Аксиома единства пространства - материи - времени

Размещено на http://allbest.ru

АКСИОМА ЕДИНСТВА ПРОСТРАНСТВА - МАТЕРИИ - ВРЕМЕНИ

Обратим внимание читателей на главную причину кризиса теоретической физики - отсутствие понимания фундаментальной значимости аксиомы единства пространства - материи - времени.

Сущность ее заключается в том, что невозможно раздельное существование пространства, материи и времени. Нельзя отделить материю от пространства и нельзя представить их раздельное существование. Нельзя также отделить время от пространства или от материи. В реальной действительности, в которой мы живем, пространство, материя и время - первичные и неотделимые друг от друга элементы мироздания. Аксиоматичность этого утверждения очевидна.

Сразу возникает вопрос: разве математики, физики, химики и другие исследователи реальной действительности не учитывали аксиоматичность единства пространства - материи - времени? Ответ однозначный. Да, не учитывали. Почти все современные физические теории противоречат этой аксиоматичности.

Аксиома единства пространства - материи - времени указывает на то, что взаимосвязь между материей, пространством и временем должна отражаться во всех математических моделях, описывающих изменяющуюся реальную действительность. Но это, с виду весьма простое правило, осталось незамеченным ни математиками, ни физиками.

Наиболее ярким примером, подтверждающим отмеченный факт, являются преобразования Лоренца, которые фактически служат фундаментом Специальной и Общей теорий относительности [1], [70]. Представим их в классическом виде.



(1)

(2)

Обратим внимание на то, что в первой формуле присутствует координата , которая фиксируется в подвижной системе отсчета (рис. 1), а во второй формуле присутствует только время , которое течет в этой же системе отсчета.

Таким образом в математических формулах (1) и (2) изменяющаяся величина пространственного интервала в подвижной системе отсчета отделена от времени t', текущего в этой системе отсчета. Поскольку в реальной действительности отделить пространство от времени невозможно, то указанные уравнения нельзя анализировать отдельно друг от друга. Это - система уравнений и анализировать их необходимо вместе.

Только такой анализ будет соответствовать аксиоме единства пространства - материи - времени, и результаты только такого анализа будут отражать реальность. Но это простое правило до сих пор игнорируется физиками и математиками. Из уравнения (1) неявно следует, что при величина пространственного интервала уменьшается.

Из этого они делают вывод, что с увеличением скорости движения подвижной системы отсчета величина пространственного интервала сокращается. электромагнитный фотон планк гейзенберг

Далее, они берут для анализа одно уравнение (2). Из него также следует, что при величина уменьшается. Из этого они делают вывод о том, что с увеличением скорости движения подвижной системы отсчета темп течения времени в ней замедляется.

Исправим ошибочную интерпретацию. Поскольку в реальной действительности пространство от времени отделить невозможно, то проанализируем уравнения (1) и (2) совместно, для этого разделим первое на второе, в результате будем иметь:

(3)

Вот теперь математическая формула (3) отражает зависимость координаты от времени . Из этого следует, что формула (3) работает в рамках аксиомы единства пространства - материи - времени, то есть в рамках реальной действительности.

Рис. 1. Схема к анализу преобразований Лоренца

Из рис. 1 видно, что - это координата положения светового сигнала в неподвижной системе отсчета. Она равна произведению скорости движения света на время . Если мы подставим равенство в приведенную формулу (3), то получим координату , которая фиксирует положение светового сигнала в подвижной системе отсчета. Где же расположен этот сигнал? Поскольку мы изменяем координаты и , то в моменты времени и он расположен на совпадающих осях и , то есть в точке (рис. 1). Геометрический смысл преобразований Лоренца очень прост. В них зафиксированы координата точки в подвижной системе отсчета и координата в неподвижной системе отсчета (рис. 1). Это - точка пересечения световой сферы с осями и . Вот и весь смысл преобразований Лоренца. Другой информации в этих преобразованиях нет.

Подобный элементарный анализ показывает, что волновое уравнение Луи де Бройля, уравнение Шредингера, уравнения Дирака, а также все современные полевые физические теории противоречат аксиоме единства пространства - материи - времени [70]. Из этого следует, что они неполно описывают физический мир и не могут дать нам больше информации, чем дают сейчас. Поэтому попытки решать нетрадиционные задачи с помощью этих теорий неплодотворны.

ПОИСК МОДЕЛИ ФОТОНА

Фотон до сих пор остается самым загадочным творением Природы. Усилия ученых раскрыть его электромагнитную структуру путем анализа необозримой экспериментальной информации о поведении фотона с помощью существующих физических теорий до сих пор не дали положительного результата. Главная причина такого состояния заключается в том, что в реальной действительности фотон ведет себя в рамках аксиомы единства пространства - материи - времени, а физики пытаются анализировать его поведение с помощью теорий, которые работают за рамками этой аксиомы.

Поэтому для выявления электромагнитной модели фотона надо искать такие теории и такие математические модели, которые не противоречат указанной аксиоме.

Наиболее надежными являются математические соотношения, которые используют для расчета энергий фотонов и электронов. Поскольку результаты этих расчетов полностью совпадают с результатами экспериментов, то у нас есть все основания отнестись с большим доверием к таким формулам. Их обычно называют корпускулярными математическими соотношениями, так как они описывают корпускулярные свойства фотонов и электронов. В силу изложенного главным источником информации о модели фотона остается эксперимент и математические соотношения, которые описывают фотон, как корпускулу. В каких же экспериментах накоплено самое большое количество результатов, в которых отражено поведение фотонов? Ответ однозначный - в спектроскопии. Здесь получено уже более 150 тысяч экспериментальных значений, в них зафиксированы энергии фотонов, которые излучаются и поглощаются электронами при их, как считают физики, орбитальных переходах.

Итак, энергии фотонов и орбитальные энергии электронов рассчитываются по формулам соответственно:

(4)

(5)

Здесь и - частоты колебаний фотона и электрона соответственно, - постоянная Планка, - масса фотона, его скорость.

Считается, что электромагнитная структура фотона имеет волновую природу, поэтому его скорость в интервале длины волны определяется по формуле:

(6)

Здесь: - частота колебаний волны, то есть число ее колебаний в секунду, - длина волны.

Из формул (4) и (6) следует, что постоянная Планка имеет вид:

(7)



Итак, мы получили математическое выражение постоянной Планка . Она имеет явную механическую размерность, которая в классической механике называется: момент количества движения или кинетический момент, а в физике - момент импульса или угловой момент [44], [45]. Мы выбираем название кинетический момент и обратим внимание прежде всего на то, что он характеризует вращение какого - то тела.

В этом случае для реализации аксиомы единства пространства - материи - времени достаточно, чтобы в математическом выражении кинетического момента присутствовали одновременно символы: пространства, материи и времени.

Посмотрите на математическое выражение постоянной Планка (7). Здесь математический символ соответствует материи, символ - пространству, а в символ -- времени. Значит аксиома единства пространства - материи - времени строго реализуется в постоянной Планка, когда она описывает процесс вращения тела.

Наиболее ярко проявление сути кинетического момента наблюдается при вращении волчка. Кинетический момент удерживает волчок от падения при его вращении. Но самое главное не в этом, а в том, что кинетический момент - величина векторная, так же как скорость, ускорение движения тела или сила, действующая на него.

Посмотрите на рис. 2,а. Скорость движения точки М - величина векторная. Она направлена по касательной к ее траектории. Кинетический момент - тоже величина векторная.

Если волчок вращается против хода часовой стрелки (рис. 2,b), то вектор направлен вдоль оси вращения вверх, а если - по часовой стрелке, то - вниз. Вот этот вектор - вектор кинетического момента и удерживает волчок от падения.



Рис. 2. Схема к определению понятий: а) количество движения материальной точки, b) момент количества движения кольца или кинетический момент кольца

Устройство, которое генерирует кинетический момент, называют гироскопом. Гироскоп - главная составная часть всех навигационных приборов, которые устанавливаются на самолетах, ракетах, кораблях, подводных лодках, торпедах, то есть на всех устройствах, которыми надо управлять в движении.

Мы не будем останавливаться на их описании. Нас сейчас интересует другой вопрос: если постоянная Планка имеет размерность кинетического момента и если с ее помощью теоретически описывать поведение элементарных частиц, то эти частицы, как и волчок, обязательно должны вращаться вокруг своих осей. Для многих физиков это неожиданное следствие и они не могут допустить даже мысли о наличии у постоянной Планка векторных свойств.

Действительно, постоянная Планка имеет размерность кинетического момента, который неоспоримо имеет векторные свойства. Однако, как считают некоторые физики, из этого еще не следует, что постоянная Планка - величина векторная [20], [40], [70]. Не будем спорить с их стереотипным мышлением, а воспользуемся принятой в таких случаях возможностью гипотетического подхода к этой проблеме и посмотрим на его плодотворность. Возникает вопрос: а где же мы можем обнаружить вращающиеся свойства элементарных частиц? Из результатов каких экспериментов можно извлечь это доказательство? Мы уже отмечали, что самым большим массивом экспериментальных данных считается спектроскопия. В ней экспериментально зафиксированы акты поглощения фотонов электронами при их орбитальных переходах. Если наше предположение верно, то вращение фотонов и электронов вокруг своих осей должно следовать из экспериментальной спектроскопии. Так это или нет? Сейчас увидим. Но прежде чем увидеть, нам придется преодолеть серьезную трудность - найти, чему равны радиусы вращения фотонов и электронов.

Дело в том, что в математическом выражении постоянной Планка масса умножается на квадрат длины волны и на частоту . Но ведь длина волны характеризует волновой процесс, а размерность постоянной Планка убедительно указывает на то, что электромагнитное образование, которое она описывает, вращается относительно собственной оси и перед нами встает задача согласования волнового процесса с вращательным. Детальные исследования, проведенные нами [4, 7, 8, 12, 13, 17, 18, 26, 33, 53 и др.], показали, что фотон и электрон имеют такие электромагнитные структуры при вращении и движении, радиусы которых равны длинам их волн , то есть:

(8)

Теперь постоянная Планка (7) принимает вид:

. (9)

И наступает первое прояснение: - момент инерции кольца, а - кинетический момент вращающегося кольца. Это сразу указывает на то, что фотоны и электроны имеют форму, аналогичную форме вращающегося кольца.

Поскольку постоянная Планка - величина векторная, то формулу (4) для определения энергии фотона мы должны записать так:

, (10)

а формулу для определения орбитальной энергии электрона - в таком виде:

(11)

Если же учитывать вращение фотона и электрона вокруг своих осей, то в эти формулы надо ввести вместо линейной угловую частоту их вращения. Учитывая, что:

(12)

имеем [43]:

(13)

(14)

Как видно, тут мы имеем векторное произведение двух параллельных векторов и . Оно равно, как говорят математики, нуль - вектору, которому можно приписать любое направление, в том числе и совпадающее с направлениями этих же векторов и [43].

В практике же до сих пор использовалось лишь скалярное произведение этих векторов



(15)

Поскольку векторы и не только параллельны, но и совпадают по направлению, то угол между ними равен нулю, поэтому формула (15) приобретает традиционно присущий ей вид:

(16)

Так что запись (14) имеет лишь теоретическое значение и в практических расчетах до сих пор не используется, поэтому и не придавалось какого - либо значения векторным свойствам постоянной Планка. Дальше мы увидим, что эти свойства играют решающую роль при формировании молекул из атомов и ионов химических элементов. Так что векторные свойства постоянной Планка - фундамент прежде всего будущей теоретической химии.

И тем не менее такое объяснение для физиков, как показал мой опыт общения с ними, неубедительно. Оно неизбежно вызывает затруднение, которое возникает при формировании представлений о векторных свойствах энергий единичных фотонов и единичных электронов. Первое и самое сильное возражение: энергия не может быть векторной величиной. Верно, если иметь ввиду тот факт, что энергия - совокупность фотонов.

Мы живем в этой совокупности примерно так же, как рыбы живут в воде, и никаких векторных свойств этой совокупности до сих пор не зафиксировано. На этом верном утверждении надо остановиться и понять, что векторные свойства присущи энергиям не совокупности фотонов и электронов, а единичным фотонам и электронам, которые, конечно же, беспорядочно ориентированы в этой совокупности, поэтому в общем случае и не придают ей векторных свойств. Итак, у нас появились основания предполагать, что энергии единичных фотонов и электронов - величины векторные, и тут сразу возникает вопрос: а в каких же явлениях Природы, в каких моментах жизни фотона и электрона можно это обнаружить?

Ответ следует однозначный - в тех явлениях, где энергии единичных фотонов и электронов складываются или вычитаются.

Происходит это, при энергетических переходах электрона в атоме. Ведь эти переходы сопровождаются поглощением или излучением фотонов или другими словами: сложением или вычитанием энергий единичных фотонов с энергией электрона, который поглощает или излучает эти фотоны.

Повторим, единичных, ибо Природа лишила электрон возможности поглощать или излучать при энергетическом переходе в атоме два, три или большее число фотонов за один акт перехода.

Только один фотон может поглотить или излучить электрон при одном энергетическом переходе.

Конечно, читатель обратил внимание на то, что мы уклонились использовать термин "орбитальный переход электрона". Связано это с тем, что электрон не имеет орбитального движения в атоме и сейчас мы получим доказательство этому.

Проанализируем всего один энергетический переход электрона в атоме водорода. Энергия связи электрона в момент его пребывания на первом энергетическом уровне этого атома равна 13,6 электроновольт (eV). Когда он поглощает фотон с энергией 10,2 eV и переходит на второй энергетический уровень, то эта энергия уменьшается и становится равной 3,4 eV. Естественно, что при поглощении фотона электроном их энергии складываются и мы обязаны записать:

Но этот результат противоречит эксперименту, который указывает, что энергия электрона после поглощения фотона не увеличивается, а уменьшается и становится равной 3,4 eV, а не 23,8 eV. Поэтому соотношение (15) надо записать так:

(17)

Чтобы устранить противоречие в формуле (17), было принято соглашение: считать энергию электрона в атоме отрицательной и записывать формулу (17) так:

(18)

Однако с этим трудно согласиться. Дело в том, что электрон в атоме имеет потенциальную и кинетическую составляющие его полной энергии. И если указанное выше соглашение приемлемо для потенциальной энергии, то на кинетическую энергию его никак нельзя распространять. Поэтому следует поискать более убедительное доказательство обоснованности соглашения, отраженного в формуле (18).

Поскольку из нашего анализа следует, что энергии единичных фотонов и единичных электронов - величины векторные, то, оставляя их положительными, уравнение (18) запишется так:

(19)

Схема взаимного расположения энергии фотона (А) и электрона (В) в момент их сложения, соответствующая уравнению (19), показана на рис. 3.

Настала очередь ввести определения различным энергиям, присущим электрону, ибо трудно будет потом понимать его поведение в атоме. Назовем энергию, которая связывает электрон с ядром атома в момент пребывания его на определенном энергетическом уровне, энергией связи электрона с ядром, соответствующей этому уровню.

В силу сказанного энергия связи электрона атома водорода с его ядром, соответствующая первому энергетическому уровню, равна 13,598 eV; второму - 3,39 eV; третьему - 1,51 eV и т.д.

Рис. 3. Схема сложения энергий электрона и фотона в атоме водорода при переходе электрона с первого энергетического уровня на второй

Здесь надо отметить очень важное обстоятельство. Энергия связи электрона с ядром атома водорода, соответствующая первому энергетическому уровню (13,60), равна энергии ионизации атома водорода. Это значит, что если электрон, находясь на первом уровне, поглощает фотон с энергией 13,60 eV, то энергия связи его с ядром станет равной нулю, то есть он теряет связь с ядром.

Из этого следует, что у атома водорода энергия ионизации и энергия связи электрона с ядром, соответствующая первому энергетическому уровню, равны.

Это очень важная особенность и она присуща всем водородоподобным атомам. Напомним, что водородоподобными атомами называют атомы, которые имеют всего один электрон. По существу это ионы, но так уж принято: атом с одним электроном называть водородоподобным.

Из описанного следует закон формирования спектров водородоподобных атомов. Вот его математическое выражение:



(20)

здесь - энергия ионизации атома; для водорода она равна, как мы уже сказали, энергии связи электрона с ядром в момент пребывания его на первом энергетическом уровне; =2,3,4,... - главное квантовое число.

Энергия связи электрона с ядром атома определится по формуле:

(21)

Обратим внимание на то, что энергия связи электрона с ядром атома меняется по закону обратного квадрата . Вы, возможно, помните, что этому же закону подчиняется изменение кулоновской силы при взаимодействии между заряженными частицами и этому же закону подчиняется изменение силы взаимного притяжения (гравитационной) между телами.

А теперь подставим в формулу (20) и и получим теоретические значения F(theor) энергий фотонов, поглощаемых или излучаемых электроном при его энергетических переходах в атоме водорода, которые практически полностью совпадают с экспериментальными F(exp) значениями этих энергий (табл. 1).

Таблица 1.

Спектр атома водорода

Знач.	n	2	3	4	5	6
F(exp.)	eV	10,20	12,09	12,75	13,05	13,22
F(theor.)	eV	10,198	12,087	12,748	13,054	13,220
Ec(theor.)	eV	3,40	1,51	0,85	0,54	0,38



До сих пор мы использовали в расчетах энергию электрона в атоме, которая получена в экспериментальной спектроскопии. Но ведь это энергия связи электрона с ядром, она значительно меньше полной энергии электрона. Поскольку энергия связи электрона с ядром атома вычитается из полной энергии электрона , то уравнение (18) может быть записано так:

(22)

Напомним: здесь 13,6 eV - энергия ионизации атома водорода; она соответствует энергии связи электрона с протоном в момент пребывания электрона на первом энергетическом уровне, а 3,4 eV - энергия связи электрона с протоном, соответствующая второму энергетическому уровню электрона; 10,2 eV - энергия поглощенного фотона. Величину в уравнении (22) мы можем убрать, от этого равенство не изменится и оно примет вид формулы (18).

Теперь ясно видно, что энергия электрона в атоме - величина положительная, а уравнение (18) отражает изменение только энергий связи электрона при его энергетических переходах, и минусы перед величинами 13,6 и 3,4 означают не отрицательность энергии, а процесс вычитания энергии, расходуемой на связь электрона с протоном.

Новая информация требует внести коррективы в схему (рис. 3) сложения и вычитания энергий электрона и фотона. Не меняя векторных свойств энергий единичных фотонов и электронов, эта информация показывает, что при поглощении и излучении фотонов электронами векторы их энергий и будут направлены в одну сторону, а векторы энергий связи электрона с ядром будут противоположны им (рис. 4).



Рис. 4. Схема сложения векторов энергий фотона , электрона и энергии связи электрона с ядром атома ,.... в процессах поглощения; I, II, III...-энергетические уровни электрона

Отметим, что выявленная нами дополнительная информация подтверждает векторные свойства постоянной Планка, не меняет сути взаимодействия электрона с ядром атома и не меняет того факта, что электрон не имеет орбитального движения. Это следствие однозначно вытекает из закона формирования спектров.

Посмотрите на математическое выражение закона спектроскопии (20). В нем нет орбитальной составляющей энергии электрона.

Символы и - энергии вращения электрона относительно своей оси симметрии. Если бы у электрона было орбитальное движение (рис. 5), то энергия, соответствующая орбитальному движению электрона, входила бы в математическое выражение закона (20).



Рис. 5. Схема к анализу отсутствия орбитальной составляющей энергии электрона в законе спектроскопии (20)

Общий кинетический момент электрона был бы равен сумме орбитального кинетического момента и кинетического момента вращения электрона относительно своей оси или спина электрона.

Но в формулу (20) входит только спин электрона и нет орбитального кинетического момента , поэтому нет у электрона орбитальной энергии и орбитального движения.

Сразу возникает вопрос: а как же движется электрон относительно ядра атома, если у него нет орбитального движения? Поскольку в законе (20) отражено вращение электрона только относительно своей оси, то электрон с ядром может взаимодействовать только осью вращения. Его можно представить в виде вращающегося волчка, который, опираясь электромагнитной осью вращения о ядро атома, вращается относительно своей оси симметрии.

Тут возникает много вопросов: почему же такой электрон не падает на ядро? Ведь при орбитальном движении от падения на ядро его удерживает центробежная сила инерции, которая равна кулоновской силе притяжения электрона к ядру.

А что в такой схеме взаимодействия электрона с ядром удерживает его от падения на ядро?

Вопросы эти естественные и мы получим на них ответы при анализе структур атомов, а сейчас лишь отметим, что Природа сделала электрон таким, что он имеет электрическое поле, близкое по форме к сферическому, и магнитное поле подобное магнитному полю стержневого магнита. Электрон с ядром атома связывают силы их электрических полей, а ограничивают сближение электрона с ядром атома силы одноименных полюсов их магнитных полей.

Соотношение (20) мы назвали законом формирования спектров атомов и ионов потому, что до выявления этого закона спектры водородоподобных атомов рассчитывались с помощью уравнений Бальмера или Шредингера, а для расчета спектров вторых, считая от ядер атомов, и всех последующих электронов использовались приближенные численные методы [9]. Уравнение же (20) позволяет рассчитывать спектры всех электронов, но при определенных условиях. Рассмотрим их на примере расчета спектра атома лития.

Спектр первого, самого ближнего к ядру электрона этого атома рассчитывается так же, как и спектр электрона атома водорода, то есть по формуле (20). Можно ли рассчитать спектр второго электрона атома лития по той же формуле? Мы назвали эту формулу математическим выражением закона спектроскопии. А раз так, то по ней должны рассчитываться спектры и других электронов.

Обратите внимание на то, что в формуле (20) энергия ионизации второго электрона атома лития не равна энергии его связи с ядром в момент пребывания на первом энергетическом уровне. К тому же, в соответствии с принципом Паули, второй электрон не может занимать первый энергетический уровень.

Для атома лития это действительно так. Однако, неожиданным оказалось то, что существует фиктивная энергия второго электрона, соответствующая первому энергетическому уровню. Стоило только найти ее, как сразу формула (20) дала экспериментальный ряд энергий .

Величина оказалась равной 54, 152 eV. При этом =75,638 eV.

Таблица 2

Спектр второго электрона атома лития

Values	n	2	3	4	5	6
F(exper.),	eV	62,10	69,65	72,26	73,48	-
F(theor.),	eV	62,10	69,62	72,25	73,47	74,13

Третий электрон атома бора имеет: и Подставляя эти значения в формулу (20), получим результаты, представленные в табл. 3.

Таблица 3

Спектр третьего электрона атома бора

Values	n	3	4	5	6	7
F(exper.),	eV	24,03	30,11	32,96	-	-
F(theor.),	eV	24,03	30,11	32,93	34,45	35,38

Не будем останавливаться на анализе других деталей этого расчета, кого этот вопрос интересует подробнее, могут ознакомиться с ним в источниках [18, 26, 33, 53].

Приведем экспериментальный ряд энергий пятого электрона атома Бора и теоретический ряд, полученный с помощью формулы (20):

Таблица 4

Спектр пятого электрона атома бора

Values	n	2	3	4	5	6	7
F(exper.)	eV	4,96	6,82	7,46	7,75	7,92	8,02
F(theor.)	eV	4,96	6,81	7,46	7,76	7,93	8,02
Values	n	8	9	10	11	12	13
F(exper.)	eV	8,09	8,13	8,16	8,18	8,20	8,22
F(theor.)	eV	8,09	8,13	8,16	8,18	8,20	8,22
Values	n	14	15	16	17	18	19
F(exper.)	eV	8,23	8,24	8,25	8,25	8,26	...
F(theor.)	eV	8,23	8,24	8,25	8,25	8,26	...

Видимо, достаточно информации для того, чтобы убедиться, что формула (20) действительно является математическим выражением закона спектроскопии.

Отправившись искать модель фотона, мы установили, что из самого большого массива экспериментальных данных, где зафиксировано поведение фотонов и электронов, следует, что и модель фотона, и модель электрона в первом приближении представляют собой кольца. Если это так, то этим фактом управляет какой-то фундаментальный закон природы. Какой?

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОГО МОМЕНТА

Закон сохранения кинетического момента - один из главных законов Природы. Чтобы составить более четкое представление о сути действия этого закона, обратимся вначале к легко наблюдаемому явлению, в котором видно, как он работает.

Если Вы смотрели по телевидению соревнования по фигурному катанию, то легко вспомните, как фигурист изменяет скорость своего вращения относительно оси, проходящей вдоль его тела. Вначале он вращается при разведенных в стороны руках с небольшой скоростью. Потом он прижимает руки к груди или поднимает их вертикально вверх и вращение его резко ускоряется. Затем, если разведет руки в стороны, скорость вращения вновь уменьшается. В чем тут дело? Явление это управляется одним из самых фундаментальных законов Природы - законом сохранения кинетического момента. Он гласит, что если на тело не действуют никакие внешние силы, то кинетический момент или, как его еще называют, момент количества движения тела все время остается постоянным.

Итак, сущность закона сохранения кинетического момента.

Посмотрите, как выражается этот закон математически: Ну вот, Вы сразу узнали постоянную Планка. В эту константу Природа и заложила этот закон. Он работает в условиях отсутствия внешнего воздействия на вращающееся тело. Если рассматривать вращение фигуриста, то он, конечно, испытывает внешнее воздействие. Оно проявляется в виде сопротивления, создаваемого воздухом, а также в виде сил трения, действующих на коньки фигуриста. Так что закон этот проявляется здесь не в чистом виде. Но тем не менее небольшое сопротивление воздуха и льда дают нам возможность увидеть проявление этого закона. А теперь посмотрите на приведенное выше выражение постоянной Планка Масса фигуриста в момент вращения не изменяется.

Однако распределение этой массы изменяется. Когда он разводит руки, то они удаляются от оси его вращения и момент инерции фигуриста увеличивается, так как величина, равная массе рук, умноженной на квадрат расстояний их центров масс от оси вращения, растет. Сразу видно: чтобы постоянная Планка осталась постоянной, скорость вращения фигуриста должна уменьшиться. Это происходит, как мы уже отметили, из-за небольшой величины внешнего воздействия на него. Когда же он (или она) приближает руки к оси своего вращения, то Вы сами видите, что произойдет со скоростью вращения при

Когда фигурист приблизит руки к оси своего вращения, то величина уменьшится, так как уменьшится расстояние . Чтобы величина осталась постоянной, скорость вращения фигуриста должна возрасти. Что мы и наблюдаем. Конечно, если бы не было никакого сопротивления, то фигурист мог бы вращаться вечно [40].

Нас поражает постоянство постоянной Планка [11]. Оно подтверждено многими ее расчетами и многими экспериментальными данными. Это указывает на то, что постоянством постоянной Планка управляет какой-то фундаментальный закон природы. И вот теперь мы видим, что этим законом является закон сохранения кинетического момента.

Дальше мы покажем, как проявляется этот закон в поведении фотонов всех частот, в поведении электронов при их энергетических переходах в атомах и при формировании молекул.

СТРУКТУРА МОДЕЛИ ФОТОНА-НОСИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

Итак, из экспериментальной спектроскопии следует, что в первом приближении фотон и электрон имеют форму колец. И тут возникает вопрос: какова электромагнитная структура этих колец? Информация, необходимая для ответа на этот вопрос, содержится в существующих математических соотношениях, описывающих все основные характеристики фотона. Поскольку модель фотона оставалась неизвестной, то все эти соотношения не выведены, а постулированы. Найти математические соотношения, которые бы описывали поведение фотона при полном отсутствии информации о его модели, - серьезные достижения теоретической физики. Вот эти соотношения:

соотношения энергии

(23)

соотношение скорости

(24)



соотношение импульса

(25)

постоянная Планка

(26)

неравенство Гейзенберга

(27)

связь между линейной и угловой частотами

(28)

Рис. 6. Схемы электромагнитных моделей фотона:

а) теоретической, b) смоделированной



К этим соотношениям добавляются: соотношение связи между длиной волны , которую описывает центр масс модели фотона и радиусом его вращения

(29)

Условие (29) выполняется только при Из этого следует, что фотон имеет шесть электромагнитных полей (рис. 6).

На рис. 6 показана схема теоретической и смоделированной электромагнитной модели фотона, из анализа движения которой выводятся все приведенные выше, постулированные соотношения (23-29) [8, 17, 18, 26].

Параметрические уравнения, описывающие движение центра масс фотона в рамках аксиомы единства пространства - материи -времени, имеют вид:

(30)

(31)

здесь - амплитуда колебаний центра масс фотона.

(32)

Конечно, возникает желание увидеть фотографию фотона или по крайней мере задаться вопросом, как ее получить? У меня лично ответа на этот вопрос нет. Кто принесет в наш фотоаппарат образ фотона, если он сам является носителем информации об образах всего, что нас окружает? Другими словами, в Природе нет носителя информации, который бы мог принести образ фотона на фотографию. Да к тому же фотон никогда не бывает в покое и всегда движется со скоростью 300000 км/с. Некому принести его образ на фотографию, нет другого носителя информации, который двигался бы с такой же большой скоростью.

Отметим, что модель подтверждает справедливость экспериментального значения неравенства Гейзенберга (27). Оно действительно ограничивает точность получения экспериментальной информации с помощью фотона или электрона.

Объясняется это тем, что размеры фотона и электрона несколько больше двух длин их волн. Следовательно, ни фотон, ни электрон не могут передать размер геометрической информации меньший двух длин их волн или двух радиусов вращения, как это и следует из неравенства Гейзенберга.

Теперь о волновых уравнениях, которые описывают поведение фотона. До нашего вмешательства в анализ поведения фотона его волновые свойства описывались с помощью уравнений Луи де Бройля и Шредингера. Недостаток этих уравнений в том, что они работают за рамками аксиомы единства пространства - материи -времени и поэтому не могут дать точную информацию о фотоне.

Однако, если появляются более точные математические соотношения для описания поведения какого-либо объекта, то менее точные обязательно должны содержаться в них и быть их следствиями.

Этому требованию полностью отвечают соотношения (30) и (31), описывающие движение центра масс фотона. Желающие могут проверить вывод из них уравнения Луи де Бройля и уравнения Шредингера [8,18,26].

Итак, мы оставляем в покое все математические формулы, которые давно применяют для описания поведения фотона. В этом смысле у нас нет ничего нового, мы только подтвердили достоверность этих формул. Однако, в отличие от других исследователей, мы внимательно присмотрелись к этим формулам и получили из них информацию, не известную до этого, которая в совокупности с результатами экспериментальной спектроскопии привела нас к модели фотона.

Конечно, модель фотона рождает большое количество новых вопросов. Около 100 ответов на них содержатся в книгах [8,18,26].

Часть из них мы приведем здесь.

1.Почему фотоны не существуют в покое?

Потому что центр масс фотона (рис. 6) никогда не совпадает с его геометрическим центром O. Это несовпадение создает ассимметрию между электромагнитными полями фотона, которая и не позволяет ему быть в покое. Он всегда находится в состоянии неустойчивого равновесия, что и влечет его к движению.

2.Почему с увеличением массы (энергии) фотона уменьшается длина его волны?

Потому, что этим процессом управляет закон сохранения кинетического момента C увеличением массы фотона растет плотность его электромагнитных полей (рис. 6) и за счет этого увеличиваются электромагнитные силы, сжимающие фотон, которые все время уравновешиваются центробежными силами инерции, действующими на центры масс этих полей.

Это приводит к уменьшению радиуса вращения фотона, который всегда равен длине его волны . Но поскольку радиус в выражении постоянной Планка возводится в квадрат, то для сохранения постоянства постоянной Планка частота колебаний фотона должна при этом увеличиться.

В силу этого незначительное изменение массы фотона автоматически изменяет его радиус вращения и частоту так, что кинетический момент (постоянная Планка) остается постоянным.

Таким образом, фотоны всех частот, сохраняя свою электромагнитную структуру, меняют массу, частоту и длину волны так, чтобы То есть принципом этого изменения управляет закон сохранения кинетического момента.

Существующую шкалу частот и длин электромагнитных волн можно дополнить шкалой размеров фотонов. C одной стороны этой шкалы расположены самые большие инфракрасные фотоны

(33)

(34)

(35)

а с другой стороны этой шкалы Природа расположила самые маленькие гамма-фотоны

(36)

(37)

(38)

Как видно, самый маленький фотон - гамма-фотон, а самый большой - инфракрасный фотон. И мы сразу получаем ответ на вопрос: почему с увеличением энергии фотонов увеличивается их проникающая способность?

Потому, что с увеличением энергии фотонов растет их масса, а значит и плотность электромагнитных полей, которые сжимают фотон до минимальных размеров. Чем меньше размер фотона, тем больше у него проникающая способность.

3.Почему фотоны всех частот движутся в вакууме с одинаковой скоростью?

Потому, что изменение частоты фотона является следствием изменения его массы, которая, в свою очередь, изменяя плот-ность электромагнитных полей фотона, приводит к изменению радиуса его вращения, который всегда равен длине волны. Указанные изменения происходят таким образом, что произведение частоты на длину волны всегда остается постоянным для фотонов всех частот и равным (24).

4.Почему фотоны обладают свойствами волны и частицы одновременно?

Потому, что замкнутость электромагнитных полей по круговому контуру придает фотону свойства частицы, а колебания центра масс М этой частицы относительно геометрического центра придают ей волновые свойства (рис. 6). Поскольку поверхность фотона не сферическая, а имеет сложную криволинейную форму, то, взаимодействуя с объектами, формирующими дифракционные и интерференционные картины, они будут распределяться на экране не беспорядочно, а в соответствии с формой поверхности и вытекающими из этого законами взаимодействия.

5.Почему фотоны движутся прямолинейно?

Потому, что линейное движение фотона совершается одновременно с вращательным и колебательным движениями, в результате формируется кинетический момент, который удерживает фотон на прямолинейной траектории. Тут же уместно отметить, что кинетический момент фотона - это и есть его спин, направленный вдоль оси его вращения. Этот факт строго следует из размерности постоянной Планка и, как мы уже показали, из результатов анализа данных экспериментальной спектроскопии. Конечно, он противоречит теории Максвелла, согласно которой спин фотона направлен вдоль траектории движения фотона. Это естественное противоречие, так как теория Максвелла работает за рамками аксиомы единства пространства - материи - времени.

6.Почему фотоны поляризованы?

Потому, что они вращаются в одной плоскости, и центробежные силы инерции, действующие на центры масс электромагнитных полей фотона, увеличивают их радиальные размеры и уменьшают размеры, перпендикулярные плоскости вращения. За счет этого фотоны приобретают форму, отличную от сферической и близкую к плоской.

7.Почему фотоны не имеют заряда?

Потому, что они состоят из четного количества разнонаправленных электрических и магнитных полей, которые делают общий заряд фотона равным нулю.

8.Почему угол падения фотона равен углу отражения независимо от ориентации плоскости вращения (поляризации фотона)?

Потому, что в процессе контакта фотона с плоскостью отражения он частично деформируется и принимает форму, близкую к сферической. Но это не все. Расчеты показывают, что в момент отражения у фотона отсутствует поперечная составляющая импульса. Таким образом, близость формы фотона к сферической в момент отражения и наличие только продольного импульса формируют условия, при которых угол падения фотона равен углу отражения независимо от ориентации его плоскости вращения в момент отражения.

9.Сразу ли фотон после отражения или рождения имеет скорость света или вначале движется с ускорением?

При отражении или рождении фотон движется с ускорением, потому что процессы рождения и отражения являются переходными процессами, в течение которых он достигает предельной скорости через определенное количество колебаний.

10.Теряет ли фотон энергию в переходном процессе?

Да, в основном теряет, передавая ее объекту, с которым взаимодействует. Свидетельством этого является Комптон-эффект, согласно которому у отраженного фотона увеличивается длина волны, а это, как видно из соотношений

,

возможно только при уменьшении его массы и частоты колебаний. Тут нам необходимо отметить, что мы соглашаемся с идеей А. Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии. Уменьшение энергии фотона эквивалентно уменьшению его массы, а уменьшение массы приводит к уменьшению плотности электромагнитных полей и уменьшению сил, сжимающих фотон; за счет этого увеличивается радиус вращения фотона. Равенство между электромагнитными силами и центробежными силами инерции, действующими на центры масс электромагнитных полей, восстанавливается за счет уменьшения угловой скорости вращения центра масс фотона, а значит, и линейной частоты его колебаний. В этом состоит сущность процесса «краснения» фотонов в Комптон - эффекте и в эффекте Доплера.

Аналогичное явление происходит и при рождении фотона.

Доказательством этого является инфракрасное и ультрафиолетовое смещение спектральных линий в астрофизических наблюдениях.

11. Какова природа радиоволнового диапазона шкалы электромагнитных излучений [10]?

Радиоволновый диапазон излучений - это поток фотонов, а модулированная радиоволна - поток импульсов фотонов (рис. 7).

Рис. 7. Структура электромагнитной волны

12. Почему дальность распространения поверхностной радиоволны увеличивается с увеличением ее длины?

Потому, что с увеличением длины радиоволны увеличивается количество фотонов, формирующих эту длину волны (рис. 7) и растет вероятность доставки информации такой волной., несмотря на то, что часть фотонов рассеивается средой, а часть - поглощается. При уменьшении длины волны количество фотонов, несущих ее, уменьшается и падает вероятность доставки ими информации до приемника.

13. Каким образом радиоволна длиною в километры передает информацию антенне приемника, размеры которой могут быть несколько сантиметров и даже значительно меньше?

Передача информации радиоволной длиною в километры антенне приемника на много порядков меньше длины радиоволны возможна благодаря тому, что эту волну несет совокупность одиночных фотонов. Поэтому для возбуждения электронов антенны приемника в заданной последовательности достаточно, чтобы на нее попало несколько фотонов из (рис. 7) этой совокупности (волны).

14.Почему реликтовое излучение имеет наибольшую интенсивность в миллиметровом диапазоне?

Потому, что в этом диапазоне лежит длина волны наибольшего по размерам, но наименьшего по массе инфракрасного фотона, и потому, что все фотоны в процессе своей жизни и многократных столкновений постепенно теряют свою массу и перерождаются в инфракрасные фотоны с наименьшей массой (энергией). Длина волны этих фотонов лежит в миллиметровом диапазоне. Так что реликтовое излучение, по-видимому, - излучение устаревших фотонов.

15.Какие электромагнитные излучения соседствуют с реликтовым излучением?

Излучения, длина волны которых больше длины волны реликтового излучения, относятся к радиоволновому диапазону, а излучения с меньшей длиной волны - к инфракрасному диапазону.

Размещено на Allbest.ru