Полный спектр колебаний

Существующая классификация волн разделена на две основные группы, как бы очень далёкие по своей природе — электромагнитные и механические (упругие, звуковые). Но есть и другой подход. Фономенталия рассматривает все колебания, распространяющиеся в пространстве, как единые по своей природе, и что классифицировать их необходимо в первую очередь по физическому размеру источника колебаний.

Семимильные успехи технического прогресса порождают в нас почти слепую веру в устоявшиеся научные формулировки. Но как далеко нам с вами идти до края Познания? Совсем близко! Достаточно дойти до лампочки. Без кавычек. Ибо, как она светит, достоверно не знает никто.

Что собой представляет глобальная вселенская среда? Стесняясь вернуться к понятию светоносного эфира, кулуарно признаёмся в наличии материальных свойств вакуума. В учебниках продолжает тиражироваться планетарная модель атома, а в это время учёные растерянно ищут место в распухающих на глазах каталогах для внесения всё новых вариантов «полевозмущённых суперпозиционных энерго-спино-цвето-струно-вихревых» частиц.

И всё же, в последнее время на знаменитый распевный вопрос: «Что наша жизнь?» — всё чаще мы слышим ответ — «Волна!».

Взгляд с волновой точки зрения на то, что же может происходить за пределами ощущаемого нами и нашими приборами материального мира, признаётся сейчас самым плодотворным, своеобразным универсальным ключом к многочисленным дверям, скрывающим тайны мироздания. В таком случае взгляд этот следует начинать с источников колебаний волн.

Самые маленькие источники колебаний — элементарные частицы. Теперь их называют «не истинно элементарные», потому как при возмущениях они испускают некие ещё более элементарные (энерго-материальные?) частицы — кванты (уже неделимые?). Будем считать, что, как минимум, такие кванты — входят в состав «элементарных» частиц, несмотря на возможные возражения, что зачастую такие кванты являются не субэлементарными частицами, не составными частями элементарных, а только временными полевыми возмущениями, градиентами напряжённости и т.п. В научной литературе встречаются даже такие определения, как «доли энергии и импульса, отданные одними частицами и ещё не принятые другими, принадлежащие в течение этого времени переносящим их возмущениям электромагнитного поля».

Наличие субэлементарных частиц по отношению к адронам сейчас не оспаривается — это кварки. В рамках излагаемой модели лептоны (например, электроны) также являются составными частицами.

Квант (в нашем понимании субэлементарной неделимой структурной частицы мироздания) — единичная, замкнутая, вихревая волна. Волна электромагнитно нейтральная (а значит, стоячая), поляризованная (а значит, не шароидная), в пространстве распространяющаяся прямолинейно, без заметной потери энергии (а значит, квант перемещается сам, а не в виде возмущения, передающегося между некими подструктурами поля, что было бы весьма энергозатратно). Энергия таких волн строго дискретна (а значит, определяется конечным числом видов источников колебания).

В зависимости от вида и местоположения в атоме (или вне атома) источника колебания (элементарной частицы), самой природой определяется дискретность силы воздействия на него, чтобы вывести его из текущего состояния (приняв и испустив при этом различные кванты, как переносчики взаимодействия).

На каждом этаже архитектуры материи — свои дискретные силы взаимодействия частиц и субчастиц. От силы удара, прорывающего силу взаимодействия, зависит и сила вылета кванта из элементарной частицы. Эта сила определяет скорость и диаметр следующего за испусканием развёртывания кванта в соответствующую вихревую волну. Для квантов их диаметр вращения принимается за длину их волны. Отсюда и возникает дискретность (и разнообразие) длин (и частот) квантов.

Итак, субэлементарные частицы — кванты, однотипные энерго-материальные вихревые волны, которые могут быть соединены друг с другом в разных количественно-пространственных вариантах, в волновых пакетах разного состава, и создавать разнообразные элементарные частицы, включая энергетические подвиды каждой из них (например, будем считать электроны разных орбитальных уровней в атоме — энергетическими подвидами электрона).

«Энерго-материальные» кванты — это значит, что они являются переходной формой от потенциальной энергии единого поля, через возмущение и потенциальную массу, к истинным частицам с массой покоя.

Кванты являются первичными неделимыми энерго-материальными вихреобразными возмущениями некоего единого поля мироздания (космоса, эфира, электромагнитного поля, физического вакуума, тёмной энергии, тёмной материи и т.п.).

Именно в изложенном выше значении и будем далее употреблять слово «квант».

Кванты, находясь в связанном состоянии в составе элементарной частицы, имеют кардинально (на порядки) меньший диаметр вихря, нежели находясь в свободном движении. Только этим можно объяснить огромное разнообразие длин их волн при достаточно однотипном размере элементарных частиц и атомов.

Кванты либо поглощаются потенциальными приёмниками-преградами целиком, либо целиком «отскакивают», либо целиком пролетают насквозь. Отсюда можно сделать вывод, что вихри квантов имеют системообразующие узлы.

Именно наличие локализованных в пространстве узлов плотности и объясняет корпускулярные свойства квантов. Поэтому же и линейный размер приёмника кванта (диметр атома — около 10^–10 м) может быть хоть в 1000 раз меньше размера самого кванта, диаметра его вихря, то есть длины его волны (ультрафиолет — около 10^–7м). В таком случае элементарные частицы в составе атома всё равно соразмерны небольшим энергетическим узлам на большой окружности вихря и могут с ними взаимодействовать.

Эти узлы представляют из себя максимумы амплитуды встречных волн: так как квант электрически и магнитно нейтрален, то он, видимо, образован стоячей круговой волной, и в нём, как минимум, две встречные волны и два таких узла (если длины встречных волн равны длине огибающей окружности самого вихря, образующего квант). Тем самым обеспечивается и электромагнитная нейтральность кванта.

Квант — уже энерго-материален, а образующая его волна — ещё не материальна, то есть не содержит ещё более мелких частиц в среде своего колебания. Что же тогда колеблется в этой «среде»?

Нам придётся смириться и принять на веру, что есть некие мельчайшие структурные элементы всеобщего пространства, то есть единого поля, то есть физического вакуума, то есть эфира и т.д.

Современная академическая наука признаёт, что это некое поле — физический вакуум — является некой (квази) физической реальностью, что это (квази) материальная среда, представляющая квантовое поле с наименьшей энергией, и что в этой среде наблюдаются флуктуации, возникают (квази) элементарные частицы (возбуждённые состояния квантов поля), распространяются электромагнитные волны, текут токи электрического смещения поля. Но доступно и простыми словами говорить на эту тему никто не хочет, получается сплошное «квази».

Эти структурные элементы поля могут находиться в виде невозмущённых трёхмерных сферических участков. Это первичные элементы полевой среды мироздания. Они же — потенциальные, ещё не возбуждённые, не рождённые кванты. Назовём эти первичные элементы полевой среды — квантоиды.

В массиве квантоидов образуются пустоты (как в любом плотном массиве шаровидных тел). Естественное стремление заполнить эти пустоты вызывает постоянно меняющуюся картину отрицательных и положительных деформаций поверхности смежных квантоидов. Логично, что динамика распределения на поверхности квантоидов выпуклостей и вогнутостей иногда приводит к возникновению резонанса и запуску поверхностных волн.

Таким образом, мельчайший структурный элемент поля перестаёт быть «невозмущённым» и превращается в квант, субэлементарную частицу.

Возмущённый, закрученный образовавшейся волной квантоид преобразуется в квант и становится из-за вращения: а) значительно меньше диаметром, чем невозмущённый квантоид (на порядки) и б) не шароидным, а поляризованным (сплюснутым).

Такая разница в размерах позволяет кванту свободно проникать сквозь квантоиды, не вступая с ними во взаимодействие.

Скорость распространения квантов среди квантоидов при прочих равных условиях постоянна и соответствует скорости света. Почему она такова, не известно. Кванты не имеют энергии покоя и массы покоя — то есть могут существовать только в этом сверхскоростном движении. Классическое «либо быстрый, либо мёртвый».

Итак, самый маленький источник колебаний в природе, запускающий самую маленькую волну — это элементарная частица, испускающая из себя под влиянием внешнего воздействия одну из своих составных частей (квант).

Эта элементарная частица (источник колебаний) может входить в состав относительно больших источников массового испускания квантов (например, молекулы, испускающие инфракрасные волны), а также в состав очень малых источников единичного испускания квантов (например, внутриядерные элементарные частицы, испускающие гамма-волны).

Что же с более крупными источниками колебаний?

Рассказ о бароне Мюнхгаузене, вытащившем себя за волосы из болота, даже изложенный в версии периодического подтаскивания себя то за бороду, то за усы, с целью межзвёздных путешествий, выглядит ни чуть не более фантастичным, чем современная общепринятая версия сущности электромагнитных волн. Эта версия — распространения ничего в ничём — всем знакома из учебников.

Менее противоречивой нам представляется концепция, определяющая, что электромагнитная волна (ЭМВ) — это множество взаимоупорядоченных единичных квантов, сорганизованных излучателем в единую волну.

Именно последовательное волнообразное изменение электромагнитной напряженности в определённой части пространства, обусловленное последовательным волнообразным прохождением через неё множества пространственно-энергетически упорядоченных квантов, мы и называем электромагнитной волной.

Совместное волнообразное движение квантов в ЭМВ достигается за счёт волнообразного изменения напряжённости в излучателе. Источник колебаний, образующий электромагнитную волну, в общем случае соразмерен длинам волн (от миллиметров до тысяч метров. Наименьший источник таких ЭМВ — атом, наибольший на Земле — сама планета Земля, а между ними есть ещё множество рукотворных.

Типичный источник-излучатель ЭМВ — антенна. Оговорив, что всё равно никто до конца не понимает, как работает антенна, рассмотрим вопрос дальше. Антенна представляет собой совокупность множества источников-излучателей — электронов, задействуемых перепадом напряжённости волнообразно (как болельщики на стадионе, поочередно вскидывающие руки).

Чем больше электронов (то есть чем больше вещества) участвуют в совместном колебании, тем больше по размеру этот коллективный источник колебания, тем больше его инерция (ёмкость излучателя), то есть тем большее время требуется для «организации» совместного движения электронов, тем длиннее волна, тем меньше её частота. Поэтому, чем длиннее и толще антенна, тем больше в ней масса задействуемых электронов, тем длиннее волна.

Можно проще сказать, что время перезарядки антенны (перераспределение электронов при восстановлении разницы потенциалов) — это и есть длинна волны. А амплитуда волны зависит от силы удара по массе электронов, то есть от разности потенциалов на концах излучателя и от количества электронов в нём, так как удар «размазывается» по всем электронам. Удлиняющие катушки или укорачивающие конденсаторы в антенной цепи сути дела не меняют.

Чем крупнее колебатель, тем длиннее колебание.

Под воздействием удара напряжённостью по электронам в проводнике, они начинают двигаться, испуская кванты. Длина перемещения электронов — это полдлины волны. Количество и скорость движения электронов при этом возрастают от ноля до максимума к середине проводника (к середине пути своего перемещения) и затем снова падают до ноля.

При этом на максимуме электрического тока на уровне середины проводника образуется максимум электрического поля (поток его при этом сонаправлен движению электронов). Электрическое поле — это не непонятное нематериальное поле, а поток квантов, разлетающихся естественным образом вперёд и вширь вдоль и вокруг проводника, соразмерно силе удара (величине разности потенциалов).

Далее. Эти образующие электрическое поле, сонаправленно летящие кванты, в пропорциональном интенсивности своего потока количестве возбуждают встреченные на пути невозмущённые квантоиды единого поля. Возмущённые квантоиды преобразуются в кванты, при этом они: а) уменьшаются в размерах; б) сдвигаются с места по направлению движения электрического потока. Два этих фактора способствуют образованию разреженности квантоидного поля, которая компенсируется перпендикулярным к движению электрического потока потоком квантоидов, устремлённых извне к зоне пониженного полевого давления. При этом движении, приобретая импульс, квантоиды превращаются в кванты, представляющие из себя уже магнитное поле. Электрическое и магнитное поле, таким образом, абсолютные близнецы: просто «смотрят» в разные стороны.

Ну а дальше — уже проще: этот магнитный поток возбуждает электрический, тот, в свою очередь — опять магнитный — и так далее, по тексту учебника. Электромагнитная волна движется вперёд и вширь в среде квантоидов. В общем случае ЭМВ при этом распространятся по направлению ударов источника колебания, постепенно расширяясь в пространстве. Если взять, например, антенну в виде прямого отрезка проволоки, то волны пойдут по прямой через ось проводника в одну и другую сторону расширяющимися конусоидальными диаграммами направленности.

Отдельный квант, благодаря своему вращению, значительно, предположительно на 1-3 порядка, меньше квантоида. Поэтому отдельный квант -например, фотон — спокойно пролетает огромные расстояния со скоростью света не взаимодействуя с квантоидами поля и не возбуждая их. Но в ЭМВ другая ситуация: в согласованном волновом перемещении кванты частично теряют свои индивидуальные черты и настолько плотно взаимосвязаны, что опять-таки на порядки уменьшаются длины их индивидуальных волн. Отсюда вытекают два следствия: 1) кванты в ЭМВ неминуемо вступают во взаимодействие с квантоидами по вышеописанной схеме, а не пролетают сквозь них; 2) для наших приборов недоступно различить квантовый состав ЭМВ.

По мере удаления от излучателя, энергия и согласованность волны уменьшается: во-первых, соразмерные квантам препятствия выбивают отдельных «бойцов» из строя, а крупные препятствия существенно поглощают энергию волны и рушат её целостность; во-вторых, накапливаются деформирующие волну погрешности в согласованных движениях вновь и вновь возбуждаемых квантов; в-третьих, на больших расстояниях волна всё более редеет от растяжения в пространстве и превращается в волну удалённых квантов, вплоть до утраты своей идентичности (два кванта на дециметр пространства уже не могут представлять сантиметровую волну). С распространением волны общее количество задействованных в ней квантов уменьшается.

Скорость распространения ЭМВ, как и квантов, из которых она состоит, в общем случае, естественно, также равна скорости света.

Следующий «типоразмер» источников колебаний.

На крайне малых длинах волн на первый план выходят их квантовые характеристики, и поэтому в таких случаях нет четкой границы между их электромагнитной или упругой природой.

Источник колебаний при гиперзвуковой волне соразмерен молекулам и атомам, а механизм распространения наиболее высокочастотного гиперзвука в твердых средах является чисто квантовым. И хотя источником колебания здесь выступают атомы, а не элементарные частицы, длина такой звуковой волны соразмерна межатомному расстоянию и даже диаметру атома. Поэтому классического для акустики сжатия среды в виде уплотнения многих атомов (молекул) не происходит. Вся «упругость» такой волны заключается лишь в упругой деформации двух электромагнитных полей двух соседних атомов (для простоты не будем рассматривать возможность некоторого рассеивания энергии волны на другие соседние атомы). А передаётся эта деформация электромагнитных полей атомов исключительно с помощью энергии испускания и приёма квантов. Поочерёдно вышибаемые из внешних электронов соседних атомов кванты, продвигающиеся из одного соседнего атома в следующий по направлению волны — это и есть гиперзвуковая упругая волна.

Отсюда — главное отличие гиперзвука от электромагнитных волн. Его источник колебаний — атом — на одну ступеньку крупнее, чем у ЭМВ (элементарная частица). Поэтому гиперзвук рождается и существует только в плотном веществе. Квант в твёрдом веществе, в отличие от квантоидного поля, лететь не может, поэтому и создаёт упругую волну: кванты «толкают» в цепной реакции впередистоящих «соседей», продвигая импульс вперёд. И хотя скорость движения самих квантов по-прежнему равна скорости света, пошаговый гиперкоротковолновый процесс последовательной деформации атомных электромагнитных полей занимает слишком много времени. Поэтому скорость гиперзвука, как и всех упругих волн в твердых телах, в среднем на пять порядков меньше скорости света.

Звуковые волны сверхмалых длин квантуются так же, как и волны электромагнитные. То есть каждой длине волны соответствует своя минимальная амплитуда, меньше которой волна не может существовать (хотя теоретически — вполне могла бы). Такие квантованные звуковые волны ещё называют тепловыми, а сами кванты — квазичастицами фононами, по аналогии с фотонами.

Кванты звуковых и электромагнитных волн абсолютно соразмерны и поэтому доказанно влияют друг на друга и порождают друг друга (это предмет акустооптики).

Самый распространённый пример перетекания единой природы волны из электромагнитного состояния в упругое на границе двух сред: кванты электромагнитного излучения повсеместно поглощаются атомами вещества и придают им колебания, которые преобразуются в упругие тепловые волны.

Более крупные источники колебаний, чем при гиперзвуке, образуют ещё более «грубые» с механистической точки зрения волны. Такие источники колебания бьют уже не по отдельным атомам, а по группам атомов и молекул. Это уже классические упругие волны сжатия-разряжения среды.

ЭМВ — это упорядоченное движение квантов, а упругая волна — атомов или молекул. И точно так же, как с ЭМВ, чем массивнее (то есть инерционнее) источник звуковых колебаний, тем больше времени и энергии надо на его «раскачку», тем длиннее и длиннее волна, постепенно уходящая в инфразвук.

И самую длинную инфразвуковую, и самую короткую электромагнитную волны объединяет единая природа передачи волновой энергии — квантовая природа. Атомы — не бильярдные шары и не бьются друг о дружку боками. Упругое взаимодействие происходит на уровне деформации их электромагнитных полей в процессе сжатия-разряжения среды. А электромагнитные поля имеют квантовую основу.

Для генерации упругой волны источник колебания формирует соответствующую разность потенциалов — разность концентрации атомов (молекул) в пространстве генерации волны.

Для генерации электромагнитной волны источник колебания формирует в пространстве генерации разность концентрации электрических зарядов (электронов).

Для генерации волны-кванта, источник колебания — элементарная частица — формирует в своём пространстве разность концентрации составляющих её квантов.

Именно дискретность размеров источников колебаний обуславливает дискретность размеров носителей волновой энергии и дискретность длин волн в представленной ниже единой шкале распространяющихся колебаний.

Длины волн в едином спектре составляют от 10^-20 метра (примерно в 1000 раз меньше общепринятых размеров атомных ядер), до 10¹² метров (примерно в 7 раз больше расстояния от Земли до Солнца). Частоты варьируются от 10^-3 до 10²⁸ Гц.

В целом, доводя идею единой природы колебаний до метафорической сути, можно смело сказать, что космические лучи — это самый пронзительный крик Вселенной. 

ЕДИНАЯ ШКАЛА ВОЛН