Волна иль не волна...

Разговоры на отвлеченные темы

Модераторы: morozov, mike@in-russia

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Волна иль не волна...

Номер сообщения:#1   Анж »

К моменту эксперимента Майкельсона - Морли, мнение о том, что свет - волна укоренилось настолько, что когда они этой волны не нашли, то все равно, не смогли от нее отказаться. Лоренц придумал оригинальный механизм сокращения объектов, который и не позволял зафиксировать предсказанный результат.
На мой взгляд, у этого механизма есть существенный недостаток. В связи с которым возникает вопрос: Движение там более-менее равномерное. Почему объект длиной один метр должен ощущать всякие эфирные ветра , а объект длиной, допустим, 95 сантиметров - не должен?
То есть, у этого механизма четко просматривается "начало" и "конец" при каждом рассмотрении. А при реальном движении объект, в лучшем случае, уже "сокращен", и имеет те размеры, которые имеет.

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#2   Анж »

Я бы предложила повнимательнее присмотреться к волновой теории Гюйгенса.
Согласно корпускулярной теории Ньютона, свет представлял из себя поток частиц (корпускул) испускаемых светящимися телами и летящими по прямолинейным траекториям. Из его теории следовало постоянство синуса угла падения i1 к синусу угла преломления i2:
\[\frac{sin i_{1}}{sin i_{2}}=\frac{v}{c}=n\]
и в результате получалось, что скорость света в среде больше скорости света в вакууме. Однако в опытах получалось наоборот.
Если бы Ньютон использовал такую же - про постоянство, но другую формулировку : "постоянство синуса угла преломления к синусу угла падения", то получилось бы все нормально: \[\frac{sin i_{2}}{sin i_{1}}=\frac{c}{v}=n\] .
Но этот вариант он почему-то не стал рассматривать.
Сделали вывод о неверности корпускулярной теории, и Гюйгенс полностью отказавшись от каких бы то ни было частиц, создал волновую теорию, рассматривающую как волну весь луч.
(Собственно говоря, для объяснения изменения скорости волны в среде совсем необязательно было бы вводить понятие "вторичной волны", ибо и та же самая волна в другой среде будет распространяться с другой скоростью, но надо было еще объяснить преломление. Нужно сказать, что во времена Гюйгенса и Френеля законы сохранения еще сформулированы не были, поэтому им бы ничего не помешало и третичные волны приспособить. :) Что такое вторичная волна. Например, когда по водной глади идет гребень волны, и натыкается на одиноко торчащую травину, то несколько "сдвигает" эту травину, в результате чего, травина сама становится источником волн. Но эти вторичные волны обычно имеют другие частоту и длину. У Гюйгенса вторичные волны совершенно идентичны первичным.)
Таким образом, эффект преломления был объяснен с помощью вторичных волн. Вторичные волны встречаются еще у Френеля, а потом куда-то исчезают.
Френель объяснял почему характерное для волновых процессов явление дифракции, у света отсутствует. В ход пошли зоны Френеля, фазы и амплитуды. Причем на разнице амплитуд первичной волны и вторичной внимание не заостряется. Зато вырисовывается интересный момент. Цитирую учебник: "Так как колебания от соседних зон проходят до точки М расстояния, отличающиеся на лямбда/2, то в точку М они приходят с противоположными фазами и при наложении эти колебания будут взаимно ослаблять друг друга".
Они действительно в эту точку пришли бы с разными фазами, но в разное время. Они просто не могут встретится, чтоб наложиться, если скорость у них одинаковая.
( У нормального волнового процесса дифракция имеет еще одну особенность: при определенном расстоянии от препятствия до экрана, в эту зону может " заплыть" и расположиться определенное число, скажем так, гребней. У света можно проделать простой опыт "на коленке": в качестве препятствия использовать например крышку от банки, еще нужен экран, и в качестве источника подойдет лазерная указка со вторым источником фонариком. Если не меняя расстояния между крышкой и экраном приближать и удалять источник света, то картинка за крышкой будет меняться. Хотя при волновом процессе - не должна.)
Я так понимаю, что замучившись объяснять, почему свет не ведет себя как волна, к тому же в волне-луче Гюйгенса "завелись" отдельные фотоны (от которых он, как раз, и отказался), волной стали называть именно то, как свет себя ведет.
Интерференция. Это отдельная песня. Фотон, разделяясь своим волновым фронтом на двух щелях на две части, далее интерферирует сам с собой. То есть, потеряв большую часть своего волнового фронта, которая отразилась от препятствия, к экрану он приходит имея ту же энергию, что и была изначально. Пока этот фотон интерферирует, остальные фотоны скромно ожидают своей очереди перед препятствием. И интерференция с дисперсией проходит еще интереснее. Фотон проинтерферировав сам с собой как обычно, обратно собирается, и укладывается на экране уже в всего две полоски, в зависимости от длины волны. Поближе к центру, или подальше. Кроме того, если вместо обычного экрана использовать фотопластинку, то после волнового процесса интерференции фотон теряет свойства волны и устраивает на этой пластинке фотоэффект.
Интересных моментов еще много. Например, скорость распространения этой волны в среде зависит не только от среды, но и от длины волны. А в высокоотражающих поверхностях (на тонких пленках) друг на друга накладываются параллельные волновые пучки. И даже не в бесконечности.
А про эффект Доплера лучше рассказывать отдельно.

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#3   Анж »

А про эффект Доплера, мне больше всего вот это заявление в википедии нравится: "если приёмник движется навстречу волнам, он регистрирует их гребни чаще ". Так и представляется призматический кусок стекляшки, который гребни подсчитывает. :D
Мы давно воспринимаем фотон, как некую вещь с незыблемыми длиной волны и частотой. Но ведь в отличие от тех же длин волн на воде, которые чуть ли не линейкой можно измерить, или звука, для которого можно замерить время между колебаниями, у фотона ничего этого измерить нельзя. Его длины и частоты, грубо говоря, сложились исторически. Была призма, к ней добавили экран со шкалой с некими циферками. Могло бы сложиться иначе: экран установили бы под другим углом; размерность шкалы взяли бы другую; на самой шкале отмечали бы не длины, а например, импульс, или температуру (кстати, была бы более достоверная шкала, ибо была бы на экспериментальной основе). Но исторически сложилось так, как сложилось.
Собственно говоря, фотону абсолютно все равно, какую длину волны мы ему нарисуем. От этого не изменится ни масса фотона, ни его энергия, ни импульс, ни температура, даже коэффициент преломления не поменяется.
Например, есть фотон (водородный) с длиной волны 1.2*10-7м, частотой 2.5*1025 (Е=1.656*10-18Дж; импульс р=5.52*10-27кгм/с; температура, при которой на этот фотон приходится максимум Т=24166К)
Допустим, мы этому фотону приписали длину волны 6.2 метра. Тогда его частота станет V=48387096.77Гц. а вот цифру постоянной Планка я не помню, но поскольку эта постоянная тоже расчетная, а я помню импульс этого фотона, то могу ее легко расчитать \[h=\lambda p=6.2*5.52*10^{-27}=3.4224*10^{-26}\]
а отсюда найти энергию этого фотона \[E=Vh=48387096.7*3.4224*10^{-26)}=1.656*10^{-18}\]
Так вот, исторически сложившиеся длины и частоты для фотонов, на самом деле несколько неудачно сложились.
Поэтому, работы Кирхгофа, Стефана, Больцмана, Рэлея, Вина немножко не стыковались с картиной распределения энергии по частотам при различных температурах. Примирить их удалось Планку, у которого получилось некое трансцендентное число 4.965.
И действительно, поскольку фотону без разницы какие длины волн мы ему рисуем, мы можем немного переделать шкалу нашего спектрометра сразу с учетом этого планковского числа. Правда придется пересчитать некоторые расчетные постоянные. но зато мы получим более логичное построение, а именно частота колебаний частиц тела при некой температуре станет равной частоте излучаемых им фотонов. А не как сейчас: на одно колебание частицы приходится 4.965 колебаний фотона. Даже число не ровное.
Непосредственно на шкале, там где был фотон длиной 1.2*10-7м, писать будем - 1.2*10-7*4.965=5.958*10-7.

Постоянные тогда станут:
Постоянная Планка (h=6.624*10-34) станет - 3.2888*10-33Дж.
Постоянная Вина(b=2.9*10-3) станет - 0.0144мК.
Постоянная Больцмана (k=1.38*10-23 станет - 6.852*10-23. Дж/К.
(например, постоянную Больцмана можно найти тупым умножением на 4.965, а можно исходить из того, что это отношение энергии к температуре Дж/К и проверить на примере известного фотона: (водородного) E/T=1.656*10-18/24166=6.852*10-33.
Преимущества такого переименования, я чуть позже покажу. :)

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#4   Анж »

И что нам даст такое "переименование". Раз уж мы привыкли пользоваться такими расчетными величинами как длина волны и частота, то ничего не мешает ими пользоваться и дальше, но переименование, как минимум, уберет некоторую путаницу.
Например, наш водородный фотон теперь имеет длину волны 5.958*10-7, а частота его соответственно \[V_{f}=\frac{c}{\lambda }=\frac{300000000}{5.958*10^{-7}}=5.0352*10^{14}\]
а частота колебания атомов тела с температурой при которой излучаются преимущественно такие фотоны (24166К) при использовании адаптированных постоянных: \[V _{atom}=\frac{Tk}{h}=\frac{24166*6.852*10^{-23}}{3.2888*10^{-33}}=5.034*10^{14}\]
(Это вероятно лучше сочетается с законами сохранения, нежели, когда частота фотона в неровное кол-во раз больше частоты колебания частиц их излучающих.)
Можно попробовать привязаться к какой-нибудь конкретике:
Допустим, что при частоте 50Гц в нашей сети, с такой же частотой и электроны колеблются. И по идее должны излучать при этом фотоны. С расчетной длиной волны 6000000м. А проверим с помощью стандартных постоянных.
Такой длине волны, согласно закону смещения Вина, соответствует температура \[T=\frac{b}{\lambda }=\frac{2.9*10^{-3}}{6000000}=4.8333*10^{-10}\]
И при такой температуре частицы тела должны колебаться с частотой \[V_{atom}=\frac{Tk}{h}=\frac{4.8333*10^{-10}*1.38*10^{-23}}{6.624*10^{-34}}=10.06\]
Чего-то маловато.
А теперь с помощью адаптированных постоянных:
\[T=\frac{b}{\lambda }=\frac{0.0144}{6000000}=2.4*10^{-9}\]
и при такой температуре частота колебаний частиц тела \[V=\frac{Tk}{h}=\frac{2.4*10^{-9}*6.852*10^{-23}}{3.2888*10^{-33}}=50\]
Другими словами, поправку Планка \[\frac{hc}{kT\lambda }=4.965\]
мы можем нивелировать просто "переименованием" спектрометрической шкалы и пересчетом постоянных. Получим при этом \[hc=kT\lambda\] ,без всякого ущерба для остальных параметров фотона.
Можете же и с другой стороны полюбоваться на то, что мы сейчас имеем: поскольку каждое колебание частицы сообщает будущему фотону 4.965 "частотин" :) (а меньшая температура порождает большую), то колебания 50 Гц "породят" фотоны с частотой 50* 4.965=248.25, а длина волны такого фотона - 1208459.215м. Поэтому обычный расчет про c/V=300000000/50=6000000 опять как-то не стыкуется.

Дедуля
Сообщения: 76
Зарегистрирован: Пт окт 16, 2015 14:50

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#5   Дедуля »

Волна, и это совершенно однозначно.
Никаких фотонов природа не знает.
Всё, что знает природа, это порционное излучение при отсутствии непрерывного подвода энергии, и дискретная реакция дискретного вещества на поглощённую энергию непрерывных ЭМ волн.

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#6   Анж »

Дедуля писал(а): Никаких фотонов природа не знает.
Ну, чего знает природа нам еще долго узнавать. Может оно конечно и дискретно, но к тому же еще и в разные стороны. А явление фотоэффекта как-то с волной не вяжется. А свойства света не вяжутся со свойствами электромагнитной волны. Их связывает единственно, что скорость взаимодействия, что не удивительно, ибо иначе взаимодействие было бы невозможно.
А вообще, лучше вместо того чтоб спорить провели бы парочку экспериментов.

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#7   Анж »

Вот например, два примера интерференции волны:
При интерференции на двух щелях той же водяной волны, которую обычно рисуют для объяснения этого эффекта, никогда не получится большей интенсивности в центре.
разворот.JPG
разворот.JPG (8.92 КБ) 3644 просмотра
Волна все равно, на экране развернется "во весь рост". И делать это будет независимо от частоты. То есть, и дисперсия, при этом никак не получится.
---
А это тоже демонстрация той же интерференции. Картинка хорошо отфотошоплена, и я долго не могла понять зачем это понадобилось, пока сама в тазике не попробовала повторить.
тазик.JPG
тазик.JPG (8.27 КБ) 3644 просмотра
Дело в том, что интерференция эта хорошо видна примерно на 1/2 пути к "экрану", а дальше, и у самого экрана получается просто"каша мала". Отразившаяся от стенки волна возвращаясь назад, гасит и баламутит идущую туда. В результате, на "экране" никакой интерференции не видно. Там беспорядочная рябь.

Дедуля
Сообщения: 76
Зарегистрирован: Пт окт 16, 2015 14:50

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#8   Дедуля »

Анж писал(а):
Дедуля писал(а): Никаких фотонов природа не знает.
Ну, чего знает природа нам еще долго узнавать. Может оно конечно и дискретно, но к тому же еще и в разные стороны. А явление фотоэффекта как-то с волной не вяжется. А свойства света не вяжутся со свойствами электромагнитной волны. Их связывает единственно, что скорость взаимодействия, что не удивительно, ибо иначе взаимодействие было бы невозможно.
А вообще, лучше вместо того чтоб спорить провели бы парочку экспериментов.
По поводу фотоэффекта включи простую логику: не может вещество на поглощение энергии НЕПРЕРЫВНЫХ ЭМ волн отреагировать выходом 0,1 электрона или 0,01 электрона. Только целый электрон!
Вещество дискретно и его реакция на непрерывное поступление энергии ЭМ волн только дискретна.
А раз фотоэффект наблюдается и при слабом облучении, значит вещество способно накапливать энергию ЭМ волн не растрачивая её в тепло. И такой механизм не всем, но известен - это резонатор, способный накапливать энергию. А связанные резонаторы, как не всем известно, обладают двумя свойствами имеющими отношение к фотоэффекту: расщепляют резонансную частоту в относительно широкую полосу поглощения с КРАСНОЙ ГРАНИЦЕЙ и способны отдавать всю накопленную хором энергию одному резонатору, чтобы тот смог совершить работу выхода.
https://youtu.be/ux27Dovb9Fs

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#9   Анж »

Дедуля писал(а):По поводу фотоэффекта включи простую логику: не может вещество на поглощение энергии НЕПРЕРЫВНЫХ ЭМ волн отреагировать выходом 0,1 электрона или 0,01 электрона. Только целый электрон!
Если я включу логику, то скажу Вам, что и на отдельный фотон вещество не сможет отреагировать выходом 0,1,или 0,01 электрона. Если уж выйдет, то целый электрон.
Дедуля писал(а): А раз фотоэффект наблюдается и при слабом облучении, значит вещество способно накапливать энергию ЭМ волн не растрачивая её в тепло.

Я не знаю, что Вы подразумеваете под слабым облучением. Если Вы про интенсивность, то она при фотоэффекте до лампочки. Без разницы сколько фотонов на вещество попадут. Попадет мало фотонов - выйдет мало электронов. А вот для того, чтоб этот выход, вообще, состоялся нужен определенный состав фотонов. У каждого вещества своя красная граница - не хватит мощи (частоты фотонов) совершить этот выход, можете хоть заоблучать это вещество.
Хотя бывают исключения, когда один электрон умудряется получить два фотона.
----
А вот эти маятники, они к волне какое отношение имеют? И кто в них красная граница?

Дедуля
Сообщения: 76
Зарегистрирован: Пт окт 16, 2015 14:50

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#10   Дедуля »

Анж писал(а): А вот эти маятники, они к волне какое отношение имеют? И кто в них красная граница?
Читайте физику твёрдого тела и физику полупроводников.
Только квантовую ложь замените на свойства связанных резонаторов.
И тогда возможно поймёте, причём здесь маятники.

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#11   Анж »

Дедуля писал(а): Только квантовую ложь замените на свойства связанных резонаторов.
Боюсь получится даже не шило на мыло.
Уж фотоэффект вдоль и поперек изучили - волна там никак не вписывается.
А например, тормозное излучение электрона - где у него связанные резонаторы?

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#12   Анж »

Дедуля писал(а):Волна, и это совершенно однозначно.
Никаких фотонов природа не знает.
:) Может быть, это Вы так сильно за математическую абстракцию для несуществующего источника и трех систем переживаете?
Ну, в смысле, догадываетесь, что реальный источник нельзя привязать к пространству-времени?
Так, все равно, нельзя. От реального источника свет вовсе не сферой распространяется: фотоны разлетаются в разные стороны под разными углами. И со временем вроде все нормально, только поворачивать этот хаос нельзя - в пространстве бардак получается.
поворот.JPG
поворот.JPG (6.51 КБ) 3598 просмотров
А источники у нас всякие неровные бывают, вплоть до кремлевских звезд.

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#13   Анж »

То, что у света нет дифракции еще в 17 веке знали, как минимум Гюйгенс с Френелем, знали.

О чем и написано в учебниках:

"
Явление дифракции характерно для волновых процессов. Поэтому если свет является волновым процессом, то для него должна наблюдаться дифракция, т. е. световая волна, падающая на границу какого-либо непрозрачного тела, должна огибать его (проникать в область геометрической тени). Из опыта, однако, известно, что предметы, освещаемые светом, идущим от точечного источника, дают резкую тень и, следовательно, лучи не отклоняются от их прямолинейного распространения. Почему же возникает резкая тень, если свет имеет волновую природу? К сожалению, теория Гюйгенса ответить на этот вопрос не могла.
"

Кроме того, что тень резкая, размеры ее наличия или отсутствия у света зависят от удаленности от источника.

А именно: чем источник ближе - тем светлое пятно от щели в преграде - больше.
дифр св.jpg
дифр св.jpg (41.63 КБ) 3470 просмотров
Для волны понятие "пятна " вообще будет отсутствовать:
8888.JPG
8888.JPG (35.85 КБ) 3470 просмотров
А для света нужно уяснить один основополагающий момент:

Пусть у нас есть источник, который излучает фотоны в разных направлениях и под разными углами, в результате получается что-то вроде конуса. (рис.1. а.)
В этом конусе мы можем выделить конус поменьше с заданными параметрами (рис.1. б.)
Посмотрите на этот конус (рис.1. в.)внимательно. Это просто "луч", который попав на экран высветит пятно соответственно своему сечению. Он пока ни в какую область геометрической тени не заходит.
А теперь вокруг этого луча достроим недостающее: преграду со щелью и экран (рис.1. г.)
область освещения..JPG
область освещения..JPG (5.82 КБ) 3470 просмотров

Анж
Сообщения: 497
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#14   Анж »

И оказывается, что у света в область геометрической тени, действительно, лучи не отклоняются от прямолинейного распространения, они целиком в области "геометрического света" , поэтому расчет пятна на экране от щели в препятствии можно считать по правилу треугольника:
область осве1.JPG
область осве1.JPG (40.33 КБ) 3470 просмотров
-------

(Кроме того у света на диаметр пятна оказывают небольшое влияние фотоны, отразившиеся от краев преграды; поменявшие траекторию в результате столкновения с молекулами воздуха, но к волне это тоже никакого отношения не имеет.)

Другими словами, на скорость "расплывания" волнового фронта у света не влияет ни среда, ни температура, ни прочие параметры, которые обычно влияют на волну, а исключительно расстояние от преграды до источника.

----------------

Специально для тех, кто путает дифракцию с интерференцией и камерой Обскура - обратный опыт. Тень от предмета. Размер тени опять же зависит от удаленности источника от предмета. Чем ближе источник - тем больше тень.
Тени.JPG
Тени.JPG (21.42 КБ) 3470 просмотров
Обратите внимание, "волна" не то, что не заходит в область геометрической тени - она даже параллельно краям не распространяется.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34388
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Волна иль не волна...

Номер сообщения:#15   morozov »

Vavilov.djvu
Читайте!
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Оффтопик»