Теория атома - Электростатическое поле
advertisement
5. ТЕОРИЯ АТОМА 5.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ АТОМА Содержание теории атома, принятой сейчас фундаментальной физикой на «вооружение», исходит из физической модели атома, созданной Резерфордом на основе осмысления результатов опытов по рассеянию потока α-частиц при естественной радиоактивности на мишени в виде фольги из золота (смотри любой учебник). Эту модель называют ядерной. Из результатов эксперимента он пришел к заключению, что в атоме имеется компактная, структура из нуклонов, которая занимает малую долю от той части объема твердого вещественного тела, которая приходится на один атом. И только на основе этого заключения сразу предложил физическую модель атома. В предлагаемый облик атома Резерфорд внес много предположений, которые никак не следуют из результатов испытаний. В выявленной им компактной структуре из нуклонов (он назвал её ядром атома), по предположению Резерфорда, отсутствуют электроны. Место электронам он отвел на периферии атома, вне ядра, где, опять же по предположению, они образуют орбитальную систему вокруг этого ядра. Модель Резерфорда стала общепризнанной и в последующем подверглась многочисленным «усовершенствованиям». Так как целостность и устойчивость ядра не удалось обосновать через электрические взаимодействия, то в теорию атома на основе этой модели волевым путем введены представления о новых, придуманных, фундаментальных взаимодействиях: сильном и слабом. Помимо этих предположений для объяснения спектров лучистых потоков энергии; для объяснения механизма химических связей между атомами в молекулах и с целью дать логическое толкование периодического закона химических элементов Менделеева была введена еще целая обойма предположений. Эти предположения представлены в современной теории атома в форме феноменологических описаний, в виде утверждений. Но эти утверждения выявлены не с «натуры», не из результатов испытаний, а придуманы, причем так, чтобы выводы теории согласовывались с результатами испытаний, для объяснений которых эта теория и создавалась. Среди этих предположений наиболее одиозные это постулаты Бора, представление о волновом цуге, о волновых свойствах вещественных тел, о вынужденном (индуцированном) излучении и прочие. Для объяснения выше перечисленных задач с использованием этого букета предположений как нельзя более удобным явилось использование квантовой механики, несостоятельность которой доказана в содержаниях выше представленных «зрелых» теориях фундаментальных взаимодействий. Вообще, современная теория атома и квантовая механика «взаимно обогащали» друг друга путем создания предположений, используемых одновременно в обеих теориях. Эти две теории созданы друг для друга. Более того, на основе предположений возникла даже новая отрасль физики: волновая механика, в которой бытие микрочастиц связали с волновыми представлениями. Со временем волновая механика стала отождествлять себя, как своеобразная разновидность квантовой механики. Этот альянс породил представление аналогичное представлению о корпускулярно – волновом дуализме в теории лучистых потоков энергии, только применительно к микрочастицам. Разница в том, что в теории лучистых потоков энергии для непрерывной материи, переносящей энергию в виде волнообразных воздействий, приписали корпускулярные свойства, а в теории атома обнаруженным в эксперименте корпускулам приписали волновые свойства. Из выше сказанного следует простой и очевидный вывод: вся современная теория атома есть одно большое предположение, субъективно согласованное с результатами располагаемых испытаний (путем придумывания соответствующих частных предположений). О недопустимости создавать фундаментальные физические теории, исходя из начальных предположений, уже не раз отмечалось в предшествующих статьях этого сборника. И кроме пользы ничего плохого не будет, если повторимся еще, и еще, раз. Сходимость объяснений физической фундаментальной теории с результатами эксперимента это не показатель её добротности, а естественное требование ценностей здравого смысла, как десять заповедей. Необходимым и наиважнейшим критерием добротности фундаментальной теории является убедительное экспериментальное обоснование начальных истин, из которых следует содержание теории. В этой статье, учитывая обширность темы, вскрыты только основные принципы структурирования материи в области микро масштабов и на этой основе даны объяснения спектрам излучений химических элементов и результатам опыта Франка и Герца. Этот опыт в современной теории атома рассматривается как решающий эксперимент, доказывающий квантование энергии электронов, находящихся в атоме. 5.2. О ФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМАТИКЕ ОБЪЕКТОВ В МИРЕ МИКРОЧАСТИЦ В системном подходе при изучении окружающей нас действительности наиболее проблемным является выделение физической системы в изучаемой области действительности. Имеются в виду парадокс иеархичности: выделить природную физическую систему и описать её можно с одной стороны только как подсистему в составе известной системы более высокого ранга, а с другой – она сама состоит из подсистем более низкого ранга. Поэтому нам придется уделить внимание и элементарным микрочастицам, из которых состоят атомы и молекулам, в которых атомы являются подсистемами. «Зрелые» физические теории фундаментальных взаимодействий (гравитационного и электрического), о которых рассказано в первых двух статьях (разделы: 2. и 3.), оказались очень продуктивными в предсказательном плане. Представления о существовании двух симметричных между собой подсистем в самой большой, доступной нам для наблюдений системе в области макро масштабов (в Метагалактике) и о двух симметричных первичных физических системах (ПФС) в области микро масштабов, теоретически, естественным образом, возникли уже в содержаниях этих теорий. Из «зрелой» теории гравитационных взаимодействий следует, что Метагалактика состоит из двух зеркально симметричных между собой подсистем, из Нашего Мира и из анти мира. Все объекты Нашего Мира образованы из вещества и обладают одинаковым (по знаку) гравитационным зарядом. Анти мир образован из анти вещества и обладает гравитационным зарядом симметрично противоположной полярности. Так как гравитационные заряды одинаковой полярности взаимно притягиваются друг к другу, а заряды противоположной полярности отталкиваются друг от друга, то рассматриваемые подсистемы (два мира) разделены в пространстве и, взаимно отталкиваясь, удаляются друг от друга с ускорением. Это теоретическое заключение подтверждается астрономическим явлением «красного смещения» оптических спектров излучений от совокупности наиболее удаленных от Земли из доступных для наблюдений объектов. Из эмпирической закономерности, выявленной Хабблом (скорость удаления светящихся объектов анти мира тем больше, чем они дальше от наблюдателя) и из законов симметрии следует, что аналогичная закономерность в распределении скоростей разделения должна наблюдаться и в Нашем Мире относительно анти мира. Из этого следует, что все объекты Метагалактики, как в Нашем Мире, так и в анти мире, претерпевают разлет относительно точки наблюдения, где бы она не находилась. Следовательно, Метагалактика расширяется, но не относительно точки, а относительно поверхности раздела двух миров. Выявление предсказываемой границы между Нашим Миром и анти миром и её пространственной конфигурации методами астрономических наблюдений будет одним из подтверждений верности «зрелой» теории гравитации. Для решения этой задачи можно использовать «явление красного смещения». Линия, аппроксимирующая зависимость скорости объектов от их удаления от Земли, в области анти мира должна иметь более крутой наклон (большую величину производной по расстоянию), чем в пространстве Нашего Мира. Излом этой линии должен соответствовать месту расположения границы двух миров по рассматриваемому направлению. Для отыскания границы можно привлечь ожидаемые (пока еще теоретически не обоснованные) наблюдаемые с Земли феномены, связанные с предсказываемым «зрелой» теорией гравитации процессом творения вещества из Э - сущности в области границы, или связанные с тем, что излучение из анти мира создается анти веществом и должно иметь качественно симметричные отличия от излучения, создаваемого веществом Нашего Мира. Короче, мысль такова: прежде чем что-то искать в окружающей действительности, надо, хотя бы предположительно, знать, что ищешь. Так как объекты анти мира недоступны нам для непосредственного изучения (пока доступны только спектры принимаемых излучений из анти мира), то при изучении структурирования материи в области микро масштабов мы остановимся только на микро объектах Нашего Мира. И учитывая, что опыт осмысления устройства атома без привлечения предположений (только на основе результатов экспериментов) осуществляется впервые, ограничимся в своих изысканиях только структурами, находящихся в стационарных состояниях и в диапазоне нормальных внешних условий: в условиях нашего бытия, встречаемого на Земле. Имеются в виду температура; давление; внешние силовые воздействия: сила тяготения, магнитное поле; отсутствие внешних силовых и инерционных нагрузок и так далее. В области микро масштабов каждая из двух первичных физических систем (ПФС), выявленных в содержании «зрелой» электродинамики, состоит из вещественной истинно элементарной микрочастицы (из электрона или позитрона) и связанных с ней двух зеркально симметричных непрерывных сферических потока из электрической сущности (ЭС). Эти потоки являются промежуточными переносчиками воздействий между частицами в их электрических взаимодействиях на расстоянии. При нынешнем уровне наших знаний ЭС - это субстанция, которую невозможно отнести к веществу, по определению. Хотя ЭС обладает свойством массы, у образованных из нее потоков нет внешних границ; а вещественное тело, по определению, имеет конкретный объем. Таким образом, в одной природной системе (в ПФС) обнаруживается очень неожиданное сочетание: самой маленькой из известных элементарных микрочастиц (из истинно элементарной частицы) и связанных с ней двух потоков из ЭС, которые заполняют все пространство Метагалактики, а, возможно, простираются и далее. Исходя из этого заключения и имея ввиду, что энергия элементарных потоков ЭС в процессе их распространения деградирует (уменьшается плотность энергии по причине расширения её промежуточного переносчика) и рассеивается при взаимодействиях с преградами, то объяснение явления «реликтового излучения» надо строить как логическое следствие из особенностей структуры ПФС. В «зрелой» электродинамике на основе результатов экспериментов сделано заключение, что первичные вещественные истинно элементарные микрообъекты Нашего Мира: электрон и позитрон, образованы из ЭС. То есть в той области действительности, которая доступна нам для наблюдений, ЭС сейчас представляется нам первичной материальной субстанцией. Из нее образованы две симметричные между собой первичные физические системы, из которых структурирована вся системная иерархия наблюдаемой области Мироздания: начиная от составных элементарных частиц (протоны, нейтроны), атомов, молекул, макротел, и так далее, вплоть до Метагалактики. Особенностью ПФС является то, что она состоит из двух не разделимых подсистем, то есть вещественная истинно элементарная микрочастица автономно, без связанных с ней двух потоков ЭС, не существует. Потому далее, по тексту, с целью упрощения его изложения, будем вместо наименования ПФС использовать термин из современной электродинамики: электрон (или позитрон), имея в виду, что под этим понимается ПФС на основе электрона (или позитрона). Из «зрелой» электродинамики следует еще одно оригинальное заключение: на основе двух бесконечно больших множеств из электронов и позитронов, заполняющих всю Метагалактику, можно выделить два симметричных электрически заряженных противоположным образом пространства. Так как в электрических взаимодействиях электрические заряды противоположных полярностей притягиваются друг к другу (симметрично противоположным образом к направлению взаимодействий гравитационных зарядов), два выделенных пространства взаимно притягиваются и в установившемся состоянии образуют единое пространство электрически нейтральных тел, в котором человечество себя осознает с момента рождения каждого индивида. Аналогично, в силу подобных причин, но в области гравитационных взаимодействий, с момента рождения нам представляется, что между всеми вещественными телами существуют только силы взаимного притяжения (силы тяготения). Таким образом, в Метагалактике существуют два симметричных между собой фундаментальных взаимодействия: гравитационное и электрическое. Эти взаимодействия всю Метагалактику структурируют в виде двух симметрий. Электрические взаимодействия консолидируют два пространства электрически заряженных частиц в единое пространство электрически нейтральных тел путем образования связей кристаллического типа между микрочастицами противоположных электрических полярностей. А гравитационные взаимодействия разделили единое пространство электрически нейтральных тел на два симметричных между собой мира (Наш Мир и анти мир), образованных из вещества и из анти вещества, соответственно. Гравитационные взаимодействия в каждом из миров образуют связи в виде сил взаимного притяжения в орбитальных системах из вещественных электрически нейтральных тел. То, что наименьшими электрически нейтральными частицами в пространстве электрически нейтральных тел являются молекулы это известно из химии. Молекулы могут существовать в индивидуальном, автономном, состоянии, оставаясь электрически нейтральными и носителями химических свойств. Молекулы могут разрушаться и объединяться, образуя химические соединения различной сложности. В этих соединениях они всегда представлены в ионизированном состоянии. Только между ионами и диполями, могут образоваться электрические связи кристаллического типа, удерживающие частицы одной электрической полярности рядом, в составе одного тела. По современным представлениям исходными подсистемами, из которых образованы молекулы, являются атомы. Атомы считаются наименьшими не делимыми частицами химических элементов, и их внутренний состав не поддается изменению химическими методами. Поэтому в области химических взаимодействий атом, действительно, является неделимым. В физике, оперирующей еще и грубыми механическими воздействиями, представления о неделимости атома нет. В той же химии выявлено, что в природе атомы как автономные электрически нейтральные объекты не встречаются. В химии представление об атомах, как о первичных, неделимых носителях химических свойств, возникло при изучении химических элементов. При этом, в экспериментальной химии конкретными объектами, с которыми работают исследователи когда изучают химические элементы, всегда являются не атомы, а молекулы или кристаллы, образованные, только из однородных атомов одного и того же химического элемента. В молекулах и кристаллах атомы всегда являются ионами. Причем один и тот же атом в разных молекулах, уже в качестве иона, может иметь разный по величине электрический заряд, а некоторые и разный заряд по знаку (свойство амфотерности). Однако, в содержаниях химических теорий атомы описываются как электрически нейтральные частицы, а представленные в них свойства атомов, на самом деле, являются свойствами молекул или кристаллов, образованных из однородных атомов (свойства химических элементов). Аналогично, представление об атомах как об электрически нейтральных частицах отражено и в последней версии таблицы периодического закона химических элементов Д.И.Менделеева, размещенной во всех учебниках, и в которой отражена физическая модель атома по Резерфорду (ядерная и одновременно орбитальная). Нуклонный состав атома в нормальных условиях всегда остается постоянным и не поддается изменению химическими методами. Величина заряда атома определяется избытком или недостатком определенного количества электронов в атоме, необходимых для компенсации суммарного заряда всех протонов этого атома, но никогда количество электронов в атоме не равно количеству протонов. То есть атом в изучаемой нами области действительности это всегда электрически заряженная микрочастица, образованная из элементарных микрочастиц и имеющая постоянный нуклонный состав. А химические связи между атомами в молекулах образованы посредством электронов, однозначную принадлежность которых к какому-то одному из атомов установить не возможно. В состоянии, близком к автономному ионы атомов встречаются в растворах (в электролитах), где они под влиянием растворителя теряют внутримолекулярные связи, которые замещаются на очень слабые связи с этим растворителем (образованная из них молекула теряет целостность). Физические исследования породили вопросы, которые затрагивают и систематику химических элементов. Первый вопрос касается группы составных микрочастиц: протона, нейтрона и атома водорода. Если физические свойства этих частиц, как вещественных объектов, которые можно найти в справочной литературе, разместить в одной таблице и сравнить, то обнаружим их природное родство. Из такой таблицы приходим к заключению: в ней представлена электрически нейтральная частица – нейтрон и ион этой частицы с двумя разными названиями: атом водорода и составная частица протон. Так оно и есть. Но, из экспериментов известно, что в устойчивом состоянии нейтрон находится только во внутриатомной среде, в наших нормальных условиях он не устойчив. Почему? Это пока «белое пятно» в науке. И еще: во внутриатомной среде одновременно присутствуют и нейтроны, и протоны и, более того, между ними существуют электрические связи кристаллического типа, удерживающие их в конкретных местах в одной общей структуре. Исходя из «среды обитания» нейтрона, его следует отнести к элементарным микрочастицам, в природе он всегда представляется только как составляющая структурная единица атома. В составе молекулы такой структурной единицы нет. И еще о нейтроне. Так как совокупность экспериментов приводит в «зрелой» теории электродинамики к заключению, что нуклоны (составные частицы) представляют собой конгломерат из связанных между собой истинно элементарных частиц: электронов и позитронов, то представление о нейтроне как электрически нейтральной частице справедливо только в пространстве макро масштабов. А именно, на расстояниях от нейтрона, более чем на порядок превосходящих диаметр электрона (это не описка, именно электрона). Поэтому в области внутри атомных масштабов, на расстояниях от поверхности нейтрона, сопоставимых с диаметром электрона и при непосредственном соприкосновении, напряженность электрического поля будет более чем достаточной для установления связей с другими микрочастицами. Это свойство следует из того, что по схеме расположения электронов и позитронов в поверхностном слое нейтрон подобен электрическому диполю, только количество полюсов у него значительно больше: оно равно количеству истинно элементарных частиц в поверхностном слое. По аналогии с диполем нейтрон можно назвать «много полюсник» (формальная аналогия в области этимологии с диполем: полиполюсник, для автора звучит не благозвучно). Самое интересное то, что такой электрический много полюсник может образовывать кристаллические связи с заряженными элементарными частицами любой электрической полярности, и с другими нейтронами, но только на расстояниях между ними, не более чем на порядок превышающих размеры электрона или в непосредственном контакте. По аналогии со свойствами металлических проводников тока напрашивается предположение, что нейтрон, находящийся в пространстве стороннего электрического поля, тоже поляризуется и ведет себя как индуцированный диполь, свойство которого должны проявляться и в макро масштабе, а, значит, такой диполь может быть обнаружен в испытаниях. Это тема будущих исследований. В современной теории атома тоже введено представление о том, что внутри ядра нейтрон и одновременно протон вступают между собой во взаимодействия в виде взаимного притяжения. Но это не теоретический вывод и не экспериментальный факт и даже не предположение, а волевое решение. Надо было дать объяснение прочности и устойчивости ядра, состоящего из электрически однополярных заряженных частиц и нейтронов, а потому волевым путем ввели представление об особом внутриядерном взаимодействии между всеми частицами, которые образуют это ядро (его назвали «сильным взаимодействием»). Причем, игнорируя все законы симметрии, это взаимодействие сделали однополярным, всегда притягивающим любые нуклоны друг к другу. И для того, чтобы это взаимодействие работало только в той области пространства, для которой оно было придумано, только внутри атомного ядра и его окрестности (чтобы оно не портило своим присутствием «пейзаж» вне атома) ему придумали свойство короткодействия. Эта придумка по своей изощренности находится на уровне придумки о постоянстве скорости одного и того же луча света во всех возможных системах отсчета. Из представленного заключения и результатов экспериментов следует, что протон представляет собой много полюсник с одним прикрепленным к нему позитроном (или он же, но лишенный одного электрона). Поэтому в макро масштабе протон представляется носителем одного положительного элементарного заряда. В молекулярных структурах нейтроны в автономном виде отсутствуют, а протон, как представитель химического элемента водорода, наиболее часто встречаемая составляющая. Таким образом, в существующей физической систематике нет четкого определения: куда отнести протон: к составным элементарным микрочастицам или к миру атомов. В связи с этим же, в неопределенном состоянии (скорее в пограничной области в смысле систематизации частиц с физических позиций) находится гелий, который химики отнесли к атомам и отвели вторую клетку в периодическом законе. С физической точки зрения гелий, без сомнения, представляет собой электрически нейтральную молекулу двух атомного газа, образованную из двух атомов дейтерия (D2), являющегося изотопом химического элемента водорода (2H) или еще одной редко встречаемой молекулой из одного атома изотопа протия (1Н) и одного атома изотопа дейтерия: НD. Однако не известно ни одной химической реакции, в которой принимает участие молекула D2. Гелий занял вторую клетку в таблице периодического закона изначально в силу исторических причин: он был обнаружен после водорода, но все равно «не позволительно рано»; до появления знаний о нейтроне и до установления представлений об изотопах. А впоследствии оказалось, что гелий вписывается в таблицу как атом по формальным признакам, по которым построена сейчас эта таблица на основе ядерной модели и квантовых представлений. Однако, не известно ни одной молекулы, в составе которой был бы атом гелия. В то же время, частица, идентичная по составу иону атома гелия встречается в природе, но не как ионизированный атом в составе молекулы, а как продукт распада тяжелых атомов в явлении радиоактивности (её назвали α-частицей). Эта частица вычленяется из вещества только при радиоактивном распаде, в химических реакциях она, как отдельный структурный элемент, ни в атоме, ни в молекуле себя не проявляет. О радиоактивности, как о физическом процессе, являющегося следствием самопроизвольного распада атомов, нам известны только феноменологические описания наблюдаемых внешних потоков энергии и микрочастиц, из которых выявлено несколько эмпирических формул, на основе которых возникли представления о времени полураспада делящегося вещества, и о критической массе. Физика радиоактивности это сплошное «белое пятно» в науке: нам неизвестно почему и как физически (там, на месте, в микро масштабе) протекает этот процесс распада и разгон частиц, образующих потоки из глубин радиоактивного вещества. Чтобы более предметно осмыслить представление о разграничении между семейством атомарных систем и семейством молекулярных систем разберемся, как конкретно устанавливаются связи между подсистемами в каждом из этих выделенных в химии семейств. Сначала выясним: почему существует устойчивый комплекс из двух протонов и двух нейтронов (α-частица), и почему он обладает такой прочностью и устойчивостью, что, при развале атома в процессе радиоактивного распада, вычленяется самостоятельной структурной единицей. Проведем теоретическое исследование статической устойчивости мысленной гипотетической системы из четырех истинно элементарных частиц: двух позитронов и двух электронов, расположенных в противоположных углах плоского выпуклого четырех угольника. То есть теоретически рассмотрим условие равновесия каждой из частиц при их кулоновом взаимодействии с тремя другими при произвольном расположении этих четырех частиц на плоскости. Элементарные расчеты приводят к выводу, что при любом варьировании конфигурацией выпуклого четырех угольника, его устойчивость (одновременное равенство нулю равнодействующих от трех внешних сил, действующих на каждую из частиц) не обеспечивается. Мысленно сконструированная нами плоская ячейка из четырех частиц, произвольной конфигурации всегда неустойчива и стремится сжаться в один коагулят. Устойчивость обеспечивается только в коагуляте за счет возникновения сил реакции, уравновешивающих сжимающие силы. Этот коагулят (плоская кристаллическая ячейка) всегда представляет собой квадрат с одинаковыми (по знаку заряда) частицами в противоположных углах. Каждая из частиц соприкасается только с двумя частицами противоположной полярности; в этой структуре однополярные частицы между собой не соприкасаются (они отталкиваются друг от друга). Такой коагулят (составная частица) в макро пространстве будет представляться электрически нейтральным, а в микро пространстве электрическим четырехполюсником. И более того, если разместить эти четыре частицы произвольным образом в пространстве, ограниченном стенками, с которыми частицы электрически не взаимодействуют, то конечный результат будет такой же: сформируется тот же коагулят. Если в этом коагуляте заменить два электрона на два нейтрона (два много полюсника) а два позитрона на два протона (у всех частиц внешние размеры примерно одинаковы), то получим прочную и устойчивую α-частицу, обладающую в макро масштабе двумя не компенсированными положительными элементарными электрическими зарядами. Структура этой ячейки уже не квадрат. Два нейтрона соприкасаются между собой, а два протона находятся в той же плоскости, что и нейтроны, и прижаты с двух сторон к паре нейтронов. Ячейка представляет собой ромб. Два много полюсника в контакте взаимно притягиваются друг к другу, а два протона, несущие одинаковый не компенсированный заряд, взаимно отталкиваются между собой и потому деформируют квадрат в форму ромба. Рис 1. Схема α-частицы. На рисунке: зеленый – нейтрон; коричневый – протон. Вот из таких плоских кристаллических ячеек (α-частиц) в основном и образована пространственная трехмерная кристаллическая структура атома, в которую встроены электроны. Эта структура, в типичном случае, представляет собой не отдельные α-частицы, соединенные электрическими связями, а на ребре одной ячейки (линия, соединяющая рядом расположенные нейтрон и протон в α-частице) путем добавления протона и нейтрона достраивается вторая ячейка и так далее, как в молекулярных кристаллах. Чтобы понять, как встраиваются электроны в кристаллическую структуру атома, рассмотрим молекулу водорода (Н2) и атом гелия (4Не). Конфигурация молекулы водорода получается, если в нашей первой мысленной модели, состоящей только из истинно элементарных частиц, два позитрона заменить на два протона. Мы получим электрически нейтральную в макро масштабе структуру, по составу идентичную молекуле водорода. Как мы выяснили выше, в таком четырех угольнике из носителей элементарных электрических зарядов, при одинаковом размере всех частиц, они слипаются в один коагулят. Так как поперечные размеры электрона на порядок меньше, чем размеры протона, то оказывается, что при своих малых размерах, электроны под действием сил притяжения со стороны протонов, имеют возможность сблизиться. При этом, два электрона, не входя в соприкосновение с протонами, попадают в точки статического равновесия и зависают в пространстве. Протоны же, под действием сил притяжения со стороны электронов, соприкасаются между собой и находятся в сжатом состоянии. Сейчас однозначно нельзя указать координаты точек равновесия для электронов, так как нам не известно, где находится тот позитрон, который создает не компенсированный заряд протона: в центре протона или на его периферии. Из расчетов следует, что сторона четырех угольника, соединяющая центр электрона и центр позитрона, создающего не компенсированное электрическое поле протона, наклонена к диагонали четырех угольника, соединяющей два электрона, под углом 60о. То есть в молекуле водорода, находящейся в полном покое, расстояние между электронами равно боковой стороне ромба, в вершинах которого расположены электроны и позитроны, создающие заряды протонов. Кристалл, находящейся в полном покое молекулы водорода, представляет плоскую ромбовидную ячейку, которая состоит из двух равносторонних треугольников, общим основанием для которых является диагональ, соединяющая два электрона, смотри Рис 2. Рис 2. Схема молекулы водорода в нормальных условиях. Рисунок создан из предположения, что некомпенсированный заряд протона создается позитроном, прикрепленного к периферии протона. На рисунке: фиолетовые – электроны; бесцветные позитроны, создающие не компенсированный заряд протонов. В современной физической химии есть свое, на основе квантовых представлений, толкование связей между протонами в молекуле водорода посредством двух электронов, названное ковалентной связью. Считается, что протоны в молекуле удалены друг от друга, а электроны принадлежат изначально электрически нейтральным атомам водорода, и в молекуле эти электроны образуют единую пару, которая принадлежит одновременно каждому из двух атомов. Эта пара вращается вокруг двух атомов водорода и тем самым каким-то образом обеспечивается связь между атомами водорода в молекуле; эту пару называют обобщенными электронами. От молекулы водорода легко перейти к пониманию, как встроены электроны в кристаллическую структуру атома гелия (4Не). Эти электроны расположены в одной плоскости с двумя протонами от α-частицы, но эта плоскость является нормальной к плоскости, в которой расположена вся α-частица. То есть в атоме гелия можно выделить две взаимно перпендикулярные плоскости симметрии, пересекающиеся вдоль диагонали, соединяющей протоны. В одной плоскости расположены нейтроны, образующие совместно с протонами α-частицу, а во второй плоскости (нормальной к первой) расположены электроны, образующие совместно с протонами молекулу водорода из изотопов протия. Причем в атоме гелия можно выделить еще одну плоскость симметрии, в которой расположены два электрона и два нейтрона. Эта плоскость является нормальной к двум ранее выделенным плоскостям симметрии. Из расчетов следует, что такая объемная ячейка, представляющая собой кристалл 4Не , в нормальных условиях статически более прочная, чем α-частица. Аналогичная плоскость симметрии есть и в молекуле водорода, но в ней обнаруживаются только два электрона (нейтроны отсутствуют), которые устойчивой системой не могут быть никогда. Рис 3. Схема атома гелия (изотоп 4Не). Таким образом, атом гелия (4Не) представляет собой электрически нейтральный в макро масштабе идеально симметричный кристалл, состоящий из трех пар частиц, представляющих весь набор элементарных микрочастиц, из которых структурированы все атомы Нашего Мира: электроны, протоны, и нейтроны. В этом кристалле можно выделить три оси симметрии, проходящих через каждую пару одинаковых элементарных частиц, и три плоскости симметрии, в каждой из которых расположено по две пары одинаковых частиц. В нормальных условиях четыре нуклона находятся в соприкосновении и сжаты усилием в своих взаимодействиях, образуя между собой жесткие связи. Кроме того они дополнительно сжимаются при взаимодействиях с электронами. В атоме гелия, находящемся в невозбужденном состоянии, только электроны обладают активированными степенями свободы. Учитывая то, что электроны тоже вступают во взаимодействие с нейтронами, которые, в результате поляризации в электрическом поле электрона, проявляются в виде сил взаимного притяжения, то в атоме гелия электроны еще больше сближаются между собой, чем в молекуле водорода. При этом эффективные расстояния между каждым электроном и четырьмя соседними нуклонами тоже сокращается. Количество связей, удерживающих электроны в составе гелия, увеличилось в два раза по сравнению с молекулой водорода, причем прочность каждой из этих связей тоже возросла; из-за сокращения расстояния между электронами и прочими частицами и что приводит к тому, что электроны оказываются как бы утопленными, внутри атома гелия. Поэтому гелий и проявляет такое полное безразличие к химическим взаимодействиям. Из текста, расположенного ниже, станет ясно, что такую полностью симметричную и завершенную конфигурацию кристалла не имеет и не может иметь ни один атом из всех химических элементов таблицы Менделеева, кроме изотопа гелия (4Не). Этот вывод теоретический и, с физической точки зрения, носит принципиальный характер. Из «конструкции» атома гелия ясно, что гармонично и понятным для нас образом в ячейку α-частицы электроны могут встраиваться парами. Однако при переходе к последующим элементам в таблице периодического закона (уже в 7 Li , у которого добавлено три нуклона по сравнению с 4He; значит, появилась новая ячейка типа α-частицы; смотри Рис.4) количества электронов для образования пар в каждой ячейке не хватает. Из общих соображений ясно, что далеко не во все плоские ячейки αчастиц химических элементов из таблицы Менделеева c номерами больше №2 встроены электроны. В электрически нейтральных структурах количество электронов равно количеству протонов. Но один протон может входить в состав сразу нескольких кристаллических ячеек. Электронов в атоме не достаточно, чтобы внести весомый вклад в его структурирование. Внутриатомные связи между протонами создаются посредством нейтронов (посредством много полюсников) путем создания кристаллической структуры из ячеек типа α-частицы. Электронам отводится обязанность создавать связи между атомами в составе молекул, по общей типовой схеме, напоминающей связи между двумя атомами водорода в молекуле газообразного водорода. Так как количество электронов значительно больше, чем это необходимо для установления межатомных связей в молекулах, то часть электронов закономерно, но не однозначным образом встраивается в состав кристаллической структуры атомов. Причем незначительные внешние возмущения легко изменяют расположение электронов в атомах и молекулах. Это подтверждается явлениями, в которых электроны явно меняют свое место в составе вещественного тела, но химические свойства этих тел не изменяются: это электризация тел, явление намагничиваемости некоторых химических элементов в стороннем магнитном поле, электрический ток, явление термоэлектронной эмиссии и прочие. Вывод: атом представляет собой кристаллическую (не регулярную) решетку из плоских ячеек, типа α-частицы, образованную протонами и нейтронами, с встроенными в нее электронами; основные свойства атомов определяются составом и конфигурацией его кристаллической решетки. Таким образом, гелий оказался в промежуточной области между двумя системными семействами (атомами и молекулами) потому, что это единственная микрочастица, в которой одновременно реализовались и выполняют одну и ту же задачу внутриатомные связи (между протонами посредством нейтронов) и внутри молекулярные связи (между атомами водорода посредством электронов). Исходя из выше представленного текста, можно ввести жаргонные словечки: нейтронная связь (обеспечивающая внутри атомные связи между однополярными заряженными частицами как в Нашем Мире, так и в анти мире) и электронная связь (обеспечивающая внутри молекулярные связи между атомами в Нашем Мире). Симметрично, в анти мире внутри молекул действует позитронная связь. Эти словечки помогут в будущем кратко объяснять свойства веществ. Поэтому, так как гелий не выполняет свою роль, как атом: не участвует в образование молекул; и одновременно сам обладает всеми отличительными свойствами молекул, то, в химии, его, как и водород, надо отнести к промежуточной общности микрочастиц. Но не в промежуточную область между миром атомов и миром элементарных микрочастиц, где находится водород, а в промежуточную область между миром атомов и миром молекул. А с позиций систематизации в физике эту частицу надо бы отнести к одной из трех известных молекул, представленных сочетаниями двух изотопов водорода: протия (1Н) и дейтерия (2Н): молекула легкого газа водорода (Н2); «молекула тяжелого газа водорода»: гелия (D2) и «молекула промежуточной формы газа водорода»: редкого в природе газа гелия (НD). Таким образом, физическая систематизация микрочастиц (от истинно элементарных частиц до сложнейших молекул, образующих систему «Жизнь») не может автоматически включать в себя как составную часть существующую систематизацию химических элементов. Физика оперирует более широким спектром свойств микрочастиц и только попутно ставит перед собой задачу дать системное объяснение периодичности свойств химических элементов. В физике каждый изотоп важнейшая самостоятельная структурная единица, со своим индивидуальным составом, структурой, а значит со своими свойствами. Но одновременно в физической систематизации микрочастиц из семейства атомов прослеживается и генетическая преемственность свойств и их периодичность при последовательном переходе от частицы к частице, при изменении состава на одну структурную единицу в виде нуклона (на один нейтрон или один протон). 5.3. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ АТОМА Цельные самостоятельные подсистемы, из которых состоит атом, надежно себя проявляют при естественном распаде некоторых не устойчивых атомов. Естественный распад системы (распад в силу внутренних причин) всегда происходит на цельные самостоятельные подсистемы. Так состарившийся самолет может развалиться в воздухе с отделением крыльев, хвоста, двигателя, с разлетом цельных кресел и так далее. А остатки самолета после внешнего физического воздействия могут представлять самые неожиданные, но более или менее типовые в своем проявлении фрагменты: самолет целый, но с пробоинами, или целый фюзеляж, но двигатель, разбитый на множество не поддающейся систематике осколков, которые во времени претерпевают уже самопроизвольное дополнительное разрушение. Причем, эти осколки могут содержать в себе фрагменты «снаряда», который разрушил этот самолет, и сами по себе эти свободно летящие фрагменты «снаряда» не сразу отличишь от осколков самолета. То есть, на этом образном примере показано, что наблюдаемые следы микрочастиц, особенно короткоживущих, после бомбардировок мишеней на ускорителях, представляют не совсем надежный материал для суждения об устройстве атомов и об их свойствах. Самопроизвольный распад атомов, сопровождающийся испусканием составляющих их элементарных частиц и лучистых потоков энергии, наблюдаемый в природе, называют естественной радиоактивностью. В природе наблюдается всего несколько радиоактивных процессов, которые часто протекают совместно. Это 𝛼 – распад (поток частиц по составу одинаковому с полностью 4 ионизированными атомами изотопа гелия Не+2 ); 𝛽 – распад (с испусканием электронов, е-1 ) и 𝛾 – излучение (это лучистый поток энергии, в котором четко наблюдаются дискретные эффекты). Нейтронного и протонного распада при естественной радиоактивности не наблюдается. Надо обратить внимание на один момент, который в современной науке молчаливо обходят стороной. При классификации процессов распадов речь всегда идет об излучениях. Если в радиоактивном излучении наблюдается автономно только один из процессов с излучением заряженных частиц (α-распад или β-распад), то, в силу равенства количества носителей противоположных элементарных зарядов, распадающийся электрически нейтральный атом должен терять соответствующее количество носителей противоположной электрической полярности каким-то другим путем. Иначе продукты распада, носители зарядов, не образовавшие внешние потоки, должны будут накапливать электростатический заряд в радиоактивном веществе. Отсюда возникает много вопросов, но самый интересный из них такой: каков тот механизм, который сообщает потокам излучаемых частиц импульс и энергию при распаде? Особенно загадочным представляется ассиметричный процесс излучения только однородных частиц с одной электрической полярностью. Загадочность в том, что этот мощный разгон частиц, осуществляется на коротком пути, явно меньшем, чем расстояние между узлами кристаллической решетки радиоактивного вещества. Наиболее часто встречаемый в природе это β-распад. Такому распаду подвержены даже химические элементы, расположенные в самом начале таблицы Менделеева: например калий. Из этого факта напрашивается предположение, что условия устойчивости нейтронов в составе атомов, которые нам пока не известны, не являются абсолютными; внутри атомов эти условия тоже не всегда соблюдаются, и нейтрон распадается на протон и электрон. Таким образом, из явления естественной радиоактивности в Нашем Мире следует, что самостоятельными вещественными структурными единицами, сохраняющими свою индивидуальность в процессе естественного распада атома, являются электрон и αчастица. Следовательно кристалл α-частицы является базовой ячейкой из которой структурированы все атомы. Ниже, для зрительной иллюстрации текста, представлены созданные теоретическим путем гипотетические схемы кристаллических решеток устойчивых (не радиоактивных) и наиболее часто встречаемых на Земле изотопов атомов второго периода таблицы Менделеева: 7Li ; 9Be ; 11В ; 12С ; 14N ; 16O ; 19F ; 20 Ne . Электроны на рисунках не показаны по причине их неопределенного положения в атоме. При создании теоретических моделей этих кристаллов автор руководствовался следующими концепциями (он их сформулировал для собственного руководства при создании гипотетических схем атомов, и потому они субъективны). Первая: по принятой в механике системе отсчета потенциальной энергии, конфигурация кристалла должна обеспечит минимум величины этой энергии в результирующем взаимодействии всех частиц в атоме, то есть конфигурация кристалла должна обеспечить его наименьший объем, из всех возможных. Вторая: устойчивый атом должен отражать в себе симметрии в расположении элементарных микрочастиц. Но симметрии в действительности иногда «внешне» не проявляются или их несколько, и они накладываются друг на друга, взаимно «скрывая» друг друга. Например: существующая до сих пор в физике проблема зарядовой асимметрии гравитационных взаимодействий, которая преодолевается только в «зрелой» теории гравитации (смотри выше) или белковые молекулы живых существ на Земле имеют только левую ориентацию. Поэтому требование симметрии было заменено требованием отражения в структуре некоторого порядка (отсутствие хаоса). Третья: удержание, встройка, протонов в состав атома производится посредством электрических взаимодействий через участие этой частицы в одной или сразу в нескольких плоских ячейках, представляющих собой ион 4Не+2 (α-частицу) или ион 3Не+2 посредством нейтронных связей. Четвертая: количественный состав атомов принимался в соответствии с существующей таблицей периодического закона элементов. Но в соответствии с философией этой статьи здесь считается, что закон Мозли никакого отношения к распределению атомов по клеткам таблицы Менделеева не имеет. В связи с этим представлением напрашивается необходимость соответствующего комментария к закону Мозли, который введен в современную теорию атома как фундаментальный. Этот закон, на самом деле, представляет собой эмпирическую закономерность, согласно которой частота спектральных линий характеристического рентгеновского излучения (смотри раздел 5.6. этой статьи) химического элемента находится в квадратичной (параболической) зависимости от порядкового номера химического элемента. Из этого делается правильный вывод, что располагаемые из испытаний характеристические рентгеновские спектры не демонстрируют периодических закономерностей, но далее хитроумно, через квантовые представления, формулируется «закон природы», что номер клетки в таблице Менделеева равен по величине количеству протонов в атоме. Этот закон есть попытка физического обоснования принятой сейчас систематики всех известных химических элементов исходя из ядерной модели атома по Резерфорду. Сейчас считается, что заряд ядра конкретного химического элемента равен номеру химического элемента (номеру клетки, отведенной для этого элемента в таблице). Менделеев изначально расположил известные ему элементы в порядке возрастания их атомного веса и, скажем так, глубже в этом направлении «не копал». В статьях 2. и 3. этого сборника уделено много внимания разъяснению того, что наделять формулы, аппроксимирующие численные закономерности, полученные в испытаниях, статусом закона природы анти научно (смотри закон кулона и закон всемирного тяготения). Эти формулы отражают только природную количественную закономерность для той области действительности и в тех условиях, в которых эта закономерность была выявлена, не более! А с позиций представленной здесь модели атома эмпирическая формула Мозли отражает закономерное изменение жесткостных характеристик молекулярных и внутриатомных колебательных систем (смотри раздел 5.6.) в зависимости от состава и структуры атома в тех условиях, в которых выявлена эта закономерность. Надо признать, что на данный момент нет никакого обоснования, что номер элемента равен количеству протонов в атоме. В то же время одновременное присутствие внутри атома протонов, нейтронов и свободных электронов на фоне явления распада нейтронов, испускаемых при искусственной радиоактивности; причем, испускаемых с очень большой скоростью, рождает сомнения и подозрения, что не все так «примитивно» просто. Не будем плодить предположения, пока это все та же тайна, связанная с явлением радиоактивности. Пятая концепция рассматривает все устойчивые атомы, встречаемые в природе, как совокупность, которую можно расположить в ряд по мере увеличения их массы, причем в этом ряду каждый последующий атом будет отличаться от предыдущего по составу на один нуклон. Самый легкий изотоп атома конкретного химического элемента представляется как самый тяжелый устойчивый изотоп атома предшествующего элемента с добавлением одного протона, а изотопы каждого химического элемента образуются последовательно добавлением по одному нейтрону. То есть, в соответствии с этой концепцией, появление в таблице (а значит и в природе) новой разновидности природного изотопа или атома происходит пошагово: с добавлением одного нуклона: электрона или протона. В этот упорядоченный ряд не попадают долго живущие не устойчивые природные изотопы. Шестая концепция есть следствие предыдущей; она исходит из «генетической преемственности», под которой предполагается, что структура каждого последующего устойчивого атома, представленного ниже на рисунках, образуется путем достройки структуры предыдущего атома ячейками типа α-частицы из добавленных нуклонов. Рис 4. Схема атома лития (изотоп 7Li). Рис 5. Схема атома бериллия (изотоп 9Ве) Рис 6. Схема атома бора (изотоп 11В). Рис 7. Схема атома углерода (изотоп 12 С). Рис 8. Схема атома азота (изотоп 14N) Рис 9. Схема атома кислорода (изотоп 16О) Рис 10. Схема атома фтора (изотоп 19F ) Рис 11. Схема атома неона (изотоп 20 Ne) Хотя схемы атомов созданы чисто теоретически и только на основе общенаучных принципов, в них очевидным образом просматриваются закономерности. Но на них мы останавливаться не будем, иначе далеко уйдем от темы статьи, тем более, что эти схемы, все-таки, предположительные. Читатели могут сами изучать эти схемы, давать на их основе объяснения известным из испытаний закономерностям (например: постепенный переход от металлов к металлоидам в одном периоде таблицы Менделеева с возрастанием номера клетки и прочие подобные задачи), обоснованно корректировать эти схемы, вместо развлечений с компьютерными играми. Объясним только один очень интересный экспериментальный факт. Из схемы атома Бериллия (Рис 5.) видно, что один нейтрон прикреплен к атому не стандартным образом, вне плоской кристаллической ячейки α-частицы. Связи этого нейтрона с атомом ослаблены по сравнению со стандартными связями (он не претерпевает электрической поляризации со стороны частиц, к которым прикреплен; это тоже нейтроны). Из испытаний известно, что при облучении бериллия α-частицами появляется искусственная радиоактивность в виде потока нейтронов. Именно в таком испытании впервые была обнаружена частица нейтрон. И до сих пор в качестве компактных источников нейтронов используют ампулы, заполненные смесью бериллия и α-активного вещества. В современной физике этот процесс толкуют как реакцию замещения этого «плохо» прикрепленного нейтрона на α-частицу с образованием углерода. Буквально толкуется так: происходит захват α-частицы атомом Бериллия с образованием атома углерода и испусканием нейтрона. Если это так, то должно осуществляться накапливание в таком источнике нейтронов атомарного углерода. Автору не попадались сведения о таком эффекте (хотя не исключено, что он существует). И, вообще, представляется, что никакого захвата нет (из схем кристаллов (Рис 5.) и (Рис 7.) не просматривается механизм захвата), а явно смотрится механическое выбивание нейтрона при попадании α-частицы в атом Бериллия. Кристалл атома внутри вещества представляется как положительно заряженная частица; положительно заряжена и α-частица. Поэтому после удара α-частица, как более легкая, должна отскочить с малой скоростью (так как отдала часть энергии на разрушение атома) и далее её судьба пока нам не известна. Хотя, возможно, что некоторые α-частицы встраиваются в атом бериллия. Обращаю внимание, что этот источник нейтронов имеет в своей основе тот же механизм, который был задействован в испытаниях Резерфорда по рассеянию α-частиц; именно, ориентируясь на эксперимент Резерфорда, и дано описание представленного выше появление потока нейтронов. Заключение по разделу 5.3.: 5.3.1. Предлагается ввести физические понятия атома и молекулы. Атом - это заряженная микрочастица, имеющая кристаллическую структуру из протонов, которая образована посредством нейтронных связей; в атом легко встраиваются электроны. Молекула - это электрически нейтральная микрочастица, представляющая кристаллическую структуру из атомов, которая образована посредством электронных связей. 5.3.2. Научно обоснованная конкретизация схем кристаллических решеток каждого изотопа всех известных химических элементов по силам только коллективу физиков и химиков, профессионалов различной специализации. Эта работа по целям и способам отыскания решений подобна расшифровке генома человека. Надо признать: биологи, опираясь на физику в своих исследованиях, в области фундаментальных знаний опередили физику: геном человека, в смысле «конструкции» его пространственной кристаллической решетки, уже расшифрован. Конкретизация устройства атомов должна проводиться не только в теоретическом плане, но и путем планирования и проведения специальных целевых уточняющих испытаний. Конечным результатом физической теории атома, исходящей из её кристаллической модели должны следовать не эмпирические, как сейчас, а теоретические и без предположений объяснения всех закономерностей в свойствах химических элементов, закодированных в таблице Д.И.Менделеева. Это теоретически закономерное периодическое изменение свойств химических элементов при монотонном увеличении массы их атомов; теоретическое объяснение плавного перехода от металлических свойств к металлоидам в каждом периоде, образование гомологических групп химических элементов; ряд активностей металлов и прочих закономерно изменяющихся свойств химических элементов. Кристаллическая модель атома это первичная физическая модель, на основе которой должна быть построена фундаментальная научная теория: «Физическая Химия». 5.3.3. Оглядываясь назад, в историю создания теории атома, можно отметить два позитивных факта. Первый факт. Еще в 1903 году Дж. Дж. Томсон предложил модель атома в виде очень малой области микро пространства, равномерно заполненного положительным электричеством, внутри которого находятся электроны. По сути, он предвосхитил те идеи, которые, воплощены в кристаллической модели атома, но представлены эти идеи в рамках накопленных к тому времени знаний, аналогично тому, как Демокрит (V век до нашей эры) пришел к представлению о существовании неделимого атома. Второй факт. Вывод Резерфорда о существовании в атоме компактного образования из нуклонов тоже правильный, но оказалось, что это не бесструктурное ядро, лишенное электронов, а кристаллическая решетка из нуклонов с электрическими связями кристаллического типа между ними и с встроенными в неё электронами. Орбитальной структуры из электронов в составе атома нет. Все остальное в теории атома надо переделывать заново и только на основе осмысления результатов испытаний, без придумывания предположений. 5.4. ОБЪЯСНЕНИЕ РЕЗУЛЬТА ОПЫТА ФРАНКА И ГЕРЦА По причине популярности этого опыта, в статье считается, что читатель знаком с конкретикой касательно его постановки и реализации или может быстро познакомиться (смотри любой школьный учебник по физике). Этот опыт рассматривается как решающий в доказательстве дискретности энергии воспринимаемой и излучаемой электронами, находящегося в составе атома, что очень важно для обоснования квантовых представлений. Имеется в виду, что он воспринимает стороннюю энергию и излучает энергию конкретными порциями. Результаты осмысления этого опыта являются в современной науке экспериментальным обоснованием верности «Боровской теории атома». Эта теория и её последующие модификации представляют собой теоретическое объяснение спектра атома водорода, исходя из физической модели этого атома по Резерфорду. Кратко теорию Бора можно охарактеризовать так: это классический и самый показательный образец того, как не надо делать фундаментальную физическую науку. В этой теории содержится только одна экспериментально подтвержденная научная информация, которая была известна и без этой теории: оптический спектр излучения водорода, нагретого до состояния, при котором он излучает видимый свет, является линейчатым и постоянным в своем облике не зависимо от того где и как этот спектр получен. То есть в облике спектра закодированы физические свойства водорода и даже динамическое состояние тела, от которого принимается излучение. А все содержание теории Бора является сплошной фантастикой. Эта «теория» по своему происхождению отличается от СТО тем, что в ней неприлично много придуманных начальных истин и нет причинно следственной логики в содержании; все содержание не исходит логически из придуманных начальных истин (постулатов), а тоже является придумкой, дополняющей их количество в теории Бора. Рассматриваемый опыт Франка, Герца состоял в следующем: в эвакуированной емкости с парами ртути электроны от термоэлектронной эмиссии внешним напряжением разгонялись на участке от источника электронов до сетки. С сетки электроны попадали в замкнутый контур с источником разгоняющего напряжения. Те электроны, которые обладали повышенной скоростью, проскакивали сетку и создавали ток ( i ) в параллельном замкнутом контуре. При увеличении внешнего напряжения ток i монотонно увеличивался до некоторой величины, а потом резко падал, почти до нуля, то есть все разгоняемые электроны оседали на сетке. Затем при дальнейшем увеличении напряжения ток i опять увеличивался, но до несколько большей величины, чем в предыдущем пике, и опять резко падал и так далее. Выявилась вторая особенность: максимумы силы тока возникали через одинаковые интервалы напряжения. Опыт проводился не в динамических условиях; каждая точка на графике это результат стационарного процесса. Этот опыт проводился несколько раз, в разное время и разными исполнителями, но всегда по одной и той же схеме, с одним и тем же рабочим телом (с парообразной ртутью) и всегда практически при одних и тех же, нормальных температурных условиях. Выявленные особенности экспериментального графика приводят к заключению, что в этом опыте каждый атом ртути, вступавший во взаимодействие с разгоняемым электроном при их соударении, воспринимал энергию только конкретной порцией одинаковой величины для всех таких взаимодействий. Это заключение из результатов испытаний в Боровской «теории» атома представлено без каких-то обоснований как универсальное изначальное свойство, присущее электронам, образующих орбитальную систему во всех атомах, в соответствии с физической моделью атомов по Резерфорду. Естественно, в этой статье невозможно показать те конкретные события внутри атома ртути, которые приводят к поглощению энергии одинаковыми порциями - мы не знаем облик кристалла атома ртути. Но можно показать, что в кристалле любого атома и в кристалле любой молекулы заложен механизм, который при надлежащих условиях приводит к закономерности, которая наглядным образом проявилась в опыте Франка и Герца. Атомы и молекулы это динамические устойчивые системы из элементарных частиц. Естественно, они устойчивы в ограниченной «верхним» значением температуры области действительности. Их устойчивость в стационарных макропроцессах, при энергетическом обмене с окружающей средой, обеспечивается тем, что эти системы излучают такое же количество энергии, какое воспринимают извне. Воспринимается внешняя энергия и излучается через колебания частиц в рассматриваемой системе. Но конкретная молекула и атом никогда не находятся в стационарном энергетическом состоянии, даже при стабильно постоянной температуре тела в которое они входят. Потоки внешней энергии на нее тоже непрерывно меняются и по величине, и по направлению. Надо помнить, что постоянная температура макротела это не одинаковая для всех частиц энергия, соответствующая этой температуре. Каждая частица в макротеле имеет свою энергию («температуру»), и только средне интегральное значение энергии у всех частиц определяет температуру этого тела. Поэтому конкретный атом в составе тела всегда находится в изменяющихся для него внешних энергетических условиях. Атом это динамическая система, которая всегда находится в движении и стремиться к условиям равновесия, но с запаздыванием. Когда она попадает в точку равновесия по своим внутренним параметрам, то внешние условия для нее уже изменились и приходится опять перенастраивать систему. Колебание любой частицы в атоме по произвольному направлению можно представить как сложение колебаний по трем избранным направлениям, которые называют тремя степенями свободы. При конкретной температуре не все степени свободы активированы. Активация ранее не использованных степеней свободы происходит как ответная реакция на повышение внешней температуры (при увеличении внешнего потока энергии). Активация дополнительных степеней свободы внутри атома при увеличении температуры окружающей атом среды обеспечивает ему скачкообразную возможность воспринять больше энергии из окружающей среды и дополнительный сброс энергии, за счет чего устанавливается тепловое равновесие с окружающей средой на новом энергетическом уровне. Активация новых степеней свободы происходит с увеличением внутренней энергии атома до определенного уровня, то есть требует определенной затраты энергии. Если рассматриваемая степень свободы отключается, то происходит сброс энергии, затраченной на её активацию. «Общение» атома с окружающей средой осуществляется через электрические взаимодействия с окружающими его частицами. В рассматриваемом опыте, хотя разгоняемые электроны от термоэлектронной эмиссии участвуют в упорядоченном движении, конкретное взаимодействие этих электронов с молекулами происходит по тем же законам, что и в хаотических тепловых движениях между молекулами, но со своими особенностями. Особенность в рассматриваемом опыте состоит в том, что электрон это заряженная частица и в том, что в момент, когда на графике начинается падение силы тока, то по отношению к атомам ртути разгоняемые электроны представляются очень «горячими» частицами. Состояние системы из соударяющихся атома ртути и «горячего» электрона сдвигается в направление равновесия, в направление выравнивания их температур: энергия атома увеличивается, а энергия электрона уменьшается. Атом начинает реагировать так, будто температура внутри эвакуированной емкости повысилась; в нем активируются дополнительные степени свободы. Эта активация происходит с поглощением определенной конкретной порции энергии, величина которой определяется природой разрываемой связи, которая блокирует активируемую степень свободы, находящуюся в потенции при нормальных условиях. Рассмотрим конкретную упрощенную физику процесса на примере известной нам молекулы водорода (Рис. 2). Эта молекула представляет собой плоский кристалл из пары электронов и пары протонов. Причем, при нормальных условиях оба протона прижаты друг к другу силами притяжения со стороны электронов, их степени свободы находятся в потенции, они не активированы и не могут колебаться относительно друг друга и относительно центра масс молекулы. А два электрона находятся в свободном состоянии в области точек равновесия, в которых воздействие силы отталкивания между электронами компенсируется воздействием сил притяжения от протонов. Эти два электрона в своей совокупности обладают шестью степенями свободы. Их беспорядочные колебания относительно центра масс всей молекулы практически не возбуждает колебания пары сжатых протонов, так как масса этих протонов почти в 2000 раз превосходит массу колеблющихся электронов. Чем дальше во внешнюю сторону от молекулы отклонятся колеблющиеся электроны (чем больше энергии они воспринимают из внешней для них среды), тем меньше будет сила прижимающая протоны друг к другу. При конкретной амплитуде обжимающая сила примет нулевое значение и протоны тоже окажутся в «свободном» состоянии на то время пока электроны находятся в своем колебательном процессе на соответствующем удалении от протонов. Мы видим, что степени свободы протонов активируются при определенной энергии собственных колебаний электронов внутри атома. В своем движением относительно точки «обретенного» равновесия протоны начинают вносить свой дополнительный вклад в поглощение энергии от разгоняемого электрона, с которым столкнулась молекула. Электрическое поле приближающегося электрона, разгоняемого в направление сетки, поляризует молекулу водорода, расталкивая между собой электроны и протоны. Чем выше относительная скорость разгоняемых электронов, тем большая, в соответствии с механическим принципом относительности, порция энергии может быть сообщена атому посредством потоков ЭС, связанных с «горячим» электроном. При определенной температуре молекулы происходит поглощение конкретной порции энергии, необходимой для активации дополнительных степеней свободы (в относительное движение приходят ранее сжатые протоны), и молекула начинает больше воспринимать и переизлучать энергии из окружающей среды. В данном случае происходит восприятие энергии от «горячего» электрона, с которым произошло столкновение, и переизлучение её по всем направлениям в окружающее молекулу пространство. Из представленного механизма следует заключение, что необходимая порция для активации дополнительной степени свободы в атоме ртути должна быть разная в зависимости от её начальной температуры. Чем выше начальная температура паров ртути в эвакуированной емкости, тем меньше должен быть интервал перепада электрического напряжения в эвакуированной емкости, через который возобновляется новая волна в изменяющейся величине тока i. И при начальной достаточно высокой температуре паров ртути, при которой уже активированы дополнительные степени свободы, волнообразного изменения величины силу тока i в эксперименте Франка, Герца не будет происходить. Более того, из представленного объяснения следует еще одно заключение, которое необходимо проверить в испытаниях. Если зафиксировать перепад напряжения на разгонном участке и плавно повышать температуру паров ртути внутри эвакуированной емкости, то, начиная с какой-то температуры, ток i начнет увеличиваться за счет приобретения электронами на участке разгона электрическим полем дополнительной энергии уже от «горячих» по сравнению с этими электронами, атомов ртути при их соударениях. Наглядно физическую суть процесса в опыте Франка, Герца можно проиллюстрировать на механическом аналоге. Такой аналог представляет тяжелый железнодорожный состав, Чтобы начать движение локомотив сообщает определенный ударный импульс по покоящемуся составу, для преодоления суммарной сила трения покоя между всем составом и рельсами (состав, как динамическое звено, при ударе выводится из области нечувствительности, активируется его степень свободы движения вдоль рельсов). Если начальный импульс (подведенная энергия за время удара) будет меньше необходимой величины, то состав энергию от локомотива не воспримет и не придет в состояние движения; он останется стоять на месте. Номинальная величина тяги локомотива не достаточна для преодоления силы трения покоя. 5.5. ПРИРОДА ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Принцип механизма образования волновых и дискретных потоков лучистой энергии электрической природы при тепловом равновесии с окружающей средой представлен в первой статье этого сборника «Физическая теория электрических взаимодействий». Суть этого механизма проста, но своеобразна. Первичными частицами вещественных тел являются электрон и позитрон (имеется ввиду ПФС), непрерывно излучающие и поглощающие конкретные одинаковые потоки энергии и импульса. Носителями этих потоков являются количественно одинаковые потоки материальной сущности ЭС движущихся относительно своих излучателей с постоянной скоростью, со скоростью света. Воздействуют эти потоки на такие же истинно элементарные частицы, находящиеся в составе других вещественных тел. На одну конкретную частицу (на электрон или на позитрон) потоки импульса со стороны сторонних электронов и позитронов, по причине зарядовой симметрии, воздействуют в диаметрально противоположных направлениях. Если электрон и позитрон, образующие элементарный электрически нейтральный излучатель, неподвижны относительно друг друга и частица, приемник, неподвижна относительно излучателя, то два противоположно направленные импульса со стороны излучателя при воздействии на приемник будут компенсировать друг друга и приемник энергию не воспримет. Если, например, одна из частиц в составе излучателя, по какой-то причине совершает не установившиеся (ускоренные) движения, то излучаемый ею поток ЭС, в соответствии с механическим принципом относительности, воспримет дополнительную составляющую скорости в рассматриваемой системе отсчета, к той скорости, которой он обладает относительно этой частицы. Величина потока энергии, и величина и направление потока импульса со стороны движущейся частицы на приемник изменятся. Поэтому при воздействии на неподвижную частицуприемник взаимная компенсация двух противоположно направленных потоков нарушится: появится результирующее воздействие. Если частица - приемник имеет достаточно мягкие связи с электрически нейтральным телом, в котором она находится, и приходит в относительное движение, под действием не компенсированной составляющей воздействия, то ей и соответственно телу, в котором она находится, передается энергия со стороны рассматриваемого нами элементарного электрически нейтрального излучателя электрических воздействий. Если на частицу приемник наложены жесткие связи, и она остается неподвижной, то энергия не передается, а в связях возникают дополнительные напряжения. Когда подвижная частица в излучателе совершает регулярные поперечные колебания относительно направления на приемник, то приемник будет воспринимать воздействия, как от поперечного волнового поля. Если колебания частицы совершаются по направлению на приемник, то по этому направлению в потоке ЭС возникнуть порции ЭС с разными по величине скоростями. В зависимости от величины продольного ускорения излучающей частицы в колебательном движении, приемник в этом случае будет воспринимать не компенсированную составляющую воздействия или в виде продольных волн, или в виде отдельных дискретных порций. Из этого механизма понятно, что продольные волны (или дискретные порции воздействий) излучаются одновременно с поперечными волнами, но по взаимно перпендикулярным направлениям. То есть корпускулярно - волнового дуализма в природе нет. В современной физике эта придумка введена для согласования между собой волновых и квантовых представлений в созданных на основе предположений теориях. Современная физика существование дискретных порций энергии обнаружила, но истолковала их через квантовые представления, которые являются продуктом целой обоймы предположений. А вот продольные волны в испытаниях пока не обнаружены. Причина в том, что такая задача перед экспериментаторами не ставилась, хотя явление внешнего фотоэлектрического эффекта проще объясняется не через представление о порциях воздействий, а через представление о продольных волнах. Эта же теория предсказывает существование интересного явления, которое еще надо подтвердить в испытаниях. Если между электрически нейтральным телом, образованного противоположно заряженными частицами и приемником (неважно, несущего заряд или электрически нейтрального) существует относительная скорость, то, опять же в силу механического принципа относительности, скорости потоков воздействия относительно приемника изменяться не одинаковым образом. Скорости потоков воздействий, совпадающие с направлением относительной скорости нейтрального тела, увеличатся, а скорости потоков от частиц противоположной полярности уменьшатся, и на приемнике появится равнодействующая от двух противоположно направленных воздействий, нарушится взаимная компенсация воздействий. То есть, при наличии относительной скорости между двумя электрически нейтральными телами или нейтральным и заряженным телом, не зависимо от направления этой скорости, появляется сила, действующая на каждое тело в направлении всегда противоположном вектору относительной скорости. Эта сила, возникающая между двумя электрически нейтральными телами при наличии относительной скорости, пропорциональна квадрату этой скорости и является аналогом силам механического жидкостного трения. Реально, в испытаниях, её можно обнаружить только при относительных скоростях рассматриваемых тел, сопоставимых по величине со скоростью света. Несмотря на то, что «механизм» электрического волнового поля не подпадает под определение волнового поля в упругих вещественных средах, свойства волнового электрического поля (как продольных так поперечных волн) идентичны свойствам соответствующих волновых полей в вещественных средах. Поэтому все общие закономерности для волновых полей в вещественных средах применимы для описания и анализа лучистых потоков энергии. Природные потоки света (здесь термин свет это, как принято в физике, обобщающее название всех возможных лучистых потоков энергии), как и природные звуки (механические волны в упругой вещественной среде) представляют собой не гармонические колебания, а сумму гармонических колебаний разных частот. Набор частот в рассматриваемом световом потоке называют спектром излучения. Любой природный поток лучистой энергии находится в некотором конкретном интервале частот: [ f1 , f2 ]. Если в рассматриваемом лучистом потоке присутствуют все частоты в диапазоне f1 - f2, то спектр называют сплошным (например, спектр теплового излучения). Если излучение состоит из дискретного набора частот, то спектр называют линейчатым (например, оптические спектры горячих газов). Вид спектра излучения конкретного вещественного тела зависит от состава, внутренней структуры и запаса его внутренней энергии, то есть от его температуры. Наши глаза различают конкретные частоты только, на так называемом, видимом участке общего спектра, а сам факт наличия лучистых потоков энергии выше определенного порога по интенсивности доступен нам в тактильных ощущениях поверхностью кожи практически во всем диапазоне доступных частот. Причем, экспериментально доказано, что поперечные волны в оптическом диапазоне частот глазами воспринимаются; а вот воспринимаются или нет продольные волны пока остается неизвестным. Ниже дадим теоретическое объяснение механизма образования спектра видимого света на примере «очень любимого» сторонниками квантовых представлений спектра водорода. Любимого потому, что не квантовая теория объясняет спектр, а потому, что через конфигурацию спектра, выявленного экспериментально, посредством множества предположений «обоснованы» одновременно квантовая механика и орбитальная модель атома. Визуализация видимых спектров горячих тел (горячих настолько, что они начинают излучать в видимой нашими глазами части спектра) стала возможной через использование двух явлений. Первое это явление преломления светового луча: резкое, в макро масштабе, изменение направления светового луча при переходе из одной среды в другую в точке пересечения поверхности раздела этих сред (иногда при этом происходит частичное или полное отражение). Толкового физического объяснения этого явления нет. Но из испытаний известно, что в области частот видимого света угол преломления для излучений разных частот тоже разный (это явление называют дисперсией света). Этот эффект дисперсии используют для разделения между собой составляющих частот в исследуемом луче видимого света. Сейчас считается, что свет это только поперечные волны, поэтому остается не известным: претерпевают или нет преломление продольные волны и поток дискретных порций. По квантовой теории считается, что кванты и поперечные волны это одна и та же природная сущность (?), но проявляющаяся в действительности только в одном из этих образов (когда как; как захочется исследователю). Поэтому в существующей науке вопроса о преломлении потока квантов нет, и такой вопрос, в рамках этих существующих теорий, никогда не возникнет. Второе явление это дифракция света, поворот некоторой части светового потока при обтекании им тел (попадание света в область тени). Для разных частот степень дифракции разная. Это явление для поперечных волн в представленном выше механизме лучистых потоков находит простое объяснение. Поперечные волны возникают за счет наличия в потоках ЭС поперечных составляющих скорости этих потоков. Вот эти поперечные составляющие и выносят некоторую пристеночную часть потоков в область тени. Порции ЭС, обладающие большей величиной поперечной скорости, направленной в область тени, глубже проникают в эту область. Поэтому экран, расположенный в области тени, освещается в виде отдельных последовательно расположенных цветных пятен, количество которых соответствует количеству частотных составляющих в исходном световом потоке. Так как в одном колебательном акте одного и того же объекта при изменении частоты колебаний увеличиваются максимальные значения ускорений, но уменьшается максимальная величина скорости, то при дифракции большее отклонение от щели претерпевает световой поток красного цвета и меньшее поток синего цвета. Из этого «механизма» дифракции следует два вывода. Первый: в область тени попадает не более половины светового потока исходного луча, подвергшегося дифракции. Второй: весь световой поток, оказавшийся в области тени представляет собой только поперечные волны, и он должен быть поляризован по направлению, в котором произошла дифракция. Если в теле, создающего тень, прорезать узкую прямолинейную щель, то дифракция луча, проникшего через эту щель, будет наблюдаться по двум противоположным направлениям относительно щели. Поэтому, в отличие от призм, после дифракционной решетки получается картинка из двух одинаковых спектров, которые относительно решетки «разворачиваются» в двух противоположных направлениях. Теперь выясним механизм возникновения характерных частотных составляющих в волновом поле светового потока от тел, образованных из одного химического элемента, на примере водорода. В тексте умышленно не уточняется, что в примере будет рассматриваться излучение атома водорода, как это делается в существующей теории линейчатых спектров. В соответствии с кристаллической моделью структуры атома в автономном устойчивом состоянии может находиться только ион атома водорода: составная микрочастица протон. А атом водорода в индивидуальном виде, как индивидуальная электрически нейтральная частица, состоящая из двух заряженных частиц (протона и электрона), в природе не встречается. Однако, такая частица обнаруживается и наблюдается в течении малого времени (около 16 минут) в процессе искусственной радиоактивности; это нейтрон, который вне атома не устойчив (например при облучении бериллия α-частицами). Ни одна свободная индивидуальная микрочастица излучать поток воздействий в виде непрерывного волнового поля не может, для этого ей надо совершать колебательные движения в какой-то ограниченной микро области пространства. Такие колебания возможны, если на частицу наложены внешние связи, удерживающие частицу в этой области. То есть в общем случае излучать волновые воздействия может только система из связанных между собой частиц. Поэтому спектры водорода, полученные в лабораториях или выявленные в солнечном излучении, это не спектры атомов. Это свечение очень горячих молекул водорода или свечение очень горячей плазмы из смеси протонов и электронов за счет энергии их теплового, хаотического относительного движения. Но спектр любого хаотического движения сплошной, по природе своего возникновения. Поэтому, экспериментально полученные оптические линейчатые спектры водорода, которые толкуют как спектры атомов водорода, на самом деле, есть спектры горячего газа водорода, спектры молекул водорода. Вспомним структуру молекулы водорода (Рис 2.) При полном покое (при температуре 273К) это плоский кристалл из двух плотно прижатых друг к другу электрическими силами (внутримолекулярными связями) протонов и двух находящихся в условиях устойчивого равновесия электронов, зависших в пространстве в одной плоскости с протонами, по разную сторону от оси, на которой расположены протоны. Так как состояние абсолютного покоя не существует, то электроны всегда находятся в движении относительно точки равновесия в соответствии со своими резонансными характеристиками и непрерывно поступающими на них внешними возмущениями, переносимые потоками ЭС со стороны рядом расположенных частиц, тоже находящихся в хаотическом движении. Понятно, что молекула водорода в своем реальном динамическом состоянии является излучателем света. Это поток энергии в виде волнового электрического сферического поля продольных и поперечных волн, одновременно распространяющихся по двум перпендикулярным направлениям. Каждая поперечная волна, сохраняя длину, распространяется в виде двухмерно расширяющегося кольца в плоскости нормальной к направлению колебания частицы со скоростью света. Причем, частота поперечных колебаний в волновом поле в два раза превосходит частоту колебаний излучающих частиц. Продольные волны тоже сохраняют свою длину после завершения своего формирования и движутся относительно излучателя со скоростью света вдоль направления продольных колебаний излучающей частицы. Волновая поверхность волнового поля продольных волн имеет форму круга, и таких двумерно расширяющихся кругов два (излучается две продольные волны), которые не одновременно, а последовательно во времени движутся в двух противоположных направлениях. Частота появления новой продольной волны по одному направлению равна частоте продольных колебаний излучателя, но за одно колебание излучателя последовательно появляется две продольные волны, каждая по своему направлению. При достаточно высокой температуре продольные волны вырождаются в дискретные порции воздействий похожие на скачки уплотнения перед тупой носовой частью сверх звукового самолета, которые претерпевают двух мерное расширение в плоскости, нормальной к направлению движения. В молекуле водорода для одного электрона пространство вокруг точки равновесия не является однородным в смысле свободы движения. В этом пространстве можно выделить две характерные плоскости, которые являются плоскостями симметрии молекулы. Одна плоскость, в которой лежат все четыре частицы, образующие молекулу. Вторая включает в себя два электрона и является нормальной к первой плоскости. Из всех возможных степеней свободы в колебаниях одного электрона в составе молекулы наиболее характерными (направления колебаний вдоль которых проявляются индивидуальные жесткостные характеристики колебательной системы) являются колебания в каждой из плоскостей симметрии по нормали ко второй плоскости и колебания вдоль линии пересечения плоскостей симметрии. Именно составляющие колебания электрона по этим степеням свободы будут вносить индивидуальность в характер колебаний, потому что по этим направлениям существуют свои индивидуальные жесткостные характеристики степеней свободы. Таким образом, видимые линии в спектре водорода это наиболее ярко выраженные гармоники в колебаниях электронов, которые нашли свое отражение в волновом поле излучаемого молекулой света. Причем, из схемы связей между элементарными частицами видно, что наименьшая величина жесткости проявляется при колебании электрона в плоскости симметрии, в которой расположены только электроны, и по направлению нормальном к плоскости, в которой находится вся молекула. Поэтому, пока протоны находятся в сжатом состоянии, опорная, самая низкая частота, в колебаниях электрона реализуется по этому направлению, и потому первая линия в видимой части спектра (соответствующая самой низкой частоте) определяется колебаниями именно по этому направлению. Выше мы рассмотрели случай, когда при колебаниях электронов протоны все время остаются в соприкосновении, в сжатом состоянии. Из общих качественных соображений можно заключить, что такой случай описывает излучение водорода в области мягких излучений. При тщательном изучении колебательных движений электронов в общем случае надо иметь в виду несколько характерных моментов. Первое. Жесткость, в колебательном движении электронов по разным степеням свободы разная, и потому инициирование колебаний по разным направлениям происходит при своей индивидуальной температуре. Электроны, хоть образуют общую взаимозависимую между собой пару, но движутся, в общем случае индивидуально, а не подобно жесткой гантели. Поэтому, при внешних сторонних воздействиях не одинаковым образом изменяющих жесткостные характеристики по степеням свободы для каждого из двух электронов (воздействия на тело, в котором находится рассматриваемая молекула, электрическим или магнитным полем), должно приводить к расщеплению спектральных линий. Второе. В молекуле водорода при сближении электронов усилие сжатия протонов увеличивается, а при удалении друг от друга уменьшается. При какой-то амплитуде (при каком-то удалении электронов от оси симметрии молекулы) усилие сжатия обратится в нуль, и протоны обретут степень свободы. То есть протоны окажутся в возбужденном состоянии и начнут вносить свой вклад в общий баланс излучаемой энергии. Так как у протонов очень большая масса, то частота колебаний будет ниже чем у электронов, то есть опорная частота в суммарном излучении изменится (новую опорную частоту начнут излучать тяжелые протоны) и в спектре появится дополнительная линия, которая теперь станет первой. Характерной особенностью колебаний электронов является то, что при возбуждении протонов высвобождаются одна или несколько степеней свободы и изменяются жесткостные характеристики связей в уже активированных ранее степенях свободы, и потому сдвигаются частоты колебаний электронов; спектр, оставаясь внешне таким же, но как целое изменяет свое положение на картинке, сдвигается. Возбуждение конкретной степени свободы протонов характеризуется своей конкретной внутренней энергией (температурой). А так как в вещественном теле внутренняя энергия среди молекул распределена по закону, напоминающего резонансную кривую (температура у каждой молекулы своя), то на картинке, полученной после прохождения света через спектрограф от макротела, состоящего из молекул одного химического элемента, обнаруживается несколько отдельных серий. Каждая серия определяется энергией активации высвободившейся степенью свободы. То есть каждая серия в спектре водорода излучается определенной группой молекул, обладающих конкретным и одинаковым интервалом внутренней энергии из всего средне интегрального значения излучаемой энергии молекулами рассматриваемого макротела. Таково самое элементарное описание физического механизма оптического линейчатого спектра от газообразного макротела, образованного из молекул одного химического элемента. Таким образом, линейчатый спектр характерен для структурированных систем, в которых на колеблющиеся частицы наложены связи разрешающие колебания при внешнем воздействии, превышающем определенный уровень интенсивности, и с определенными резонансными характеристиками колебательной системы по активированным степеням свободы, определяемых характером этих связей. Спектр от атомов водорода может быть получен только от тела, находящегося в состоянии горячей плазмы (смесь утративших молекулярные связи протонов и электронов). Такой спектр, в соответствии с механизмом своего образования, будет не линейчатым, а сплошным. 5.6. СПЕКТРЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ Рентгеновское излучение, как особый вид, определяется способом его генерирования и свойством проникать через тела, непрозрачные для видимого света: это излучение, возникающее в результате бомбардировки твердых мишеней быстрыми электронами. Оно в своем проявлении от видимого света отличается тем, что в нем ярко выражены дискретные эффекты, в виде дискретных порций воздействий. Такие порции, как показано в первой статье этого сборника, в общем случае представляют собой вырожденные продольные волны при очень больших ускорениях заряженных частиц (при высоких частотах колебаний элементарного излучателя в составе непрерывно излучающего атома). В нашем рассматриваемом случае регулярных колебаний нет, так как единичный электрон, предварительно разогнанный в электрическом поле, претерпевает разовое торможение, и потому в излучаемом им потоке ЭС может возникнуть только единичная волна, несущая единичную порцию воздействия. Ситуация аналогичная волне цунами при единичном подземном толчке. Эта единичная волна представляет рентгеновское излучение непосредственно от тормозящегося электрона. То есть тормозящийся единичный электрон не излучает волновое рентгеновское поле, он излучает одну продольную волну разрежения в направление своего движения, одну волну сжатия в противоположном направлении и, соответственно в нормальном направлении к вектору своего тормозящего ускорения одну кольцевую с увеличивающимся диаметром поперечную волну. В рентгеновской трубке, где скорости быстрых электронов сопоставимы со скоростью света, торможение электрона начинается на подлетном участке к аноду (к мишени), до его внедрения в мишень; как результат эффекта электрического трения. Воздействия на расстоянии от быстрого электрона, переносимые потоками ЭС, в силу того, что они распространяются относительно электрона со скоростью света и в виде расширяющейся сферы, внедряются в мишень со сверхсветовой скоростью и воздействуют сразу на несколько атомов и даже молекул уже в поверхностном слое этой мишени. Почти вся энергия заторможенного электрона воспринимается анодом в виде продольного разового воздействия и, в силу наличия внутренних упругих связей возбуждает относительные колебательные движения всех систем по направлениям актированных степеней свободы, подвергшихся воздействию. Эта энергия, в конечном счете, преобразуется в тепло (анод сильно разогревается). Некоторые электроны внутри анода имеют такие связи, которые позволяют этим электронам под действием единичной волны со стороны быстрого тормозящегося электрона приобрести такое ускорение, что продольные волны от этих внутренних электронов попадают в диапазон рентгеновских. Они приобретают проникающие способности в вещественные тела, которые, как следует из накопленных экспериментальных фактов, увеличиваются с уменьшением длины волны. Чем выше частота продольных колебаний, тем более эти волны вырождаются в дискретные порции, тем белее становится их проникающая способность в вещество. Именно поэтому так велика проникающая способность γ-излучения. Так как в рентгеновской трубке поток быстрых электронов далеко не однороден в своих скоростях и электроны внутри анода имеют разнообразные в своих свойствах связи, то в результате, интегральный поток уже вторичного потока рентгеновского излучения, со стороны анода, обладает сплошным спектром, внешне похожий на сплошной спектр света. Этот спектр называют «белым». Чем больше перепад электрического напряжения в трубке (чем больше энергии подводится для разгона электронов), тем выше горб в белом рентгеновском спектре, и тем больше он сдвигается в область высоких частот. Ситуация аналогичная со спектром видимого света. Поэтому на эти свойства отвлекаться не будем. Прежде чем далее продолжить объяснение рентгеновских спектров необходимо ответить на естественный вопрос: как рентгеновский спектр выделяется на фоне теплового спектра, получаемого от анода разогретого энергией тормозящихся быстрых электронов, до температуры, которой он обладает в функционирующей рентгеновской трубке. Дело в том, что в оптических спектрографах выделить частоты, соответствующие рентгеновским излучениям не удается: причин несколько, но главная причина в проникающей способности рентгеновских лучей. Они проникают вглубь тел, не претерпевая ни дифракции, ни преломления. Из экспериментов было выявлено, что характерные плоскости внутри кристаллов тугоплавких металлов способны отражать рентгеновские лучи конкретной частоты, причем только при падении этих лучей на эту плоскость под определенным углом. Если поток рентгеновского излучения падает на соответствующим образом сориентированный кристалл, то из глубины этого кристалла отразится монохроматический рентгеновский луч одной частоты. Поворачивая последовательно кристалл так, чтобы внутрикристаллические плоскости подставлялись под разными углами к потоку рентгеновского излучения, получают последовательно весь белый спектр излучения исследуемого вещественного образца. В рентгеновском спектре есть некоторые свои характерные особенности. При конкретном напряжении между анодом и катодом быстрые электроны приобретают вполне конкретное максимальное значение энергии (скорости). И потому граница спектра в области больших частот не плавно и асимптотически приближается к нулю, а довольно резко обрывается с максимального значения мощности до нуля при конкретном значении частоты. Существует еще одна, вторая особенность, которая проявляется при разгоне быстрых электронов до очень больших скоростей. В этом случае на фоне белого спектра появляется несколько отдельных друг от друга коротких отрезков частот, на которых спектр не сплошной, а линейчатый, и интенсивность излучения в линейчатом спектре значительно (в разы) превосходит интенсивность излучения белого спектра при этой же частоте. Внешний вид этого спектра от вариации напряжения не зависит и для данного материала анода всегда один и тот же. Поэтому его назвали «характеристическим». Объяснение механизма этого явления вполне очевидно (смотри объяснения опыта Франка, Герца, раздел 5.4.): при достаточной интенсивности единичной волны активируются степени свободы, до того находящиеся в потенции. Но здесь есть одна загадка, которая может быть разрешена только после расшифровки конфигурации кристаллической решетки атомов в материале анода. Загадка такова: почему именно у частицы с законсервированными степенями свободы в активном состоянии оказались такие мягкие связи, что позволяют переизлучать энергию большой интенсивности. Можно высказать гипотезу, что связи обычные, но при активации степеней свободы, одновременно высвобождается часть внутренней энергия вещества анода, которая до того была в потенции. Это предположение исходит из сопоставления между собой характеристического рентгеновского излучения и γ-излучения при естественной радиоактивности, которое всегда является характеристическим и которое происходит за счет своей внутренней энергии. 5.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕОРИИ АТОМА Современная теория атома не соответствует действительности: все начальные истины в этой теории являются предположениями. Количество предположений такое большое, что по теории вероятности их одновременное совпадение с действительностью полностью исключено. Критику можно продолжить на фактическом материале. Но уже и этого достаточно, чтобы сделать заключение: теорию атома надо создавать заново. Весь теоретический багаж, существующий по теории атома, надо обнулить. А реализуемость создания теории атома, без предположений, как представляется автору, в статье доказана исчерпывающе. Доказана и принципиальная схема структурирования атома: это кристаллическая структура. Хотя, уже совокупности накопленных фактов после создания атомной бомбы было достаточным, чтобы понять, без всякой критики и доказательств, что атом имеет кристаллическую структуру. Теория атома следуемая из его кристаллической структуры предоставляет возможность создать достойную физическую химию, в которой все свойства химических элементов, все глубинное физическое и химическое содержание, закодированное в эмпирической таблице периодического закона Д.И.Менделеева, будет теоретически следовать, исходя только из состава и конфигурации кристаллов атомов и их изотопов. И что особенно важно и значительно для всей химии: получат физическое объяснение разнообразные механизмы связей между атомами в молекулах. И, наконец, явно просматривается возможность создания теории естественной радиоактивности, которая опишет «физический механизм» процесса естественной радиоактивности и процесс инициирования искусственной радиоактивности. Сейчас эта задача представляется исключительно загадочной. В этой теории должны быть ответы на такие вопросы: в чем состоит причина неустойчивости, каков «сценарий» распада, за счет какой энергии осуществляется распад и как сообщается импульс и энергия каждой вылетающей частице, причем по конкретному направлению для каждой частицы? Однако представляется, что конечной целью в результате решения этих задач является получение ответа на вопрос: в каких условиях происходило структурирование химических элементов, которые в наших Земных условиях оказались не устойчивыми.