Проблема с энергией света

Проблема с энергией света

Рассмотрим, один парадокс, вытекающий из двух физических опытов по выявлению зависимости энергии от частоты световых волн.

1. Вильгельм Гершель в 1880 году опытным путем доказал, что лучи света красного спектра нагревают термометр быстрее, чем лучи фиолетового спектра. Следовательно, лучи красного (более длинноволнового) спектра передают градуснику больше тепловой энергии, чем лучи коротковолновой гаммы, за одинаковое время.
2. На опыте доказано, что фотоэлектронная эмиссия прекращается при достижении светом «красной границы фотоэффекта». Другими словами: фиолетовые лучи выбивают электроны с поверхности катода, потому что обладают для этого достаточной энергией, а инфракрасные лучи такой энергией не обладают.
Два опытных примера приводят к противоречащим друг другу выводам.
Можно, конечно сказать, что тепловая энергия инфракрасного излучения и энергия фотоэлектронной эмиссии – это совершенно разные вещи. Но нет.
В обоих случаях уровень получаемой энергии напрямую зависит от частоты света: «Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности». Тогда как в опытах Гершеля энергия, передаваемая градуснику, возрастает с увеличением длины волны (при остальных равных условиях).
Разница лишь в том, во что эта энергия преобразуется. В первом случае – это тепло, а во втором – перенос частиц. Т.е.: в первом случае получателем энергии выступают (если так можно выразиться) волновые свойства материи, а во втором – корпускулярные.
Можно, конечно, остановиться на объяснении: «подобное притягивает подобное». Но мы попробуем копнуть глубже этого постулата.
Для этого нам нужно вспомнить, что всякое материальное тело можно представить, как носитель, содержащий информацию, с помощью носителя любая информация перемещается в пространстве.
Возьмем в качестве элементарного материального объекта фотон.
Двух щелевой квантовый эксперимент позволяет четко разграничить две его составляющие.
Так, если целью эксперимента является ответ на основной вопрос информации: «есть сигнал или нет», ответ мы увидим (или не увидим) в явлении интерференции.
Она (интерференция) не ответит, каким именно образом информация доставлена на экран (возможно, пришла всеми возможными путями сразу), она лишь покажет: есть информация или ее нет.
Но, если условия эксперимента изменены и мы ищем ответ на вопрос: как именно доставлена информация? Каким путем фотон достиг экрана? Мы получаем ответ о конкретном пути носителя информации – кванта света.

Теперь мы можем объяснить противоречие в опытах по нагреванию и фотоэлектронной эмиссии тем, что в первом случае максимум энергии приходится на передачу информации (которая изменяет состояние облучаемого объекта). А во втором – на перенос в пространстве самого носителя информации (электрона).

Но найденный ответ, как всегда, ведет к появлению новых вопросов.

Следующий вопрос, который мы должны задать: что может из себя представлять элементарный носитель информации? Во-первых, он должен обладать свойством подобия с той информацией, которую он будет содержать. И, во-вторых, должен иметь ограниченные параметры (границу), отделяющую сам носитель от всей внешней информации (которая может быть внесена на этот носитель).
Так как фотон не может состоять ни из какой материальной субстанции (иначе он обладал бы массой покоя) мы должны остановиться на предположении, что он может представлять собой информацию в чистом виде, но информацию ограниченную (каким-то образом выделенную) от других аналогичных фотонов. Каждый фотон, при всей их похожести, должен отделяться от остальных, иметь возможность квантования (наблюдаемую в опытах).
Чтобы объяснить, как такое возможно приведем цитату (с сокращениями) из книги Г.В. Встовского «Элементы информационной физики»:
«Но имеется одна общая черта всех математических моделей, заключающаяся в том, что все (физические) модели подразумевают использование (не менее чем) двух множеств: базового множества (пространство, пространство-время, фазовое пространство, множество элементарных событий, и т.д.) и множества "мер интенсивностей" или "меток", приписанных областям или точкам базового множества (поля и их интенсивности, вероятностная мера или другие распределения). В квантовой механике базовым множеством является координатное пространство или пространство-время, а мерой интенсивностей является волновая функция, квадрат абсолютной величины которой трактуется как вероятность». (Г.В. Встовский «Элементы информационной физики»).
Следовательно, мы можем представить, что фотон, как носитель информации (квант) – это всего лишь точка интенсивности на базовом поле информационных фотонов-волн.

Тогда, границу между одним фотоном (как точкой интенсивности) и остальными фотонами (как базовым полем) должны создавать различные области гравитационного потенциала. Ведь шкала возможных значений гравитационных потенциалов бесконечна, в отличии от любых других параметров фотона (частота, длина и амплитуда), количество которых ограничено и заведомо меньше количества фотонов во Вселенной.
Гравитационный потенциал определяет различия между новой и старой информацией (разграничивая события в материальном мире по величине ускорения). Получение новой информации всегда происходит при пересечении такой границы и переходе носителя из области одного потенциала в область другого. Иначе говоря, появление новой информации всегда связано с изменением ускоренности носителя.

Но мы всегда должны помнить, что информационные процессы непрерывны и при наблюдении со стороны невозможно разделить новую информацию, от той которой носитель уже обладает. Это как наблюдать за потоком воды в реке. Так будет до того момента, пока наблюдатель не вмешается в процесс передачи информации, фиксируя его в определенной точке своим вмешательством. До точки фиксации фотон будет в любом месте одновременно волной и квантом (и информацией и ее носителем). Находясь подобно коту Шредингера в состоянии суперпозиции.
Но наблюдатель, находясь в области определенного гравитационного потенциала, разделит фотоны по частоте колебаний на высокочастотные (точки большой интенсивности – носители) и низкочастотные (базовое поле – информация).
Другими словами: наблюдатель своим вмешательством разграничивает (по частоте колебаний) информацию, распространяющуюся волнообразно от ее носителя, перемещаемого механически.

Такие изменения частоты рентгеновских лучей путем изменения ускоряющего потенциала упоминает Мария Кюри в монографии «Радиоактивность» Физматгиз 1960год стр.93: «Понижая постепенно ускоряющий потенциал электронов, получают при падении их на вещество рентгеновские лучи с уменьшающейся частотой, приближающиеся к лучам света».
Аналогичное уменьшение частоты происходит при люминесценции (частота излученного света всегда меньше частоты облучающего излучения) и в эффекте Комптона.

Резюмируя все выше изложенное, мы можем заключить: информация от ее носителя отличается только частотой. Причем величины частот определяются относительно стороннего наблюдателя (как эталона мер), который после фиксации этих информационных процессов сам становится их участником и носителем.

Так что теперь результаты противоречивых опытов по выявлению зависимости энергии от частоты спектра мы можем трактовать однозначно.
В первом случае – это перенос информации, а во втором – перенос частиц, носителей этой информации.