Cấu trúc của photon

- đó là do tương tác của trường lực thế giữa các vật với nhau gây nên, tác giả đã phát hiện ra rằng "khối lượng hấp dẫn".
- và "khối lượng quán tính".
- Với giả thiết electron và pozitron là các hạt thật sự cơ bản, không có tương tác hấp dẫn mà chỉ có tương tác điện, tác giả đã đưa ra dự đoán về một cấu trúc khả dĩ của photon..
- Photon trong trường hấp dẫn.
- Việc tia sáng bị bẻ cong khi đi ngang qua các thiên thể có khối lượng hấp dẫn lớn là một thực tế đã được khẳng định chắc chắn từ những quan sát trực tiếp bằng kính thiên văn, như sự lệch tia sáng đi ngang qua Mặt trời vào thời điểm nhật thực và hiện tượng thấu kính hấp dẫn..
- Việc giải thích các hiện tượng này dù dưới dạng nào thì có một thực tế không thể phủ nhận là ánh sáng chịu tác động của trường hấp dẫn.
- Có nghĩa là bản thân ánh sáng cũng phải có tác động vào trường hấp dẫn, tức là nó cũng phải có tương tác hấp dẫn.
- hữu hạn này đã nói lên rằng photon có khối lượng quán tính trong trường trường hấp dẫn, cho dù nó không có khối lượng quán tính trong trường điện từ..
- Trường hấp dẫn tồn tại khắp mọi nơi, kể cả trong chân không đã làm tiêu hao năng lượng của các vật thể chuyển động trong nó, mà photon cũng không phải là ngoại lệ.
- Tuy nhiên, việc làm tiêu hao năng lượng của các vật thể chuyển động thể hiện qua sự kìm hãm tốc độ chuyển động của các vật thể, mà sự kìm hãm này vốn tuân theo định luật 2 Newton F = ma, nghĩa là cùng một tác động như nhau trong cùng một thời gian như nhau, tốc độ chuyển động của chúng sẽ khác nhau tuỳ thuộc vào khối lượng quán tính của chúng, nhưng với photon thì lại có một vài sai lệch:.
- Thứ hai, mọi vật có khối lượng quán tính khi xẩy ra va chạm phải thay đổi tốc độ, còn photon thì không, trái lại nó chỉ thay đổi tần số, còn tốc độ luôn giữ không đổi?.
- Chính vì thế mà người ta không bao giờ nói đến khối lượng quán tính hay khối lượng hấp dẫn của photon..
- Để giải thích hiện tượng này, người ta vẫn phải chấp nhận photon có động lượng p, chỉ có điều không được hiểu đó là tích của khối lượng quán tính với vận tốc như trong cơ học cổ điển [4]?.
- b) Nếu xét từ góc độ khối lượng thì photon không thể được cấu thành từ hai hạt đó, vì các hạt này có khối lượng, còn photon thì không, hoặc ít ra cũng như người ta thường nói là không có khối lượng nghỉ.
- Vì khối lượng của vật thể vốn được định nghĩa là:.
- c) Năng lượng nghỉ của một vật thể có khối lượng m được xác định theo công thức của Einstein:.
- Nếu xét từ quan điểm này, thay vì đi nương nhờ vào những thế lực siêu hình, thì cái cần được làm sáng tỏ trước tiên phải chính là khái niệm khối lượng m – nó vốn vẫn luôn là một ẩn số từ bấy lâu nay của khoa học [7,8,9]..
- Bản chất của khối lượng quán tính.
- Như trên đã nói, điểm quyết định để có thể giải toả mâu thuẫn giữa việc có và biến mất khối lượng của các hạt electron và positron trong quá trình hình thành photon, và ngược lại, sự xuất hiện các hạt có khối lượng là electron và positron từ một hạt không có khối lượng trong quá trình phân rã photon phải là tìm ra được bản chất đích thực của khối lượng.
- Trong một nghiên cứu của tác giả về bản chất của khối lượng quán tính [10] đã chỉ ra rằng xét theo quan điểm tồn tại phụ thuộc lẫn nhau của mọi dạng vật chất thì khối lượng quán tính của một vật không phải là một thuộc tính tự nó, trái lại là kết quả của sự tương tác với các thực thể vật lý khác thông qua trường lực thế giữa chúng.
- Để đặc trưng cho hiện tượng quán tính, cần phải tìm kiếm một đại lượng có liên quan trực tiếp tới sự tương tác này, mà ta sẽ gọi là khối lượng quán tính và ký hiệu là m.
- Dưới đây tác giả sẽ trình bày vắn tắt việc xác định khối lượng quán tính từ quan niệm tồn tại phụ thuộc lẫn nhau này [5].
- Cụ thể, ta hãy xét 2 vật thể A và B có thể coi gần đúng là “cách ly” với các vật thể khác, tương tác với nhau theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton bởi lực:.
- γ M A B , (3) ở đây γ – là hằng số hấp dẫn.
- M A – là khối lượng hấp dẫn của vật thể đang xem xét trong trường hấp dẫn của vật thể có khối lượng hấp dẫn M B .
- Có thể xác định cường độ trường hấp dẫn của hai vật thể theo vật lý hiện hành:.
- γ A + B , (4) trong đó g A và g B – là cường độ trường hấp dẫn của vật thể A và vật thể B tương ứng:.
- (5) Từ các biểu thức (3) và (4) có thể thấy rằng tỷ số:.
- Thứ ba, nếu khối lượng hấp dẫn của vật thể A nhỏ hơn quá nhiều so với khối lượng hấp dẫn của vật thể B như trong thí nghiệm rơi tự do của Galileo, thì gia tốc rơi tự do sẽ không phụ thuộc vào khối lượng hấp dẫn của vật A nữa (mọi vật đều rơi như nhau) và bằng cường độ trường hấp dẫn của vật thể B:.
- Trong trường hợp ngược lại M A >>M B , biểu thức (4) vẫn đúng, trong khi biểu thức (8) lại không còn đúng nữa, mà phải thay bằng biểu thức cường độ trường hấp dẫn của vật thể A:.
- (11) Nhưng tỷ số lực trên gia tốc chuyển động (F/a) lại chính là khối lượng quán tính m vẫn được sử dụng trong cơ học hiện hành.
- Do đó từ (11), ta có thể viết biểu thức cho khối lượng quán tính:.
- (12) Như vậy, xét theo quan niệm sự tồn tại phụ thuộc lẫn nhau, thì khối lượng quán tính chỉ là một trong các thông số đặc trưng cho sự tương tác lẫn nhau đó chứ không hề là một cái gì đó mà vật thể tự có cả.
- m ≈ M A , (13) tức là khối lượng quán tính m của vật thể tương đương với khối lượng hấp dẫn M A của nó, còn được gọi là nguyên lý tương đương – nó không hề là sự trùng hợp ngẫu nhiên, mà có lý do xác đáng.
- các hạt này chỉ có tương tác điện, không có tương tác hấp dẫn..
- Thứ nhất, khối lượng của electron (e.
- m e kg (16) chỉ có thể theo một cách duy nhất đó là sử dụng hiện tượng quán tính trong trường điện từ, mà như thế có nghĩa là chỉ xác định được khối lượng quán tính chứ không phải là khối lượng hấp dẫn của chúng! Trong khi đó, đối với một số hạt sơ cấp như proton, neutron....
- về nguyên tắc có thể thông qua các phép đo gián tiếp, không nhất thiết phải sử dụng tới chuyển động của chúng để xác định khối lượng hấp dẫn, ví dụ như thông qua nguyên tử lượng và số Avogadro.
- Việc cho rằng 2 hạt e - và e + đều có khối lượng hấp dẫn là xuất phát từ quan niệm từ thời Newton cho rằng bất kỳ vật thể nào cũng đều hấp dẫn lẫn nhau (vì vậy mới có tên gọi là định luật “vạn vật hấp dẫn.
- và hơn thế nữa, khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn trong các thí nghiệm không hiểu sao lại cứ luôn luôn bằng nhau – gọi là “nguyên lý tương đương” như đã được đề cập đến ở mục trên (xem công thức (13.
- Nhưng như đã thấy, các quan niệm này không còn đúng nữa, vì vậy không có lý do gì ngăn cản chúng chỉ có khối lượng quán tính trong trường điện mà không có khối lượng quán tính trong trường hấp dẫn – chúng không tương tác hấp dẫn với nhau!.
- Căn cứ vào các thí nghiệm đo khối lượng quán tính của e - và e.
- có thể nói rằng kết quả đo được theo (16) chính là khối lượng quán tính của chúng trong HQC của phòng thí nghiệm, còn khi xem xét chúng như hai vật thể cô lập, có khối lượng quán tính cũng được xác định theo biểu thức (12)..
- Thứ hai, bản thân cái gọi là “khối lượng hấp dẫn” nếu có.
- thì có lẽ cũng chỉ có thể gây nên tương tác “hấp dẫn” giữa chúng tính theo công thức (3) bằng:.
- Ngay kể cả tương tác hấp dẫn giữa chúng với Trái đất (nếu có) cũng chỉ cho ta giá trị bằng 9,1x N), trong khi tương tác điện giữa e - và e + ở cự ly nguyên tử (10 -10 m) đạt tới 2,3×10 -8 N, tức là lớn gấp 10 21 lần – cũng hoàn toàn có thể bỏ qua..
- Thứ ba, khối lượng quán tính của e - và e + là nhỏ nhất trong tất cả các khối lượng quán tính của các hạt sơ cấp đo được bằng thực nghiệm.
- Việc khối lượng của neutrino có giá trị <10 -35 kg chỉ là giả định về phương diện lý thuyết chứ chưa có bất cứ một thí nghiệm thật sự tin cậy nào xác nhận cả, mà về nguyên tắc, sẽ không thể nào xác định.
- Hơn thế nữa, khối lượng của các hạt quark giả định đó cũng rất lớn.
- 3.3 Khối lượng quán tính trong trường tĩnh điện.
- F C = C A B , (20) với k C =1/4πε 0 ≈ 9x10 9 N.m 2 /C 2 , có thể viết lại dưới dạng tương tự với định luật vạn vật hấp dẫn của Newton (3) như sau:.
- Còn hằng số hấp dẫn γ trong (3) giờ đây được thay bằng hằng số χ C .
- Tỷ số χ C /γ ≈ 4x10 42 nói lên độ lớn của tương tác điện so với tương tác hấp dẫn..
- Theo quan niệm mới về khối lượng quán tính, ta có thể xác định khối lượng quán tính của các điện tích trong trường tĩnh điện hoàn toàn tương tự theo các biểu thức (12) và (13).
- (25) Song vì q B >>q A , nên theo (22) ta có M qB >>M qA và do đó (25) có thể được viết gần đúng:.
- Từ đây có thể thấy rằng khi q A = 0 thì m e − e.
- photon sẽ không còn khối lượng quán tính nữa!.
- Khối lượng của photon trong trường hấp dẫn.
- Bản thân các hạt e - và e + vốn không có tương tác hấp dẫn như đã nêu trong định đề hạt cơ bản ở mục 3.2, nhưng khi kết hợp lại với nhau thành photon thì photon này lại chịu tác động của trường hấp dẫn, hơn nữa còn gây ra áp lực lên bề mặt các vật chắn như các thực nghiệm 2.4 và 2.5 đã chỉ ra.
- Nói cách khác, việc giả thiết photon có một khối lượng hấp dẫn nào đó M ф và do đó cũng có khối lượng quán tính trong trường hấp dẫn nào đó m ф là hoàn toàn có cơ sở, nếu như giải toả được hai điểm “dị thường” ở mục 2.4 đó là tốc độ của photon là hằng số, bất luận tác động ban đầu khi nó được sinh ra có như thế nào, hay bị va chạm ra sao..
- Thật ra, khi xem xét thật kỹ lưỡng, có thể thấy rằng các điểm “dị thường” này sẽ thật sự là bình thường, chỉ khi chấp nhận giả thiết photon có tương tác hấp dẫn và đương nhiên là có một khối lượng hấp dẫn tương ứng với nó.
- Ở đây có một điểm khác biệt cơ bản giữa cấu trúc của photon với cấu trúc của các vật thể khác đó là các vật thể khác được cấu thành nên từ những phần tử vốn đã có sẵn khối lượng hấp dẫn nào đó, cũng tức là đã có sẵn tương tác hấp dẫn, nên khối lượng hấp dẫn của chúng chỉ phụ thuộc vào khối lượng hấp dẫn của các phần tử cấu thành theo nguyên lý chồng chất tác động đã biết.
- Trong khi đó, photon lại được cấu thành từ những hạt cơ bản vốn không hề có tương tác hấp dẫn là e - và e.
- do vậy cái được gọi là “khối lượng hấp dẫn” của photon chính là nhân tố mới được hình thành nên do sự trung hoà điện tích, chứ không hề có sẵn từ trước.
- Nhưng cũng chính vì cái được gọi là “tương tác hấp dẫn” chỉ là do quá trình trung hoà về điện giữa e - và e + tạo ra, dưới dạng một tương tác “tàn dư”, nên tương tác này mạnh hay yếu không phụ thuộc vào một “khối lượng hấp dẫn” có trước nào cả, mà chỉ phụ thuộc vào điều kiện trung hoà điện tích và cường độ trường hấp dẫn tại địa điểm đó..
- Kết quả là trong các cuộc va chạm, photon thay đổi năng lượng không phải do thay đổi động năng như các vật thể khác có sẵn khối lượng hấp dẫn, mà bằng cách thay đổi tần số quay của giữa e - và e + cấu tạo nên nó, và do đó cũng tức là thay đổi khối lượng hấp dẫn chính của mình..
- Như vậy, xét về thành phần hạt cấu thành của photon có thể chọn giả thiết đó chính là hai hạt e - và e.
- Điều đó có nghĩa là cũng giống như sự hình thành nguyên tử, cần phải có một khối lượng lớn các hạt trái dấu này trong một thể tích hữu hạn, nhờ đó làm xuất hiện các lực do va chạm khiến chúng chuyển động chệch hướng của lực Coulomb giữa một cặp điện tích trái dấu nào đó.
- Tuy nhiên, trong quá trình này có một điểm khác về cơ bản so với sự hình thành sao đôi, đó là khi đã hình thành nên hệ sao đôi, khối lượng quán tính của hệ sao đôi đó sẽ bằng tổng khối lượng quán tính của các sao trong hệ.
- thay vì thế, với hệ “sao đôi” e - -e + này, khối lượng quán tính lại biến mất khi chúng hình thành, do hệ đã trung hoà về điện như đã nói ở trên – không còn tương tác điện với các điện tích xung quanh nữa, nên quán tính đối với trường điện cũng không còn nữa..
- Nhưng công thức này lại chỉ áp dụng được cho các vật thể có khối lượng nghỉ khác 0, tức không phải cho photon.
- Hình dạng của photon.
- Vì photon chỉ tồn tại trong chuyển động, nên hình dạng của nó là sự kết hợp giữa chuyển động quay tròn xung quanh tâm quán tính chung của các điện tích e - -e + với chuyển động tịnh tiến của tâm này trong trường hấp dẫn như được chỉ ra trên Hình 1a..
- Ở đây có thể thấy các véc tơ cường độ điện trường E và “từ trường” H vuông góc với nhau trong HQC X0Y đặt cách trục chuyển động của photon một khoảng bằng R<R T .
- chuyển động của e.
- Tuy nhiên, góc lệch của photon do tác động của trường điện này tuân theo nguyên lý tác động tối thiểu [13], nên chỉ có thể hữu hạn và hoàn toàn xác định..
- ở đây λ là bước sóng của photon.
- Từ đây có thể viết α kn như là hàm của “bước sóng” λ:.
- Ở các vùng còn lại, do có một khối lượng lớn các phân tử của vật liệu cấu thành, nên tác động nói trên không gây ảnh hưởng nào..
- định luật Hubble cũng có thể được giải thích thỏa đáng bởi cấu trúc e - -e + của photon nói trên.
- bức xạ nhận được tương ứng với nhiệt độ ngày một thấp dần đi, do năng lượng của photon bị tiêu hao dần do chuyển động trong trường hấp dẫn.
- Trong khi đó, khối lượng hấp dẫn là đặc tính của tương tác hấp dẫn của photon lại không thay đổi.
- là tương tác hấp dẫn.
- Trong khi đó, đặc trưng cho cường độ “tương tác điện tàn dư – tương tác hấp dẫn” này là khối lượng hấp dẫn của photon m ph .
- Chính vì vậy, khối lượng hấp dẫn của photon không phụ thuộc vào tần số của photon: mọi photon đều có khối lượng hấp dẫn như nhau, nên mới bị lệch đi như nhau khi đi ngang qua trường hấp dẫn mạnh (như Mặt trời chẳng hạn).
- Nếu theo quan niệm cũ về khối lượng, khi photon có khối lượng, thì khối lượng ấy xác định theo công thức:.
- Có nghĩa là khối lượng của photon dường như phụ thuộc vào tần số v, do đó ảnh hưởng của trường hấp dẫn lên nó nếu có cũng phải phụ thuộc vào tần số v.
- “dịch chuyển đỏ” do tác động của trường hấp dẫn lẽ ra sẽ phụ thuộc vào tần số của.
- photon? Và chính điều này đã khiến cho người ta loại trừ khả năng photon bị hấp thụ năng lượng do trường hấp dẫn.
- Hiện tượng nhiễu xạ hấp dẫn trong Thiên văn.
- Sự tương tác của photon với các thiên thể có khối lượng hấp dẫn lớn đã dẫn đến sự lệch hướng của nó như vừa nói ở trên.
- Tuy nhiên, cũng giống như sự lệch hướng của photon trong trường điện đã được xét tới ở mục trên, góc lệch hướng chuyển động của photon trong trường hấp dẫn thuần túy (không có tương tác điện) cũng không thể liên tục mà chắc chắn phải theo những lượng tử góc hữu hạn α 1 <α 2 <α 3.
- Việc quan sát hiện tượng này từ Trái đất, khi nguồn hấp dẫn (hố đen chẳng hạn) chuyển động cắt ngang hướng nhìn từ Trái đất tới nguồn sáng, sẽ ghi nhận được hiện tượng “nhẩy cóc” của nguồn sáng từ vị trí này sang vị trí khác trên thiên cầu (tất nhiên là có một độ nhoè nào đó)..
- Nguồn hấp dẫn mạnh.
- Ta có thể xem xét hiện tượng này dưới một góc độ photon có cấu trúc.
- (31) Điều này về nguyên tắc hoàn toàn có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm..
- Từ đây cũng có thể viết biểu thức quan hệ cho tần số:.
- 3- Photon là một hạt có tương tác hấp dẫn, nên có khối lượng hấp dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của trường hấp dẫn.
- Tuy nhiên, khác với các hạt có khối lượng hấp dẫn khác, tương tác hấp dẫn của photon không phải là một thuộc tính có sẵn từ những phần tử cấu thành, mà là được hình thành như một dạng “tương tác tàn dư” của tương tác điện giữa hai hạt cơ bản e.
- Khối lượng quán tính và cơ động lực học