Условия, необходимые для существования устойчивого атома
В статье представлена гипотеза, позволяющая построить основу модели двухэлементного атома, не излучающего энергию в состоянии покоя.
Примечание: Чтобы легче понять эту статью, желательно до этого прочитать часть 1 книги [1] или же статью [2], помещённую ранее в мировой сети.
1. Причинность и мистика лежат по разные стороны от границы познания
На основе своих экспериментов с альфа-частицами в 1911 г. Эрнест Резерфорд (1871-1937) пришёл к выводу [3], что составляющие элементов атома – электроны и ядро, имеют в сумме очень незначительный объём по сравнению с объёмом атома как целого. Пример подобного мы уже имеем в природе – это планетная система со звездой в центре. Здесь огромный объём системы создаётся за счёт движения (лёгких) планет вокруг (тяжёлой) центральной звезды на огромных расстояниях от неё. За счёт кругового движения планет сила притяжения звезды уравновешивается центробежной силой. Поэтому планеты находятся в состоянии динамического равновесия и не падают на звезду. Отрицательно заряженные (лёгкие) электроны также испытывают силу притяжения со стороны (тяжёлого) положительно заряженного ядра. Напрашивающейся аналогии возможного построения атома мешало единственное: законы Максвелла и опыты Герца, из которых следовало, что колеблющиеся относительно некоторого центра электроны должны излучать энергию. При этом получается, как и в космологии, что чем ближе электрон к ядру, тем с большей скоростью он должен вращаться, тем больше “частота колебаний”. А так как сам атом имеет весьма малые размеры, то необходимая скорость движения электрона сопоставима со световой скоростью и частота колебаний, соответственно, весьма высока. А чем выше частота колебаний, тем больше энергия излучения – тем быстрее падение электрона на ядро.
Чтобы спасти “потрясающе красивую идею планетарного атома”, Резерфорду пришлось предположить наоборот, что при уменьшении радиуса вращения (в микромире) излучение энергии не только уменьшается, но и прекращается вовсе.
- Почему? По какой причине?
На этот вопрос Резерфорд ответа, конечно, не знал. “Так получается”. “Так надо”.
Здесь не только не указана причина прекращения излучения, но отсутствует и ответ на вопрос о величине области перехода, когда электрон перестаёт излучать, и о том вещественном, что эту область перехода вызывает. То есть, отсутствует ответ не на один вопрос, а, по крайней мере, на несколько. Ответа на эти вопросы не существует и теперь, спустя 100 лет.
Резерфорд смог убедительно объяснить, почему атом должен быть “пустым”, т.е., почему между ядром и электроном должно быть (относительно большое) расстояние. А вот устройство атома, как это получается, что электрон, который притягивается к ядру, до него всё-таки не доходит, а остаётся на некотором расстоянии от него, - вот этого он объяснить (так, чтобы мы ему поверили) не смог.
Как раз здесь (в данном вопросе) и лежит граница нашего познания.
Когда мы можем ответить на вопрос “почему” - мы знаем, а когда говорим “так получается”, “так надо” - мы не знаем правильного ответа, начинается фантазирование, мистика, равносильная ответу “так Бог устроил”.
2. Без фантазирования, без предположений нет движения вперёд
Разумеется, Резерфорда обвинить ни в чём нельзя. Он выдвинул гипотезу, что каждому позволено. Но мы всегда должны вспоминать про практику, наши гипотезы не должны противоречить множеству очевидных фактов. Ньютон в подобной ситуации поступил более осторожно. Не зная, как объяснить наличие притяжения между небесными телами, он якобы ответил: “Гипотез не измышляю”. Древние греки не гнушались измышлением гипотез. В поиске истины они делали различные предположения, и доказывали, например, что на их основе мы приходим к абсурду. Следовательно, говорили они, справедливо противоположное предположение. Метод так и называется “доказательство от противного”.
Методом от противного Резерфорд мог немедленно доказать неправильность своего предположения. Но всегда ли этот метод применим?
Разрешение противоречий, стоявших перед Резерфордом, можно было искать и на основании следующего логического предположения: если электрон никогда не сталкивается с ядром, значит, существует сила, которая этому препятствует [4].
Более традиционно эта мысль выражается в форме гипотезы (предположения), которая должна звучать так:
Сила притяжения между электроном и ядром атома в непосредственной близости между ними (в микромире) переходит в силу отталкивания. Предполагается, что сила отталкивания растёт по мере сближения так быстро, что соприкосновение между электроном и ядром в естественных условиях невозможно.
К сожалению, и это предположение исходит из того, что в микромире нарушается один из экспериментально установленных законов природы, а именно – закон Кулона.
Разве можно позволить себе покуситься на закон, установленный экспериментально? Конечно, нет. Но закон Кулона установлен в области размеров, которые очень далеки от экспериментально установленных размеров атома.
А логика? Ведь по логике вещей электрические силы должны очень быстро возрастать по мере уменьшения расстояния между зарядами!
Да, но такое мы могли бы утверждать только в том случае, если бы у нас была теоретическая схема, поясняющая возникновение электрических сил, и из неё неукоснительно следовало бы указанное заключение. Но и здесь это заключение не должно было бы давать возможности изменения схемы из-за уменьшения расстояния. Но у официальной физики такой схемы, к сожалению, нет. Закон Кулона ничего не объясняет, он только установил экспериментальный факт, закономерность, справедливая в нашем обычном мире. О справедливости этого закона в микромире, в мире атомов, он ничего не говорит. Поэтому указанное предположение вполне допустимо.
В пользу этого предположения говорит, прежде всего, то, что в этом случае все вещества будут способны выдержать любые сжимающие давления, что и наблюдается на практике. Предположение же Резерфорда невероятно при самых обычных давлениях. Представьте себе напёрсток, в который помещены миллиарды миллиардов маленьких солнечных систем, имеющих самую различную ориентацию в пространстве. Причём не медлительных, с оборотами планет за один год, а с триллионами оборотов за одну секунду! Можно ли себе представить, что при этом не будут происходить непрерывные крушения “планет”, причём часто с падением на поверхность “солнца”? Для случая одноэлектронного атома это конец атома. А что будет при давлениях в сотни и тысячи раз больше обычных давлений – об этом даже подумать страшно.
Но ведь при любых давлениях ничего подобного не происходит? В соответствии с новым предположением ничего и не должно происходить. Но при любых даже самых малых воздействиях на электрон должны начаться его колебания около положения равновесия, что, соответственно, должно сопровождаться излучением энергии. Но и это тоже наблюдается на практике. При химических реакциях, при изменении агрегатных состояний, при просыпании зерна после зимней спячки, - всегда происходит излучение энергии.
Уже из этих нескольких сравнений видно, что новое предположение лучше сделанного Резерфордом.
3. Дурной пример заразителен
Новые факты всегда надо объяснить с указанием причины. Пусть неправильно, но объяснить надо. Без этого человек не может. Должна быть представлена гипотеза, объясняющая причину обнаруженного нового явления.
Люди давно заметили движение звёзд по небу и перемещение планет относительно звёзд. Чтобы как-то объяснить то, что ни звёзды, ни планеты не падают на Землю, на которую, как известно, всё падает, они были помещены на хрустальных сферах. Сферы были нужны, потому что людям было очень трудно представить безопорное движение. Когда Коперник доказал, что Земля, как и все планеты, вращается вокруг Солнца, от хрустальных сфер для планет можно было бы отказаться, так как в отношении Земли о подобной сфере никогда не говорили. Но от этой всем понятной идеи было очень трудно отказаться. Поэты ещё очень долго говорили о звучании космических сфер уже после того, как появилась теория о всеобщем притяжении, позволившая понять, почему возможно безопорное движение.
Мы ещё очень многого не знаем, и поэтому нам приходилось прощать исследователям, если они всё-таки не всегда указывали нам на причину явления. Причину тяготения Ньютон не объяснил, и ничего, сошло.
Резерфорд тоже не объяснил, почему электрон при движении вокруг ядра не излучает энергии. Ньютон не объясняет причин, а он должен объяснять? Одно исключение, второе – и вот уже появилась традиция. Автору этих строк также пришло в голову, что можно не объяснять причину, почему при весьма малых расстояниях все заряды отталкиваются друг от друга. Совпадает с практикой, что ещё надо?
Один из критиков автора, не согласившийся выразить свою мысль письменно, устно передал через общего знакомого: “Не может этого быть”. У автора было готово возражение, но обнародовать он его не стал, ибо оно ему самому не нравилось. Вдруг найдётся лучшее объяснение? Несколько читателей высказали автору примерно следующую мысль: “Вы создали схему возникновения электрических сил притяжения и отталкивания. А вот возможность существования статического атома просто предположили. Вот если бы Вы показали также схему возможности его возникновения, обе части Вашей книги от этого только бы выиграли”.
Можно сказать, что от автора требовали ответа, пусть даже не очень убедительного. Кем-то уже давно высказана мысль: “Лучше неправильная теория, чем никакая”. Почему это лучше? По простой причине. Тогда можно искать ошибку, чтобы исправить ошибочную теорию, ошибочное предположение. Создавать теорию на пустом месте гораздо труднее.
Схему возникновения электрических сил автор искал “для самого себя”. Если бы эта схема не выдала дополнительную информацию, вряд ли стоило с неё штурмовать научный Олимп. Слишком велик был страх лезть в теоретическую физику, в которой имеют право что-то сказать “только корифеи”. Но при этом была одновременно найдена схема, объясняющая дальнодействие. Схема, которую искали многие исследователи, начиная с момента появления теории о всеобщем притяжении. Собственно, именно теория о всемирном притяжении и родила проблему необходимости объяснения дальнодействия.
Схему статического атома автор начал разрабатывать раньше. Поэтому, когда появилась гипотеза о том, что все элементы атома должны вблизи отталкиваться друг от друга, никакого объяснения этому у автора и не было. Он просто заметил, что эта гипотеза позволяет продвинуться вперёд.
Когда же была создана схема возникновения электрических сил, перед ним немедленно появилась задача объяснить возможность существования статического атома. Другими словами, надо было объяснить, почему тела, притягивающиеся издали, вблизи начинают отталкиваться. Пока не было схемы появления электрических сил, эта задача не стояла и не могла стоять, ибо вообще не было ни одной схемы возникновения сил природы. Теперь же необходимость её решения казалась сама собой разумеющейся. Задача как таковая была на этом этапе уже несложной, но смущала необходимость принятия ещё одной гипотезы.
4. Чем меньше гипотез, тем лучше
О том, что желательно не нагромождать гипотезы, говорил ещё Эмпедокл. К новым гипотезам все относятся с большим подозрением. Любая гипотеза, хоть немного, но меняет наше представление о мире. Когда же автор стал размышлять над предложением своих читателей, ему вдруг пришло в голову, что, собственно говоря, никаких гипотез до этого им и не высказывалось…
Конечно, гипотезы были, много гипотез, но все они высказывались в процессе написания статей. Когда же стала излагаться книга, все эти гипотезы уже не понадобились. Книга потому и стала писаться, так как всё сильно упростилось.
Итак, по порядку.
Изложение нового в книге [1] началось с главы 3. Было сказано, что элементарные электрические заряды являются не действительными, а кажущимися источниками и стоками. Но это было не предположение, а вывод, заключение.
Дальше в книге говорится о том, что электрические потоки не могут быть жидкостью. Этот вывод сделан давно и не автором. Об этом понадобилось вспомнить для того, чтобы сказать, что электрический поток состоит из частиц. Даже жидкость и та состоит из частиц. Что же этим было сказано? В жидкости существует скорость общего направления частиц жидкости и скорости частиц относительно друг друга. Если частицы не связаны друг с другом, то это не жидкость. Но и не газ. То есть, этим было сказано, что движение частиц эл. потока происходит без сталкивания друг с другом. Если это и было предположение, то весьма несущественное. Это просто надо было сказать.
Дальше идёт речь о необходимости существования порождающего потока и его свойствах. Но и это выводы, а не предположения. То, что электрические силы возникают не сами по себе, а вызваны существованием электрических потоков, тоже вряд ли можно назвать предположением. Это тоже вывод или даже просто утверждение.
Дальше выясняется, что для того, чтобы возможно было возникновение электрических сил, необходимо, чтобы частицы электрического поля проходили через электрон или протон, и при этом происходила их инверсия. Кто-то из оппонентов автора, опять-таки в устной форме, сказал, что это прямо-таки фантастика.
Фантастика? Что именно? То, что частицы эл. поля могут входить в тело заряда и выходить из него, придумано не автором, а родоначальниками электростатики. По их утверждению электрический поток выходит из положительного заряда и входит в отрицательный. Из этого следует, что внутри тела заряда существуют накопители электрического потока. Вывод, сделанный автором, гораздо проще (менее “фантастичен”) – частицы электрического потока просто проходят тело заряда насквозь, без накопления в теле заряда. Остаётся инверсия, некоторое изменение состояния частицы эл. потока, претерпеваемое при этом прохождении. В этом опять-таки нет ничего фантастического. Нам известны различные изменения состояния света при прохождении вещества. Причём наличие инверсии является не предположением, а выводом, так как без его наличия эл. поле было бы ненаблюдаемым и отсутствовало бы взаимодействие между зарядами.
В книге нет никакой фантастики, никаких “диких” предположений, только рассуждения и логические выводы. Просто к этому представлению о свойствах частиц эл. потока мы ещё не привыкли. Всё новое всегда принимается в штыки.
5. Необходимо одно единственное предположение
После этого может последовать ещё один вывод. Так как атом явно не излучает энергии в состоянии покоя, то он должен быть статической системой. Электрон и ядро заряда в состоянии покоя атома должны быть неподвижны относительно друг друга. При этом между ними должно быть вполне определённое расстояние, обеспечивающее достаточную “пустоту” атома. При этом расстоянии между электроном и ядром должно полностью отсутствовать силовое взаимодействие.
При наличии схемы возникновения электрических сил, основанной на взаимодействии частиц эл. поля с телами зарядов в соответствии с [1] или [2], это можно легко осуществить на основе следующего предположения:
Процесс инверсии частицы эл. поля при прохождении тела элементарного заряда не успевает завершиться внутри тела заряда. Он продолжается в течение некоторого времени после выхода частицы эл. поля из тела заряда. В этом промежуточном состоянии частица эл. поля отражается от тела заряда любого знака.
Совершенно ясно, что это условие при достаточно малом расстоянии приводит к отталкиванию всех элементарных зарядов друг от друга. Следовательно, на каком-то расстоянии сила “притяжения” между электроном и протоном перейдёт в силу отталкивания.
Заключение
Фантастично ли это предположение? Безусловно, да. Фантастично – как всё, что нам до сих пор не было известно. Но оно гораздо менее фантастично невысказанного предположения основателей электростатики о том, что электрический поток может бесконечно накапливаться в теле (отрицательного) заряда. Это предположение не было высказано в явном виде. Было высказано только то, что наблюдалось, что показалось очевидным. Именно это помогло этому невысказанному предположению просуществовать три столетия. Но что иное может происходить, если электрический поток в (отрицательный) заряд втекает, втекает и втекает?
Новое предположение не является мистическим типа предположения Резерфорда. Здесь есть причина – происходит процесс инверсии. Естественно, что он не может быть мгновенным. Радиус действия этого процесса также ограничен и должен составлять расстояние порядка размеров атома. Этому тоже есть причина – окончание процесса инверсии. Никакой мистики, полное отсутствие беспричинных явлений.
Разумеется, автор не настаивает на том, что это абсолютная истина. Многое, что нам на определённом этапе кажется очевидным, потом оказывается только кажущимся. Таков путь познания. Для того, чтобы кто-то мог случайно залезть в глубокий колодец и, взглянув наверх заметить, что звёзды светят и днём, кто-то раньше должен подать всем понятную идею о том, что звёзды – это ночные костры небесных охотников. И до этого тоже надо было додуматься.
Абсолютной истиной могут быть только экспериментальные данные. Но уже их толкование может быть ложным.
Упомянутые источники
Johann Kern. Разгадка вечных тайн природы, Санкт-Петербург, Издательство Политехнического университета, 2010
Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?
Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
