FPF1. 48 a 49. Grupová a fázová rychlost.

(Rychlost světla není rychlostí absolutní)

(Ing. Jaroslav Červinka)

 

Uvedené podkapitoly jsem vybral proto, že mohou zájemcům navodit inspirativní myšlenky k jejich pochybnostem o tom, že rychlost světla je absolutní rachlostí. Možná, že mnohé občas napadne otázka, jak to s tou rychlosti vlastně je? Foton je částice, má svoji hmotnost a elektromagnetické vlnové vlastnosti. A tak někoho může napadnout přehodnocovat pojem absolutní rychlosti. Napadne ho otázka, zda se něco v lidském poznání za století nezměnilo, od doby, kdy tento axiom byl přijat? Byl považován za tak absolutní pravdu, že bylo téměř prohřešek proti vědě, když někdo začal o něm pochybovat.

Výsledky experimentálního výzkumu, zejména v oboru částicové fyziky nastolili řadu dosud nezodpovězených otázek, mezi nimi, jakou rychlostí se vlastně elementární částice pohybují, a jak je to vlastně s jejich hmotností? Proto je potřeba zamyslet se nad tím, za jakých podmínek byla rychlost světla vzata v úvahu za absolutní. V první řadě si musíme uvědomit, že byla odvozena z hmotné podstaty fotonu světla a od toho se odvíjely i metody měření rychlosti světla. Mezi tím se objevily problémy, jaká elementární částice je hmotná a jaká nehmotná? Prostě nastal určitý zmatek v představách o objektivní realitě v jejím řešení v klasickém pojetí. Nové inspirativní přístupy k řešení k problému rychlosti nastolují strukturální elektromagnetické vírové modely elementárních částic a Nová relativně (ne)částicová ((ne)hmotná) fyzika.

Zcela zásadní změna přístupu k problému spočívá v tom, že Nové představy o fungování objektivní reality v mikrosvěte nahrazují hmotnost ekvivalentem energie v EM vírových strukturách, tedy EM vlnění v jeho ohromné relativitě a mnohostrannosti.

Mojí snahou je naznačit možné směry teoretického přístupu, jak se dívat na definici rychlosti světla jako absolutní rychlosti. Vede mě k tomu předpoklad, že hmotnost fotonu musí být chápán v souladu s jeho vnitřní topologií struktur EM vlnění.

Je všeobecně známo, že fázová rychlost může být větší než rychlost světla. S tímto konstatováním obyčejně každá přednáška končí, a déle zůstává jen cudné mlčení. Tak, stojí za to se nad problémem zamyslet v podmínkách nových poznatků o podstatě objektivní reality! Já si myslím, že to opravdu stojí za zamyšlení, a proto píši tento článek. Výše uvedené podkapitoly mně umožňují dát částečně moje myšlenky do souladu s tématy Feynmanových přednášek.

Názvy rozebíraných podkapitol jsou zdánlivě vzdáleny problematice rychlosti přenosu informace, ale záhy uvidíte, že tomu tak není. Ty se zabývají interferenci v prostoru a čase, a to je vlastně univerzální princip transformace energie objektivní reality. Přednáška se zabývá předpokladem interference dvou vln šířících se prostorem, což má velký význam pro pochopení podstaty fyzikálních jevů. Proto popisujeme vlnu šířící se prostorem výrazem exp(i(ωt – kx)). Je to univerzální případ posunu amplitudy EM vlnění. Z předchozích přednášek můžeme předpokládat, že ω2k2c2, kde c je rychlost šíření vlny a to neznamená nic jiného než řešení vlnové rovnice. Potom můžeme exponenciálu zapsat ve tvaru exp(-ik(x-ct)), a to je speciální případ obecného výrazu f(x ct). Z toho plyne, že to musí být vlna, která postupuje rychlostí ω/k.

Složení dvou takových uvedených vln matematicky vyjádříme

 

exp(iω1((t – x/t) + exp(iω2((t – x/t) = exp(iω1t´) + exp(iω2t´). Při t´ = t – x/t.

 

Proto dostaneme stejný druh modulací s tím rozdílem, že tyto modulace se pohybují s vlnou. Jinak řečeno, složíme-li dvě vlny (více vln) které nejen oscilují, ale také se šíří v prostoru, bude se i výsledná vlna šířit stejnou rychlostí.

Úvahy chceme zobecnit i na takové vlny, v nichž neplatí tak jednoduchý vztah mezi frekvencí a vlnovým číslem k. Jako příklad jsme vzali šíření vlny v nějakém materiálu, který má určitý index lomu. V kapitole 31 jsme zjistili, že můžeme psát k = nω/c, kde n je index lomu. Velmi významné z pohledu studia rychlosti přenosu signálu je, pro rentgenové záření jsme našli vztah

 

n = 1 (Nqe2/2ɛ0mr2).

 

Tento vztah je důležitý na provázanost nejvyšších dosud známých kmitočtů Roentgenova záření a s kvantovými vlastnostmi elementárních částic. Víme, že i tehdy, není-li mezi ω a k přímá úměrnost, je poměr ω/k určité rychlosti šíření dané frekvence a vlnového čísla. Tento poměr nazýváme fázovou rychlostí, je to rychlost, kterou se pohybuje fáze nebo uzel jednotlivé vlny. (Pro další úvahy o podstatě definice rychlosti šíření informace je důležité si uvědomit, že vzorec obsahuje veličinu hmotnosti m. To je právě kámen úrazu, který omezuje pochopit jiné možnosti přenosu informace než jak nám to představuje kvantová mechanika.)

 

νf = ω/k.

 

            Podstatné pro naše úvahy o absolutní rychlosti je to, že v případě rentgenových paprsků (záření, EM vlnění) šířících se sklem je tato fázová rychlost větší než rychlost světla. Což tedy znamená, že nějaká informace se může šířit větší rychlostí než foton světla. Tento fakt mně přiměl dát ho do souvislosti s přenosem signálu v EM vírových strukturách elementárních částic v podmínkách EM polí s vyloučením klasického pojetí hmoty, jejím nahrazením energií ve strukturách EM polí. To je důležitý požadavek pro možnost vyslovit nové představy o možné rychlosti přenosu signálu (informace) v oblasti kmitočtů rentgenového záření a vyšších.

            Nyní bych rád nastolit otázku proč by nemělo být nemožné posílat signály větší rychlostí, než je rychlost světla?!!!

V dalším nás text přivádí ke vzorcům vlnového čísla

k = (ω/c) (a(ωc), kde

a = Nqe2/2ɛ0m představuje konstantu. (m = ?)

 

Každé frekvenci tedy odpovídá zcela konkrétní vlnové číslo a můžeme uvažovat o skládání takových vln. To uvádím proto, že zde vystupují velmi zřetelně faktory související s EM strukturami atomových a sub atomových částic (qe2), a parametr m, který v podmínkách hlubokého mikrokosmu nefunguje dobře.

Právě v tom vidím možnost aplikace Ošmerových (a jeho týmu) strukturálních modelů a mé Nové relativně (ne)částicové ((ne)hmotné) fyziky, a tím otevřít nové přístupy ke studiu problému rychlosti přenosu signálů.

Pokud se týká grupové rychlosti, zdá se, že pro zkoumání možné rychlosti přenosu signálu, větší než rychlost světla, není aktuálně tolik zajímavá. Proto se budu věnovat nasolení problému s využitím kapitoly 48. 5 Amplitudy pravděpodobnosti pro částice.

 

Vyhnu se problémům, které vyplývají ze samé neurčitosti podstaty definování základních axiomů kvantové mechaniky. Tím zejména myslím problémy s představou pravděpodobnosti výskytu částice související s představou její klasické hmotnosti.

Vezměme zajímavý příklad fázové rychlosti patřící do kvantové mechaniky. Amplituda pravděpodobnosti nalezení částice v daném místě se může za určitých okolností měnit v prostoru a čase následujícím způsobem:

Ψ = A expi(ωt – kx),

přičemž ω je frekvence související s klasickou energií E = ђω a k je vlnové číslo související s hybností vztahem p = ђk. Kdyby vlnové číslo bylo rovno přesně k, tedy šlo by o dokonalou vlnu, která všude postupuje se stejnou amplitudou, částice by měla zcela určitou hybnost. (zde musím upozornit na relativitu pojmu určitá hybnost, protože ta v klasice je spojena s hmotností a ta vždy v sobě zahrnuje neurčitost vyplývající z vlnové a rezonanční podstaty objektivní reality.) Výše uvedená rovnice vyjadřuje amplitudu a kdybychom vzali druhou mocninu její absolutní hodnoty, dostaneme relativní pravděpodobnost výskytu částice jako funkce polohy a času. Tato veličina je konstantní, to znamená, že pravděpodobnost částice je všude stejná. (Co to však znamená pro realistickou představu o částici, a co nám vlastně taková pravděpodobnost o její topologii říká. Asi nic moc. Ale zdá se, že zde existuje souvislost se strukturálními EM vírovými modely prof. Ošmery. Zejména prstenci EME, jako speciální formy toroidu. Velmi dobře rozpracovanými Ing. Pavlem Wernerem, viz na jeho internetovém portálu.) Pokud budeme předpokládat situaci, kdy o částici víme, že se bude vyskytovat s větší pravděpodobností na jednom místě než ne nějakém jiném místě. (I zde musíme vzít v úvahu omezení které je způsobeno klasickou hmotnou představy hmotnosti částice. Ta na rozdíl od Nové fyziky neumožňuje vytvářen realistické představy o strukturách EM vírových polí v prostředí Maxwell-Faraday-Červinkova etheru.) Klasická představa takové vlny je znázorněna na Obr. 48.6 „Lokalizovaný vlnový balík“. Taková vlna je představovaná určitým maximem na ose času se zmenšující se amplitudou na obě strany jejího maxima. Povšimněte si podobnost s vlnou na Obr. 48. 1 „Superpozice kosinových vln s frekvencí v poměru 8:10. Přesné opakování obrazce není typické pro obecný případ.“ Za pozoruhodný moment se považuje, že nadbytečných maxim se můžeme zbavit, tím že složíme několik vln s téměř stejným ω a k. (Tak nějak je dobré si obecně představovat kumulování EM energie v omezeném prostoru, která dostává charakter hmotné částice, kvanta energie, kvantové částice v pohybu rychlostí danou rychlostí šíření vlny.)

Protože druhá mocnina výrazu

 νgrupová = c/(1 + a/ω2),

 

představuje pravděpodobnost nalezení částice v některém místě, bude v daném okamžiku částice s největší pravděpodobností v blízkosti středu balíku, kde je maximální amplituda vlny. Je logické, že takový balík energie (relativní částice) nesený vlnou se pohybuje prostorem, a tudíž má charakter záření, nebo hmotné částice v závislosti na rychlosti kterou se pohybuje.

Když jsme věděli, kde částice původně byla mohli bychom podle klasické mechaniky očekávat, že někde bude i později, protože má rychlost a hybnost. To je nádherné sjednocení kvantové a klasické teorie. Sjednocení, které mnozí dosud považují za problematické. Pozoruhodný je fakt, že souvislost mezi kvantovou a klasickou teorií, pokud jde hybnost, energii a rychlost je podmíněna, že grupová rychlost – rychlost modulace – je rovna rychlosti, kterou bychom získali klasicky pro částice se stejnou rychlostí. (Což není nic jiného než relativita záření a hmotnosti, tedy to, co Nová fyzika vyjadřuje jako relativní (ne)částice ((ne)hmotnost).

 Následující rovnice ukazují, zdali jsou naše předpoklady správné. Podle klasické teorie souvisí energie s rychlostí vztahem

 

E = mc2/(1 ν2/c2). (Klasická hmotnost m = ?)

 

Podobně platí pro hybnost

 

P = mν/(1 ν2/c2).

 

            Z klasické teorie vyloučením ν dostaneme

 

E2 p2c2 = m2c4.

 

Toto je považováno za velkolepý čtyřrozměrný výsledek, o němž je často řeč. Přejde-li E a p na ω a k substitucí E = ђω, p = ђk, znamená to, že v kvantové mechanice musí platit

 

( ђ2ω2/c2) ђ2k2 = m2c2.

 

Tak jsme dostali vztah mezi frekvencí a vlnovým číslem kvantově mechanické amplitudy popisující částici s hmotnosti m. Z této rovnice vyplývá, že

 

ω = c√(k2 + m2c2/ђ2).

 

            Fázová rychlost ω/k je i v tomto případě větší jak rychlost světla.

 

Takže víme, že nějaká rychlost je větší jak rychlost světla. Možné vysvětlení, co to vlastně znamená, pravděpodobně najdeme, když si dokážeme odpovědět na otázku: Jaké důsledky pro naši teorii bude mít, když se nám podaří v rovnicích kvantové teorie nahradit hmotnost elektromagnetickou energií ve vlnovém balíku jako důsledek absolutní rezonanční podstaty relativních částic. To se nám zřejmě podaří, vezmeme-li v úvahu sjednocené EM pole prostřednictvím Poyntingových vektorů elementárních částic (hmotonů ZoCeLo). A vezmeme-li v úvahu ohromný rozdíl amplitud elektrického a magnetického pole, pak musíme dospět k závěru, že přenos informace je možný řádově vyššími rychlostmi, než je rychlost světla.

Grupová rychlost se mi jeví z hlediska zkoumání maximální rychlosti přenosu informace momentálně málo zajímavá.

Na závěr opakuji, že záměrem článku je inspirovat zájemce k odvaze řešit fundamentální problémy vědy. Tedy, že nebylo mým záměrem vyslovit nějakou definitivní pravdu.

Vložit komentář

Komentáře

ZANECHTE ODPOVĚĎ