Чтение онлайн

И, точно, как показано выше, закон Планка вполне объясним классически и связан с детерминированной частотой обращения электрона, с дискретностью, прерывистостью, но не света, а самого вещества и излучения, состоящего из отдельных актов. Ведь в тепловом излучении каждый акт излучения и поглощения света сопряжён с движением по орбите отдельного электрона, захваченного атомом или вылетающего из него. Примечательно, что ещё в начале XX в. Ритц отмечал, что именно теория Максвелла противоречит классической механике и принципу причинности, детерминизма в физике. И, потому, не механика Ньютона, а теория Максвелла ответственна за кризис науки начала XX века, в связи с проблемой опыта Майкельсона и закона излучения чёрного тела. Как верно заметил Ритц, именно теория Максвелла, противоречащая классической механике и лишающая поле с веществом чёткой корпускулярной структуры, ответственна за появление теории относительности и квантовой физики. Эти абсурдные теории — неизбежное следствие столь же абсурдной теории Максвелла.

То, что энергия Eколебаний, кружения электрона в атоме, — связана с частотой fего обращения, подтверждает и фотоэффект: внешний электрон атома, срываясь со своей орбиты под действием света частоты f, при вылете из металла, как раз имеет энергию E=hf(§ 4.3). Планк стремился вернуть физику в классическое русло, борясь за правильное истолкование своих идей в рамках дискретных свойств электричества, атомов, а не света. Модель атома Ритца позволила этого добиться. Модель поясняет не только то, как рождается сплошной и линейчатый спектр излучения нагретых тел, но и почему тела излучают тем интенсивней, чем выше их температура.

Нагрев приводит к убыстренному движению атомов. Растёт сила и частота их столкновений, толчки побуждают внутренние и внешние электроны атома интенсивней кружиться и излучать, генерируя соответственно дискретный и сплошной спектры. Внешние электроны чаще отрываются от атомов и, набрав в столкновениях добавочную энергию, излучают её в виде сплошного спектра при захвате другими атомами (Рис. 145). Это явление, именуемое "обратным фотоэффектом", рождает также сплошной X-спектр рентгеновской трубки [134]. Однако, в газе атомы удалены друг от друга, они редко теряют и поглощают электроны. Потому, у газов, в отличие от раскалённых твёрдых тел, с их сплошным спектром, более ярок дискретный, линейчатый спектр, природу которого разобрали выше (§ 3.1). Лишь в протяжённой плазме звёзд электроны движутся свободно и в больших объёмах газа часто соударяются с атомами, генерируя сплошной спектр, не хуже твёрдых тел. Заметим, что квантовая физика объяснить сплошной спектр излучения Солнца и звёзд не способна.

Интересно отметить, что ещё в 1750 г. М.В. Ломоносов в своей работе "Размышления о причине теплоты и холода" (§ 4.15) связал тепловые свойства тел с вращением их частиц, которое с ростом температуры становится всё более интенсивным, отчего тело излучает всё больше тепла. Тем самым, Ломоносов не только предсказал существование в атомах крутящихся электронов, но и догадался, что именно их кружение ответственно за тепловое излучение тел. Классическое объяснение спектра излучения абсолютно чёрного тела — это лишь первый кирпич, изъятый из фундамента квантовой теории и встроенный в здание классической физики. Как покажем далее, и все прочие кирпичи фундамента: фотоэффект, эффект Комптона, опыт Франка-Герца и т. д., — не имеют отношения к квантовой концепции, в здании которой лежат ненадёжно, однако, стройно укладываются в рамки классической физики.

Вопрос о природе волновых свойств света обсуждался ранее (§ 1.12). Теперь пришла пора обсудить природу корпускулярных проявлений света и показать, что световая волна не может быть частицей, так же, как частица — волной. Но, ведь, ранее мы утверждали, что согласно БТР свет — это поток частиц-реонов. И, вот, оказывается, свет не частица? Вот именно: одна частица это ещё не свет, так же, как один, два и даже три ореха это ещё не куча. Согласно Ритцу, свет — это волна, несомая со световой скоростью потоком из множества реонов. Иными словами, в БТР нет квантов света, — фотонов, но есть кванты электрического воздействия, — реоны. Как же тогда объяснить существование фотонов, — частиц, каждая из которых может сама по себе рождать свет? Ниже покажем, что представление о фотонах возникло в результате ошибки.

Прежде всего, в излучении и поглощении света стандартными порциями нет ничего странного. Вполне естественно, что похожие, как две капли воды, атомы будут и энергию излучать одинаковыми порциями, словно однотипные радиопередатчики, посылающие стандартные импульсы в виде "точек" и "тире". Видно, так уж устроены атомы, что, подобно радиотелеграфу, они излучают лишь дискретный ряд энергий и, подобно радиостанциям, — в дискретном диапазоне частот. Этот внутренний механизм атома пытались вскрыть многие учёные. Наибольшего успеха в этом добился непревзойдённый мастер создания моделей Вальтер Ритц, как было показано выше (§ 3.1). Предложенный им атомный механизм позволил не только объяснить прерывистый характер спектра излучения атома, но и найти весь ряд генерируемых атомом частот. В этих моделях не было фотонов и квантовых переходов, напротив, — свет в виде обычных электромагнитных волн создавался классическими колебаниями электронов в атоме.

Как известно, история фотонов, — квантов света, началась с открытия Максом Планком квантов излучения. Впервые он заговорил о квантах, столкнувшись с проблемой излучения абсолютно чёрного тела. Проблема состояла в том, что классическая теория неверно описывала спектр излучения нагретых тел, скажем, раскалённой нити в лампе. Макс Планк решил эту проблему, предположив, что энергия Eосциллятора, — колеблющегося электрона в атоме, — не произвольна, а жёстко связана с частотой fего колебаний, по формуле E=hf, где h— это постоянная Планка. Но идею Планка истолковали превратно, посчитав, зачем-то, что квантование связано с самим светом, а не с излучающими его атомами, внутри которых колеблются электроны. Хотя уже тот факт, что квантовые свойства света проявляются лишь при его взаимодействии с веществом, говорил, что всё дело — в атомном механизме, а не в свете. И, вместо того, чтоб искать, по идее Планка, дискретность в недрах атома, учёные, начиная всё с того же Эйнштейна, стали саму энергию делить на части: кванты, фотоны, — частицы, в виде которых, якобы, излучался свет. А, между тем, связь энергии и частоты колебаний электрона в атоме, а, значит, и спектральный закон Планка, — прямо следует из магнитной модели атома Ритца (§ 4.1).

Интересно, что сам Планк, введя представление о квантах, опирался на взгляды Больцмана, который, по мере защиты кинетической теории газов и атомистической концепции, подобно Ритцу, осознал ошибочность теории Максвелла, оперирующей с непрерывными величинами. Больцман указал, что в уравнения Максвелла надо внести элемент прерывистости, учитывающий дискретность во взаимодействии поля с веществом и обусловленный, по мысли этого физика-атомиста, дискретностью не энергии, а материи, состоящей из стандартных атомов и других частиц. По сути, Больцман предсказал реоны Ритца, отметив, что электромагнитное воздействие должно квантоваться. И это были именно кванты электрического воздействия (реоны), а не кванты света, энергии (фотоны). Смысл термина "квант" исходно был ближе к понятию "атом", поэтому Больцман, Томсон, Планк, Штарк и другие говорили о квантах материи (атомах), квантах электричества (электронах), то есть, — о реальных частицах. И лишь по вине Эйнштейна, Бора и, отчасти, самого Планка понятие кванта стали трактовать с позиций энергетизма (§ 5.14), в форме дискретных порций энергии, а не материи или электровоздействия.

Впрочем, и сам Планк отнюдь не считал, что в процессе излучения и поглощения атомами квантов энергии возникают и исчезают какие-то частицы-сгустки света, фотоны. Он лишь говорил, что атомы хранят и выдают электромагнитную энергию дозировано, стандартными порциями. А, конкретнее, он утверждал, что энергия Eэлектрона в атоме — пропорциональна частоте его колебаний fс коэффициентом пропорциональности h, — постоянной Планка: E=hf. Но было бы глупо считать, что и распространяется свет, будучи собран в эти порции. Это всё равно, как думать, что, при излучении одинаковыми радиопередатчиками стандартных по энергии импульсов "точек" и "тире", эти импульсы распространяются в виде частиц, в виде отдельных "тире" и "точек", собранных каждая в своей точке пространства. Ясно, что импульс радиоизлучения расходится сразу во всех направлениях — в виде широкой сферической волны.

Выводя свой закон излучения, Планк отнюдь не считал свет состоящим из квантов, фотонов, но допускал, что атомы отдают энергию порциями, и каждая порция равномерно рассеивается по всем направлениям. Планк считал, что свет — это волна, а дискретность возникает лишь при испускании и поглощении света [73, 83]. То есть, планковский закон излучения вызван не зернистой структурой света, а дискретностью вещества и процесса излучения, которое есть совокупность элементарных актов, связанных с изменением состояний электронов в отдельных атомах. Это отличие планковских квантов и фотонной гипотезы Эйнштейна было проиллюстрировано последним в форме пивной аналогии (см. эпиграф к § 4.2). И, действительно, дозированный характер излучения света и открытая Планком связь частоты колебаний электрона с энергией этих колебаний, ни в коей мере не означают, что свет распространяется и существует в виде этих порций, — абстрактных фотонов, предложенных Эйнштейном.

То же и с поглощением света. Так, С.И. Вавилов изучал столь слабые потоки света, что, после адаптации глаза к темноте, свет то наблюдался, то исчезал [82]. При этом, по мнению экспериментатора, глаз фиксировал отдельные фотоны, — тогда и наблюдался свет. Однако, опыт этот ещё не говорит о дискретной структуре света, а демонстрирует особенность нашего зрения. Аналогично, если в полной тишине пытаться расслышать слабый источник звука, скажем, тиканье наручных часов, их звук будет то исчезать, то появляться [95]. К счастью, из этого никто не заключил, что звук дискретен и состоит из квантов звука, иначе, и это могли бы истолковать как подтверждение выдуманных И. Таммом фононов. Просто, когда ухо работает на пределе слышимости, звук неразличим по громкости. Он либо слышен, либо нет, — это зависит от порога восприятия звука и напряжения внимания. Так же и глаз — это прибор с порогом чувствительности: глаз либо видит слабый источник, либо нет. Всё дело в дискретности восприятия, а не самого света. Пытаться с помощью наших грубых приборов обнаружить дискретность света (фотоны) — так же глупо, как пробовать заметить дискретность массы (атомы) цифровыми весами. При взвешивании малой массы (например, граммовой гирьки) показания весов скачут вплоть до нуля, меняясь на дискретное пороговое значение массы, составляющее обычно 1 грамм. Но, ведь, это не значит, что весы регистрируют отдельные "атомы" (весом в 1 грамм!) или вообще действие на гирьку отдельных квантов гравитации (пресловутых гравитонов). Просто значения и изменения массы, которые меньше некоторого порога, весы в принципе не способны различить и показать. Вся причина в дискретизации значений измеряющим прибором (весами, глазом, детектором), а не в дискретности самой величины.