Физика для Всех!

                                         Размышления о массе и энергии.

Введение. Что такое масса? Что такое энергия? Может – ли быть энергия без массы? Что такое заряд? Это вопросы научные, философские, структурные, глубокие и бесконечные в познавательном процессе.  Чтобы двигаться дальше, в познавательном процессе требуется осмысление и исследование того, что достигнуто предыдущими поколениями. Поэтому в этой статье начнём с первоисточников. Рассмотрим массу и энергию фотона, вытекающую из формул М. Планка и А. Эйнштейна.

              « Фото
н (от др.-греч. φцς, род. пад. φωτМς, «свет») — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это безмассовая частица, способная существовать в вакууме только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. В физике фотоны обозначаются буквой γ.

Классическая электродинамика описывает фотон как электромагнитную волну с круговой правой или левой поляризацей.  С точки зрения классической квантовой механики, фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны.

Квантовая электродинамика, основанная на квантовой теории поля и Стандартной модели, описывает фотон как калибровочный бозон, обеспечивающий электромагнитное взаимодействие: виртуальные фотоны являются квантами-переносчиками электромагнитного поля и обеспечивают взаимодействие между двумя электрическими или магнитными зарядами.[5][6]

Фотон — самая распространённая по численности частица во Вселенной. На один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов.[7]» Википедия. Фотон.

                И только прочитав определения по фотону, сразу же возникают вопросы. Как безмассовая частица участвует в гравитационном  взаимодействии? Электрический заряд равен нулю, но обеспечивает взаимодействие между электрическими и магнитными зарядами. Как безмассовая частица имеет импульс? Как безмассовая частица распадается на электрон – позитронную пару?

«Постоя
нная Пла
нка (квант действия) — основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой, так же как и вообще величину кванта энергии любой линейной колебательной физической системы с её частотой. Связывает энергию и импульс с частотой и пространственной частотой, действия с фазой. Является квантом момента импульса. Впервые упомянута Планком в работе, посвящённой тепловому излучению, и потому названа в его честь. Обычное обозначение — латинское h». Википедия. Постоянная Планка.  E = hn, где h – постоянная Планка, n – целое число, в дальнейшем было заменено на частоту v.  Эту формулу Планк предложил в 1900 году.

                 Рассмотрим  формулу А. Эйнштейна для фотона, которую он предложил в 1905 году.  E=mc^2.

Определим из этих формул массу:  hv = mc^2, где h – постоянная Планка, v – частота, m – масса, с – скорость света.  Откуда m = hv/c^2 .  При частоте равной 1, получаем m = h/c^2 .

    h=6,626 069 57(29) 10^{-34} Дж·c

    h=6,626 069 57(29)10^{-27} эрг·c.

    h=4,135 667 516(91)10^{-15} эВ·c.

    1 Дж = 1 кг·м²/с² = 1 Н·м = 1 Вт·с.

Находим массу m = h/c^2 = 6,626 069 57(29) 10^{-34}/ (299 792 458 ± 1,2 м/с)^2 = 0.7372497х10^-50, приблизительно m = h/c^2 = 6,626 069 57х10^-34/(3 х 10 ^8)^2 = 0,7362299х10^-50 кг.

Находим массу частицы при частоте равной 10^20 y – излучение. m = hv/c^2 .

m = hv/c^2 = 6,626 069 57(29) 10^{-34}х10^20/ (299 792 458 ± 1,2 м/с)^2 = 0.7372497х10^-30, приблизительно m = hv/c^2 = 6,626 069 57х10^-34х10^20/(3 х 10 ^8)^2 = 0,7362299х10^-30 кг.

Получается, что масса частицы увеличивается с увеличением частоты от 0.7372497х10^-50 кг до массы электрона.

Масса электрона 9,10938215(45)х10^-31 кг.

Рассчитаем, какая частота соответствует массе электрона. hv = mc^2, откуда v = mc^2/h, получаем v = 9,10938215х10^-31 х (3 х 10 ^8)^2/6,626 069 57х10^-34 = 81,984439х10^-15/ 6,626 069 57х10^-34 = 12,373012 х 10^19 = 1,2373012 х 10^20.

Выводы: масса частицы зависит от частоты. С увеличением частоты масса частицы пропорционально возрастает. Для каждой частоты своя масса частицы. Если допустить, что масса частицы постоянна и от частоты не зависит, то в этом случае должны быть переменными: постоянная Планка или скорость света, или постоянная Планка и скорость света. Если оставить в покое постоянную Планка, то скорость света зависит от частоты. И это совершенно справедливо, так как скорость света мы рассматриваем при перемещении фотона по прямой, вдоль оси Х, от точки А до точки Б, при этом не учитываем, что частица совершает поперечные колебательные движения, то есть частица перемещается по синусоиде. Справедливость формул не нарушается, скорость света для всех частиц с любой частотой при перемещении из точки А до точки Б остаётся постоянной равной скорости света, это относительная скорость, абсолютная скорость частицы по синусоиде зависит от частоты колебания.

Проведём полное исследование этих формул во всех вариантах, если они даже где-то повторяются.

Формулу Эйнштейна приведём к виду E = mc^2 = mcvλ, где E – квант энергии, m – масса частицы, с – скорость света, v – частота, λ – длина волны.

Квант энергии по формуле Планка E = hv, где E – квант энергии, v – частота. Откуда

          hv =  mcvλ, сокращая v в левой и правой части формулы, получаем: h =  mcλ

Получается, постоянная Планка, это импульс частицы mc умноженный на длину волны λ.

Выводы.

Вариант №1.  Если масса частицы постоянная и скорость частицы постоянная, то постоянная Планка  зависит  от длины волны, но тогда постоянная Планка, вовсе не постоянная.

Вариант №2.  Если  h – постоянная, и  с - постоянная,  то  m – должна изменяться пропорционально  длине волны.   При увеличении длины волны уменьшается масса и при уменьшении длины волны увеличивается масса, mλ – должны быть константой.

Вариант №3.  Если  h – постоянная, и  m - постоянная,  то  с – должна изменяться пропорционально  длине волны.  При увеличении длины волны уменьшается скорость и при уменьшении длины волны увеличивается скорость, сλ – должны быть константой.

 Вариант №4.  Если h – постоянная,  то произведение  с и m – должны изменяться пропорционально  длине волны.  При увеличении длины волны уменьшается произведение скорости и массы, при уменьшении длины волны увеличивается произведение скорости и массы, mсλ – должны быть константой, где mс – импульс.

Рассмотрим вариант №2. Фотоны с разной массой имеют одинаковую скорость? Возможно - ли это? Вероятнее всего возможно, если рассматривать скорость фотона и скорость нейтрино, а они равны. Но факт очень интересный, масса фотона может быть равной электрону, но и у нейтрино массы разные. Масса электронного нейтрино отличается от массы мюонного нейтрино и тау нейтрино. Сам факт увеличения массы с увеличением частоты колебания частицы противоречит здравому смыслу. По этой логике частица мюон и тау мюон должны совершать колебания больше чем электрон во много раз, а протон и нейтрон совершать колебания с частотой больше чем электрон почти в 2000 раз??? А это маловероятно, хотя бы по той причине, что протон и электрон между собой связаны магнитным взаимодействием. Сравним массу нейтрино и фотона согласно сайта:  http://lenta.ru/news/2014/02/12/plank/ «По словам ученых, чтобы разрешить упомянутые противоречия между данными, достаточно добавить в космическую модель массивные нейтрино. Если предположить, что в модели есть нейтрино трех видов, то суммарная масса представителей всех трех классов составляет 0,32 электронвольта с погрешностью 0,081 электронвольта. Кроме этого ученые оценили массу гипотетических стерильных — то есть не участвующих в слабом взаимодействии — нейтрино в 0,45 электронвольт.

Нейтрино были введены в физику Вольфгангом Паули в 1930 году для объяснения особенностей бета-распада (это тип распада при котором ядро элемента излучает электрон или позитрон). Сейчас известно три типа нейтрино — мюонные, электронные и тау. Изначально считалось, что нейтрино — безмассовые частицы, однако экспериментальные данные показывают, что это не так. Нижней границей суммарной массы трех нейтрино является 0,06 электронвольт, а верхней — 0,26 электронвольт». Но даже в этой короткой научной статье есть неувязки с массой нейтрино? «Если предположить, что в модели есть нейтрино трех видов, то суммарная масса представителей всех трех классов составляет 0,32 электронвольта с погрешностью 0,081 электронвольта… Нижней границей суммарной массы трех нейтрино является 0,06 электронвольт, а верхней — 0,26 электронвольт». Посмотрим массу нейтрино в других источниках. «Верхняя экспериментальная оценка суммы масс всех типов нейтрино составляет всего 0,28 эВ[6][7].» Нейтрино – Википедия.

Какой удивительный парадокс, масса фотона достигает массы электрона, но её как бы нет. Сравним массу нейтрино с массой электрона.  Для этого возьмём среднюю сумму масс  трёх нейтрино между нижней и верхней границами и разделим на три, вычислив среднюю массу одного нейтрино. Получим: [(0,06 + 0,26)/2]/3 = 0,0533333 эВ. Масса электрона  «9,10938291(40)·10−31 кг[2], 0,510998928(11) МэВ/c²[2]». Электрон – Википедия. Получили: 51099,8928/0,0533333 = 958123,57, что масса среднего расчётного нейтрино меньше массы  электрона в 958123,57 раз. 

Рассмотрим вариант №3: h =  mcλ. Если  h – постоянная, и  m - постоянная,  то  с – должна изменяться пропорционально  длине волны.  Если понимать, что скорость движения частицы происходит по прямой вдоль оси ОХ или из точка А в точку Б, то при таком понимании скорость красных фотонов должна отличаться от скорости фиолетовых фотонов. Но время перемещения фотонов с разной длиной волны одинаково.  Почему? Да,  потому, что движение  фотона происходит не по прямой, а по синусоиде. Следовательно,  движение фотона вдоль оси ОХ, это есть относительное движение, и скорость света при перемещении фотона из точки А в точку Б относительная скорость. Абсолютная скорость перемещения фотона по синусоиде больше относительной, и для каждой длины волны или частоты своя скорость. Выражение cλ – должны быть константой, но это не соответствует истине. При уменьшении длины волны абсолютная скорость частицы возрастает. При λ = 1 относительная скорость частицы равна абсолютной скорости частицы, а если длина волны уменьшиться в 5 раз, что скорость частицы возрастёт в 5 раз? Изменение скорости и массы частицы следует совсем по другому закону, который согласуется и с дуализмом частицы и с движением частицы по синусоиде.  Этот вопрос  отражён в статье и её приложении.  http://www.newtheory.ru/physics/annotaciya-k-state-gipoteza-o-fotone-t3064.html.

Рассматривая вариант №4. Если h – постоянная,  то произведение  с и m – должны изменяться пропорционально  длине волны, mсλ – должны быть константой, где mс – импульс. Но и здесь нет, нет и ещё раз нет, так как абсолютная скорость частицы изменяется каждые ¼ периода, от нуля до максимальной и от максимальной до нуля относительно оси ОХ, и только при изменении скорости может изменяться масса, то есть при наличии ускорения или замедления. О чём и говориться в работе: http://www.newtheory.ru/physics/annotaciya-k-state-gipoteza-o-fotone-t3064.html.  Возникает вопрос, насколько правомерна формула, если в ней надо искать тайный смысл?

Почему выбрано движение по синусоиде, а не по спирали? Если  выбрать  движение по спирали, то это противоречит формуле E = hv, где v – частота указывает на то, что частица перемещается по синусоиде, а не по какой - то другой траектории.  Других вариантов формула не даёт. Если допустить, что частица перемещается по винтовой линии или спирали, то частоты не какой не будет, в этом случае частоту можно увидеть только в проекции, и о квантах здесь говорить очень проблематично. А что бы фотоны разной частоты прибывали из пункта А в пункт Б одновременно,  диаметры винтовой линии должны быт разные и отличие их по всему диапазону частот очень большое. Такое движение не объясняет поляризации фотонов, не объясняет и почему фотон может передвигаться со световой скоростью много - много световых лет. И только движение по синусоиде даёт на это ответы:  http://www.newtheory.ru/physics/annotaciya-k-state-gipoteza-o-fotone-t3064.html.

Вернёмся к формулам М. Планка и А. Эйнштейна, какие частицы на то время им были известны, почему объединили эти формулы? «Открытие электрона как частицы принадлежит Э. Вихерту[12][13] и Дж. Дж. Томсону, который в 1897 установил, что отношение заряда к массе для катодных лучей не зависит от материала источника. (см. Открытие электрона)»  Электрон – Википедия. Рассмотрим формулы М. Планка и А. Эйнштейна по отдельности, формула М. Планка выведена в 1900 году, и только через пять лет появилась  формула А. Эйнштейна. То есть на момент написания формул известны заряд и масса электрона. Исходя из этих фактов, и рассмотрим формулы.

E = hv, отсюда v = E/h, v = 1эВ/4,135 667 516(91)10^{-15} эВ•c. = 0,2417989 х 10^15 Гц = 242 ТГц. Фотон состоит из электрон – позитронной пары, поэтому Е = 2 эВ, подставив в формулу получим: v = 2эВ/4,135 667 516(91)10^{-15} эВ•c. = 0,4835979 х 10^15 Гц = 484 ТГц. А частота 484 ТГц – это граница красного и оранжевого цвета.

 Определим энергию одного электрона в Дж.

E = hv = 6,626 069 57(29) 10^{-34} Дж•c х 0,2417989 х 10^15 Гц = 1,6021763 х 10^-19 Дж.

Рассмотрим формулу А. Эйнштейна E = mc^2, определим энергию, подставив  в формулу массу электрона. E = 0,510998928(11) МэВ/c² х (3 х 10^8)^2 = ? Дальше считать не надо, подставим массу в кг. E = 9,10938291(40)•10−31 кг х (3 х 10^8 м/сек)^2 = 81.984446 х 10^-15 Дж = 81.984446 х 10^-15 кг•м²/с² = 81.984446 х 10^-15  Н*м = 81.984446 х 10^-15 Вт•с. Возникает вопрос  кому и зачем понадобилось соединить эти две формулы?  Несмотря на то, что энергия рассчитывалась на одной и той же частице электрону, но результаты оказались не совместимыми. Формула М. Планка оказалась правдоподобнее, но вероятнее потому, что она выводилась на этих частотах, а формула А. Эйнштейна в этот формат не вписывается?  То, что постоянная Планка не решила проблемы ультрафиолетовой катастрофы, как раз и свидетельствует о том, что не может быть она постоянной.

В.А Черногорова  в своей книге «Загадки микромира» стр. 129 приводит доводы П. Дирака:  «Если монополь – реальность, то согласно теории получается, что электрические заряды всегда должны быть кратны кванту электричества, равному заряду электрона». (1)

Вот и в этой формуле  E = hv константой должна быть  Е, равная  заряду электрона для поляризованного (расщеплённого) фотона, или 2е для неполяризованного (не расщеплённого) фотона. А постоянная  М. Планка,  вовсе не постоянна, а зависит от частоты.

«Квантовая гипотеза Планка состояла в том, что для элементарных частиц, любая энергия поглощается или испускается только дискретными порциями (квантами)». Квантовая механика – Википедия.

Если в формуле E = hv, hv – квант энергии, то есть фотон, который испускается электроном, но как неделимый электрон может испускать столь разные кванты, и сколько квантов может испустить один электрон?

 Если на частоте равной 1 энергия фотона будет 6,626 069 57(29) 10^-34 Дж, то на частоте 10^20 энергия фотона будет 6,626 069 57(29) 10^-14 Дж. По этой теории все фотоны имеют одинаковую длину равную 299 792 458 ± 1,2 м, а время передачи энергии составляет одну секунду. Как в этом случае не перейти к теории струн? Если электрон излучил энергию, то в этом состоянии его заряд должен уменьшиться, а принимая энергию, должен восстановиться, и этот процесс должен проходить в течение секунды. Очевидно, такое время нужно, чтобы струна успела намотаться в электроне. А если энергия струны больше чем нужно электрону, значит, не вся струна намотается в электроне, часть струны останется. Вот, наверное, поэтому М. Планк всю жизнь сомневался в дискретности кванта и называл его квант действия.(2)

 Если перейти к реальности и принимая во внимание, что фотон в магнитном поле распадается на электрон и позитрон, и, принимая во внимание закон сохранения масс, то есть фотон состоит из электрона и позитрона, то формулу М. Планка можно преобразовать в следующий вид. Тело при температуре 0 градусов К не каких излучений не производит.  Согласно таблицы А.С Ясиновый  http://www.newtheory.ru/resources/image/thumb/1773  при температуре 9,64 х 10^-12К тело в секунду излучает один фотон по одному каналу, а при температуре 9,64 х 10^8 К тело способно излучать 10^20 фотонов в секунду по одному каналу, то формула М. Планка приобретёт вид Е = 2еv, где е – заряд электрона, v – частота, и будет читаться, энергия, переданная нагретым телом за одну секунду по одному каналу прямо пропорциональна  произведению двух зарядов электрона на частоту. Для того, чтобы сохранить формулу А. Эйнштейна E = mc^2 , придумали, масса покоя фотона равна нулю, но где фотон берёт массу при скорости света, объяснить забыли. И что такое скорость света для фотона, в вакууме одна, в воде другая, в стекле третья. Проще было бы объяснить, что фотон может потерять скорость света в среде, только при наличии внешних магнитных полей, при этом он распадается на электрон и позитрон. А если фотон расщеплённый, то он переходит в электрон или позитрон. Импульс фотона также искажался, объяснением, что импульс фотона равен массе на скорость света по направлению движения фотона, то есть по направлению перемещения из пункта А в пункт Б, но частица или частицы совершают колебательные движения перпендикулярные перемещению фотона. Вот это открытие подтверждает правильность выводов в этой теории http://lenta.ru/news/2014/04/28/evanes/. Поляризованный фотон, или расщеплённый фотон состоит из одной частицы, которая при движении в определённом направлении совершает поперечные колебательные движения, то есть частица перемещается по траектории близкой к синусоиде или по синусоиде.

И в заключение этой статьи ответим на поставленные вопросы. Что такое масса,- это взаимодействие магнитных монополий частиц. Магнитными монополиями обладают антинейтрино, электрон, нейтрино, позитрон. Из этих частиц состоит фотон, все известные частицы и вся материя.  Что такое заряд, - это количественный показатель вращения магнитного монополя частицы, направление вращения спина. Электрические заряды есть у антинейтрино, нейтрино, электрона, позитрона. Все заряды частиц формируются этими частицами.

Список использованных источников.

1.         В.А. Черногорова  Загадки микромира. М. «Молодая гвардия», 1973 г. 224 с. (Эврика) 100 000 экз.

2.         http://s1836.narod.ru/trudno/trudno.htm

3.         http://sci-dig.ru/physics/fiziki-otkryili-novoe-sostoyanie-materii/

05. 12.2014 г.                                                          А.Т. Дудин.