О обертанні електрона

О обертанні электрона

Зиновий Докторович.

I.

Введение

.

Как відомо [1], основою запровадження фізику квантових постулатів на початку ХХ століття послужило абсолютне невідповідність результатів низки фундаментальних експериментальних відкриттів у сфері мікросвіту усталеним поглядам на гадані властивості об'єктів мікросвіту. Як-от:

экспериментальное доказ Резерфордом планетарного будівлі атома і теоретична нестійкість планетарного атома, нібито наступна з класичної теорії випромінювання;

дифракция електронів під час проходження через щілину і від цього процесу методами і коштами класичної физики.

Не знайшовши способу усунути виниклі протистояння між експериментом і теорією у межах класичної фізики, вчені на початку ХХ століття дійшли висновку про незастосовності її законів до опису фізичних властивостей мікросвіту й Болгарія запровадили ряд постулатів (постулати Бору), визначальних правил поведінки електрона в мікросвіті і метод розрахунку цього поведінки (метод квантово-волнового дуализма).

Первый постулат Бору констатує те що, що електрон, рухаючись у замкнутої стаціонарної орбіті, не випромінює електромагнітні волны.

Метод квантово-волнового дуалізму передбачає прояв у електронів хвильових властивостей за його взаємодії з матеріальними объектами.

Очевидно, що запровадження будь-яких постулатів в теорію є свідченням нездатності пояснити якесь явище поки що й досі своєрідною відстрочкою вирішення цієї проблеми. Тепер, спираючись на колосальний досвід, накопичений людством регулярно працюють з різними електродинамічними системами протягом нинішнього століття, спробуємо дати раду витоках появи вищевикладених протиріч між експериментом і класичної физикой.

Наличие двох суперечать одна одній суджень про одне і тому самому предметі є наслідком або несправедливості, принаймні, однієї з цих суджень, або помилковості самого твердження про наявності протиріччя. Оскільки маємо коштів немає підстав сумніватися у результатах фундаментальних експериментів, а запровадження квантових постулатів не бере під сумнів справедливість класичної фізики загалом і лише констатує її незастосовність до опису процесів, які протікають в мікросвіті, залишається проаналізувати обгрунтування незастосовності класичної фізики до опису вищезазначених процессов.

II. Аналіз теоретичного обгрунтування нестійкості планетарного атома.

Утверждение про нестійкості планетарного атома обґрунтовувалося так [1, стор. 234]. Рух електрона по замкнутої орбіті супроводжується зміною, як мінімум, напрями швидкості його руху. Отже, такий рух електрона характеризується наявністю прискорення це має супроводжуватися випромінюванням електромагнітних хвиль. Але, т.к. електромагнітні хвилі несуть енергію, то електрон, віддаючи свою кінетичну енергію на випромінювання, повинен повсякчас зменшувати радіус своєї орбіти до падіння на ядро атома. Кількісні оцінки [1] показують, що за, однакову десятим часток мікросекунди, повинна статися повна втрата енергії електроном. Тобто, планетарна влаштований атом речовини може бути принципово хистким.

Однако на практиці нічого такого немає, і атоми речовини демонструють завидну стійкість, попри її планетарне пристрій. Перед нами явне протиріччя між практикою (планетарна влаштовані атоми речовини стійкі) і теоретичним описом процесу руху електрона на орбіті (рух електрона в атомі по замкнутої траєкторії, без підкачування енергії ззовні, тобто. в нормальних умов, може бути стійким). Основою протиріччя є твердження про випромінюванні електроном електромагнітних хвиль незалежно від зміні швидкості його руху. Проте фундаментальні експерименти, практика і фундаментальні закони механіки спростовують дане твердження. Приміром:

а) на своєму шляху нерелятивистского електрона за інерцією у постійному однорідному маг-нитном полі в вакуумі траєкторія його руху, у дії зусилля Лоренца, приоб-ретает замкнутий, кругової характер, та заодно немає випромінювання електромагнітних хвиль, й час перебування електрона у тому стані не визначається її излучательной здатністю;

б) відома здатність постійних магнітів зберігати тривалий час стан намагниченности, обумовлена існуванням у яких протягом тривалого часу постійних замкнутих електричних струмів, що становлять рух електронів по замкнутим траєкторіям. Якби той процес супроводжувався випромінюванням електромагнітних хвиль, то вся енергія рухомих електронів перейшла в тепло чи випромінювання і, отже, про жодні постійних магнітах не міг стати мови;

в) обертальне рух матеріальних об'єктів підпорядковується закону збереження моменту імпульсу і закону збереження енергії обертання. Але, т.к. всі матеріальні об'єкти складаються з атомів, а атоми з заряджених частинок, і якби заряджені частки при русі по круговим траєкторіям випромінювали електромагнітні хвилі, то вся енергія обертання трансформувалася в розігрів обертового тіла чи випромінювання за, що привело до підвищення температури і самоостановке обертового тіла, навіть за відсутності зовнішнього тертя, чого досі на практиці не наблюдалось.

Таким чином, ми доходимо висновку у тому, що зовсім не всяке зміна швидкість руху електронів супроводжується випромінюванням електромагнітних хвиль. Понад те, виходячи з наведених прикладів, можна стверджувати відсутність випромінювання електромагнітних хвиль електроном, якщо зміна швидкість руху зводиться лише зміни її напрями як і мікросвіті і у макросвіті і, отже, якщо стверджується незастосовність класичної фізики до опису процесів мікросвіту через відсутність випромінювання електромагнітних хвиль електроном при його русі по замкнутої орбіті під впливом центральних сил, це однаковою ступеня стосується й опису поведінки електрона в макропроцессах. Тобто, виходячи з приведен-ных прикладів було би, логічно порушити питання справедливості класичної фізики загалом, зокрема — класичної теорії випромінювання. Природно виникає запитання — наскільки суворо обгрунтоване твердження про випромінюванні електроном електромагнітних хвиль за його русі по кругової орбіті? Типовий приклад обгрунтування ми бачимо в [1, стор. 234]. Теоретичне рішення завдання руху електрона на полі центральних сил замінюється відомим рішенням завдання класичного осциллятора з твердженням про сповнену еквівалентності (?!) руху електрона по кругової чи еліптичної орбіті коливань двох взаємно ортогональних лінійних гармонійних осцилляторов (чи, що те ж саме, двом гармонійним коливань двох електронів з двох взаємно перпендикулярным осях). Оскільки лінійний осциллятор може випромінювати електромагнітні хвилі, то, отже, електрон, впродовж кругової чи еліптичної орбіті, повинен випромінювати з інтенсивністю двох лінійних осцилляторов. Тобто., єдиним обгрунтуванням здібності електрона випромінювати електромагнітні хвилі, впродовж кругової чи еліптичної орбіті, стало постулирование повної аналогії двох процесів, саме: руху одного електрона по замкнутої траєкторії, що характеризується наявністю орбітального моменту імпульсу, і двох взаємно перпендикулярних лінійних осцилляций двох електронів. Спробуємо оцінити допустимість як і аналогії, простеживши логіку міркувань, наведену в [1]. Для простоти аналізу пропонується розглянути кругову орбіту. Т.к. рівняння кругової орбіти в Декартовой системі координат має наступний вид:

x² + y² = p².

то, перейшовши в полярні координати і висловивши x і y через r і ф, одержимо:

x = p co ф ,.

y = p sin ф.

Если тепер запровадити поняття кутовий швидкості w як ф = wt (де t — час), одержимо остаточне вираз зміни координат електрона (x і y) у часі за його русі по кругової орби-те:

x = p co wt і y = p sin wt.

Действительно, обидві координати змінюються у часі періодично зі зсувом щодо друг друга на кут ф0 рівний П/2, і проекції руху по кругової траєкторії, начебто, можна як два взаємно перпендикулярних лінійних синхронних коливальних руху. Однак цим подібність руху електрона по кругової орбіті з коливаннями двох взаємно ортогональних лінійних осцилляторов завершується і починаються различия.

Совершенно очевидно, що формальної схожістю з рухом лінійно осцилюючих електронів має саме рух електрона по замкнутої траєкторії, а математична запис проекцій цього руху, що одне і тоже.

Двигаясь по кругової орбіті, електрон проходить кожну точку орбіти одного разу у період, і напрям проходу завше залишається незмінним. Рухаючись в лінійному гармонійному осцилляторе, електрон проходить кожну точку лінії руху двічі у період і щоразу у напрямі проти попереднім проходом.

Движение по кругової орбіті характеризується орбітальним моментом імпульсу і кінетичній енергією орбітального обертання електрона. Коливний в гармонійному осцилляторе електрон немає орбітального моменту імпульсу і кінетичній енергії орбітального обертання, та її імпульс і кінетична енергія періодично изменяются.

Даже наведених міркувань цілком достатньо, щоб зробити висновок про принципову різницю фізичних властивостей цих два види движения.

Таким чином ми дійшли висновку у тому, що єдиним основою постулирования вищезазначеної аналогії послужило помилкове поширення можливості уявлення вектора швидкості матеріального об'єкта як векторної суми його проекцій до можливості уявлення руху єдиного об'єкта як взаємно ортогональних рухів двох самостійних матеріальних об'єктів (!). Справді, беручи два підвісних маятника, закріпити в одній точці підвісу і штовхнути у взаємно перпендикулярних напрямах, то їх руху ні з жодному разі стануть еквівалентними руху одного маятника по кругової чи еліптичної орбіті, і, отже, твердження про аналогії руху цих двох систем є помилкою. Але оскільки виходячи з цієї аналогії була постулирована аналогичность излучательной здібності двох взаємно ортогональних лінійних осцилляторов й електрону, рушійної по замкнутої орбіті, то дана аналогичность виявляється позбавлену будь-якого підстави. Хочеться також доповнити раніше сказане відомими з радіотехніки фактами про излучательных властивості лінійного диполя і кругового витка. Излучательная здатність першого така велика, що його електрична «добротність» має величину менше одиниці, тоді як електрична «добротність» кругового витка понад сотню й з точністю не излучательной здатністю витка, а втратами у ньому самом.

Неудивительно, проведення повної аналогії між рухом електрона по замкнутої орбіті в полі центральних зусиль і коливаннями двох взаємно перпендикулярних осцилляторов призвело до побудові помилковою теоретичної моделей поведінки електрона на орбіті, розбіжної з результатами экспериментов.

Поскольку рух щодо кругової орбіті є приватною випадком еліптичного движе-ния і характеризується законами збереження момен-та імпульсу і (включаючи енергію обертального руху), тобто підстави вважати, що це раніше сказане однаково стосується й руху електрона по еліптичної траектории.

III. Причини запровадження фізику методу «квантово-волнового дуализма».

Из огляду науково-технічної літератури можна дійти невтішного висновку у тому, що ніякого серйозного обгрунтування запровадження теоретичну фізику методу квантово-волнового дуалізму немає. Головна мета такого запровадження — уникнути складності формулювання класичної завдання й трудомістких розрахунків. А чим відрізняється метод квантово-волнового дуалізму від класичних методів вирішення аналогічних завдань у межах класичної фізики? Головне — і єдине відмінність класичної методики від методу квантово-волнового дуалізму полягає у цьому, що, відповідно до канонів класичної фізики теоретичним рішенням завдання є отримання виходячи з застосування фундаментальних законів фізики результату, збігається з експериментом, із зазначенням причинно-наслідкових зв’язків і дії сил, що призводять до даному результату, тоді як і основі методу квантово-волнового дуалізму лежить постулирование аналогичности поведінки електрона і хвиль, перебір можливих математичних рішень відповідного класу рівняння із застосуванням «правил відбору», також подбираемых кожної нового завдання, для одержання висловлювання, зна-чение якого чисельно збігаються з експериментальним результатом. Природно, що про яку єдиної методиці (крім «перебору рішень») у разі годі й казати, і така методика отримання рішень нічого (крім випадкового збіги чи рішень, «лежачих лежить на поверхні») не дасть, оскільки сліпо у день експериментом, коли буде можливостей ис-пользовать повний набір відомих фундаментальних фізичних законів. Що ж до поведінки електронів поблизу матеріальних об'єктів, то ці завдання вирішуються на рамках класичної електродинаміки, і з цих рішень створено кілька класів електронних хвильових пристроїв (клістрони, магнетроны, лампи біжучому хвилі та інших.), отримали широке використання у різних НВЧ радіотехнічних системах [2].

Следовательно, й у тому випадку, під час введення методу квантово-волнового дуалізму, черговий раз без належної теоретичної перевірки використовувалася що здається аналогія між поведінкою хвиль і частинок, як не обогатившая теоретичну фізику, а навпаки, ограничившая її предсказательные можливості, отже, і економічну привлекательность.

IV. Выводы.

В результаті проведеного аналізу встановлено, що:

типичное твердження про спроможність електрона випромінювати електромагнітні хвилі за його русі по замкнутої орбіті на полі центральних сил, поставила під придатність класичної фізики для описи поведінки об'єктів мікросвіту і що призвело до запровадження в фізику квантових постулатів, неправомірно, т.к. грунтується на помилковому затвердженні про сповнену аналогії двох непорівнянних процесів, а саме: процесу руху електрона по замкнутої орбіті на полі центральних сил та процесу гармонійних коливань двох взаємно ортогональних осцилляторов;

утверждение про незастосовності класичної фізики для описи процесів мікросвіту та введення квантових постулатів немає належного обгрунтування, т.к. не спираються на конкретні вирішення завдань методами класичної физики;

на підставі фундаментальних законів обертального руху, результатів фундаментальних експериментів і практики використання постійних магнітів, маховиків та інших технічних пристроїв є підстави припускати, що електрон під час руху по замкнутої орбіті на полі центральних сил («Кеплерова завдання») не випромінює електромагнітних хвиль, як і мікроі у макросвіті, і, отже, планетарна влаштований класичний атом стійкий і має підлягати розрахунку у межах класичної фізики (інакше кажи про несправедливість клас-сической фізики в целом);

окончательный на запитання про рівень застосовності класичної фізики вирішення завдань мікросвіту і дійсною запровадження квантових постулатів може бути отримано лише прямим рішенням даного класу завдань методами класичної фізики та зіставленням отриманих розрахункових результатів з результатами відповідних экспериментов.

Список литературы

Шпольский Еге. У. Атомна фізика. Го-сударственное видавництво технико-теоретической літератури, Москва 1949 р. Ленінград.

Смиренин Б. А. Довідник з радіотехніки. Державне енергетичне издатель-ство, Москва 1950 р. Ленинград.