414
Глава 9. Свет.
Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с природой света и световых явлений. Она утверждает, что свет есть поперечные электромагнитные волны, хотя природа этих волн ею не рассматривается. Ее разделом является волновая оптика, математическим основанием которой являются общие уравнения классической электродинамики - уравнения Максвелла. Свойства среды при этом характеризуются макроскопическими материальными константами - диэлектрической и магнитной проницаемостями, которые и определяют показатель преломления среды п = ер . Фактически это та же геометрическая оптика.
Физиологическая оптика, смыкающаяся с биофизикой и психологией, исследует зрительный анализатор от глаза до коры головного мозга и механизмы зрения.
Все разделы оптики получили широкое практическое применение. Созданы многочисленные источники освещения, основанные на различных достижениях физики, наука светотехники учитывает законы оптики и физиологии. Оптические спектральные исследования позволили во многом разобраться со строением вещества. Созданы многочисленные оптические приборы для самых различных целей, начиная от исследований микроскопических организмов и строения вещества до исследования Вселенной. Таким образом, достижения оптики как науки огромны. И при всем этом сущность оптических явлений и самого элементарного носителя света - фотона по-прежнему остается неизвестной...
Несмотря на то, что оптика имеет давнюю историю, а попытки применения математического аппарата электродинамики начались сразу же после опубликования Максвеллом своих знаменитых уравнений, достаточно быстро обнаружилось и некоторое несоответствие распространения фотона законам Максвелла. Дело в том, что затухание света в полупроводящей среде (морской воде) оказалось полностью не соответствующим закону затухания плоской электромагнитной волны в такой среде.
Как известно, плоская электромагнитная волна затухает в полупроводящей среде в соответствии с законом Максвелла как
Но/паса , N 1/2
(--) Г
2
И= Н0е (9.1)
415
Здесь Н0 - напряженность магнитного поля на поверхности раздела сред, например на поверхности морской воды; /7 - относительная магнитная проницаемость среды; а - проводимость среды; со = 2тг/, / -частота электромагнитной волны; г - расстояние от поверхности раздела сред.
Практика обнаруживает полное подтверждение указанной формулы затуханию плоской радиоволны в морской среде и полное расхождение ее с затуханием света в прозрачной морской воде.
При проводимости морской воды 1 Ом-1 м-1 на частоте 1 мГц практически полное затухание электромагнитной волны происходит на глубине в м. Учитывая, что
rilr2=f№i) (9.2)
и что для зеленого света длина волны составляет 5,6-10-7 м, что соответствует частоте 5-1014 Гц, получаем для расчетной по Максвеллу глубину проникновения света в морскую воду как
г2 = Г\ V (106/1014) = КГ4,
и таким образом, свет должен бы проникать на глубину не более чем 3-1СГ4м = 0,3 мм. Вместо этого свет проникает на глубину порядка 150 м. Таким образом, расхождение теории с практикой здесь составляет 500 тыс. раз!
Теория объясняет это тем, что морская вода на таких частотах теряет свой проводимость, причины чего не объясняются. На самом деле это элементарно объясняется тем, что структура фотона ни в коей мере не соответствует структуре плоской радиоволны и в указанных расчетах полностью исключены два важнейших момента - пропорциональность энергии фотона общему числу вихрей, образующих фотон, и внутренняя энергия каждого вихря фотона.
9.2. Структура фотона
В процессе проведенных различными авторами исследований были выяснены основные свойства света и его элементарной составляющей -фотона. Свойства эти таковы.
1. Наименьший элемент света - фотон несет в себе энергию, которая согласно закону Планка пропорциональна частоте:
Е = Av,
(9.3)