ПРИБОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОПРОВЕРГАЮЩИХ ВОЛНОВЫЕ ОБОБЩЕНИЯ ДЕ БРОЙЛЯ И МЕХАНИЧЕСКУЮ ТЕОРИЮ ЭФФЕКТА КОМПТОНА

МКИ в 01 J 19/08 G 01 D 21/00
Прибор для проведения физических экспериментов, опровергающих волновые обобщения де Бройля и механическую теорию эффекта Комптона,
Полезная модель относится к области физики и может быть использована при проведении физических экспериментов и при создании технических устройств, предназначенных для проведения таких экспериментов.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является прибор для проведения физических экспериментов, опровергающих волновые обобщения де Бройля и механическую теорию эффекта Комптона, содержащий источник элементарных частиц, их детектор и элемент, выполненный с возможностью обеспечения частичного препятствия их движению (см. Орир Дж, Физика,- М,: Мир, 1981. Т.2, с.с. 391, 429).
Недостатками этого прибора являются низкие точность и достоверность результатов физических экспериментов.
Целью полезной модели является повышение точности и достоверности результатов физических экспериментов.
Поставленная цель достигается тем, что прибор для проведения физических экспериментов, опровергающих волновые обобщения де Бройля и механическую теорию эффекта Комптона, содержащий источник элементарных частиц, их детектор и элемент, выполненный с возможностью обеспечения частичного препятствия их движению, дополнительно содержит устройство, выполненное с возможностью определения направления движения электронов, источник элементарных частиц выполнен с возможностью испускания фотонов заданной частоты, детектор выполнен с возможностью определения частоты и направления движения фотонов, а элемент, выполненный с возможностью обеспечения частичного препятствия движению фотонов, содержит металлический эмиттер и нагреватель.
Кроме того, он может содержать зеркало.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого прибора.
Прибор для проведения физических экспериментов, опровергающих волновые обобщения де Бройля и механическую теорию эффекта Комптона, содержащий источник элементарных частиц 1, их детектор 2 и элемент 3, выполненный с возможностью обеспечения частичного препятствия их движению, дополнительно содержит устройство 4, выполненное с возможностью определения направления движения электронов, источник элементарных частиц 1 выполнен с возможностью испускания фотонов заданной частоты, детектор 2 выполнен с возможностью определения частоты и направления движения фотонов, а элемент 3, выполненный с возможностью обеспечения частичного препятствия движению фотонов, содержит металлический эмиттер 5 и нагреватель 6.
Прибор работает следующим образом.
Нагреватель 6 нагревает эмиттер 5. В результате термоэлектронной эмиссии возле него локализуются свободные электроны. Источник 1 испускает фотоны заданной частоты, часть которых рассеивается на свободных электронах. Детектор.2 определяет частоту и направление движения рассеянных фотонов, Устройство 4, выполненное с возможностью определения направления движения электронов, позволяет определить направление движения электронов, получивших импульс при взаимодействии с фотонами.
При этом логика экспериментов, реализуемых данным прибором, основывается на следующих положениях,
- 2 Fdt  Jidv, Fdx  , dE  ivdv
H инертного тела скорость скачком изменяться не может, поэтому для него
f  Е  1 vdv J 2 О
Фотон является безынерционным объектом и приобретает свою скорость не постепенно, а скачком, т.е. dv  с. Поэтому для него
dE  .
iCT) - 4(0) i т
1, , г
мл р
--Т-ГГЧ ТГГ  йТ  IWU
4Со) J
ACTV 4Со1 о
где т - период излучения фотона, например, время перехода электрона с высшего энергетического уровня на низший.
Таким образом, Е  шс - это кинетическая энергия фотона. При этом, поскольку его энергия покоя равна нулю, то его полная энергия состоит лишь из кинетической
2.
Е  Е  шс. П VC
- 3 (i) ,
Е  h)), р  h/;,
Однако, это не единственный вариант обобщения Более того, этот вариант кажется не самым удачным по следующим причинам.
Фотоны безынерционны. Это принципиально отличает их от инертных элементарных частиц. Поэтому вероятность того, что выражение для энергии инертных частиц будет точно таким же, как и для фотонов, не велика. Например, для инертной частицы Е  IV /2, а для фотона Е  iv.
Кроме того, волновые свойства определяются не только величинами Е и р, но и фазовой скоростью волны v.
Из трех величин Е, р и v постулироваться могут только две, третья является рассчетной. И в этом смысле все три величины равноправны. Можно было бы постулировать Е и v, а рассчитывать р или постулировать р и v,, а рассчитывать Е.
В данном случае де Бройль постулировал Е и р.
Для волн де Бройля рассчет v дает
-- ,
где V - скорость частицы.
Скорость V реально может быть равна нулю. При этом v реально может равняться бесконечности
Кроме того, разделение волнового пакета, вызванного дисперсией, на несколько пакетов, т.е. как бы разделение частицы доказывает, что этот вариант обобщения неудачен.
Других вариантов обобщения, по меньшей мере семь.
4 случае, как это сделал де Бройль,
Е . hi г
Но энергия фотона hi) - это только кинетическая энергия. Распространять выражение Е  h) на полную энергию, т.е. в том числе на энергию покоя инертной частицы является в значительной степени произволом и поэтому более рискованно, чем только на ее кинетическую энергию. Следовательно, более предпочтительным вариантом обобщения является
Е  h1
Однако, кинетическая энергия фотона Ец  iv , а для инертной
частицы Е  iv /2. Исходя из этого не следует ли постулировать
, . tb
Ч  2- Подобных проблем не возникает при постулировании импульса. Для фотона р  iv и для инертной частицы р  iv. Следовательно, если для фотона р  h/Л , то с большой степенью вероятности для инертной частицы также
Ь. -
Пусть это будет первой постулированной величиной.
При постулировании второй величины, как и в случае первой, будем придерживаться буквального обобщения.
59/с9У/ 5
- 5   v Тогда Как и предполагалось выше, принципиальное отличие безынерционного фотона от инертных частиц привело к отличию в выражениях для их волновых энергий.
При этом налицо дуальность соотношений: для фотона Е  iv  hi), р  mv  h/д .   v для частицы Е  iv /2  h /2, р  ШУ  h/д    v
В рассматриваемом варианте, если частица покоится, то она не проявляет волновых свойств. Этот вывод выглядит совершенно естественным, особенно по сравнению с вариантом обобщения де Бройля, Б котором при V  О Уф  со (il
Однако, в настоящее время нет оснований предполагать, что k  1 Поэтому наиболее вероятным вариантом обобщени является
. l V - / F Р - -, ,  Y
9 id 9 У 6 - e энергия частицы рассчитывается следующим образом. .-И Более строгим видом представленного обобщения является k. .. .. г  р1, v  v,
E  h , V  V, тогда p  2Ь/д
VN,
Здесь k  2 (CM. второй вариант). Четвертый вариант
.у l
Е  h| , Уф  с, тогда р  -Ji-. i
Пятый вариант,
Е  hу . р  h/д , тогда v  v/2.
Шестой вариант.
р  h/X . v  с, тогда Е  hJ v/c.
Седьмой вариант.
J 2.
Е шс  h;    с, тогда р  2(Ьс/д -  )/v.
Восьмой вариант.
Е  шс  hj) ,   V, тогда р  2h/) - 2mpC /v.
Таким образом, с вариантом де Бройля может быть не менее восьми вариантов обобщения. Формально все они равноправны, однако вариант де Бройля представляется наименее вероятным из-за того, что в нем V может равняться бесконечности.
( -1 Л
стеной, при этом его угол падения равен углу отражения и скорость падения равна скорости, которую он приобретает после отражения. При этом стена не поглощает мяч и не генерирует его впоследствии и, таким образом, не является вторичным источником мяча.
Зеркало же по отношению к свету ведет себя именно так. Т.е. зеркало не отражает свет, а вторично излучает его после поглощения, являясь, таким образом, полноправным источником.
То, что свет обладает корпускулярными свойствами, не означает, что фотоны являются частицами, способными, например, к упругим соударениям, как широко принято полагать (см. Трофимова Т.Н. Курс физики. М.: Высш. школа, 1975, с. 305). Для обоснования этого тезиса можно привести следующие рассуждения.
Пусть на зеркало падает луч света под прямым углом. Тогда отраженный луч составляет с зеркалом также прямой угол. Предположим, что фотоны могут отражаться от объектов. Поскольку при отражении скорость фотона изменилась на противоположную, то это означает, что в какой-то момент времени его скорость была равна нулю. Однако, в состоянии покоя фотон существовать не может. Следовательно, исходное предположение не верно. При ударе об объект фотон погибает, т.е. поглощается частицей объекта. Возбужденная частица излучает другой фотон, в общем случае с другой частотой.
С другой стороны, эффект Комптона казалось бы свидетельствует об упругом характере фотона. Но тогда фотоны, будучи упругими, неизбежно должны быть подвержены упругим столкновениям между собой. Однако этого как известно, не происходит.
Кроме того, утверждение, что эффект Комптона в принципе не может быть объяснен с точки зрения волновой теории (см. там же), поскольку при этом частота фотона якобы не должна измениться, мягко говоря не является бесспорным.
- 8 обретает движение. Поэтому в отношении рассеянного фотона проявляется эффект Доплера, в силу чего его частота уменьшается.
Во-вторых, электрон, поглотив фотон с энергией h/ , часть этой энергии расходует на собственное движение, а остальную излучает в виде нового фотона, естественно с меньшей частотой.
Из сказанного следует, что фотоны имеют волновую природу и обладают квазикорпускулярными свойствами. Пользуясь методологией Луи де Бройля, можно утверждать, что инертные частицы имеют корпускулярную природу и обладают квазиволновыми свойствами. Т.е. не существует частиц, имеющих двойную, корпускулярно-волновую природу.
Квантово-волновая теория эффекта Комптона.
Считается, что эффект Комптона является неопровержимым доказательством упругих свойств фотона, поскольку он якобы не может быть объяснен с точки зрения волновой теории и что в основе явления лежит упругое соударение двух частиц - электрона и фотона (см. там же). Покажем, что это не так.
Пусть электромагнитная волна падает на неподвижный электрон (фиг. 1). Поскольку она обладает импульсом, электрону сообщается скорость v. При этом падающий фотон поглощается электроном, после чего последний излучает другой фотон. В соответствии с оптическим законом отражения угол падения равен углу отражения (Ср).
Т.к. вторичная электромагнитная волна излучается движущимся источником, в отношении ее частоты будет проявляться эффект Доплера:
99
- 9
л,х
2
1 + v/ccosCf
A / (  2L
+ v/ccos / n -f
v/ccos /ч + v/ccos p
при v«c (2, ,f Энергия падающего фотона E --  Энергия рассеянного  V jcoslp) Энергия электрона (3) E - E - E -h))cos Из (1) F :.L Й ) ) V Сэ к 2.   k
- 10 -v/ccos(p (CoSf 0) s(p
V-vkc
А  чГ
| 2))jvcos(f
-  ; ) А
1   ZeoSf
Из (1)
,1, . kbMUiEiip
MVi k-ч 1  цдХ,nkXi
2. 2.
ш  ш expCv /(2с ) (см, И.П.Попов Теория относительности А.Эйнштена неверна. Некоторые новые физические закономерности. Курган. 1996, с. 34). При v«c
ffl  m
Подставим в (2), учитывая,
-- -
A.
tWoAi
2h .:.0
СА1 AX.sLnf
ClMo
109/9 - а упругой частице (206.6) (см, Трофимова Т.Н. Курс физики, М,: Высш, школа, 1975, с, 306),
Из этого факта, а еще в большей степени из того, что эта формула превосходно согласуется с данными экспериментов, следует, что предположение (1) является верным.
Другими словами, идентичность (4) и (206,6) (см, там же) является теоретическим доказательством, а идентичность (4) и (206,1) (см, там же с, 305) - экспериментальным подтверждением волновых соотношений для инертных частиц
Е  hV2. Р -: , V  V при k  1 AT
и, соответственно, доказательством того, чтоиз восьми формально равноправных вариантов обобщения волновых свойств фотонов на
инертные частицы де Бройль выбрал неверный,а правильным вариантом является второй.
При любом k все три волновые величиныЕ, р и v для инертных частиц связаны соотношением
р
Ср, для фотонов р  E/V
Для величин де Бройля р  Ev/c
Несмотря на то, что два противоположных подхода - механический (фиг, 2), основанный на упругости фотона, и волновой дали один и тот же результат, считать их эквивалентными нельзя, поскольку
- 12 А т.к, в действительности фотон упругостью не обладает, то механическая трактовка эффекта Комптона приводит к ошибке в определении направления движения электрона Поэтому механическая трактовка некорректна.
Доказательство ошибочности варианта де Бройля.
То. что соотношения (1) удовлетворяют теории эффекта Комптона, не означает, что ей не удовлетворят соотношения де Бройля, Проверим, так ли это.
По де Бройлю
кч  Ь
Е  hj) , р  - с - при v«c
пэ э i-vyt э
(5) у.
1М(Лэ
Учитывая (3),
7- -Л
.с -
I
hvcos с
,о
с  - ЬС-С/СУ Э) ШоС vAa - he
hvcos hv/ gcostp
2 hV AaCOSlP
- hc
- 13 чЬХ созфh cosif
ш ()Xg - hc
h cos ф
- ш ЛОчевидно, что соотношения де Бройля не укладываются в рамки теории эффекта Комптона, Но эта теория блестяще согласуется с опытом. Следовательно, соотношения де Бройля противоречат также и экспериментальным данным.
Таким образом, из трех величин де Бройля Е, р и , две - Е и v определены неверно.
Очевидно, что, предложенный прибор позволяет провести эксперименты, на основе которых доказана ошибочность варианта волнового обобщения де Бройля, уточнены основные соотношения квантовой механики для инертных частиц
р р . .
ЕК  Ч   г I
и ИХ взаимосвязь
р . Hs
Индекс в означает - волновая.
Определено наиболее вероятное значение k, т.е. k  1
Соответственно волновые соотношения
- 14  СХЭ
Показана неспособность фотонов отражаться от объектов. Показано, что фотоны имеют волновую природа и обладают квазикорпускулярными свойствами Инертные частицы имеют корпускулярнуя природу и обладают квазиволновыми свойствами. Не существует частиц, имеющих двойную, корпускулярно-волновую природу. Предложена квантововолновая теория эффекта Комптона и показана некорректность механической теории эффекта Комптона.
Таким образом, предлагаемый прибор, в отличие от прототипа обеспечивает повышение точности и достоверности результатов физических экспериментов.
Эффективность предлагаемого прибора обусловливается его простотой и функциональной обоснованностью. АвторXT . , л
- 15 / А X Л И.П.Попов