Аннотация: Статья моего отца, размещенная по его просьбе, в новейшей редакции. Прошу не путать автора со мной.
Из истории получения размерности постоянной Планка известно, что, ликвидируя так называемую "ультрафиолетовую катастрофу", Планк пришёл к соотношению для излучения:
( λмакс. / с ) kТ = Соnst = h, ( 1 )
где c - скорость света в вакууме, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, λмах - длина волны излучения и h - постоянная названная его именем. В приведенном соотношении левая часть имеет размерность [время × энергия], что назвали "действием". Исходя из этого, для h определили размерность [см. с.] и назвали эту величину "квант действия". Но в физике не было такого понятия "действие" и, тем более, нет, не было закона "постоянства действия".
Тем не менее, такая размерность в настоящее время является общепринятой в современной физике. Однако, после работ А.Эйнштейна по фотоэффекту, стало очевидно, что "...соображения размерности не дают обнадёживающего результата, не говоря о том, что невозможно придумать классический механизм, который дал бы формулу Е /ν = h. Это никому не удалось сделать, и законы фотоэффекта являются сильнейшим доводом в поддержку идеи Эйнштейна о квантовании энергии.
'В дальнейшем нам станет ясно, что в формуле Е / ν = h выражен фундаментальный принцип квантовой физики, а именно имеющая универсальный характер связь между энергией и частотой: Е = hν. Эта связь полностью чужда классической физике, и мистическая константа h есть проявление не постигнутых в то время тайн природы' [1, т.4, с.43-44].
Такое положение сохраняется в физике до настоящего времени.
С другой стороны, принятая для постоянной Планка размерность, не совсем корректна, так как при её образовании не раскрыта размерность самой энергии. Оказывается, что определение "мистической константы" возможно, если в соотношении (1) раскрыть размерность энергии и произвести сокращения. При этом получится для постоянной Планка размерность (г. см2 /с). На такую размерности для постоянной Планка обращал внимание Бор, записав соотношение: J = mVr = h / 2π, где m - масса, V - скорость, r - радиус орбиты. Эту размерность имеет хорошо известная в физике величина - "момент количества движения". К тому же известен и закон постоянства момента количества движения, что не маловажно для такой константы, каковой является постоянная Планка. Известно, что закон сохранения количества движения относится к важнейшим законам сохранения, справедливым для любых изолированных систем. Понятие момента количества движения широко используется в динамике твёрдого тела, а так же в электромагнитном, гравитационном и других физических полях. И, наконец, "большинству элементарных частиц присущ собственный, внутренний момент количества движения - спин" [2,с.438].
Приняв такую размерность, постоянную Планка следовало бы назвать квантом момента количества движения.
Основной вопрос, возникающий при этом, заключается в том, что понятие момента количества движения относится к динамике вращательного движения. Следовательно, рассматривая постоянную Планка как постоянную момента количества движения, мы должны согласиться с тем, что имеем дело с вращательным движением. Не зависимо от нашего желания такова размерность этой постоянной - г.см2 / с. Но какое это вращение? Либо оно происходит вокруг собственной оси элементарной частицы, либо это вращение вокруг некоторого центра с ненулевым радиусом?
Некоторые авторы физических гипотез пришли к выводу, что "Точечная частица, к какой бы разновидности она ни принадлежала (какой бы массой она ни обладала), не может существовать иначе, как вращаясь по собственной орбите конечного ненулевого радиуса" [3, с.32.]
Следовало бы отнести понятие кванта момента количества движения, прежде всего, к фотону. Фотон, как известно, весьма противоречивая частица. В соответствии с существующими понятиями он не имеет массы покоя и для него "не существует системы отсчёта, в которой фотон покоится" [2,с.826]. И в то же время он относится к стабильным частицам.
Каким же образом может существовать стабильная частица, если она не имеет массы покоя и не покоится? Очевидно, что только в движении. Но что это за движение в то время, когда фотон ещё не излучён и, следовательно, не движется прямолинейно, но всё же существует как стабильная частица? И в этом случае стабильно существовать фотон может, только вращаясь по некоторой орбите с радиусом отличным от нуля. Допустим, что вращение происходит по окружности со скоростью V . При этом, чтобы вращение было без излучения оно должно быть резонансным. Из условия резонанса минимальная длина этой окружности должна быть равной половине длины волны: 2πRф = λ ф/ 2, где Rф - радиус орбиты.
Отсюда Rф = λ / 4π.
Вернёмся вновь к кванту момента количества движения. Преобразуем выражение для момента количества движения, разрешив его относительно скорости: Vф = h / 2πRфmф. Выразим в этом соотношении Rф через частоту ν = 2πw, учитывая, что Rф = V / 2πν, тогда получим: Vф = hν / mфVф.
Перенося в полученном соотношении знаменатель в левую часть, получим знаменитое соотношение Эйнштейна для энергии фотона
Е = mфVф2 = hν .
Таким образом, перейдя от кванта действия к кванту момента количества движения, вполне логично получается "классический механизм, который дал бы формулу Е / ν = h".
Следует отметить так же, что переход к моменту количества движения и принятые допущения о вращении фотона вокруг некоторого центра в состоянии "покоя" делает понятным и логически обоснованным определение спина фотона: J = h / 2π = ?.
Рассматривая Эйнштейновские соотношения Е = mс2 Однако, из приведенных соотношений видно, что, переход от кванта действия к кванту момента количества движения позволяет получить Эйнштейновское соотношение в рамках классической физики и подтвердить правильность Боровского подхода к определению размерности и физической сущности постоянной Планка.
Предложенный подход позволяет определить и массу фотона. Подставляя в соотношение mф = h /с Л величину скорости, равную скорости света в вакууме, для длины волны 5x10 -5 см получим mф = 4,417×10 -33 г = 4,417×10 -36 кГ.
В справочной литературе для этого значения длины волны приводится масса фотона (4,4×10 -36 кГ) [5].
Цитируемая литература
1. Берклеевский курс физики. Том 4."Наука", Москва. Физматгиз,1974 г.
2. Физический энциклопедический словарь. Москва. "Советская энциклопедия".1983 г.
3. Ф.Ж. Вильф. "Ещё раз о спине точечной частицы, формуле Эйнштейна и релятивистском уравнении Дирака" УРСС, Москва, 2000 г.
4. Л. Бриллюэн. Новый взгляд на теорию относительности. "Мир". Москва,1972 г.
5. А.С. Енахович. Краткий справочник по физике. Москва, "Высшая школа",1976 г. Стр.16.