А.Т.Серков Реальная физика Галилео Галилей А.К. Тимирязев Л.П. Хорошун к списку физиков
проф. Серков А.Т.
“Призрак научной революции бродит” в Интернете по научно-техническим сайтам. Всё чаще и настойчивее звучит критика в адрес грандов современной науки – теории относительности и квантовой механики. И всё неувереннее и скромнее защитники этих теорий. Но, как это часто бывает в жизни, цели выбраны неправильно и процесс буксует. Установилось некое динамическое равновесие в количестве и убеждающей силе “за и против” господствующих теорий. Учитывая мощный административный ресурс в руках сторонников господствующей парадигмы, если следовать этим направлением, то рассчитывать на изменение ситуации в обозримом будущем не приходится. Нужен новый подход, выбор такой цели, решение которой позволит преодолеть образовавшиеся завалы в физике и химии. В этой статье, которая является вводной, делается попытка обосновать такой новый подход. Затем на основе новых представлений в серии статей предполагается критически проанализировать положение дел в ряде ключевых разделов физики и химии, включая проблемы строения атома, химических связей, агрегатного состояния, теплоемкости веществ, энтропии. И всё это, выражаясь на манер ведущего телепрограммы “Сферы” Иннокентия Иванова, “рассказать всё своими словами”, т.е. демонстрируя простой и ясный подход к рассмотрению проблемы.
Главная цель грядущей научной революции в области физики и химии, а, по существу, в области всех естественных наук вовсе не отказ от теории относительности и квантовой механики. Они будут пересмотрены сами по себе, как следствие. Не надо забывать напутствие незабвенного Козьмы Пруткова: “Зри в корень!”. Главная цель и основное содержание грядущей научной революции – это ниспровержение “электропарадигмы”. Слово это новое. В справочниках Интернета его нет. Речь идёт о сложившихся представлениях на основе понятий положительного и отрицательного электричества. По существу, вопрос ставится не много не мало, как о замене фундамента современной науки. Объем и значимость “электропарадигмы” можно себе представить, если бы вдруг исчезло все связанное с электричеством. В физике осталась бы только одна механика, а химия превратилась снова в алхимию. Вот, что предстоит пересмотреть, переосмыслить. Фактический (экспериментальный) материал остается, конечно, неизменным. Изменяется его толкование. Ситуация до боли похожа на положение дел в докоперниковской геоцентрической астрономии. Видимое движение светил принималось за истинное. При переходе к гелиоцентрической системе экспериментальный материал сохранил свое значение. Изменилась система координат. Точно также вот уже больше 200 лет видимое притяжение и отталкивание принимается за взаимодействие некогда постулированных мифических положительных и отрицательных электрических зарядов. Предстоит установить истинную природу сил притяжения и отталкивания и на этой основе пересмотреть экспериментальный материал с новых позиций. Конечно, поставить такую задачу в условиях абсолютного господства существующей научной парадигмы можно только “будучи безумно храбрым” и с большим риском быть непонятым. И, тем не менее, настало время действовать. Альтернативой этому может быть появление очередной теории “суперструн” или “супергибридизации” химических связей и тому подобное.
Интуитивное беспокойство, что с электрическими силами “не всё в порядке” проявляется давно. Приведу в качестве примера высказывание одного из активных критиков современного состояния в физике А.Л. Шаляпина [1]:
“Понятие “электрический заряд” было введено в электричество на ранней стадии развития представлений о природе электричества. Поначалу это - чисто макроскопическое понятие и введено оно было в макроскопической теории, когда еще электричество понималось, как некая загадочная электрическая жидкость, которой можно заряжать макроскопические тела. В макроскопическом понимании, электрический заряд это - просто очень много частиц-электронов (или избыток, недостаток электронов на теле) и ничего более.
Совершенно незаметно этот термин укрепился в физике, приобрел некоторое самостоятельное (но очень отвлеченное) значение и был, как бы автоматически, перенесен на отдельный электрон. Получалось, что электрон заряжен этой же самой электрической жидкостью, т.е. опять же электронами. Признать заряженный электрон означает то же самое, что и признать наличие "мокрой" молекулы воды. Таким образом, здесь совершенно очевидно просматривается допущенная физиками логическая ошибка, связанная с перенесением макроскопического свойства, присущего большим телам, на отдельный электрон. От введения термина "заряд" понимание силовых полей ничуть не улучшилось”
Классическое определение даётся [2] в виде: “Заряд – это физическая величина, являющаяся источником поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц”. Представим себе элементарную массу равную массе протона 1,67∙10-24 г при обычной плотности вещества. Эта масса является источником гравитационного поля с присущими этому полю силовыми линиями и коэффициентом пропорциональности - гравитационной постоянной, равной 6,67∙10-8 см3/гс2. Теперь мысленно сожмём эту массу в 1012 раз, т.е. до плотности 1012 г/см3. Логично предположить, что силовые линии претерпят всестороннее сжатие и их “сила” и соответственно гравитационная постоянная возрастёт в кубе, т.е. в 1036 раз. Это, конечно, предположение, которое требует экспериментального подтверждения. Но величина 1036 встречается довольно часто. Например, по расчётам М.А. Либермана [3] “энергия гравитационного взаимодействия двух протонов при прочих равных условиях примерно в 1036 раз меньше энергии электромагнитного взаимодействия”. Соответственно аналог гравитационной константы при тяготении в микромире между массами с плотностью 1012 г/см3 будет в 1036 раз больше, т.е. 6,67∙10-8∙1036 = 6,67∙1028 см3/гс2. Назовём полученную величину константой “микротяготения”. Это пока приближенная величина. Как будет показано далее, её расчёт по разным экспериментальным данным даёт значения в пределах (1,5ч4,0)∙1028 см3/гс2. Таким образом, можно предположить, что в микромире вместо притяжения положительных и отрицательных зарядов имеет место тяготение масс, но вследствие их высокой плотности со значительно большей константой тяготения.
Высказанное предположение подтверждается прямыми измерениями сил взаимного притяжения между объектами с разной геометрической формой [4,5]. В частности большое значение имеет радиус кривизны. С уменьшением радиуса взаимодействующих предметов (шаров, цилиндров) показатель степени радиуса в законе взаимодействия масс уменьшается с 6 до 2. Авторы проводили исследования на шарообразных частицах, цилиндрических нитях диаметром 0,15 – 0,57 мм из золота, платины, кварца и пластинках из слюды. Оказалось, что вид зависимости силы взаимодействия между перечисленными объектами существенно зависит от геометрической формы взаимодействующих тел. На рис.1, заимствованном из работы Дж. Н. Израелашвили [5], показан характер зависимости силы взаимодействия f от расстояния между телами r для тел с разной геометрической формой. Между двумя шарообразными частицами (а), шарообразной частицей и цилиндрической нитью (b) и между двумя скрещенными цилиндрическими нитями (с) наблюдается обратно пропорциональная квадратичная зависимость силы взаимодействия и расстоянием между телами (f ~ 1/r2). Для параллельных нитей (d) имеет место обратно пропорциональная кубичная зависимость (f ~ 1/r3) и, наконец, для пластин (e) сила взаимодействия изменяется в соответствии с хорошо известной закономерностью обратно пропорционально расстоянию в шестой степени. В микромире присутствуют шарообразные и цилиндроподобные частицы малого диаметра – атомы и молекулы. Поэтому можно полагать, что их притяжение происходит по квадратичному закону:
f = gm1m2/r2, (1)
где f – сила притяжения между частицами, g – коэффициент пропорциональности (константа микротяготения), m1 и m2 – массы частиц и r – расстояние между частицами.
Рис.1. Зависимость сил притяжения от расстояния для тел с разной геометрической формой:
а – два шара, b – цилиндр и шар, с – скрещенные цилиндры, d – продольные цилиндры, е – две пластины.
В таблице 1, составленной на основании экспериментальных тензометрических данных Б. В. Дерягина [4], показана зависимость сил притяжения скрещенных платиновых нитей диаметром 0,15 мм от расстояния между нитями. Расстояние изменяли от 37 до158 нм. Сила взаимодействия между нитями при этом уменьшалась с 0,298∙10-3 до 0,0168∙10-3 дин. Используя приведенные экспериментальные данные по уравнению (1) рассчитывали константу g:
g = fr2/mm = 0,298∙10-3∙37∙10-7/1952∙1,662∙10-48 = 3,93∙1028 см3/гс2,
где m –атомная масса платины, равная 195.
Как видно из таблицы 1, наблюдается удовлетворительное для оценочного расчёта постоянство константы g. При её среднем значении 3,84∙1028 среднеарифметическое отклонение равно 8,4%. Это значение близко по своей величине к ранее приведенному значению константы микротяготения (6,67∙1028), что говорит об идентичности этих констант. Таким образом, сила притяжения между объектами микромира – атомами и молекулами может быть выражена законом тяготения масс, но со значительно большим коэффициентом пропорциональности – константой микротяготения, примерно равной (1,5ч4,0)∙1028 см3/гс2.
Таблица 1. Зависимость силы притяжения между скрещенными платиновыми нитями от расстояния между ними.
|
Расстояние между нитями, r, нм |
Сила притяжения между нитями, f∙10 3, дин |
Константа g∙10 -28,см 3/гс2 |
|
37 |
0,298 |
3,93 |
|
53 |
0,168 |
4,41 |
|
63 |
0,0972 |
3,69 |
|
126 |
0,0211 |
3,19 |
|
158 |
0,0168 |
3,99 |
Что касается сил отталкивания, то обычно трактуется, что они возникают при взаимодействии одноимённых зарядов по закону Кулона или вследствие “отталкивания электронных оболочек атомов” [6]. Учитывая, что при сближении они нарастают пропорционально шестой-восьмой степени уменьшения расстояния, второе объяснение (за счёт электронных оболочек) кажется более предпочтительным. Однако остаётся не ясным механизм взаимодействия электронных оболочек.
Для объяснения сил отталкивания возвратимся к представлениям М. Фарадея, согласно которым “в пространстве, пронизываемом силовыми линями электрических и магнитных полей, существуют механические напряжения, соответствующие натяжению вдоль силовых линий и давлению поперёк них” [7]. Линии напряженности рассматривались как натянутые нити; давление, нормальное к нитям, обусловливает взаимное отталкивание нитей и соответственно тел, образующих поля с указанными линиями напряженности. Следовательно, для взаимного отталкивания частиц необходимо, чтобы они соприкасались своими полями с параллельно ориентированными относительно друг друга линиями напряженности, т.е. оказывали взаимное давление. И самое главное, при такой постановке вопроса для возникновения сил отталкивания совсем не обязательно взаимодействие одноименных электрических зарядов. Носителями полей с параллельно расположенными силовыми линиями могут быть просто частицы, обладающие массой и тем более массой с плотностью 1012 г/см3. Параллельное расположение линий напряженности при этом достигается, если частицы, образующие поле, находятся во вращательном движении.
При вращении атомного ядра за счёт сдвиговой деформации поля и возникающего при этом поперечного колебательного движения поля вокруг ядра образуется несколько концентрических зон с тангенциальной ориентацией силовых линий. Они представляют собой своего рода упругие защитные оболочки. В зависимости от массы ядра и частоты его вращения в атоме имеется от 19 до 28 таких оболочек. Чем ближе к ядру, тем выше (квадратичная зависимость) плотность силовых линий в оболочке и тем больше её упругость. При столкновении атомов их взаимодействие осуществляется через эти оболочки – путём упругой деформации оболочек. Деформация пропорциональна числу силовых линий или напряженности поля. В свою очередь количество силовых линий, участвующих в деформации, пропорционально произведению объёмов шаровых сегментов, которое можно выразить через высоту сегментов в шестой степени. См. схему взаимодействия на рис. 2. В конечном итоге силу отталкивания атомов fот можно выразить [8] формулой:
fот = (v/c)2 (gmm/r2)kh6, (2)
где v – скорость движения атомов (молекул), с – скорость света, g – константа “микротяготения” равная 1,68∙1028 см3/гс2, m – масса атома, h – глубина взаимного проникновения атомов (высота шарового сегмента), r – расстояние между ядрами атомов, k – коэффициент, имеющий размерность см-6 и равный единице. Выражение произведения объёмов двух шаровых сегментов через h6 носит приближенный характер, но оно оправданно простотой получающейся зависимости и согласуется с многочисленными экспериментальными данными. Важно, что такое выражение хорошо объясняет механизм возникновения сил отталкивания при столкновении полей с параллельно ориентированными силовыми линиями. Что касается введения коэффициента k, то оно носит чисто технический характер – сделано для согласования размерностей.
Формула (2) согласуется с известными экспериментальными данными, т.к. при сближении атомов сила отталкивания растёт пропорционально глубине их взаимного проникновения h в шестой степени. Отпадает необходимость привлекать для объяснения сил отталкивания понятие одноименных электрических зарядов.
Рис. 2. Схема столкновения двух атомов с массой ядер m и радиусом R.
h –высота шарового сегмента, выражающая глубину взаимного проникновения атомов.
Таким образом, для осуществления революции в физике и химии нужно совсем “немногое”: принять, что элементарные частицы взаимно притягиваются с силой прямо пропорциональной их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними с коэффициентом пропорциональности 1,68∙1028 см3/гс2 и что отталкивание частиц происходит путём взаимодействия полей с параллельно ориентированными линиями напряженности пропорционально шестой степени их взаимного проникновения.
Достижение поставленной выше главной цели позволит найти развязки во многих ныне тупиковых ситуациях. В последующих статьях приводятся примеры выхода из таких ситуаций. В первой из них рассмотрено строение атома, как планетарной системы подобной солнечной, в которой движение электронов происходит по кеплеровским орбитам. Расположение орбит и ориентация в них силовых линий задаётся вращением ядра. Движение электронов вокруг ядра без потребления энергии объясняется тангенциальной ориентацией силовых линий у разрешённых орбит. Следующая статья посвящена проблеме химических связей, которые рассматриваются как тяготение частиц, находящихся в орбитальном движении. С позиций орбитального движения тяготеющих масс рассмотрено агрегатное состояние веществ. Переход из газообразного состояния в конденсированное рассматривается как изменение вида орбит из незамкнутых гиперболических и параболических в замкнутые эллиптические и круговые. Отдельная статья посвящена рассмотрению теплоемкости газообразных, жидких и твёрдых веществ с позиций орбитального движения атомов и молекул. Такой подход стал возможным после установления обратной квадратичной зависимости между силами тяготения масс частиц. В одной из статей даётся новая трактовка энергетического понятия энтропии. С позиций орбитального движения молекул энтропия – это часть энергии системы, иммобилизованной в виде кинетической энергии орбитально движущихся частиц и потому недоступная для измерения.
А.Т.Серков Реальная физика Галилео Галилей А.К. Тимирязев Л.П. Хорошун к списку физиков
