В данной статье я попытаюсь ответить на те вопросы, которые официальная физика до сих пор не решила, но на которые уже существуют ответы.
Журнал 'Техника-молодёжи' публикует цикл статей на тему теории относительности, астрофизики, квантовой теории света в рубрике 'Смелые гипотезы'. К сожалению, мне не понятен алгоритм, по которому можно было бы добиться опубликования там статьи, или хотя бы опубликования отклика на эти статьи. Любопытно, что в этом журнале в настоящее время место научного редактора вакантно, если судить по объявлению в конце журнала. Таким образом, можно предположить, что в публикациях имеется вполне оправданный хаос - отбираются случайные работы.
Возможно, это и не плохо: хуже было бы, если довлела одна школа, и тем самым был бы поставлен барьер другим публикациям, не согласующимся с догматами этой школы.
Интересной для меня оказалась статья 'Естественное продолжение модели атома Бора - де Бройля' [1] Виталия Фролова.
Статья ставит много вопросов, но не даёт ответов, поэтому несколько странно появление её в разделе 'Смелые гипотезы'.
На некоторые вопросы я, как мне кажется, могу ответить.
В статье встречаются некоторые довольно интересные наблюдения и мысли, частично согласующиеся, а частично идущие вразрез с моими личными теоретическими результатами, что и побудило меня написать данную заметку.
В качестве путеводителя я использую эту, понравившуюся мне статью [1], в которой проблема строения атома изложена наиболее выпукло и популярно. Однако, поскольку автор не решил поставленную задачу, моя заметка неизбежно будет содержать некоторые критические замечания и мои личные ответы на те вопросы, на которые ответы автора представляются мне ошибочными.
Я бы не хотел, чтобы моя заметка рассматривалась как критика статьи [1], но она и не является похвалой этой статьи. Она содержит иное мнение, с иными выводами и результатами, но в тех вопросах, в которых я согласен с автором, мне проще повторить его тезисы, потому что кое-что им сформулировано талантливо и лаконично.
В научных статьях цитирование со ссылкой на источник не называется плагиатом, поскольку всякая научная статья направлена на поиск истины, и поэтому то, что уже установлено определенно, или то, с чем автор согласен, проще процитировать, чем сформулировать заново.
То, с чем я не согласен, тоже проще порой предварительно процитировать, чтобы разговор не был беспредметным.
Цитаты я буду предварять инициалами автора В.Ф., а оканчивать ссылкой на статью [1].
ВВЕДЕНИЕ
В статье ведётся речь о мучительном поиске модели атома.
В.Ф.: 'Известно, какой переполох в мире науки произвело открытие Э. Резерфордом планетарной структуры атома' [1].
Планетарная модель до сих пор не считается адекватной. Коль скоро она не принята окончательно, нет смысла говорить об её открытии. Резерфорд предложил интерпретацию опытов по рассеянию альфа-частиц тонкими металлическими пластинками. В результате он пришел к выводу, что почти вся масса атома сконцентрирована в малом положительно заряженном ядре. Этим открытием были заложены основы современных представлений о строении атома [2].
В.Ф.: 'Самым неожиданным, непонятным, даже неприемлемым, оказался для физиков факт длительного раздельного существования положительно заряженного ядра и отрицательных электронов. Максвелловская электродинамика ... категорически запрещала даже возможность длительного соседства свободных зарядов противоположного знака. Свободный электрон, оказавшийся в кулоновском поле ядра, должен на него упасть в течение нескольких наносекунд, излучая при этом сплошной спектр ЭМ поля, причем вид спектра и траектория падения электрона должны зависеть от начальных условий' [1].
В статье 2004 года признается, что длительное существование атома физиками было не понято. Как обстоят дела сейчас?
Я, как и всякий читатель, естественно, после такого вступления ожидал, что в статье [1] будет дан оригинальный ответ на вопрос: 'Почему всё же электроны не падают на атом?'
Мы, видимо, вправе были хотя бы ожидать приближения к этому ответу.
Кроме того, для меня лично важно ещё и то, что статья эта опубликована уже после того, как мной опубликован цикл статей [3] на тему причины длительного существования атома. Статьи, опубликованы в интернете, каковой, согласно закону о средствах массовой информации, приравнен к СМИ. Я не претендую на победу своей гипотезы в настоящее время, но она опубликована и является, насколько мне известно, оригинальной. Автор статьи [1] не знаком с моими статьями. Это ясно из того, что он пытается решить задачу, которая уже мной решена, а именно: попытаться ответить на поставленный выше вопрос на основе представлений обычной электродинамики, то есть не постулировать гипотезу квантовой природы излучения, а найти механизм, обеспечивающий эту природу.
Тем, кто больше доверяет книгам, чем собственной логике, я предлагаю обратиться к этим книгам, поскольку я не могу похвастаться опубликованием своих исследований на бумажном носителе в солидном переплёте. Я, конечно, могу это осуществить за свой счет, но не вижу смысла в таком поступке.
Тем же, кто согласен выслушать любое мнение, лишь бы оно было свежим и интересным, тем, кто сам способен размышлять и делать выводы, я предлагаю продолжить чтение.
РЕШЕНИЕ НЕРЕШЕННЫХ РАНЕЕ ПРОБЛЕМ ТЕОРИИ АТОМА
В.Ф.: 'Фактические же спектры атомов состоят из отдельных линий, каждая из которых содержит определенную порцию ЭМ энергии (ε), равную произведению постоянной Планка (h) на частоту ЭМ поля (ν)' [1].
Здесь допущена путаница, смешивание двух вопросов.
1. Спектры атомов состоят из отдельных линий.
2. Установлена (или предполагается из теории) связь между частотой излучения и соответствующей минимальной порцией энергии ε = hν.
Научным фактом является только первое утверждение. Спектры излучений атомов действительно состоят из линий. То есть атомы излучают не сплошной спектр, а линейчатый. Аналогично тому, что звук от гитары, в которой ударили бы по струнам, содержал бы не сплошной шум, а некоторый аккорд, который определяется настройкой гитары и зажатыми ладами. Мы видим, что проявляются некоторые индивидуальные каждого атома свойства. Мы не видим универсальных свойств энергии из этого утверждения. Напротив, частоты пиков излучения различных атомов характеризуются различными значениями, а для одинаковых атомов идентичны. Из наблюдения, что все балалайки звучат одним образом, а гитары - другим, мы вряд ли стали бы делать вывод, что энергия звука имеет дискретное значение. Следовательно, из утверждения 'Спектры атомов состоят из отдельных линий' никак не следует квантовая теория энергии.
Второе утверждение принадлежит квантовой ТЕОРИИ, то есть не является фактом, а лишь относится к научной логике. Квантовая теория утверждает, что электроны в атомах потому имеют строго определенные орбиты, что не могут иметь произвольную энергию. Развитие этой гипотезы приводит к предположению, что энергия может изменяться лишь порциями. Эта гипотеза требует введения такой порции. Если эту порцию обозначить величиной ε, то, следовательно, в атоме водорода (и в любом ином атоме!) электрон может иметь энергию лишь одного значения из следующего ряда: 0, ε, 2ε, 3ε, : nε, где n - целое число. Следовательно, атом водорода (и иной любой атом также!) может иметь размеры, соответствующие энергии вращения с одним из перечисленных значений. Это означало бы, что размеры атома водорода (и любого вещества) при нагревании не должны оставаться стационарными, но и не могут меняться плавно, а должны меняться скачкообразно. Я полагаю, что если бы эта гипотеза верно описывала природу, то при нагревании или охлаждении водорода (как и любого другого газа) мы бы наблюдали резкое изменение объема на некоторых конкретных температурах. Уравнение законы идеального газа были бы иными, они были бы дискретными. Этого на самом деле нет.
Кроме того, данная гипотеза не дает ответа, почему электроны не падают на ядро. Мы не можем утверждать, что нулевая энергия электрона запрещена только на том основании, что величина ε определена нами как минимальная порция энергии. Минимальная порция гороха - одна горошина, но в ложке может не быть ни одной горошины. Если электрон способен терять и приобретать энергию, то он может отдавать или принимать квант энергии. Это не даёт оснований утверждать, что он не может потерять последний квант энергии и упасть на атом.
Во всяком случае, утверждение такого свойства - это ещё один дополнительный постулат, который звучал бы так: 'Энергия электрона не может быть менее одного кванта ни при каких обстоятельствах'. Такого постулата в квантовой теории нет, и утверждать такое было бы странно.
Кроме того, если бы энергия была принципиально квантованной, то все атомы как раз излучали бы на одной и той же частоте. Если бы порция кванта лежала в основе заполнения электронных облаков в атоме, то во всех атомах эти облака заполнялись бы одинаково. Следовательно, при переходе из более высокоэнергетического уровня на низший уровень высвобождалась бы строго одинаковая энергия излучения. Если энергия излучения напрямую связана с частотой, то все атомы излучали бы одинаковые спектры, чего нет.
Итак, квантовая теория не объясняет спектры излучений атомов и молекул, она не объясняет, почему электроны не падают на атомы, она противоречит реальной структуре атомов. Таким образом, квантовая теория не объясняет предположительную структуру атомов, а в корне противоречит ей. Из этого не следует, что она целиком ошибочна. Некоторые предположения этой теории, видимо, справедливы. Она ошибочна лишь в том виде, в котором она существует сейчас, то есть когда дискретный характер излучения объясняется не особенностями строения атомов и молекул, а предполагаемым фундаментальным свойством энергии. Это свойство состоит, якобы, в том, что энергия может существовать не произвольным количеством, а лишь строго регламентированными порциями.
Можно показать, что квантовые представления об энергии неизбежно вызывали бы как следствие квантовые представления и о пространстве и о времени. Однако доказательство этого тезиса выходит за рамки темы настоящей заметки.
В.Ф.: 'В этих условиях вопиющего противоречия между старыми проверенными истинами и новыми фактами, Бор предложил считать, что в некоторых местах атомов, названных стационарными орбитами, электроны движутся без излучения' [1].
Здесь наступает важный поворотный пункт теории.
Возможны варианты:
1. Мы признаем это без объяснений, понимая (или ошибочно предполагая), что это противоречит любой известной электромагнитной теории взаимодействия и тогда никакой дополнительной теории для объяснения структуры атома уже не требуется. Если существуют такие орбиты, на которых электроны могут двигаться без излучения, то есть терять свою сущность, ибо заряженные частицы при ускорении обязаны излучать электромагнитную энергию, то эти траектории как колея определяют разрешенные положения электрона. Мы, кроме того, должны дополнительно предположить, что движение вблизи этих орбит сопровождается самопроизвольной потерей энергии или самопроизвольным приобретением её из среды таким образом, что электрон переходит на орбиты с указанным свойством. В противном случае даже если такие орбиты существуют, вероятность пребывания на них электронов чрезвычайно мала. Здесь полезно привести аналогию с маятником. Равновесие всех сил наблюдается не только в опущенном маятнике, но и в перевернутом. Но только в опущенном маятнике при отклонении его от равновесного состояния возникают силы, возвращающие его в это состояние. В перевернутом маятнике при отклонении его от состояния равновесия возникают силы, увеличивающие это отклонение, поэтому маятник никогда не может спонтанно переместиться в это состояние и не может долго в нем пребывать. Промежуточный случай состоит в том, что ось вращения маятника проходит через его центр масс. В этом случае он остается в равновесии в любом положении. Возвращаясь к электронам в атомах, мы должны констатировать, что указанные орбиты должны быть устойчивыми, поскольку предположение об их существовании сделано на основе гипотезы, что большая часть электронов длительно находятся на этих орбитах. Устойчивость этих орбит требует указанного выше свойства ближайших к ним орбит.
2. Второй вариант видения этой ситуации состоит в том, что мы пытаемся вычислить такие траектории на основании уже известных законов взаимодействия заряженных частиц. Кроме того, должны использоваться известная теория поля, возможно, с учетом особенностей и условий этого взаимодействия, которые естественным образом должны быть учтены в силу малых расстояний, больших скоростей и ограниченной скорости распространения поля. Этот вариант представляется нам самым привлекательным. Орбиты со свойствами, оговоренными в п.1, мы не постулируем, а пытаемся получить аналитически на основании общих представлений об условиях происходящих движений.
3. Третий вариант состоит в том, что мы допускаем дальнейший пересмотр основных законов электромагнетизма с целью получения таких траекторий искусственным образом. В частности, один из вариантов состоит в утверждении за энергией принципиально квантовых свойств. Если бы это утверждение решало поставленную задачу, оно было бы логически обосновано.
4. Четвертый вариант состоит в том, что мы признаем на сегодняшний день недостаточность экспериментальных и теоретических сведений для решения вопроса выбора между предыдущими тремя вариантами. Этот вариант мне кажется более привлекательным, чем окончательное принятие третьего или первого варианта.
Ошибкой было бы не понимать эту проблему.
В.Ф.: 'Тогда разность между энергиями электронов, движущихся по этим орбитам, в электрическом поле ядра совпадает с энергиями спектральных линий' [1].
В логике, в соответствии с принципом бритвы Оккама, следует избегать указания двух причин для явления, которое достаточно полно обосновывается одной из этих причин.
Только в случае, если ни одного из допущений не достаточно для объяснения результата, а необходимы все допущения в совокупности, имеет смысл принимать гипотезу нескольких причин.
Так, например, спелый помидор имеет красный цвет из-за спелости. Если спелый помидор покрасить непрозрачной красной краской, то причина его красного цвета будет уже не его спелость, а краска. Зеленый помидор, покрашенный красной краской, тоже будет иметь красный цвет. То есть первая причина уже не работает, она не нужна в логике рассуждения.
Если же желтый помидор покрасили прозрачной синей краской, то его цвет определялся бы смешением желтого и синего цветов, и был бы, скажем, зелёный. Тогда причина его зеленого цвета состоит в совокупности фактов: желтый фон и синее прозрачное покрытие.
Теперь вернёмся к строению атомов. Если мы предположили, что в атомах имеются специальные устойчивые траектории, двигаясь по которым электроны не излучают энергии, и поэтому электроны, как правило, движутся именно по этим траекториям, то нам нет необходимости утверждать, что причиной соответствующих спектров излучения является дискретность энергии. Это не верно логически. Причиной указанных свойств излучения является структура атома, которая является следствием принятого допущения. А вот причина того, что такие орбиты существуют - это уже вопрос, на который можно давать один из приведенных выше четырех ответов.
Гипотеза о дискретном характере энергии никак не объясняет, почему в различных атомах эти орбиты отличаются различными величинами энергии. Следовательно, эта гипотеза сама по себе не достаточна для объяснения существования таких орбит.
Если эту гипотезу дополнять каким-то еще неизвестным свойством атома, то тогда сама эта гипотеза оказывается ненужной. Потому что объяснение одного неожиданного свойства через два предположения, одно из которых также является неожиданным свойством, - это не объяснение вовсе.
Это всё равно, как если бы мы на вопрос: 'Почему помидор красный?' объясняли: прежде всего, потому что в нем много воды, а также потому, что так уж случилось. Одного только первого объяснения не достаточно, а если принять второе 'объяснение', то первое уже и не требуется.
На вопрос: 'Почему спектры излучения атомов таковы?' мы не можем удовлетвориться ответом: 'Потому что энергия в принципе дискретна'. Этот ответ дает нам в качестве следствия строго одинаковые спектры излучения всех атомов и молекул. Если мы найдём верный ответ на поставленный вопрос, возможно, что предположение о дискретности энергии нам и не понадобится.
В.Ф.: 'Считается, что постулаты Бора нашли оправдание в форме идей де Бройля об электронных волнах, которые как раз на боровских орбитах могли укладываться целое число (n) раз' [1].
Иными словами, мы приписали электрону дополнительные волновые свойства, и теперь говорим, что эти свойства определяют параметры орбиты, поскольку на данной траектории должно укладываться целое число длин волн, и тогда орбита электрона становится резонансной, то есть такой, о какой говорил Бор.
Явление резонанса не имеет ничего общего с движением без потерь энергии. Это явление скорее относится к совпадению фаз подпитки энергии и собственных колебаний. (Резонанс очень важен для понимания механизма когерентного излучения в лазере). Если бы мы говорили о приобретении электроном энергии из иного источника в виде энергии колебаний, мы могли бы предположить, что при наличии у электрона собственных колебательных свойств на каких-то частотах эта подпитка будет наиболее эффективной, с минимальными потерями. И не более того. Явления резонанса изучают те науки, которые занимаются динамическими системами, преимущественно замкнутыми. Попытка отыскания резонансов должна была бы подтолкнуть физиков к изучению аппарата таких наук. В результате обнаружилось бы, что устойчивые автоколебательные движения могут возникать также и в непрерывных, а не только в дискретных замкнутых системах. Для этого достаточно, чтобы система имела нелинейную зависимость в цепи передачи энергии взаимодействия. Никаких априорных гипотез о существовании стационарных орбит нет необходимости принимать. Нужен простой расчет системы с запаздыванием полевого отклика. Причина запаздывания понятна, она состоит в ограниченной скорости света. Запаздывание должно проявляться как существенно нелинейное звено при скоростях электрона, близких к скорости света. Теория должна допускать, что электрон может двигаться с достаточно большими скоростями в атоме, чтобы запаздывание поля играло существенную роль в формировании траектории движения. Мы знаем, что электрон можно разогнать до больших скоростей в ускорителе. Согласно теории относительности, скорость электрона не может быть равной или больше, чем скорость света в вакууме. Но, согласно принципу неопределенности, чем меньше интервал, на котором определяется положение электрона, тем больше ошибка в определении его положения, причем, теория относит это свойство не к измерительной системе, а к свойствам самого электрона. Предположение, что электрон может тем дальше удалиться от своей орбиты в среднем, чем меньше интервал, на котором рассматривается его движение, кардинально противоречит утверждению теории относительности. По крайней мере, одно из этих утверждений обязательно ложно. Я полагаю, и не без оснований, что ложны оба. Если мы снимем релятивистский запрет, мы можем получить аналитически такие траектории движения электрона, при движении по которым полная излученная энергия будет равна нулю. Не снимая такого запрета, такую траекторию невозможно получить по простой причине: однажды излученная энергия никогда не может быть возвращена, если скорость её распространения в пространстве превышает скорость движения этого излучателя.
Эта формула позволяет определять все физические параметры электронов, движущимся по стационарным орбитам' [1].
В данном фрагменте утверждается общепризнанное заблуждение. Никакие параметры никакой орбиты электрона эта формула вычислить не даёт. Никто и не представляет электрон вращающимся по круговой орбите.
Вращающаяся орбита не укладывается в ранее сформулированную гипотезу о существовании такой орбиты, на которой бы электрон не излучал энергии. На круговой орбите электрон должен излучать. Если же мы признаем, что наших знаний не достаточно для указания такой орбиты, то мы должны признать, что она вовсе не обязательно - круговая.
Здесь же попросту приводится формула для энергии круговой орбиты при планетарной модели атома, только и всего. Но эта модель не вписывается в квантовую теорию строения атома, в квантовую теорию поля.
Кроме того, данная формула попросту не применима к движению электрона. В ней используется предположение, что сила притяжения электрона к атому (центростремительная) обратно пропорциональна квадрату расстояния R, и всегда постоянна по величине и направлена строго по направлению к центру атома. Такое предположение справедливо лишь в статике. При решении динамической задачи это предположение тем менее справедливо, чем больше скорость электрона в сравнении со скоростью распространения поля, и чем меньше радиус R.
Это соотношение столь же бесполезно, как бесполезно было бы соотношение, позволяющее подсчитать, сколько гвоздей и досок необходимо для постройки резиновой лодки.
Здесь то же самое: законы движения - вовсе не статические, поэтому соотношения из статики не нужны.
В.Ф.: 'До полного триумфа модели атома Бора - де Бройля оставалось только найти физическую причину прекращения излучения на этих орбитах, а также устранить небольшие разногласия между энергиями реальных спектральных линий и вычисленными по формуле Бора' [1].
Небольшие разногласия, на мой взгляд, состоят в том, что будь квантовая теория справедлива, мир был бы монохроматичным, то есть одноцветным. Только-то. Квантовая теория не объясняет существование различных цветов излучения, а должна была бы их запрещать. Раз энергия фотона определяет частоту излучения, и раз фотон - это минимальный квант энергии, то частота может быть только равной тому значению, которое получается из этой фиксированной величины. Для спасения теории пришлось вводить переменную энергию кванта, но это - нонсенс, абсурд.
Можно, хотя и не всегда удобно, строить здание из кирпичей различной величины. Но существование кирпичей различной величины указывает на то, что величина кирпичей не обязана быть строго одной и той же.
Если же мы говорим, например, что мельчайшая частица данного вещества - это атом, то есть такая частица, которую делить уже дальше нельзя, то мы тем самым утверждаем, что все атомы этого вещества одинаковы.
Для разных веществ размеры атомов разные, но наука выяснила, что все атомы состоят из нуклонов и электронов. В этом случае наука, можно считать, доказала, что вещество - это понятие, в основе которого лежит дискретная субстанция, которая не может быть взята в произвольном, сколь угодно малом количестве. Напротив, энергия до принятия квантовой теории считалась непрерывной. Если же считать её дискретной, и считать энергию фотона минимальной величиной энергии, то мы должны допустить, что энергию можно исчислять в штуках, как можно исчислять нуклоны, электроны, и другие частицы. При этом все штуки должны быть равны. Представление же о том, что частицы энергии могут быть не строго одинаковой величины, могут сливаться и делиться, следовательно, в относительно произвольных соотношениях, неизменно возвращает нас к представлению о том, что энергия - суть непрерывная величина.
Мы приходим к аналогии измерения воды в каплях.
Капля, как мера воды, не означает никаких принципиальных её свойств дискретности. Она лишь отображает наиболее часто встречающееся количество в ряде частных явлений, которое образуется вследствие сочетания действия сил поверхностного натяжения и движения воздуха относительно воды.
Может быть отмерено полкапли, четверть и иная, практически произвольная доля, лишь бы она была достаточно велика в сравнении с размерами молекулы.
То есть хотя вода, как и всякое вещество, дискретна (до молекул), но дискретность капель к этому не имеет никакого отношения.
Аналогично мы можем сказать: если энергия и дискретна, то, во всяком случае, дискретность энергии фотона не имеет к этому никакого отношения.
В.Ф.: 'И вдруг - сюрприз: почти в одночасье появляется волновая механика Шредингера, описывающая электронные оболочки атомов в виде резонансных состояний электронных волн де Бройля. Этот метод оказался пригодным для точного расчета спектров сложных атомов и их сочетаний - молекул' [1].
В науке всегда следует четко и чутко различать хороший метод расчета от хорошей теории. Метод Птолемея был вполне адекватен поставленной задаче. Но он не соответствовал реальности. То есть, как теория, он был плох.
Время измеряется в часах, в минутах, в секундах. Это - удобно. Удобно считать, что время состоит из минут и секунд. Но теория, утверждающая, что время дискретно меняется, то есть скачками, по секундам или по минутам - такая теория ошибочна. Она была бы удобна в ряде случаев, но это не добавляет ей истинности.
По поводу уравнения Шредингера важно отметить вот что. Это уравнение - основное динамическое уравнение нерелятивистской квантовой механики. Нерелятивистской. То есть в теории Шредингера не используются постулаты Эйнштейна.
Нелишне напомнить, что теория относительности разработана специально для случаев быстрых скоростей, и она существенно апеллирует к явлениям электромагнетизма. Если теория относительности не нужна для составления уравнений Шредингера, то она, видимо, не нужна и ни для чего иного, поскольку она, видимо, не верна. Если же теория относительности верна, то должны быть не верными уравнения Шредингера. Если же уравнения Шредингера всё-таки верны, и теория относительности тоже всё-таки верна, то мы должны признать, что мы ничего не можем понять относительно микромира, изучая законы макромира, поскольку эти законы принципиально разные. Но такое утверждение уже само по себе не вписывается в теорию относительности. Следовательно, мы никак не можем и не должны признавать одновременную справедливость нерелятивистской теории Шредингера и специальной теории относительности Эйнштейна.
В целом уравнение Шредингера опирается на предположение, что в основе движения лежат колебания. Хочется подчеркнуть: колебания вообще, а не круговые движения в частности. То есть справедливость математических соотношений вовсе не доказывает круговых движений электронов в атоме. Круговому движению там взяться неоткуда. Разложение кругового движения на проекции даёт колебательные движения, но колебательные движения в целом - это гораздо более широкий класс движений. Удачно найденная математика в данном случае вовсе не доказывает исключительной справедливости гипотезы о круговых движениях.
В.Ф.: 'Молодым (в те годы) физикам, освоившим математический аппарат волновой механики, и математикам, которые начали тоже называть себя физиками, удавалось решать самые разнообразные задачи с помощью почти формальной подстановки исходных физических параметров в уравнение Шредингера. Несмотря на то, что процесс решения этого уравнения не содержит наглядно интерпретируемых параметров, само решение такой интерпретации поддается, и соответствует опыту, правда, со специфическими ограничениями, присущими математическому аппарату квантовой механики - неопределенностями и вероятностной трактовкой' [1].
В общем, лучше и не скажешь. Приведенная математика не поддаётся физической интерпретации. Кому-то не поддается, а кому-то может и поддаться.
Раньше считалось, что комплексные числа не имеют никакого реального смысла. Позже стали применять их для описания колебательных процессов, в частности, в электротехнике. Мнимая компонента стала трактоваться как гипотетическая квадратурная проекция гипотетического вращающегося вектора, действительная часть которого соответствует реальному току в цепи. Аппарат математического анализа показал, что ток на конденсаторе и дросселе, соответственно, опережает или отстает по фазе от фазы напряжения, то есть ведут себя как квадратурная компонента этих колебаний. То есть мнимые числа получили вполне конкретный физический смысл. Возможно, этот пример несколько грубоват. Суть моего утверждения состоит в том, что стационарные орбиты электронов могут быть рассчитаны как предельные (устойчивые) циклы автоколебаний, а автоколебания могут быть установлены на основании предположений о существенном влиянии соотношений скорости электрона и скорости электрического поля на величину и на силу электрического притяжения электрона к ядру. В этом случае стационарные орбиты будут уже не предположением из разряда чудес (поскольку они не следуют из известных законов физики), а простым, понятным, логическим следствием из перечисленных обоснованных предположений.
Что касается вероятности, то тут явно имеются трудности с физической интерпретацией. Эйнштейн уверял, что Господь Бог не играет в кости. Этим он хотел подчеркнуть, что механика не может давать вероятностное решение при детерминированных условиях. Что из того, что мы не можем измерить траекторию электрона? Мы можем задать какие-то начальные условия и законы взаимодействия, и в этом случае мы должны получать детерминированный ответ. Вероятностные решения и вероятностные ответы означают отсутствие реальной теории.
Если я каждый день буду предсказывать такую же погоду, какая была вчера (интерполяцией), то вероятность того, что мое предсказание сбудется, равна 0,75. А на ближайший час вероятность была бы близка к 1,0. Синоптики, которые пользуются информацией о движении атмосферных слоев, снимками из космоса, данными наземных метеослужб и мощной вычислительной техникой, предсказывают погоду на сутки с вероятностью 0,78. Вся разница состоит в трёх процентах. Но интерполяция в данном случае не научна: она даст ошибочный прогноз на предстоящую неделю, тем более - на месяц и на год. Предсказания синоптиков - научны. Они применяют знания о климате, о влиянии времени года на погоду, их долгосрочные прогнозы почти также верны.
Итак, я могу получить высокую вероятность совпадения предсказания с реальностью, даже не имея никакой теории вовсе. Один из фундаментальных законов теории вероятности гласит, что, практически, всё, что угодно, при большом числе повторений достаточно хорошо описывается нормальным распределением. Наблюдайте за чем угодно, опишите потом это математическим ожиданием и дисперсией, и если вы наблюдали достаточно долго, высока вероятность, что ваше описание, вероятно, будет верным. Вот почти и вся теория вероятности.
В.Ф.: 'Основные результаты физики микромира, обеспечившие шумный успех квантовой механике были получены с этими неопределенностями. Как это не парадоксально, они и способствовали успеху квантовой механики: ее неопределенности и вероятности, стали приписывать самому микромиру. Опьяненные успехами молодые энтузиасты, при поддержке Гейзенберга, Бора, Зоммерфельда, Борна и Эренфеста провели на пятом сольвеевском конгрессе официальное решение считать вытекающие из уравнения Шредингера неопределенности реальным отображением действительных особенностей микромира' [1].
Это - очень важно и очень интересно.
С аналогичной задачей я столкнулся по своей профессиональной деятельности. Если измерять частоту путем заполнения импульсами определенного интервала времени, то мы получаем соотношение неопределенности. Чем меньше интервал времени, тем больше погрешность измерения частоты. Проблема состоит в том, что каждый раз наша точность составляет один счетный импульс, что соответствует одному периоду измеряемой частоты. Измеряя частоту 1000 Гц за 1 с, мы получим погрешность 1 Гц, или 0,001 (0,1%). Если интервал увеличить в 10 раз, погрешность уменьшится во столько же раз. Если интервал уменьшить, погрешность обратно пропорционально возрастёт. Можно утверждать, что произведение погрешности измерения частоты на длительность измерительного интервала постоянна и равна 1 Гц × с.
Это - в абсолютном выражении, а в относительном - то же, разделенное на измеряемую частоту.
Многие ошибочно понимают это соотношение, как свойство частоты. Однако свойства частоты измеряемого сигнала определяется его ограниченным спектром. Теорема Котельникова справедливо утверждает, что сигнал с ограниченным спектром может быть точно представлен ограниченным рядом его отчетов. То есть при бесконечном уменьшении измерительного интервала погрешность измерения может, разумеется, возрастать, но это отнюдь не значит, что частота сигнала на малых интервалах может сколь угодно сильно отклоняться от своего среднего значения. Соотношения неопределенности следует однозначно отнести к методу измерения, а не к свойствам реальности, которая измеряется в данном случае.
Сказанное, безусловно, справедливо и применимо и к физической реальности. Уменьшение времени измерения должно вызывать увеличение погрешности, и это относится только к методике измерения. Мы не можем надеяться на точные измерения за сверхмалые времена, поскольку пользуемся электрическими полями, которые распространяются с конечной скоростью. Соотношение неопределенности неизбежно должно возникать, но оно не связано с реальными траекториями электронов и иных частиц - оно есть прямое следствие ограниченности измерительного метода.
В.Ф.: 'Сложившаяся ситуация напоминает геоцентрическую систему астрономии, в которой эпициклы Птолемея, без какого-либо физического обоснования, прекрасно описывали не только наблюдаемую картину неба, но и обладали предсказательной силой' [1].
Верное замечание! И далее тоже - верно.
В.Ф.: 'Картины микромира в сольвеевской интерпретации последовательно придерживается и современная физика. Более того, резолюция "ваша работа не соответствует квантовомеханическим представлениям" служит достаточным основанием для отказа в публикации статьи в научном (и не только в научном) журнале без ее рассмотрения по существу. Именно по этой причине до сих пор отсутствует альтернатива вероятностной трактовке явлениям микромира, которую (особенно после появления там кварков), можно было бы, по своей запутанности, сравнить с последовательной птолемеевской картиной звездного неба после введения в нее описаний движения астероидов.
Известно, что против приписывания квантовомеханических представлений самой Природе выступили Лоренц, Эйнштейн и де Бройль. Но даже они не выступали против квантовой механики, искали в ней физический смысл. Сам Э.Шредингер (уже, правда, в 1952 г.) написал: "...Поскольку промежуточные состояния для данной теории - тема запретная, то не остается ничего иного, как считать переход мгновенным; однако, с другой стороны, излучение когерентного цуга волн длиною в метр-полтора, который вполне наблюдаем при помощи интерферометра, подразумевает, что на это понадобится соответствующий интервал времени, приходящийся как раз между двумя состояниями. Причем, в этом промежутке атому не остается никакого времени для пребывания в этих стационарных состояниях - тех единственных, которые теория только и может описывать...." (Э.Шредингер. "Избранные труды по квантовой механике".) Этим он признал ограниченность квантовой механики, неполноту описания ею внутриатомных процессов' [1].
Здесь необходимо остановиться, сделать паузу. Теория не может запрещать промежуточные состояния. Коль скоро она это делает, она - ошибочна. Теория, запрещающая промежуточные состояния, запрещает движение вообще. Следует чётко уяснить, что в математическом методе расчета промежуточные состояния не используются. Это - недостаток метода. То, что результаты получаются и без этого - это достоинство метода. Тот факт, что мы не говорим о секундах, сообщая, который час, не дает оснований для запрета промежуточных состояний времени.
Если промежуточные состояния запретны, то мы должны предположить, что электроны проходят их мгновенно. Это в корне противоречит теории относительности, о чем я говорил. Логика должна будет нас привести к дискретному времени, если мы пойдем по этому пути. Но мы по нему не пойдем.
В.Ф.: 'А между тем, в модели Бора - де Бройля можно найти возможность четкого и однозначного описания процесса перехода электрона между стационарными орбитами. В постулатах Бора электродинамика была отменена только для стационарных орбит. Процесс же перехода электрона между орбитами может определяться ею "по умолчанию" при промежуточных значениях числа n. В таком случае частота является эффективной средней из немонохроматического цуга волн, испускаемых при переходе.
Указанием на правильность развиваемых представлений можно считать и тот факт, что численное значение частоты кванта излучаемого ЭМ поля всегда является средней между частотами вращения электрона по круговым стационарным орбитам, между которыми совершается переход. Для убедительности, приведем таблицу из "Курса химической физики" А. Эйкена, М. 1933.
Таблица подтверждает мысль, что в промежутках между стационарными орбитами электрон движется по траектории, параметры которой заданы условиями покинутой им орбиты, определяющей параметры начала излучения. Дальнейшее излучение определяется классической электродинамикой вплоть до стыковки со следующей стационарной орбитой, параметры которой определяют конец цуга волн.
Предположение о плавном уменьшении значения n при переходе электрона с верхнего энергетического уровня на следующий и выполнении при этом законов классической электродинамики позволяет изобразить траекторию спускающегося электрона, а также определить мгновенную частоту ν излучаемого ЭМ поля, равную угловой частоте вращения электрона, и амплитуду А излучения, равную удвоенному мгновенному, радиусу траектории' [1].
Предположение о плавном уменьшении значения n при переходе электрона с верхнего энергетического уровня на следующий - это предположение о том, что энергия электрона может меняться плавно и иметь произвольное значение.
Таким образом, автор прямо противоречит квантовой теории. Следовало бы это сказать более четко. Весь предыдущий текст статьи является некоторой апологетикой квантовой теории.
Я готов согласиться с автором, что квантовая теория не справедлива, в том смысле, что она не обоснованно постулирует дискретность энергии. Но автор этого не утверждает, поэтому мне не с чем соглашаться.
В.Ф.: 'Таким образом, можно узнать количество витков траектории и соответственно число волн в "кванте" ЭМ поля, излученного при переходе между целыми (n). Энергия же всего "кванта" может быть посчитана в виде суммы энергий отдельных волн, а энергия каждой волны - в виде средней мощности излучения, содержащейся в каждом периоде цуга волн, которым иногда представляют "квант". Подсчет можно сделать с помощью формулы для средней мощности излучения электрона, приведенной в учебнике по физике С.Э. Фриша (т. 3), а усреднение проводить за время одного периода (одного оборота электрона). Для определенности, траекторию подлета электрона к первой (боровской) орбите атома водорода удобнее вычислять в обратном порядке, начиная с боровской орбиты, для которой известны основные параметры: число n=1, радиус Ro, потенциальная и кинетическая энергия и т.д. В этом случае электрон будет поглощать ЭМ поле, удаляясь от ядра и уменьшая свою скорость. Накачивая электрон, таким образом, можно виток за витком, проследить за всеми параметрами раскручивающейся спиральной траектории электрона, вплоть до следующей стационарной орбиты' [1].
Возможно, автор предполагает, что количество витков электрона при переходе с одной орбиты на другую определяет количество колебаний за это время в излученной световой волне.
Не будем это оспаривать, лишь обратим внимание на следующие неувязки. Если движение электрона предполагать круговым, а переход с одной круговой орбиты а другую предполагать спиралевидным, то, во-первых, это в корне иное рассмотрение, нежели квантовое представление об энергии, во-вторых, в этом случае следует предложить иное, не квантовое объяснение того факта, что на стационарных орбитах электрон не излучает, а на переходных траекториях - излучает. В-третьих, видимо, следует предположить, что скорости движения и (или) частота обращения электрона на различных орбитах различны, а, следовательно, на переходных траекториях происходит изменение этой скорости и (или) частоты от одного значения к другому. Следовательно, излученный цуг высокочастотных колебаний должен быть не на одной частоте, а на переменной частоте. То есть спектр излучения атомов при различных переходах не должен быть линейчатым.
Кроме того, переход из гантелеобразного облака в сферическое должен, кажется, качественно отличаться от перехода из сферического облака в сферическое, и наоборот. Вообще же, если считать, что только электронное облако нижнего уровня имеет круговую или сферическую форму, то только в атомах водорода это облако заполнено не полностью, в остальных же атомах оно всегда заполнено. Все траектории более высокого уровня официальная физика не считает круговыми (сферическими), поэтому не понятно, о каких переходах с одного кругового движения на другое вообще может идти здесь речь.
В.Ф.: 'Таким образом, модель атома Бора - де Бройля позволяет в рамках классических представлений определять все параметры движения электрона, подлетающего к первой орбите атома водорода из бесконечности, где и кинетическая и потенциальная энергии электрона равны нулю, а также проследить за каждой волной цуга, излучаемого при переходах между стационарными орбитами' [1].
Не понятно, какое отношение имеет к этому утверждению модель Бора - де Бройля. Речь шла о том, что уравнение Шредингера позволяет рассчитывать энергию излучения при переходах с одного энергетического уровня на другой. Предположение о существовании энергетических уровней - это ещё не модель движения. Модель предполагает определенность относительно вида траекторий и зависимостей параметров движения, хотя бы координат, от времени. Модель может быть дана в виде фазовых траекторий (фазового портрета) движений, то есть зависимости скорости от ускорения, и (или) скорости от координаты. Математическая модель в виде уравнения Шредингера - это уже не модель Бора. Как было сказано выше, интерпретации этой модели найти не удалось. Автор утверждает о том, что в рамках классических представлений модель позволяет определять все параметры движения электрона, подлетающего к первой орбите атома водорода из бесконечности. Почему тогда никто и никогда не рассчитал параметры такого движения? Предлагаю решить задачу. Ядро находится в начале координат. В момент t0=0 электрон находится на расстоянии 1м от начала координат на оси X и покоится. Требуется рассчитать траекторию электрона для положительных значений времени. Может ли современная физика решить эту задачу? Обладает ли она такой моделью, которая бы дала в качестве решения траекторию, завершающуюся хотя бы круговым стационарным вращательным движением электрона? А движением по сферической траектории? Мы ведь знаем, что предположение Бора состоит в том, что электрон движется по орбите, то есть по устойчивой замкнутой траектории, о которой чаще всего говорят как о сферической, реже - круговой. Круговая траектория - плоская, но мы знаем, что атом водорода не плоский. В преложенной задаче неоткуда взяться движению в направлении осей Y и Z, классическая теория не даст движений в этих направлениях, так как изначально имеются лишь два точечных объекта, скорости которых в этом направлении равны нулю.
Из представления о том, что такое атом водорода, мы знаем, что каковы бы ни были начальные условия, решение должно давать орбиту, симметричную относительно центра во всех направлениях, то есть либо сферическую, либо иную, например, гантелеобразную, которая совершает быстрые вращения во всех направлениях.
Представления о точечном заряде не дают возникновения ортогональных движений. Отход от точечных представлений, вообще говоря, может дать такое решение.
Пусть сталкиваются два шара, движущихся только вдоль оси X. В результате столкновений не возникнет движения вдоль оси Y и Z. Пусть теперь хотя бы один из этих шаров вращается. В результате неизбежно возникают движения в указанных направлениях. Почему одна из частиц вращается? Мы можем предположить, что при движении с вращением электрон испытывает меньше сопротивления со стороны среды (вакуума), чем если бы он двигался, не вращаясь. Мы знаем, что вращающаяся пуля летит дальше. Вращение помогает преодолевать сопротивление воздуха. Движение электрона помогает преодолевать самоиндукцию. Движение электрона вызывает магнитный момент, который воздействует на движущийся электрон. Электрон взаимодействует с полем, которое сам же и порождает. Если электрон покоится, то он может не вращаться. При движении с некоторой скоростью наименьшее сопротивление вплоть до нулевого, достигается при вращении с определенной скоростью. Если электрон вращается с оптимальной круговой скоростью для данного значения поступательной скорости, то сопротивление среды равно нулю. Поэтому движение с постоянной скоростью не вызывает сопротивления со стороны среды. Если же электрон совершает ускорение, то скорость его вращения не соответствует требуемой, поэтому самоиндукция препятствует возникновению ускорения. Самоиндукция препятствует не только ускорению, но и торможению по той же причине. Поэтому движение электрона неотличимо в первом приближении от покоя (в отсутствии других тел).
Если бы электрон не вращался, то в рассмотренной задаче он мог бы двигаться только по оси X. Классическая теория даёт единственное решение: он должен упасть на ядро и там остаться. Разработанная мной теория даёт другое решение: он должен пролететь сквозь ядро со скоростью света, после чего удаляется до полного торможения, потом возвращается обратно и так до бесконечности. Введение рассмотрение вращения электрона дает возможность допустить, что при каждом удалении от ядра электрон может двигаться в несколько ином направлении, чем двигался до сближения с ядром, поскольку вращение его нарушает правило совпадения угла падения и угла отражения.
В.Ф.: 'Например, энергия ЭМ поля, содержащаяся в одном периоде цуга волн, оказалась в миллион раз меньше энергии всего кванта, что вполне соответствует представлениям Э.Шредингера о длине цуга волн' [1].
Применение уравнения Шредингера даёт результат, соответствующий представлениям Шредингера? Кажется, в этом нет ничего удивительного. Или я не понял, о чем шла речь. Предлагаю читателю попытаться найти иной смысл в сказанном - вдруг он там имеется?
В.Ф.: 'Странно, что даже в рамках классической электродинамики свет, излучаемый атомами, считается монохроматическим. Этому имеется одно объяснение: математика предложила физике только одну модель излучателя ЭМ поля - дипольный осциллятор, амплитуда колебаний которого уменьшается в процессе излучения без изменения частоты. Сам Шредингер полагал цуг ЭМ волн когерентным. Наблюдаемое же уширение спектральных линий обычно объясняют эффектом Доплера: свет от движущегося источника воспринимается как свет с несколько иной, но также постоянной, частотой, и уширение спектра обязано наложению этих разных по частоте монохроматических цугов.
Я думаю, наблюдаемое уширение спектральной линии может в большой степени определяться немонохроматичностью самих фотонов, которая может быть выявлена в прямом эксперименте' [1].
Довольно странно, что автор удивляется немонохроматичности излучения в рамках предложенной им траектории (как я уже говорил, противоречащей квантовой теории). Впору было бы удивиться монохроматичности. Если скорость электрона на различных орбитах различна, то в момент перехода с одного уровня на другой он движется с ускорением (или торможением). Следовательно, он должен излучать по-разному. Отличие частоты излучения в начале и в конце цуга (вспышки) должно быть весьма заметным, видимо, более значительным, чем это имеет место. Удивительно, что спектры излучения линейчатые, а не то, что линии размыты (допустим, действительно, вследствие доплеровского уширения).
Вот если бы автор разделял квантовую теорию, то должна была бы сохраняться не только монохроматичность одного фотона, а, как я упоминал, монохроматичность всего излучения в целом - мир был бы одноцветным. Спектры излучений всех атомов и молекул представляли бы собой одну и ту же линию, в крайнем случае - имелась бы возможность существования фотонов с энергией 2ε, 3ε, : nε. Доплеровское уширение, вообще говоря, тоже могло бы изменить энергию фотона лишь на величину ε, 2ε, 3ε и т.д. То есть существовали бы частоты излучения: f, 2f, 3f : nf, где f - частота, соответствующая энергии одного кванта ε.
В.Ф.: 'Пропустим одну из линий, например - серии Бальмера атома водорода, сквозь толстую призму. Очевидно, что передний длинноволновый край этой линии будет преломляться слабее, чем задний коротковолновый. Войдя в призму в одной точке, передний и задний края цуга волн будут двигаться в ней по разным прямым. Призму можно сориентировать так, чтобы передний длинноволновый край цуга был направлен перпендикулярно другой ее поверхности. Этот край, двигаясь с большей скоростью и по кратчайшему пути, выйдет раньше, чем задний, прошедший внутри призмы больший путь и с меньшей скоростью. Цуг волн заметно растянется уже внутри призмы. После ее прохождения растяжение еще больше увеличится, т.к. передний край цуга раньше выйдет из призмы и еще дальше убежит от заднего. Такая особенность кванта ЭМ поля должна проявиться при наложении испытуемой линии на линию, не прошедшую сквозь призму. При этом будет наблюдаться бегущая интерференционная картина, зависящая от толщины призмы. Идея этого эксперимента опубликована в статье автора "Монохроматичен ли фотон" в журнале "Физическая мысль России" N 2 за 2001 г., но информации о попытках проведения такого эксперимента пока нет.
Описанный эксперимент основан на модели атома Бора - де Бройля, имеющей классические корни. Постулаты Бора, никак не затронули энергетическую сторону внутриатомных процессов, которые остаются (по Бору) классическими. А между тем, избранность отдельных орбит обязана иметь причину, которая должна затрагивать энергетику атома' [1].
Всё это не только чрезвычайно интересно, но и наглядно демонстрирует отсутствие единого представления о том, что такое атом. Классические представления объявлены ошибочными, но до сих пор используются. Релятивистские представления не используются. Если релятивистские представления допустимо не использовать в обсуждении модели атома, то следует признать, что ничто не запрещает двигаться электрону со скоростью, большей, чем скорость света в вакууме. Если такой запрет снят, то можно построить модель движения, при котором энергия не теряется на излучение. Как минимум, электрон должен двигаться со скоростью света, чтобы поглощать излученную им же энергию хотя бы частично. Если электрон может двигаться со скоростью, хотя бы немного выше, это становится совершенно реальным.
Представьте себе игрока в бадминтон, который может двигаться быстрее, чем летит волан. Тогда ему не нужен второй партнёр: он может сам обогнать волан и отбить его назад, самому себе. Если же игрок не может двигаться быстрее волана, то однажды отбитый волан уже никогда не вернётся к нему, если не будет второго партнёра.
Следовательно, согласно классическим представлениям, движение по замкнутой орбите без излучения и со скоростью, не превышающей скорость света в вакууме, не может быть осуществлено без излучения энергии. Этого уже не скажешь про два электрона. Два электрона в теории могут обмениваться энергией при движении по противоположным траекториям. Впрочем, мы не можем утверждать на этом основании, что только атомы с четным количеством электронов могут быть электрически нейтральными. Атом с тремя электронами в принципе тоже может быть нейтральным, если три электрона задействованы в таких движениях, при которых энергия, испущенная каждым электроном поглощается другими электронами.
Мы должны обратить внимание, что в таком случае траектории электронов должны рассчитываться не последовательно, начиная с n=1, а совместно, считая, что в атоме N электронов которые должны занять орбиты от n=1 до n=N.
Но с атомом водорода всё равно в этом случае остается нерешенная проблема: для того, чтобы поглотить собственную энергию, он должен двигаться со скоростью большей, чем скорость света в вакууме.
Немного отвлекусь для демонстрации того, как могут два электрона ПОЛНОСТЬЮ поглотить энергию друг друга.
Рассмотрим движение одного лишь электрона. Если он покоится, он распространяет статическое поле, затухающе с квадратом расстояния, следовательно в среде имеется градиент поля. Если электрон движется, то этот градиент изменяется во времени. При достаточно медленном движении электрона поле как бы перемещается вслед за электроном. Если электрон движется со скоростью, соизмеримой со скоростью света, то поле не успевает перемещаться за электроном, чем больше расстояние от траектории электрона, тем больше задержка изменения поля в данной точке. Если электрон движется со скоростью, превышающей скорость света, то его энергия излучается, что известно как эффект Черенкова. Можно для понимания этого эффекта пользоваться традиционным представлением через принцип Гюйгенса [2], а можно принять и ту теорию, которую я выше изложил. Если электрон вращается, допустим, по часовой стрелке, то, достигая скорости света, он движется вместе с собственным полем, то есть движется в эквипотенциальном пространстве. В этом случае он перестаёт взаимодействовать с собственным полем. При скорости, равной скорости света, электрон становится безинерционным, поскольку теряет связь с вакуумом, теряет самоиндукцию, то есть эффективную массу, теряет связь с собственным гравитационным полем, то есть теряет и тяжелую массу [3]. Электрон, который движется со скоростью, большей, чем скорость света, вновь вступает во взаимодействие с собственным полем, но воспринимает его в обратном времени, поскольку обгоняет собственное поле. Поэтому он воспринимает это поле как поле противоположного знака. И полем он воспринимается как частица противоположного знака. Те силы, которые его разгоняли, теперь будут его тормозить и наоборот. Таким образом, скорость света - это естественная граница, переход которой вызывает автоколебательные движения электрона около этого значения. Видимо, именно это и есть - та причина, по которой электрон излучает световую энергию, двигаясь в среде со скоростью, большей, чем скорость света в этой среде. Вследствие этого эффекта, то есть эффекта Черенкова, электрон светится. Свечение - это испускание высокочастотного колебания. Если бы другая частица могла испускать колебания той же частоты и той же фазы, но противоположные по знаку, то это излучение было бы полностью погашено тем излучением, или, что то же самое, можно говорить о том, что частицы полностью обменялись энергией, не излучив ничего во внешнее пространство.
Для того, чтобы излучить противоположное поле, предположительно, может существовать такой вариант, как движение по той же траектории частицы с противоположным знаком заряда, то есть позитрона. Но этот случай - тривиальное решение, не имеющее практического значения. Если позитроны существуют как античастицы по отношению к электронам, и если электрон и позитрон пространственно совмещены, то можно говорить о полной аннигиляции, взаимном уничтожении этих частиц. В этом случае мы потеряли бы предмет рассуждения.
Однако, вспомним, что электрон, движущийся со сверхсветовой скоростью, воспринимается полем как позитрон. Следовательно, второй электрон может осуществить аннигиляцию с виртуальным позитроном. Это возможно только если второй электрон движется встречно и тоже со сверхсветовой скоростью. В месте сближения электроны в таком случае меняются ролями: каждый из сближающихся электронов будет воспринимать другой электрон как частицу противоположного знака. Таким образом, встречно движущиеся электроны, теоретически, могут полностью погасить излучение друг друга.
Однако в этом случае они будут восприниматься из покоящейся системы отсчета как нейтральные частицы, что делает рассмотренную модель неприменимой для использования ее в модели атома.
Вспомним, тем не менее, что электроны воспринимают лишь относительные скорости друг друга. Таким образом, если электроны движутся встречно со скоростями, равными половине световой (этого не запрещает даже теория относительности), то они могут воспринимать скорость друг друга равной скорости света (что не согласуется с теорией относительности, но нас это не смущает). Такие электроны воспринимают друг друга как противоположно заряженные частицы и притягиваются к создаваемым друг другом виртуальным образам этих частиц. То есть встречное движение двух электронов со скоростью, равной половине скорости света, может быть той моделью, которая объясняет отсутствие излучения, полный обмен энергией, отсутствие электромагнитного момента атома при сохранении статического заряда, равного сумме зарядов этих электронов.
Рассмотренные виды движений не обязательно имеют место в атоме, нам важно лишь отметить, что теория способна дать модели, в которых отсутствие излучения является следствием понятных логических допущений и классических представлений об электромагнитных взаимодействиях.
В.Ф.: 'Из сравнения реального спектра атома водорода, с результатами вычислений тех же линий по формуле Бора видно, что реальные линии имеют чуть большую частоту, чем вычисленные. Поиски физической причины, вызывающей эти расхождения, как и причины отсутствия излучения на стационарных орбитах, продолжались официально вплоть до решения сольвеевского конгресса 1927 г. В рамках решений этого конгресса сам вопрос о причине расхождений с электродинамикой не имеет смысла, т. к. все однозначно определено математикой Шредингера и Дирака [1].
В истории науки было множество важнейших вопросов, которые не решались, потому что кто-то когда-то убедил остальных, что решать их не имеет смысла.
Даже в истории математики длительное время считалось бессмысленным делить на ноль и извлекать корень из отрицательного числа.
В.Ф.: 'Но Природа не подчиняется постановлениям конгрессов' [1].
Это очень точно! Уже одна эта фраза делает статью весьма привлекательной, заслуживающей публикации.
В.Ф.: Рассмотрим поведение электрона в атоме водорода, акцентируя внимание на отклонения этого поведения от предписанного электродинамикой [1].
Любопытно.
В.Ф.: '1. Раз частота (и энергия) излучаемого цуга ЭМ волн больше, чем предписано, то внутри атома существует дополнительная к кулоновской центростремительная сила, действующая только на электрон на стационарной орбите. Она возрастает с приближением электрона к ядру, образуя свои углубляющиеся потенциальные ямы' [1].
Рассуждения основаны на предположении, что орбита электрона близка к круговой.
В.Ф.: '2. Дополнительная центростремительная сила резко возникает при целом n и так же резко исчезает при отклонении значения n от целого. Именно этим обеспечивается устойчивость "стационарных" орбит' [1].
Автор, к сожалению, забывает, что выполнение 'предписанного' уравнения, которое никак не следует из классической электродинамики - это уже некоторое чудо. Если мы допускаем одно чудо, одно явление, не вписывающееся в классические представления, и не даем объяснений этому несоответствию, и делаем это ради объяснения траекторий движения электронов, то это - самый простой путь. Вторичные, промежуточные гипотезы и чудеса уже излишни, согласно принципу Оккама. Если мы утверждаем, что существуют дискретные стационарные орбиты, на которых электрон не излучает, то искать силу, которая возникает при отклонении от этих орбит, конечно, можно. Но факт отклонения от этой орбиты в качестве причины порождения этой силы - это не теоретическое положение, а уточнение конкретного чуда. Выше мы говорили уже о том, что для объяснения движения электронов по загадочным Боровским орбитам недостаточно предположить, что они существуют. Необходимо при этом предположить, что они устойчивы, то есть небольшие отклонения от них вызывают силы, возвращающие электрон на эти орбиты. Утверждение о том, что такие возвращающие силы имеются равнозначно утверждению, что эти траектории устойчивы. Принятие гипотезы существования таких траекторий без оговорки, что они устойчивы, ничего не даёт. А причины устойчивости траектории пока что официальной наукой не выяснены. Автор принимает гипотезу 'дополнительной центростремительной силы', но точнее было бы говорить о силе, устремленной к стационарной траектории. Если электрон находится дальше, то сила будет центростремительной, если ближе, то центробежной.
В.Ф.: 'Покажем это. На электрон на стационарной орбите действуют одновременно кулоновская и дополнительная центростремительные силы. Для стабильности орбиты необходимо, чтобы противодействующая этим двум силам центробежная была больше, чем та, которая противостояла одной только кулоновской. Это означает, что скорость движения электрона, в этой дополнительной яме больше, чем в боровской модели атома. При любой попытке излучения нарушится целочисленность n и исчезнет дополнительная центростремительная сила. Оставшаяся прежней центробежная сила должна отбросить электрон от ядра, что невозможно, т. к. для этого электрону нужно добавлять энергию, а не излучать ее' [1].
Автор рассуждает о двух силах и только с одной стороны от траектории. Поскольку кулоновская сила - центростремительная, то о дополнительной центростремительной силе говорить не обязательно. Достаточно допустить дополнительную центробежную силу, которая уравновешивает центростремительную кулоновскую только на стационарных траекториях. Если бы сила была одна, то и равновесие было бы только на одном расстоянии. Поскольку равновесие зависит от динамических характеристик, то есть от скорости электрона, то можно предположить, что равновесие здесь достигается не вследствие статической компенсации двух полей (одно из которых - гипотетическое), а вследствие динамической компенсации. Но гипотеза динамического равновесия уже не требует дополнительной статической силы, а, следовательно, и не требует дополнительного статического поля. Достаточно допустить, что динамика движения электронов столь значительна, что динамические погрешности восприятия им статического поля могут существенно искажать восприятие равновесного состояния. Таким образом, равновесным состоянием электрон воспринимает уже не центр ядра, а некоторую иную область пространства, причем, динамическую область. Здесь уместно было бы говорить о пространственно-временном континууме, о котором говорил Эйнштейн, но не в том смысле, что движение во времени возможно, а лишь в плане удобной математической модели, в которой можно выделить подпространство расстояния и времени. В этом подпространстве электрон ощущает себя как покоящийся, хотя само это подпространство - это перемещающаяся во времени и в пространстве точка. Заняв эту траекторию, электрон уже больше не ощущает внешних сил и не взаимодействует со средой, поскольку ощущает себя в эквипотенциальном поле. Либо можно говорить, что он колышется около этого равновесного состояния, постоянно излучая и поглощая энергию, так что среднее значение его энергетических потерь равно нулю.
Между двумя ближайшими устойчивыми траекториями должна существовать одна неустойчивая траектория, характеризующаяся тем, что отклонение от неё вызывает силы, увеличивающие это отклонение. Поэтому если отклонение электрона от стационарной орбиты не настолько велико, чтобы он достиг неустойчивой траектории, он возвращается назад, отдавая обратно в среду ту энергию, которая породила это отклонение. Если же отклонение таково, что он достигает этой неустойчивой орбиты, то он может перейти на следующую устойчивую орбиту, 'насильно' забирая из среды недостающую энергию. Квазистационарными траекториями в теории замкнутых нелинейных динамических систем называются такие траектории, на которых длительное пребывание возможно, но чем дольше пребывает объект в этом состоянии, тем выше вероятность его ухода с этой орбиты. Это объясняется тем, что потери энергии на этой орбите имеются, но они незначительны, притом, что при отклонении в одну сторону возникают силы, возвращающие объект на эту орбиту, а при отклонении в другую сторону таких сил не возникает, или они относительно слабы. Всякое возбужденное состояние электрона - это пребывание на квазистационарной орбите. С этих орбит электрон самопроизвольно возвращается на свои стационарные орбиты, однако, время пребывания на таких орбитах зависит от свойств этих орбит. Так вещества, называемые люминофорами, способны длительно 'впитывать' световую энергию, после чего, помещенные в темноту, эти вещества светятся. Это объясняется тем, что электроны за счет воспринятой энергии света перемещаются на квазистационарные траектории, на которых могут существовать достаточно долго. После этого они возвращаются на стационарные орбиты с излучением света соответствующей энергии, и, следовательно, соответствующей частоты. Цвет свечения люминофоров, разумеется, определяется свойствами вещества, а не цветом того света, который послужил причиной возбуждения электронов.
В.Ф.: 'Скорее всего, находясь в дополнительной потенциальной яме, электрон сам поглощает излучаемую им же энергию, обеспечивая безизлучательность стационарных орбит' [1].
Вот, мы подобрались к ключевой проблеме. Пару лет назад я писал уже именно это: электрон на одной части стационарной орбиты поглощает ту энергию, которую он излучил на другой части стационарной орбиты. То же самое можно сказать иными словами: устойчивая стационарная траектория может существовать только в том случае, либо если энергия периодически перекачивается из потенциальной в кинетическую и обратно, либо в том случае, если энергия периодически отправляется в окружающую среду, а потом полностью забирается обратно.
Собственно, это - одно и то же. Увеличение потенциальной энергии - это в каком-то смысле передача энергии в окружающую среду, в поле сил. Наоборот, увеличение кинетической энергии за счет поля окружающих сил - это изъятие энергии из среды. Если электрон то приближается к ядру, то удаляется, то это - именно такая ситуация. При приближении потенциальная энергия падает до нуля, кинетическая возрастает до максимума. При удалении скорость падает, падает и кинетическая энергия, практически до нуля, потенциальная энергия возрастает до максимума.
В первом случае - пролет электрона с максимальной скоростью вблизи ядра, во втором - максимальное удаление от ядра.
Понятие среды здесь необходимо. Среда, которая ответственна за распространение электромагнитного поля, здесь играет важнейшую роль. Что это за среда? Конечно, вакуум! Не может же межатомное пространство быть заполненным газом!
Возникает закономерный вопрос: каким образом электрон может поглотить ту энергию, которую он ранее излучил?
Ответ должен быть такой: только и исключительно в том случае это возможно, если скорость электрона больше, чем скорость распространения поля в среде. То есть утверждение 'электрон поглощает ранее выпущенную им же энергию' вызывает необходимость утверждать 'электрон способен двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме'!
Здесь мы приходим к тому пониманию, что электрон, следовательно, способен опережать собственную волну излучения, а, следовательно, и раскачиваться на ней. Тогда нам становится понятным эффект Черенкова. Если электрон движется в среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде, то его поле начинает отставать от него. Тогда он собственную волну воспринимает как волну от противоположной частицы. Вместо самоиндукции начинает действовать антисамоиндукция. Поле, которое ранее ускоряло, начинает тормозить, а поле, которое ранее тормозило, начинает ускорять. В этих условиях скорость движения электрона начинает очень быстро и очень часто меняться. Он начинает колебаться на высокой частоте. Это и есть механизм, вследствие которого происходит излучение света электроном, движущимся со сверхсветовой скоростью. Этот же самый эффект в точности должен иметь место в вакууме. Он и происходит в межатомарной среде в момент перехода электрона с возбужденного состояния в невозбужденное.
В.Ф.: 'Поищем среди реальных сил наиболее близкие к нашим дополнительным центростремительным, которые далее будем называть квантовыми' [1].
Напрасные поиски. Надо искать не там.
Нет необходимости искать иные силы.
Достаточно учитывать те силы, которые необходимо присутствуют и наиболее полно учитывать те условия, в которых эти силы действуют. Введение динамических ошибок и обратных связей - достаточное условие выявления тех качественно новых условий, которые воспринимаются как результат действия гипотетических дополнительных сил. Никаких дополнительных сил нет, есть только сочетание известных сил с особенным условием, которое состоит в том, что частица способна двигаться со скоростью, превышающей скорость распространения силового воздействия, которое вызывает это движение.
Только и всего.
Очень просто.
Советую всем, кто интересуется строением атома, подумать в этом направлении.