Энергетический аспект спина фотона

При переходе водородоподобного атома из одного стационарного состояния в другое и излучении фотона орбитальный момент импульса меняется. Разницу приписывают фотону и называют спином фотона.

При этом исключительно гипотетически могли бы рассматриваться и другие возможности, например, дефект момента импульса атома при излучении без труда можно приписать ядру атома и даже электрону. В последнем случае переориентация спина электрона как раз равняется Й ( Й/ 2 — ( — Й/2 ) = Й), т.е. дефекту момента импульса.

Цель работы состоит в проверке энергетического баланса водородоподобного атома и фотона, обладающего спином.

Актуальность работы определяется ролью фотонов в теоретических и прикладных исследованиях.

Метод. Искомый результат устанавливается методом доказательства теоремы. При этом отправной точкой математических рассуждений является истинное высказывание . К нему применяются формально-тождественные операции. Поэтому истинность окончательного результата эквивалентна истинности исходного высказывания, которая не может вызывать сомнений.

Так рассуждают математики. Физики очень часто поступают иначе. Если результат доказанной теоремы не совпадает с принятым представлением на этот счет, отвергается не принятое представление, а теорема, причем без попыток обнаружения возможных ошибок ее доказательства.

Такое отношение к устоявшимся представлениям и противоречащим им доказательствам имеет пагубные последствия для науки, замедляя ее развитие.

Желательно, чтобы на результат настоящей работы такое отношение не распространилось.

О спине фотона.

Теорема. Спин фотона равен нулю.

Доказательство .

Дифференциал энергии вращательного движения для инерционного объекта в общем случае имеет вид:

dE=Jdωdϕ=Jωdω=Ldω. dt

Для безынерционного фотона дифференциальная форма записи не имеет смысла (поскольку для него E ( ю ) негладкая функция), поэтому аналог предыдущего выражения для него имеет вид:

ΔE= LΔω.

При этом

Δω = ω ,

L p =   .

Замечание . Формула для Δ E совершенно очевидна для поглощения фотона. Для излучения она такая же в силу обратной симметрии.

Полная энергия фотона равна

E =hν+ΔE =hν+ ω=

= hv + 2пй—= hv + hv = 2hv, (1)

2п

т.е. в два раза больше энергии, выделяемой атомом при излучении, что противоречит закону сохранения энергии. Из этого следует, что Δ Е = 0.

Теорема доказана.

О преобразовании (1). Существует достоверное преобразование для фотона

h

ΔE = pΔv =  c = hν = ε .     (2)

Для этой формулы справедливо последнее замечание.

Существуют достоверные дуальноинверсные соотношения

p⇔Lp,

Δv ⇔ Δω .

В соответствии с ними (2) преобразуется следующим образом.

NE = L„Аю = Кю = 2nh— = hv = e. (3) p              2n

Таким образом, достоверность преобразования (3) точно такая же, как и у (2).

Преобразования (2) и (3) образуют преобразование (1).

Следовательно, достоверность преобразования (1) точно такая же, как и у (2).

Выводы. Принято считать, что фотоны имеют спин.

Это обстоятельство и является принятым устоявшимся представлением, которое обсуждалось в методике. Это устоявшееся представление и результат доказанной теоремы являются взаимоисключающими. А поскольку результат теоремы является истинным , постольку это устоявшееся представление является ложным .

Эта ситуация не является ненормальной. Ведь все общепринятые устоявшиеся представления со временем необходимо меняются, в том числе, на противоположные.

С учетом полученного результата, помимо альтернативной (приоритетной) гипотезы, указанной во введении, можно сделать и другие, более экзотические предположения, например:

• -    если положить, что «линейная» энергия фотона равна hvj 2 , а «спиновая» энергия – h ю/ 2 , то энергетический баланс излучения атома не нарушается;

• -    если положить, что энергия излучения в соответствии с (1) равна 2 h v , то теорию водородоподобного атома необходимо корректировать.

В свете теоремы момент импульса светового луча определяется не спинами фо- тонов. При суперпозиции двух электромагнитных волн, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а разность фаз составляет π/2, возникает эффект вращающегося поля. Этот эффект повсеместно используется в электрических машинах. Момент импульса светового лу- ча вполне объясняется этим (макро-) эффектом.

Результаты исследования могут использоваться при построении теоретических моделей явлений и процессов, а также учитываться в технических приложениях.

ENERGY ASPECT OF PHOTON SPIN

• I .P. Popov¹ , GUI

D.N. Paryshev¹, General Director

O.Yu. Moiseev¹ , Technical Director

• V.V. Kharin¹, Deputy General Director for Scientific and Innovative work

A.A. Mosin¹ , Deputy Technical Director for Production

N.D. Paryshev², Director

• ¹Company Kurganstalmost

• ²AIRVENT LLC

• ³Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin ^1,2(Russia, Kurgan)

3(Russia, Yekaterinburg)