Техника - молодёжи 2004-01, страница 56

СМЕЛЫЕ ГИПОТЕЗЫ

Известно, какой переполох в мире науки произвело открытие Э. Резер-фордом планетарной структуры атома.

Самым неожиданным, непонятным, даже неприемлемым, оказался для физиков факт длительного раздельного существования положительно заряженного ядра и отрицательных электронов. Максвелловская электродинамика, показавшая к тому времени свою состоятельность предсказанием возможности существования электромагнитного (ЭМ) поля в отрыве от электрического заряда, категорически запрещала даже возможность длительного соседства свободных зарядов противоположного знака. Сво-

молекул. 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.

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.Шре-дингер. «Избранные труды по квантовой механике».) Этим он признал ограниченность квантовой механики, неполноту описания ею внутриатомных процессов.

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 умол-

МОДЕЛИ

чанию» при промежуточных значениях числа п. 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. Эй-кена, 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 п 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 и излучаемого ЭМ поля, равную угловой частоте вращения электрона, и амплитуду А излучения, равную удвоенному мгновенному радиусу траектории. Таким образом, можно узнать количество витков траектории и соответственно число волн в «кванте» ЭМ поля, излученного при переходе между целыми (п). 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 (боров

ЕСТЕСТВЕННОЙ ПРОДОЛЖЕНИЕ

бодный электрон, оказавшийся в кулонов-ском 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.

Фактические же спектры атомов состоят из отдельных линий, каждая из которых содержит определенную порцию ЭМ энергии (Е), равную произведению постоянной Планка (h) на частоту ЭМ поля (и).

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. Тогда разность между энергиями электронов, движущихся по этим орбитам, в электрическом поле ядра совпадает с энергиями спектральных линий. Считается, что постулаты Бора нашли оправдание в форме идей де Бройля об электронных волнах, которые как раз на боровских орбитах могли укладываться целое число (п) раз. Была найдена простая зависимость:

R=nh/2JtmV,

где:

R — радиус орбиты,

V — скорость движения электрона по ней, m — масса электрона, h — постоянная Планка.

Эта формула позволяет определять все физические параметры электронов, движущимся по стационарным орбитам.

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.

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 —

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.

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.

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

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 ' 2 0 0 4

54