Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Экзамен на «Homo Sapiens – II». От концепций естествознания ХХ века – к естествопониманию

Поляков В. И.,

4.5.3. Волновое состояние электронов в атоме

Объяснение и понимание - не одно и тоже. Это раз и навсегда доказал Дильтей.

С. Кургинян

Квантовая механика, основанная на теории относительности и физическая химия, основанная на квантовой механике «объяснили» атом, «размазав» электроны в «облаках орбиталей». Есть постулаты, законы чисел, но нет ни объяснения природных законов «почему так» и, тем более, полностью отсутствует понимание законов движения электронов в атоме. Парадокс состоит в том, что даже появление атома водорода противоречит закону электрического взаимодействия зарядов. Электрон должен притягиваться силами взаимодействия в пустоте или физическом вакууме к протону, поэтому он должен «упасть» на него и заряды должны «разрядиться». Почему электрон не «падает», а начинает вращаться вокруг протона и формирует атом водорода? Попытаемся развеять туманность облаков «орбиталей» и приблизиться к пониманию того, что можно считать орбитой элементарной частицы, каковы вид и расположение орбит, а главное, понять физические принципы их заполнения электронами в атомах.

Исходя из общности законов Природы, отказываясь от относительности и неопределённостей микромира, примем «подсказки» Солнца:

•Ø   существование определённых орбит у электронов;

•Ø   орбиты должны быть квантованы;

•Ø   все орбиты - круговые или с незначительным эксцентриситетом;

•Ø   орбиты расположены, в основном, в одной плоскости - в экваториальной плоскости ядра.

Такие же особенности формирования структуры атома непосредственно следуют из законов электрического и магнитного взаимодействия ядра и электронов в среде ДУХ.

Ядро атома должно притягивать к себе электроны силой электрического взаимодействия. Электрические силы, как мы выяснили (см. 4.2), определяются вращательным движением среды ДУХ, «схваченной» вращением материального массона - электрона. В среде ДУХ действует закон сохранения импульса: движение материи рождает движение среды и наоборот. Поэтому наибольшая скорость движения среды ДУХ, взаимодействующей с массоном, должна проявляться в его экваториальной плоскости. Мы также выяснили, что единичный заряд протона и его спин определяются центральным «позитроном» в центральном мюоне, а остальные заряды и спины мюона и пи-мезонов скомпенсированы. В ядрах атомов заряды протонов суммируются, что соответственно, приводит к увеличению напряжённости электрического поля - силе притяжения электронов. Наибольшие силы притяжения электронов протоном и ядрами элементов должны действовать в их экваториальной плоскости, плоскости наибольшего действия вихревого движения среды ДУХ. Это объясняет, почему заполнение оболочек во всех слоях n начинается с круговых орбиты: 1s, 2s, 3s и т.д.

Орбиты определяются электрическим полем ядра, и поэтому должны быть обязательно круговыми, экваториальными.

Но почему орбиты существуют? Почему протон, встретившись с электроном не притягивает его, а электрон при движении в электрическом поле не достигает положительно заряженного протона или ядра с многими протонами? Почему электрон перестаёт притягиваться и остаётся на боровской орбите? Этот парадокс - свидетельство невозможности образования атома водорода - в физике замалчивается.

В соответствии с законами электростатики отсутствие притяжения между положительным и отрицательным зарядами в отсутствие среды (физический вакуум) или в отсутствие её сопротивления («эфир») возможно только в случае отсутствия у одной из частиц заряда или его смене на противоположный. Физика, не знающая, что такое заряд, допустить смену зарядов не может, и потому замалчивает проблему. В среде ДУХ такая проблема отсутствует (см. 3.2).

Рассмотрим поведение электрона при образовании атома водорода, используя добротную модель электрона И. Дмитриева как вращения сферического объёма. Заряд - это определённое направление вращения: правое или левое. Приблизившись к протону, электрон оказывается в области сильного вихревого движения среды ДУХ, которое представляется вихревым вращением со скоростью света. Электрон в электрическом поле положительного заряда должен ускоряться. Но движение поверхностных точек электрона относительно среды уже соответствует скорости света и поэтому не может быть ускорено. Это не «позволят» электрическая и магнитная постоянные среды ДУХ. Приблизившись к ядру, электрон оказывается в вихревом движении среды, обусловленном зарядом ядра. В гл. 4.4 показано, что размер вихрей среды ДУХ многократно превышает размер вихрей, «схваченных» электроном (комптоновская длина волны). Поэтому для электрона их воздействие окажется хаотичным. При таком движении в потоке среды ДУХ от ядра электрон, который по нашей гипотезе - это единственная массовая элементарная частица (см. 3.2), может при вращении оказываться по отношению к ядру то «электроном», то «позитроном». Частица подвергается то силам притяжения, то отталкивания, разрывающим её. Основное условие существования частицы - однозначное соотношение между её объёмом и поверхностью, определяемое значением постоянной Планка, нарушается.

Как единственно возможное физическое объяснение возможности образования атомов, следует принять вариант, в соответствии с которым электрон, как волна, заключённая в сфере, при деформации поверхности под воздействием вихревого движения среды ДУХ может сформировать волну, заключённую в торе. Этому способствует магнитный момент электрона, который в 658,21 раз превышает магнитный момент протона. Процесс взаимодействия «облака» среды ДУХ вокруг электрона и «облака» вокруг протона можно представить как преобладание магнитного поля электрона, которое рассматривается как направленное движение среды ДУХ, над магнитным полем протона. Вращательное движение вихрей в среде ДУХ закономерно переходит в поступательное движение. Это движение среды ДУХ «уносит» электрон по круговой орбите вокруг протона и «размазывает» его по орбите. Силы магнитного взаимодействия на определённом расстоянии от ядра, которое называется боровской орбитой, преобладают над электрической силой притяжения. Как показывают нижеприведённые формулы, характеристики среды ДУХ на боровской орбите в атоме водорода однозначно связаны с характеристиками электрона, который на ней можно представить как волновой тор («электронный жгут»), сохраняющий массовые и электрические характеристики электрона.

Физические законы электрического взаимодействия препятствуют образованию атомов. Только гипотезы о единственной элементарной частице «массон = электрон+позитрон» и о превращении частицы на орбите атома в волновой тор («электронный жгут») способны объяснить рождение атомов.

Представление об электроне - массоне как организованном движении среды ДУХ и его взаимодействии со средой ДУХ превращают парадокс дуализма в закономерное явление, происходящие в электромагнитном поле ядра.

В обычных физических представлениях электрон «вращается» вокруг ядра со скоростью более 2000 км/с на орбите длиной 3,3·10^-10 м. Подобное движение, также как теоретические орбитали вероятности, не могут соответствовать реалиям в Природе. Представление о преобразовании массона в волновой тор разрешает физические противоречия и объясняет, когда и почему электрон-частица превращается в электрон-волну.

Основная гипотеза настоящей работы о единстве «ДУХ+материя» приводит к выводу, что свободный электрон должен рассматриваться не как самостоятельная субстанция, а как организованное движение среды ДУХ, как стоячая волна колебаний среды в сферической поверхности. Это «стоячая» волна колебаний, непрерывное взаимодействие которой со средой ДУХ рождает массу - меру инерции. Эти колебания на сферической границе раздела вызывают ответные колебания среды ДУХ с её характеристиками - электрической и магнитной постоянными, которые интерпретируются нами, как движение со скоростью света. Реально это колебательный процесс. Для объяснения парадокса рождения атома следует только «развернуть» шаровую волну в некий «шнур» на орбите. При этом наш электрон окажется «размазанным» в круговом пространстве в экваториальной плоскости ядра. Такой аналог электрического тока в кольцевом проводе - «электронный жгут» представляет стоячую электромагнитную волну в торе, расположенную в пространстве в экваториальной плоскости ядра, обеспечивает экранировку его заряда. Модель электронных орбиталей не способна дать такое объяснение.

Преобразование в электромагнитном поле ядра «стоячей» волны, ограниченной сферической поверхностью, в тороидальную не противоречит физическим законам. В Природе возможно образование в мощном электромагнитном поле шаровой молнии, её существование, и её распад с выделением энергии. Преобразование электромагнитной волны, каковой является электрон, из сферической формы в торообразную в вихревом движении среды ДУХ - аналогичный процесс формоизменения электрического заряда. Доказательствами в пользу гипотезы преобразования сферической волны в тороидальную может служить то, что такая форма существования электрона в атоме соответствует способу образования, форме и структуре электромагнитной волны - квантам (см. 4.4). Она объясняет стабильность атомов, их структуру и процессы образования квантов излучения при орбитальных переходах электронов. Природа ещё раз подтверждает единство принципов формирования систем!

Торообразная модель электрона на орбите вокруг ядра, соответствует природным принципам образования электромагнитных волн. Движение электрона не происходит по орбите, а эта орбита есть электрон-волна.

Это волна колебательного движения, вызванная взаимодействием со средой ДУХ подобна элементарному кругу переменного тока очень высокой частоты. Наружное вращение тора характеризуется константами среды ДУХ, а энергия, соответствующая массе покоя электрона модулирует волну внутреннего коаксиального движения, которая и определяет радиус орбиты. В этом случае понятие орбиты также требует изменения, например, «электронный жгут», «электрический пояс». Оценки физических параметров «электронного жгута» подтверждают его реальность.

Захваченный протоном электрон должен сохранить свою массу, то есть объём заключённой внутри него среды ДУХ. «Размазанный» электрон занимает боровскую орбиту в атоме водорода, радиус которой определяется константой Планка, зарядом (квадратичным) электрона, электрической и магнитной постоянными, массой «покоя» электрона:

a₀ = h²/(π ·μ₀ ·m_ec² ·e²) = ε₀ h²/(π · ·m_e ·e²) = 0,529177 10^{-10 м}.

Здесь a₀ - радиус боровской орбиты, h - постоянная Планка, m_e - масса электрона, c - скорость света, e - заряд электрона, μ₀ и ε₀ - магнитная и электрические постоянные среды ДУХ.

Присутствие в уравнении электрической и магнитной постоянных среды ДУХ и характеристик электрона (квадратичный заряд и масса) - свидетельства закономерного взаимодействия «материя+ДУХ» на боровской орбите и, соответственно, её единственности. Как подтверждение того, что электрон на орбите представляет реальное волновое движение, а не полёт частицы, служат и волновые уравнения Шредингера, дающие правильные результаты, и эксперименты по рассеянию фотонов на атомах, в соответствие с которыми на связанных электронах происходит упругое рассеяние волн, причём массе электрона соответствует комптоновская длина волны λ_К:

λ_К = h/ m_ec = 2,426311·10^{-12 м.}

Из известных формул квантовой механики следует:

λ_К = α ·2π·а₀.

Здесь α = 1/137,036 - постоянная тонкой структуры.

Таким образом, основная орбита электрона в атоме водорода равна 137,036·λ_к. Комптоновская длина волны, как показано (см. 3.2), может рассматриваться как минимально возможный «скачёк» электрона и как радиус облака ДУХ вокруг него.

Комптоновская длина волны - длина электрона-волны на орбите атома, физически обусловленная константой тонкой структуры часть боровской орбиты.

Объединив две вышеприведённые формулы, можно понять физический смысл постоянной тонкой структуры:

1/α = 2π·а₀ m_ec /h

Вспомнив, что постоянная Планка соответствует энергии одного витка вихря в структуре ДУХ (см. 4.4), определим, что обратная величина постоянной тонкой структуры - это отношение импульса электрона на первой орбите вокруг протона к импульсу среды ДУХ.

Отношение импульса электрона на первой орбите вокруг протона к энергии минимального вихря в среде ДУХ (константа Планка) равно обратной величине постоянной тонкой структуры. Это закон сохранения импульса между средой ДУХ и электроном, в котором константа 1/α играет роль коэффициента передачи, аналога коэффициента полезного действия!

Также получено обоснование размера основной орбиты электрона в атоме водорода. Только на длине окружности 2π·а₀ происходит передача импульса электрона среде ДУХ и наоборот. Происходит их непрерывное взаимодействие.

В отличие от квантово-механического представления об орбиталях вероятности волновое представление электрона на боровской орбите закономерно обусловлено размером комптоновской длины волны - его минимального скачка в среде ДУХ. Эти же представления позволяют получить все параметры орбиты электрона в атоме. Рассматривая волну, расположенную на боровской орбите и ограниченную поверхностью с радиусом тора, можно оценить его, приравняв объёмы тора и электрона-частицы с известным радиусом 4,536·10^{-17 м.}

Электрон на боровской орбите (a₀ = 0,529177·10^-10 м) представляет торообразную волну - «электронный жгут» с радиусом сечения R_е-тор = 1,9346 ·10^-20 м.

Превращение в поле ядра сферической частицы в «электронный жгут» приводит к резкому возрастанию поверхности взаимодействия «материя+ ДУХ». Площадь поверхности электрона-частицы S_e-сфера = 2,5856 ·10^{-32 м2}, а площадь поверхности «электронного жгута» S_e-тор = 4,0417 ·10^{-29 м2}. Поверхность непрерывного взаимодействия со средой ДУХ возросла в 1563 раза. Возрастание поверхности электрона должно свидетельствовать о резком увеличении движения среды ДУХ вдоль окружности электрона-тора. Такое движение есть магнитное поле.

Магнитный момент электрона-частицы известен: М_e-сфера = 0,928477· 10^-23 А·м² (Дж/Тл).

Магнитный момент электрона на орбите - М определим как круговой ток I, умноженный на площадь круга S: M_e-тор = I·S. Подставляя I = q_e·ν = q_e·m_e·c²/h и S = π·а₀², определим ν = 1,2356· 10²⁰ c^-1; I = 19,794 А. Магнитный момент электрона на орбите М_e-тор = 1,7413· 10^-19 А·м².

Значение магнитного момента «электронного жгута» на четыре порядка больше, чем у электрона-частицы, что свидетельствует о значительных магнитных силах, формируемых электронными орбитами. Отметим, что орбитали квантовой физики с неопределённым существованием электрона исключают возможность говорить о магнетизме в атомах и поэтом не способны объяснить, почему сохраняются эти орбитали и сам атом.

Выполненная оценка не может претендовать на точность расчёта магнитного потока в атоме вследствие неопределённости физического смысла самих понятий электрический ток и магнитный момент (см. 4.2) и возможности применения понятия ток к одному электрону. Однако, из общего понимания физического содержания магнитного поля, как направленного движения среды ДУХ, образованного взаимодействием с поверхностью электрона, становится очевидным значительное усиление магнитного поля «электронного жгута» по сравнению с электроном-частицей.

Таким образом, увеличение поверхности электрона при его включении в атом в виде «электронного жгута» приводит к формированию магнитного поля электрона на орбите - направленного и способного бесконечно сохраняться потока среды ДУХ; именно этот поток является той физической силой, которая обеспечивает удержание и существование электрона-тора на атомной орбите.

Выполненный анализ в достаточной степени объясняет дуализм электрона. Именно в поле ядра электрон представляет собой электромагнитную волну, в то время как свободные электроны, несомненно, частицы.

В противовес математическим моделям, в которых электрон в атоме оказывается не обнаруживаемым внутри облаков-орбиталей, предложенная модель «электронного жгута» с чёткими размерами и координатами является физически естественной. Под действием электромагнитных сил частица электрон, представляющая упорядоченную волну среды ДУХ, в поле ядра вынужденно «растягивается» по всей орбите, превращаясь в волну-тор, являющуюся материальным аналогом электромагнитной волны. Как показано (см. 4.4), любая электромагнитная волна, как носитель энергии, представляет из себя торообразное образование, распространяющееся со скоростью света. Совершенно аналогично, электрон в атоме должен представлять торообразное волновое движение с энергией эквивалентной массе электрона, зафиксированное на орбите вокруг ядра. В этой модели достаточно просто можно объяснить и переход электрона с орбиты более высокого уровня на нижнюю орбиту с излучением электромагнитного кванта. Торообразная волна большого радиуса при движении к ядру сжимается до радиуса нижней орбиты, и при этом движении отправляет в пространство квант-тор, соответствующий энергии разницы между энергетическими уровнями атома.

Физические расчёты могут уточнить модель перехода электрона-частицы в волну, но её суть не должна измениться. Потому что в такой гипотезе оказываются логично и математически связанными свойства массона (электрона/позитрона) и среды ДУХ. Представление о торообразной волне позволит нам объяснить формирование электронных оболочек атомов, а структура оболочек позволит лучше понять химические свойства элементов, как результат действия сил магнетизма.