Электронные орбиты

К вопросу о модели атома, интерференции электронов, коэффициентые
связи или что такое физический вакуум
Кравченко С.В.
Известно [1, стр.493], что энергия (Е) электрона на орбите атома водорода
и его радиус на орбите (r) определяются следующими выражениями:
Еп = (m*c2/2*n2)*α2 и rn = а0*n2,
(1)
где а0 – первая боровская орбита электрона (а0 = 0,53*10-10 м), α –
электромагнитная постоянная (α = 1/137). Данные формулы получены в
предположении так называемой планетарной модели атома (модель Резерфорда), по которой имеется массивное ядро – протон (mр = 1,67*10-27 кг ), а
по орбитам вокруг него вращаются электроны (mе = 9,11*10-31 кг). Тогда,
естественно, возникает вопрос о размере электрона (который до сих пор не
определён), а также о противоречии с выражением – m*r = ћ/с = const, из
которого следует, что чем больше масса элементарной частицы (ЭЧ), тем
меньше её размер и наоборот. Имеются и другие интересные вопросы,
например, дуализм частица – волна и т.д.
Целью данной статьи является показать, что имеющие место формулы (1)
могут быть истолкованы и с других позиций. И так, рассмотрим
тороидальную модель атома, рис. 1, по которой малый тороид – протон,
находится в центре большого, электронного тороида.
Для модели возможных тороидальных орбит электронов вокруг ядра
атома можно записать следующие выражения:
Е = (const)*Р*V = (const)*(1/3)*ρ*с2*V = (const)*(2*π2/3)*с2*ρ*rэф3 =
= (const)*(2*π2/81)*с2*ρ*r3,
где rэф = (1/3)*r – эффективное ядро заряда;
(кстати, известно, что любая ЭЧ (кроме фотона) характеризуется энергией
покоя - Е = m*с2 = const*ρ*r3*с2 и мы получаем тоже самое выражение.
Отсюда очевидно, что любая элементарная частица (ЭЧ) должна иметь
соответствующую плотность (ρ) и размер (r) :
Е1/Еп = (ρ1*r13/ ρп*rп3) = n2, или ρ1/ ρп = n2*( rп / r1)3 = n8,
(2)
С другой стороны, так как m*r = ћ/с = const или ρ*r4 = (ћ/с)/ 2*π2 = const,
то мы также имеем: ρ1/ ρп = ( rп / r1)4 = n8
(3)
Равенство выражений (2) и (3) говорит о возможности такой модели.
Далее, проанализируем полученную новую модель атома.
Рис. 1 Схема электронных оболочек атома; р – ядро атома ; а0 – радиус
орбиты электрона в атоме.
Так как плотность заряда в электронных
закону
треугольника [2,стр.60] или
оболочках распределёна по
близкого к нему (что позволяет
рассчитать электромагнитную постоянную α), рис. 2, то соответственно это
приводит к стандартной резерфордовской модели атома. И так, в новой
модели, энергия возбуждения
атома
раздувает тороидальную силовую
трубку, при этом естественно плотность силовой трубки падает (3), в центре
окружностей r = а0; 4а0; 9а0 и т.д. мы имеем максимальную плотность
волнового пакета (т.е. электрона).
Рис. 2 а) Распределение плотности заряда в сечении тороида;
б) Классическая модель атома
Из данной модели также следует, что тороидальные кольца могут под
действием энергии не только расширяться, но и сжиматься, так, для
свободного электрона имеем – rе = а0*α = 3,86*10-13 м . Можно предположить
также, что электроны и другие ЭЧ под действием энергии могут сжиматься и
до меньших размеров при сохранении массы, но с увеличением плотности. И
так, из данной модели получается, что свободные ЭЧ имеют размеры,
отличные от размеров этих же ЭЧ, но в связанном (составном) состоянии!
С этих позиций процесс квантового перехода электрона с одной орбиты на
другую, более высокую, т.е. переход в возбуждённое состояние, является
раздуванием, например, соответствующей, предыдущей орбиты r1 = а0 до r4 =
16* а0 или r2 = 4*а0 до r3 = 9*а0 и т.д. Соответственно обратный процесс –
это схлопывание или излучение кванта энергии.
Образно говоря, атом пульсирует при поглощении и излучении кванта
энергии, как сердечная мышца, т.е. создаёт вокруг себя волну в окружающей
его среде, а она - не пустота..
В свете представленной модели также становится
понятным так
называемое явление «волновое» перемещение пакета, который к тому же
обязательно размывается в процессе движения. Это в сущности ни что иное,
как расположение (перемещение)
уплотнённого ядра
силового поля,
находящегося в центре сечений радиусом а0; 4*а0; 9*а0 и т.д., плотность
которого действительно падает.
Для многоэлектронных атомов в орбитах их электронов должно
наблюдаться смещение (по сравнению с рис. 1), так как одинаковые заряды
отталкиваются. Таким образом появляются разрешённые и запрещённые
зоны. Орбиты электронов 4*а0; 9*а0 и т.д. деформируются и сдвигаются
вправо.
И так, из рассмотренного видно, что характерной особенностью
структуры атома является его возможность уменьшать и увеличивать свои
линейные размеры в зависимости от величины общей полученной энергии в
системе. С этих позиций также можно объяснить линейное сокращение
длины предмета, движущегося со скоростью близкой к скорости света, т.е.
лоренцево сокращение длины. Известно, что с любой ЭЧ можно связать
длину волны – λ = h*с / Е (формула де Бройля). Если скорость (V) движения
ЭЧ увеличивается, т.е. увеличивается её энергия, то соответственно
уменьшается длина волны, а значит и линейный размер ЭЧ (r = λ/2*π). Это и
есть лоренцево сокращение длины, когда V стремится к скорости света.
С помощью новой модели легко объяснить интерференцию электронов
через две щели. Как явно видно из рис. 1 от возбуждённого ядра атома в его
силовом поле расходятся тороидальные кольца, т.е. электроны в виде
сферической волны (как волны на поверхности воды от падающей на неё
капли). Эта расходящаяся сферическая волна (т.е. электрон) и падает на ту
или иную щель экрана и соответственно за экраном создаёт ту или иную
картину в зависимости от количества одновременно открытых щелей. Таким
образом, естественно и действительно электрон – это одновременно и
частица и волна и никакого противоречия нет. Схема и описание опыта по
интерференции электрона (электронов) взята из [4, стр. 58] и представлена на
рис. 3.
Рис. 3 Схема установки по интерференции электронов
Из источника в заданном направлении по одному вылетают электроны.
Они пролетают через два близкорасположенных на экране отверстия. За
экраном находится детектор электронов. В эксперименте определяется
вероятность Р1 попадания электрона на детектор при его прохождении через
первое отверстие (второе при этом закрыто). Для этого из источника
испускается некоторое количество электронов. Число зарегистрированных на
детекторе электронов делится на общее число электронов (это и есть Р1).
Аналогично определяется вероятность Р2 (когда закрыто первое отверстие).
Затем определяется вероятность Р12 попадания электронов на детектор, когда
открыты оба отверстия.
И так, обобщая, можно сказать, что гамма квант (фотон) – это всё таки
бегущая волна в силовом поле (ФВ – физическом вакууме), т.е.
действительно фотон не имеет массы покоя. Это следует из модели атома,
рис.1. К возникновению гамма кванта приводит, кроме схлопывания
электронных орбит в атоме, такое явление как аннигиляция, т.е.
столкновение ЭЧ и анти ЭЧ определённой энергии. Попробуем разобраться в
этом явлении на примере реакции е+ + е- = 2*γ. Напрашивается аналогия с
моделью атома, с той лишь разницей, что внутри системы не протон, как в
атоме, а позитрон (е+). Отметим и различия с атомом - система позитрон +
электрон имеет нулевой заряд (как и атом), но и нулевой спин – это очень
важно. Если образовалась структура, рис. 4, то во – первых она, до распада,
не может быть зарегистрирована прибором, а во –вторых при её образовании
возникает γ-квант. Можно оценить параметры возникшей структуры.
Рис.4 Пара электрон + позитрон обуславливающие γ квант
Исходим из предположения, что при возникновении такой пары размер
внедрённого позитрона re+ = rp (rp = 2,1*10-16 м), тогда, при равенстве зарядов
протона и позитрона, но при отношении масс mр/ mе = 1833,2 получим, что
аф = а0 / (mр/ mе) = 0,53*10-10/1833,2 = 2,9*10-14 м, т.е. устойчивый размер
свободного электрона схлопнется в системе до размера аф! Можно также
оценить, что энергия связи такой системы порядка 10 Мэв, но в тоже время
она не устойчива и обязательно распадается на е+ + е-. И так, мы можем
ответить на очень важный вопрос, что такое физический вакуум.
Физический вакуум – это пары ЭЧ и анти ЭЧ, а также бегущее фотонное
поле в этой среде. Таким образом, физический вакуум поляризован и стянут
(напряжён) и постоянно «кипит», «раздувается» под действием флуктуаций
разными частицами. Надо сказать, что в предыдущей статье автора, при
отсутствии модели атома, ошибочно полагалось постоянство плотности
позитрона плотности ядра протона. Соответственно были получены другие
размеры аф. Кроме того был не ясен механизм возникновения γ-кванта. Если
внимательно посмотреть на выражение е+ + е- = 2*γ, то видно, что заряд
образовавшейся системы равен нулю, но равен нулю и спин системы
(почему-то полагается спин γ-кванта равным единице). Тогда понятно , что
это волна в среде и ни чего более.
Ещё раз обратимся к формуле (1) и попробуем, используя её
модернизированный вариант определить коэффициент связи по энергии
для дейтрона. Как отмечено в [3, стр.186] энергия связи дейтрона равна 2,23
МэВ, энергия связи атома водорода равна 13,6 эВ.
И так, при рассмотрении энергии
связи электрона на орбите атома
водорода применяется выражение – Есв = (m*c2/2*n2)*α2, как видно из модели
рис.1 – это возможно при расширении колец тороида. Теперь предположим,
что мы имеем симметричный процесс, но не расширение колец тороида, а
сжатие. Тогда энергия связи будет иметь следующий вид:
Есв = (m*c2/2)*(n2 /α2). Теперь составим отношение энергии связи
при
образовании дейтрона к энергии связи при образовании атома мы будем
иметь: Едейтрон /Еатом = 2,23*106/13,6 = 163971, т.е., коэффициент связи для
образования дейтрона (протон + нейтрон) в 163971 раз больше, чем для
образования атома (протон + электрон). И далее, коэффициент связи для
атома будем определять величиной kа = α/n (при n = 1), а коэффициент
связи для дейтрона – величиной kд = n /α (при n = 3, так как любой барион
состоит только из трёх кольцевых оболочек). Тогда отношение энергий
можно записать как Едейтрон /Еатом = kд/ kа = (n /α)2 = (3*137)2 = 168921. Как
видно результаты весьма близки (163971 ≈ 168921).
Любопытны и такие числовые данные. Известно, что собственная энергия
электрона и протона соответственно равны:
Ее = mе*с2 = 0,51 МэВ, Ер = mр*с2 = 935 МэВ. В этом случае также можно
составить простое соотношение, а именно, можно записать соотношение
между возникновением ядерных сил и электромагнитных, т.е.:
Ея = Еэм *(1/n*α), или в числовом выражении Ея = 0,51*(137/3)2 = 1064 МэВ,
что также весьма близко к экспериментальным данным – 935 МэВ.
Полученные приближённые соотношения говорят о том, что ядерные
силы это те же электромагнитные, но, как известно, более интенсивные
(плотные), а
константа.
электромагнитная постоянная действительно универсальная
Литература
1.Медведев Б.В. Начала теоретической физики. «Наука», 1977. – 496с.
2. Мякишев Г.Я. Элементарные частицы. М.: Наука, 1979. – 176 с.
3. Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс физики: Учебное пособие.-Т.3.
Квантовая физика. М.: Наука, 1983.-240 с.
4.Янчилин В.Л. Гравитация и квантовая механика. Новосибирск. 2001.
Электронные статьи автора:
1.К вопросу о пространственно – временных квантах и гравитации или
как вычислить некоторые параметры нашей Вселенной.
2.К вопросу о размере электрона, об элементарных частицах или что
такое тороидально сжатое фотонное поле.
3. К вопросу о сингулярности или как определить предельный возраст
Вселенной.
4. К вопросу о постоянной тонкой структуры
5. Атом, фотон, Вселенная или что такое сингулярный центр системы.