Этот вопрос из темы квантовой физики и электродинамики. Материя кажется сплошной, поэтому свет - как пуля, которая либо отскакивает (отражение), либо застревает (поглощение), либо летит насквозь (прохождение). Но на самом деле всё происходит иначе. Вот, что говорит физика (простым языком).

В квантовой физике фотоны почти никогда не проходят «сквозь» материю в том смысле, как пуля сквозь воздух. Они постоянно поглощаются и переизлучаются атомами. То, что мы называем «преломлением» и «прозрачностью» - это коллективный процесс поглощений и переизлучений, который выглядит как прямая линия.

Давайте разберем три варианта взаимодействия фотона в средах.

1. Почему фотон поглощается?

Механизм резонанса. Атом состоит из ядра и электронов, находящихся на определенных энергетических уровнях. Электрон может поглотить фотон и перепрыгнуть на более высокий уровень (возбудиться) только в том случае, если энергия фотона в точности равна разнице между двумя уровнями.

- Что происходит с энергией дальше? Электрон долго не может оставаться возбужденным (наносекунды). Он возвращается обратно. При возвращении он испускает новый фотон (возможно, той же энергии). Но этот новый фотон полетит в случайном направлении. Внутри непрозрачного куска материала этот процесс повторяется миллиарды раз: «Поглотил, переизлучил, поглотил, переизлучил».

- Почему мы говорим «поглотился»? В толстом слое плотного материала (металл, камень) шанс того, что фотон выйдет с обратной стороны, практически ноль. Он превращается в тепло (колебания кристаллической решетки). Поэтому мы видим черный цвет или свет не проходит.

Почему одни цвета (длины волн) поглощаются, а другие отражаются? Листва зеленая потому, что атомы на ее поверхности поглощают все энергии фотонов, кроме зеленого. Зеленые фотоны не попадают в «резонанс» с электронами, они вынуждены взаимодействовать иначе, то есть отражаться.

2. Почему фотон отражается?

Кажется, что фотон просто «отскакивает» от поверхности, как мяч от стенки. Но фотон - не мяч, у него нет поверхности для отскока.

В металлах (из которых делают зеркала) электроны не привязаны жестко к одному атому. Они образуют «электронный газ» или «плазму», которая свободно плещется по поверхности.

Когда электромагнитная волна (фотон) достигает металла, её электрическое поле начинает двигать эти свободные электроны туда-обратно в такт волне. Движущиеся электроны сами становятся источником новой электромагнитной волны.

Эта вторичная волна генерируется прямо с поверхности и уходит обратно в том же направлении, откуда пришел исходный фотон.

Парадокс вот в чем: фотон не «отражается» в прямом смысле. Он поглощается свободными электронами, а электроны тут же переизлучают точно такой же фотон обратно. Нет никакой задержки. Для света металл ведет себя как «непрозрачное зеркало» именно потому, что электроны слишком подвижны и могут легко копировать пришедший сигнал.

Угол падения равен углу отражения - это геометрическое следствие того, что из всех возможных траекторий переизлучения только одна совпадает с условиями интерференции (принцип Ферма). Это понять сложно, возможно ученые здесь «натянули сову на глобус».

Почему стекло не отражает, а металл отражает? В стекле электроны привязаны к атомам (диэлектрик). Им сложнее двигаться массово, поэтому свет в основном проходит внутрь или преломляется, а не вылетает обратно.

3. Почему фотон преломляется?

Это самый хитрый случай. Фотон входит в воду и луч ломается. Но физически: как пуля может «сломать» прямую линию?

Когда фотон (электромагнитная волна) влетает в прозрачную среду (например, стекло), он встречает армию электронов, которые хоть и связаны с ядрами, но не слишком туго (как в металле) и не слишком слабо (как в газе).

На самом деле фотон в материале движется сложнее, чем в вакууме. Прямого прохождения нет. Происходит следующее:

1. Входящий фотон возбуждает электроны в стекле.

2. Вибрация электронов генерирует вторичные фотоны (свет).

3. Наложение исходной волны и этой вторичной волны (интерференция) порождает результирующую волну, которая движется медленнее.

Скорость света в среде меньше, чем в вакууме.

• В вакууме - 300 000 км/с.
• В воде - 225 000 км/с.
• В стекле - 200 000 км/с.
• В алмазе - 124 000 км/с.

Изменение скорости = преломление (Закон Снеллиуса).

Когда передняя часть световой волны заходит в воду под углом, один край волны замедляется раньше, чем другой. Волна «поворачивает» - как колонна солдат, у которой правый фланг замедлился, а левый идет быстро: колонна поворачивает направо. Это и есть преломление.

Почему (прозрачное) стекло не поглощает свет, а замедляет?

Электроны стекла «проскальзывают» - они поглощают фотон, но энергия фотона не совпадает ни с одним разрешенным переходом (нет подходящих ступенек лестницы). Поэтому они не могут оставить энергию себе. Они вынуждены переизлучать фотон обратно очень быстро. Это создает эффект «задержки», но без потери фотона. Вещество становится прозрачным, но с изменением скорости.

4. Исключение прохождения сквозь материю

Предположение о том, что фотоны «проходят сквозь» материю, верно только для очень специфического случая: высокоэнергетические фотоны (гамма-лучи, рентген) или нейтрино. Они настолько энергичны или «малы», что просто игнорируют атомы.

Для видимого света: Если вещество прозрачное (стекло, вода), то фотоны не проходят насквозь. Они каскадируют, поглотились атомом A (на краю стекла) - далее излучился новый фотон, полетел, поглотился атомом B - переизлучился и так до выхода с обратной стороны.

С точки зрения квантовой физики один уникальный фотон имеет некоторую амплитуду вероятности пройти всю толщу стекла без взаимодействия, но она крайне мала для макроскопических тел. Мы видим множество фотонов, и для их «коллектива» работает принцип средней траектории - прямая линия с преломлением на границе.

Фотоны - это не бильярдные шары. Материя - это почти полностью пустое пространство (размер атома 10^-10 м, размер ядра 10^-15 м). Но «пустота» заполнена электрическими полями атомов. Фотон всегда взаимодействует с этими полями. Он не может пролететь между атомами так же легко, как человек между решетками, потому что он сам - это возмущение этих полей.

***

Вы не находите все это каким-то притянутым за уши? Почему фотон при отражении (переизлучении) отражается по закону «угол падения равен углу отражения»? По теории вероятности он равнозначно может переизлучиться в любую сторону, даже внутрь тела, от которого отражается.

Замедление скорости света в среде говорит об переизлучении (времени жизни электрона на возбужденной орбите). Но возможен и другой механизм замедления скорости.

И третье. Почему поглощение фотонов атомом (переход электрона на другу орбиту вокруг ядра) связано с нагревом материи? Т.е. с возбуждением самих атомов, увеличением амплитуды колебаний в кристаллической решетке вещества. Здесь может быть только взаимоисключение. Или энергия запасается в электронах (при переходе на более высокую орбиту), либо на увеличение амплитуды колебаний атомов (это и есть тепловая энергия).

На все эти вопросы и противоречия может ответить модель Волнового строения материи. Впервые про нее услышал у Александра Мишина. Кратко это звучит так. Атом – это замкнутая сама на себя стоячая волна. Внутри атома может быть набор гармоник этих стоячих волн. Замкнутые волны могут разрываться и тогда атом излучает фотон. При поглощении фотона атомом, он принимает в себя дополнительную гармонику, фотон становится замкнутым.

Отражение фотона – это когда частота фотона равна частоте основной гармоники атомов. Как плюс отталкивается от плюса. Поглощение – сдвиг фазы или частоты колебаний между характеристиками фотона и атома равным 90 гр.

С преломлением и замедлением скорости фотонов в среде сложнее. Возможно, это когда фаза или частоты отличаются незначительно и действительно происходит поглощение и переизлучение фотона. Но почему в противоположную сторону от стороны поглощения атома или со сдвигом на определенный угол (при преломлении) – вопрос.

Осталось понять – что такое фотон? Это электромагнитная волна. Волна в чем? Волны бывают только в среде, когда среда колеблется. Из чего состоит эта среда, что энергия фотона ее колеблет?

Это такие мутации или генетическое наследие одной из ветки человечества?

Среди людей были случаи, когда рождались дети, полностью покрытые густым волосяным покровом. Это люди с синдромом оборотня (Ambras syndrome) или генерализованной формой гипертрихоза.

Разберем истории о таких генетических «ошибках» или, возможно, генов от какой-то ветви гуманоидного типа.

Что такое гипертрихоз?

Прежде чем перейти к историям, посмотрим на механику явления. У всех нас есть волосы на лице — это называется веллусный пушок. Они бесцветные, тонкие, незаметные. Но при гипертрихозе происходит сбой: волосяные фолликулы в нетипичных зонах лица получают команду «расти как терминальные» - длинные, толстые, пигментированные.

Причины могут быть врожденными (мутация в 17-й хромосоме, которая иногда идет в комплексе с задержкой зубного развития и другими аномалиями) или приобретенными (побочный эффект лекарств. Но нас интересуют люди-волки, родившиеся такими.

Основные типы нарушений волосатости лица:

• Ланугинозный (пушковый) гипертрихоз. Врожденная форма, при которой ребенок рождается покрытым мягким шелковистым пушком (lanugo). У недоношенных детей он исчезает. У этих остается на всю жизнь, перерастая в длинные (до 10 см) волосы.
• Хвост тритона (не путать с животным). Редчайшая разновидность, при которой волосы растут только вокруг глаз и носа, как маска.
• Дискретный врожденный гипертрихоз - отдельные пучки на лице, например, «усы сфинкса», растущие от уголков губ к щекам.

Исторические свидетельства: дикари при дворах монархов и в цирках

 

Петрус Гонсальвус

До эпохи генетики к людям с волосатым лицом относились как к чудесам природы или проклятию. Самая известная фигура - Петрус Гонсальвус (или Педро Гонсалес), живший в XVI веке на Тенерифе. Его тело и лицо были покрыты волосами настолько густо, что современники называли его «сатиром».

Гонсальвус не был «диким зверем», он был образованным человеком. Его заметили слуги французского короля Генриха II, который отправил Петруса в зверинец, но там быстро поняли, что тот разумен. Монарх приказал обучить его латыни и манерам. Так «человек-волк» стал придворным подданным. Он женился на обычной женщине, у них родились дети, трое из которых унаследовали гипертрихоз. Их семья путешествовала по дворам Европы: император Рудольф II, король Испании Филипп II - все они хотели увидеть «волчью семью».

На портретах кисти неизвестных мастеров Петрус изображен в модных испанских воротниках, с благостным выражением лица. Он умер в начале XVII века, оставив после себя не только таких же детей, но и феномен, названный позже «синдромом Амбрас» (по замку, где хранились их изображения).

Это не единственный пример людей-волков из прошлого с волосатыми лицами.

Стефан Бибровский

Стефан Бибровский родился в Польше в 1891 году. Родился полностью пушистым, длина волос его тела и лица составляла около 2 сантиметров. Мать Стефана посчитала такую болезнь трагедией и обвинила во всем отца ребенка, который якобы слишком много времени проводил со львами. Сначала он работал в цирке в Европе, а затем перебрался в США в цирк Барнума. К этому времени все его тело было покрыто волосами длиной до 10 см, а на лице волосы достигали 20 см.

Федор Евтихиев

В 1884-м тоже работал в цирке Барнума. С детства мальчик из России с головы до пят был покрыт волосами. Как гласит легенда, волосатых людей в свое время обнаружили охотники около Мантурова Костромской губернии. Они были довольно спокойными, жили вдали от населенных пунктов и не искали контакта с другими людьми. Отца Федора звали Адриан, он еле говорил. Охотники перевезли их в столицу, а позже Федора увезли в цирк в США. На таких чудо-людей приходили посмотреть в цирк. В жизни они скрывались от посторонних глаз.

Другой пример волосатых людей из Китая:

Люди с волосатыми лицами в современности

Перейдем от сухих фактов к живым историям. Вот несколько героев XXI века, чьи лица принадлежат научным журналам и социальным сетям одновременно.

Ларри Рамос Гомес (Мексика, «Человек-волк из Сан-Франциско»)

Ларри родился в 1982 году в небольшом городке. Его лицо было покрыто черной жесткой шерстью, что в консервативном мексиканском обществе стало трагедией. Мальчика прятали, сверстники издевались. Но Ларри нашел спасение в шоу-бизнесе: он работал в цирке, а затем занялся политикой.

Ларри Рамос Гомес баллотировался на пост мэра своего родного города. Его предвыборные слоганы касались прав меньшинств и терпимости. Он не пытался удалить волосы (лазерная эпиляция при таком обширном гипертрихозе малоэффективна и опасна). Он превратил недостаток в бренд. «Я не обезьяна и не собака, заявлял он в интервью. У меня просто другое лицо». В 2015 году он трагически погиб.

Мексиканец Хесус Асевес

Члены его семьи тоже страдают этим редким симптомом - гипертрихозом. Первой в роду с таким заболеванием была прабабушка Хесуса. Затем передалось ему, его родной сестре и двум двоюродным братьям. С тех пор такой диагноз поставили 30 членам семьи Асевес (двоюродным братьям, сестрам, племянникам). У самого Хесуса три дочки. Рождены они были от разных женщин, но все равно с таким же диагнозом.

Лалит Патидар

Индийский подросток Лалит родился с гипертрихозом и волосы покрывают 95% его лица. В Книге рекордов Гиннеса он считается человеком с самым волосатым лицом. В своих соцсетях он писал: С юных лет я избегал общественных мест и сидел дома". Раньше меня называли "монстром" и "зверем" из-за моего волосатого лица.

Волосатых людей часто изображали в средневековых сценах на гравюрах и в книгах. Судя по всему, их уничтожали, как что-то непонятное.

Возможно, это какая-то древняя ветвь человечества, приближенная к проживанию в условиях природы. Ведь волосяной покров нужен для сохранения тепла тела, если нет одежды. Если исходить из мысли, что обычный человек – это продукт селекции, выведения когда-то Богами гоминида для искусственной среды, где за счет интеллекта он может создавать себе одежду и жилища, то такие волосатые люди в прошлом – это другая гоминидная ветвь, приспособленная для проживания в дикой природе.

Не исключено, что сейчас мы их знаем как снежного человека, йети, бигфут и т.д. Но по какой-то причине ген волосатости иногда просыпается в некоторых людях. Не думаю, что это болезнь. Это именно проснувшиеся гены. 90% ДНК – мусорная информация, которую не понимают генетики. И что там записано – еще предстоит разгадать.

Попадалась еще информация, что волосы нужны не столько как теплоизоляция, как мех, а как инструмент, орган для улавливания какой-то информации, как антенны. Такие волосатые люди лучше ощущают среду и другие биологические виды. У волосатых животных это выражено в виде инстинктов. Ведь многие из них могут предчувствовать цунами, землетрясения и другие катастрофические события, которые важны для выживания.

У человеке густые волосы оставили, но лишь в нескольких местах. В любом случае, обезьяна не могла просто так отказаться от волосяного покрова в процессе эволюции. Это все равно, как современному человеку раздеться и ходить голым по улице. От этого шерсть не вырастет у твоих потомков. Такое включается или отключается только на уровне изменения генетики.