1 ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПОСТОЯННОЙ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ

ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПОСТОЯННОЙ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ α
И ТЕОРИЯ ЦВЕТА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Г.Ф. Коновалов
Контакт с автором g.konovaloff@yandex.ru
Теория цвета солнечного излучения и цветовой круг Коновалова
Изучая состояния материи в виде вещества и поля, солнечное излучение в
масштабе солнечной системы и среды обитания человечества можно рассматривать как
разновидность материи, обладающей одновременно свойствами вещества и поля.
Важность солнечного излучения для всех живых организмов определяет
значительный интерес исследователей к теории цвета солнечного излучения.
Можно предположить, что проявление цветности солнечного излучения зависит от
конечных и граничных условий взаимодействия солнечного излучения с веществом.
В опытах И. Ньютона (1), солнечный свет падал на стеклянную призму, проходя
через тонкое отверстие, расположенное между источником света и стеклянной призмой.
Опыты проводились в темноте. После преломления света в стеклянной призме
наблюдалось разложение солнечного цвета в спектр, который в видимом диапазоне света
состоял из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и
фиолетового. Указанная последовательность семи цветов была названа цветовым кругом
И. Ньютона. В этом цветовом круге были неравные углы между различными цветами,
поэтому симметрия в цветовом круге отсутствовала.
В своих опытах И.Гёте (2) описывал, что, наблюдая через стеклянную призму
белую стену при естественном освещении, стена оставалась белой, и лишь там, где стена
сталкивалась с темным оконным переплетом, появлялись цвета.
Далее И. Гёте
предположил, что для возникновения цвета необходима граница. При взгляде сквозь
стеклянную призму без всякого узкого отверстия, цвет образуется на границе темного и
светлого. При этом о семи цветах спектра вообще не идет речи. Со стороны света видны
желтый и красный, а со стороны темноты – голубой и фиолетовый цвета. Из этих опытов
И. Гёте сделал выводы о том, что свет принципиально неделим, и он виден только на
материальных объектах, где может проявляться как цвет.
И. Гёте ввел понятия о чистых цветах, которые нельзя получить путем смешивания,
и о смешанных цветах, которые получаются при смешивании чистых (основных) цветов в
различных пропорциях. Между чистыми основными цветами находится неограниченное
количество смешанных цветов и оттенков, непрерывно переходящих один в другой.
И. Гёте также предположил, что один из существующих цветов является продолжением
1
фиолетового и началом красного цвета. И этот цвет – пурпурный. И. Гёте создал другой
цветовой круг: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, пурпурный.
В цветовом круге И. Гёте различные цвета были симметричны, что связывалось с
общей гармонией цветового восприятия.
Симметрию и взаимозависимость различных цветов в своем цветовом круге
И. Гёте считал существенными особенностями цвета.
И. Гёте считал, что цвет существует в природе объективно.
В отличие от него, И. Ньютон считал, что в природе объективно существует белый
свет, а другие цвета являются восприятиями человеческого зрения на различные длины
волн. Для И. Ньютона фундаментальными были только спектральные цвета.
Соответствующие подходы И. Ньютона и И. Гёте к цвету иллюстрируют два
различных подхода к экспериментальному исследованию (3).
Для И. Ньютона – это подход, ориентированный на теорию, что соответствует
стандартному представлению о науке, в котором эксперименты разрабатываются по
предварительно сформулированным теориям и проводятся для того, чтобы проверить или
продемонстрировать теорию.
Для
И.Гёте
–
это
подход,
определяемый
как
исследовательское
экспериментирование, которое направлено на то, чтобы открыть полное разнообразие и
сложность в изучаемой области, и в то же время разработать новые понятия и категории,
которые позволят упорядочить эту множественность.
Значительный
вклад в
разработку теории цвета солнечного
света внес
Э. Шрёдингер. Он рассматривал не плоский цветовой треугольник, а трёхмерное цветовое
пространство, базисными векторами которого являются три основных цвета. Чистые
спектральные цвета располагаются на поверхности некоторой фигуры (цветового конуса),
тогда как её объём занимают смешанные цвета. Каждому конкретному цвету
соответствует свой радиус-вектор в этом цветовом пространстве.
Далее Э. Шрёдингер предложил конкретную метрику цветового пространства,
которая позволяла вычислять яркость цветов. Разработанная им математическая теория
цвета легла в основу современной колориметрии.
Таким образом, в настоящее время в теории цвета солнечного излучения
существует
парадигма,
положения
которой
можно
представить
следующими
утверждениями:
1. Результаты взаимодействия солнечного света со стеклянной призмой зависят от
граничных и конечных условий опытов.
2. Белый свет состоит из различных цветов.
2
3. Каждый цвет характеризуется определенной длиной волны.
4. Цветовой круг И. Ньютона отличается от цветового круга И. Гёте.
5. Представления И. Гёте о природе цвета солнечного излучения не были
восприняты, и возобладали представления И. Ньютона.
6. Световые
волны
являются
электромагнитными
колебаниями,
и
шкала
электромагнитных колебаний есть поле вещественных чисел, которые можно
представить плоской линией в виде линейной шкалы по мере возрастания длин
волн.
Важно отметить, что в цветовом круге И. Ньютона и в цветовом круге И. Гёте
белый и черный цвета отсутствуют, хотя, объективно – оба цвета существуют в природе.
В своей статье (4) автор выдвинул гипотезу о том, что цвет солнечного излучения
дополнительно определяется углом ϕ между векторами напряженностей электрического и
магнитного поля электромагнитной волны - (E ˄ H), причем этот угол изменяется в
плоском цветовом круге Коновалова (далее по тексту цветовой круг К) от 0 до 360
градусов, при вращении по часовой стрелке с одновременным возрастанием длин волн.
Назовем эти углы ϕ цветовыми спинами.
У
многих
закономерности
явлений
их
в
свойств,
природе
известно
отражаемой
в
существование
числах
Фибоначчи,
периодической
и
имеющей
фундаментальный характер. Законы «золотой» пропорции и «золотого» сечения связаны с
цифровым рядом Фибоначчи и являются одним из направлений в теории кодирования
информации.
Важно отметить то, что цвет также является структурированной информацией.
Можно утверждать априори, что структура цвета солнечного излучения
универсальна и гармонична, и связана с цифровым уровнями Фибоначчи. Составим
таблицу, в которой каждому определенному цвету в видимом диапазоне солнечного
излучения будет соответствовать значение уровня Фибоначчи.
Цветовой спин, или угол ϕ между векторами напряженностей электрического и
магнитного поля определяется в цветовом круге К, как произведение значений каждого
из уровней Фибоначчи на 360 градусов. Разность углов между различными цветами
определяется вычитанием градусной меры одного угла из градусной меры предыдущего
угла.
Предположим, что для белого цвета угол ϕ между векторами напряженностей
электрического и магнитного поля равен нулю, то есть цветовой спин белого цвета равен
нулю.
3
Таблица 1. Связь цветов солнечного излучения с уровнями Фибоначчи
№ п/п
Уровни
Цвет
Цветовой спин -
Разность
угол ϕ
цветовых спинов
(E ˄ H), градус
- углов ϕ
Фибоначчи, Fi
(E ˄ H), градус
1
0
Белый
0
-
2
0,1459
Фиолетовый
52,5240
52,5240
3
0,23607
Синий
84,9852
32,4612
4
0,38197
Голубой
137,5092
52,5240
5
0,5
Зеленый
180,0
42,4908
6
0,61803
Желтый
222,4908
42,4908
7
0,76393
Оранжевый
275,0148
52,5240
8
0,8541
Красный
307,4760
32,4612
1,0
Белый
360,0
52,5240
По данным таблицы 1 можно построить новый цветовой круг К, который состоит
из восьми цветов – белый, фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый,
красный.
Рис. 1. Цветовой круг К
Симметричность и гармоничность цветового круга К подтверждается наличием в
нём семейства равных углов.
Размерность цветового спина, это – угловой градус в плоском цветовом круге К.
Цветовой спин и соответствующее значение уровня Фибоначчи в цветовом круге
К для каждого цвета солнечного излучения однозначно описывают точный максимум того
или иного цвета, что может быть использовано для кодирования информации.
4
Физический смысл постоянной тонкой структуры α ≈ 1/137
Отметим некоторые важные свойства цветового круга К:
1. Цветовой круг К симметричен относительно вертикальной оси.
2. Большинство углов в круге К, сумм двух и более углов, равны между собой.
3. Цветовой спин, соответствующий в цветовом круге К голубому цвету и уровню
Фибоначчи F4=0,38197, равен 137,5092 градусов.
4. В цветовом круге К суммы некоторых трех углов равны 137,5092 градусов, и
суммы других сочетаний из трех углов равны 137,5056 градусов.
5. Основой цветового круга К является «золотое» сечение.
6. Цветовые
спины
в
круге
К
обладают
свойством
конгруэнтности
(вкладывающиеся множества).
7. Зеленому цвету соответствует уровень Фибоначчи, равный 0,5. Это – медиана
видимого спектра солнечного излучения, соответствующая гармоничному
восприятию природы.
Из третьего и четвертого свойств цветового круга К следует, что симметричное и
гармоничное распределение цветов солнечного излучения в цветовом круге К по уровням
Фибоначчи имеет глубокий физический смысл, а именно - единичная доля от цветового
спина для голубого цвета и уровня Фибоначчи 0,38197, равна значению постоянной
тонкой структуры α, которая ≈ 1/137.
При таком предположении постоянная тонкой структуры α имеет размерность
градусной меры [ º ].
То есть, постоянная тонкой структуры определяется сущностью волновых
процессов, в частности - солнечного излучения, отображаемого в цветовом круге К, в
котором цветовые спины коррелируют с уровнями Фибоначчи от 0,1459 до 0,8541.
Тогда физический смысл постоянной тонкой структуры α можно определить
как
метрику
конгруэнтности цветовых спинов солнечного излучения, которые
нормированы по коэффициентам Фибоначчи.
Именно при значении α ≈ 1/137 цветовые спины солнечного излучения
коррелируют с уровнями Фибоначчи.
Для понимания структуры белого цвета потребуются некоторые вспомогательные
рассуждения и предположения.
Каждый их семи цветов солнечного света характеризуется определенной длиной
волны в рамках классической теории электромагнитного излучения.
5
С учетом новой характеристики цвета солнечного излучения – цветового спина,
каждый цвет в круговом круге К, можно описать двумя числовыми параметрами – длиной
волны λ и цветовым спином, имеющими различную размерность – нанометры и угловой
градус. Объединим эти данные в таблице 2 и для удобства дальнейших рассуждений
применим относительный показатель r для каждого цвета, отнеся длину волны каждого
цвета к длине волны фиолетового цвета. Тогда для фиолетового цвета значение
относительного показателя r будет равно единице (380 нм : 380 нм = 1), для красного
цвета, соответственно – 1,74 (660 нм : 380 нм = 1,74).
Таблица 2.
№
Уровни
Цвет
п/п
Фибоначчи, Fi
Цветовой
Длина
Отношение
спин
волны, λ,
r
(E ˄ H), градус
нм
λn к λ2
-
-
1
0
Белый
0
2
0,14590
Фиолетовый
52,5240
380
1
3
0,23607
Синий
84,9852
465
1,22
4
0,38197
Голубой
137,5092
498
1,31
5
0,5
Зеленый
180,0
538
1,42
6
0,61803
Желтый
222,4908
573
1,51
7
0,76393
Оранжевый
275,0148
600
1,58
8
0,8541
Красный
307,4760
660
1,74
1,0
Белый
360,0
-
-
Такие предположения позволяют развернуть плоский цветовой круг К в
трехмерном пространстве, разорвав его в точке ϕ = 0, соответствующей белому цвету.
Тогда два параметра, описывающие каждый цвет (длина волны и цветовой спин),
можно заменить двумя другими параметрами: цветовым спином и безразмерным
показателем – радиусом-вектором, увеличивающимся по абсолютной величине вместе с
увеличением длин волн.
Поэтому цвета из цветового круга К могут быть описаны парами следующих
параметров: фиолетовый (ϕ=52,5240º; r=1), синий (ϕ=84,9852º; r=1,22), голубой
(ϕ=137,5092º; r=1,31), зеленый (ϕ=180,0º; r=1,42), желтый (ϕ=222,4908º; r=1,51),
оранжевый (ϕ=275,0148º; r=1,58), красный (ϕ= 307,4760º; r=1,74).
Поскольку
замкнутым
цветовой круг К по данным двум параметрам является плоским и
отображением
электромагнитных
колебаний
в
видимом
оптическом
диапазоне, то интересно рассмотреть расширенную шкалу электромагнитных волн,
включая диапазоны ультрафиолетового и инфракрасного света. Для того, чтобы
6
представить такую трехмерную пространственную развертку шкалы электромагнитных
волн, можно разорвать по вертикали в цветном круге К точку с цветовым спином равным
нулю, соответствующему белому цвету, для последующего перемещения образовавшихся
концов плоского круга К. Представим теперь развертку линии цветового круга К вдоль
вертикальной оси, проходящей через центр круга, перпендикулярно плоскости цветового
круга К. Примем, что каждый шаг перемещения радиус-вектора развертки r вдоль
вертикальной оси, равен 1. Тогда на вертикальной оси
будут расположены начала
каждого из семи радиус-векторов r с переменной длиной от фиолетового цвета до
красного цвета. Каждый радиус-вектор r поворачивается по часовой стрелке на угол,
соответствующий его цветовому спину (см. Табл. 2).
Указанные радиус-векторы r увеличиваются по мере увеличения длин волн λ и
образуют расширяющуюся развертку цветного круга К, которая при вращении формирует
цветовой конус К. Очевидно, что для длин волн, больших длины волны красного цвета
значения r превышают 1,74, и соответственно для инфракрасного излучения значения
радиус-векторов r будут ещё больше.
Такая развертка в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного цветов
солнечного спектра является пространственным отображением
расширенной шкалы
электромагнитных волн, в котором поверхность развертки цветового конуса К составляет
поле вещественных чисел для указанного диапазона длин волн.
Из
вышеуказанных
предположений
и
рассуждений,
фиолетовому
цвету
соответствует радиус-вектор r = 1. При длинах волн, меньших, чем длина волны
фиолетового цвета, соответствующие радиус-векторы r при вращении против часовой
стрелки будут принимать значения, меньшие 1, и цветовой конус К будет скручиваться по
уменьшающимся радиус-векторам в данной пространственной развертке.
В такой пространственной развертке каждую точку поверхности цветового конуса
К, соответствующую цвету солнечного излучения, можно описать тремя параметрами:
длина волны λ [нм]; цветовой спин [ º ]; и кривизна поверхности ρ.
Теперь можно предположить возможное описание сущности белого цвета.
При асимптотическом приближении уменьшающихся радиус-векторов r к точке
ϕ=0 (белый цвет) – точке разрыва цветового круга К, радиус-вектор для белого цвета
будет
находиться
вне
поверхности
цветового
конуса
К
(пространственной
и
модифицированной шкалы длин волн для солнечного излучения), то есть вне поля
вещественных чисел.
Из этого следует, что белый цвет не описывается вещественными числами и может
находиться в поле комплексных чисел.
7
Цветовые фотоны солнечного излучения
В классическом описании электромагнитных волн уравнениями Максвелла, углы
между векторами напряженностей электрического и магнитного полей равны 90 градусам.
Применительно к паре ортогональных векторов – вектору напряженности электрического
поля и вектору напряженности магнитного поля, их результирующим вектором
соответственно будет вектор, определяемый как векторное произведение векторов E и H
для (E˄H) = 90 ˚
то есть [E x H]=|E| x |H| x sin (E˄H) =|E| x |H| x 1 = |E| x |H|.
Тогда результирующий [ExH] вектор, по правилу правой руки, будет иметь
постоянное и одинаковое направление вдоль оси времени,
Для вышеуказанных ортогональных векторов E и H понятие фазовой скорости не
имеет физического смысла.
Если принять, что для различных цветовых фотонов, у которых углы между
векторами E и H изменяются от 0 до 360 градусов, то результирующие векторы,
определяемые как произведение этих векторов на синус угла между ними, будут
отличаться друг от друга не только по абсолютной величине в диапазоне от 0 до |E| x |H|,
но и принимать отрицательные и положительные значения. Соответствующие данные
приведены в таблице 3.
Таблица 3.
№
Уровни
Цвет
Цветовой спин -
п/п Фибоначчи,
Синус угла ϕ
угол ϕ
Fi
(E ˄ H), градус
минута секунда
1
0
Белый
0
0
2
0,1459
Фиолетовый
52˚ 31' 26,4"
0,79360826807412
3
0,23607
Синий
84˚ 59' 06,72"
0,99617215176809
4
0,38197
Голубой
137˚ 30' 33,12"
0,6754718140702
5
0,5
Зеленый
180˚ 00' 00"
0
6
0,61803
Желтый
222˚ 29' 26,88"
- 0,6754718140702
7
0,76393
Оранжевый
275˚ 00' 53,28"
- 0,99617215176809
8
0,8541
Красный
307˚ 28' 33,6"
- 0,79360826807412
1,0
Белый
360˚ 00' 00"
0
Из полученных данных следует, что различные цветовые фотоны солнечного
излучения отличаются друг от друга не только модулями результирующего вектора
8
[ExH], но и направлениями этого результирующего вектора - вдоль оси времени и против
оси времени. По данным таблицы 4, результирующий вектор [ExH] совпадает по
направлению с осью времени для фиолетового, синего и голубого цветов, для белого и
зеленого цветов результирующий вектор [ExH] равен нулю, для желтого, оранжевого и
красного цветов результирующий вектор [ExH[ имеет отрицательное значение и
направлен против оси времени.
Тогда для неортогональных векторов E и H фазовую скорость можно определить
как результирующий вектор [ExH], переменный по модулю с учетом его направления
относительно оси времени. То есть, цветовые фотоны солнечного излучения отличаются
друг от друга своими фазовыми скоростями, как по модулю, так и по направлению.
Различия направлений результирующего вектора [ExH] относительно оси времени
для
цветовых фотонов солнечного излучения можно интерпретировать следующим
образом: фиолетовые, синие и голубые фотоны солнечного излучения двигаются вдоль
оси времени лицевым фронтом, а желтые, оранжевые и красные фотоны двигаются вдоль
оси времени тыльным фронтом, то есть цветовые фотоны в этом смысле могут
рассматриваться как векторы. При этом цветовые фотоны солнечного излучения
группируются парным образом по абсолютным значениям их результирующего вектора
[ExH]: фиолетовый и красный, синий и оранжевый, голубой и желтый. Указанные пары
цветовых векторов имеют ненулевые значения векторного произведения [ExH].
Теперь можно рассмотреть гипотезы о сущности черного цвета, который не
вписывается в цветовой круг К, и никогда не был описан ранее как физическое явление.
Априори принято считать белый и другие цвета излучением. Предположим, что
черный цвет является анти-излучением, и черный цвет не связан с процессами
поглощения излучения. То есть, черный цвет не описывается известными симметричными
процессами: излучение и поглощение, а также поглощение – излучение, и представляет
собой асимметричный физический процесс относительно направления оси времени.
Тогда можно высказать следующую гипотезу по сущности черного цвета: черный
цвет, являясь антагонистом белого цвета, также находится в поле комплексных чисел, и
распространяется не от прошлого времени к настоящему времени, и не от настоящего
времени к будущему времени, а распространяется из будущего времени в настоящее
время и из настоящего времени в прошлое время.
Эта гипотеза на качественном уровне объясняет мистицизм, который связан с
черным цветом.
Физическая интерпретация черного цвета, являющегося антагонистом белого
цвета: это - электромагнитные колебания с векторами E и H в поле комплексных чисел,
9
результирующий вектор которых направлен из нулевой точки настоящего времени в
прошлое время.
Возможно, что в такой топологии черного цвета и скрыта черная энергия, которая
поступает из будущего времени.
Эти
две
гипотезы
не
противоречит
общепринятым
представлениям
о
четырехмерном пространстве-времени, которое рассматривается как ортогональные
координаты X, Y, и Z, связанные с осью времени t - (X, Y, Z, t).
Вместо такой модели четырехмерного пространства (X,Y,Z, t) можно принять
неортогональную трехмерную модель пространства-времени (R, t, I), где
R – результирующий вектор координат пространства X, Y, Z,
t – время,
I – информация.
Выводы и предположения:
1.
Теория цвета солнечного излучения, предложенная И.Гёте, является
правильной.
2.
Цветовые спины солнечного излучения определяются углами ϕ между
векторами
напряженностей
электрического
и
магнитного
поля
электромагнитной волны - (E ˄ H).
3.
Цветовой круг Коновалова состоит из восьми цветов: белый, фиолетовый,
синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. Указанные цвета
коррелируют со значениями уровней Фибоначчи.
4.
Физический смысл постоянной тонкой структуры α можно определить
как метрику конгруэнтности цветовых спинов солнечного излучения,
которые нормированы по коэффициентам Фибоначчи.
5.
Белый цвет не описывается вещественными числами и находится в поле
комплексных чисел.
6.
Черный цвет, являясь антагонистом белого цвета, находится в поле
комплексных чисел, и распространяется не от прошлого времени к
настоящему времени и не от настоящего времени к будущему времени, а
распространяется из будущего времени в настоящее время и из
настоящего времени в прошлое время.
7.
Вместо модели четырехмерного пространства-времени (X,Y,Z, t) можно
принять неортогональную трехмерную модель пространства-времени
(R, t, I), где:
R – результирующий вектор координат X, Y, Z, t – время, I – информация.
10
Ссылки по информации:
1. И. Ньютон. Оптика. (М. –Л., 1954)
2. И.В. Гёте. Учение о цвете. Теория познания. (Изд-во Эдиториал УРСС, 2-е издание,
2011).
3. Марина Михеева. Загадки цвета – теория и практика.
4. Г.Ф. Коновалов. Трансформация фотонов солнечного излучения в квази-дырки и
квази-электроны; физический механизм переноса энергии в трехзонной солнечной
ячейке из монокристаллического кремния.
www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11851.html, 02 марта 2012.
5. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике. (М., Изд-во «Наука»,3-е
издание, 1965).
11