Мы так давно привыкли, что скорость света составляет примерно 300 000 000м/с, что никогда и не задумываемся почему она именно такая. Мы сейчас не будем вспоминать средневековые версии света-волны хотя бы потому, что даже свет-волна не объясняет почему цифра именно такая. А предложим версию для света – частицы.
Но для начала приведем, обещанную в прошлой статье, табличку принадлежности фотонов к разным цветам согласно энергии (Е), массе (m), импульсу (p) фотона. И согласно температуре (T), при которой излучается большинство данных фотонов.
Табличка нам немного поможет.
Проще всего, для объяснения воспользоваться случаем, когда, мы можем посмотреть на единичный излучающий электрон, например, в синхрофазотроне.
В этом случае не придется усложнять рассмотрение всяческой статистикой, строением атома и молекулы, и другими побочными эффектами.
На поворотах, то есть, при торможении электрон излучает фотоны в самом широком диапазоне спектра, и спектр сплошной. Другими словами, здесь четко просматривается аналогия с тепловым излучением. Поскольку заворачивает он постепенно, то энергию он теряет частями, и полной остановки при этом не происходит. Порции потерянной энергии самые разнообразные.
Однако, для упрощения мы будем считать, что всю свою скорость наш рассматриваемый электрон потеряет одномоментно. И рассматривать будем импульс. Поскольку энергия величина – расчетная. То есть, циферки, и потерять, или передать куда-нибудь циферки – невозможно. А вот импульс очень даже сохраняемая категория.
Пусть электрон у нас движется со скоростью 1200м/с. Откуда его импульс равен 1.092*10^-27 кг*м/с. И при остановке он «сбросит» именно этот импульс, поскольку должен же он куда-нибудь его деть. И после этого этот импульс уже станет импульсом фотона (согласно нашей табличке, фотон с таким импульсом будет относиться к «оранжевым»). А у фотона, как известно, скорость окажется совсем даже не 1200м/с.
Мы иногда приводим исключительно грубую аналогию образования фотона:
нужно представить себе движущуюся кружку с водой. При резкой остановке из кружки обязательно выплеснется часть воды, унося с собой некоторую часть массы, с некоторой скоростью. Однако, у такой аналогии есть особенность: чем больше была скорость кружки, тем больше выплеснется воды, и на бОльшей скорости. А в случае с фотонами, скорость всегда одна и та же. И откуда электрон знает, сколько нужно отстегнуть массы с учетом этой скорости?
А мы подозреваем, что электрон не совсем массу-то и сбрасывает.
Было когда-то давно такое понятие как теплород. Потом его запретили, но он никуда не делся, просто, называется теперь – «лучистая энергия». Мы бы назвали это «тепловой энергией» (Тэ), и приравняли ее к величине температуры, при которой данных фотонов излучается больше всего. А что у нас может быть носителем, воплощением, и эквивалентом такой энергии? Ну, все знают, что если сжечь 1кг угля, то станет тепло, а если 2кг угля, то получится гораздо теплее. Другими словами – это масса. В общем и целом, имеются, вполне себе, зависимости: T/m=1.3134*10^39; m/T=7.614 *10^-40.
И хотя частица у нас всего одна, но допустимо вспомнить утверждение из термодинамики о том, что термодинамическая температура будет зависеть от скорости частиц, и чем выше скорость частиц, тем больше будет температура. И опять, вполне себе, зависимости: ve/T=0.251; T/ve=3.9843. Где ve – скорость электрона.
И смотрим, что у нас получится.
То есть, сбрасывает электрон тепловую энергию, которую он имеет при такой скорости, и которая заключена в массе. И именно такую массу он и сбрасывает. А поскольку импульс тоже должен сохраниться, то скорость не может быть другой, нежели скорость света.
P/S: Поскольку в комментариях сразу началось перетаскивание одеяла на волну, мы вынуждены кое - что напомнить.
У волн нет такого явления, как дисперсия. В данной среде скорость любой волны точно такая же как и у соседки. Потому, что скорость распространения волны в данной среде зависит от среды, а не от частоты, длины. И разные углы преломления тоже отсутствуют. Поэтому, такое понятие для волны, как "спектр" отсутствует как таковой.
