Раздел 6. АТОМНЫЕ И ЯДЕРНЫЕ СТРУКТУРЫ
Лепет официальной науки про атомные структуры.
Идея Демокрита об атомах – неделимых частицах, из которых построено всё вещество – сыграла колоссальную роль в естествознании. Но, по ходу развития экспериментальной базы, стало ясно, что атомы не являются неделимыми: они состоят из субатомных частиц. Так, с помощью отнюдь не экстремальных воздействий – термических или электрических – из атома можно вырвать электрон, превратив нейтральный атом в положительный ион. Но если, для удаления электрона из атома, требуется некоторое воздействие, то электрон каким-то образом связан в атоме – с некоторым запасом устойчивости этой связи. И, конечно, возник вопрос: как обеспечивается этот запас устойчивости, или на чём держатся атомные структуры?
Из четырёх фундаментальных физических взаимодействий, которые признаёт наука, на роль вседержителя атомарных электронов подходит лишь электромагнитное взаимодействие. Но история попыток объяснить атомные структуры через действие электромагнитных сил – это история углубления научного бессилия [Д9].
Даже в начале 20-го века, компоновку зарядов в атомах приходилось додумывать. Так, пользовалась популярностью модель Томсона, в которой почти вся масса атома и его положительный заряд мыслились распределёнными по некоторому шаровому объёму, а отрицательные электроны мыслились вкраплениями, как «изюм в пудинге». При этом, электрические силы в атоме действовали так, что допускались колебания электронов около центра атома – а это объясняло как поглощение электромагнитной энергии атомом (дающее раскачку колебаний), так и излучение её (с затуханием колебаний). Но вот лаборант Резерфорда обнаружил, что, при обстреле тончайшей фольги альфа-частицами, часть из них отскакивает назад. Такое возможно, если почти вся масса атома и весь его положительный заряд сосредоточены в очень малой части его объёма. Отсюда у Резерфорда родилась идея об атомном ядре – а заодно идея о том, что электроны, чтобы не упасть на ядро из-за кулоновского притяжения, должны вокруг него обращаться, чтобы центробежные силы противодействовали кулоновскому притяжению.
|
|
|
Как и сейчас, тогда мало кто понимал, что центробежная сила не может действовать на одиночную элементарную частицу. Она может действовать лишь на структурное образование из элементарных частиц, возникая из-за радиального градиента их линейных скоростей вращения (3.12). В случае же электрона, обращение вокруг ядра нисколько не спасало бы его от падения на ядро. Не подозревая об этом, главным недостатком резерфордовской модели атома считали совсем другой: движение электрона по криволинейной орбите происходит с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно классической электродинамике, обязан излучать – и атомарный электрон, теряя свою энергию на излучение, упал бы по скручивающейся спирали на ядро за ничтожную долю секунды. Это досадное противоречие весело и технично устранил Бор – постулировав, что у электронов в атомах есть стационарные орбиты, движение по которым не сопровождается излучением. Когда студенты спрашивают: «А почему же оно не сопровождается излучением?» - им отвечают: «Потому что Бор так постулировал!»
|
|
|
Ведь, в самом деле, из представлений о вращающихся вокруг ядра электронах никоим образом не следовали характерные для атомов выделенные значения энергий атомарных электронов. Поэтому квантование электронных орбит было, по сути, чисто математическим фокусом – нисколько не прояснившим принципов стабильности атомных структур. Шпольский по этому поводу пишет: «пришлось воспользоваться следующим логически противоречивым приёмом: сначала задача решалась при помощи классической механики (заведомо неприменимой полностью к внутриатомным движениям), а затем из всего непрерывного множества состояний движения, к которым приводит классическая механика, отбирались на основе специального постулата избранные, квантовые состояния» [Ш1].
|
|
|
Скачки атомарного электрона – с одной боровской орбиты на другую – вполне соответствовали концепции поглощения-излучения квантов света, но сама идея об орбитальном движении атомарного электрона вела к новым, тяжёлым противоречиям. Было непонятно главное: какие таинственные силы обеспечивали восстановление электронных орбит после их возмущений. Вот у спутника, на околоземной орбите, никаких восстанавливающих орбиту сил нет: в результате небольшого возмущения – например, кратковременного включения двигателя – свободный полёт продолжается уже по новой орбите. А в атомах восстанавливающие силы есть – об этом свидетельствуют и воспроизводимость размеров атомов, и характеристические атомные спектры излучения-поглощения. «И, ведь, самовосстанавливаться есть после чего. Вон, при столкновении пары спутников, запущенных во встречных направлениях и летящих со скоростями в несколько километров в секунду, от них останется мало чего пригодного к употреблению. А орбитальные скорости электронов в атомах, по теоретическим раскладочкам, составляют пару тысяч километров в секунду. Прикиньте-ка, что будет даже при лёгком соприкосновении двух атомов, электроны которых столкнутся своими лобешниками. Ну, допустим, что лобешники у них достаточно железобетонные, так что ошмётки от электронов не полетят. Но ведь их орбитальное движение, как бы, немного нарушится, правда? А теперь вспомните, что в газах, при нормальных условиях, из-за теплового движения атом испытывает примерно миллиард столкновений в секунду. И – ничего, остаётся самим собой. Живучий, стервец!» [Д9].
|
|
|
Словом, идея об орбитальном движении атомарного электрона завела в такие дебри, что теоретики нашли остроумный выход: вообще отказаться от представлений о каком бы то ни было движении электронов в атомах. Метод Шрёдингера позволяет описать любые конфигурации плотности вероятности нахождения электрона в атоме. Но при этом электрон выступает не в роли частицы и не в роли волны, а в роли размазни, называемой электронным облаком. Там нет движения электронов по орбитам – а, значит, нет и центробежных сил, которые в моделях Резерфорда и Бора удерживали атомарные электроны от падения на ядро. Спрашивается: что удерживает электронное облако от схлопывания на ядро? До сих пор наука не выработала ответа на этот вопрос.
Но это не всё. Опыт свидетельствует о феномене направленных валентностей в атомах – благодаря этому феномену, в частности, возможно существование кристаллических структур, которые держатся на химических связях (например, алмазов). Речь идёт о прямых указаниях на то, что валентные электроны на периферии атома локализованы в достаточно компактных областях, причём взаимное расположение этих компактных областей на периферии атома является достаточно стабильным – оно описывается с помощью понятия «валентные углы», которое несовместимо с представлениями об орбитальном вращении электронов. Поэтому изобрели метод атомных орбиталей, который позволяет с блеском описать любую наперёд заданную (в том числе и несуществующую) валентную конфигурацию – не давая никаких объяснений насчёт того, каким образом такая конфигурация поддерживается.
Добавим, что для объяснения атомных структур предлагались и ещё более оригинальные идеи – например, основанные на учении Пригожина о «способности вещества к самоорганизации». Это учение – выдающееся по своей объяснительной силе – мы не будем комментировать. Пусть-ка лучше его сторонники попробуют эмиттировать в вакуумную камеру протоны, нейтроны да электроны – и пусть порадуются, если из них «самоорганизуется» хотя бы один атом тяжелее водородного. До сих пор все искусственные превращения атомов производились только с природными атомными «заготовками». Покорёжить или разрушить готовый атом – это наука может, а синтезировать устойчивый атом из свободных протонов, нейтронов и электронов – это науке слабо.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!