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 Rx, Ry и Rz, 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 Rx, Ry и Rz. 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.

Таким образом, равенство поступательной и вращательной составляющих энергий, а это значит и скоростей спирального движения электрона, во всех случаях проявляется как строгая закономерность.

Далее, представим динамические характеристики такого спирального движения, найденные различными способами.

Таким образом, анализ спирального движения квантовых частиц в свободном пространстве показывает:

. Скорости круговой ? vc и поступательной ? vp составляющих спирального движения квантовой частицы межу собой равны, т. е. выполняется соотношение:


v=vc=vp(1)


2. Согласно (1), длина волны спирального движения квантовой частицы равна длине окружности круговой его составляющей, т.е. выполняется соотношение:


?c=2?rc (2)


. Энергия спирального движения квантовой частицы с массой m представляет собой сумму энергий кругового и поступательного движений и определяется, согласно (1), по соотношению:

E=mv2 (3)


. Соотношение для энергии движения квантовой частицы, исходя из соотношения де Бройля для длины волны ?=h/mv и с учетом того, что v=?c? (где ? ? частота) , равно:


Е=mv2 = ?h(4)


. Момент количества движения квантовой частицы в пространстве имеет постоянное значение и, согласно соотношениям (2) и (4), равно:


mvrc=h/2?. (5)


Следствия.

Если радиус спирального движения rс по соотношению (5) принять за условный размер частицы, то такой размер зависит скорости движения, а это значит, чем большее скорость, тем меньше размер частицы. Заметим, что вывод о зависимости размера частицы от скорости получен не на основе сложных преобразований Лоренца или по теории относительности Эйнштейна, а на основе установленного простого закона о постоянстве момента количества движения квантовых частиц, равного ћ.

Очевидно, что при спиральном движении электрона в пространстве появляются силы Лоренца ? Fл. Эти силы трансформируют механическую энергию движения электрона, как заряда, состоящую из поступательной и вращательной частей, в магнитную энергию пространства и наоборот [2, c. 220]. Мы вынуждены согласится с утверждением Лоренца о том, что электрон, как квантовая частица, движущаяся прямолинейно и равномерно, полностью переносит с собой свое электромагнитное поле («шубу»). Тогда очевидно, что энергию движения электрона по соотношению (1) можно рассмотреть, как структурную величину, составленную из двух равных частей, а именно кинетической ? Еk и электромагнитной энергии ? Еf, согласно соотношению:


(6)


При этом выполняется соотношение:


(7)


Таким образом, при спиральном движении электрона налицо динамическое силовое взаимодействие заряда электрона и пространства, которое показывает действие третьего закона ньютона в динамике на квантовом уровне. Заметим, что в отличие от выполнения третьего закона ньютона при силовом взаимодействии между телами по прямому действию, при силовом взаимодействии пространства и тел на квантовом уровне действие не прямое, а идет с «запаздыванием», т.е. ортогональное (например, по правилу буравчика или левой руки), причем взаимодействие происходит в непрерывном режиме.

Ортогональное силовое взаимодействие пространства имеет место как с заряженными квантовыми частицами, так и нейтральными телами, поскольку они состоят из элементарных заряженных квантовых частиц, которые при зарядовой нейтрализации друг друга, прежде, взаимодействуют с пространством.

Такое ортогональное взаимодействие пространства и тел со смещенным временем и создает эффект пустоты пространства, проявляясь только в феноменальных силах инерции. Таким образом, если у тела каким-то образом отобрать (или изменить) электромагнитную шубу, то для его ускорения до любых скоростей нет необходимости тратить силу, т.е. оно потеряет массу, что, кстати, можно осуществить технически, перемещая их мгновенно в любые области пространства и времени.

В атоме движение электрона ограничено длиной орбиты и образует стационарную стоячую волну, что регламентирует кратность длины стоячей волны ? ? на орбите к длине волны спирального движения ? ?с на целое число - n, которое в работе Галиева [1] и [2] принято как общее квантовое число. Тогда радиус орбиты выражается соотношением:


r=nrc. (8)


Отсюда, в условиях атома имеем равенство, найденное Бором:


m?r=. (9)


При этом для скорости движения ? ? квантовой частицы в атоме выполняется соотношение:


? = Z e2 / n ћ , (10)


где е ? значение заряда.

Найденное соотношение замечательно тем, что оно справедливо как для электрона, так и для протона и показывает, что при одинаковых зарядах взаимодействия заряженных частиц, например массивного протона и электрона в атоме водорода, их скорости движения между собой равны и одинаково зависят только от квантового числа n.

При захвате электрона на орбиту ядра поступательная часть спирального движения электрона тормозиться и он вынужден излучать квант энергии Еизл, равный величине кинетической энергии поступательного движения Ек, т.е.:

Еизл=?харh=Eк, (11)


где ?хар ? частота характеристического излучения; h ? постоянная планка. В итоге электрон в атоме займет стационарное состояние на орбитали с радиусом вращения, равным круговой составляющей спирального движения ? rc, что рассмотрим позже.

На основе найденных закономерностей волнового движения квантовых частиц рассмотрим далее способы их описания в условиях потенциальных полей. Очевидно, что описание спирального движения на произвольно ориентированной орбите в декартовой системе координат чрезвычайно сложно. В то же время, такое описание легко может быть сделано в Интегральной системе координат потенциальных сфер, например, простой синусоидальной функцией стоячей волны. На рис.4 приведена интегральная система координат, где показана произвольно ориентированная орбита и радиус-вектор r этой орбиты и ее проекция на плоскость круговой координатной линии Х.



При анализе проекций круговой орбите на плоскости круговых координатных линий X,Y и Z впервые установлено, что в интегральной системе координат потенциальных сфер круговые линии орбит дают такие же круговые проекции, а проекции кривых любой конфигурации по форме подобны оригиналу. Удивительно то, что это утверждение справедливо и для традиционной декартовой системы координат, если не проецировать угол поворота линии вместе с ее линейным размером, что ошибочно принято делать в традиционной аналитической геометрии. Это обстоятельство предельно упрощает представление проекций круговых орбит и, как видно из рис. 4, произвольная ориентация орбиты может быть задана только лишь разложением радиус-вектора орбиты r на проекции rx, ry и rz по координатным осям радиус-векторов Rx, Ry и Rz.

Найдено также, что спиральное движение электронов в атоме может описываться в интегральной системе координат функцией стоящей волны от трех зависимых друг от друга аргументов ? n, r, lо, следующего вида:


?(xyz)= sin(n/r)lo, (12)


где lo- длина полуокружности орбиты, а n ? целое число (общее квантовое число).

Функция (10) на проекциях орбиты имеет такой же вид, но с соответствующими индексами:


,

,

.


Установлено, что длины радиусы ? r и длины ? lо произвольно ориентированных орбит на данной потенциальной сфере могут быть выражены в интегральной системе координат через соответствующие их проекции rx, ry и rz, а также lx , ly, и lz соотношениями следующего вида:


и .(13)


Найдено, что общее квантовое число ? п выражается через квантовые числа проекций орбиты ? пх , пу и пz следующим простым равенством:


, (14)


где l - орбитальное квантовое число проекции орбиты, равное .

Примечательно то, что решение уравнения Шредингера для многоэлектронного атома с использованием предложенной волновой функции (12) в интегральной системе координат имеет тривиальный детерминистический характер с получением идентичного выражения для момента количества движения электрона в атоме, как для водородоподобного атома Бора по (9). Это ясно показывает соответствие предложенной функции реальному спиральному движению в сферически поляризованном пространстве.

Однако по предложенному решению уравнения Шредингера еще нельзя найти реальную структурную модель электронной оболочки атома, поскольку такая математическая модель описания спирального движения электрона на орбите предложенной функцией (12) абстрактна и не учитывает все факторы, например, динамику движения тела с реальной массой по спирали, а значит гироскопические эффекты, возникающие при захвате электрона на орбиту ядра атома.

Суть гироскопического эффекта состоит в том, что при вынужденном вращении гироскопа в каком-либо направлении он стремится расположить ось своего вращения таким образом, чтобы она образовывала как можно меньший угол с осью вынужденного вращения, и чтобы оба вращения совершались в одном и том же направлении.



На рис. 5 представлена модель действия гироскопического эффекта на гироскоп, подвешенный на нити. На диск 1, который может вращаться на оси 2 в разных направлениях, через нить 3 сообщают вынужденное вращение. Как показано в поз. А, при совпадении направления вращения диска на нити с направлением вынужденного вращения ось вращения диска свою ориентацию не меняет. А если эти направления вращения не совпадают (поз.), то мы наблюдаем проявление гироскопического эффекта. При этом ось вращения диска 1 поворачивается, последовательно занимая в поз. Б и С, таким образом, чтобы направление вращения и ориентация оси диска совпадали с направлением и ориентацией вынужденного вращения диска на нити.

Учет гироскопических факторов при структурной организации многоэлектронного атома позволит определить граничные условия решения уравнения Шредингера, представленными разрешенными значениями всего набора квантовых чисел.

В связи с этим рассмотрим далее модельные условия существования и принципы структурной организации квантовых частиц в атоме на фоне действия гироскопических факторов.

Атомы в целом (особенно атомы инертных газов) гироскопически нейтральны, т.е. они не имеют гироскопического сопротивления, связанного с изменением ориентации своей оси. В противном случае при переходе на криволинейную траекторию движения они проявляли бы очень большую наведенную инертную массу, связанную с гироскопическим сопротивлением. Это значит, что электроны и протоны в атоме должны образовывать гироскопически нейтральные системы таким образом, чтобы их суммарный момент количества движения в совокупности стремился бы к нулю, что и подтверждают экспериментальные факты. В электронной оболочке атома такую систему можно получить, связав электроны с одинаковой энергией в спиновые пары. Рассмотрим образование таких спиновых пар электронов в атоме более подробно.

Для этого рассмотрим процесс захвата электрона, имеющего определенную скорость спирального движения, на орбиту двухзарядного ядра гелия и выясним, какие могут происходить изменения ориентации электрона-гироскопа при его переходе на орбиту.

На рис. 6 приведена модель перехода двух электронов ЭА и ЭБ в гироскопически нейтральное связанное состояние в атоме. Как видно из рис. 6, ось спирального вращения электрона с радиусом при его захвате на орбиту с радиусом перпендикулярна оси орбиты вынужденного вращения. Вследствие гироскопического эффекта электрон меняет свою траекторию движения на орбите таким образом, чтобы направление оси его спирального вращения совпадало с осью орбиты. При этом электрон, находясь в поле заряда ядра, вынужден тормозить скорость своего поступательного движения, т.к. ее вектор направлен от ядра. В итоге электрон займет в атоме фиксированное положение кругового вращения, ось которой совпадает с осью орбиты и в интегральной системе координат конец радиус-вектора этой орбиты Ro точно указывает на центр электрона, координаты которого определяются значениями проекции радиус-вектора орбиты на оси Rx, Ry и Rz. Фиксированное положение кругового вращения электрона в атоме, обретенное вследствие гироскопического эффекта, соответствует по существующей теории состоянию электрона на орбитали, поэтому такое положение электрона будем называть, в соответствии с принятой терминологией, орбиталью.



Очевидно, что при этом излучается квант энергии, равный поступательной оставляющей общей энергии спирального движения электрона. Другая оставшаяся половина общей энергии электрона представляет собой энергию его вращающегося движения на орбитали, равной ? , которая, в свою очередь, равна половине потенциальной энергии электрона, также как и по теории Бора.

Второй электрон при захвате на орбиту ядра, очевидно, занимает такую же стационарную орбиталь, как и первый, но только на противоположной стороне от ядра. Таким образом, в атоме имеет место проявление структурной самоорганизации электронов в нейтральную гироскопическую систему их спиновых пар с формированием единой оси вынужденного вращения, при котором суммарный момент количества движения электронов равен нулю, а сами они занимают фиксированные орбитали. Сформировавшаяся единая ось вынужденного вращения обладает таким свойством, при котором все электроны, попадающие в поле центрального заряда, вследствие гироскопического эффекта, вынуждены выстраиваться вдоль этой оси и силой притягиваться к ней, если она занята другими электронами.

Заметим, что проявление гироскопического эффекта должно иметь фундаментальное значение при структурной организации как микро, так и макрокосмоса. Например, эффект гироскопического притяжения орбиталей электронов к оси вынужденного вращения с общим выделенным направлением может иметь отношение к основе природы структурной организации Вселенной, гравитационного притяжения и т.д.

Рассмотрим, далее, принципы упаковки орбиталей в атоме. Как установили ранее, на устойчивой орбите электрона размещается только целое число длин волн (спирали), равное общему квантовому числу n. Это значит, что выражение для радиуса орбиты электрона, согласно (8), имеет вид: r = nrc. Однако, движение электрона на орбите, вследствие гироскопического эффекта, трансформируется во вращение электрона на орбитали, диаметр которой в атоме соответствует диаметру спирального движения электрона rc. Размеры этих орбиталей условно можно принять за размеры электронов сферической формы, поскольку вращение электрона на орбитали создает магнитное поле, образуя практически сферически замкнутую поверхность, соответствующую размеру орбитали. Если наши рассуждения верны, то эти орбитали, нанизанные на единую ось вынужденного вращения, должны заполнять электронную оболочку атома по принципу плотной упаковки в соответствии с размерами орбит. Проверка соответствия суммарного размера внутренних орбиталей электронов при их плотной упаковке по оси вынужденного вращения размеру орбиты внешнего электрона при заданном значении общего квантового числа n, подтверждает справедливость наших рассуждений.

На рис. 7 приведена расчетная схема плотной упаковки орбиталей в выделенном направлении, в соответствии с возрастающими значениями общего квантового числа n орбиты.



На этой схеме орбиты и их соответствующие орбитали отражены только в одном направлении из спиновой пары радиус-векторов.

Необходимо обратить внимание еще на одно важное обстоятельство, заключающееся в том, что в работе Галиева [1] и [2] установлено, что структура электронной оболочки атома адекватна структуре его ядра, а протоны в ядре испытывают такое же действие электрического заряда из центра ядра, как и электроны со стороны ядра атома. Это значит, что из условия достижения гироскопической нейтральности и, соответственно, минимального значения суммарного момента количества движения систем квантовых частиц принцип образования спиновых пар в структуре ядра атома протонами не должен отличаться от образования спиновых пар электронами атома. Это подтверждает и то, что в соответствии с соотношением (10), скорости движения протона и электрона на орбите, а значит, и на орбитали с одинаковым значением общего квантового числа между собою равны.

С учетом вышесказанного рассмотрим далее квантовые числа и граничные условия их действия.

Как было сказано ранее, по (14) общее квантовое число ? п, входящее a функцию для описания состояния электрона в атоме, может выражаться через сумму квантовых чисел проекций орбиты ? пх , пу и пz. В работе Галиева [1] и [2] принято, что единая ось вынужденного вращения квантовых частиц, где орбитали могут вращаться в противоположных направлениях, принята в атоме за выделенное направление, которому в интегральной системе координат отвечает направление радиус-вектора Rx и главное квантовое число nx. Это значит, что кантовыe числа nу и nz действуют в направлении перпендикулярном к главному и их сумма представляет известное орбитальное квантовое число, равное


l = nу + nz,(15)


которое отражает проекцию радиус вектора орбиты на орбитальную плоскость XZ. Таким образом, гласно соотношению (14), общее квантовое число равняется сумме главного и орбитального квантовых чисел , у которых направления радиус-векторов взаимно-перпендикулярны. Очевидно, что устойчивые максимальные отклонения радиус-векторов орбиталей атома от выделенного направления не может быть больше 45° по определению. А это значит, что на одном энергетическом уровне главное квантовое число nx не может быть меньше половины значения общего квантового числа, т.е. всегда должно выполняться соотношение:


nx ? n/2.(16)


Тогда, при соблюдении условий выражения (14) и (16), орбитальное квантовое число может принимать целочисленные значения, соответствующие выражению:


, при .(17)


Принято также, что радиус-вектору как выделенного направления - Rx, так и орбитальной плоскости - Ryz соответствуют противоположные значения спиновых квантовых чисел s и so, равные:


s = ±1(по Rx) и so 1 (по Ryz). (18)


Спиновое квантовое число, действующее в выделенном направлении называется просто «спин» «s», а в направлении перпендикулярном к нему - «орбитальный спин» «sо». Знак спина определяет знак направления радиус-вектора, а значит, и знак момента количества движения в соответствующих направлениях.



Количество способов ориентации радиус вектора орбиты N может определяться сочетаниями спина ±s в выделенном направлении и орбитального спина ±so:

N=(s), (),. (19)


На рис. 8 приведена возможная схема распределения гироскопически нейтральных спиновых пар квантовых частиц в атоме, согласно сочетаниям спиновых квантовых чисел ±s и ±so при фиксированных значениях квантовых чисел nx, ny и nz , а значит, общего n и орбитального l квантовых чисел. Очевидно, что количество таких сочетаний также равно четырем, каждое из которых определяет возможные позиции квантовых частиц в атоме с одинаковыми значениями квантовых чисел n, nx, ny и nz..

Магнитное квантовое число m и оболочки орбиталей. Как показано на рис. 8, при значениях общего квантового числа и орбитального квантового числа l > 0 расстояние между спиновыми парами квантовых частиц увеличивается. В этом случае, спин s в выделенном направлении совместно с орбитальным спином ±so при взаимодействии с орбитальным квантовым числом l может дать известное магнитное квантовое число m:


.(20)


Магнитное квантовое число, кроме выделенного направления, учитывает проекции радиус-вектора орбиты и на плоскостях перпендикулярных к выделенному направлению, как принято называть, - на плоскостях оболочек орбиталей. Эти оболочки орбиталей в зависимости от значения орбитального квантового числа l имеют названия s, p, d и f-оболочки. Здесь орбитальное квантовое число отвечает за распределение электронов на s, p, d и f-оболочках и представляет собой сумму квантовых чисел орбиталей ny и nz., соответствующих радиус векторам Rу и Rz. Если квантовое число l может принимать только целочисленные значения, то квантовые числа ny и nz - значения дробные к 1/2.

Тогда сочетания возможных значений квантовых числ ny и nz при их фиксированной сумме, т.е. определенном значении орбитального квантового числа l, количество способов распределения орбиталей на s, p, d и f-оболочке соответственно равно 1, 3, 5 и 7, как показано в табл. 1.


Таблица 1. Разрешенные сочетания квантовых чисел (nу+nz)


В итоге с учетом спиновых квантовых чисел ±s и ±so в соответствии с магнитным квантовым числом по (20) эти разрешенные сочетания орбитального квантового числа l увеличиваются еще в четыре раза, что справедливо как для электронной оболочки, так и для ядра атома. Однако с учетом конверсии части электронов и протонов в нейтроны с образованием дейтронов ядра в условиях звезд, эти разрешенные сочетания соответствует общему количеству протонов и электронов в атоме, как показано распределение протонов и нейтронов на р-оболочке (l = 1) орбиталей ядра на рис. 9.

Далее рассмотрим последовательность заполнения электронных оболочек атома и ее соответствие Периодической системе элементов Д.И. Менделеева.

Периодичность заполнения электронной оболочки атома в основном зависит от значений общего n и орбитального l квантовых чисел. Разрешенные значения орбитального квантового числа l по предложенной концепции [1] и [2], в отличие от существующей теории, учитывают поляризацию всего атома в одном выделенном направлении и могут принимать целочисленные значения от нуля до половины значения общего квантового числа n. Например: при n = 1 орбитального квантового числа принимает значение l = 0; при n = 2 и 3 орбитальное квантовое число принимает одинаковые значения, равные l = 0 и 1. Это обусловлено тем, что при n = 3 максимально возможное значение орбитального квантового числа l = 1,5, что запрещено, поскольку разрешены только целочисленные его значения. В табл. 2 приведена очередность заполнения электронных оболочек атома по периодам таблицы Менделеева.



Таблица 2 Очередность заполнения внешних s, p, d и f-оболочек в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева по периодам

Периоды NЗначение nОчередность заполнения внешних оболочек s, p, d и f-орбиталей по периодамI11sII22s2pIII33s3pIV44s4d4pV55s5d5pVI66s6f6d6pVII77s7f7d7p

Таким образом, каждому определенному периоду Периодической системе элементов Д.И. Менделеева с определенным значением N соответствует строго определенный энергетический уровень электронной оболочки атома с фиксированным значением общего квантового числа n. Это значит, что заполнение s, p, d и f-оболочек данного периода системы элементов всегда отвечает одному энергетическому уровню по фиксированному значению общего квантового числа n, как показано на рис. 10.



Структура атома и атомного ядра. В монографии установлено, что структура ядерной оболочки атома адекватна структуре электронной оболочки, поскольку движение протонов пространстве и закономерности пребывания их в ядре абсолютно идентичны электрону.



Ввиду того, что закономерности распределения электронов и протонов в атоме, согласно разрешенным сочетаниям квантовых чисел, остаются прежними, то в дальнейшем приведем структурную организацию электронных и ядерных оболочек атома на примере структуры ядра радона. Как указывали ранее, половина количества электронов и протонов в атоме подвергаются ядерной конверсии с образованием нейтронов. Ядерная конверсия в атоме приводит к повышению устойчивости ядра атома за счет магнитного взаимодействия протонов с нейтронами с последующим образованием устойчивых кольцевых структур s, p и d- оболочек орбиталей дейтронов, как показано на рис. 11 (вид сверху). Каждая из этих s, p и d- оболочек орбиталей дейтронов вращается относительно центра со своей скоростью, что вызвано деформацией их (сужением) размеров при объединении в эти оболочки. На рис. 11 приведен также продольный разрез ядра атома радона, где черными кругами обозначены протоны, серыми ? связанные нейтроны, белыми ? избыточные нейтроны. Координаты этих квантовых частиц в атоме соответствуют разрешенным сочетаниям общего ? n, орбитального ? l, магнитного ? m, а также квантовых частиц пу и пz. Как видно из рис. 11, внешние орбитальные оболочки ядра в соответствии с таблицей состоят из следующего количества протонов или нейтронов: s ? 1, p ? 3, d ? 5 и f ? 7.

Согласно спиновому квантовому числу ±s, эти s, p, d и f-орбитальные оболочки в атоме являются парными. Это приводит в целом к удвоению разрешенного количества квантовых частиц в атоме, что полностью соответствует системе элементов Менделеева.

Заметим, что ученые из Харьковского физико-технического института в 2010 г. сфотографировали атом. Снимки приняты к публикации в журнале Physical Review B, пишетinsidescience.org. Полученная картинка атома (#"297" src="doc_zip45.jpg" />

На


На рис. 12 приведены продольные разрезы структурных моделей инертных газов. В монографии, найдены также способы распределения в ядре и избыточных нейтронов. Установлено, что эти нейтроны занимают в основном центральную часть ядра атома, что обусловлено их электрической нейтральностью. В центральной части ядра магнитные моменты избыточных нейтронов компенсируют суммарные избыточные магнитные моменты орбитальных оболочек дейтронов, чем повышается устойчивость ядер, что наиболее полно и эффективно достигается в ядрах с числом зарядов, кратных четырем, согласно количеству сочетаний спиновых квантовых чисел ±sо и ±s.



Таким образом, можно утверждать, что найдена математическая и физическая модель атома, которая отражает его реальную динамическую структуру на основе классических представлений движения квантовых частиц в свободном пространстве, а также в условиях потенциального поля. При этом версия расширенного толкования Первого закона Ньютона позволяет выйти из привычных рамок понимания геометрии пространства и построить новую реальную его геометрию, позволяющую упростить математическое описание состояния квантовых частиц и движения других массивных тел в условиях силового поля. Найденная модель динамической структуры атома отличается простотой и наглядностью.

Принципы структурной самоорганизации атомов указывают на иерархическую самоорганизацию и глобального космоса, где состояние материального тела любого ранга зависит от состояния всей системы в целом и наоборот. При этом принципы спиновых взаимодействий являются определяющими, поскольку выбросы вещества при эволюционном развитии сверхзвезд, черных дыр и галактик осуществляются в противоположных направлениях, по выделенной оси, как показано на рис. 13, что говорит о их глубинной спиновой природе, как и у атомов. Например, ядро галактики может состоять, также как и ядро атома гелия из двух противоположно вращающихся сверхплотных масс галактических нейтропротонов, которые удерживают орбитали звездных систем, также как удерживают протоны ядер атомов орбитали электронов на разных энергетических уровнях, т.е. разными временными характеристиками. Очевидно, что звездные системы с другими временными характеристиками, чем наша система нами не наблюдаемы, но могут оказывать сильное гравитационное воздействие. Именно это и может рассматриваться существующей теорией как воздействие так называемой темной материи. Кроме того, эти орбитали звездных систем заморожены относительно ядра галактики, также как электронные орбитали относительно ядра, и вращаются вокруг центра масс галактик - нейтропротонов как одно целое, что и наблюдается в природе вращения галактик.

Подлинное смятение в мировые научные круги внесли новейшие данные, полученные с американского космического зонда WMAP. Предназначенный для замеров температуры радиационного излучения разных частей галактик, он обнаружил наличие на космических просторах странной линии, которая насквозь пронизывает Вселенную и формирует ее пространственную модель. Ученые уже назвали эту линию "осью зла", сообщает #"justify">Таким образом, гармоническая структура Вселенной от микро до космических масштабов, представленная ее энергетическими уровнями и материальными образованиями, могут, также как и в атоме, задаваться своего рода квантовыми числами - кодами, которые могут служить их глобальными координатами в геометрии Вселенной. Расшифровка закономерностей распределения и развития во времени такого числового кода геометрии Вселенной, несомненно, даст ключ к пониманию ее динамической структурной организации и пути гармонического развития нашей цивилизации в ней. Это трудная задача, но к решению ее стремиться необходимо, ибо это бесконечный путь познания природы, себя и наше место в ней.

В будущем новые законы и положения, раскрытые в представленной монографии [1] и [2], потребуют более глубокого философского переосмысления природы сил, действующих в физическом мире, и природы их влияния на структурную организацию массивных тел от микромира до космических масштабов.

Найденные принципы структурной организации атомов имеют и прикладное значение. Они помогут глубже понять природу химической связи и тонко управлять ею не интуитивно, а на информационном уровне. Помогут также найти новые способы управления ядерными реакциями при синтезе искусственных атомов и новых веществ, выработке ядерной энергии и т.д. Приведут к созданию квантовой энергетики, новых принципов перемещения в пространстве, новых подходов в нанотехнологиях и т.д.

Автор надеется также, что данная работа будет способствовать возврату в процессе познания микромира от парадигмы «хаоса» к парадигме порядка и гармонии, рассеиванию «тумана» в понимании структуры как микро, так и макрокосмоса, постижению «мистической» глубины физического вакуума, а также развитию философской мысли в раскрытии природы проявления времени и т.д.

Литература

философский атом галиев

1 Галиев Р.С., Мн. «Концепция динамической структуры атома в пространстве потенциальных сфер». ? Минск: Технопринт, 2005. ? 234 c.

Галиев Р.С., Мн. «Концепция динамической структуры атома в пространстве потенциальных сфер». 2-е изд., испр. и перераб. - Воскресенск: Издательский дом «Лира», 2007. ? 252 c.

Фейнман Р., Мн. Характер физических законов. 2-e изд., испр. -М.: «Наука». Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1987. ? С. 90


Теги: Структура атома  Реферат  Биология
Просмотров: 26198
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Структура атома
Назад