Классическая интерпретация фотонного эффекта Доплера

Анализ процесса рождения фотона показывает, что это – переходный процесс, в течение которого фотон движется с ускорением. Из этого следует, что длительность переходного процесса зависит от направления движения источника излучения и рождающегося фотона. Это дает нам основание уточнить формулировку второго постулата А. Эйнштейна и сформулировать его следующим образом: скорость фотонов, излученных покоящимся или движущимся источником, постоянна относительно пространства и не зависит от направления движения источника и его скорости.

Таким образом, скорость фотонов постоянна относительно пространства. Рождение фотона – переходный процесс, в течение которого он, двигаясь с ускорением , достигает скорости относительно пространства и движется дальше с этой скоростью.

Из изложенного следует, что длительность процесса рождения фотона зависит от направления его скорости и скорости источника.

Если источник покоится (рис. 240, а, где ) относительно пространства, то процесс рождения фотона запишется так

. (453)

Из (453) имеем

. (454)

Анализ процесса рождения фотона показал, что этот процесс протекает в интервале длины волны, поэтому, когда источник покоится ( ), то частота излученного фотона будет равна

. (455)

Рис. 240. Схема сложения скоростей источника и

фотона : Е – наблюдатель, S – источник

Когда направления движения источника и рождающегося фотона совпадают (рис. 240, b), то

. (456)

Подставляя ускорение из (456), найдем

. (457)

Из математической модели (457) вытекает важное следствие: если направления движения источника излучения и рождающегося фотона совпадают (рис. 240, b), то с увеличением скорости движения источника время переходного процесса уменьшается.

Переходя к частотам излученного фотона, имеем

. (458)

Поскольку , то

. (459)

Математическая модель (458) показывает увеличение частоты фотона, при , в случае, когда его скорость и скорость источника совпадают (рис. 240, b). Таким образом, при совпадении направлений скоростей источника и рождающегося фотона наблюдается ультрафиолетовое смещение спектров.

Если направления движущегося источника и рождающегося фотона противоположны (рис. 240, с), то

. (460)

С учетом соотношения (454) имеем

. (461)

Из этого следует, что если направления движения источника и рождающегося фотона противоположны, то с увеличением скорости движения источника время переходного процесса увеличивается (461). Переходя к частотам, имеем

. (462)

Из формулы (462) следует, что если направления движения источника и рождающегося фотона противоположны (рис. 240, с), то частота излучаемого фотона уменьшается и должно наблюдаться инфракрасное смещение спектров. Учитывая, что , найдём

. (463)

Самый главный вывод из анализа классических математических моделей (458) и (462) – независимость смещения спектров атомов от направления и скорости движения приёмника. А теперь сведем результаты расчетов по формулам (458) и (462) в таблицу 51.

Таблица 51. Результаты расчета классической интерпретации эффекта Доплера

	(458)	(462)
0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1	1,000001 1,000010 1,000100 1,001000 1,010000 1,100000	0,999999 0,999990 0,999900 0,999000 0,990000 0,900000

Анализ табл. 51 показывает, что классическая математическая модель (458) описывает ультрафиолетовое смещение спектров ( ), а классическая математическая модель (462) – инфракрасное ( ).

Теперь у нас появилась возможность объяснить фотонный эффект Доплера, регистрируемый при излучении фотонов, разной длительностью переходного процесса рождения фотона.

Процесс отделения фотона от электрона атома не мгновенный. В течение некоторой длительности между ними сохраняется связь. От длительности сохранения этой связи и зависит масса, а значит энергия и длина волны фотона, с которой он излучается, отделившись от электрона. Из соотношения (457) видно, что если , то . Это значит, что, при , старт фотона по направлению движения источника, движущегося относительно пространства со скоростью , невозможен (рис. 240, b). В этом случае фотон не будет излучён электроном.

Когда направление движения излучаемого фотона совпадает с направлением движения источника (рис. 240, b), то с увеличением скорости движения источника излучения длительность (450) переходного процесса уменьшается по сравнению с длительностью переходного процесса при старте с покоящегося источника (рис. 240, а). Длина волны и частота такого фотона смещаются в ультрафиолетовую область спектра.

Когда фотон стартует по направлению, противоположному движению источника (см. рис. 240, с), то с увеличением скорости источника излучения длительность переходного процесса, как это видно из соотношения (461), увеличивается, а частота уменьшается (462) и у нас появляется основание полагать, что фотон в этом случае, в процессе потери связи с электроном, передаст ему больше своей электромагнитной массы и придет к приемнику с длиной волны и частотой, смещенными в инфракрасную область.

Аналогичное явление происходит при запуске космических ракет. Если ракета стартует на Восток, то ее скорость совпадает с направлением вращения Земли и ей потребуется меньше времени и меньше топлива для выхода в космос по сравнению со стартом в западном направлении.

При совпадении направления скоростей источника и фотона длительность переходного процесса (457) меньше, а при несовпадении больше (461), чем при покоящемся источнике излучения фотонов. В первом случае (рис. 240, b) фотон при рождении потеряет меньше энергии (массы) и придет к нам с длиной волны, смещенной в ультрафиолетовую область спектров, а во втором (рис. 240, с) потеряет больше массы и придет к приемнику с большей длиной волны, смещенной в инфракрасную область.

Таким образом, электрон атома источника излучения своим полем будет стремиться удержать фотон магнитными силовыми линиями, через которые и потечет масса электромагнитного поля (точнее, само поле) фотона к электрону атома источника излучения. Чем медленнее фотон будет удаляться, тем больше потеряет массы. Указанный процесс передачи энергии присущ, по-видимому, и другим частицам. Поскольку в таком процессе «масса» (эфирная субстанция) как бы перекачивается из одной частицы в другую, не имея возможности оформиться в фотон энергии (см. рис. 240, b), то эта часть энергии и не регистрируется в эксперименте.

Выявленная корпускулярная природа фотона (рис. 240, b) дает все основания возвратиться к баллистической гипотезе, основанной на представлениях И. Ньютона о свете, как о потоке материальных корпускул. Однако эта гипотеза приобретает существенное ограничение. Вот его сущность.

Если неподвижную систему отсчета связать с космическим вакуумом и рассматривать в этой системе движение источника, излучающего фотоны, то независимо от направления движения и скорости источника излучения скорость излучаемых фотонов относительно выбранной таким образом системы отсчета, всегда будет одна и та же и равна . Такой результат обусловлен тем, что постоянство скорости движения фотона генерируется магнитными процессами, протекающими в его магнитной структуре (рис. 240, b).

Образно, сущность процесса излучения фотона можно сравнить с выстрелами из пушки таких снарядов, которые независимо от начальной скорости вылета из ствола орудия сами бы потом набирали одну и ту же скорость относительно неподвижной системы отсчета, связанной с пространством. Отсюда вытекает и особенность фотонной баллистической гипотезы - отсутствие явления галилеевского сложения скоростей источника и излучаемого фотона. После же излучения фотон сам набирает всегда одну и ту же постоянную скорость относительно пространства, равную . Однако галилеевское сложение скоростей полностью сохраняется при встрече фотона с приемником, но на энергетическое состояние самого фотона это не влияет.

Конечно, формулы (458) и (462) являются чисто кинематическими, поэтому они приближенно отражают процесс излучения фотонов. Поскольку электродинамика процесса излучения фотонов ещё не разработана, то воспользуемся математическими моделями, описывающими энергетические показатели фотонов. Детали процесса их излучения в этом случае также остаются скрытыми, но основной показатель – частота излученного фотона рассчитывается точнее, чем при использовании кинематических математических моделей (458) и (462).

Мы уже показали, что полная энергия фотона равна сумме энергий его поступательного и вращательного движений , а также, что эта сумма зависит от величины скорости и направления движения источника излучения.

Если угол между направлением вектора скорости движения источника и направлением вектора скорости излучаемого фотона (рис. 241) равен , то полная энергия излученного фотона запишется так.

(464)

Учитывая, что и обозначая , после преобразований уравнения (464), найдем

(465)

Рис. 241. Схема сложения скоростей источника и фотона

Если направления движения источника и излучаемого фотона совпадают, то и

(467)

Когда направления движения источника и излучаемого фотона противоположны, то и

(468)

В табл. 52 представлены результаты расчета по классическим математическим моделям (458), (462), (466) и (469), которые описывают инфракрасное и ультрафиолетовое смещение спектров.

Таблица 52. Результаты расчета фотонного эффекта Доплера

	(458)	(462)	(466)	(469)
0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,10	1,000001 1,000010 1,000100 1,001000 1,010000 1,100000	0,999999 0,999990 0,999900 0,999000 0,990000 0,900000	1,0000010 1,0000100 1,0001000 1,0010000 1,0100500 1,1050000	0,9999999 0,9999900 0,9999000 0,9990005 0,9900500 0,9050000

Классическим экспериментальным фактом, подтверждающим справедливость математических моделей (464) и (465), являются результаты одновременной регистрации обычных спектральных линий атома водорода, получаемых с космического объекта SS433 и спектральных линий, смещенных в ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра.

Это указывает на то, что основная часть космического объекта SS433 покоится относительно пространства, а две другие части движутся относительно пространства. Причем, та часть, которая генерирует ультрафиолетовое смещение, движется в направлении Земли, а та, которая генерирует в тот же момент времени инфракрасное смещение, движется по направлению от Земли. Зафиксирована и периодичность изменения величин этих смещений.