Атом, его устройство

Современная наука частично разобралась с устройством атомов. По крайней мере, знает, что атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Измерила параметры этих частиц: массу, заряд, магнитные параметры, размеры. А дальше этого дело не пошло.

Мы плохо знаем устройство этих частиц и поэтому не можем более-менее приемлемо понять взаимодействие этих частиц. Как они держатся вместе? Какие силы участвуют в этом процессе? Что и как у них меняется и меняется ли вообще?

Я попытался поискать модели атомов, и их оказалось не слишком много. А точнее всего две, да и то одна из них является некоторым усовершенствованием другой.

Классическую модель атома предложили Резерфорд и Бор. Вот что сказано по этому поводу в Википедии:

“Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетарной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра (“модель атома Резерфорда”). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию (“модель атома Бора-Резерфорда”). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов”.

Введенные Бором постулаты невозможно было описать законами классической механики. Электрон вращается вокруг ядра с ускорением и поэтому обязан излучать электромагнитную энергию. Потеря энергии приводит электрон в неустойчивое состояние. Надо сделать так, чтобы электрон не излучал энергии, например, как спутник, тогда он будет вращаться около ядра, не падая на ядро. Бор подумал и решил электронам присвоить такое качество: если электрон находится в таком-то энергетическом состоянии, то он ничего не излучает. Эту дискриминацию энергетических состояний классика не понимала. На помощь пришла квантовая механика и появилась:

“Квантовомеханическая модель атома. Современная модель атома является развитием планетарной модели. Согласно этой модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределенность координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома)”.

Теперь стало все понятно. Поскольку мы не знаем, как движется электрон, да и электрон ли это в классическом понятии, то там может происходить все, что угодно. В квантовой механике электрон представляется в виде волновой функции модуль, которой может находиться, там-то с такой-то вероятностью.

Получается, что современная модель никакой ясности в устройство атома не внесла. Но ведь электрон в виде частицы (сконденсированной волны), либо в виде волны все равно как-то движется вокруг ядра, и это устойчивое, и главное рабочее состояние. А можем ли мы измерять координаты частицы или волны – это наши проблемы. Природа знает, где что находится.

Я согласен с Эрнестом Резерфордом, но имею возражения против постулатов Нильса Бора.

Как же удерживается электрон на орбите атома?

Пусть по линии АС движется электрон со скоростью V (Рис. 1). В точке Б он попадает в зону действия протона. Что значит, попадает в зону действия протона? Это тогда, когда взаимное притяжение частиц придает электрону ускорение, при котором он излучает фотон. Пока безразлично, какой энергии.

Под воздействием этого притяжения электрон окажется в точке В. Естественно, что электрон движется не по прямой БВ, а по какой-то другой траектории. Но это не важно, главное то, что ускорение привело к излучению фотона.

Потеря электроном части отрицательного заряда уменьшила электрическую силу притяжения электрона F_ээ и частичная компенсация положительного заряда протона этим кусочком отрицательного заряда приводит к уменьшению электрических сил притяжения протона F_эп.

На электрон воздействует магнитное поле протона F_m и электрон начинает удаляться от протона по линии ВГ. Электрон приобретает отрицательное ускорение, то есть тормозиться по радиусу протона. Но скорость вдоль линии АС осталась прежней. Во время движения по линии БВ электрон генерировал фотон, а во время движения по линии ВГ он будет поглощать излученный электроном и отразившегося от протона фотон.

Благодаря этому неупругому поглощению фотона в точке Г абсолютная скорость электрона станет такой же, какой была в точке Б. Цикл может повторяться сколь угодно много раз. Энергия никуда не девается и ни откуда не прибывает. Просто происходит перелив энергии с одного вида в другой и обратно.

С этого момента и начинается полноценный атом. Начинается обменный процесс точно такой же, как между протонами и нейтронами в ядре или между спутником и Землей.

По какой орбите (на каком уровне) будет двигаться электрон, зависит от его скорости и от его массы.

При скорости V электрон будет двигаться по орбите а. Если скорость электрона была больше скорости V, то он будет двигаться по орбите с, в противном случае по орбите b.

А что произойдет, когда электрон будет падать прямо на протон? Что мы знаем достоверно в этом явлении и что можем предположить с большой долей вероятности? Мы знаем точно, что никаких слияний протона и электрона нет, то есть, протоны, и электроны не уничтожают друг друга частично или полностью, примерно так, как метеориты, падающие на Землю. Метеорит уничтожается, превращаясь в часть Земли.

Знаем, что электрон, попавший в зону действия протона, будет стремиться упасть на протон под действием сил притяжения отрицательного и положительного полей. По данным науки напряженность магнитного поля вблизи геометрического центра электрона оказывается равной 7,017*10⁸Тл, а у протона эта напряженность равна 8,476*10¹⁴Тл. Это большие напряженности, и они быстро убывают от центров частиц.

Мы достоверно знаем, что электрон, попавший в магнитное поле, изменяет свою траекторию. Это проявляется в электроннолучевых трубках, электродвигателях, ускорителях. Нашу Землю от бомбардировки частиц, летящих из космоса, защищает магнитное поле, что наблюдается в северном сиянии. Можно наблюдать рассеяние электронов на протонах.

Исходя из этого, можно предположить, что электрон, летящий к протону под действием сил притяжения, не будет оттолкнут от протона в пространство, а изменит свое направление и полетит по касательной к протону. Как близко он подлетит к протону, зависит от скорости электрона. Мы возвратимся к ситуации, изображенной на рисунке 1.

Что произойдет если электрон, движущийся по орбите а, поглотит некий фотон (Рис. 2)?

Предположим, что электрон некой массы, двигаясь по линии АБ, в точке Б попадает в зону действия протона. Взаимодействие между частицами должно заставить электрон двигаться по траектории БВГ. Если к этому времени он поглотит фотон или сумму фотонов, а это будет в том случае, если электрон затормозится, и уменьшить свою скорость, то его траектория изменится. И вот по какой причине.

К электрону добавилась порция энергии. Вследствие этого возросла масса и соответственно заряд электрона. Но величина заряда растет быстрее, чем величина массы. Из-за этих изменений сила притяжения между протоном и электроном частично возросла, но из-за преимущественного роста заряда магнитная сила F_m раньше развернет электрон, и теперь электрон будет двигаться по пути БВ₁Г₁. И дальше электрон будет двигаться на этом уровне, непрерывно излучая и поглощая фотон одной и той же энергии.

Это динамически устойчивое состояние. Улететь в пространство электрон не может из-за сил Кулона, а упасть на протон ему не позволяют магнитные силы протона. Чем большей энергии фотон генерируется электроном для связи, тем сильнее связь электрона и протона. Это приводит к различной крепости ковалентной связи между атомами.

Чем больше скорость электрона, тем меньше его заряд, тем слабее на него воздействует магнитное поле протона и тем ближе подлетает электрон к ядру. Это является физической сущностью сокращения размеров тела при возрастании скорости тела.

Является ли это колебательное движение электрона вокруг ядра волной Луи Де Бройля? Возможно - да. Согласно Луи Де Бройлю движущаяся частица обладает длиной волны .

Но с другой стороны из формулы видно, что уменьшение скорости приводит к увеличению длины волны. И что пересилит что, не ясно. Если бы электрон перешел на орбиту b по траектории с, то совпадение с формулой Луи Де Бройля было бы полным, но противоречило бы нашей модели.

Естественно, что это только гипотеза. Автор, к сожалению, не может этого подтвердить (просто не умеет) хотя бы математическими выкладками. А задачка, кажется, простой: есть величины напряженностей электрической и магнитной составляющих, размеры тел, массы и другое. Может быть, кто-нибудь на досуге просчитает это и либо опрокинет, либо подтвердит истинность этой модели.

И вот, казалось бы, все просто – электрон подлетает к протону и атом готов. Но не получается. У нас есть достаточно и протонов и электронов, а вот синтезировать такой соблазнительный атом золота никак не получается. В чем же дело?

Рассмотрим рисунок 3.

Так как электрон это представляется громадным для фотона, то такое попадание может происходить несколько раз и только потом система разрушится. Об этом рассказано в статьях "Спонтанное излучение”, “Вынужденное излучение” и “Лазер и мазер”.

При соответствующем совпадении всех параметров, как на рисунке 4,

В предлагаемой модели электрон, и все другие элементы атома, ведут себя детерминировано. Нет никакой вероятности, все повторяется циклически – только измеряй. Но мы любим считать, хотя и не то. Так удобней.

Для тех кому не нравится предлагаемая гипотеза, могу предложить гипотезу об устройстве атома изложенную Ричардом Фейнманом.

И наконец немного философии. Какова бы не была модель атома: вероятностная, как сейчас принято считать мировой наукой, или детерминированной, как предполагаю я, или еще какая-нибудь модель, все равно возникает проблема синтеза атомов. Атомов в природе огромное множество. Они сами по себе не могут размножаться, как ДНК. Или я ошибаюсь?

Возможно для атомов во вселенной была какая-то зона на подобие субвитальной зоны, в которой возникло сразу много разнообразных ДНК. Для бесконечного мирового пространства наша вселенная – это бесконечно маленький участок, где и произошел синтез такого огромного количества атомов.

На первый взгляд для синтеза большого количества атомов вероятностная модель атома больше подходит, нежели детерминированная. Выбрал требуемое ядро, набрал соответствующее количество электронов, бросил электроны на ядро, которое притянет эти электроны к себе, а те примут требуемые состояния в этом ядре. Да дело в том, что существует запрет Паули. Все состояния должны быть различны. Как бы электроны не паредрались за более комфортные места.