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 а_o, то его величина со временем изменяется по следующему уравнению:

a ³ = a_o ³ – 4e 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 рав}ным а = 10^{-8 см имеем:}

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

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 2° 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: 270; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!