Материал: Структура атома

Структура атома

Структура атома

Галиев Рахимян Сафуанович

Почему классическая и квантовая механики так разительно отличаются, почему нет преемственности сложившихся представлений о реальном физическом мире при переходе от макро к микромиру? Можно ли познавать законы и описывать физические явления микромира, также как и при изучении макромира методами классической механики? К сожалению, на эти вопросы в официальной науке до сих пор ответов нет. В то же время, в монографии Галиева Р.С. «Концепция динамической структуры атома в пространстве потенциальных сфер» [1] и [2] на этот вопрос найден принципиально положительный ответ. Данная работа является настоящей сенсацией, поскольку впервые с детерминистических позиций разрешены многие загадки квантовой механики, подробно и последовательно изложены принципы структурной организации атома и атомного ядра, согласующиеся как с квантовой, так с классической механиками. Просто и изящно решено уравнение Шредингера для многоэлектронного атома.

Таким образом, все вернулось на круги своя и автору удалось примирить классическую и квантовую механики.

Рассмотрим далее основные моменты противоречий при описании макро- и микромира и пути их решения.

В классической механике Ньютона детерминистическое описание динамических процессов было само собой разумеющимся способом и не вызывало вопросов, пока не появилась квантовая механика. Как известно, квантовая механика, которая описывает поведение частиц в микромире, появилась благодаря фундаментальной Постоянной Планка. Она приобрела особое значение с того момента, когда Нильс Бор, на основе этой Постоянной, предложил описывать состояния электрона в водородоподобном атоме. Вначале квантовая механика Бора не была противоречива, она удовлетворительно согласовывалась с классической механикой и опиралась на ее законы. Однако, в последующем, были установлены тонкие дискретные состояния электрона в атоме и волновая природа движения квантовых частиц, не вписывающие в классические представления о веществе. Безуспешные попытки описывать пребывание такого электрона в атоме методами классической механики, привели к созданию принципиально новой квантовой механики, где электрон потерял статус частицы и был определен в атоме как вероятностное облако состояний. С этого момента причинно-следственный, т.е. логический способ познания микромира вообще был выбит из своих устоев и приобрел некий мистический оттенок. Невероятно только то, что этот вероятностный метод познания, используемый как технически прием, был перенесен и на сам предмет познания, как ее суть. В итоге, такая вероятностная парадигма квантовой механики в познании микромира, принятая около века тому назад, так и не привела к расшифровке структуры атома и объяснению многих феноменальных фактов, а стратегически завела процесс познания в вероятностное направление, которое в принципе не предназначено для структурного описания систем. Стало очевидным, что без возврата классическому детерминистическому, а значит, логическому способу познания явлений микромира, рост наших знаний в этой области будет значительно затруднен и в будущем.

Однако причины появления такого противоречивого квантово-механического описания микромира могут быть заложены еще в самой классической механике и принимать ее, как догмат, было бы в корне неверно.

Классическая механика И. Ньютона, основанная на трех законах динамики и законах тяготения, была создана на базе евклидовой геометрии пространства и Первый его закон гласит: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставят его изменить это состояние.

Повседневный опыт подтверждает справедливость евклидовой геометрии пространства и выполнение Первого закона Ньютона, пока имеем дело с относительно малыми расстояниями и скоростями. Но при переходе к другим масштабам и большим скоростям, начиная от микромира до масштабов космоса, приходится сталкиваться с факторами неоднородности реального пространства, т. е. с факторами его искривления. Например, в присутствии поля тяготения геометрия пространства перестает быть евклидовой. В таких условиях вынуждены признать, что равномерное движение материальных тел в реальном пространстве по прямой линии без затрат или приобретения энергии извне, в принципе, невозможно. Таким образом, если рассматривать пространство в одном единстве со всей находящейся в нем физической материей любого рода, геометрия такого пространства перестает быть евклидовой и противоречит ее постулатам, а классические законы динамики Ньютона не выполняются.

Выявлены и другие противоречия при описании динамики движения тел методами классической механики, однако они требуют отдельного глубокого изучения, поэтому рассматривать их здесь не будем.

А пока, коснемся лишь некоторых конкретных противоречий описания динамики движения тел в пространстве и пути выхода из них. 

Например, несмотря на очевидность того, что при равномерном круговом движении тел центростремительные и центробежные силы уравновешены, признается, что в это движение, как составляющее, входит ускоренное движение, направленное к центру. Получается, что сила отсутствует, а ускоренное движение тела есть, что противоречит законам механики Ньютона. Очевидно, что здесь работает другой фактор, приводящий равномерному круговому движению тел, которое проявляется вследствие искривления пространства, согласно геометрической конфигурации деформации пространства в центральном потенциальном поле и т.п.

Кроме этого, одним из дополнительных факторов сложившейся ситуации в описании микромира является несоответствие геометрии реального пространства способам ее отражения математическим формализмом существующих теорий. Есть основание утверждать, что такие несоответствия имеют место и выявляются при попытке описания движения материальных тел в пространстве, например электрона в атоме. Здесь круговые траектории движения электрона в потенциальном ящике описывают как прямолинейное движение, используя при этом как декартовую, так и полярную систем координат в евклидовом пространстве, что приводит к сложным математическим выводам и получению, в конечном счете, некорректных результатов.

В других теориях для описания криволинейного движения тел в искривленном пространстве, вначале, в евклидовом пространстве создают искривленное виртуальное пространство с помощью математического аппарата, а затем в нем описывают динамику движения тел.

При этом, несмотря на изобилие математических моделей геометрий пространства, в них нет единого принципа, устанавливающего, что означает искривленное пространство и понятие ─ «геометрия пространства», которое закладывает преемственность выполнения законов классической механики. Все эти факторы предельно усложняют решения задачи описания динамики тел в поляризованных пространствах и вносят существенный вклад в искажение сущности законов движения как квантовых, так и макрокосмических тел.

Одним из путей устранения трудностей в описании движения тел в реальном поляризованном пространстве могло бы быть исключение промежуточного математического представления геометрии такого деформированного пространства в декартовой системе координат. Это можно осуществить путем представления реальной геометрии пространства графически, сразу отражая его в системе координат с осями, соответствующими естественной геометрической конфигурации однородных слоев этого пространства. При таком подходе равномерное движение тел в поляризованном пространстве по криволинейным координатным осям, соответствовала бы реальной геометрии однородных слоев пространства при сохранении преемственности выполнения законов динамики движения Ньютона, что дало бы возможность упрощенного его описания.

Учитывая вышесказанное, в работах [1] и [2] Галиева Р.С. для сохранения условий выполнения первого закона Ньютона при равномерном круговом движении установлен принцип эквивалентности равномерного кругового движения материального тела в реальном пространстве равномерному прямолинейному движению в однородном и изотропном пространстве. При таком подходе условия выполнения первого закона Ньютона в евклидовом пространстве выступает как частный случай при бесконечно большом радиусе кривизны пространства. Таким образом, в этих работах Галиева Р.С. первому закону Ньютона дается расширенное толкование при следующей редакции: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного кругового движения при удерживании его на равном удалении от определенного центра до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставят его изменить это состояние. При этом в работе [2] возможность равномерного движения по инерции в однородном пространстве, соответствующем евклидовому пространству, по искривленной траектории сколь угодно долго принято как условие, соответствующее принципу непрерывной однородности. Такой принцип позволяет отражать геометрическую конфигурацию однородных плоских слоев или линий в пространстве при сохранении преемственности выполнения законов классической механики.

Исходя из принципа непрерывной однородности, принято, что геометрия пространства это есть конфигурация пространственного континуума с однородными динамическими свойствами, в котором материальные тела могут находиться в состоянии покоя или равномерного движения сколь угодно долго.

В связи с определением геометрии пространства, в работе [2] Галиева Р.С. дан следующий уточненный принцип эквивалентности кругового и прямолинейного движений: равномерное круговое движение материального тела в реальном пространстве в соответствие с его геометрической конфигурацией, выделенной в условиях непрерывной однородности, эквивалентно его равномерному прямолинейному движению в однородном и изотропном пространстве.

На рис. 1 представлена геометрия многоуровневого пространства с центральной поляризацией однородными плоскими слоями, которые образуют плоские потенциальные сферы С1, С2, С3 и т.д., вложенные друг в друга. Так можно представить иерархическую систему Всемирного пространства потенциальных сфер, в которых время протекает с различными скоростями в силу того, что скорости свободного движения тел в таких пространствах соответствует их радиусу искривления. Евклидовое пространство в таком Всемирном пространстве является частным случаем, которому соответствует бесконечно большой радиус кривизны пространства. Таким образом, объективное пространство нашей Вселенной с определенными энергетическими и временными характеристиками при неопределенно большом радиусе кривизны имеет в таком всемирном пространстве потенциальных сфер лишь тонкий сферический слой и поэтому является условно плоским. Во Всемирном пространстве прошлое настоящее и будущее могут существовать «одномоментно» и не исключается возможность путешествия во времени или «одномоментное» наблюдение (или воздействие) из центральной точки на все слои пространства. Меняя энергетические характеристики материальных тел относительно данного слоя Всемирного пространства, мы можем провоцировать исчезновение и появление этих тел в другом параллельном слое с соответствующими энергетическими, а значит временными характеристиками этого глобального пространства. Это значит, что наш объективный мир относительно центрального наблюдателя мог появиться не из точки, путем «Большого взрыва», а одномоментно или фрагментарно во всей протяженности, материализуясь из параллельного пространства, имеющего другие энергетические, а значит временные характеристики. Таким образом, движение по прямым радиальным линиям во Всемирном пространстве потенциальных сфер не запрещает попадание в другие параллельные пространства с другими энергетическими характеристиками и скоростью протекания времени. Однако это отдельная тема, которую пока не будем рассматривать, только заметим, что естественными входами в такие параллельные пространства могут быть, так называемые, черные дыры, «Места силы» и т.д.

Описание движения материальных тел во Всемирном пространстве потенциальных сфер может быть представлена шестимерной интегральной системой координат потенциальных сфер, которая состоит из двух сопряженных друг с другом трехмерных координатных систем с единым центром, как показано на рис. 2. Одна из них представляет собой декартовую систему координат радиус-векторов R_x, R_y и R_z, а другая ─ систему координат взаимно-перпендикулярных линий X, Y и Z больших кругов на поверхности потенциальной сферы, которые соответствуют по отдельности каждому из радиус-векторов R_x, R_y и R_z. При этом направление этих радиус-векторов соответствуют вектору момента количества движения по круговым координатным линиям X, Y и Z.

Предложенная интегральная система координат является многоуровневой относительно радиуса потенциальной сферы, т.е. может представлять пространства на поверхности сферы одновременно для их бесконечного множества с различными энергетическими и временными характеристиками. А это значит, что интегральная система координат обладает наглядностью и простотой при описании сложных и энергетически связанных многоуровневых систем, например таких, как систем многоэлектронных атомов и т.д. без использования сложного математического аппарата.

Далее рассмотрим новые принципы и закономерности движения квантовых частиц в пространстве.

Для этого, прежде чем приступить к описанию пребывания квантовых частиц в атоме в интегральной системе координат, нам необходимо выяснить причины их феноменального дуалистического поведения при движении, поскольку это может кардинальным образом повлиять на их структурную организацию в атоме и указать путь на способы ее описания.

Как известно, по устоявшимся представлениям, между квантово-механическим и классическим способами движения частиц отсутствует всякая связь. Рассмотрим, так ли это.

Если задаться вопросом, так ли уж феноменально дуалистическое поведение материальных тел при движении, то ответом будет: нет, поскольку в живой и неживой природе примеров тому великое множество. Например, очевидно, что все видели, как лепестки семян клена, падая на землю, интенсивно вращаются. А вращающийся полет выпущенного из орудия снаряда или движение вращающегося пропеллера и т.п. - что это тогда, если не примеры волнового движения. Если это так, тогда почему мы должны отказать в возможности волнового движения квантовых частиц, например электрона, при вращении. Это тем более тогда, когда Лауреаты Нобелевской премии по физике 1957 г. Ли Тзундао и Янг Чженьнин экспериментально установили, что при распаде нейтрона на протон, электрон и антинейтрино электроны испускаются, вращаясь вокруг собственной оси, причем вращение происходит против часовой стрелки, если смотреть им вслед [3]. Это значит, что спиральное движение электронов в пространстве - их природное свойство.

Такое спиральное движение можно раскладывать на две взаимно-перпендикулярные синусоиды, как показано на рис. 3.

Спиральное движение электрона можно раскладывать и на круговую, и поступательную составляющие. Тогда возникает вопрос, каково соотношение между скоростями этих движений. Для ответа на этот вопрос примем во внимание достоверный экспериментальный факт, заключающийся в том, что электрон при захвате на орбиту ядра часть своей энергии движения излучает в пространство в виде электромагнитной волны, а часть энергии, равная излученной, остается при нем, как энергия его вращательного движения. Это видно как по теоретическому, так и экспериментальному расчету энергетического баланса орбитального движения электрона в водородоподобном атоме, где сумма потенциальной и кинетической энергии электрона в атоме не равно нулю, как полагается в классической механике, а половине значения потенциальной энергии. Очевидно, что такой энергетический баланс является следствием излучения электрона при захвате на орбиту ядра половины энергии движения в пространство. На равенство энергий поступательной и вращательной составляющих спирального движения электрона указывает и характеристическое излучение электронов при переходе с одного энергетического состояния в другое. При этом изменение энергии вращения электрона в атоме всегда равно энергии излучения его поступательной составляющей движения, приобретенной при падении электрона во внутренние слои атома.