Годовое изменение параметров Земли 12 страница



количество энергии, которое непрерывно излучается электроном за 1 с.

Предполагается, что энергия эта черпается за счет электромагнитной энергии атома, поскольку, как пола­гают, других источников ее нет. И можно для продол­жения расчета использовать соотношение:

J = dE / dt .

Подставляя в (6.2) выражение для J, получаем:

а/2а2 = – 2e 4 /3c 3 m 2 a 4 ,

или, дифференцируя:

a 2 da = – 4e 4 dt /3c 3 m 2 ,                                       (6.4)

и получаем:

а3 = – 4e 4 t / m 2 c 3 + const .

Следовательно, с течением времени t радиус орбиты а будет уменьшаться. Если при t = 0 радиус орбиты был аo, то его величина со временем изменяется по следую­щему уравнению:

a 3 = ao 34e 4 t / m 2 c 3 ,

и при t = t определяется условием а o 3 = 4е4 t /т2с3, ради­ус орбиты приблизится к 0 и электрон упадет на протон. Отсюда t есть предполагаемое время жизни атома. Оценим t для классического радиуса электрона r o = е2/тс2 = 2,8·10-13 см, принимая боровский радиус рав­ным а = 10-8 см имеем:

t = (a o / ro)3ro /4c = 0,25(10-8/2,8·10-13)3(2,8·10-13/3·1010) = 10-10 c.

Или время «жизни» атома водорода по расчету со­ ставляет около 10-10сек.

Однако корректно ли представление о том, что систе­ма электрон-протон является диполем? Диполь есть система с единой метрикой для обоих объектов. Метри­ка же у поверхности ядра на несколько порядков отли­чается от метрики у поверхности электрона. И геомет­рическая величина мерного инструмента на расстоянии между ними будет изменяться по величине, а следова­тельно, к этому пространству неприменима операция дифференцирования. Это очень характерный пример некорректности дифференцирования при описании взаимодействия электрона и протона, как и многих дру­гих взаимодействий. Принимая систему протон-электрон за диполь мы неявно предполагаем (постули­ руем) тождественность и неизменность их зарядов и масс и то, что расстояние между ними од­нородно, и от точки к точке может быть замерено хотя и очень маленьким, но жестким и неизменным измери­тельным инструментом D а, Все эти посылки не обосно­ваны, особенно расстояние, которое от центра электро­ на до центра протона не конечно, а бесконечно. К тому же для природных тел расстояния отсутствуют и при формализации для каждой области пространства стано­вятся произведением периода пульсации поля (гравита­ционного или электромагнитного) на скорость этого движения. Да и все свойства, входящие в (6.3), являют­ся величинами переменными. И потому, дифференци­руя (6.4), мы должны, если собираемся получать пра­вильный результат, дифференцировать не только расстояние, но и заряд, и массу, и скорость света и, ко­нечно, радиус орбиты. Но расстояние от ядра до электрона по радиусу изменяется и, естественно, что его дифференцирование приводит к ошибочному результа­ту. Далее уравнение (6.4) будет проверено на примере времени существования планеты Земля и по расчету оказывается, что через ¾ 150 тыс. лет после образования Земля должна была бы упасть на Солнце. Но тоже не падает.

Поскольку электрон не падает на ядро и структура атома не разрушается в течение длительного времени, то поведение электрона оказывалось необъяснимым, а его движение не подчинялось ни законам классической механики, ни электродинамики. Поэтому последовал вывод о невозможности описания движения электрона класси­ческими методами, и было предположено (постулировано), что в микромире действуют квантовые законы, отличные от законов макромира. И первый шаг в направлении кван­тования был сделан Нильсом Бором после того, как Резерфорд достоверно доказал, что внутри атома имеется твердое образование — ядро. Н. Бор стимулировал вы­работку такой формализации микроявлений, которая во всех деталях принципиально отличалась от макроявлений, полностью исключила наглядность их и стала в XX веке «привычным и незыблемым фактором всеобщего непонимания квантовых явлений»[136], изучение кото­рых начинается еще в школе. Вот пример того, как формулируются в книге для старшеклассников основ­ные особенности квантовых представлений микромира [137]:

«Законы, по которым движутся микрочастицы, рез­ ко отличаются от законов ньютоновской классической механики (п/ж шрифт и курсив везде мой – А. Ч.). Но законы этих разных миров и не должны быть похожими (?? – А.Ч.). В макро­мире, в мире больших тел, одни масштабы: длины по­рядка, например, одного метра и. массы порядка, на­пример, одного килограмма. У микрочастиц же в их микромире совсем другие масштабы: порядка 10-8 см (и меньше) по длине и 10-24 г (и меньше) по массе. И вот количественные отличия переходят в качественные (?? – А.Ч.). Другие масштабы ¾ другие законы движения совершенно иной по свойствам непривычный мир.

К сожалению, многие начинающие знакомиться с квантовой механикой пытаются инстинктивно со­ противляться новым фактам (очень важное признание интуитивного протеста принципам квантовой механики. – А.Ч.), цепляясь за привычные старые образы из сво­его повседневного опыта, которые неприменимы в мик­ромире. Из этого ничего хорошего не может выйти.

Движение микрочастиц происходит иначе, чем мак­ротел, не в том смысле, что оно происходит по более сложной и запутанной траектории или является более быстрым. Оно просто не такое. Траектории, строго го­ воря, вовсе нет. Сказать точно, где находится части­ ца в данный момент, как правило, нельзя, так же как нельзя сказать точно, какова у нее в данный момент скорость. И дело здесь совсем не в ограниченных воз­можностях измерительной техники. Речь идет о глубо­кой, принципиальной невозможности утверждать, что частица находится в каком-то определенном месте и обладает при этом определенной скоростью. Зато мик­рочастица (например, электрон в атоме) имеет в один и тот же момент времени ненулевые вероятности движе­ ния в двух противоположных направлениях (со скоро­стями, например, v и-v).

В микромире нельзя достоверно указать, в какой точ­ке находится частица. В один и тот же момент време­ ни вероятность нахождения микрочастицы в разных местах не равна нулю. Взамен координат, скоростей, траекторий частиц в законах микромира приходится иметь дело с «облаками», или полями, вероятности на­блюдения на опыте тех или иных значений координат, скоростей или других величин, характеризующих час­тицу. Поле вероятности характеризуется так называе­мой пси-функцией y(x , y , z , t), зависящей от координат и времени. Величина y(x , y , z , t)называется амплитудой ве­роятности наблюдения частицы в точке с координатами х, у, z в момент времени t. Пси-функцию еще называют волновой функцией. Волновая функция записывается в комплексной форме, в то время как колеблющиеся ве­личины, характеризующие движение в макромире, все­гда вещественны.

И хотя на первый взгляд (и на второй тоже – А.Ч.)волновая функция кажется эфемерным понятием, она представляет собой слепок, модель сгусток информации (?? – А.Ч.) о природе. Волновая функция отражает реальные свойства материи, присущие ей на «глубинном уровне» микромира (?? – А.Ч.).

Из сказанного выше о специфике микромира не сле­дует делать вывод, что между микромиром и макроми­ром имеется непроницаемая граница, что одни физиче­ские объекты подчинены только законам микромира, а другие — только законам макромира. Одни и те же объ­ екты (электроны, атомы, молекулы, кристаллы твердо­го тела) в одних отношениях ведут себя как объекты микромира, а в других — как макрообъекты. Все зави­ сит от условий, в которых они находятся, и от точно­ сти, с которой они исследуются. Чтобы пересечь гра­ницу между микромиром и макромиром в ту или другую сторону, надо оговорить надлежащим образом условия, в которых находится объект, и точность, с ко­торой он изучается (не значит ли это, что вся кванто­ вая механика основана на некоторой искусственной конвенции. А. Ч .). И тогда электрон можно представить либо в ви­ де «облака вероятности», движущегося в атоме по специфическим законам микромира, либо в виде «обыч­ной» частицы, движущейся по траектории, описывае­ мой законами классической механики.

Открытие законов микромира произвело революци­ онный переворот в физике, коренную ломку сложив­ шихся веками физических представлений.

Но не все в микромире удалось пока понять до конца. Однако уже сейчас совершенно ясно, что основная суть дела понята правильно».

Соглашусь, что изложенная в цитате суть понята, но очень усомнюсь, что эта суть правильно отображает за­коны природы. Проанализирую некоторые факты, по­служившие основой приписывания (постулирования) природе столь не­обычного поведения в микромире, того поведения, которое декларирует квантовая механика, и покажу способы иного описания этого поведения. Начнем с бомбардировки атомов Резерфордом.

 

6.2. «Снаряды» Резерфорда

 

Не останавливаясь на теоретическом открытии Планком квантового излучения энергии телами и введении им постоянной действия h , положенной в дальнейшем в основу квантовой физики и хорошо известной, проана­лизирую несколько иначе, чем принято, эксперименты Резерфорда, связанные с определением строения атома. Именно они позволили Резерфорду обосновать гипотезу планетарной структуры атома при полном понимании противоречия данной модели законам электродинами­ки. (Как будет показано далее, это «противоречие» есть следствие ошибочного понимания свойств и явлений микромира.)

После открытия А. Беккерелем явления радиоактив­ного распада Резерфорд показал, что при этом выделя­ются a и b частицы и a-частица идентична дважды ио­низированному атому гелия. Последняя, вследствие огромной энергия движения, «пролетала сквозь атомы вещества, не испытывая значительного отклонения». И далее: «Из величины g / m и v для a -частиц легко рас­считать, что для изменения направления на угол для некоторых частиц при прохождении имя слоя слюды толщиной 0,003 см потребовалось бы поперечное элек­трическое поле напряженностью около 1000 млн В/см». Проверку возможности рассеяния a-частиц на большие углы в тонких металлических фольгах Резерфорд поручил Гейгеру [138]. И через некоторое время выясни­лось, что тонкая золотая фольга (0,01 мм), установлен­ная на пути a-частицы, рассеивает их на углы 10°, 15°, 20%.... Но встречались случаи, когда a-частицы отбра­сывались пластинкой назад, отклоняясь от направления движения от 90° до 180° (рис. 72). Это было столь не­ожиданно, что Резерфорд в своих воспоминаниях на­звал явление невероятным: «Это было почти столь же невероятно, как если бы выстрелили 15-дюймовым сна­рядом в листок папиросной бумаги, а он вернулся бы назад и угодил в вас».

Факт рассеяния a-частиц с их отбрасыванием свиде­тельствовал, что в составе атома имеется массивное яд­ро, непроницаемое для a-частиц и размер его находился, как показали расчеты, в пределах 10-13 см (?). На основе данного расчета была предложена следующая интерпретация «рассеивания»:

Положительно заряженные a-частицы (представляе­мые как материальные точки без материальных свойств) летят прямолинейно по инерции в направлении массивной положительно заря­женной частицы (ядра), размерами которой тоже пре­небрегают. При подлете к ядру вследствие отталкива­ния между одноименно заряженными частицами, а-частица изменит направление своего движения на такой угол, который определяется энергией отталкивания за­рядов. Если же она «налетает» непосредственно на яд­ро, то еще до соударения, приблизившись на мини­мальное расстояние, отскочит обратно, рассеиваясь на угол j = 180°.

Поскольку возможность такого рассеивания редкость, можно полагать, что направление движения отстоит от прямой, проходящей через центр ядра на некотором расстоянии d (оно называется прицельным параметром), a-частицы рассеиваются на угол < 180°. На рис. 72 по­казаны орбиты a-частиц, пролетающих, по Резерфорду, мимо тяжелого ядра и получающих разные углы рассеивания. Слу­чайность направления движения по-ложитель­ных a-частиц отно- си­тельно положительного ядра приводила к появ­лению случайных углов рассеивания на подходе к ядру, что никак не могло проявляться в классической механике, поскольку гравивзаимодействия, как полагают, до сих пор ограни­чиваются взаимным притяжением.

Основная особенность данной картины в том что a -частицы считаются пас-сивными «снарядами» с оди- наковым зарядом, пролета-ющими без взаимодейст-вия, и потому по прямой линии, как в «пустом» прос- Рис. 72.                                          тран­ стве, так и в пространстве золота. Это была первая и основном ошибка в представлении механизма про­странственного движения и взаимодействия a -час тиц с ядрами атомов, обусловленная переносом на структуру атома движения по инерции классиче­ ской механики. Но именно она сформировала все даль­нейшие подходы, как к рассмотрению структуры ато­ мов, так и к формализации законов квантовой ме­ханики.

Естественно, что представление о траектории a-час­тиц и их взаимодействиях изменится, если исходить из того, что a-частицы пульсируют и движутся, причем каждая со своей частотой и скоростью в пространстве эфирных молекул по синусоидальной траектории, оги­бая их ядра-сгущения и попадая в более плотную среду молекул твердого вещества (например, золота), изме­няют траекторию своего движения (рис. 73.) иначе, чем это показано на рис. 72. На рис. 73. отображается траек­тория движения активных a-частиц в пределах молеку­лы допустим, золота (напомню еще раз, что движение элементарных частиц в любом пространстве, включая эфирное, вне молекул или атомов, невозможно). Прежде всего, от­мечу, что все моле­кулы золота, как и любого другого ве­щества имеют различные размеры и неодинаковую плот­ность по всей той об­ласти, которую они образуют. Пульсация этих молекулот ядра, размеры и плот­ность тела ядра тоже раз-личны и только плотность в пределах нейтральной зоны для всех молекул одного вещества примерно одинаковая. Эта плот-ность и обусловливает, все свой- ства вещества.

Рис. 73.                                            Траектории a-частиц внутри молекулы определяется индиви-дуальными свойствами каждой частицы и той скоростью, которую обеспечивают в эфире ее энергетические возможности (самопульсация). Поэтому a - частицы проходят через область молекул на различном расстоянии от ядра, и, естественно, что при этом движении происходит постоянное количественное измене­ние свойств частицы, включая ее плотность. Вот эти взаимодействия (так же, как и в классической механике) определяют угол отклонения (рассеивание) их ядром от направления своего движения. Чем ближе подходит a -частица к ядру, тем сильнее отклонение ее траектории.

Угол отклонения (рассеивания) a-частиц в кулоновском поле ядра определяется по формуле Резерфорда:

b = kctg j /2,                                                       (6.4¢)

где k = ZeE / Mc 2 , Z – заряд ядра, е – заряд частицы, Е – напряженность кулоновского поля ядра, М – масса ядра, с – скорость света, j  – угол отклонения частицы.

Формула (6.4') указывает только на то, что a -частицы, пролетая около ядра, отклоняются его ку лоновским полем. Из нее не следует, что это откло­нение является только отталкиванием. Одинаково вероятны и отталкивание и притяжение. Но в природе реализует­ся только одно действие — либо отталкивание, либо притяжение. Резерфорд, ориентируясь на то, что заряды ядра и a-частицы положительны, выбрал отталкивание, отскок. И ошибся. Отклонение это не носит харак­тера отскока, а является движением по гиперболи­ ческой или параболической траектории как к ядру так и вокруг него. Примерно таким же, как и траектория комет «проры­ вающихся» к Солнцу из очень отдаленных глубин кос­ моса.

На рис. 73 изображена граница атома эфира и моле­кула золота с ядром, траектория движения a-частиц в молекуле золота. Траектория движения частиц в молекуле и механизм их рассеивания отличаются от предпо­лагаемых (рис. 72), но наблюдаемые структуры рассеи­вания частиц вне молекул будут аналогичными. То есть на сегодня нет способов эмпирически отличить траек тории друг от друга. Другое отличие заключается в том, что a-частицы, как и электроны, не несут никаког о заряда и двигаются не по инерции, а за счет взаимо­ действия с электромагнитным (пульсирующим) полем сначала молекул эфира, а затем молекулярного про­странства золота, которое деформирует каждую частицу в зависимости от количественной величины ее свойств. Именно расстояние от ядра и процесс дефор­мации a -частицы на входе в молекулу и раздеформации на выходе обусловливают величину угла отклонения частицы от направления первоначального движения.

Таким образом физический процесс рассеивания a -частиц на атомах не является подобием процесса отскакивания снарядов от стенки, как это было интер­претировано Резерфордом, а есть следствие взаимо­действия движущихся элементарных частиц с изме­няемым пространством тех тел, в которых они двигаются. Эта как бы незначительная и естественная ошибка Резерфорда и послужила отправным пунктом последующего построения математического аппарата квантовой механики. Именно она оказалась прообразом рассуждения о падении электронов на ядро и мысли­мых экспериментов с пулями-электронами, например, «пулемета» Фейнмана, уводивших физиков все дальше и дальше от понимания природы микромира. Надо от­метить также, что дополнительную лепту в некоррект­ное понимание процессов микромира внесло и постули­рование постоянства скорости света, и «изгнание» эфира из физических представлений, и провозглашение неизменности массы и заряда электрона, и ... некоторые другие факторы, вошедшие в физику еще до начала раз­работки квантовой механики. О них будет упомянуто да­лее.

 

6.3. «Квантовые истины»

 

Итак, эксперименты Резерфорда могут быть объясне­ны иначе, чем это объяснял сам Резерфорд. И кажется, что отличие в объяснениях незначительно. И в том и в другом случае имеет место рассеяние, и в том и в дру­гом случае ядра двигаются в пространстве к ядру и от­клоняются от траектории движения на один и тот же угол в полном соответствии с предсказаниями теории (формула Резерфорда). И все же появилось первое не­понимание природы движения элементарных частиц в атоме, заключающееся в том, что a -частицы движущиеся в атомах эфира и молекулах тел не отскакива­ют от ядра, а огибают его по орбите (как и электро­ны) и вылетают наружу почти под тем же углом, под которым влетали в пространство атома. Исходя из ошибочного объяснения движения элементарных час­тиц в пространстве все больше и больше особенностей механики элементарных частиц понималось в противо­речии с их физической сущностью. Немалую роль в  этом процессе сыграло и постулирование отсутствия эфирного пространства, провозглашенного пустотой, и перенесение инерциального движения классической механики на движение элементарных частиц в микро- мире. Именно инерциальное движение электронов по орбите вокруг ядра без излучения энергии противоречило законам электродинамики. Именно оно «застави­ло» Бора, сохраняя планетарную модель Резерфорда, сделать второй ошибочный шаг и сформулировать знаменитые постулаты, которые повернули объяснение явлений микромира на путь вероятностного толкования, на путь, обусловивший в итоге резкое отличие формулируемых законов микромира от законов класси­ческой механики, что превратило микромир в хаос ве­роятностных взаимодействий.    Так в науку начало входить множество необычных квантовых явлений, которые можно назвать «кванто­выми истинами». Истины эти для современных ученых  непоколебимы и потому — вечны. Попробую показать,  что для объяснения этих явлений нет необходимости в применении «квантовых законов», все они, намного проще и нагляднее, описываются законами классиче­ской механики. Приведу постулаты, введенные Н. Бором в 1913 году, которые запрещали электрону излучение при движении по определенным орбитам в планетарной модели атома. Эти постулаты, являясь второй ошибкой в объяснении природы микромира, и открывают счет квантовым истинам. Вот как обосновывал Н. Бop необходимость в данных постулатах [139]: «.... мы приходим к выводу, что эти конфигурации со­ответствуют состояниям системы, в которой нет излучения энергии, а потому они будут стационарными, по­ка система не будет возмущена извне».


Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 44; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ