Johann Kern, Stuttgart, jo_k@gmx.net
На основе результатов эксперимента оба утверждения о природе света - Гюйгенса — волна, а Ньютона — корпускулы, оказались неверными. Описаны также результаты эксперимента, который позволяет получить некоторое новое представление о том, какая сущность может скрываться за отрицанием обеих понятий, бывших предметом спора в течение 3-х с половиной веков.
«Фома неверующий!» - это упрёк человеку, кто проверяет то, чему все остальные слепо верят. Возможно, каждый исследователь в первую очередь должен бы быть фомой неверующим. По крайней мере в отношении результатов собственных исследований. Учёные 17-го столетия не проверили собственное толкование результата эксперимента, казавшегося им очевидным. Ведь оно было таким красивым! Разве можно было разрушать такую красоту? Своей безусловной верой они заразили не только своих современников, но и бесчисленных профессоров трёх последовавших столетий. В результате появилось ложное воззрение, отрицательные последствия которого разрастаются подобно снежному кому.
Свет окружает нас со всех сторон. Мы прямо-таки купаемся в свете. И в то же время мы его очень мало знаем. Мы не можем правильно объяснить многие световые явления До сих пор свет служит для исследователей основным источником неожиданностей.
Свет — основное средство информации об окружающем нас мире. Проснувшись утром, мы открываем глаза, чтобы убедиться в том, что мы в безопаснос ти, всё нормально и как обычно. Без света нам и глаза не нужны. Органы зрения поставляют нам более 90 % информации обо всём происходящем. Но свет одновременно является и главным обманщиком нашего основного органа чувств. Мы видим радугу, которой на самом деле нет (рис. 1).
Рис. 1
Мы видим вертикальные столбы света, упирающиеся в небо (рис. 2), но знаем, что никто там вдали не освещает небо прожекторами [1]. Каждое подобное явление обманывает нас по своему. Радугу каждый видит в другом месте, но до неё нельзя дойти. Вертикальные столбы, упирающиеся в небо, все видят в одном и том же месте, они никуда не убегают, но и до них нельзя дойти. По мере приближения к ним они просто растворяются в воздухе.
Рис. 2
На сухой дороге мы видим блестящую лужу воды, которой там на самом деле нет. Свет показывает нам озёра в раскалённой пустыне, висящие в воздухе здания.
Все эти явления наблюдаемы только издали. При нашем приближении к тому месту, где мы их наблюдали, они или исчезают, или же удаляются от нас.
Но всё это световые кажущиеся явления, обманчивость которых мало повлияла на наше видение мира, на наше понимание природы и вселенной. В то же время есть одно явление, которое мы почти все хорошо знаем, но не считаем его обманным. Оно не удаляется от нас и позволяет его рассматривать в удобной для нас близости. Это явление сильно повлияло на наше представление о природе, на наше представление вселенной. Но оно обмануло таких известных учёных, как Гюйгенс и Ньютон. А благодаря их огромному влиянию, обманутым оказалось и всё человечество. О свойствах этого явления ходят легенды (мифы), как в устном, так и в письменном виде, не имеющие ничего общего с действительностью. Во многом благодаря этому явлению Гюйгенс ошибочно считал свет волной, а Ньютон — корпускулами (частицами).
Это явление — так называемое разложение света с помощью прозрачной треугольной призмы, которое мы все представляем так, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Ход лучей при разложении света с помощью призмы по Ньютону [3] .
Из того, что показано на рисунке, мы видим только начало — вход белого луча в призму, и конечный результат — картину радуги на экране или на стене. Всё остальное невидимо, но на рис. 3 представлено так, чтобы мы видели логичный переход к конечному результату, видимому на экране. И нам кажется, что никак иначе лучи света идти не могут.
Увы, лучи света невидимы. О невидимом луче света, как и о невидимом боге, можно рассказывать всё, что угодно. И благодарное человечество верит всему, что услышало. Ведь напрасно не скажут, и, тем более, не напечатают.
Именно это и произошло с разложением света в призме.
Я не историк и не хочу ни в чём обвинять ни Ньютона, ни Гюйгенса. Но что случилось, то случилось. О разложении света в призме стали рассказывать легенды.
Если видеть разложение света так, как показано на рис. 3, и как мы его изучали в школе, то как мнение Гюйгенса, так и мнение Ньютона можно считать правильным. В соответствии с этим рисунком свет мог бы быть как волной, так и частицами [2]. И мы не имели бы никакого права говорить о том, что на рисунке перед нами явление кажущееся.
Один из мифов, о чём нам говорят и пишут об этом в учебниках, состоит в том, что разложение света в призме может иметь место только тогда, когда луч, входящий в призму, очень узкий. Если же входящий луч сделать широким, то вместо разложения света мы якобы увидим только окрашенную по краям белую полоску света. В этом убеждены все профессора. Но те, кто когда-нибудь видел яркую полоску радуги, полученную в солнечный день с помощью обычного аквариума для рыбок, знает, что там ширина входного луча ничем не ограничена. Профессора, видевшие радугу, порождённую аквариумом, не обращают внимание на несоответствие с «теорией» или стараются не замечать этого, чтобы не нарушать своего стройного понимания световых явлений.
Если вы внимательно посмотрите на рис. 3, то можете догадаться, что с помощью линейки на выходе световых лучей из призмы можно перегородить часть цветных полос, и тогда на экране будет видна только часть цветных лучей. В этом состоит другой миф. Попробуйте перегородить часть лучей радуги вблизи призмы с помощью линейки. Вы увидите, что у вас ничего не получится.
На одной из лекций по философии для взрослых я попросил лектора, университетского профессора пенсионного возраста, демонстрировавшего радугу, перегородить хотя бы один из радужных цветов. Он тут же с готовностью попытался исполнить мою просьбу, и удивлялся своей неловкости, так как у него ничего не получалось. То есть, он, не смотря на свой многолетний опыт, даже не подозревал, что сделать это невозможно. Тогда я сказал ему, что и у меня ничего не получилось, хотя я пробовал это много раз.
Третий миф: Вблизи призмы полоска радуги меньше, её не могут видеть сразу многие зрители, поэтому её всегда показывают на некотором отдалении, где она больше и потому её всем лучше видно.
Но многие демонстраторы этого опыта давным давно заметили, что вблизи от призмы увидеть радугу невозможно. Вблизи видна только узкая полоска белого света, окрашенная по краям. Чем ближе к призме, тем относительно меньшую ширину имеют эти окрашенные полоски. Чем дальше от призмы — тем шире окрашенные полоски. На достаточном удалении окрашенные полоски сливаются в одну и мы, наконец, видим «радугу». Это доказывает, что свет внутри призмы не разлагается.
Демонстратор знает, на каком расстоянии надо поместить экран, а наблюдатели даже не подозревают о том, что их, в общем-то, обманывают.
Иной дотошный профессор мог бы обратить на это внимание и понять, что Ньютон был глубоко неправ. Но профессор сам опыты не показывает, доверяя его проведение своим помощникам. Поэтому он даже не подозревает о том, что его помощник показывает не действительную картину разложения, вблизи и вдали от призмы, а только тот (желательный) результат, который описан во всех учебниках.
4-й миф состоит в том, что лучи различного цвета якобы имеют в стекле или в воде различную скорость. В этом убеждены все и нисколько в этом не сомневаются. В соответствии именно с этим мифом луч света показан на рис. 3 разделяющимся на разные цвета сразу после входа луча в призму. Но увы, вы нигде не найдёте описания эксперимента, показывающего скорость луча света в воде в зависимости от его цвета.
Измерения скорости света для лучей различной цветности автором на просторах интернета не найдены. Измерение скорости белого света в воде было осуществлено в1851 годуЛуи Физо. И, по-видимому, с тех пор больше никем.
Это ещё не все мифы, связанные с призмой, но для экономии времени мы на этом пока остановимся. Ведь экономить время всегда разумно, не так ли?..
Как могло такое произойти, что всё, абсолютно всё, известное нам о разложении света призмой, кроме начального момента и конечного результата, является неверным?
Если мы думаем, что эксперимент описан правильно, мы его проверять не станем. Никто не любит делать бессмысленную работу, в чём бы она ни заключалась. На этом не получишь ни нобелевской премии, ни повышения в зарплате, ни даже морального удовлетворения.
При опыте с разложением белого света призмой, мы не видим почти ничего из того, что показано на рисунке 3. Мы видим только узкую щель белого света, выходящего из проектора и цветную полосу света (радугу) на экране. Всё остальное мы не видим, но охотно верим тому, что лучи света идут именно так, как показано на рис. 3. Ведь это так логично, так красиво, так просто и так понятно. Всё простое — гениально.
Кроме того, если бы мы этому не верили, мы не могли бы объяснить само разложение света в радугу. Мы просто обязаны этому верить, иначе некоторые не смогут спокойно спать. Наверное, именно поэтому подобный ход лучей в призме кажется всем очевидным. Ньютон никогда не проверял экспериментально его соответствие действительности. А проверить это, как читатель уже понял, было очень легко. Профессор, которого я попросил перегородить часть цветных лучей на выходе из призмы, после своей неудачи сразу поинтересовался:
- Так вы хотите сказать, что ход лучей, указанный Ньютоном, неправильный?
- Правильны только начало и конец. Ход лучей, который мы не видим, а только представляем себе, совсем иной.
Понимание ошибочности рис. 3 началось именно с аквариума. Увидев радугу от аквариума, автор понял, что что-то с разложением света в призме не так. После нескольких проверочных экспериментов стало ясно, что всё не так . Надо было всё начинать с начала и искать действительный ход лучей.
Для этого автору пришлось построить большую треугольную призму, заполненную водой (треугольный аквариум). Очень скоро выяснилось, что свет внутри призмы не разлагается. Свет внутри призмы на разлагается. Он всегда остаётся белым. Но выяснить, как именно идут лучи дальше, удалось не так быстро [3]. Автору хотелось понять поведение света. Но когда, наконец, пришло решение, объяснявшее всё наблюдаемое, оказалось, что само разложение света стало необъяснимым.
На рис. 4 показан действительный ход лучей.
Рис. 4. Ход лучей при разложении света призмой
Белые лучи w остаются внутри призмы белыми, но из каждой точки на противоположной плоскости призмы выходят красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, голубые, синие и фиолетовые лучи, причём каждый из них под своим собственным углом (на рисунке показаны только красные r и фиолетовые v лучи, лучи с наименьшим и с наибольшим углами отклонения). Вследствие этого с помощью перемещения пластинки 1 можно сделать цвета радуги более блёклыми, можно погасить всю радугу, но нельзя погасить ни один из цветов радуги отдельно. И нельзя получить тень от края перемещаемой пластинки 1. И всё это только вследствие того, что все цвета радуги рождаются в каждой точке наружной «выходной» плоскости.
Оказалось, что всё наблюдаемое можно хорошо объяснить, если предположить, что свет разлагается в каждой точке на выходе из призмы, как показано на рис. 4. Стало понятно, как всё происходит, но совершенно непонятно, почему. Чтобы это объяснить, нужна новая теория света.
Если бы в воздухе скорости лучей различного цвета были бы различными, то подобный ход лучей можно было бы всё ещё объяснить. Но нам известно, что скорость всех лучей света в воздухе одинакова. Поэтому подобный ход лучей противоречит всем существующим теориям света. Свет не является ни волной, ни корпускулами (частичками) . Но если бы он был тем или другим, то разложение могло бы быть именно таким, как показано на рис. 3. Совершенно независимо от того, что существует множество доказательств того, что свет имеет волновые свойства, сделанного выше вывода о том, что свет не является ни волной, ни корпускулами, изменить всё-таки нельзя.
Это было легко сказать. Но что такое свет, если он не волна и не частица? Об этом у автора в те годы, когда им был сделан этот вывод, не только не было никакого представления, но и не было никаких надежд когда-либо получить подобное представление. Но лет через 20, при экспериментах с лучами лазера, намёк на такое представление появился. Об этом будет рассказано несколько далее.
Если бы Ньютон проверил и установил истинный ход лучей, он, естественно, тоже мог бы сделать вывод о том, что с вет не является ни волной, ни корпускулами (частичками) . Но тогда современники замучили бы его вопросами: но что же он тогда? В те времена не было лазеров, и вряд ли Ньютон смог бы найти разумный ответ на этот вопрос. После открытия закона о всемирном тяготении его и так уже много раз спрашивали о том, что такое тяготение, как оно возникает? Его ответ якобы был: «Гипотез не измышляю». Наверное, это была вынужденная ложь. Любое исследование, любой эксперимент, как правило, является попыткой ответить на имеющуюся гипотезу. Но нередко гипотезу высказывает один, а доказывает (или опровергает) её совсем другой.
Гипотезы, которые якобы соответствуют действительности, надо проверять тайно, чтобы никто не посмеялся над вашим педантизмом
Так как Ньютон не захотел делать бессмысленную на его взгляд работу, в то время победило недостаточно обоснованное мнение Гюйгенса о том, что свет является волной. Кстати, в результате своего кажущегося успеха Гюйгенс тоже не захотел проверить, как будет преломляться на границе двух сред поток частичек . Если бы он это сделал, он бы увидел, что получается точно такой же результат, как и тот, который он получил, как ему казалось, в случае волны [2]. Такое Гюйгенсу, повидимому, даже не мерещилось.
По-видимому, надо сделать вывод, что исследователь должен быть педантом и проверять даже те варианты, которые кажутся ему очевидными. Но делать это надо тайно, чтобы над ним не посмеялись те, для которых исход подобного эксперимент был предсказуем. Если бы Ньютон и Гюйгенс в те годы проявили «глупую педантичность» и перепроверили даже то, что им казалось само собой разумеющимся, наука в вопросе света могла бы пойти по совсем иному пути. И наша вселенная оказалась бы в нашем представлении во многом иной.
В толковании явлений природы нельзя исходить из очевидности. Природа мыслит далеко не всегда так, как мыслим мы. Пути природы исповедуемы, но не очевидны. Как правило, мы находимся в путах представлений, уже давным давно являющимися «азбучной истиной». Поэтому мы с совершенно чистой совестью делаем ложные утверждения, в правильность которых мы свято верим .
Что скрывается за понятиями частоты луча света и длины волны?
Открытия невозможно планировать, но можно утверждать, что любое исследование, не повторяющее во всём уже известные, может привести к открытию.
В прошлом (2019) году более или менее случайно было получено разложение света с помощью призмы из плексигласа [ 4 ]. И оказалось, что в этом случае спектр имеет совсем другую последовательность и сравнительную интенсивность цветных составляющих (фото ниже, рис. 5).
Рис. 5. Спектр, полученный с помощью призмы из пликсигласа.
В нём практически отсутствует красный цвет, а после фиолетового цвета снова идёт зелёный. Такая последовательность цветов невозможна! Такого не должно быть! Но природе не укажешь. У неё хотя, на наш взгляд, порой и странные, но всегда свои собственные понятия о том, как что-то должно происходить. Не соглашаться с ней или даже предписывать ей что-то успешно позволяют себе только математики. Но это не к добру и обходится потом очень дорого.
Как известно, в настоящее время считается, что разложение света по Ньютону является солнечным спектром, в котором монотонно изменяется длина волны цветовых лучей и, соответственно, их частота. Но, по-видимому, спектр по рис. 5 имеет такое же право на существование, как и спектр, полученный с помощью стеклянной призмы?
Тогда и этот спектр надо считать разложением солнечного света?! Но эти два разложения явно различные и имеют как другую последовательность, так и иную относительную интенсивность цветных линий.
Могут ли два разложения одного и того же быть совершенно различными и иметь не только различную последовательность цветных линий, но и разную относительную интенсивность цветных составляющих?
В случае хода лучей по Ньютону назвать полученный спектр разложением светового луча было вполне естественно. Ведь иное было неизвестно. Точно также было естественно считать, что мы имеем дело с монотонным изменением частоты, а также, что мы имеем некоторое соответствие частоты определённому цвету. Но можно ли его так назвать в случае учёта действительного хода лучей? А также пру учёте ещё одного варианта разложения по рис. 5?
Подобное название становится явно сомнительным. Мы не знаем ни причины возникновения этого спектра, ни причины подобной последовательности цветов в нём. Тем более мы не имеем основания ставить в соответствие определённому цвету какую-либо частоту. Поэтому мы с равным правом можем назвать полученный спектр результатом преобразования света при выходе из стеклянной призмы. Если учесть спектр по рис. 5, полученный с помощью призмы из плекса, то его также можно считать результатом преобразования света, так как вполне естественно предполагать, что различные материалы могут различно преобразовывать свет.
Из действительного хода лучей очевидно, что свет не может быть волной, поэтому нельзя говорить и о том, что лучи света обладают частотой и что частота монотонно изменяется в спектре по Ньютону. Тем более, что в этом случае мы должны были бы предполагать монотонное изменение частоты и в спектре по рис. 5, хотя это совершенно невозможно ввиду иной последовательности расположения цветных линий. После всё более коротких (якобы высокочастотных) волн в нём снова следуют относительно длинные (якобы более низкочастотные) волны. Подобное нельзя назвать монотонной последовательностью цветных составляющих спектра. Но если закономерность отсутствует в спектре по рис. 5, то имеем ли мы право утверждать, что последовательность в спектре по Ньютону является закономерной? Ведь этим мы утверждаем, что подобная последовательность должна иметь место во всех разложениях спектра? Ранее мы могли это предполагать ввиду того, что нам не были известны другие последовательности разложения света. Теперь же мы этого утверждать не можем.
В опыте с прохождением луча лазера через пары воды было обнаружено, что свет от частичек пара отражается наиболее интенсивно в направлении движения света в луче лазера. Это то же самое, как если бы Луна отражала в основном свет не в сторону Солнца, а наоборот. В случае Луны такое невозможно. В случае частичек пара можно предположить, что отражение лучей лазера происходит не мгновенно. Может оказаться, что на отражение света требуется время, соответствующее половине оборота частички пара вокруг своей оси. В статье [5] была сделана оценка скорости вращения частичек пара. С другой стороны, было предположено, что процесс отражения света от (вращающейся) преграды должен был бы длиться в течение менее одного периода колебаний. Сравнение же этих двух процессов показало, что на это требуется минимум 700 периодов колебания света. Чтобы свет (фотон?) прилип к поверхности и отразился от него только через отрезок времени, соответствующий 700-а полным колебаниям света, кажется невероятным.
Вывод из этого эксперимента — если свет обладает частотой, то она по крайней мере в 700 раз меньше принятой.
Могут быть и другие экспериментальные оценки. При вращении электродвигателем квадратного белого листка бумаги или же бумаги с нанесёнными на ней чёрными полосами, можно увидеть красный свет при весьма низких оборотах двигателя. Частота изменения интенсивности отражения белого света при этом наверняка ниже 200 герц и не идёт ни в какое сравнение с принятой частотой колебаний красного света (около 440 ТГц). Какая же из этих частот правильная?
При освещении узкой части вихревой воронки воды в сосуде зелёным лучом лазера, на противоположной стороне сосуда из-за вибрации вихревой трубки воды возникает пляшущее отражение луча лазера. Часто под зелёным отражением одновременно видно красное обрамление пляшущего луча. Появление красного цвета можно было бы объяснить частотой, возникающей при сложении или вычитании частот колебаний зелёного луча и частоты вибрации узкой части вихревой воронки. Но тогда для получения частоты красного цвета луча вихревая воронка на границе между водой и воздухом должна колебаться с частотой, близкой к принятой частоте видимого света. Не думаю, чтобы этому можно было поверить.
Но все эти три эксперимента можно считать подтверждением вывода, сделанного на основе сравнения двух «спектров», полученных с помощью стеклянной призмы и призмы из плекса:
цвет светового луча не имеет никакого отношения к его частоте.
Кроме того, если свет «не волна и не частица», то о частоте света также говорить не приходится. Но это всё эксперименты. Пусть теперь с ними спорит теория.
«Однажды я сидел в тёмной комнате при свете луча лазера, упиравшегося в дверь, и вдруг заметил, что вся моя рука покрыта какими-то мелкими колечками. Я даже вздрогнул от неожиданности. Я пошевелил рукой, и заметил, что колечки скользят по коже руки. Приблизив руку к ярко светящейся точке луча лазера на двери, я увидел, что колечки превратились в очень мелкий яркий бисер, плотно покрывавший мою руку» [6].
Обнаружив это явление, я сделал снимок, показанный на рис. 6.
Рис. 6. Картина, видимая фотоаппаратом Sony Alfa 200 на экране на расстоянии
2,5 метра от точки, освещаемой лазером мощностью менее 100 милливатт.
Он показывает, во что превратились бисеринки на моей руке, хотя то, что я видел, и что увидел фотоаппарат, не совсем одно и тоже.
Видимое мною явно не соответствовало картине диффузного отражения света, но что мне было делать, я всё-таки истолковал это как следствие отражения луча лазера от шероховатостей поверхности в точке отражения. Но уже тогда я обратил внимание на то, что картина отражения практически не меняется, независимо от изменения материала поверхности в точке отражения.
«В качестве отражающих свет поверхностей испытаны различные предметы. В том числе живые. Характер картины на экране не меняется. Мягкие тела отражают хуже, чем твёрдые. Ноготь пальца даёт значительно более яркую картину, чем сам палец. Чёрные поверхности тоже дают отражение, хотя и значительно более слабое, чем светлые» [там же].
Это было очень странно. Неужели поверхность обычной окрашенной стены при большом увеличении практически не отличается от поверхности гладкого ногтя или кожи пальца? В это трудно поверить. Но я тогда был так ошарашен уже самой фотографией 6 и видом бисера на моей руке, что был совершенно не способен думать о чём-то ещё. Мне очень не хотелось делать ещё более невероятные открытия.
Но так как я от случая к случаю продолжал свои эксперименты с лучами лазеров, через два с лишним года «случилось так, что необходимый эксперимент провёлся сам собой. Я случайно задел лазер и его луч сдвинулся на несколько миллиметров. При этом картина отражения луча должна была полностью поменяться. Примерно такое должно случиться, если кинокамеру резко сдвинуть, и она станет показывать совершенно иной вид, в котором не осталось ничего от прежнего кадра.
Но оказалось, что картина отражения почти не поменялась. Никакого быстрого мелькания точек в результате мгновенной полной смены кадра я тоже не заметил. А это означало, что видимые мной «10 миллионов пятен» образуются вовсе не от отражения луча от нескольких квадратных миллиметров шершавой поверхности стены, а идут - из самого луча лазера. Даже предположить такое казалось совершенным сумасшествием . Но не проверить эту мысль было уже нельзя» [7].
Я проверил всё много раз. «Сомнений не оставалось. Эти 10 миллонов пятен или лучей (сублучей) идут непосредственно из лазера. Другими словами, луч лазера состоит из 10 миллионов независимых сублучей, которые, похоже, никак не взаимодействуют друг с другом!» (там же).
Теперь стало понятно, почему отражение луча (одного и того же) лазера от грубой стены и от человеческого гладкого ногтя практически не отличались друг от друга. (Но они могут довольно сильно отличаться, если заменить один лазер другим).
Эти сублучи были похожи на нити или трубочки, и в то же время все нити вместе были похожи на газ, который стремится занять весь предоставленный ему объём. Разумеется, это поведние отражённого луча лазера нельзя было описать ни волной, ни потоком частичек. Но зато можно было сказать, что его поведение в какой-то мере повторяет вывод, полученный при исследовнии хода лучей света в прозрачной призме: это не волны и не поток частичек .
Таким образом, совершенно, казалось бы, бессмысленный вывод о природе света — не волна и не частицы — приобретает право на жизнь. Природа света — это нечто совсем иное, чем то, что мы могли до сих пор представить. Пока это совершенно не укладывается в нашем сознании. К этому надо ещё привыкнуть. А чтобы этот процесс был более продуктивным и осознанным, надо провести множество экспериментов, для начала — хотя бы просто перепроверяющие.
Итак, мы получили некоторое представление о том, какую природу может иметь свет, который не волна и не частички. Остаётся понять, имеют ли в принципе одинаковую природу лучи солнечного света и лучи (данного типа) лазера. Как это выяснить? Возможно, идею подскажут те, кто захочет перепроверить мой эксперимент.