Атомная физика для "чайников"
|
Выпуск 152 Лаборатория Наномир Когда реальность открывает тайны, Атомная физика для "чайников" В век квантовой механики писать учебник по классической физике микромира - кощунство, но история развития науки говорит нам, что именно так произошёл переход от геоцентрической картины мира Птолемея к гелиоцентрической картине мира Коперника. Слово "квант" уже целый век не сходит со страниц учебников по атомной физике. Это связано с тем, что объекты микромира так малы, что их не видно даже в самый сильный оптический/электронный/туннельный и пр. микроскоп. Именно поэтому в мире атомов и молекул так легко запутаться, что, собственно, и случилось с исследователями микромира в начале прошлого века. Главная проблема квантовой физики появилась в процессе следующего рассуждения. Если электрон в 1800 раз легче протона, то он должен быть во много раз меньше протона. Мы привыкли к тому, что более лёгкие объекты макромира мельче более тяжелых. Это так привычно и очевидно, что мысль о том, что электрон может быть крупнее протона у физиков не появилась. Точнее, она появилась у Дж. Дж. Томсона и Луи де Бройля, но была столь необычна, что не нашла должного внимания и понимания в научном мире. В 1928 году Дж. Дж. Томсон даже прочел лекцию "За пределами электрона", в которой речь шла о том, что некая область "за пределами электрона" имеет размер атома водорода. Физики так и не догадались, что эта область в действительности является не "за пределами электрона", а самим электроном. Наша ближайшая цель, уважаемый читатель, разобраться, почему более лёгкий электрон крупнее более тяжелого ядра в десятки тысяч раз? Для ответа на этот "простой" вопрос нам придётся сделать ряд научных открытий, но пусть Вас это не пугает. Как сказал великий Фейнман, "что сумел понять один глупец, сможет понять и другой"). К сожалению, сам Фейнман не смог или не захотел понять классику микромира, о которой ему написал в письме Кеннет Снельсон... Первое открытие, которое нам придётся сделать вместе, это открытие механизма инерции. Зная, почему атомное ядро массивнее электрона, т.е. обладает большей инерцией, у нас появится шанс понять, почему электрон может быть крупнее атомного ядра. Многие слышали о знаменитой формуле E=mc^2, но вряд ли кто-то знает, какой механизм связывает энергию и массу (меру инертности). Сделать это открытие нам поможет
цепочка Герона Александрийского. Кажется, что по ней бежит колечко, но в действительности это - волновой процесс. Кольца переваливаются по очереди. При этом создаётся иллюзия движения одного кольца. А теперь представьте себе, что примерно так устроен фотон (частица света).
Если цепочку Герона замкнуть, то "колечко-волна" пойдет по кругу. Так можно
представить себе электрон. Это -
электромагнитный процесс
замкнутый в кольцо, в котором волна
движется со скоростью света.
Такую модель электрона в атоме водорода предложил ещё Луи де Бройль, но физики её отвергли по той причине, что взаимодействие волновых процессов, замыкание их в кольца возможны только при проявлении нелинейности среды. Обнаружить нелинейность светоносного эфира оказалось для физиков непосильной задачей. Ведь частицы обычного света не взаимодействуют между собой в экспериментах... Однако с ростом энергии взаимодействие начинает проявляться. Физики уже обнаружили взаимодействие гамма-квантов с лазерным лучом. В процессе этого взаимодействия рождаются электрон-позитронные пары. Но в начале двадцатого века физики ещё не знали об этом и думали, что фотоны, точнее гамма-кванты любых энергий не взаимодействуют между собой. Но теперь мы с Вами знаем, что с ростом энергии это взаимодействие проявляется. А это значит, что фотон высокой энергии можно замкнуть в ... электрон. Вы ещё не догадались, что мы стоим на пороге великого открытия? Открытия механизма инерции... Вернёмся к обычной волне. Например, волне на поверхности воды.
Есть ли у этих волн инерция? Толкают ли они зеркало при отражении? Эксперименты показывают, что волны могут толкать зеркло, могут, напротив, тянуть, как волна по натянутой верёвке, а могут и не толкать, и не тянуть, т.е. вообще не передавать продольного импульса.
Однако, эксперименты со светом показали, что свет оказывает слабое давление на вещество. Это значит, что фотоны переносят импульс, направленный в продольном направлении, а это означает, что волна в электроне обладает инерцией. И эта инерция в определённых условиях пропорциональна энергии волны.
Что же происходит с инерцией световой волны, когда она замыкается в кольцо? При движении волны по кругу инерция её движения превращается в инерцию покоя. Так и рождается масса ... покоя :) Видите, как легко делать фундаментальные научные открытия? Теперь мы с Вами знаем, откуда берётся масса у электрона. Изменить направление движения волны можно с помощью другой волны. При взаимодействии двух волновых процессов
степень их изменения обратно пропорциональна энергиям. Отсюда вытекает второй закон Ньютона, но ... не только! Отсюда же вытекает и закон сохранения импульса! Есть и ещё один частный закон (сохранения проницаемости), о котором физики ещё не знают. Он тоже вытекает из общего закона Кушелева: Степень изменения взаимодействующих процессов обратно пропорциональна их энергиям.Теперь мы с Вами знаем, почему элементарные частицы обладают инерцией (массивны) и взаимодействуют по законам Ньютона. Но для определения размеров элементарных частиц этих знаний недостаточно... "Нужна информация" (Из к/ф "Короткое замыкание") Чтобы разобраться, как зависит размер закольцованной волны от её энергии, придётся разобраться, как зависит энергия волны от длины волны, зажатой между зеркалами. Вообще-то энергия волны зависит не только от частоты, но и от амплитуды. Но в фотонах (частицах света), как показал фотоэффект, энергия линейно зависит от частоты. Отсюда напрашивается вывод о том, что амплитуда электромагнитной волны в фотоне неизменна, а ограничение амплитуды волны - признак нелинейности среды... Но не будем пока "копать так глубоко". Для очередного фундаментального открытия нам достаточно будет знать, что в элементарных частицах амплитуда электромагнитной волны ограничена, поэтому их энергия (почти) линейно зависит от частоты. Но в этом случае чем больше энергия (и масса!), тем меньше длина волны и размер элементарной частицы! Вот мы с Вами и открыли классическую механику элементарных частиц... E=hf, A=const Энергия элементарной частицы пропорциональна частоте при постоянной амплитуде электрического поля. -Позвольте, но это же формула Планка! -Совершенно верно! Только это уже не формула, а система. Система уравнений Кушелева... Теперь мы знаем, что амплитуда волны в элементарных частицах ограничена, а размер элементарных частиц (по крайней мере лептонов) обратно пропорционален их энергии. Но это лишь в первом приближении и только для частиц с одинаковой геометрией структурообразующего процесса. Модель молекулы воды (Збигнев Огжевальский, 1969г.) Из таких частиц могут образоваться оболочки атомов и молекул. -А почему кулоновская сила действует на центр кольца? Ведь в центре-то ничего нет?! -Не торопитесь с выводами, "электрон так же неисчерпаем, как атом" (В.И.Ленин). Кольцом обозначена лишь самая жёсткая составляющая электрона, т.е. закольцованный электромагнитный луч с длиной волны Комптона. Эта составляющая похожа на обод колеса. Роль спиц выполняют натяжения Максвелла-Кушелева, т.е. по существу напряжённая структура светоносного эфира,
заполняющая всю видимую Вселенную. Збигневу Огжевальскому и Кеннету Снельсону не удалось разгадать механику атомных ядер и более тонкую механику светоносного эфира. Дальше всех в этом направлении продвинулся Джеймс Клерк Максвелл.
Моя модель кристаллоподобного эфира "Наномир" оказалась усовершенствованной моделью "шестерёнок Максвелла"...
Элементарная ячейка шестерёнчатой модели Кушелева
Колебания элементов эфира (планкионов) - это и есть электромагнитные колебания.
Распространение колебаний в среде порождает волны. В данном случае электромагнитные. -А как же через кристаллический эфир продираются планеты? -Планеты состоят из элементарных частиц, а эти частицы "живут в эфире", как звук в обычном кристалле. Как звук "продирается" через кристалл? ;) -А почему эфир не может быть идеальной жидкостью, как у Максвелла или идеальным газом, как у Ацюковского? -Поперечные волны не могут распространяться ни в жидкостях, ни в газах. Только в твёрдом теле. А совершенным твёрдым телом является кристалл... -А кто сказал, что электромагнитные волны могут быть только поперечные?
-Максвелл. А Герц подтвердил это экспериментально. Речь идёт о дальней зоне излучателя. В ближней зоне угол между векторами электрического и магнитного поля может существенно отличаться от прямого. -А как быть с квантованием в микромире? -А также, как и в макромире.
Энергия связи магнитов вполне квантована. Давайте попробуем объяснить линейчатые спектры излучения/поглощения атомов. Почему при переходе электрона с одной оболочки на другую выделяется/поглощается вполне конкретная энергия? Почему даже один атом водорода имеет сложный линейчатый спектр? Начнём с того, что спектр отдельного атома водорода наблюдать затруднительно. Обычно наблюдают спектр разряженного газа. При этом наблюдаются серии спектральных линий. Первой была замечена серия Бальмера, который угадал формулу, по которой можно (иногда очень точно!) вычислять отношение длин волн в серии. Длины волн менялись по квадратичному закону.
Где n - главное квантовое число - натуральное число большее 2. Длина волны, нм: 656.3, 486.1, 434.1, 410.2, 397.0, 388.9, 383.5 ... 364.6 Из эмпирической формулы видно, что речь идёт о неком резонансном процессе с целым числом волн. Это и натолкнуло Луи де Бройля изобразить электрон в виде стоячей волны в атоме водорода. Однако, длина волны электрона оказалась много меньше. Комптоновская длина волны электрона равна 2.4264... пикометра. Спектральную серию определяет другая волна. Стоячая сферическая волна, возникающая вокруг атомного ядра. Электрон может перепрыгивать из одной узловой точки в другую, как это происходит с каплями в стоячей акустической волне:
Здесь видны слои тумана, расположившегося вдоль узловых поверхностей. Каплям мешает левитировать гравитация, а электрону - притяжение а атомному ядру. В эксперименте можно наблюдать, как капли перепрыгивают с одого уровня на другой. Так же перепрыгивают и электроны в возбуждённом атоме. Возбуждённые атомы окружены сферическим полем стоячих волн, причём узлы (сферические поверхности) находятся на равных расстояниях друг от друга, а энергия связи электронов
меняется по закону Кулона, т.е. по квадратичной зависимости. Кстати, по ширине и интенсивности спектральных линий можно оценить добротности резонансов возбуждённых атомов. Эту же добротность можно оценить и другим способом. По времени перехода в невозбужденное состояние. Электрон "ливитирует" в узле стоячей электромагнитной волны до тех пор, пока амплитуда волны не снизится до критической, после чего электрон перескакивает на более нижний уровень. А амплитуда снижается за счёт потерь в резонаторе (возбуждённом
атоме). Вот так просто объясняются линейчатые атомные спектры. Никаких квантовых премудростей, чистая классика :)
А теперь рассмотрим опыт Штерна-Герлаха, который якобы указывает на ошибочность классической физики.
Изготовим магнитную пикотехнологическую модель атома серебра.
Изомер атома парасеребра SN-NS притягивается к S-полюсу магнита
и отталкивается от N-полюса  Видеозапись (mpg, 4Mb) движения магнитной моделиатома парасеребра в неоднородном магнитном поле. Видеозапись (avi, 10Mb) движения магнитной моделиатома парасеребра в неоднородном магнитном поле. Подробности для любознательных. Таким образом, мы с вами убедились, что микромир может быть описан на уровне наглядных моделей классической физики.
 Инвестирование научных проектов Приглашаем инвесторов и меценатов. Александр Юрьевич Кушелев. Лаборатория "Наномир" Город: Москва Телефоны: e-mail: nanoworld2003#narod.ru
Ярослав Старухин (главный менеджер лаб. Наномир) Телефон: 8-926-2109383 |
| В избранное | ||
