Какая величина выполняет роль спина у фотона?

Роль спина фотона выполняет постоянная Планка.

80. Как направлен спин фотона по отношению к траектории его движения? Спин фотона равен постоянной Планка и направлен вдоль оси его вращения перпендикулярно траектории движения и плоскости поляризации (рис. 6).

 

 

Рис. 6. Упрощенные схемы моделей фотонов: а) с правоциркулярной и

b) левоциркулярной поляризациями

 

81. Взаимодействуют ли спины фотонов при пересечении траекторий их движения? Взаимодействуют. Это следует из экспериментов по сближению траекторий движения монохроматических фотонов с одинаковой циркулярной поляризацией и удаление этих траекторий друг от друга, если циркулярные поляризации противоположны (рис. 7).

82. Изменяет ли взаимодействие спинов фотонов направление их движения? Сближение траекторий движения фотонов с одинаковой циркулярной поляризацией и удаление с разной циркулярной поляризацией свидетельствует об изменении траекторий движения фотонов при взаимодействии их спинов (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Схема взаимодействия лучей фотонов: а) с одинаковой циркулярной поляризацией; b) с противоположной циркулярной поляризацией

 

83. Почему световые монохроматические лучи сближаются при одинаковой циркулярной поляризации и отталкиваются при разной циркулярной поляризации? Потому что при одинаковой циркулярной поляризации направления их вращения совпадают, а при противоположной циркулярной поляризации направления их вращения противоположны (рис. 7).

84. На каком расстоянии друг от друга начинают сближаться световые фотоны с одинаковой циркулярной поляризацией? На расстоянии, примерно, 0,5 мм.

85. Во сколько раз расстояние, на котором начинают сближаться траектории фотонов с одинаковой циркулярной поляризацией, больше их радиусов? Если взять световой фотон с радиусом вращения , то .

86. Влияет ли взаимодействие спинов фотонов при пересечении траекторий их движения на формирование дифракционных картин? Взаимодействие спинов фотонов в момент пересечения их траекторий движения распределяет их на экране не беспорядочно, а на расстояниях, равных их длинам волн.

87. Имеет ли отражающийся фотон поперечную составляющую импульса? Нет, не имеет. Это следует из закономерности изменения угла между осью ОХ и направлением вектора импульса фотона (14).

, (14)

Поскольку модель фотона электромагнитная или магнитная, то он легко деформируется при встрече с препятствием. При этом в момент отражения центр масс фотона находится преимущественно на гребне или в яме волны, то есть при и или и . Для всех этих случаев формула (14) даёт один результат . То есть в момент отражения фотона отсутствует поперечная составляющая импульса.

88. Почему угол падения фотона равен углу отражения независимо от ориентации плоскости вращения (поляризации фотона)? Потому, что в процессе контакта фотона с отражающей плоскостью он частично деформируется и принимает форму, близкую к сферической. Кроме этого, в момент отражения у фотона отсутствует поперечная составляющая импульса. Таким образом, близость формы фотона к сферической в момент отражения и наличие только продольного импульса формируют условия, при которых угол падения большинства фотонов равен углу отражения (рис. 8).

 

Рис. 8. Схема поляризации отраженных фотонов: 1 – падающий луч; 2 – отраженный луч;

3 – плоскость падения; 4 – плоскость отражения; 5 – отражающая плоскость

 

89. Почему фотоны поляризуются плоскостью отражения в двух взаимно перпендикулярных направлениях? Потому что их внешняя поверхность в плоскости поляризации имеет шесть магнитных лучей, один из которых первым встречает поверхность отражения. В результате в момент контакта с поверхностью отражения формируется суммарный момент, который поворачивает плоскость поляризации фотона в направление, совпадающее с плоскостью падения [1], [2].

Если же плоскость поляризации фотона, приближающегося к отражающей плоскости, перпендикулярна плоскости падения, то в момент встречи с отражающей плоскостью создаются условия для одновременного контакта двух лучей фотона с ней, что затрудняет поворот плоскости поляризации фотона. В результате большая часть фотонов поляризуется в плоскости падения и меньшая часть в плоскости, перпендикулярной плоскости падения (рис. 8).

90. Почему большая часть отражённых фотонов поляризуется в плоскости падения и отражения? Потому, что, как мы уже отметили, если плоскость поляризации фотона не перпендикулярна плоскости падения, то фотон начинает контактировать с отражающей плоскостью одним лучом. В результате формируется момент, поворачивающий плоскость поляризации фотонов в направление, совпадающее с плоскостями падения и отражения [1], [2].

91. Почему меньшая часть отражённых фотонов поляризуется в плоскости, перпендикулярной плоскости падения и плоскости отражения? Потому, что в этом случае фотон начинает контактировать с отражающей плоскостью двумя лучами. Что и препятствует повороту его плоскости поляризации [1], [2].

92. Почему при угле Брюстера и совпадении плоскостей падения, поляризации и отражения коэффициент отражения света равен нулю? Потому, что при этом угле скорость центра масс фотона равна . В результате такой фотон не отражается от стекла, а проходит через него или поглощается материалом стекла (рис. 9).

 

Рис. 9. Зависимость коэффициента отражения фотонов от границы воздух – стекло от угла падения при разной их поляризации: 1 – плоскости падения фотонов и поляризации перпендикулярны; 2 – неполяризованный луч;

3 – плоскости падения, поляризации и отражения фотонов совпадают

 

93. Почему поток фотонов формирует дифракционные и интерференционные картины? Поток фотонов формирует дифракционные и интерференционные картины лишь после отражения от кромок препятствий. В результате отражения каждого фотона плоскости поляризации большинства из них оказываются параллельными, а спины соосными. Взаимодействующие спины фотонов изменяют их траектории так, что они распределяются на экране не беспорядочно, а на расстояниях, равных длинам волн или радиусам вращения фотонов (рис. 10) [1], [2].

 

Рис. 10. Схема возможного изменения направления движения фотонов с

синхронизированной частотой и одинаковой циркулярной поляризацией

 

94. Дифракционная картина за проволокой исчезает, если закрыть контур проволоки с одной стороны. Почему? Потому, что при этом исчезает поток поляризованных фотонов, отраженных от закрытого контура проволоки. Исчезает и процесс взаимодействия спинов поляризованных фотонов в момент пересечения траекторий их движения. В результате исчезает и дифракционная картина (рис. 11).

 

Рис. 11. Схема формирования светлой полосы в центре тени от проволоки

 

95. Почему внутренние дифракционные каёмки формируются фотонами, взаимодействующими с противоположными краями препятствий, формирующих дифракционные картины? Потому, что фотоны поляризуются только в процессе отражения. В результате этого формируются условия взаимодействия их спинов и сближения или удаления траекторий их движения. Этот факт следует из опытов Френеля [1], [2].

96. Почему наружные дифракционные каёмки формируются фотонами, движущимися от точечного источника света и отраженными от краёв препятствий, формирующих дифракционные картины? Этот факт установлен экспериментально Френелем. Объясняется он тем, что отраженные фотоны имеют упорядоченную поляризацию. В результате взаимодействия отражённых фотонов с упорядоченным направлением спинов, с теми фотонами, движущимися от точечного источника света, спины которых параллельны спинам отраженных фотонов, формируются условия, когда часть фотонов сближает свои траектории движения, а другая часть удаляет их друг от друга. Такая, если можно сказать, селекция фотонов и формирует наружные дифракционные картины [1], [2].

97. Почему за двумя щелями или отверстиями формируется аномальная интерференционная картина? Потому что две щели (рис. 12) имеют четыре контура для отражения фотонов, которые поляризуют их и создают условия для взаимодействия спинов. Количество пересекающихся траекторий фотонов в этом случае увеличивается, а их осевой линией оказывается линия, проходящая от центра перегородки до экрана. Таким образом, в зону пересечения осевой линии с экраном попадают фотоны, отраженные от четырех контуров отражения, формируемых двумя щелями, увеличивая яркость этой зоны. Если закрыть одну щель, то количество потоков отраженных фотонов уменьшиться до двух, и они будут формировать дифракционную картину, соответствующую одной щели.

Рис. 12. Схема эксперимента Юнга с двумя щелями

 

98. Чем отличается формула Френеля (15) для расчета дифракционной картины за проволокой (рис. 11) от формулы Юнга (16) для расчета дифракционной картины за двумя щелями (рис. 12)? Это - идентичные формулы. Они отличаются лишь значениями коэффициентов . Френель измерял расстояния, как он писал, между темными каёмками с учетом центра картины. Юнг измерял расстояния между светлыми каёмками от центра картины. Поскольку явление, формирующее дифракционные картины в обоих случаях одно и тоже, то формула для их расчёта получается одна. Так как в центре картины светлая полоса, то коэффициент в формуле (16) Юнга принимает значения , а в формуле (15) Френеля - значения

. (15)

. (16)

 

99. Какие ошибки допустил Френель при выводе формулы для расчета дифракционных полос за проволокой? Из начальных условий вывода формулы для расчета дифракционных каёмок следует отрицательный знак в конечной формуле Френеля, но его нет. Далее, координату точки пересечения двух световых сфер он приравнял расстоянию между проволокой и экраном, без каких – либо пояснений, но делать это нельзя, так как у них разные геометрические размеры.

100. Существует ли вывод формулы Френеля для расчета дифракционных полос за проволокой, отличный от вывода, предложенного Френелем? Да, существует. Его формула выводится из прямоугольного треугольника, образующегося в результате пересечения траекторий движения фотонов в зоне между препятствием, формирующим дифракционные картины, и экраном.

101. Влияет ли новый вывод формулы Френеля на интерпретацию волновых свойств света? Да, из нового вывода формулы Френеля для расчета дифракционной картины за проволокой следует, что эти картины – следствие взаимодействия спинов поляризованных фотонов при пересечении траекторий их движения в зоне между проволокой и экраном (рис. 11, 13).

Рис. 13. Схема к анализу эксперимента Френеля

 

 

102. Влияет ли переменная скорость движения центров масс фотонов на формирование радужных колец Ньютона? Разная скорость центров масс фотонов на гребнях волн и в их впадинах формирует условия, когда они могут отражаться от стекла после прохождения линзы или проходить в стекло. В результате меняющаяся величина зазора между линзой и стеклом разделяет отражённые фотоны в точном соответствии с изменением длины их волны, а значить и – цвета [1], [2].

103. Почему все элементарные частицы при взаимодействии с препятствиями формируют дифракционные картины, подобные волновым картинам? Потому, что все они имеют вращающиеся структуры и спины. Дифракционная картина – результат взаимодействия спинов частиц при пересечении их траекторий [1], [2].

104. Сразу ли фотон после отражения или рождения имеет скорость света или вначале движется с ускорением? Рождение и отражение фотонов – переходные процессы, в результате которых фотоны набирают скорость света не сразу, а через несколько колебаний.