Фролов В.П. Пенсионер.
Аннотация: С позиций классической физики предложена модель частицы как вихря электромагнитных волн, устойчивость которого обеспечивается саморезонансом волн. В движущемся вихре эффект Доплера меняет длины волн, а их интерференция вызывает биения, наиболее интенсивные из которых – волны де Бройля. Получено выражение для силы удерживания волн Максвелла, позволившее объединить модель атома водорода и нейтрона, бета-распад которого не нуждается в испускании нейтрино.
«Подозрение» на присутствие электрических и магнитных полей внутри элементарных частиц появилось в экспериментах Вальтера Кауфмана 1898 года на масс-спектрометре. Кауфман заметил прирост массы электронов после их ускорения электрическим полем [1]. Макс Абрахам [2] связал этот прирост с поглощением электронами энергии ускоряющего поля. Пуанкаре в 1903 году в книге: «Наука и метод» (на немецком) заявил, «… то, что мы называем массой, есть одна лишь фикция – всякая инерция имеет электромагнитное происхождение» [3]. Появившаяся вскоре теория относительности дала изменению масс ускоряемых объектов объяснение, оказавшееся для физиков более приемлемым. Всё же сам Эйнштейн, опираясь на факты изменения масс частиц при их взаимодействиях, сопровождающихся излучением и поглощением электромагнитного излучения, в своём докладе «Эфир и теория относительности» (1920 г.) [4] сказал, что элементарные частицы материи представляют собою не что иное, как сгущения электромагнитной энергии. А в 1924 году эта идея была формализована де Бройлем в форме равенства
hυ=mc2, (1)
разрешающего определять среднюю частоту (υ) и длину волн (λ=с/υ) фотонов, формирующих такие частицы
λ = h/mс. (2) Поскольку волновое содержимое элементарных частиц вещества наиболее чётко проявляется в экспериментах над электронами, воспользуемся этим «разрешением» и представим отдельный электрон «клубком» электромагнитных волн радиусом (r=λ/2π), по которому волны движутся со скоростью света, укладываясь каждая по одному разу. Такой электрон-клубок можно называть вихрем электромагнитного поля. При равномерном и прямолинейном движении центра масс такого вихря-электрона со скоростью (v), его волны будут менять свои частоты (и длины), под действием эффекта Доплера – (υ=υ0/(1-vcosφ/c)) в разных местах по-разному. Выполняя условие (r=λ/2π) в каждой точке, волны вихря изменят его форму. – В той части вихря, где его волны движутся в ту же сторону, что и центр его масс – где (соsφ=1), длины волн уменьшатся – уменьшатся и радиусы их вращения, а в противоположной части, где (соsφ=-1) – радиусы вращения увеличатся. Так что при высоких скоростях движущийся электрон-вихрь «выглядит» хвостатой кометой, летящей боком. Большая часть массы содержится в «головке кометы», и оттуда с наибольшей густотой выходят силовые линии поля его заряда. Хвост же такого электрона регистрируется слабо, что и создаёт впечатление точечности бета-частиц и электронов, вылетающих из ускорителей. По этой причине размер нерелятивистских электронов, полученный Комптоном по сечению их выбивания из атомов бериллия и бора рентгеновскими лучами, до сих пор не признаётся действительным, т.к. он почти в сто раз превышает размеры атомов, из ядер которых электроны вылетают при бета-распаде.
В предлагаемой модели электрона, согласующейся со всеми экспериментами, достаточно просто выясняется и причина появления в ней волн де Бройля: В объёме движущегося электрона-вихря различные волны друг на друга накладываются (интерферируют), вызывая биения, частота которых, равна полуразности налагаемых частот [5]. И очевидно, что наиболее «влиятельными» будут биения, с наибольшей частотой, равной полуразности максимальной – (υmax=υ0/(1-v/c)) и минимальной – (υmin=υ0/(1+v/c)) из доплеровских частот, т.е. (υbmax=υ0v/c=mvc/h). Этой частоте соответствуют биения, длина волн которых – (λ=c/υbmax), движущихся вместе с электроном, предстаёт, при подстановке (υbmax) как (h/mv)!!!
Выражение (2), из которого, благодаря условию саморезонанса (r=λ/2π) у нас «вывелась» формула де Бройля, в современных справочниках по физике называют комптоновской длиной волны электрона и протона. Для протона это условие определяет волны цуга, ровно один раз укладывающиеся на «клубке», радиус которого в точности совпадает с действительным радиусом протона. Это совпадение свидетельствует в пользу реальности представления элементарных частиц вихрями волн электромагнитного поля. Кроме того, отсутствие у вихрей жёстких границ позволяет ускоренным протонам, при столкновениях, проникать под «поверхность» друг друга, где полей их зарядов нет. По этой причине результаты таких столкновений воспринимаются как взаимодействия между зарядами меньше элементарного! Этим и объясняется причина принципиальной не наблюдаемости свободных кварков – их просто нет! Всё же, для уверенности в правильности представления элементарных частиц вихрями электромагнитного поля хорошо бы найти реальную силу, способную такие «сгустки» волн удерживать.
Соотношение (r=λ/2π) между радиусами вихрей-частиц и длинами волн фотонов, их образующих, определяет «собственные» колебания волн – их саморезонанс, как причину появления сил, формирующих «вихри» электромагнитного поля. Обратим внимание на особенность действия сил, связанных с резонансом: скорости всех материальных объектов, движущихся по инерции, изменяются под действием внешней силы любой величины, и после прекращения действия силы изменённая скорость сохраняется. Колебания же, выведенные внешней силой из режима колебаний собственных, возвращаются к исходным после прекращения действия силы. Причём, возвращение происходит мгновенно, за счёт сил каких-то внутренних, «скрытых». О величине скрытых сил можно судить по житейскому опыту: попробуйте раскачивать детские качели с частотой, отличающейся от той, с которой они качались бы сами!
Силу, удерживающую электромагнитные волны на орбите радиуса (r=λ/2π), будем определять как центростремительную – (F=mv2/r), и для фотона массой (m=hυ/c2), движущегося со скоростью света, выражение (1) «разрешает» записать как (F=mc2/r=hυ/r). Равенства (υ=с/λ) и (λ=2πr) превращают выражение для этой силы в (F=hc/2πr2), а константа Дирака (α=e2/Ћc) – в F = e2/αr2, (3) известное как определение сильного (ядерного) взаимодействия, в котором (r) – радиус нуклонов. Так что сила, способная удерживать электромагнитное излучение в форме его вихря комптоновского радиуса, реально существует! С точки зрения проведённых рассуждений сильное взаимодействие предстаёт резонансным состоянием электромагнитного. Резонансный характер внутриядерного взаимодействия между нуклонами проявляется в исчезновении сил сцепления при появлении между нуклонами зазора, и в переходе от сцепления к отталкиванию при попытке нуклоны сжать. Приемлемость резонансного характера взаимодействий между нуклонами, снимает необходимость в переносчиках этого взаимодействия – в π-мезонах!
Как известно, причиной устойчивости электронных орбит в атомах считается резонанс волн де Бройля, от электрона неотделимых, с волнами, генерируемыми по Максвеллу для излучения. Электромагнитное происхождение волн де Бройля позволяет применять к ним выражение (1), т.е. их массы представлять в виде (М=hυbmax/c2=mv/c). При этом устойчивость орбит выглядит как равенство центробежных и центростремительных сил, действующих на электрон, движущийся по стационарным орбитам атома водорода – mv2/R=е2/r2±Mv2/R. (5) После подстановки сюда выражения для массы (М) волны де Бройля, радиусов боровских орбит – (R=nλ/mv), и использования тождества Дирака – (α=е2/Ћc), получаем (после сокращений и деления на скорость света) уравнение для скоростей движения электрона по стационарным орбитам атома водорода –
v/c=α/n+v2/c2. (6) Решения этого уравнения (v/c=1/2±(1/4-α/n)1/2) со знаком минус перед корнем дают скорости электронов на орбитах атома водорода, из которых энергии переходов электрона между стационарными, (при целых (n)) орбитами атома вычисляются точнее, чем по формулам Бора. Этот успех позволяет утверждать, что решения уравнений квантовой механики указывают на резонансный характер взаимодействия волн де Бройля с волнами, генерируемыми электроном по Максвеллу. С другой стороны это позволяет полагать, что в отсутствии резонанса электроны атомов всё же подчиняются законам классической электродинамики, т.е., что при переходах между резонансными орбитами они излучают ЭМ волны с частотой, всегда совпадающей с частотой своего вращения вокруг ядра [6].
Неожиданным следствием из полученного решения оказалась возможность (при знаке плюс перед корнем) представлять нейтрон по Резерфорду – мини-атомом водорода, и это поддаётся экспериментальной проверке: Например, энергии электронов, испускаемых при бета-распаде нейтронов, должны быть, как и энергии фотонов, испускаемых атомами водорода, дискретными и не нуждающимися в сопровождении нейтрино! Этот вывод из проводимых рассуждений имеет экспериментальное подтверждение [7], но эта работа, как и комптоновский радиус электрона, была проигнорирована из-за её противоречия «фактам». Признание этих экспериментов (как и предлагаемой модели частиц) соответствующими истине, объясняет отсутствие солнечных нейтрино и снимает «нужду» в бозонах Хиггса. – Бета-распад ядер атомов может объясняться случайным нарушением согласованности движения электронов в ядрах. Этот вывод предполагает и зависимость скорости бета-распада ядер в горячей плазме от её температуры! Релятивистский избыток массы электрона в мини водороде, получающийся в решениях уравнения (6) со знаком плюс перед корнем, снимается учётом спин-спинового взаимодействия внутриядерного электрона с протоном. – Энергия этого взаимодействия на 12 порядков превышает энергию орто-пара перехода электрона в атоме водорода. Из субсветовых скоростей внутриядерных электронов следует наличие у них «хвостов», которые из ядра высовываются, влияя на движение электронов орбитальных. И это влияние – единственное объяснение зависимости частоты прецессии атомных ядер в магнитном поле от валентного состояния даже тяжёлых атомов чётко регистрируется приборами ядерного магнитного резонанса высокого разрешения, не имеющего пока общепризнанного объяснения.
Общность уравнения (6), определяющего скорости движения электронов по орбитам атома водорода и нейтрона может служить основанием для предположения о возможности резонансных переходов «орбитального» электрона атома водорода на «орбиту» мини-водорода. Этот переход может реализовываться в плазме электрического разряда в воде. Внедрением образующихся тепловых нейтронов в ядра ряда «соседних» химических элементов достаточно надёжно объясняются удачи экспериментов по «холодному ядерному синтезу».
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Walter Kaufman, «Uber die magnetische und elektromagnetische Masse des
Elektrons», «Gottingen Nachrichten», p. 291-296, (1902)
2. Max Abraham, «Die Dinamik des Elektrons», «Gottingen Nachrichten», p. 20-41,
(1902), и «Annalen der Pysik», №10, p. 105-109, (1903)
3. Ф. Пуанкаре, «Наука и Метод», С-Пб, с. 170, (1910)
4. А. Эйнштейн, «Собрание научных трудов», т.1, с. 689, (1965)
5. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сендс, «Фейнмановские лекции по физике», т. 3, с. 179, М, (1967)
6. В.П. Фролов, «Монохроматичен ли фотон?», «Физическая Мысль России», №2, с.24 – 28, (2001)
7. D. Rogers et al, «A Determination of the Mass and Velosities of Three Radium B Beta-particles», «Phys. Rev.», 57, p. 379 – 383, (1940)