Принцип Гюйгенса - Френеля противоречит волновой теории света

 

Волновая теория света не смогла объяснить явление дифракции света, поэтому в физике существует специальный принцип Гюйгенса – Френеля только для дифракции света. Волновая теория света не смогла объяснить, в чём причина существования принципа Гюйгенса - Френеля: в дискретности электромагнитных волн или в существовании квантов света с волновыми свойствами. При переходе к единой теории света эта проблема устраняется автоматически, поскольку единая теория электромагнитного излучения соответствует принципу Гюйгенса - Френеля в большей степени, чем сам принцип Гюйгенса - Френеля.  Единая теория света опубликована на http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9616.html/ .

Физическое явление дифракции света и сейчас объясняется с позиций, выработанных ещё несколько столетий назад. Все попытки в последующем объяснить это физическое явление с позиций электромагнитной теории потерпели полный провал. Именно этим объясняется автономное существование в теории света этого принципа до сих пор.

 Исторически введение этого принципа  происходило достаточно логично, но авторы этого принципа не обладали всей информацией о свойствах электромагнитного излучения, которая доступна сейчас, и сохранение этого принципа до сих пор является показателем несостоятельности   электромагнитной теории света.

«Дифракция волн - огибание волнами различных препятствий. Дифракция волн свойственна всякому волновому движению; имеет место, если размеры препятствия порядка длины волны или больше. Например, дифракция света наблюдается при распространении света вблизи краев непрозрачных тел, сквозь узкие отверстия, щели и т.д.; дифракционная картина (чередование световых максимумов и минимумом) - результат интерференции световых волн». [8]

«При распространении света в однородной среде,  т.е. там, где нет преломления, отражения и аналогичных явлений, световые волны не испытывают искажения фронта. Это равносильно тому, что свет распространяется прямолинейно. На практике в этом можно убедиться, наблюдая прохождение световых пучков через достаточно узкие отверстия в темном помещении.

Рис. 1. Схема распространения света от точечного источника I через отверстие в непрозрачном экране при большом диаметре отверстия.

 

На рис. 1 приведена схема распространения от точечного источника света I через отверстие в непрозрачном экране Э.

Чем меньше диаметр отверстия D, тем меньше угол раствора  светового конуса, т.е. тем больше приближаются все части светового пучка в своем направлении распространения к направлению оси конуса .

Если бы мы таким образом захотели ещё больше увеличить одностороннюю направленность светового пучка, уменьшая диаметр отверстия D, то неожиданно увидели бы, что этого на самом деле не получается. Наоборот, оказывается, что, чем уже отверстие D, тем шире расходится световой пучок позади экрана Э (рис. 2).

Как уже было сказано в историческом обзоре, это явление было открыто в средние века итальянским ученым Гримальди, который назвал его дифракцией света. В общих чертах явление дифракции заключается в том, что при прохождении через очень узкие отверстия или около краев непрозрачных экранов свет испытывает отклонение от прямолинейного распространения. При этом наблюдается чередование максимумов и минимумов такого же характера, как и при интерференции когерентных световых пучков.

Рис. 2. Схема распространения света от точечного источника I через отверстие в непрозрачном экране при очень маленьком диаметре отверстия.

 

Это позволяет сделать заключение, что основа явлений дифракции и интерференции одна и та же - это волновая природа света. Итак, явления дифракции наступают во всех случаях, когда фронт световой волны ограничивается непрозрачными экранами, которые вырезают из неограниченного фронта какую - либо его часть. Дифракционные явления возникают и тогда, когда форма фронта волны нарушается прозрачными телами с оптическими характеристиками, отличающихся от тех, которые имеет остальная среда.

Для описания волновых процессов Х. Гюйгенс сформулировал принцип, который носит его имя. Сущность его сводится к следующему. Каждую точку всякой волны можно рассматривать как центр новой сферической элементарной волны. Волна, получающаяся в результате наложения всех элементарных волн, совпадает с непосредственно распространяющейся первоначальной волной. Гюйгенс считал, что результирующая волна является просто огибающей всей совокупности сферических элементарных волн. В таком виде принцип Гюйгенса не мог служить основой для количественной теории распространения волн и теории дифракции, так как в нем не содержится необходимости учета разностей фаз складывающихся элементарных волн. Френель усовершенствовал принцип Гюйгенса тем, что учел различие фаз элементарных волн. Измененный таким образом принцип Гюйгенса называют теперь принципом Гюйгенса - Френеля». [2]

Принцип Гюйгенса – Френеля для дифракции света не может существовать одновременно с волновой теорией света, поскольку  противоречит одному из основных её постулатов: направление сферических элементарных волн Гюйгенса является продольным, а направление колебаний электромагнитных волн является поперечным.

При поперечных колебаниях принцип Гюйгенса не применим, потому что в этом случае элементарные волны неизбежно взаимно компенсируются. Это должно приводить к моментальному исчезновению электромагнитного излучения и невозможности его распространения как в веществе, так и в вакууме, что  не наблюдается в эксперименте.

 

 

 

Исправление ошибок волновой теории света при дифракции света

 

Принцип Гюйгенса – Френеля для дифракции света фактически является набором правил, которым должна соответствовать корректная теория света. Волновая теория света не может соответствовать этим правилам, поскольку далека от своего завершения. Волновая теория света не может объединить дискретную структуру света с волновыми свойствами в одной теории. Это возможно только при переходе к единой теории электромагнитного излучения.

При переходе к единой теории электромагнитного излучения автоматически устраняются многие неразрешимые проблемы волновой теории света, поскольку единая теория света описывает дифракцию света практически так же, как и принцип Гюйгенса – Френеля, но при этом не имеет внутренних проблем.

Если мы попытаемся построить физическую модель, соответствующую принципу Гюйгенса - Френеля для дифракции света, то получим следующую модель:

1) «Каждую точку всякой волны можно рассматривать как центр новой сферической элементарной волны».

 Точечные размеры - это характеристика кванта электромагнитного излучения.

2) «Волна, получающаяся в результате наложения всех элементарных волн, совпадает с непосредственно распространяющейся первоначальной волной».

Совокупность последовательных точек на фронте волны представляет собой траекторию движения квантов электромагнитного излучения.

3) «Гюйгенс считал, что результирующая волна является просто огибающей всей совокупности сферических  элементарных  волн».

 Попытка Гюйгенса ввести сферические элементарные волны - это попытка наделить движущиеся кванты волновыми характеристиками, как в единой теории электромагнитного излучения. Эта модель кванта света описана в единой теории электромагнитного излучения.

4) «Френель усовершенствовал принцип Гюйгенса тем, что учёл фазы элементарных волн».

Френель дополнил модель движения кванта, обладающего волновыми характеристиками, унифицированным фазовым состоянием. Это автоматически получается в единой теории электромагнитного излучения.

 Единая теория электромагнитного излучения соответствует принципу Гюйгенса - Френеля в   большей степени, чем сам принцип Гюйгенса - Френеля. Отличие только в том, что для существования принципа Гюйгенса – Френеля нужен физический вакуум или световой эфир, а для единой теории света – нет.

Покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает физическое явление дифракции света.

Физическое явление дифракции света может возникнуть при движении кванта вдоль границы раздела двух сред  на расстоянии не более  (ширина траектории движения кванта). При этой глубине проникновения даже непрозрачные вещества являются прозрачными. В связи с ограничением существования явления дифракции шириной кванта , для его наблюдения в видимом свете необходимо очень маленькое отверстие, поскольку кванты, не испытавшие искажения своей траектории, засвечивают дифракцию.

Возникновение дифракционной картины электромагнитного излучения возможно при движении квантов вдоль поверхности экрана Э на разной глубине проникновения.

Отклонение траектории кванта от первоначального направления зависит от времени одновременного движения кванта света в двух средах с разной оптической плотностью. Для разных траекторий кванта время одновременного движения различных частей кванта в двух средах с разной оптической плотностью различно. Поэтому для разных траекторий кванта отличаются и величины отклонения от первоначального направления.

На рисунке 3 изображен нижний край отверстия или щели в непрозрачном экране Э.

 

                                  а)                                                            б)

                             в)                                            г)

 

 Рис. 3. Образование дифракционной картины при поперечном смещении луча.

 

а) Траектория кванта не проходит через экран Э.

б) Траектория кванта проходит через экран Э на глубине .

в) Траектория кванта проходит через экран Э на глубине.

г) Траектория кванта проходит через экран Э на глубине.

 

Прохождение кванта у противоположной границы экрана будет аналогичным, а дифракционная картина симметричной.

В единой теории электромагнитного излучения принцип Гюйгенса – Френеля выполняется автоматически, и нет необходимости в его отдельном рассмотрении.