Устройство фотонов

     Может ли кто-нибудь конкретно представить себе фотон? Интересен ответ Ричарда Феймана, лауреата Нобелевской премии по физике за 1965 год, на просьбу студента дать хотя бы приближённое описание электромагнитных волн. Он ответил:
      «Увы, я не могу этого сделать для вас… У меня нет картины электромагнитного поля, которая была бы хоть в какой-то степени точной. Я узнал об электромагнитном поле давным-давно, 25 лет тому назад, когда я был на вашем месте, и у меня на 25 лет больше опыта размышлений об этих колеблющихся волнах. Когда я начинаю описывать магнитное поле, движущееся через пространство, то говорю о полях E и B (векторные величины, характеризующие соответственно электрическое и магнитные поля), делаю руками волнистые движения, и вы можете подумать, что я способен их видеть. А на самом деле что я вижу? Вижу какие-то смутные, туманные, волнистые линии, на них там и сям написано E и B, а других линий имеются словно какие-то стрелки… которые исчезают, едва в них вглядишься. Когда я рассказываю о полях, проносящихся сквозь пространство, в моей голове катастрофически перепутываются символы, нужные для описания объектов, и сами объекты. Я не в состоянии дать картину, хотя бы приблизительно похожую на настоящие волны. Так что если вы сталкиваетесь с такими же затруднениями при попытке представить поле, не терзайтесь, дело обычное.
     К сожалению, наши способности к абстракциям, к применению приборов для обнаружения поля, к использованию математических символов для его описания и так далее ограничены. Однако поля в известном смысле – вещь вполне реальная, ибо, закончив возню с математическими уравнениями (пытаясь представить себе поле въяве или не делая таких попыток), мы всё же можем создать приборы, которые поймают сигналы с космической ракеты или обнаружат в миллиарде световых лет от нас галактику и тому подобное». (В.Родиков «Приключения радиолуча» «Молодая гвардия» 1988г. стр.73-75)

     Ответ профессора даётся в сильном сокращении, но основной смысл совершенно ясен. Представить себе электромагнитную волну, не то что трудно, а практически не возможно. Считается, что самый лучший и правильный путь – абстрактное представление электромагнитного поля. Надо просто, не ломая себе голову по поводу действительной картины, рассматривать поле как математические функции координат и времени. Но не зная «конструкции» фотона, как научиться полнее использовать его энергию? Наше Солнце дарит Земле столько энергии в виде излучения различных спектров электромагнитных волн, что используя лишь небольшую часть этой энергии мы бы забыли, что такое энергетический кризис. Отсутствие какого-либо загрязнения, в том числе теплового, огромный плюс использования солнечной энергии. Ведь практически вся используемая нами энергия, в конечном счёте превращается в тепловую, как и при поглощении света поверхностью нашей планеты.

       А что если представить себе электромагнитные кванты не электромагнитными, а магнитными? Во всех опытах по влиянию электрического и магнитного поля на свет использовалось посредником вещество. То есть полями воздействовали на вещество, а уже оно оказывало влияние на свет.
     Итак,  с точки  зрения  предположения, что  гравитационная масса – это потенциальная энергия сделан вывод, что фотоны – чистая кинетическая энергия, а также что кинетическая энергия – это магнитное поле. Попробуем с такой точки зрения представить себе фотон – квант магнитного поля.
     Сначала нужно сказать, что фотоны – это отдельные частицы. И их движение нельзя рассматривать как «волновое движение какой-то сверхтонкой, заполняющей всё пространство материи». Фотон – это какой-то волновой процесс, связанный с его энергией. Этот волновой процесс происходит внутри фотона. Рассматривая один фотон, двигающийся в пространстве, можно сказать, что волновой процесс происходит. Для него достаточно одного фотона. И в других фотонах происходят такие же волновые колебания, связанные с энергией частиц, а не с соседними фотонами. Поэтому нельзя проводить аналогию, сравнивая распространение света с распространением звука, волнами на воде и т.д. Так как механические волновые процессы связанны с воздействием частиц материи на соседние частицы. А в фотоне волновой процесс происходит в нём самом и напрямую связан с энергией фотона. Потому в вакууме звук не распространяется (там просто нет частиц, которым можно передать колебания), а свет распространяется. Фотон такая же элементарная частица, как и другие элементарные частицы, и поэтому для движения в пространстве нет необходимости в какой-либо среде.
     Теперь рассмотрим волновой процесс внутри фотона. Какие мы знаем характеристики этого волнового процесса? Это длина волны, частота (или обратная величина – период колебания). Ещё можно характеризовать фотоны скоростью движения (величина постоянная) и поляризацией. Частицы, имеющие гравитационную массу, при движении в пространстве окружает магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля всегда замкнуты. Магнитное поле это кинетическая энергия частицы, а гравитационная масса – потенциальная энергия. Эти энергии взаимосвязаны и выполняется закон сохранения энергии. Однако может возникнуть ситуация, когда в силу каких-нибудь причин кинетическая энергия частицы не может превратиться в потенциальную энергию этой же частицы, или перейти в кинетическую энергию другой частицы. Тогда по закону сохранения энергии эта кинетическая энергия исчезнуть не может, а отправляется в «свободное плавание». Так возникает частица, состоящая только из кинетической энергии. Другой возможностью появления фотона является достижение частицей, имеющей гравитационную массу, скорости света относительно пространства, под воздействием электрического или гравитационного взаимодействия (тогда потенциальная энергия (гравитационная масса) «закончиться», а останется только кинетическая энергия (магнитное поле)).
     Что же собой представляет эта частица? Можно представить её в виде незамкнутого отрезка магнитной силовой линии. Эта линия перпендикулярна направлению движения фотона, так как свет – это поперечные волны. В чём выражается волновой процесс в фотоне? Незамкнутый отрезок магнитной силовой линии пытается замкнуться, так как полюса притягиваются, и тогда получается вращение этого отрезка. Чем больше энергия фотона, тем быстрее вращается отрезок силовой линии. Тогда длина волны – это расстояние, которое проходит фотон, за время полного оборота силовой линии. А частота фотона – это количество оборотов силовой линии за одну секунду. А отсюда – период колебания – это время одного полного оборота незамкнутой магнитной силовой линии. Кроме того, появляется ещё одна величина волнового процесса, имеющая только два значения – это направление вращения силовой линии. Эту характеристику фотон получает в момент своего образования и его можно связать с поляризацией фотона. Ведь известно, что свет, проходя через поляризующие кристаллы делиться всего на два луча (один из лучей может поглощаться), это явление называют двойным лучепреломлением.
     В случае, когда луч света проходит через один поляризатор, данное описание сущности процесса подходит идеально. А вот при прохождении луча через два кристалла, обладающих двойным лучепреломлением, свет делиться на четыре луча, что не приемлемо при данном описании волнового процесса. Но тут можно предположить, что поляризатор несовершенный. И тогда при выходе из несовершенного поляризатора получается свет частично поляризованный. Тогда при прохождении второго кристалла свет снова разделяется, теперь на четыре луча. Однако эти лучи будут различаться интенсивностью света (количеством фотонов в них).
     Если данное описание фотона правильное, то мы получаем простую, наглядную, легко воображаемую картину явления. Возможно, такая модель устройства фотонов имеет множество недостатков, но это лучше чем ничего. Во всяком случае, полное отсутствие хоть какой-то наглядной модели устройства фотонов не поможет нам в составлении физической картины мира. А вот в чём физическая сущность магнитной силовой линии – это тема для отдельных рассуждений.