Этот «цифровой» физический мир - Андрей Гришаев

Ещё одним эффектом, который, как полагают, доказывает перенос импульса гамма-квантом, является эффект Мёссбауэра. До открытия Мёссбауэра, наблюдение резонансного ядерного поглощения было затруднено – как считалось, из-за эффекта отдачи: гамма-квант, якобы, передаёт часть своего импульса как излучающему его ядру, так и поглощающему, отчего их совпадающие невозмущённые линии «разъезжаются» из-за эффекта Допплера. Это объяснение – недоразумение какое-то. Допплеровский сдвиг линии излучателя имеет место, когда соответствующая скорость у излучателя уже имеется. В рассматриваемом же случае эта скорость приобретается в результате отдачи, т.е. после того, как излучение гамма-кванта уже произошло. Аналогично, у ядра-поглотителя допплеровский сдвиг линии, из-за эффекта отдачи, мог бы появиться лишь после того, как уже произошло поглощение. Ну, никак не мог эффект отдачи портить резонансное ядерное поглощение! Но нам предъявляют факты: при сближении излучателя и поглотителя, вероятность этого поглощения увеличивалась. Казалось бы, здесь происходила допплеровская компенсация эффекта отдачи. И, когда Мёссбауэр обнаружил резонансное поглощение при отсутствии допплеровской компенсации, а при условиях, когда ядра-излучатели и ядра-поглотители входили в состав кристаллических структур, находившихся при достаточно низкой температуре – был сделан вывод о том, что здесь отдача от гамма-кванта воспринимается не одиночным ядром, а всем кристаллом в целом, становясь при этом, практически, нулевой.

Казалось бы, всё логично? Отнюдь. Наш анализ показал, что в тех самых опытах по «допплеровской компенсации» эффекта отдачи имела место селекция опытных данных: та их часть, которая не согласовывалась с концепцией отдачи от гамма-кванта – несомненно, замалчивалась [Г6]. В лучшем согласии с опытными данными оказывается наша модель [Г6] – согласно которой, резонансному ядерному поглощению в обычных условиях препятствует не «эффект отдачи», а допплеровские смещения, обусловленные тепловыми колебаниями ядер в твёрдых телах. При достаточно низких температурах, когда размах тепловых колебаний ядер становится меньше длины волны гамма-излучения, допплеровские смещения становятся нулевыми из-за эффекта Лэмба-Дика – и имеет место мёссбауэровский режим. Из нашего подхода следует, что, у конкретного кристалла, переход в мёссбауэровский режим для различных длин волн гамма-излучения происходит при различных температурах – а не при одной и той же, дебаевской, как это следует из традиционного подхода. Именно наш подход лучше согласуется с опытом: чего стоит один лишь факт мёссбауэровского поглощения для перехода 14.4 кэВ у железа при температурах вплоть до 1046оК [Н1], хотя дебаевская температура у железа равна 467оК [Ф1]. Кроме того, из нашего подхода следует, что мёссбауэровские ширины определяются не естественными ширинами ядерных линий, а параметрами кристаллической решётки, которая в мёссбауэровском режиме является высокодобротным интерференционным фильтром. Следствием этого вывода является предсказание об анизотропии эффекта Мёссбауэра для монокристаллических образцов – что действительно имеет место [А2,Г7,К3,А3]. Любое объяснение этой анизотропии с позиций традиционного подхода является противоречивым, поскольку здесь для кристаллической решётки подразумевается абсолютная жёсткость, при которой отдача от гамма-кванта воспринимается «всем кристаллом» одинаково во всех направлениях. По совокупности, традиционный подход, в котором гамма-кванты переносят импульс, вновь оказывается неадекватен экспериментальным реалиям.

С началом эры освоения космоса появились, как полагают, свидетельства о том, что давление солнечного света влияет на движение космических аппаратов. Так, в 1960 г. на околоземную орбиту был выведен американский спутник «Эхо-1». В развёрнутом состоянии он представлял собой сферический баллон из майларовой плёнки, металлизированной снаружи. При диаметре баллона 30 м и массе всего 68 кг, спутник имел «большую «парусность» по отношению к давлению солнечного света» [Л4]. За пять месяцев орбита спутника из почти круговой (высота перигея 1520 км, высота апогея 1687 км [К4]) превратилась в эллиптическую (высота перигея 900 км, высота апогея 2200 км [Л4]), за следующие полгода вновь возвратилась к почти круговой, после чего опять стала вытягиваться, и так далее. Торможение о разреженную атмосферу, особенно на перигейных участках, приводило к постепенному опусканию орбиты, и в итоге «Эхо-1» просуществовал на орбите менее восьми лет. Всё выглядело очень похоже на то, что эволюции орбиты «Эхо-1» вызывались действием давления солнечного света [Ш2,М1].

Но мы усмотрели другую причину этих эволюций орбиты – чисто электромагнитную. Ультрафиолетовое излучение Солнца должно было вырывать фотоэлектроны из металлизированной поверхности спутника, заряжая его положительно. Компенсирующий приток электронов из окружающего пространства происходил бы не изотропно: из-за магнитного действия фотоэлектронов, летевших, в основном, в сторону Солнца, притекавшие электроны формировали бы область избыточной концентрации отрицательного заряда с противосолнечной стороны от баллона. Этот избыточный отрицательный заряд притягивал бы положительно заряженный баллон – вот и источник силы, тянувшей его в направлении «от Солнца», когда спутник не находился в тени. Оценки [Г8] показывают: этот механизм вполне реалистичен, поэтому эволюции орбиты спутника «Эхо-1» нельзя считать доказательством того, что их причиной было давление солнечного света.

Далее, после создания узкополосных перестраиваемых лазеров, бурно развивается спектроскопия атомов и ионов, охлаждённых и удерживаемых лазерным излучением (см., например, обзор [Д1]). Лазерное охлаждение атомов и ионов, а также их удержание в оптических ловушках, считаются несомненными свидетельствами передачи этим атомам и ионам импульсов фотонов, которых они резонансно поглощают. Но, на наш взгляд [Г4], здесь происходят совсем иные процессы.

Так, в радиочастотной ловушке ионы совершают колебания в области устойчивого движения. Для лазерного охлаждения облачка ионов, его подсвечивают лазерным лучом, частота которого ниже частоты «охлаждающего» оптического перехода у ионов – с таким расчётом, что ионы, движущиеся навстречу лазерным фотонам, воспринимают их допплеровски увеличенную частоту как резонансную, и эффективно их поглощают. Переизлучение же поглощённых фотонов, как полагают, происходит спонтанно, в произвольном направлении. По этой логике, при поглощении фотонов у иона накапливается тормозящий импульс, а при их переизлучении усреднённый импульс отдачи стремится к нулю – так что колебательные движения иона гасятся, вплоть до эквивалентных температур в сотни и даже десятки микроКельвинов.

Мы же полагаем, что гашение колебаний здесь происходит иначе. Бесспорно, что при поглощении ионом порции световой энергии hf, масса иона увеличивается на величину hf/c2, а при излучении такой же порции энергии, масса иона уменьшается до прежнего значения. Эти повторяющиеся увеличения-уменьшения массы колеблющегося иона могут привести – без какой бы то ни было передачи импульса – либо к параметрическому гашению колебаний иона, либо, наоборот, к их параметрической раскачке. Поскольку нет гарантий, что циклы увеличения-уменьшения массы иона синхронизированы с циклами его колебаний, то ясно, что параметрическое гашение колебаний будет происходить с меньшей вероятностью, чем их параметрическая раскачка. И, действительно, лишь ничтожный процент ионов из облачка испытывает «лазерное охлаждение» - а остальные, наоборот, покидают зону устойчивого движения. Заметим, что параметрическое гашение колебаний у части ионов должно происходить с неменьшим успехом в случае, когда частота лазера выше частоты оптического перехода, т.е. когда резонансно поглощают ионы, движущиеся попутно с фотонами – хотя, согласно традиционной логике, в такой ситуации должен иметь место «лазерный разогрев» ионов.

Ещё один важный экспериментальный результат – это удержание атомов лазерными лучами. Так, в стандарте частоты, называемом «цезиевый фонтан» (см., например, [Д2]), облачко атомов цезия удерживается в «холодном», т.е., практически, в неподвижном состоянии благодаря подсветке, с шести сторон, лазерными лучами, частота которых на ~5 МГц ниже невозмущённой частоты оптического перехода (λ=852 нм) в цезии. Считается, что при движении атома, уводящем его из области перекрестья лучей, он резонансно поглощает фотоны встречного луча и, таким образом, тормозится из-за эффекта отдачи.

Мы же полагаем, что и в данном случае дело заключается не в эффекте отдачи. Находящийся в движении атом воспринимает, из-за эффекта Допплера, частоту встречного луча увеличенной, а частоту попутного луча – уменьшенной. При этом, поразительным образом, искусственно имитируется пребывание атома в условиях градиента частот (2.7), который порождает силовое воздействие, направленное в сторону понижения частот. В результате атом приобретает тормозящее ускорение – как это происходит согласно нашей модели действия тяготения на вещество (2.7).