Ошибки волновой
теории света при интерференции электромагнитного излучения
В волновой теории света есть ошибки при описании интерференции света, дифракции света,
отражении и преломлении света. Эти ошибки устраняются при переходе от
раздельной теории – волновой теории света и квантовой теории света к единой теории электромагнитного
излучения. Эта теория опубликована на http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9616.html/ .
После ознакомления с
единой теорией электромагнитного излучения покажем, как применение единой
теории света позволяет решать проблемы волновой теории света и квантовой теории света при
интерференции, дифракции, отражении и преломлении света. Начнём с интерференции
света.
Основная проблема
волновой теории света состоит в том, что первичные формулы для интерференции
света выводятся из здравого смысла, а не из теоретических предпосылок.
Покажем это на
примере самого простого случая – двухлучевой интерференции света.
«Интерференция волн - сложение в
пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках
получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны.
Интерференция характерна для волн любой природы: волн на поверхности жидкости,
упругих (например, звуковых), электромагнитных (например, радиоволн или
световых волн)». [8]
«Схема образования
плоскопараллельной пластиной интерферирующих пучков изображена на рисунке 1.
Интерференция света возникает благодаря
сложению лучей, отразившихся от верхней и нижней поверхностей
пластинки Р. Будем считать, что пластинка прозрачна, имеет показатель
преломления n и находится в воздухе, для которого
показатель преломления (с большим приближением) равен единице.
Пучок лучей 1 и 2, падающих на
пластинку Р под углом 
и преломляющихся под
углом 
, испытывает частичное отражение на верхней и нижней
поверхностях, в результате чего в отраженном свете интерферируют лучи 
и 
, а в проходящем свете - лучи 
и 
. Для количественного
решения задачи необходимо найти разность хода для каждой пары интерферирующих
лучей. Вычислим ее сначала для лучей 
и 
.
Рис.1. Схема
образования плоскопараллельной пластинкой интерферирующих пучков света
Для этого нужно подсчитать
разности длин оптических путей, возникающие при движении фронта падающей волны
AD: от точки А на пути ABC до точки С для луча 1 и от точки D до точки С
для луча 2. Под оптической длиной пути понимается произведение обычной его
длины на абсолютный показатель преломления среды, для которой производится
вычисление.
Из рисунка следует, что
оптическая длина пути АВС равна n (АВ + ВС), а
оптическая длина пути DC просто равна длине DC. В таком случае, разность хода
лучей 
и 
равна:
, (1)
АВ + ВС =2АВ. Как видно из
рисунка,
, (2)
где h-толщина пластинки,
,
(3)
При этом AC = 2AE,
В свою
очередь, AE = htg
, следовательно,
, (4)
и для разности хода лучей 
получаем:
, (5)
или: 
, (6)
Если заменить 
на
по формуле:
, (7)
то получим:
, (8)
Оба полученных выражения (6) и (8)
тождественны, но каждое из них более удобно использовать в различных
конкретных случаях. Для получения разности фаз 
лучей 
и 
необходимо умножить 
на волновое число 
. Однако в случае отражения света от среды с большим
показателем преломления ("оптически более плотной") в среду с меньшим показателем преломления
("оптически менее плотную") полученное выражение еще не дает полной
величины разности фаз». [2]
В этом месте возникает
несовпадение теоретического вывода первичной формулы интерференции света и реального физического
явления. Для
согласования теории и физического эксперимента, к теоретически полученному
результату необходимо добавить p.
Несоответствие теоретического
вывода формулы экспериментальным данным говорит о неверных исходных данных и о
необходимости заново решить все уравнения, изменив исходные данные.
«Простое рассуждение показывает,
что к полученному значению нужно еще прибавить дополнительную фазу, равную p, которая возникает за счет
отражения от «оптически более плотной среды», т.е. при отражении на верхней
поверхности пластинки.
Объяснить это можно так. Когда
свет падает нормально на поверхность пластинки, то 
, 
. При уменьшении 
будут попеременно
возникать максимумы и минимумы интерференции. Когда толщина пластины станет
такой, что 
, и будет стремиться к нулю, то разность фаз лучей 1 и 2 должна была бы стремиться к нулю и оба луча
должны были бы интерферировать на усиление, достигающее максимума при 
. Однако в
действительности отражение от таких пленок стремится не к максимуму, а к нулю.
Это означает, что разность фаз лучей и при 
равна p, благодаря чему они интерферируют на "погашение" Итак, для лучей и необходимо записать
разность фаз в виде:
, (9)
Знак "плюс" или "минус" перед p в формуле (9) не имеет существенного значения.
Условием максимума интерференции
лучей 
и , т.е. для интерференции в отраженном свете будет выполнение
равенства:
, ( 10)
где 
.
Так как 
, то можно записать:
, (11)
Таким образом, максимумы света
будут иметь место для разности хода интерферирующих лучей света, равной нечетному
числу полуволн.
Для лучей 
и 
разность хода также
определяется формулой (6). Рассуждение о прохождении света через пленку с 
показывает, что для данного случая скачка фазы 
, не будет иметь места. Поэтому условием максимума
интерференции для лучей в проходящем свете будет:
, (12)
т.е. максимумы света будут получаться для разности лучей,
равной целому числу волн (четному числу полуволн)». [2]
Ошибки теории при выводе первичной формулы двухлучевой интерференции света
очевидны: При
теоретическом выводе формулы интерференции света (9) использовались неверные исходные
данные, полученные из теоретических предположений. Для практического
использования интерференции света можно было бы просто взять формулы из физического
эксперимента и честно признаться, что теория не в состоянии объяснить поведение
электромагнитного излучения в данном случае.
Объяснения типа «необходимость
введения дополнительного члена уравнения объясняется тем, что теоретический вывод
уравнения не соответствует экспериментально наблюдаемому физическому явлению» должны сопровождаться либо
признанием не корректности теории, либо введением в теорию специального
принципа для интерференции света, подобного принципу Гюйгенса - Френеля для дифракции
света, которые волновая теория света также не может объяснить.
Метод подгонки
результатов физических экспериментов под заранее известный теоретический
ответ не является научным методом.
Решение проблемы первичной формулы двухлучевой интерференции света в единой
теории света
В единой теории света первичная
формула двухлучевой интерференции получается
просто.
Для теоретического вывода
первичной формулы этого физического явления рассмотрим две схемы образования
пластинкой интерферирующих лучей по раздельной теории света (рис.2) и по единой
теории света (рис. 3).
Отличие разности длин двух интерферирующих лучей, предлагаемых раздельной теорией
света, от длин двух траекторий квантов предлагаемых единой теорией, состоит в
наличии участка 
(рис. 3).
Рис 2 Схема интерференции лучей в
раздельной теории света.
Рассмотрим разность
длин интерферирующих лучей в соответствии с раздельной теорией света (эти
участки показаны красным).
Первая траектория квантов 
(длина 
).
Кванты электромагнитного
излучения движутся от точки 
до точки 
по траектории 
. Оптическая длина для траектории 
от точки 
до точки 
по пути 
равна:
, (13)
Вторая траектория квантов (длина 
).
Кванты электромагнитного
излучения движутся от точки 
до точки по прямой траектории. Оптическая
длина для траектории равна
,
(14)
Разность длин траекторий квантов и равна:
, (15)
Подставив значения, получим:
, (16)
Эта разность путей
интерферирующих пучков света, получаемая из существующей раздельной теории
электромагнитного излучения даёт ответ, противоположный наблюдаемому
(без подгонки под желаемый ответ). Эта формула даёт максимальное отражение для
плёнки, толщина которой равна нулю. Это даёт запрет на движение света в
пространстве, поскольку пустое пространство, в соответствии с этой формулой,
должно отражать свет.
Сравним эту разность с разностью
траекторий световых квантов, полученной из единой теории электромагнитного
излучения (рис.3).
Рис. 3 Схема
движения лучей при интерференции света в единой теории электромагнитного
излучения.
Первая траектория квантов единой теории электромагнитного излучения (длина ).
Кванты электромагнитного
излучения движутся от точки до точки по траектории 
. На (рис. 3) эти траектории
показаны красной линией.
Оптическая длина для траектории от точки до точки по пути :
, (17)
Часть пути квант
электромагнитного излучения проходит во время его движения вдоль границы
раздела двух оптических сред. Именно эта часть пути создаёт проблемы в
раздельной теории света. Эта часть пути всегда составляет 
. Это связано с волновой природой внутренней структуры
светового кванта. Более подробно структура кванта электромагнитного излучения
описана в единой теории электромагнитного излучения.
Вторая траектория квантов единой
теории электромагнитного излучения (длина ).
Кванты электромагнитного
излучения движутся от точки до точки по прямой траектории. Оптическая
длина для траектории :
,
(18)
Разность длин траекторий квантов и равна:
,
(19)
Подставляя значения, получим
условие для максимума интерференции:
, (20)
Для получения разности фаз 
для лучей и , нужно умножить на волновое число :
,
(21)
При описании интерференции с
позиций единой теории, нет необходимости вводить корректирующий сдвиг фаз,
выведенный не из теоретического вывода, а из здравого смысла, равный 
, как это сделано в (9), поскольку этот сдвиг фаз уже есть
внутри 
.
Формула разности фаз , соответствует максимуму интерференции для интерферирующих лучей
и .
Таким образом, теоретический
вывод и экспериментальная формула для двухлучевой интерференции света в единой теории
электромагнитного излучения совпадают. Точно так же они совпадают и для других
видов интерференции.
При этом вывод первичной формулы
двухлучевой интерференции света полностью соответствуют экспериментально наблюдаемому
физическому явлению, что невозможно сделать в рамках волновой теории света.
Литература
1. Фейнмановские
лекции по физике. М., Издательство Мир, 1976.
2.
Королев Ф.А. Курс физики. Оптика,
атомная и ядерная физика: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов. 2-е изд., перераб. М., Просвещение, 1974.
3.
Трофимова Т. И. Курс Физики. «Высшая школа». М.,1997.
4. Ландсберг Г.С. Оптика 5 -е изд. М., 1976.
5. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М., «Советское радио»
1962.
6. Харрик Н., Спектроскопия внутреннего отражения, пер с англ., М., 1970.
7. Специальные
электрические источники и преобразователи энергии; п/р д.т.н. Алиевского А.М. 2-е перераб. изд.
М., Энергоатомиздат, 1993.
8. Советский
энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия». 1985.
9. Дрюков В.М. Илюхина Н.И.
Проектирование новых физических технологий. Вопросы оборонной техники. Научно - технический сборник. № 1-2. М.,
Н.Т.Ц. «Информтехника» 1995.
10. Дрюков
В.М. Илюхина Н.И. Физическое моделирование
электромагнитного излучения с применением гравитации. Тула, 1997.
11. Дрюков
В.М. Илюхина Н.И. Единое физическое моделирование
электромагнитного излучения. Тула, 1997.
12. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула, 2004.
13. Дрюков В.М. Drjukow.narod.ru 2008.
