УДК 539.12; ВАК 01.04
ПРИЧИНА ФОРМИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СТРУКТУР
МИКРОМИРА – ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС
Фролов В. П.
Московское Общество Испытателей Природы
Аннотация: Конкретизирована вековая идея о волновом содержимом элементарных частиц. Движение меняет волны частиц Доплеру, а интерференция волн вызывает биения, в том числе и волну де Бройля, резонанс которой с волнами, генерируемыми электронами атомов по Максвеллу, сдерживает их излучение. Водород и нейтрон предстают решениями одного уравнения классической физики, проясняющего природу неопределённостей квантовой механики.
Ключевые слова: колебания, резонанс, частота, энергия, микромир, электрон, нейтрон.
Известно, что физические тела, движущиеся по инерции, изменяют характер своего движения действием любой внешней силы, после прекращения действия которой, остаются изменённые скорости и направления движений. Установившиеся же колебания тел, изменённые внешними силами, самопроизвольно возвращаются к исходным сразу после прекращения действия сил. Сам факт самопроизвольного изменения колебаний, позволяет считать свободную колеблющуюся систему находящейся в потенциальной яме резонансного происхождения. Оценим величину энергии саморезонанса на примере детских качелей: Попробуйте изменить частоту колебаний качелей с ребёнком, – убедитесь как это трудно! Зато как легко поддаются качели периодическому воздействию, совпадающему с их собственными колебаниями! Известен случай даже разрушения каменного моста, когда по нему шёл отряд солдат, ритм шагов которого совпадал с ритмом собственных колебаний моста. Покажем, что наибольшее значение для развития и даже существования современного мира имеет резонанс электромагнитный (ЭМ). Человечество использует это явление как условие нормальной работы радиоприёмников и телевизоров. В микромире ЭМ резонанс оказывается главным условием устойчивого состояния атомов и молекул. Это подводит к восприятию ЭМ резонанса как одного из фундаментальных явлений природы. Покажем, что основной причиной нарушения (?) законов старой классической физики заряженными частицами микромира является именно взаимо-резонанс волн ЭМ их поля.
С точки зрения законов классической физики электрон, движущийся вокруг ядра атома, должен непрерывно излучать ЭМ энергию в форме волн частота (υ) которых, всегда совпадает с частотой его вращения вокруг атомного ядра. Т. е. в процессе сближения с ядром электрон должен двигаться по спиральной траектории уменьшающегося радиуса (R) с увеличивающейся скоростью (v) и излучать ЭМ волны, мгновенная частота которых всегда совпадает с частотой (υ) его вращения по орбите (υ=v/2πR). Т.е. время (Т) излучения каждой следующей волны укорачивается, т.к. оно равно времени одного оборота электрона по орбите – (Тэм=2πR/v=λэм/v). И очевидно, что в момент «отрыва» генерируемой волны от орбиты её длина (λэм) увеличивается в (c/v) раз. В связи с непрерывным уменьшением радиуса вращения и увеличением скорости, излучаемые электроном волны не строго синусоидальны – каждая из волн к концу каждого своего оборота слегка укорачивается [1].
Но, как известно, движущийся электрон имеет и не излучаемый пакет волн, в котором наиболее активной является волна де Бройля. Поищем причину появления у движущихся электронов волновых пакетов с волнами де Бройля в них. Очевидно, что, исходя из представления о корпускулярности электронов, выяснить существование у них волн де Бройля, обладающих всеми признаками волн электромагнитных, кроме скорости движения, невозможно. Также очевидно, что для оправдания появления ЭМ волн вокруг движущегося электрона придётся предположить существование какой-то структуры и у неподвижного электрона, а для проявления волн, эта структура должна как-то изменяться при движении электрона. Например, 1898 году Кауфман [2] заметил, что масса электрона увеличивается после его ускорении электрическим полем. Эйхман в 1902 году с целью согласования этого факта с законами сохранения, предложил считать увеличение массы результатом поглощения электроном энергии ускоряющего поля [3]. В дальнейшем это и послужило основой для представления об ЭМ содержимом заряженных частиц. Сторонниками присутствия ЭМ поля внутри элементарных частиц были Пуанкаре (1903) [4], Эйнштейн (1920г) [5] и ряд других физиков и философов. Решающим шагом в признании этой идеи реальной стало приравнивание де Бройлем формулы Планка для энергии фотона (ε=hυ) формуле Эйнштейна-Хэвисайда (ε=mс2) для энергии-массы неподвижной частицы –
hυ=mc2. (1)
Это равенство разрешает представлять элементарные частицы сгустками (hυ) излучения.
Для реализации этого разрешения воспользуемся саморезонансом как возможной физической причиной удерживания ЭМ излучения вокруг неподвижной точки пространства: Представим фотон (цуг волн!), каждая волна которого движется по замкнутой – (r=λ/2π) траектории вокруг общего центра. Силу, способную удерживать такой неподвижный вихрь ЭМ поля, поищем с помощью школьной формулы (F=mv2/r), в которой скорость фотона (как обычно) равна скорости света, т.е. (F=mc2/r), где масса (m) вихря, моделирующего частицу (1), равна (hυ/c2). Выражение же для величины удерживающей силы записывается как (F=hυc2/rc2). При частоте (υ) вращения волн вихря (с/2πr), оно превращается в (F=ħс/r). Тождество Дирака (α=е2/ħс) позволяет заменить в ней (ћс) на (е2/α). От этого сила, способная удерживать ЭМ излучение внутри элементарных частиц, приобретает знакомый вид –
F=e2/αr2, (2) разрешающий представлять элементарные частицы вихрями ЭМ излучения. Подстановка сюда на место (r) радиуса нуклонов даёт численное значение внутриядерных сил, реализуемых, как говорят физики, обменом пи-мезонами, не раскрывая физического механизма обмена. Т.е. получившееся выражение для силы, способной удерживать ЭМ излучение на круговой траектории, позволяет считать сильное взаимодействие частным случаем электромагнитного – его резонансным состоянием [6, 7].
Обобщённый характер вывода выражения (2) позволяет представлять в виде вихрей ЭМ излучения и другие элементарные частицы. Например, из подстановки в выражение (1) массы электрона определяется и его радиус в форме (r=h/mc), который в этом выражении даёт численное значение силы, способной удерживать на месте фотон, обладающий массой электрона. Численное значение этой силы вполне согласуется с признаками слабого взаимодействия, приписываемого электрону. Кроме того, радиус вихря этого излучения совпадает с радиусом электрона, полученным в экспериментах Комптона в 1920 – 1922 годы по сечению взаимодействия рентгеновского излучения с электронами атомов бора и бериллия! Но этот радиус превышает размер ядер, из которых электроны вылетают при бета-распаде, что оказалось препятствием для своевременного признания реальности этого размера электрона – ведь в ускорителях электроны выглядят точечными.
Разберёмся с этими противоречиями в размере электрона с точки зрения на него как на вихрь ЭМ поля: Очевидно, что при прямолинейном движении центра масс такого электрона с постоянной скоростью (v), разные участки его волн движутся одновременно по разным направлениям, отличающимся от направления движения центра масс, на углы (α). Эффект Доплера – (υ=υ0/(1-(v/c)cosα)) изменяет на этих участках частоты (υ), а значит, и длины волн (λ=с/υ). Выполнение же условия резонанса (r=λ/2π) в каждой точке каждой волны вихря изменяет и радиусы вращения его волн. Так, на участке, движущемся в ту же сторону, что и центр массы вихря (где α=0), длины волн (λ), уменьшаются. На этом участке сосредотачивается большая часть энергии-массы вихря, и с этого участка с наибольшей густотой исходят силовые линии его электрического поля. Очевидно, что на противоположном участке вихря всё наоборот: длины волн там увеличиваются, и объективный наблюдатель увидит электрон в виде хвостатой кометы, летящей боком. Регистрация такого электрона и создаёт впечатление его точечности. Кометообразная форма и боковая ориентация ускоренных электронов создают и условие для появления наблюдаемой дифракционной картины при их пропускании сквозь двойные щели.
Колебания, изменённые эффектом Доплера, могут внутри частиц, друг на друга накладываться (интерферировать), создавая биения, частота (υb) которых определяется полуразностью налагаемых частот. И очевидно, что наиболее заметные из биений – самые высокочастотные. Частота этих биений равна полуразности максимальной – (υmax=υ0/(1-υ/c)), и минимальной (υmin=υ0/(1+v/c)) из доплеровских частот [8]. Этим частотам – (υbmax=υ0v/c) соответствуют длины волн (λ=c/υbmax)=c2/vυ0). Подстановка сюда на место (υ0) её выражения, из (1) даёт для длин волн этих биений знакомый вид – (λ=h/mv). Простота и наглядность этого вывода формулы де Бройля подтверждает, что волновые и корпускулярные свойства существуют у движущихся частиц одновременно. А поскольку волны де Бройля обладают свойствами волн электромагнитных, к ним также применимо равенство (1) в виде (hυbmax=Mc2), в котором (М) – условная масса «покоя» (М=mv/c) волны де Бройля.
Так что нам удалось представить в виде вихрей ЭМ излучения основные «кирпичики» материального мира – протон и электрон, из которых можно «сложить» все наблюдаемые и осязаемые физические объекты. В качестве иллюстрации этой возможности смоделируем из этих кирпичиков простейшую динамически устойчивую структуру – атом водорода. Как известно, в рамках классической электродинамики не предусмотрена возможность движения электрона вокруг протона без излучения ЭМ энергии. Устойчивость движения электрона вокруг протона реализуется резонансным захватом (всегда одной!) волны, генерируемой электроном на орбите, целым числом его волн де Бройля [9].
Условие движения электрона в атоме водорода без излучения запишем в виде равенства силы инерционной (центробежной), действующей на массу электрона, сумме или разности силы кулоновского притяжения электрона к протону и силы резонансной, действующей на «массу» (М=mv/c) волны де Бройля.
mv2/R=e2/R2±Mv2/R. (3)
Подстановка в это равенство на место (R) радиусов тех орбит электронов в атоме водорода, на которых их волны де Бройля укладываются целое число (n) раз – (R=nћ/mv) и замена (е2) на (αћс) приводит, после деления обеих частей равенства, на скорость света (с), к уравнению (v2/c2±v/c-α/n=0), а его решения
v/c=1/2±(1/4-α/n)1/2 (4)
со знаком минус перед корнем дают скорости электронов на устойчивых орбитах атома водорода, чуть большие, чем расчёты по боровской модели, а радиусы орбит – чуть меньшие. Зато энергии переходов между стационарными орбитами дают лучшее совпадение с линиями табличного спектра атома водорода, чем рассчитанные по формуле Бора, расходящиеся с таблицей в четвёртом знаке.
Простота и наглядность этого уравнения позволяют искать физический смысл его решений и со знаком плюс перед корнем. Эти решения просто навязывают модель нейтрона в виде миниводорода. Правда, релятивистские скорости электрона увеличивают его массу более чем в восемь раз, тогда как реальный нейтрон «массивнее» протона всего на (≈2,5me). Возвращает нейтрону его реальную массу поправка на дефект массы спин-спинового взаимодействия релятивистского электрона с протоном. Поправка определялась разницей между энергией орто-пара перехода электрона на боровской орбите атома водорода – (R=5,310-9 см), сопровождающегося ЭМ излучением с длиной волны в 21см (υ=1,5 109 гц), и энергией такого же перехода на орбите миниводорода (r≈10-13 см). На орбите миниводорода такой переход должен сопровождаться ЭМ излучением с частотой в (5,310-9/10-13)3 раз большей (≈1023 гц). В пользу представления нейтрона миниводородом свидетельствует и аномально большое расстояние между нуклонами в дейтроне, более чем в два раза превышающее радиус действия ядерных сил, обусловливаемых обменом пи-мезонами. Кроме того, мини-водородная модель нейтрона оправдывает существование гигантского дипольного резонанса в фотоядерных реакциях [10]. Это предсказывает возможность резонансного превращения атома водорода в нейтрон.
Представление внутриядерных нейтронов мини-водородами снимает нужду и в бозонах Хиггса, т.к. бета-распад может теперь объясняться случайными нарушениями согласованности движений мини-водородных электронов внутри ядер. Релятивистские скорости этих электронов обусловливают существование у них разреженных хвостов, которые из ядер должны высовываться и влиять на движение электронов орбитальных. Орбитальные электроны, цепляясь за хвосты электронов внутриядерных, влияют на поведение самих ядер. Только этим и можно объяснить неожиданное для ЯМР-щиков влияние валентного состояния даже тяжёлых атомов на частоту прецессии их ядер в магнитном поле, фиксируемое приборами ядерного магнитного резонанса высокого разрешения. Другого объяснения такого влияния нет!
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фролов В.П. /Монохроматичен ли фотон?/, «Физическая Мысль России», №2, с. 24—28, (2000г)
2. Kaufman W. /Uber die magnetische und elektromagnetische Masse des Elektrons/, «Gottingen Nachrichten», p. 291—296, (1902)
3. Аbraham Мax, Die Dinamik des Elektrons, /Gottingen Nachrichten/, p. 20 – 41 (1902)
4. Пуанкаре А., /Наука и метод/, с. 170, Санкт Петербург, с. 170, (1910 г)
5. Эйнштейн А., /Собрание научных трудов/, т.1, с. 689
6. Фролов В.П. /Сильное взаимодействие как резонанс электромагнитного/, «Физическая Мысль России», №6, с. 68, (2001)
7. Фролов В.П. /Скрытый параметр квантовой механики/, ж. «Актуальные проблемы современной науки», №2, с. 180, (2003)
8. Фролов В.П. /Некоторые свойства движущегося микрогеона/, «Изв. ВУЗов СССР, серия ФИЗИКА», с.115—116, (1980)
9. Бом Д. //Квантовая теория //, М., Наука, с. 61. (1965)
10. Brown G. E., Bolsterli M. Phys. Rev. Lett., 3, (1959), p. 472