Физика неоднородности

5. Квантовая механика

Материя. Мир материален; все существующее представляет собой различные виды движущейся материи, которая всегда находится в состоянии непрерывного движения, изменения, развития [8]. Исчерпывающее определение понятиям, на которые наука не могла долгие годы дать вразумительного ответа, изложены в трудах Н. В. Левашова [1, 3–4]. Что первично – материя или энергия – вопрос несуразный, т. к. одно без другого существовать не может. Так вот, изучая и давая объяснения физическим явлениям, необходимо исходить из одного единственного постулата (положение, принимаемое без доказательств): материя – объективная реальность, существующая вне и независимо от человеческого сознания.

Радиоактивное излучение. Известно, что радиоактивное излучение неоднородно: под действием магнитного поля оно разделяется на три пучка, один из которых не изменяет своего начального направления (γ-лучи), а два других отклоняются в противоположные стороны (α- и β-лучи).

γ-лучи не отклоняются в магнитном поле, не имеют электрического заряда, представляют собой электромагнитное излучение, схожее с рентгеновскими лучами, обладают очень большой проникающей способностью.

α-лучи и β-лучи несут электрический заряд, т. е. проявляют корпускулярно-волновые свойства (т. е. обладают свойствами частиц и электромагнитных волн). Принято считать, что β-лучи имеют отрицательный заряд и представляют собой свободные электроны. α-лучи считаются положительно заряженными частицами (атомов гелия), принято считать, что их масса равна массе атома гелия, а величина заряда равна двукратному значению заряда электрона.

Зададимся вопросом, почему же γ-лучи, в отличии от α- и β-лучей, не отклоняются от направления в магнитном поле, и не несут электрического заряда, и почему α- и β-лучи отклоняются в разных направлениях. γ-лучи обладают большим значением энергии, имеют более короткую длину волны, в то время как α- и β-лучи обладают большей длиной волны, меньшей энергией и меньшей проникающей способностью.

Чем сильнее заряд ядра атома, тем сильнее отталкивается от него α-частица, тем чаще случаи отклонения движения α-частицы при столкновении с металлом от первоначального направления движения. α-частица имеет положительный заряд, именно этим объясняется ее отталкивание от положительно заряженного ядра атома.

Считается, что развитая Резерфордом ядерная модель атома, основные черты которой – наличие в атоме положительно заряженного тяжелого ядра, окруженного электронами, – выдержала испытание временем. Однако модель Резерфорда противоречила следующим фактам [8]:

1) теория Резерфорда не могла объяснить устойчивости атома. Электрон, вращающийся вокруг положительно заряженного ядра, должен подобно колеблющемуся электрическому заряду, испускать электромагнитную энергию в виде световых волн. Но, излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, что приводит к нарушению равновесия между центробежной силой, связанной с вращением электрона, и силой электростатического притяжения электрона к ядру. Для восстановления равновесия электрон должен переместиться ближе к ядру. Таким образом, электрон, непрерывно излучая электромагнитную энергию и двигаясь по спирали, будет приближаться к ядру. Исчерпав всю энергию, он должен «упасть» на ядро, – и атом прекратит свое существование. Этот вывод противоречит реальным свойствам атомов, которые представляют собой устойчивые образования и могут существовать, не разрушаясь, чрезвычайно долго;

2) модель Резерфорда приводила к неправильным выводам о характере атомных спектров. Напомним, что при пропускании через стеклянную или кварцевую призму света, испускаемого раскаленным твердым или жидким телом, на экране, поставленном за призмой, наблюдается так называемый сплошной спектр, видимая часть которого представляет собой цветную полосу, содержащую все цвета радуги. Это явление объясняется тем, что излучение раскаленного твердого или жидкого тела состоит из электромагнитных волн всевозможных частот. Волны различной частоты неодинаково преломляются призмой и попадают на разные места экрана.

Таким образом, теория Резерфорда не могла объяснить ни существования устойчивых атомов, ни наличия у них линейчатых спектров.

Излучение, испускаемое твердыми телами или жидкостями, всегда дает сплошной спектр. Излучение, испускаемое раскаленными газами или парами, в отличие от излучения твердых тел или жидкостей, содержит только определенные длины волн. Проанализируем указанный факт с позиции теории неоднородности. Твердые тела образованы благодаря слиянию гибридных форм материй, образованных, в свою очередь из первичных материй нашего пространства-вселенной (всего их семь) – A, B, C, D, E, F, G. Известно, что физически плотная материя – это уплотнившаяся энергия (энергия – тоже материя, но меньшей плотности). Атомы (молекулы) вещества, при получении запредельной для твердого (жидкого) агрегатного состояния порции энергии, выводятся за пределы поддиапазона устойчивости твердого агрегатного состояния в пределах диапазона устойчивости физически плотной материи 2,87890 ˂ LФПВ ˂ 2,89915, и атомы (молекулы) вещества переходят из твердого (жидкого) агрегатного состояния в газообразное (парообразное), оставаясь в пределах диапазона существования физически плотной материи 2,87890 ˂ LФПВ ˂ 2,89915. Однако в газообразном состоянии вещество имеет больший уровень собственной мерности в пределах 2,87890 ˂ LФПВ ˂ 2,89915, энергии, меньшую плотность. Благодаря этому газы, в отличие от твердых тел, имеют только определенные длины волн.

Электрон, вращающийся вокруг ядра, должен приближаться к ядру, непрерывно меняя скорость своего движения. Частота испускаемого им света определяется частотой его вращения и, следовательно, должна непрерывно меняться [8]. Проанализируем этот факт с позиции теории неоднородности. Если снова вспомнить как образовалась наша планета в нашем пространстве-вселенной с семью первичными материями, как и другие планеты нашего пространства-вселенной, то можно провести параллель с ядерной моделью атома.

Известно, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, т. е. отдельными порциями – квантами. В настоящее время наукой принято, что энергия E каждой порции связана с частотой излучения v соотношением (уравнение Планка):

где h – постоянная Планка, равная 6,626×10–34 Дж/с.

Уравнение (18) выражает корпускулярные свойства фотона.

Волновые свойства фотона выражает следующее уравнение:

где λ – длина волны электромагнитного колебания;

с – скорость распространения волны.

Русский ученый Столетов А. Г. в конце 19 в. современного летоисчисления открыл эффект фототока (суть которого в том, что при освещении пластинки источником света обнаруживается возникновение тока), частный случай которого позволил сделать вывод, что излучение есть поток материальных «частиц» – фотонов. При изменении интенсивности освещения изменяется только число испускаемых металлом электронов (первый закон фотоэффекта), т. е. сила фототока, однако максимальная кинетическая энергия каждого вылетевшего из металла электрона зависит от изменения частоты падающего на металл света и не зависит от интенсивности (второй закон фотоэффекта[2]) [8]. При увеличении длины волны энергия испускаемых атомом электронов уменьшается, а затем, при определенной длине волны, фотоэффект исчезает и не проявляется даже при очень высокой интенсивности освещения.

У каждого металла свой диапазон значений частоты падающего света, в пределах которой возможен эффект фототока Iф.

где vmin – минимальная частота, при которой возможно возникновение фототока для данного материала, Гц (красная граница фотоэффекта).

Фотон проявляет корпускулярно-волновую двойственность, т. е. имеет свойства и частицы, и волны.

Свойства частицы (корпускулярные свойства) проявляются, например, в том, что фотон не способен дробиться. Однако отличается фотон тем, что его положение в пространстве, как и любой волны, невозможно предсказать.

Свойства волны проявляются в таких явлениях, как, например, в волновом характере распространения света, дифракции, интерференции и т. д. Отличается фотон от волны неспособностью к делению.

Квантование атомов. Процитируем Н. В. Левашова [1]. Таким образом, уровень собственной мерности каждого атома определяется количеством нуклонов, образующих этот атом. Уровень собственной мерности атома определяет поддиапазон значений мерности внутри диапазона, в пределах которого данный атом устойчив. Именно поэтому атом водорода с атомным весом равным единице устойчив практически внутри всего диапазона. И по тем же причинам атом урана с атомным весом в двести тридцать восемь атомных единиц, неустойчив.

Энергия, поглощаемая (получаемая), единицами вещества (атомами, молекулами), принимается дискретно, порционно – квантами (фотонами). Переход из одного разрешенного энергетического состояния в другое происходит скачкообразно и сопровождается поглощением или испусканием кванта электромагнитного излучения.

Современной наукой принято обозначать термином «энергия электрона».

Однако приведем следующую цитату [2]. «Электрический ток – направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах – электроны, в электролитах – ионы (катионы и анионы), в газах – ионы и электроны, в вакууме при определённых условиях – электроны, в полупроводниках – электроны и дырки…». Странное определение, не правда ли? И это притом, что академик Николай Левашов ещё 20 лет назад в книге «Последнее обращение к Человечеству» написал, что электроны не двигаются в проводниках! Совсем! Нет, электрический ток существует, но это – совсем другой природный физический процесс, к которому электроны не имеют никакого отношения. Вообще, нужно помнить, что существование электрона является гипотезой, ни разу никем не подтверждённой до сего дня. И то, что атом состоит из ядра, вокруг которого по какой-то причине вращаются электроны, – тоже гипотеза, и тоже никем пока ещё не подтверждённая».

Исходя из изложенной выше цитаты, термин «энергия электрона» заменим более правильным термином «энергия атома».

Энергия атома принимает только определенные значения, иначе говоря – квантована. Т. е. энергия в реальном атоме считается квантованной. Эти энергетические состояния атома определяются величиной главного квантового числа n: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Атом, имеющий n = 1 обладает наименьшей энергией. С увеличением n энергия атома (электрона) возрастает.

Главное квантовое число n определяет энергетический уровень атома и размер электронной оболочки атома.

Для энергетических уровней атома приняты буквенные обозначения (таблица 6).