждение волновой природы света [9, с. 341–419]. Однако, как и интерференцию, дифракцию можно рассматривать с позиций вихревого строения фотона.
Как известно, дифракция света – отклонение направления распространения света от прямолинейного вблизи краев непрозрачных предметов – происходит в результате взаимодействия света с этими краями, на что было обращено внимание еще Юнгом в 1800 г. При этом свет за краем предмета отклоняется в сторону этого предмета, засвечивая теневой участок.
Истолкование дифракции с учетом принципа Гюйгенса [13, с. 341–345; 35], согласно которому точки края предмета принимаются за новый источник волн, весьма искусственно, поскольку за источник волн согласно тому же принципу можно принять любую точку, и в этом смысле край предмета не является чем-либо особенным. Такое объяснение не проливает света на физическую сущность дифракции и в лучшем случае, является расчетным приемом.
Сущность дифракции несложно понять, если рассмотреть прохождение вихревого фотона в непосредственной близости от непрозрачного предмета. Как видно из рис. 3.6, поверхность непрозрачного предмета, рядом с которым пролетает фотон, есть поверхность в среднем неподвижного эфира. Это следует из того, что межатомные расстояния имеют порядок 10–10 м, а порядок длин волн фотона – 106 м. Поэтому по отношению к фотону вихревые движения поверхности атомов усреднены.
Рис. 3.6. Механизм дифракции фотонов
В зазоре между фотоном и предметом имеет место большой градиент скорости, поскольку край фотонного вихря движется с большой скоростью в направлении, обратном направлению движения фотона, а зазор относительно мал. С противоположной стороны фотона посторонний предмет отсутствует, следовательно, градиент скорости мал. Отсюда следует, что давление эфира со стороны предмета существенно меньше, чем со стороны свободного эфира, и фотон прижимается к предмету.
После того как фотон проходит предмет, он попадает в зону, в которой давление начинает выравниваться, поскольку предмет там уже отсутствует. В этой зоне давление уже выше, чем в зазоре, но еще ниже, чем в свободном эфире. Поскольку непрозрачный предмет не мешает больше смещению фотона, а разность давлений еще существует, фотон отклоняется в сторону тени предмета.
Из изложенного вытекает, что угол поворота фотона должен зависеть от формы края предмета. При увеличении радиуса закругления края непрозрачного предмета угол поворота фотона должен несколько увеличиться, что может быть проверено экспериментально. Можно ожидать, что эффект начнет заметно проявляться при радиусах закругления порядка десятков сантиметров или единиц метров.
3.5. Аберрация
Аберрацией света в астрономии называется изменение видимого положения светила на небесной сфере, обусловленное конечностью скорости света и движением наблюдателя вследствие вращения Земли (суточная аберрация света), обращения Земли вокруг Солнца (годичная аберрация света) и перемещения Солнечной системы в пространстве (вековая аберрация света) [9, с. 420–450; 36].
Теория звездной аберрации, как известно, изменялась с изменением представлений о природе света [14. Сам Брадлей создал ее в 1725 г., исходя из господствующей в его время корпускулярной теории. Френель разработал теорию аберрации (1823) на основ не увлекаемого и частично увлекаемого эфира. Когда оптика движущихся тел встретилась с трудностями, Стокс, пытаясь преодолеть их, объяснил аберрацию, пользуясь гипотезой полностью увлекаемого эфира (1852). С приходом в науку квантовой теории и теории относительности возникла современная релятивистская без эфирная теория звездной аберрации. Однако на возможность объяснения явления аберрации на основе учета эфира уже у наши дни вновь обратили внимание некоторые исследователи [15.
Классическая теория аберрации света, основанная на представлении о распространении света в неподвижном эфире (рис. 3.7), приводит к следующему виду зависимости между аберрационным смещением светила а по большому кругу небесной сферы, проходящему через светило и апекс – точку, к которой движется наблюдатель, в сторону апекса, углом между направлениями на светило и на апекс ψ и скоростью движения наблюдателя:
v
ctg (ψ – a) = ctg ψ + — cosec ψ. (3.9)
c
Здесь с – скорость света.
Рис. 3.7. К механизму аберрации света
Так называемая релятивистская поправка, вытекающая из теории относительности, составляет всего 0,0005˝, поэтому никогда не используется [14. Уравнение (3.9) можно записать в виде
v
sina = — sinφ, (3.10)
c
где φ – географическая широта места наблюдения. Поскольку угол а мал, то уравнение обычно представляют в виде:
v
a˝ = 206265˝ — sinφ = k sinφ. (3.11)
с
Величина k для годичной аберрации в настоящее время считается 20,50˝, но это значение приближенное, поскольку более точное значение можно определить на основе учета параллакса Солнца, эксцентриситета Земли, сидерического (звездного) времени и экваториального радиуса.
В результате суточной аберрации света звезды смещаются по большому кругу небесной сферы в направлении к точке востока на величину cosφ’sin(0,319˝σ), где φ’ – геоцентрическая широта места наблюдения, а σ – угловое расстояние светила от точки востока.
Вековое аберрационное смещение звезд практически не обнаруживается, так как направление движения Солнечной системы в пространстве меняется крайне медленно.
Представляется, что данное выше объяснение причин аберрации является неполным. Следует учитывать векторное суммирование скоростей движения Земли относительно Галактики и относительно Солнца (орбитальное движение), а также суточное вращение Земли (рис. 3.8).
а) б)
Рис. 3.8. Движение точки, расположенной на поверхности Земли: а –галактическая, орбитальная и суточная скорости; б – векторное суммирование скоростей
Перемещение точки на поверхности Земли в мировом пространстве является векторной суммой следующих перемещений:
1. Земли вокруг самой себя (скорость суточного вращения на экваторе vэкв = 463 м/с). Эта скорость уменьшается по мере приближения к полюсам
vφ = vэквcos φ, (3.12)
где vφ – скорость перемещения места наблюдения, находящегося на географической широте φ.
2. Земли вокруг Солнца (30,27 км/с в перигелии, 29,27 км/с в афелии).
3. Солнца вокруг центра Галактики (180–200 км/с).
4. Галактики относительно других галактик (скорость неизвестна, предположительно несколько сот км/с)
Классическая точка зрения, предполагающая абсолютную неподвижность эфира в пространстве (теория Френеля-Лоренца) была бы совершенно справедлива, если бы на самом деле эфир не смещался в пространстве и если бы Земля при своем движении не захватывала эфир, однако это не так. Эфирный ветер обдувает Землю [16, 17], его относительная скорость уменьшается с уменьшением высоты [18, c. 227–232; 19] и поэтому явление аберрации света целесообразно в будущем проанализировать с учетом и этого обстоятельства. Из изложенного следует, что:
1) годичная аберрация света в поясе 44,6–90˚ ю. ш. будет иметь меньшее значение, нежели в северных широтах;
2) годичная аберрация на малых высотах, а тем более в глубоких шахтах, должна иметь несколько меньшее значение, чем на больших высотах в тех же широтах;
3) при космических перелетах необходимо проводить корректировку местоположения с учетом собственной скорости движения объекта относительно потоков эфира, если эта корректировка выполняется астрономическими средствами, расположенными на самом объекте.
Обдув земного шара эфирными потоками не носит строго равномерного характера, поскольку эти потоки сами подвержены разнообразным изменениям, связанным, в частности, с солнечной активностью. Кроме того, в явлении аберрации участвуют воздушные потоки атмосферы. Подробности обдува Земли эфиром изложены ниже.
Классические представления о природе аберрации соответствуют излагаемым в настоящей работе, однако с некоторыми поправками. Эти поправки связны с тем, что Земля не только перемещается в пространстве, но и обдувается потоками эфира, направление и скорость которых носит не только стационарный характер, но частично и переменный. Как стационарные потоки – эфирный ветер, так и нестационарные в настоящее время обнаружены экспериментально и исследуются. Относительная скорость эфирного потока относительно поверхности Земли уменьшается с уменьшением высоты над земной поверхностью, что было обнаружено еще Д.К.Миллером в 1925 г., но чему тогда не было дано объяснения. Сегодня уже ясно, что это уменьшение связано с вязкостью эфира и соответствут теории пограничного слоя газового потока, обдувающего шар.
Соответствие значений аберрации, полученных экспериментально, расчетным значениям, свидетельствуют о том, что фотоны не меняют существенно направления скорости при прохождении пограничного слоя эфира в атмосфере Земли, т.е. взаимодействие бокового эфирного потока с фотонами мало и постоянная времени поперечного установления скорости света относительно поперечного потока достаточно велика, о чем уже было сказано выше. Некоторую аналогию можно видеть в распространении колец дыма, вырывающихся из дымовых труб при наличии горизонтального ветра (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Уменьшение сноса дымовых колец ветром по сравнению с обычным дымом.
Если ветер заметно сносит дым, то дымовые кольца оказываются смещенными незначительно.
Тем не менее, различие экспериментальных данных аберрации для различных обсерваторий, расположенных на различных широтах и высотах, должно быть дополнительно проанализировано с точки зрения наличия пограничного слоя эфира, захватываемого Землей при ее движении.
Таким образом, с учетом некоторых поправок можно считать классическую теорию аберрации, учитывающую наличие в пространстве эфира, в первом приближении удовлетворительной. Пространство.
3.6. Взаимодействие лучей света
Считается, что лучи света никак не взаимодействуют между собой. В большинстве случаев это так и есть, и это объясняется тем, что тело фотона представляет собой достаточно разреженную структуру за исключением керна. Но керн имеет чрезвычайно малые размеры, и при встрече фотонов керны будут огибать друг друга, в то время как тела фотонов пройдут друг сквозь друга. Небольшие изменения, которые при этом могут возникать, восстановятся сразу же после выхода фотонов в свободное,
Однако положение может измениться в случае взаимодействия когерентных поляризованных лучей света. Как видно из рис. 3.10, если два фотона, обладающих одинаковым спином, проходят близко друг от друга, то между ними за счет кольцевого движения образуется градиент скоростей, в котором давление эфира понизится, и фотоны будут притягиваться друг к другу. Если же фотоны обладают противоположными знаками спинов, то они, наоборот, будут отталкиваться друг от друга. Соответственно изменятся и направления распространения световых потоков. Вероятно, наиболее заметно такое явление должно наблюдаться в слабо рассеивающих средах, например, в парах металлов.
Рис. 3.10. Взаимодействие когерентных поляризованных фотонов: а) в случае одинаковых спинов; б) в случае противоположных спинов.
Выводы
1. Свет не является электромагнитной волной, отождествление его с электромагнитной волной в связи с равенством скоростей их распространения не может служить доказательством их тождества. Подтверждением этого является полное расхождение законов затухания света и электромагнитной волны в полупроводящей среде – в морской воде, где свет проникает на глубину на 5–6 порядков большую, чем электромагнитная волна.
2. Структуру фотона можно представить в виде двухрядной цепочки линейных винтовых вихрей эфира, в которой вихри одного ряда вращаются в одну сторону, вихри второго ряда – в противоположную. Каждый вихрь сжат в центральной своей части. Такая структура естественным образом объясняет корпускулярно-волновой дуализм, т. е. корпускулярные и волновые свойства света, объясняет поляризацию, спин, постоянство скорости относительно эфира в данной точке пространства и другие свойства света.
3. Все оптические явления можно интерпретировать с позиций эфиродинамики. Для основных оптических явлений – отражения и преломления света, интерференции, дифракции и аберрации – оказалось возможным построить соответствующие эфиродинамические модели, при этом существенно уточнены представления о сути оптических явлений, предсказано изменение знака спина фотона при каждом отражении от металлического зеркала, а также взаимодействие поляризованных лучей света.
4. Закон Хаббла «Красного смещения» спектров света свидетельствует не о «разбегании Вселенной», а о потере энергии фотонами из-за вязкости эфира. Потеря энергии фотонами происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени порядка 10 млрд лет.
5. Реликтовое излучение не является следствием «Большого взрыва», это последний этап существования фотонов, испущенных далекими звездами. На этом этапе фотоны утратили первоначальные структуру и направление распространения. Этим же обстоятельством можно объяснить границу видимой Вселенной.
PAGE 312 Глава 3.