Johann Kern, jo_kgmx.net
(Дополнение к статье «Набросок наглядной модели атомного ядра» [1])
К сожалению, любая теория, связанная с явлениями природы, тащится позади эксперимента. Иное, на мой взгляд, невозможно. Предсказывать ранее неизвестные явления природы люди ещё не научились. Подобное, правда, возомнили некоторые математики, но у них не обошлось без наличия детских ошибок в выкладках, что сделало их предсказания не более ценными, чем предсказания гадалок.
Нельзя рассказать о том, как возникает радуга, если ты её никогда не видел или, хотя бы не слышал о ней. А как только увидел — и сразу появилась возможность эксперимента, который, возможно, позволит проникнуть в тайну. Согласитесь, попытка подойти к радуге поближе, это уже своего рода эксперимент. В результате его мы уже что-то узнаём о свойствах радуги. Дальше — больше. Мы узнаём, что радуга возникает только во время дождя, причём одновременно должно светить солнце. Это тоже уже кое-что. Но за тысячи лет мы узнали о ней удивительно мало. Понадобился весьма осознанный и целенаправленный эксперимент Декарта со стеклянной моделью капли дождя, чтобы мы стали более или менее хорошо понимать, что представляет из себя радуга и как она возникает.
Мы обо всём судим со своей колокольни, то есть на основе уже существующего у нас опыта. По Земле всё ходит или ползает, находясь в прямом контакте с поверхностью земли, воды, скал или, например, дерева. Хотя мы все знаем о наличии птиц или бабочек, летающих в воздухе, но рано или поздно и они должны приземляться. Поэтому и планеты, вечно двигающиеся по небосклону, мы для лучшего понимания существа дела, разместили на поверхностях прозрачных сфер. Хоть и прозрачная, для нас невидимая, а опора. А как без опоры?! Только через много тысячелетий, благодаря многотрудным размышлениям Коперника, мы осознали, что планеты могут двигаться в пространстве без опоры на что либо. Но идеи Коперника, разумеется, нисколько не помогли нам относиться к новым явлениям иначе, как на основе уже имеющегося опыта. Только люди, не умеющие мыслить, могут возомнить, что неизвестные нам законы природы можно угадывать без того, что мы заметили противоречие какого-либо явления с уже имеющимся у нас знанием, опытом.
Издали всё кажется похожим на точку или на небольшой комочек, шарик. Но вот мы всё ближе и ближе подходим к этому предмету, и потихоньку распознаём черты давно знакомого нам предмета, живого существа или, например, пламя костра. У всего есть свои очертания, но издали мы снова и снова всё принимаем за точку или комочек. Поэтому нет ничего удивительного в том, что величайшие умы человечества (или почитавшие себя за таковых), когда появилась необходимость говорить о том, что все предметы состоят из мельчайших частичек, неделимых атомов, стали представлять их в виде точек или шариков. Оно бы хорошо приблизиться к ним, чтобы получше рассмотреть, но это оказалось чрезвычайно трудно. Даже изобретение мощнейших микроскопов тут не очень может помочь. То, что мы хотим видеть в виде шариков, мы до поры до времени будем видеть в виде шариков.
Резерфорд, сделавший в 1911 г. на основе эксперимента с обстрелом алфа-частицами тонкой фольги (1909 г.) вывод о том, что атом такой же пустой, как и вселенная, но содержит в центре очень маленькое ядро, естественно, предположил, что это ядро круглое. И дело тут не только в том, что ему пришло в голову, что так как атом должен всё-таки обладать каким-то объёмом, то вокруг ядра должны вращаться электроны, подобно тому, как вокруг солнца вращаются планеты. А на что похожи планеты издали? На точки. А какую бы форму вы предложили, не используя никакой дополнительной информации?! Любую другую форму надо обосновать. А форму шара обосновывать не надо.
О необходимости толкования полученных результатов знали по крайней мере ещё два других участника эксперимента, Ханс Гейгер и Эрнст Марсден (Резерфорд был их рукводитель), но и они не смогли предложить лучшего вывода. Но что-то им в этом напрашивающемся выводе не нравилось. И они целых два года искали альтернативу ему. Это показывает, как трудно уйти от мыслей по аналогии и придумать нечто совершенно новое. Они знали солнечную систему, которая «совершенно пустая», и решили, что другого решения, кроме аналогичного, не существует. Повидимому, они хорошо видели недостатки этого толкования, но другое не появлялось.
Этим толкованием было одновременно создано две неразрешимые проблемы. Вращающийся вокруг ядра электрон должен излучать энергию и вследствие этого упасть на ядро. А это конец атома. Вторая проблема — миллиарды миллиардов электронов атомов газа, находящиеся внутри объёма величиной с напёрсток, будут совершать вокруг ядра триллионы оборотов в секунду каждый , и будут неминуемо сталкиваться, что опять-таки должно приводить к очень быстрому их столкновению с ядрами, и к концу атома. О том, что газ при этом сможет поддерживать какое-то давление, даже и говорить не приходится.
А любое вещество, будь то газ или твёрдое тело, способно выдерживать неограниченно большое всестороннее давление.
Представьте себе, что вы в пространство, занимаемое солнечной системой, поместили ещё миллиард-другой звёзд со всеми их планетами?! Да ещё и пытаетесь это пространство сжать, уменьшить в объёме!
Не решил эту проблему и Бор, который без какого-либо обоснования ещё через два года, в 1913 г. объявил, что на определённых орбитах электроны не будут излучать энергию. По молодости он ещё не понимал, что плохое решение нельзя улучшать, его надо отбрасывать. Никаких новых материальных элементов в модель атома он не внёс, но он внёс мистику — «разрешённые» орбиты, которые были объявлены устойчивыми. О проблеме столкновения вращающихся вокруг ядра электронов он, как и Резерфорд, даже не упоминал. Но модель атома Бора объявили устойчивой.
Ни Резерфорд, ни Бор не думали о том, что все вещества только ввиду определённых конструктивных особенностей обладают определёнными химическими свойствами. Ну как же, ведь химики тоже говорили только об их способности (валентности, лат. ) присоединять атомы, собираться в молекулы. Зачем лезть ещё и в химию?
Все проблемы для придания большей правдоподобности модели атома Бора стали решать с помощью введения всё новых и новых «эпициклов», как в своё время это делали с геоцентрической системой, не затрагивая основного недостатка. Модель атома Бора устойчива. Это не оспаривается. Точечные электроны вращаются вокруг точечных ядер. Это не оспаривается.
Но вот произошло неожиданное событие. Алхимия, которую уже все почитали бездыханной и непотеющей, вдруг снова стала подавать признаки жизни. Вся суть алхимии состояла в желании людей превращать не слишком ценные материалы в весьма ценные — например, в золото. Или, ещё лучше, обычные напитки превращать в напитки бессмертия. Эти цели могли бы решить многие проблемы не только обычных людей, но и людей весьма могущественных. Имея достаточно золота, можно набрать мощную армию и, наконец-то, одолеть опостылевшего и зазнавшегося воинственного соседа, будь он даже самим Александром Македонским.
Эта цель позволяла алхимикам вступать в контакт с герцогами и королями, чтобы получить средства на проведение своих опытов, а те, в свою очередь, заботились о том, чтобы они не переметнулись к их столь же жадным до власти соседним властителям. Многие алхимики поплатились при этом жизнью, но многие мошенники, знавшие азы алхимии, сумели прожить жизнь без банальной заботы о пропитании и о красивой одежде.
Благодаря бесконечным экспериментам и их классификации, алхимия из метода тыка постепенно превращалась в науку и стала называться химией. При этом забыли даже о главных её целях — о превращении свинца или ртути в золото и поиске напитка бессмертия. И то и другое стало считаться невозможным.
Этому способствовало, возможно, и то, что возникшие в физике знания об атомном ядре создали возможность новой мечты, мечты на создание источника бесконечной энергии с помощью синтеза лёгких ядер. Тем более, что противоположная операция, деление ядер, со временем уже позволила производить не только мощнейшие взрывы, но и получать энергию в управляемых атомных реакторах на основе деления ядер. Взрывы с помощью синтеза ядер тоже получались, но вот управляемый синтез заставляет себя ждать.
Разумеется, появлялись всё новые и новые идеи, как можно осуществить управляемый синтез, но попытка их осуществления каждый раз заканчивалась неудачей. А всё дело в том, что при этом надо было управлять потоками чрезвычайно горячих газов, температура которых должна достигать миллионов и даже десятков миллионов градусов. Другие варианты по существующей теории приводили к другим, но не меньшим проблемам. Высказывать мнение о том, что возможно всё-таки неверна сама теория, проверенная в тысячах экспериментов , никому даже и в голову не приходило.
В этой ситуации вновь получили шанс многочисленные махинаторы, умеющие выбивать деньги на эксперименты. Успех новых конструкций для управляемого синтеза лёгких ядер сперва обещали лет через десять-двадцать, а потом уже и через сорок-пятьдесят. Вот уж где раздолье для тех, кто постоянно кроит и шьёт невидимое платье для глупого короля!
Но беспрерывное отодвигание времени успеха в управлении реакцией синтеза, придало новые надежды экспериментаторам без средств, но с душой алхимика, которые всегда делали эксперименты методом тыка, на основе непроверенных предположений, надеясь на авось. Разумеется, подобное не слишком разумно, но когда экспериментаторов много, то шанс на успех всё-таки есть. Ведь иначе из алхимии никогда бы не появилась химия.
Экспериментаторы не по профессии, а по призванию, как и прежде, продолжали (ал)химичить, и вот, представьте себе, появились сообщения о том, что реакция синтеза протекает не только в неживой природе при температурах около 1000° -1500°, но даже и в организмах благородных кур-несушек и в лежащих под ними яйцах. Мало того, на эти же подвиги якобы способны некоторые растения и некоторые виды микробов [2].
Все истинные учёные, не имеющие права отступать от догмы (лишат не только высоких званий, зарплаты, но и самой работы) решили, что подобные сообщения не говорят ни о чём ином, как о происках лженауки. Вариант о том, что, возможно, неверна сама признанная всеми теория, истинные учёные опять-таки не рассматривали, ибо это означало признать себя некомпетентным со всеми вытекающими последствиями.
Но кое-кто из тех, кто не получает за свои исследования большую зарплату, могут позволить себе любые крамольные научные мысли. К ним относится и автор статьи, упомянутой прямо в заголовке [1]. Он подумал, что эти сведения могут быть дополнительным доказательством того, что не только общепринятая теория атома неверна, но неверно и само представление о том, что ядро атома в первом приближении похоже на точку, на весьма маленький шарик.
Дело в том, что уже в 2007 г. в монографии [3] автором была намечена теория атома, в которой учитывалась сжимаемость всех реальных тел. При её развитии понадобилось учесть и химические свойства атомов. Для учёта этих свойств электронам и ядрам понадобилось придать вполне определённую форму, в виде кольца или тора. Такая форма понадобилось для описания известных химических реакций на основе физических свойств атомов, следующих из химических реакций (без учёта чисто формальных правил о наличии такой-то валентности и без приспособления к математическим уравнениям, якобы требуемых для объяснения спектра газов).
Кроме того, пять лет тому назад была написана статья [1], в которой уже из совсем других условий была вновь получена не только тороидальная форма для ядер атомов, но даже и возможность того, что примерная форма ядра в виде тора получена как бы с помощью винтовой пружины, замкнутой в кольцо .
Тот, кто не следил внимательно за логикой развития статьи [1], может сказать, что подобный вывод — это уже слишком. Так можно заставить верить и тому, что в маленькой коробочке находится другая, гораздо большая.
Это верно. Но как вы отнесётесь к тому, что используя эти весьма необычные выводы, можно объяснить не только возможность синтеза при 1000° -1500°, но даже и возможность синтеза при обычной комнатной температуре?
- Так чем же для синтеза лёгких ядер форма ядра в виде кольца лучше, чем форма в виде шара?
Причина простая. Посмотрите на рис. 1, на котором показаны под углом друг к другу два ядра в форме тора (показано в разрезе).
Рис. 1. Два ядра в форме тора.
Для того, чтобы эти два ядра начали притягиваться друг к другу (чтобы началась реакция синтеза), достаточно приблизить друг к другу края этих колец. После этого оба кольца начнут схлопываться, как бы объединяясь в одно кольцо. Прикидочные расчёты показывают, что для случая протона при этом может первоначально вступить во взаимодействие примерно 1/1000 массы этих колец. Поэтому для их сближения нужно потратить намного меньше усилий.
Если же мы имеем ядро в виде шара (традиционная модель ядра) то в этом случае сближать друг с другом можно только всю массу обоих ядер. Другое невозможно. После этого может произойти их взрывной синтез.
Второе преимущество. В том случае, когда ядра имеют форму колец и первоначально сближаются только края этих колец, первоначальная сила взаимодействия будет весьма незначительной. Под её действием будет происходить относительно медленное схлопывание колец. Конечная выделенная энергия будет предположительно та же самая, но этот процесс, ввиду его гораздо большей длительности по сравнению со взрывом, будет больше похож на горение. И действительно, экспериментаторы не сообщают ни о каких взрывах. Процесс протекает относительно спокойно.
В-третьих, при этом якобы даже отсутствует губительное излучение, обычное при взрыве водородной бомбы. Это можно опять-таки объяснить относительно медленным протеканием реакции между двумя кольцами.
Разумеется, если ядра атомов кольцеобразные, то они и при взрыве термоядерной бомбы кольцеобразные, но там их сближают на огромной скорости посредством вспомогательного атомного взрыва, поэтому ни о каком медленном протекании реакции речи быть не может.
Если мы теперь в соответствии со статьёй [1], раздел 5, представим кольцо ядра в виде тороидальной винтовой пружины, то в зависимости от радиуса витков пружины и расстояния между витками (шага витков), относительная длина «проволоки» витков может оказаться в десятки раз больше по сравнению с длиной большой окружности тора. Это означает, что в первоначальное соприкосновение достаточно привести не 1/1000-ую, а 1/10.000-ую или даже 1/100.000-ую часть ядра. И в этом случае уже действительно можно говорить о возможности реакции синтеза при комнатной температуре — в растениях.
(К сожалению, при этом надо ответить на вопрос, почему возможные реакции синтеза уже не протекли давным давно в природе, без того, чтобы необходимые ингредиенты встретились в теле растений. Если этому найдётся объяснение, мы наверняка будем знать о реакциях синтеза гораздо больше, чем сейчас).
Возможность того, что кольцо ядра может иметь форму замкнутой тороидальной винтовой пружины, позволило бы ответить ещё на один вопрос, который в данный момент не имеет достаточно простого и разумного объяснения. Как известно, число природных элементов в таблице Менделеева не достигает ста (последний элемент имеет номер 92 — уран). Простого объяснения, почему число нуклонов в атомном ядре не может быть равным 200 или даже больше, не существует. Снежный ком может возрастать до бесконечности, почему этого не может атомное ядро?
Ядро же в форме тороидальной винтовой пружины даёт этому очень простое объяснение, связанное с шагом витка. Совершенно очевидно, что диаметр сечения витка пружины не может быть больше шага витка. Вот вам и ограничение, которое нельзя преодолеть даже с помощью ускорителей частиц.
Случайное совпадение? Возможно. Но похоже, что в новой теории ядра набралось уже слишком много совпадений, чтобы все они были случайными.
Факты — упрямая вещь, когда возмутителей спокойствия достаточно много. Вполне возможно, что за этими совпадениями что-то кроется.
На основе самых общих наблюдений автору удалось создать не только теорию атома [3], но и теорию ядра [1]. Обе эти теории не противоречат известным фактам, ибо созданы именно на их основе. Этим они резко отличаются от теории атома, созданной Резерфордом на основе единственного эксперимента, показавшем, что атом такой же пустой, как и вселенная. Эта «теория» была затем «развита» Бором на основе желания объяснить спектр излучения водорода. Все остальные факты, и прежде всего то, что как твёрдые тела, так и газообразные, бесконечно сжимаемы, учтены не были. Не думали они и о том, что все вещества обладают определёнными химическими свойствами.
Химию, как и физику, стали после этого подгонять под уже созданную модель атома, вводя всё новые и новые своего рода эпициклы. Но как эпициклы не могли соответствовать реальной картине вселенной, только усложняя и запутывая её, так и все «усовершенствования» изначально ущербной модели атома никогда не смогут привести к реальной картине микромира, а только делают её всё более непонятной.