Техника - молодёжи 2004-01, страница 57
ской) орбите атома водорода удобнее вычислять в обратном порядке, начиная с бо-ровской орбиты, для которой известны основные параметры: число п=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. 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, излуча- редний 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 «Мо-нохроматичен ли фотон» в журнале «Физическая мысль России» № 2 за 2001 г., но ин- от целого. Именно этим обеспечивается устойчивость «стационарных» орбит. Покажем это. На электрон на стационарной орбите действуют одновременно куло-новская 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 п 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. Скорее всего, находясь в дополнительной по- АТОМА БОРА-ДЕ БРОИЛЯемого при переходах между стационарными орбитами. Трудности на этом пути оказались чисто технические (вычисления проводились с помощью программируемого микрокалькулятора МК-54). 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. 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. 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 пе- формации 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. 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. Но Природа не подчиняется постановлениям конгрессов. Рассмотрим поведение электрона в атоме водорода, акцентируя внимание на отклонения этого поведения от предписанного электродинамикой. 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. 2. Дополнительная центростремительная сила резко возникает при целом п и так же резко исчезает при отклонении значения п
тенциальнои яме, электрон сам поглощает излучаемую им же энергию, обеспечивая безизлучательность стационарных орбит. Поищем среди реальных сил наиболее близкие к нашим дополнительным центростремительным, которые далее будем называть квантовыми. Как ни странно, ближе всех к квантовым, составляющим на атомных орбитах тысячные доли от кулоновских, оказались ядерные силы. Как известно, силы ядерного сцепления также резко исчезают при незначительном увеличении расстояния между нуклонами. Силы же, называемые силами ядерного отталкивания, наблюдаемые при попытке сжать нуклоны, объясняются опять же исчезновением сил ядерного сцепления, а оставшиеся силы, называемые силами ядерного отталкивания, имеют, скорее всего, другую природу, отличающуюся от сил ядерного сцепления и от наших квантовых. Бросающееся в глаза противоречие между малой величиной рассматриваемых квантовых сил и их огромной упорядочивающей ролью в мире атомов может быть устранено введением некоторых конкретных уточнений в самой электродинамике. Например, электрон, падая из состояния покоя на протон, должен излучать не сферическую волну, как это прописано классической электродинамикой, а такую, которая способна обеспечить появление у него тангенциальной скорости. Иначе не проявятся условия для реализации квантово-механических взаимодействий. Малая величина квантовых воздействий означает, что квантовомеханические запреты на отдельные процессы вовсе не говорят о невозможности протекания этих процессов, поскольку за этими запретами нет достаточных по величине сил. Кстати, от падения на атомное ядро с самой нижней орбиты удерживает электроны не квантовомеханические силы, а именно тангенциальная составляющая их скорости, которая за счет релятивистского прироста массы электрона на этих орбитах, дает ему такой рост кинетической энергии, который начинает превышать убыль кулоновской потенциальной энергии за счет приближения к ядру. п ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 ' 2 0 0 4 55 |
