Закон корпускулярной дифракции электронов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАКОН КОРПУСКУЛЯРНОЙ ДИФРАКЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ

Тимофей Гуртовой

Принцип неопределённости основанный на идее дуализма квантов света и корпускул материи, утвердивший волновое рассеяние и корпускул, принятый в фундамент квантовой теории, в начале 20-х прошлого века, будучи противоречивым уже по своей сути, не мог не вызвать сомнений в его верности.

Видя серьезные трудности, ряд выдающихся ученых, оценивали его не лучшим образом.

А. Эйнштейн: «Большие первоначальные успехи теории квантов не могли меня заставить поверить в лежащую в её основе игру в кости. Физики считают меня старым глупцом, но убеждён, что в будущем развитие физики пойдёт в другом направлении, чем до сих пор».

А. П. Дирак: «…релятивистская квантовая теория как фундамент современной науки никуда не годится».

Луи де Бройль: «Квантовая физика срочно нуждается в новых образах и идеях, которые могут возникнуть только при глубоком пересмотре принципов, лежащих в её основе».

Э. Шредингер: «Существующая квантовая картина материальной действительности сегодня так шатка и сомнительна, как это никогда ещё не было. Разрешение этого кризиса приведёт, в конечном счёте, к лучшему состоянию, чем существующий беспорядочный набор формул, составляющих предмет квантовой физики».

(Из выступления академика Н. А. Шило на Президиуме РАН, 27 мая 2003 г.).

Однако под напором конструктивистского настроя, доминанты того времени в физике, допустив недопустимое в науке - соглашательство, некоторые из них приняли участие в строительстве этой, непонятной даже самим себе, теории.

Сам Николай Александрович Шило своё мнение, по поводу, высказал так:

«…теории, представления, концепции, когда-то созданные нередко выдающимися учеными, но в последующем вошедшие в противоречие, например, с законами механики из-за несогласованности с новыми экспериментальными данными, могут долго существовать под прикрытием выдающихся имён. Эти промежуточные варианты результатов научных исследований часто тормозят прогресс в той или иной области науки».

В начале 80-х прошлого века, исследуя явление свечения стеклянного баллона электронной лампы выходного каскада усилителя НЧ, голубым цветом, пришел к убеждению, что это излучение тормозное. То есть, излучение, сопутствующее торможению электронов, при бомбардировке ими анода лампы.

Полученный результат привёл к выводу, что и при дифракции электронов на микроструктурах различных материалов подобное, быть может. Значит, в дифракционной картинке рассеяния электронов должны быть следы не только электронов, но и квантов сопутствующего излучения, при их торможении, в результате бомбардировки исследуемых образцов фольги. Проба магнитом это подтвердила.

Последующий анализ результатов знаменитого опыта по рассеянию электронов, Дж. П. Томсона, выполненный по его же отчёту, приведённому в учебнике [1], проявил иное представление взаимодействия в микромире. В результатах этого опыта, новый взгляд на дифракцию частиц, чисто корпускулярную с полевым взаимодействием между, движущимися электронами и атомами (молекулами) материала мишени, нашёл полное практическое подтверждение.

Так был открыт фундаментальный закон, являющийся новой основой квантовой теории - закон Корпускулярной дифракции электронов.

Закон был открыт 16 лет тому назад. Об этом тогда было письмо в АН, с просьбой содействия в выступлении на постоянно действующем семинаре в ИОФАН, но попытка найти контакт с руководителем семинара успеха не имела. Не удается, и его публикация в научных изданиях. Например, в «ЖЭТФ», «общение», по поводу, тянулось более двух лет и закончилось отказом: «…данная работа не соответствует современному научному уровню развития физики». Таков был недавний ответ.

Результаты, полученные Томсоном

При анализе результатов своего эксперимента, Томсон основное внимание уделил зависимости диаметра первого кольца D1, от, ускоряющего электроны, напряжения U, и получил важную зависимость

D1 v U = Const.

Диаметры следующих колец Томсоном определялись путем сравнивания их с D1 [1, с. 248 - 249]. В результате были получены, не менее важные, соотношения:

D2 / D1= v 2 и D3 / D1 = 2

Появление еле заметного кольца, между D2 и D3 было приписано иной ориентации некоторых кристаллов [1, с. 250]. Его геометрия была выражена отношением к D1 как v 3.

Зависимость диаметра D1 от материалов мишени Томсоном рассматривалась поверхностно. Только в связи с геометрией кристаллической решетки вещества [1, с. 254, табл. 1], что было в согласии с тем представлением о дифракции частиц, которое уже существовало.

Дополнительный анализ результатов опыта Томсона

Дополнительный, более глубокий анализ результатов эксперимента Томсона, был проведён по его же отчету. Чтобы обнаружить факт влияния материала мишени на характер рассеяния электронов, в эксперименте Томсона, сначала это влияние нужно было выявить. С этой целью, значения, полученные в опыте, были приведены к единой величине ускоряющего напряжения U = 40 кВ. Результаты сведены в таблицу 1.

Расчет среднего приведенного диаметра кольца D1ср.п., для использовавшихся, в эксперименте, материалов мишени: золота, алюминия и платины, был проведен согласно указанной Томсоном формуле (1), следующим образом: дуализм корпускулярный дифракция электрон

D1 ср.п.= (D1v U)ср./ v 40000,

где: U - значение опытного ускоряющего напряжения;

D1 - диаметр первого кольца, при опытном значении напряжения.

В результате проведенной работы было выявлено, что величина диаметра первого кольца:

- во-первых, действительно зависит от материала мишени;

- во-вторых, соответствует обратному порядку изменения величин радиусов атомов, этих элементов (табл.1).

Таблица 1

Сущность дифракции электронов

Движущийся электрон, попадая в какую-либо среду, с ее атомами (молекулами) взаимодействует, только не механически, по Резерфорду, а полевым образом. Если его энергия движения больше энергии захвата атомом (молекулой), пролетает мимо, испытав, лишь определенное торможение и излучив электромагнитный квант.

Каждое взаимодействие приводит к отклонению электрона от его траектории, на вполне определенный угол е. Поток электронов, после их первичного взаимодействия, отклоняясь, оставляет на экране светящийся след, в виде первого кольца D1.

В момент каждого взаимодействия электрон, тормозясь и теряя энергию, отдает ее в виде кванта электромагнитного излучения. Сопутствующее торможению излучение, так же, отклоняется, но на больший угол цн. Излучение тоже наблюдается, если оно достаточно энергетически, проектируясь на экран, в виде окружности.

След от излучения, возникший при первичном взаимодействии и наблюдал Томсон, в виде слабо выраженного кольца, между D2 и D3 Однако появление этого кольца он отнес за счет иной ориентации кристаллов [1, с. 250]. Несмотря на слабую его видимость, экспериментатор все же определил его отношение к D1, как v3. Следующие кольца, за счет сопутствующего излучения, в отличие от тех, которые образованы электронами, назовем их волновыми, в эксперименте не наблюдались. Видимо, по причине энергетически слабого сопутствующего излучения. Зато на электронограммах современных устройств они видны хорошо.

Определенная часть электронов, за время пролета мишени, успевает повзаимодействовать повторно и с другими атомами, которые встретятся на их пути. При этом одна их часть, после двукратного взаимодействия, отклонится дважды. Другая часть, после троекратного взаимодействия отклонится трижды и т. д. Весь поток электронов, не взаимодействовавших по причине их пролета на значительном удалении от атомов, в межатомных промежутках, попадает в центр электронограммы. Все взаимодействовавшие и отклонившиеся электроны и сопутствующее их отклонению, ввиду торможения, излучение создаёт на экране дифракционную картинку, в виде концентрических окружностей, схожую (только схожую) с дифракционной картинкой света.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

- причиной рассеяния являются не волновые свойства частиц, а квантово-полевое их взаимодействие со структурой облучаемого ими вещества;

- рассеяние происходит не на кристаллической решетке, а на самих атомах (молекулах) вещества и носит упорядоченный и предсказуемый характер.

Закон корпускулярной дифракции электронов

Физическая закономерность, обнаруженная при дополнительном анализе результатов эксперимента Томсона, свидетельствует, что порядок рассеяния электронов определяется полевым взаимодействием движущихся частиц с неподвижными атомами вещества мишени. Наблюдения показывают, что изменяют свою траекторию только те электроны, путь которых проходит не далее поверхности атомов. Удаленный их пролет уже не приводит к значительному изменению траектории. Такие электроны образуют довольно плотное пятно в центре электронограммы. Наблюдаемое рассеяние возможно только в случае проявления очень короткодействующей силы, эффективная сфера действия, которой находится в пределах радиуса атома. Подобной силой может быть только сила, именуемая ядерной.

Полевое взаимодействие и отклонение электрона от своей траектории происходит в момент пролета им атома, вследствие действия на него тормозящей ядерной силы. Его скорость, в этот момент, может быть разложена на две составляющие. Одна составляющая будет направлена по радиусу атома - по нормали к его поверхности. Вторая - по касательной к поверхности атома. Отношение этих скоростей, первой ко второй, определяет тангенс угла отклонения электрона, в момент пролета им атома. Это отношение будет математическим выражением закона дифракции, в общем, виде.

tg цв = Vn / Vф

где: Vn - нормальна скорость;

Vф - касательная скорость.

Подставив в выражение (4) значения скоростей, получим развернутую формулу закона (вывод формулы в Приложении [3]).

Для практических целей более удобна математически приведенная формула:

tg цв = v К / U Rа.3

где: U - ускоряющее напряжение, в Вольтах;

Rа. - радиус атома, в ангстремах;

К = 96 - постоянная дифракции (произведение фундаментальных постоянных).

Таблица 2.V

Формула (5) точно описывает первичное взаимодействие и может быть использована для расчета диаметра только первого кольца. Потому, что только при первичном взаимодействии скорость электрона определяется ускоряющим напряжением. При вторичном взаимодействии и следующих взаимодействиях электрон, оказавшись в самом материале мишени, перестает испытывать действие внешнего электрического поля. Его скорость, подвергшаяся изменению, за счет потери им энергии на излучение, будет иной.

Подтверждение закона

Подтверждается закон опытом Томсона. Сравнивая расчетные величины углов отклонения электронов, при первичном их взаимодействии, с результатами полученными Томсоном в эксперименте, убеждаемся в достаточности подтверждения (табл. 2). Наиболее точно расчетные значения совпадают с опытными значениями у платины потому, что в ней нет примесей.

Выводы

Дифракция электронов в действительности подтверждает шарообразную форму атомов (молекул), квантово-полевой принцип взаимодействий в микромире и чисто корпускулярное рассеяние частиц.

- перехода к новой, рациональной квантовой механике - новому фундаменту квантовой теории, исключив из нее неопределенность;

- при проектировании энергетических атомных установок, требует их расчета на все 100% энергетического эффекта ядерных реакций, т. е. включать в их энергетический баланс и энергию якобы уносимую несуществующим нейтрино;

- считать, что принцип волнового рассеяния не относится к частицам, а является свойством только света, т. е. является квантовой теорией оптики.

Теперь, квантовая механика, опираясь на свой закон, оставляя незыблемыми основы принципов квантовой теории, становится доступной и совершенно понятной, даже школьникам.

А как же быть с прежним ее обоснованием? Выбросить на обочину истории науки? Нет, здесь просто имело место некоторое заблуждение. Уравнение Шредингера описывает ту систему, гамильтониан которой присутствует в этом уравнении. В данном случае оно описывает квантовую систему (её волновую функцию) относящуюся к свету.

Значит, в действительности принцип волнового распределения, при рассеянии, относится только к свету. И уравнение де Бройля, и волновая функция Шредингера - это основа квантовой теории волновой оптики. То же разделение волновой функции на половинки, четвертинки и т. д., которое показывает ее анализ, есть математическое описание явления умножения частоты (дробления периода колебаний), присущее только электромагнитным волнам, т. е. свету. Явление давно, используется в технике.

Библиография

1. Берклеевский курс физики. Портис А. Физическая лаборатория. (Пер. с англ. Под рук. Шальникова А.И. и Вайсберга А.О. ) - М.: «Наука», 1978.

2. Гуртовой Т. А. Мы не одиноки во Вселенной. Иркутск 1998 г.

3. Сатаева О, Афанасьев Т. КТО МЫ И ОТКУДА? /О. Сатаева, Т. Афанасьев. //Размышления, подкреплённые материалом из монографии «Мы не одиноки во Вселенной», - 1-е изд. - Иркутск: ИВВАИУ (ВИ), 2007. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru