После создания сверхузкополосных перестраиваемых лазеров, бурно развивается спектроскопия атомов и ионов, охлаждённых и удерживаемых лазерным излучением (см., например, обзор [14]). Лазерное охлаждение атомов и ионов, а также их удержание в оптических ловушках, считаются несомненными свидетельствами передачи этим атомам и ионам импульсов фотонов, которых они резонансно поглощают. Но, на наш взгляд, здесь происходят совсем иные процессы.
Так, техника лазерного охлаждения ионов «на боковой полосе» заключается в следующем. Ионы, удерживаемые как в радиочастотной, так и в пеннинговской ловушке (см. обзор [14]), совершают колебания в области устойчивого движения. Облачко ионов подсвечивается лазерным лучом, частота которого ниже частоты «охлаждающего» оптического перехода у ионов на частоту их колебательных движений – с таким расчётом, что ионы, движущиеся навстречу лазерным фотонам, воспринимают их допплеровски увеличенную частоту как резонансную, и эффективно их поглощают. Переизлучение же поглощённых фотонов, как полагают, происходит спонтанно, в произвольном направлении. Таким образом, при поглощении фотонов, у колеблющегося иона накапливается тормозящий импульс, а, при их переизлучении, усреднённый импульс отдачи стремится к нулю – так что колебательные движения ионов гасятся.
Мы же полагаем, что гашение колебаний здесь происходит иначе. Бесспорно, что при поглощении ионом порции световой энергии hf, масса иона увеличивается на величину hf/c 2, а при излучении такой же порции энергии, масса иона уменьшается до прежнего значения. К чему могут привести повторяющиеся увеличения-уменьшения массы колеблющегося иона? Напрашивается ответ: они могут привести – без какой бы то ни было передачи импульса – либо к параметрическому гашению колебаний иона, либо, наоборот, к их параметрической раскачке. Поскольку нет гарантий, что циклы увеличения-уменьшения массы иона синхронизированы с циклами его колебаний, то ясно, что параметрическое гашение колебаний будет происходить с меньшей вероятностью, чем их параметрическая раскачка. Из практики хорошо известно, что лишь ничтожный процент ионов из облачка испытывает «лазерное охлаждение» - а остальные, наоборот, покидают зону устойчивого движения. Заметим, что параметрическое гашение колебаний ионов происходило бы с неменьшим успехом в случае, когда частота лазера выше частоты оптического перехода на колебательную частоту, т.е. когда резонансно поглощают ионы, движущиеся попутно с фотонами – хотя, согласно традиционной логике, в такой ситуации должен иметь место «лазерный разогрев» ионов.
Ещё один важный экспериментальный результат – это удержание атомов лазерными лучами. Так, в стандарте частоты, называемом «цезиевый фонтан» (см., например, [15]), облачко атомов цезия удерживается в «холодном», т.е., практически, в неподвижном состоянии благодаря подсветке, с шести сторон, лазерными лучами, частота которых на ~5 МГц ниже невозмущённой частоты оптического перехода (l=852 нм) в цезии. Считается, что при движении атома, уводящем его из области перекрестья лучей, он резонансно поглощает фотоны встречного луча и, таким образом, тормозится из-за эффекта отдачи.
Мы же полагаем, что и в данном случае дело заключается не в эффекте отдачи. Находящийся в движении атом воспринимает, из-за эффекта Допплера, частоту встречного луча увеличенной, а частоту попутного луча – уменьшенной. При этом, поразительным образом, искусственно имитируется пребывание атома в условиях градиента частот [16], который порождает безотдачное силовое воздействие, направленное в сторону понижения частот. В результате атом приобретает тормозящее безопорное ускорение, энергетически обеспеченное превращением части его собственной энергии (т.е. массы) в кинетическую энергию – как это происходит согласно нашей модели действия тяготения на вещество [17].
Добавим, что на том же самом принципе – имитации градиента частот – производится подброс облачка атомов в «цезиевом фонтане». Для этого частоты лазеров, подсвечивающих облачко сверху и снизу, на время порядка одной миллисекунды сдвигают на несколько МГц – частоту подсветки сверху уменьшают, а частоту подсветки снизу увеличивают. В результате этой процедуры облачко атомов, испытавших кратковременную имитацию вертикального градиента частот, начинает свой свободный полёт вверх. Разумеется, традиционный подход объясняет такой подброс облачка атомов иначе – как результат накопления импульсов поглощённых фотонов из подсветки снизу. Для того, чтобы таким способом атому цезия была сообщена скорость в несколько метров в секунду, он должен накопить импульс от ~1000 оптических фотонов – что, за время «подбрасывающего режима», вполне возможно. Но обратим внимание на одно важное обстоятельство. Из опыта достоверно известно, что начальная скорость свободного полёта облачка ионов вверх – по окончании «подбрасывающего режима» - прямо пропорциональна применённой разности частот подсветок снизу и сверху. Между тем, увеличение этой разности частот, вообще говоря, не должно приводить к прямо пропорциональному увеличению числа поглощённых фотонов за время «подбрасывающего режима» - при том, что энергия этих фотонов остаётся, практически, неизменной. Отчего же усиливается подброс при увеличении разности частот подсветок снизу и сверху? Наше объяснение, через имитацию градиента частот, выглядит предпочтительнее.
Похоже, мы имеем дело с парадоксальной ситуацией: экспериментаторы научились искусственно создавать условия, при которых возникает безопорное движение атомов – но, не веря глазам своим, пытаются втиснуть эти результаты в рамки традиционных понятий.
Крах концепции фотона.
Приведём краткую сводку особенностей, ставящих под сомнение существование фотонов – как их традиционно представляют.
Порции световой энергии перебрасываются непосредственно с атома на атом – причём, практически, мгновенно [1]. При этом не происходит передача импульса: как мы постарались показать в данной и в предшествующих статьях [18,12,13], результаты ключевых экспериментов находят более адекватное объяснение (по сравнению с традиционным) на основе нашей модели – согласно которой, никакой «отдачи» при квантовом перебросе световой энергии не происходит (поэтому фотонные ракеты – это утопия). Сюда следует добавить вывод о том, что фотоны не испытывают гравитационных сдвигов частоты [19,20]: этим сдвигам подвержены лишь уровни энергии в веществе. Совершенно аналогично, фотоны не испытывают квадратично-допплеровских сдвигов частоты [21,20]: этим сдвигам также подвержены лишь уровни энергии в веществе. Кроме того, фотоны не испытывают и линейно-допплеровских сдвигов частоты [2]: с этими сдвигами имеет дело навигатор квантовых перебросов энергии [2], но сама перебрасываемая порция энергии не изменяется от того, что отдающий и принимающий атомы каким-то образом движутся. Наконец, традиционные представления об аннигиляции и рождении электрон-позитронных пар, в которых подразумевается полноценность фотона как частицы, основаны на недоразумениях. Наш анализ [22] экспериментов показал, что электрон и позитрон при аннигиляции не исчезают полностью: излучая, при таком событии, один g-квант с энергией 511 кэВ, они образуют «предельно связанную пару» [22] – которая, при сообщении ей достаточной энергии возбуждения, способна диссоциировать на пару электрон-позитрон. К тому же, не наблюдалось прямого превращения g-кванта в электрон-позитронную пару: эта пара вылетает из ядра, в которое попадает g-квант с достаточной энергией [22]. Таким образом, о взаимопревращениях между веществом и фотонами говорить не приходится.
Что же остаётся от традиционной концепции фотона? Эта концепция совершенно излишняя с позиций нашей модели «цифрового» физического мира, процессы в котором происходят в результате работы программных предписаний, обеспечивающих выполнение физических законов. Так, распространение света управляется навигатором квантовых перебросов энергии [2]. Такой подход избавляет от необходимости приписывать фотону необъяснимые свойства, прикрываемые термином «корпускулярно-волновой дуализм», поскольку за особенности распространения света, в том числе и за волновые свойства, отвечает навигатор. При таком подходе немедленно устраняются парадоксы, связанные с «редукцией волнового пакета» для фотона в явлениях интерференции и дифракции, с «интерференцией» фотонов, летящих поодиночке, с «интерференцией» фотона с самим собой, и т.п.
Автор благодарит А.В.Новосёлова за полезное обсуждение.
Ссылки.
1. А.А.Гришаев. Об аномально быстром движении светового импульса.
2. А.А.Гришаев. Навигатор квантовых перебросов энергии.
3. П.Н.Лебедев. Физические причины, обусловливающие отступления от гравитационного закона Ньютона. В: «Избранные сочинения», А.К.Тимирязев, ред. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М.-Л., 1949. Стр.181-188.
4. Физический энциклопедический словарь. А.М.Прохоров, гл. ред. «Советская энциклопедия», М., 1983.
5. О.Струве, Б.Линдс, Э.Пилланс. Элементарная астрономия. «Наука», М., 1967.
6. О.Струве, В.Зебергс. Астрономия XX века. «Мир», М., 1968.
7. П.Н.Лебедев. Опытное исследование светового давления. См. [3], стр.151-180.
8. П.Н.Лебедев. Опытное исследование давления света на газы. Там же, стр.195-224.
9. А.С.Енохович. Справочник по физике и технике. «Просвещение», М., 1976.
10. А.Эшкин. Давление лазерного излучения. УФН, 110, 1 (1973) 101.
11. А.П.Казанцев. УФН, 124, 1 (1978) 113.
12. А.А.Гришаев. Рассеяние рентгеновских лучей: о чём свидетельствует анти-комптоновская компонента.
13. А.А.Гришаев. Новый взгляд на сущность эффекта Мёссбауэра.
14. В.Демтрёдер. Лазерная спектроскопия. Основные принципы и техника эксперимента. «Наука», М., 1985.
15. Ю.С.Домнин, Г.А.Ёлкин, А.В.Новосёлов, и др. Применение холодных атомов цезия в квантовых стандартах частоты. Квантовая электроника, 34, 12 (2004) 1084.
16. А.А.Гришаев. О всемирном тяготении: всё ли вещество оказывает притягивающее действие?
17. А.А.Гришаев. Энергетика свободного падения.
18. А.А.Гришаев. Масса, как мера собственной энергии квантовых осцилляторов.
19. A.A.Grishaev. Airborne comparisons of ultra-stable quartz oscillator with H-maser as another possible validation of the general relativity. 31-st Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Systems and Applications Meeting. Marriott’s Laguna Cliffs Resort, Dana Point, California, USA. Dec. 7-9, 1999. Proceedings, p.657.
20. А.А.Гришаев. О природе релятивистских и гравитационных сдвигов частот квантовых осцилляторов.
21. A.A.Grishaev. The Doppler second-order effect as a consequence of shift of energy levels of moving quantum oscillators. 1998 International Symposium on Acoustoelectronics, Frequency control and Signal generation. Russia, St.Petersburg - Valaam - Kizhi - St.Petersburg. June 7-12, 1998. Proceedings, p.33.
22. А.А.Гришаев. Новый взгляд на аннигиляцию и рождение пар.