Физико-математические науки

 

ШУТКА ЭЙНШТЕЙНА, ЗАТЯНУВШАЯСЯ НА 100 ЛЕТ

 

 

 

© Николаев Сергей Алексеевич

Контакт с автором: sergnico@ya.ru

 

Я долго анализировал СТО (специальную теорию относительности) на предмет её состоятельности, и пришёл к обоснованному логическому её неприятию. Более того, её несостоятельность настолько очевидна, что в течение 100 лет являлась полем боя её сторонников и противников. На самом деле в этой теории огромное количество “ляпов” в физическом смысле. О некоторых из них я уже говорил в своей статье [2]. Но теперь для меня стала совершенно очевидна главная ошибка этой теории. Она настолько лежит на поверхности, что в течение 100 лет не была ни кем замечена.

__________________________________________________________________________________

Эта ошибка настолько тривиальна, что у меня создаётся впечатление, что г. Эйнштейн просто посмеялся над всеми физиками своего времени, а так же и над всеми последующими поколениями учёных. Как можно по-другому оценить теорию, представленную г. Эйнштейном? Больше не буду томить читателя своей преамбулой, а обращусь сразу к сути главной ошибки Эйнштейна.

В СТО г. Эйнштейна производится измерение длины объекта,

движущегося со скоростью, близкой к скорости света, с помощью этого же света. В моей голове, не сразу, но созрела аналогия подобного опыта, но со скоростями, вполне наблюдаемыми в нашей обыденной реальности. Апологеты СТО конечно будут возражать о применимости данной аналогии, поскольку в ней скорости значительно медленнее скорости света, однако попрошу их прочитать до конца идею моего эксперимента.

Итак, я имею желание измерить шагами длину железнодорожного вагона. Предположим, длинна вагона - 40 метров. Длинна моего шага 1 метр.

Скорость моей ходьбы 1 м/с. Если железнодорожный вагон стоит на путях неподвижно, то я за 40 секунд пройду от начала вагона до его конца. Причём сделать я это смогу и слева направо и, справа налево, с одним и тем же результатом. Ситуация координально измениться, если я попытаюсь сделать то же самое во время движения вагона.

Предположим, что вагон движется вправо, со скоростью 0,5 метров в секунду. Я, за 40 секунд, начав от конца (от левого края вагона), должен бы достичь переднего края вагона. Однако вагон, за это время, сдвинулся вперёд на 0,5 метров * 40 секунд = 20 метров. Чтобы достичь начала вагона мне придётся затратить ещё некоторое время. Время, за которое я достигну начала вагона, будет значительно больше времени прохода от конца до начала неподвижного вагона. Возникает закономерный вопрос – увеличилась ли длина вагона во время его движения? Если посмотреть на эту ситуацию немного издали, то напрашивается вывод, что и вагон не изменил своей длины, и я не стал шагать медленнее. Но факты – упрямая вещь, чтобы достичь начала вагона мне пришлось затратить значительно больше времени.

Можно рассмотреть и другую ситуацию, я иду на встречу движения вагона, от его начала к его концу. При этом я достигну конца вагона значительно раньше 40 секунд. Неужели вагон при этом сократился в своей длине? “Объективный” контроль со стороны свидетельствует о том, что ни вагон не стал короче, ни мой шаг длиннее. Вывод из этого опыта напрашивается самый очевидный: нельзя измерять длину объекта со скоростью, соизмеримой со скоростью движения объекта. Допустим, железнодорожный вагон двигался бы со скоростью 1 см в секунду. За 40 секунд, необходимых мне для измерения этого вагона, он сдвинулся всего на 0,4 метра. Точность измерения длинны вагона при этом составила бы 1%. Для большинства задач, где требуется знать длину вагона, этого было бы достаточно. Однако если скорость движения вагона будет приближаться к скорости его измерения, погрешность измерения будет стремительно возрастать. Если скорость движения вагона превысит скорость моей ходьбы, то я не только не достигну начала вагона, двигаясь от его конца, в направлении его движения, но и сам конец вагона будет от меня постоянно удаляться. В этих условиях об измерении длинны вагона не может быть и речи. Ситуация полностью аналогична мысленному эксперименту г. Эйнштейна, где он обосновывает невозможность преодолеть скорость света именно тем, что измерения станут “мнимыми”. В моём опыте абсолютно достоверно можно преодолеть для вагона скорость моей ходьбы, т. е. скорость измерения длинны вагона. Из этого следует вывод, что скорость измерения не накладывает ограничения на скорость движения измеряемого объекта. Однако сами измерения становятся абсурдными в этой ситуации.

На мой взгляд, это глобальная ошибка Эйнштейна, что он попытался измерять длину движущегося со скоростью, близкой к скорости света, объекта из неподвижной системы отсчёта, используя для этого свет. Ведь совершенно очевидно из приведённого выше примера, что такой подход содержит в себе заведомо существенную ошибку. На самом деле, в этом опыте не изменяется длина измеряемого объекта, не изменяется течение времени на этом объекте, и уж тем более не изменяется масса этого объекта (нельзя создать вещество из ничего, да ещё специально для отдельных наблюдателей в их индивидуальной системе отсчёта). Проблема кроется в недопустимости измерения длины движущегося с околосветовой скоростью объекта, с использованием света. На лицо методологическая ошибка в построении опыта, причём, весьма тривиальная.

Вот наглядная аналогия похожей ситуации. Предположим, я фотографирую автомобиль, стоящий на стоянке. При этом снимок выглядит качественным (“неразмытым”) потому, что автомобиль неподвижен и скорость срабатывания “затвора” фотоаппарата, т. е. время экспозиции, никак не влияет на качество снимка. Ситуация меняется, если я начинаю фотографировать автомобиль в движении. В этом случае автомобиль успевает изменить своё положение за время, пока открыт “затвор” фотоаппарата. В результате этого снимок получается “смазанным”. Автомобиль на снимке выглядит, как автоприведение значительно большей длины, чем реальный автомобиль. Но зная об этом подводном камне фотографии, ни кому не приходит в голову говорить, что автомобиль становится таким в реальности. Ситуация выправляется, если применить специальный фотоаппарат с высокоскоростным “затвором”. В таком аппарате время экспозиции в тысячи раз меньше, чем в обычном фотоаппарате. Такое устройство скоростного фотоаппарата позволяет делать качественные снимки даже при большой скорости движения, фотографируемого объекта. Скоростная видеокамера позволяет заснять даже полёт пули.

Приведу ещё один пример подобной ситуации. Я – радиоинженер, и мне часто приходилось измерять частоту какого либо внешнего сигнала. Суть измерений весьма проста: у нас имеется заранее известная опорная частота, значительно более высокая по отношению к измеряемой частоте. Фактически, нам предстоит зафиксировать, количество колебаний опорной частоты за период одного колебания внешней частоты. Точность измерения при этом зависит от соотношения измеряемой частоты к опорной. Чем выше опорная частота, тем точнее измерение внешней частоты. При приближении значения опорной частоты к значению внешней частоты, точность измерения падает, вплоть до 100%. Если измеряемая частота чуть-чуть ниже опорной частоты мы увидим значение на экране прибора единица (1), если измеряемая частота чуть выше опорной частоты мы увидим на экране прибора ноль (0). Достоверность такого результата совершенно не допустима в физическом опыте. Никому ведь не приходит в голову измерять толщину человеческого волоса линейкой, на которой есть только сантиметровые деления. Однако совершенно аналогичная ситуация в виртуальном опыте г. Эйнштейна не вызвала у физиков нескольких поколений ни какой адекватной реакции.

Мне хотелось бы думать, что г. Эйнштейн очень зло пошутил со всеми представителями физического сообщества, ни много ни мало так лет на 100.

Сразу вспоминается известная фотография Эйнштейна с высунутым языком.

Ещё вспоминается один из моих любимых художественных фильмов Эльдара Рязанова “О бедном гусаре замолвите слово”. В этом фильме есть шикарная фраза “… это шутка, господа, шутка это…”.

Однако это не единственная шутка “гения”. В выводах, сделанных из опыта российского физика Столетова, он так же позволил себе немного пошутить. Попробуем вместе разобраться, насколько он “нашутил” в этом случае. Вот выдержка из Википедии по явлению фотоэффекта:

Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он, благодаря номинации шведского физика Карла Вильгельма Озеена, получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк в 1900 году предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде квантованных порций. Из закона сохранения энергии, при представлении света в виде частиц (фотонов), следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:

 

 

 

 

 

 

где φ — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества),

 

— максимальная кинетическая энергия вылетающего электрона, — частота падающего фотона с энергией 

— постоянная Планка. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта, то есть существование наименьшей частоты

,

ниже которой энергии фотона уже недостаточно для того, чтобы “выбить” электрон из металла.

Что меня смущает в этой формуле? Это отсутствие в ней ещё некоторых компонентов. Во-первых, величина энергии, приписываемая Эйнштейном одному кванту, взята им самым произвольным образом, без достаточного обоснования. Вот выдержка из статьи “Об одной точке зрения, касающейся возникновения и превращения света.” А. Эйнштейна, взятой мной из перевода этой статьи в [1].

“В поверхностный слой тела проникают кванты, и энергия их по крайней мере частично превращается в кинетическую энергию электронов. Простейшим будет случай, когда один световой квант отдаёт всю свою энергию одному электрону; мы будем предполагать, что это и происходит в действительности. Однако нельзя исключать и того, что электроны воспринимают энергию световых квантов лишь частично.”

Эйнштейн предположил, что один квант передаёт энергию одному электрону, ведь это так логично, а главное, что это “простейший случай”, т. е. весьма удобный для его рассуждений. Замечу, что ни каких обоснований к такому подходу не представлено вовсе. К тому же Эйнштейн обосновано сомневается, что энергия от кванта передаётся электрону полностью, а не частично, ведь утверждать этого он не может, в виду отсутствия каких либо доказательств этого. Не взирая на это он выдаёт “на гора” свою формулу. Однако с учётом оговорок, приведённых выше формула должна бы иметь следующий вид:

                        m * V²

k * n * hν = φ + ---------- (1)

                           2

, где k – коэффициент, отражающий, какое количество от всей своей энергии квант передаст электрону, n – количество квантов, передающих свою энергию одному электрону. Кстати по второму коэффициенту (n), имеется информация и в Википедии. Вот выдержка из статьи Википедии по фотоэффекту:

Важной количественной характеристикой фотоэффекта является квантовый выход Y — число эмитированных электронов в расчёте на один фотон, падающий на поверхность тела. Величина Y определяется свойствами вещества, состоянием его поверхности и энергией фотонов.

Квантовый выход фотоэффекта из металлов в видимой и ближней УФ-областях Y < 0,001 электрон/фотон. Это связано прежде всего с малой глубиной выхода фотоэлектронов, которая значительно меньше глубины поглощения света в металле. Большинство фотоэлектронов рассеивает свою энергию до подхода к поверхности и теряет возможность выйти в вакуум. При энергии фотонов вблизи порога фотоэффекта большинство фотоэлектронов возбуждается ниже уровня вакуума и не даёт вклада в фотоэмиссионный ток. Кроме того, коэффициент отражения в видимой и ближней УФ-областях велик и лишь малая часть излучения поглощается в металле. Эти ограничения частично снимаются в дальней УФ-области спектра, где Y достигает величины 0,01 электрон/фотон при энергии фотонов E > 10 эВ.

Из приведённой выше выдержки получается, что энергию для выхода из металла одного электрона дают от 100 до 1000 фотонов. Выходит, что формула Эйнштейна ошибается на два три порядка. Вот такая получилась “шуточка”, и она не последняя.

Кроме этого в формуле Эйнштейна не хватает энергии, которую добавляет вылетающему из металла электрону электрическое поле, создаваемое напряжением между анодом и катодом. С учётом этого формула должна иметь следующий вид:

                                    m * V²

k * n * hν + e * U_a = φ + ---------- (2)

                                       2

Добавление в формулу ещё одного компонента совершенно очевидно вытекает из рассмотрения вольтамперной характеристики (ВАХ) фотоэлемента, вакуумного прибора, для наблюдения фотоэффекта. На Рис.1 представлен прибор для наблюдения фотоэффекта и его ВАХ, на Рис.2 для сравнения представлен вакуумный диод и его ВАХ. Из ВАХ фотоэлемента видно, что сила тока зависит от величины напряжения на аноде. Чем больше напряжение, тем больше ток. Величина тока также пропорциональна скорости направленного движения электронов, а, следовательно, и кинетической энергии электронов, двигающихся от катода к аноду. Следовательно, увеличение напряжения на аноде увеличивает скорость электронов, летящих к аноду. Очевидно, что напряжение между катодом и анодом добавляет энергии и для совершения выхода электронов из материала катода. Так в газоразрядных приборах (например, неоновая лампа) эмиссия электронов происходит только под действием приложенного к электродам напряжения, без дополнительных источников энергии, подводимой к катоду. В вакуумном диоде эмиссия электронов с катода достигается путём нагрева материала катода электрической спиралью (термоэмиссия). В фотоэлементе эмиссия электронов достигается путём облучения материала катода видимым или УФ светом (фотоэмиссия).

                                                                                                                Рис.1                                                                   Рис.2

При создании на аноде отрицательного напряжения U_З ток в фотоэлементе прекращается, т. е. электроны перестают выходить из материала катода. Энергия от запирающего напряжения на аноде полностью компенсирует энергию передаваемую электронам катода световым излучением. И этот факт как раз отражён в исходной формуле Эйнштейна.

Вот как выглядит исходная формула для фотоэффекта в статье Эйнштейна:

            R

П * е = ----- β * ν – P (3)

            N

, где П – потенциал на аноде (по сути напряжение на аноде U_З), е – заряд электрона, R – универсальная газовая постоянная, N – количество молекул в моле вещества катода (Число Авогадро), β – коэффициент, полученный из второго закона излучения Вина, связывающий внутреннюю энергию тела с его температурой и частотой излучения, ν – частота падающего на катод света, P – (дословно у Эйнштейна: “потенциал количества отрицательного электричества относительно тела), а по сути, работа выхода электрона из метала.

Сравнивая формулу (3) с приведённой формулой из Википедии или любого другого современного учебника физики, приходим к выводу, что:

 

       R

h = ----- β (4)

      N

 

 

И здесь возникает ещё ряд вопросов в процессе познания физической сути фотоэффекта. Коэффициент h плохо раскрывает суть зависимости энергии света от его частоты. Просто какой-то коэффициент пропорциональности. Совсем другое дело в исходной формуле Эйнштейна.

В ней чётко видно, что энергия излучения света связана с определёнными термодинамическими параметрами материала поглощающего или излучающего свет. Во-первых, формула Эйнштейна косвенно указывает на признание им эфира, поскольку к объяснению обмена энергией между квантом света и электроном металла он привлекает константы для газовых законов. Этим самым он признаёт наличие в металле свободных электронов, т. е. “электронного газа”, подчиняющегося обычным газовым законам, для обыкновенных газов.

Имеется и ещё один момент, позволяющий расширить понятие эфира на всё пространство, будь то, окружающий метал, воздух или вакуум, как в фотоэлементе. И А. Столетовым, и Ф. Ленардом был отмечен факт, что ток в фотоэлементе появлялся мгновенно независимо от конструкции прибора и величины напряжения на его аноде. Хотя, исходя из формулы фотоэффекта, приведённой в Википеди, а так же формул (2) и (3), следует, что вблизи запирающего напряжения на аноде скорость, вылетающих из металла фотоэлектронов, должна быть незначительной. Соответственно, долететь до анода они могли только спустя некоторое время. Однако если признать наличие всепроникающего эфира, состоящего из свободных, не имеющих заряда, электронов, то регистрация мгновенно появляющегося тока в фотоэлементе находит логическое объяснение. Ток создают свободные электроны, находящиеся в вакууме колбы прибора, на всём протяжении между катодом и анодом.

В отсутствии светового потока, падающего на катод, отсутствуют постоянно выбиваемые из металла катода фотоэлектроны, и ток не может возникнуть. Нечем замещать притягиваемые из вакуума к аноду электроны. В отсутствии эмиссионных электронов в колбе, между катодом и анодом, образуется электрическое поле, т. е. неравномерное распределение свободных электронов в пространстве между электродами. Вблизи анода электронов меньше, а ближе к катоду больше, это собственно и есть физический смысл электрического поля. Об этом я уже писал в своей статье [2], [3]. Но как только начинается процесс фотоэмиссии, из катода в вакуум поступают дополнительные электроны, которые способны компенсировать недостаток электронов вблизи анода. Образуется электрический ток. В обычном проводнике ток образуется точно также. При подаче напряжения на его концы ток устанавливается мгновенно, а точнее со скоростью света, ведь на протяжении всего проводника в нём содержатся свободные электроны. Это явление не уникальное, ведь и в трубе, заполненной водой, вода начнёт выливаться из неё сразу же при включении насоса на противоположном её конце.

При этом скорость направленного движения самих электронов будет значительно меньше скорости света и пропорциональна кинетической энергии направленно движущихся электронов. Вот вам и ещё одна “шутка” Эйнштейна. Используя для объяснения фотоэффекта модель “электронного газа”, т. е. модель “эфира”, он при этом отвергает существование этого явления в природе. Как же тогда фотоэлектроны мгновенно (!!!) попадают на анод? Надеюсь, что они не телепортируют.

Ещё одна “шутка” Эйнштейна, это неимоверное желание представить свою формулу фотоэффекта, как безоговорочное подтверждение наличия квантов (фотонов) света, как физических материальных частиц. В этом он ищет поддержки у Макса Планка в гипотезе о квантовом характере излучения “абсолютно чёрного тела”. И хотя Эйнштейн и обращается к гипотезе Планка, в своей статье о фотоэффекте он неоднократно упрекает Планка в том, что эта гипотеза очень нечётко сформулирована, что в свою очередь мешает Эйнштейну опереться на неё в полной мере, как на чётко доказанный и весомый аргумент.

Вот как описывается гипотеза Планка на сайте www.wikiznanie.ru:

Планк предположил, что поведение света подобно движению набора множества одинаковых гармонических осцилляторов. Он изучал изменение энтропии этих осцилляторов в зависимости от температуры, пытаясь обосновать закон Вина, и нашёл подходящую математическую функцию для спектра чёрного тела (Planck, 1901).

Однако вскоре Планк понял, что кроме его решения возможны и другие, приводящие к другим значениям энтропии осцилляторов (Planck, 1901). В результате он был вынужден использовать вместо феноменологического подхода отвергаемую им ранее статистическую физику (Planck, 1901), что он описывал как "акт отчаяния … Я был готов пожертвовать любыми моими предыдущими убеждениями в физике (Kragh, Helge 1 December 2000, Max Planck: the reluctant revolutionary, PhysicsWorld.com). Одним из новых принятых Планком условий было:

интерпретировать U_N (энергия колебаний N осцилляторов) не как непрерывную неограниченно делимую величину, а как дискретную величину, состоящую из суммы ограниченных равных частей. Обозначим каждую такую часть в виде элемента энергии через ε; (Planck, 1901).

С этим новым условием Планк фактически вводил квантованность энергии осцилляторов, говоря, что это "чисто формальное предположение … на самом деле я не думал об этом глубоко…" (Kragh, Helge 1999, Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century, Princeton University Press, p. 62, ISBN 0691095523), однако это привело к настоящей революции в физике. Применение нового подхода к закону смещения Вина показало, что "элемент энергии" должен быть пропорционален частоте осциллятора. Это было первой версией того, что сейчас называется "формула Планка":

 

 

 

Планку удалось вычислить значение h из экспериментальных данных по излучению чёрного тела: его результат был 6,55 • 10⁻³⁴ Дж•с, с точностью 1,2 % от принятого сейчас значения (Planck, 1901).

Макс Планк сделал, конечно, гениальное предположение о том, что излучение и поглощение света происходит небольшими ограниченными порциями и, что энергия этих порций пропорциональна частоте излучения.

Однако он не стал интерпретировать эти порции, как физически существующие кванты, по той простой причине, что для этого не имелось достаточных оснований.

В отличие от него Эйнштейн без всяких доказательств стал утверждать, что эти энергетические порции есть не что иное, как кванты света. А впоследствии, эти кванты превратились у него в настоящие физические частицы – фотоны, обладающие большой энергией и совсем не имеющие массы. До этого утверждения Эйнштейна любые проявления энергии всегда связывались с реальным веществом обладающим массой. Но я уже ранее приводил пример того, что Эйнштейн был не очень щепетилен в мелочах.

Творя ВЕЛИКОЕ он жертвовал мелочами.

Есть, конечно, и в концепции Планка одно слабое место, это интерпретация излучения как колебания многочисленных гармонических осцилляторов. Ни каких объективных фактов наличия таких осцилляторов нет. В процессе размышлений над интерпретацией порций энергии, которые хорошо согласуются с результатами опытов, мне пришла в голову интересная идея, которая очень хорошо может объяснить многие закономерности и явления в теории излучения “абсолютно чёрного тела”. Попробую её изложить.

В объяснении процесса излучения чёрного тела мне поможет теорема Котельникова. Вот так она описана в Википедии:

В области цифровой обработки сигналов Теоре́ма Коте́льникова (в англоязычной литературе — теорема Найквиста — Шеннона, или теорема отсчётов) связывает аналоговые и дискретные сигналы и гласит, что, если аналоговый сигнал имеет конечный (ограниченный по ширине) спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим отсчётам, взятым с частотой, большей или равной удвоенной верхней частоте :

 

 

 

Как же мне может помочь эта теорема? Чтобы ей воспользоваться, мне нужно сделать небольшое отступление, которое поможет лучше понять суть процесса. Вспомним, чем сопровождается столкновение двух тел. Оно сопровождается характерным звуком. Например, при ударе мяча об асфальт мы слышим - “шлёп”, при падении капли – “кап”, при падении большого камня в воду “плюх”. Во всех этих случаях столкновение предметов сопровождается коротким звуком, точнее сказать звуковым импульсом. Идём далее. Когда начинается дождь, мы сначала слышим удары отдельных капель, например о металлическую крышу. Эти удары вполне различимы как отдельные импульсы, но когда дождь пойдёт в полную силу, то многочисленные удары отдельных капель сливаются для нас в сплошной монотонный гул. Этот гул очень похож на “белый шум”, который представляет собой равномерный спектр гармонических звуковых колебаний. Т. е. отдельные звуковые импульсы, следующие в большом количестве одновременно в течение некоторого времени, образуют звук, воспринимаемый на слух, как целый спектр гармонических колебаний. Объяснение такому восприятию как раз и даёт теорема Котельникова.

Теперь попробуем применить эту аналогию для излучения чёрного тела. Нагретый газ, который и используется в опытах по наблюдению излучения чёрного тела, представляет собой большое количество хаотически двигающихся атомов или молекул, а так же свободных электронов. При хаотическом движении этих частиц происходят многочисленные столкновения их между собой. По аналогии с каплями воды такие столкновения должны сопровождаться импульсом каких-то колебаний, учитывая значительно меньшие размеры этих частиц в сравнении с каплями воды, можно предположить, что частота этих колебаний значительно выше звуковых. С большой вероятностью можно предположить, что эта частота лежит в области световых колебаний, начиная от инфракрасной области и заканчивая ультрафиолетовой и даже рентгеновской областью. Эти импульсы в своей совокупности формируют излучение воспринимаемое глазом или оптическим прибором, как спектр гармонических колебаний светового диапазона.

Такая интерпретация процесса излучения “абсолютно чёрного тела” очень хорошо согласуется с наблюдаемыми в опыте явлениями. Например, изменение спектра излучения чёрного тела в зависимости от его частоты или температуры. Для наглядности привожу типовой график такого спектра, позаимствованный мной на сайте www.wikiznanie.ru Рис.3. На графиках мы видим наличие определённого пика или максимума мощности излучения на определённой длине волны. Энергия этого максимума соответствует среднему значению кинетической энергии частиц хаотически двигающихся в газе, а так же пропорциональна температуре излучающего газа.

Рис.3

Основной вклад в энергию излучения вносят столкновения свободных электронов, так как их скорости на несколько порядков выше скорости атомов и молекул, соответственно чаще происходят и столкновения электронов. Атомы или молекулы газа имеют меньшую скорость и их столкновения происходят гораздо реже, чем электронов, поэтому их вклад в энергию излучения значительно меньше. Использование предложенной гипотезы легко объясняет смещение максимума графика энергии излучения при увеличении температуры излучающего газа.

При маленькой температуре газа скорость хаотического движения электронов меньше, а их столкновения между собой реже. На графике энергии излучения мы видим численно меньшее значение у максимума энергии, так как меньше скорость частиц, соответственно и их кинетическая энергия. Редкие столкновения электронов приводят к более редким отсчётам импульсов света при столкновении электронов и, как следствие к увеличению низкочастотных составляющих в спектре излучения.

Максимум энергии излучения смещается в область длинных волн.

При повышении температуры газа, увеличивается скорость движения электронов и чаще становятся их столкновения. Увеличение скорости приводит к росту кинетической энергии электронов и энергии излучения. Увеличение количества столкновений электронов приводит к увеличению высокочастотных составляющих в спектре излучения. Максимум энергии на графике при этом увеличивается численно и смещается в область коротковолнового излучения.

Ещё один факт объясняет данная гипотеза, это факт отсутствия, так называемой, ультрафиолетовой катастрофы. Объяснение простое: нагреть газ до бесконечно больших значений невозможно, следовательно, кинетическая энергия электронов и их скорость не могут возрасти бесконечно. При этом, чем выше скорость электронов, тем чаще их столкновения. Каждое такое столкновение, согласно закону сохранения импульса, приводит к тому, что разница в энергии межу отдельными электронами становится меньше. Ведь после разлёта двух частиц с примерно одинаковой массой, после их столкновения их скорости, а, следовательно, и кинетическая энергия станут одинаковыми. Чем чаще столкновения частиц, тем меньше разброс в значении их скоростей. Ни один электрон не сможет достигнуть бесконечно большой скорости и значения кинетической энергии. Общая энергия более равномерно распределиться между всеми электронами горячего газа. Так же произойдёт выравнивание различий между энергией отдельных атомов или молекул газа.

Есть у меня и объяснение для несимметричного характера графика энергии излучения относительно своего максимума. Логичным было бы Гауссово распределение энергий по частоте. Ведь хаотическое движение частиц есть случайное распределение их скоростей при количестве частиц, стремящихся к бесконечности. В таких процессах, где имеется случайное распределение значения какого либо параметра, и большое число элементов, параметр у которых рассматривается, чаще всего распределение значений этого параметра у элементов группы будет иметь Гауссово распределение.

График энергии излучения отличается от Гауссова из-за того, что это есть график суммарного значения двух Гауссовых распределений. Одно распределение для электронов. Так как скорость электронов значительно выше, а соударения чаще, то эта Гауссова составляющая имеет максимум в более высокочастотной области спектра и более узкую полосу распределения. Её вид практически совпадает с видом суммарного графика в области от коротковолнового участка спектра до его максимума. Второе Гауссово распределение энергии формируется энергией излучения при столкновении атомов или молекул газа и частично столкновений молекул со свободными электронами. Максимум графика этой составляющей излучения будет лежать в длинноволновой области спектра, а значение максимума будет значительно ниже, чем для графика электронов. Наклон боковых линий графика будет более пологим. При этом остаётся справедливым смещение максимумов обоих графиков в область высоких частот с повышением температуры. В общем случае сложение этих двух графиков в области низких частот приводит к появлению более пологого участка у суммарного графика в этой области.

Логично предположить, что для излучения созданного только электронами (например, рентгеновское) график распределения будет иметь более узкий спектр, а форма распределения ближе к Гауссову распределению. Для разряженных газов это тоже будет справедливо. Для тяжёлых газов, типа радона, а так же для газов находящихся под большим давлением будет иметь место пологая область графика в диапазоне низких частот.

На мой взгляд, в процессе излучения чёрного тела имеет место ещё и явления второго порядка. Любой газ, а так же и вакуум, и любое вещество вообще (жидкость, твёрдое тело) имеет фрактальную структуру. Т. е. в объёме вещества имеют место быть локальные уплотнения и локальные разряжения. При этом в подвижных средах (газ, жидкость) уплотнения атомов и молекул изменяют своё положение, т. е. уплотнения расширяются, а разряжения сужаются. Такая динамика процесса полностью аналогична колебаниям, а, соответственно, и излучению. Какова энергетическая составляющая этого процесса второго порядка я затрудняюсь предположить.

Диапазон частот, соответствующий этим процессам, должен лежать значительно ниже частот от процесса столкновения атомов и молекул. Для электронов, имеющих подвижность во всех формах вещества от вакуума до твёрдого тела, будет иметь место такое же явление второго порядка.

На мой взгляд, теорема Котельникова является отличным инструментом для перехода от молекулярно-кинетической теории идеального газа к теории излучения “абсолютно чёрного тела”. Если сказать проще, то теорема Котельникова указывает, как хаотическое движение частиц приводит к гармоническим колебаниям в виде излучения.

Если согласиться с моей гипотезой о физических процессах при излучении “абсолютно чёрного тела”, то становиться очевидным, несостоятельность квантовой теории, выдвинутой Эйнштейном. Энергетические порции, описанные Максом Планком, являются именно этими энергетическими порциями, а точнее сказать количеством энергии, вносимым в общую энергию излучения маленьким диапазоном частот из общего спектра излучения чёрного тела. В случае излучения или поглощения монохроматического света, как в опыте Столетова, речь как раз и идёт о таком маленьком диапазоне спектра излучения от монохромного излучателя. Ни о каком подтверждении квантовой природы света формулой Эйнштейна для фотоэффекта не может идти речи.

В трактовке Эйнштейна квант света – это реальная физическая частица, хотя для этого нет ни каких обоснований. В реальности речь идёт всего лишь о количестве энергии, приходящейся на очень маленький участок спектра излучения одного единственного акта столкновения двух частиц, например двух электронов. Сама идея понятия кванта, очень положительная, вот только означать она должна не реальную физическую частицу, а энергию, приходящуюся на очень маленький участок спектра излучения, от одного единственного столкновения электронов или атомов в излучающем веществе.

Эйнштейн в очередной раз, как и в СТО, попытался доказать свою теорию, постулатом, который и надо было доказать. Следуя логике Эйнштейна можно утверждать, что энергия, вырабатываемая одной турбиной на гидростанции, соответствует одной частице – “турбиний”, и эта частица является не виртуальной, а вполне реальной. На мой взгляд, это просто либо “богатая фантазия”, либо просто ШУТКА!

В заключение статьи хочется ещё раз спросить: Эйнштейн пошутил с нами в своих теориях или же он совершенно искренне заблуждался?

Литература

1. Альберт Эйнштейн “Собрание научных трудов” под редакцией И. Е. Тамма.
2. Николаев С. А. “О природе вещей 2”. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13273.html
3. Николаев С. А. “Общая теория поля (продолжение).” http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14025.html

 

Дата публикации: 14 декабря 2014
Источник: SciTecLibrary.ru