Абсолют и квантовый передел
Абсолют
Абсолют - буквально означает "Как Солнце" - безусловный, неограниченный, совершенный.
Существуют два взгляда на мир:
а) Мир открыт и благотворит
б) Мир замкнут и неизменен
Первый взгляд воплощает замысел Бога-Творца.
Второй взгляд воплощает замысел Абсолюта.
Бог отражает творительное начало Мира.
Абсолют отражает консерватизм искуственного целого.
Абсолют происходит от возвышения продуктов человеческого творчества, искусства, умейства. Возвышения над человеками.
Но кажется есть у Абсолюта аналог внутри самого человека. Это его защитная иммунная система, которая
неустанно и вся определяет "свой-чужой" и уничтожает-взрывает все чужое. И тем оберегает и сохраняет целостность организма. Аналогия как бы
оправдана: когда человек болеет, когда защита и сохранение становятся доминантными, когда борьба за жизнь становится важнее жизни.
Чувствуете фальшь? - Жизнь управляет иммунитетом и никогда не наоборот. - Так что: показалось.
Принципы Абсолюта:
• И прошлое и будущее уже состоялись и неизменны.
• Все качественные изменения иллюзорны.
• Главными законами Мироздания являются законы сохранения материи и движения.
• Симметрия фундаментальнее асимметрии.
• Все имеет свой материальный носитель и поддается точному измерению.
В целом можно было бы сказать, что Абсолют - это кастрированный Бог, лишенный творительного начала Бог. Но
это еще одна кажимость. Абсолют - это панорамная фотография окружающего мира, выдаваемая за сам Мир.
Абсолют йоги
Йоги верят в Абсолют и стремятся приблизиться к нему.
Хотя Абсолют задан и неизменен, тем не менее он непостижим человеком - подобно тому как человек непостижим для представителей его
кишечной микрофлоры. Тем не менее: возможен самосущественный сдвиг человеческого осознания в сторону Абсолюта.
Можно предложить и другую аналогию: Абсолют = Подобный Солнцу: а поверхность Солнца - это сложноорганизованная и запредельно
динамизированная оболочка, которая дает нам информации в сотни тысяч раз больше чем остальной космос. И это только поверхность Солнца. Объем
информации от Солнца создает некоторое представление о силе Абсолюта. А качества Солнца - сияние, температура, сгущение плазмы к ядру, общая
мощь, масштаб - создают некоторое представление о качестве и мощи Абсолюта.
Прикоснувшись на полминуты к Абсолюту человек может получить точное видение своего будущего, которое можно представить в форме романа. Абсолют же
целостно содержит миллиарды человеческих романов и триллиарды триллиардов иных романов во всей Вселенной.
Йоги сформулировали условия приближения к Абсолюту, по которым мы можем делать выводы о природе Абсолюта:
• полная безвредность для других существ как ваших действий, так и мыслей
• спокойное стремление к естеству=истине во всем и всегда
• отказ от соблазнов и умеренность во всем
• ежедневное-неуклонное-спокойное искоренение плохих привычек и развитие хороших привычек
• поддержание чистоты тела-души-разумения + их повседневная праздничная ориентация начиная с мелочей + развитие их здоровой силы
Следуя этим условиям человек способен сконцентрировать и преобразовать грубые энергии в чистые феномены абсолютного толка: Божественные
озарения и Божественные состояния осознания-самочувствия (Самадхи, Нирвана, ...).
Что тут можно добавить. Йога хороша и полезна, пока она строится на здравом смысле. Следует заметить, что йоги в поисках Абсолюта твердо
опираются на здравый смысл, телесное здоровье и природные источники энергии: Воздух, Вода, Солнце... Поэтому - учитывая низкий процент
озаренных - может быть дело все-таки не в Абсолюте. Тем более, что все истории выдающихся йогов отличны именно мощным творительным началом.
Европейский Абсолют
Европейская наука тоже верит в Абсолют. Но все у нее все время получается как-то не вполне абсолютно. Который раз вводит абсолютные константы
и системы координат и законы сохранения... только вот вместо неизменности Мира все время получается какая-то нелепица: то тепловая смерть Вселенной,
то ее взрыв из математической точки, то невероятные объемы невидимой материи.
Все эти глупости - Энтропия, Большой взрыв, замкнутость Вселенной, Скрытые массы и энергии... - пропагандируются так долго и наваливаются
на новых человеков еще в школе - в форме и объеме не позволяющих молодняку не то чтобы даже пикнуть что-то против, но даже подумать что-то
альтернативное.
Тем не менее: все это вполне очевидные глупости.
Попробуйте подумать самостоятельно над любой из этих глупостей. Например: принцип возрастания энтропии означает что Вселенная
умерла и всё что мы наблюдаем - "и жизнь и любовь и вдохновение и прогресс..." - все это брожение или гниение трупа Вселенной. Ученые и сами
понимают, что давно потеряли чувство меры. Поэтому сами и объявляют: теория должна быть достаточно безумной; разумная наглядность - это
пережиток, в основе истин лежит абстрактный закон. Абстрактный = Непроверяемый прямо или здравым смыслом. То есть современный научный подход основывается на безумии и отсутствии прямой связи с реальностью.
Причина всех этих нелепиц в том, что европейская наука изначально обслуживает нужды лидерной властной пирамиды.
Исходное противостояние Бога и Абсолюта здесь выражается
взаимоотношением между лидерной организацией общества и природной общинной самоорганизацией. Между народовластием и самовластием.
Народовластие сформировалось в Древней Греции.
Это демократия - демам=землям кратная власть.
Это аристократия - власть наилучших человеков.
Самовластие сформировалось в Древнем Риме.
Это автоократия - абсолютная власть тирана и его наместников.
Еще одно пояснение. Народовластие здесь является природной общинной самоорганизацией. Самоорганизация строится естественным балансом
человеков с природной средой: от стадно-племенной-деревенской организации 60-500 человек до городской организации в несколько тысяч человек
и больше. Каждой общине соответствует целостная территория-земля-дема. И община делегирует своего представителя, свой голос в
государственное сообщество.
И общий вывод: современная власть сочетает автократию с демократией. И хотя их соотношение весьма различно в разных странах, но в целом
необходимо признать: всюду доминирует автократия. При этом самовластцы развитых стран ушли в тень и правят скрытыми капиталистическими средствами. Ведь это страны капитализма - не народовластия=демократии или там аристократии=наилучших - это власть управителей капиталов и
движения капиталов и воспроизводства соответствующих прав.
Реконструкции Абсолюта
Абсолют в научном познании мира представляет собой кастрированного Бога. То есть в смысле творческой потенции он сугубо вторичен.
И даже первое пришествие Абсолюта явилось в форме реконструкции. Реальную политическую историю мы пока пропустим, так как вы - благодаря
образованию - совершенно
не готовы к ее восприятию. Сосредоточимся на научной истории, которая вполне самостоятельна и часто предваряет существенные сдвиги в
организации общества и в производстве благ.
Первый Абсолют явили нам Аристотель и Птолемей.
Как уже сказано абсолютизм сугубо вторичен: Аристотель и Птолемей системщики, они объединяют разные оригинальные результаты-методы и перетрактовывают
их. Аристотель кормится многими, Птолемей кормится Гипархом. А весь реальный познавательный прогресс античной эпохи восходит при этом к Хору-Гермесу и Пифагору.
У Абсолюта есть еще одно сильное свойство - он консервативен. Аристотель и Птолемей надолго законсервировали качественный прогресс.
Но мир все же меняется, появляются новые таланты-гении-мастера и генерируют качественно новые идеи-способы-потребности-ресурсы. Здание
Абсолюта от всего этого ветшает и начинает разваливаться. Это не аналогия. Ведь балки перекрытий, стены и фундамент этого здания
представляют собой самые твердые, самые опорные-основополагающие представления о Мире. Представления уточняются-обогащаются-развиваются...
Браге, Кеплер, Декарт, Мерсенне, Паскаль, Гюйгенс, Гук, Лейбниц развалили первый Абсолют. Это истинные творители современной науки.
Потребовалась новая реконструкция Абсолюта: сначала Галилей и Церковь, затем Ньютон со товарищи. Хватило на 200 лет:
причем в первые 100 лет
Кеплер с Декартом были запрещены, а Мерсенне-Паскаль-Гюйгенс-Гук были преданы полному забвению;
в следующие 100 лет Ньютонов Абсолют был
развален в каждом пункте, но традиция и ученая власть твердо удерживала его авторитет в целом.
Квантовая теория в сочетании с Теорией относительности являет нам новейшую обширную реконструкцию Абсолюта.
И автоматически означает 100-летний регресс в познавании Божественного Мира. Потому что победа Абсолюта - это равносильно отчуждению от
человеков Божией благоти.
Квантово-относительной реконструкции хватило на 60 лет. В 60-х годах фундаментальная наука в погоне за ресурсами и от технократической самоуверенности
выдала прогноз прогрессивного развития во всех сферах: термояд, искусственная пища, искусственный разум, освоение Солнечной системы,
общество благоденствия. Затем Наука получила государственные кредиты и успешно провалила все свои НАУЧНЫЕ прогнозы.
Доверие к науке было подорвано и человечий мир стал погружаться в пучину неопределенности.
Квантовые Предтечи
Немецкий физик Рудольф Клаузиус (1822-88):
• Уточнил первый закон термодинамики: внутреннюю энергию тела можно увеличить либо подводя к нему тепло, либо производя над ним работу. Это
закон сохранения энергии в теплопроцессах.
• Сформулировал второй закон термодинамики (1850): Невозможен самопроизвольный переход теплоты от холодного тела к горячему.
• Ввел понятие энтропии (1865) как меры рассеяния энергии или меры беспорядка и сформулировал принцип самопроизвольного возрастания энтропии
замкнутой системы: Изолированная система стремится к состоянию с максимальной энтропией.
Затем Клаузиус сформулировал гипотезу Тепловой смерти Вселенной.
Большой немецкий ученый Герман Гельмгольц (1821-1894) в 1847 году математически обосновал закон сохранения энергии и тем показал его
всеобщий характер.
Немецкий физик Густав Кирхгоф (1824-1887):
• Совместно с Робертом Бунзеном открыл спектральный анализ (1859).
• Ввел понятие Абсолютно черного тела: полностью поглощающего все падающее на него электромагнитное излучение. Излучение такого тела
находится в тепловом равновесии со своим веществом и поэтому спектр его излучения определяется только его температурой.
• В 1859 году сформулировал закон теплового излучения: отношение испускательных и поглощательных способностей любого тела равно
испускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре.
Максимальный Планк
Немецкий физик Макс Планк (1858-1947) - отец квантовой механики.
Молодой Планк воспринял закон сохранения энергии как Евангелие, как первый из абсолютных законов управляющих миром. Сферой действия Планк
избрал термодинамику, а его духовными учителями стали Гельмгольц-Клаузиус-Кирхгоф. К 1890 году Планк стал весьма известным ученым.
В 1893 году Планк специально освоил нетемперированную фисгармонию - довольно сложный инструмент. И затем живописал преимущества
равномерно темперированной настройки по Баху. Вот такой он был принципиальный.
В 1896 году Планк выдвигает идею универсальности закона возрастания энтропии.
Затем его внимание, тяготеющее ко всему абсолютному, сосредотачивается на проблеме излучения Абсолютно черного тела. С этого тела собственно и начинается история
квантовой механики.
Для расчета спектров равновесного излучения Планк ввел модель электрических осциляторов: а) уравнения Максвелла показывали как осциляторы
поглощают и излучают волны, б) статистические законы Больцмана указывали зависимости колебаний от температуры. Модель была весьма хороша, но
проблемы расчета спектров решить не смогла.
Излучение абсолютно чёрного тела
Моделью такого тела считается полость с маленькой дырочкой
наружу. Попадающий в дырочку свет заблуждается в полости и поглощается. Но если стенки полости нагреть, то очевидно что и дырочка начнет
излучать это равновесное излучение.
Таким образом дырочка=отверстие в полость и является абсолютно чёрным телом. Обратите внимание: отверстие = тело. С такого
выворота и начинается вся квантовая механика.
Обратите внимание - 2: излучение абсолютно чёрного тела принято считать самым естественным излучением, независящим от материальной природы
тела = то есть считается, что это свет в чистом виде!
Вот она чистая сила идиотизма:
самый чистый свет излучает абсолютно чёрное тело!!
которое является дырочкой в темную полость.
Вывернули фоновый равновесный свет окружающей среды в свет абсолютно чёрного тела. Оторвали свет от материи и предположили что такой свет
будет одинаков для любых тел и будет равномерен во всем диапазоне температур.
В узком интервале частот плотность электромагнитной энергии в данной модели рассчитывается по формуле Рэлея-Джинса:
Еω=Vω2kБT/π2c2
V - объем полости, ω - частота света, с - скорость света, Т - температура в
градусах Кельвина, kБ - постоянная Больцмана 1,4×10-16 эрг/°С
- переводит градусы в эрги). Узкий интервал частот - это примерно такой диапазон: 5×10-14 ÷ 5,001×10-14
Гц
Эта формула хорошо описывает излучения малых частот. На больших частотах действует другая формула, в которой плотность энергии экспоненциально спадает с ростом частоты.
Но абсолютные физики игнорировали формулу для больших частот и пробовали распространить формулу Рэлея-Джинса на весь диапазон частот. И тогда
получался безсмысленный результат: полная энергия излучения на всех частотах равна бесконечности. Этот результат назвали ультрафиолетовой
катастрофой: абсолютно чёрное тело нагретое до высокой температуры и высоких частот должно (по формуле Рэлея-Джинса) излучать бесконечно много энергии в области
ультрафиолета.
Дурацкая модель дала на границе дурацкий результат.
И вот в 1900 году Планка осенило: осциллятор, колеблющийся с частотой ω, излучает дискретными порциями (квантами), энергия которых
пропорциональна частоте Е=ђω.
То есть энергия волны принимает дискретные значения ђω, 2ђω, 3ђω...
ђ=1,0546·10-34 Дж·с позже получила название Постоянная Планка.
ђω получил название Квант действия или Квант энергии или просто Квант.
В итоге Планк получил формулу:
или
Когда ђω значительно меньше температуры получается формула Рэлея-Джинса. Дискретные значения излучений и экспоненциальный спад
энергии с ростом частоты снимают "ультракатастрофу" и неточности высоких частот.
Тепловой спектр имеет здесь максимум при частоте
ωmax = 3,69×10-11 T
О распределении энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела Планк доложил 19 декабря 1900 года на заседании Берлинского физического общества. Это день рождения квантовой теории.
Таким образом Планк обогатил пустотную абстрацию, встроив вовнутрь ее масквелловы осцилляторы и получив в итоге кванты действия. Хотя
реальная история похоже отличается от популярной истории.
В 1900 году коллеги Планка - Курльбаум и Рубенс - проводили опыты для уточнения полного спектра теплового измерения. Опираясь на формулу
Рэлея-Джинса, экспоненциальную формулу для больших частот и формулы распределения Больцмана Планк стал конструировать свою формулу,
учитывающую результаты новых опытов. И формула сложилась. И Планк применил ее к своей модели осциляторов: анализ показал, что формула
требует чтобы осциллятор излучал энергию не непрерывно, а порционно. Рассчет порций привел Планка к квантам. Затем Планк видоизменил
первичную формулу, внедрив в нее квантовую постоянную и доложил результат - уже авторизированный - публично.
Планк отметил, что квант действия - это "... либо фиктивная величина, и тогда весь
вывод закона излучения был в принципе ложным и представлял собой всего лишь пустую игру в формулы, лишенную смысла, либо же вывод закона
излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике..." В
течение 15 последующих лет Планк извинялся перед коллегами, когда речь касалась квантов. Но - тем не менее - любил свое дитя и оказывал
разнообразную помощь и поддержку непосредственно своим квантовым последователям.
В чем тут неясности
Создатель квантовой механики - Бор - то и дело заявлял: классический подход здесь совершенно неправомерен, явления микромира недоступны
воображению человека, проблем хватает - но иного пути нет и быть не может.
Эти заявления стали обычными как для основателей квантовой механикки, так и для школьных учебников.
Попробуем все же понять: что же произошло при зачатии квантовой механики.
Абсолютно чёрное тело поглощает все лучи, поэтому в замкнутой системе тепловое равновесие этого тела будет соответствовать максимальной
температуре. Для наглядности представьте две фляги с водой под летним Солнцем: одна покрашенная в черный цвет, другая - зеркальная. Черная
фляга нагреется сильнее и тепловое равновесие в ней установится при более высокой температуре. Теперь пусть Солнце будет постоянным, а фляги
будут в тени - это и будет наглядным приближением (черная фляга останется теплее).
При установившемся тепловом равновесии количества поглощяемой и излучаемой энергии будут равны.
Пока все понятно.
Сделаем шаг вперед и рассмотрим зависимость плотности энергии от температуры и ее распределение по частотам-длинам излучения.
График получается так: вот тело нагретое до 6000 градусов, по формуле Планка находим для каждой длины волны (частоты) значение
интенсивности.
При этом площадь под полученной кривой дает полную интенсивность излучения. Она оказывается пропорциональной четвертой степени
температуры.
Тоже понятно.
Теперь сформулируем исходные вопросы ультрафиолетовой катастрофы.
Формула для малых частот была известна.
Формула для больших частот была известна.
Забудем про модель абсолютно чёрного тела - в пользу представления самого "абсолютно чёрного тела". Оно равновесно и отражает некий
несуществующий процесс. Реальные тела принимают и ислучают энергию во всем диапазоне частот и процесс этот существенно связан с материальной
природой тел. Формулы равновесного излучения применимы в основном к металлам.
Смотрим на график и не видим никакой ультрафиолетовой катастрофы.
Качественно график задается формулой Стефана-Больцмана (1879-1884) полного излучения абсолютно чёрного тела:
S=σТ4
здесь σ - это постоянная Стефана-Больцмана = 5,67·10-8 Вт·м-2·К-4
То есть полное излучение без всяких катастроф обосновывалось и вычислялось уже в 1884 году.
Получается мнимая катастрофа дурацкой модели.
От Гейзенберга мы знаем, что квантовой формуле Планка предшествовала другая формула, которая точно и без квантов описывала полный спектр
теплового излучения. То есть можно вернуться к первичной формуле.
Отметим напоследок два момента:
а) роль Людвига Больцмана в этой истории - ведь получается что Планк подогнал формулу Рэлея-Джинса под формулу
Стефана-Больцмана
Больцман покончил жизнь самоубийством в 1906 году на 62 году жизни из-за бедности и непризнанности.
Работы Больцмана были широко признаны через 10 лет после его смерти. Так в 1913 году Планк представляя Эйнштейна в члены Прусской академии
попросил академиков быть снисходительными к квантовой модели фотоэффекта кандидата. То есть кванты Планка пока еще относились к неприличным
для науки гипотезам. И - вероятно - так же наука пока еще относилась к теориям и распределениям Больцмана, к которым восходят - например - все квантовые
статистики.
б) использование Планком двух идей: порционное излучение света + экспоненциальный спад плотности энергии с ростом частоты: такая
двойственность стала основным приемом в развитии квантовой механики
Эйнштейн
Трудно быть объективным: уж очень мне не нравится этот Эйнштейн.
Но деваться некуда - между Человеками и Природой громоздится Эйнштейн и следует понять что он здесь делает.
Альберт Эйнштейн учился в Федеральной высшей технической школе в Цюрихе. По его словам уже тогда предложил
интерференционную методу для обнаружения движения эфира. Причем независимо от Майкельсона, так как ничего не знал о всемирно известном опыте
Майкельсона проведенном в 1881 году за 17 лет до озарений молодого студента и уже откоментированном суперфизиком той эпохи Хендриком
Лоренцем.
С 1902 по 1909 год Эйнштейн работал экспертом в Федеральном бюро патентов в Берне.
В 1905 году Эйнштейн пишет первую научную статью о статистическом объяснении броуновского движения. Патентовед с
3-х летним стажем ничего не знал о уже опубликованной соответствующей теории Мариана Смолуховского.
В том же 1905 году Эйнштейн в эвристической статье вслед за Планком предполагает что свет
является зернами энергии, несущимися со скоростью света в пустом пространстве. Считается что это революционная идея. Сравните эту "революционную" идею с Планковским: свет
излучается-поглощается дискретными порциями энергии и распространяется со скоростью света. Революционность таким образом сводится к
объявлению света частицами без пояснения их волновой природы. Дерзкая такая идея, так как корпускулярно-волновая двойственность была
обоснована только через 20 лет. С другой стороны: здравствуй Ньютон! и прости...
В том же 1905 году Эйнштейн позаимствовал формулы Лоренца и Хевисайда (E=mc2) для своей теории относительности.
Отметим что с 1897 года Лоренц и Пуанкаре всесторонне публично обсуждали принципы относительности в связи с
теорией эфира. Но если Лоренц применил преобразования длин для объяснения "неуловимости" эфира, то Эйнштейн зафиксировал эти
преобразования скоростью света как
абсолютной скоростью любых взаимодействий. То есть отсек живой эфир.
Так весьма удачно молодой патентовед замыкнул точки неопределенности в физике: сформулировал по
своему и - заметно позднее - сформулировал более формально полно = патентоспособно.
В 1915 году Эйнштейн использует вторую сторону Лоренцова эфира в новой "революционной" идее о искривлении
пространства массой: эффект оставил - эфир опять умолчал. Готовил эту идею (ОТО) не один, а вместе с М.Гроссманом. Одновременно в 1915 году к
общерелятивистким уравнениям приходит совершенно иным путем Гильберт. Обе модели восходят к публикациям Лоренца и Пуанкаре.
В том же 1915 году Эйнштейн совместно с нидерландцем Де Хаазом предсказывает вращательный момент при намагничивании
ферромагнетика.
В это же время развивает квантовую теорию излучения: о вынужденном излучении. Сам?
В 1917 году формулирует идею статичной Вселенной: вполне в излюбленном духе абсолютизма. Соответствующие формулы
сконструированы. В 1922-1924 годах Александр Фридман доказал, что из уравнений ОТО следует что Вселенная округло замкнута, но не статична: либо пульсирует, либо расширяется. Эйнштейну признание доказательств Фридмана далось с трудом. Тем не менее выводы Фридмана ясно
соответствовали законам сохранения и симметрии.
В 1927 году Эйнштейн пробует подход к единой теории поля: К теории связи гравитации и электричества Калуцы.
Работа Теодора Калуцы опубликована в 1921 году. В 1926 году опубликованы работы Оскара Клейна и Владимира Фока, пробующие обобщить теорию
Калуцы и во многом параллельные будущей работе Эйнштейна.
В том же 1927 году Эйнштейн совместно с Громмером ставит проблему вывода движения частиц из гравитационных уравнений.
Параллельно с индусом Шатьендранатом Бозе Эйнштейн создает квантовую статистику для бозонов (бозе частиц).
Все феномены этой статистики справедливо именуются по Бозе: бозон, бозе-газ, бозе-жидкость.
В 1938 году совместно с Инфельдом и Гоффманом решает проблему движения частиц в ОТО. В это же время независимо эту
проблему решает и Фок.
В том же 1938 году совместно с Бергманом пробует-таки обобщить теорию электричества Калуцы.
В 1949 году совместно с Инфельдом обобщает движение частиц исходя из гравитационных уравнений.
Альберт Эйнштейн был довольно мудрым=хитрым системщиком и был весьма точным человеком. Поэтому у него практически нет полностью
оригинальных работ. То развивает чью-то идею (отмечая в будущем что не знал о ней), то поддерживает не очень известных талантов. При этом
хорошо известен метод Эйнштейна: а) первичное неприятие новой идеи - вот здесь неочевидно, сыро, некрасиво; б) нахождение совместного
компромисса - вот теперь, совместными усилиями стало все ясно и красиво.
Сравните: уравнения Максвелла, электронная теория Лоренца, уравнение Шредингера, волны Де Бройля. Все это вполне оригинально
= сделано лично и никем не дублировано.
Впрочем кажется есть исключение: квантовая модель фотоэффекта, идея фотонов-частиц, модель вынужденного
излучения. За что собственно Эйнштейн и
получил Нобелевскую премию в 1921 году. Хотя всю жизнь критиковал квантовиков. Есть смысл покопаться в истории фотоэффекта - чтобы
подтвердить талант Эйнштейна и тем уменьшить мою неприязнь.
Еще один момент. Часто в рассказах о Эйнштейне говорится: вот эта идея была быстро воспринята ведущими учеными.
Это обман. Обе теории относительности были отвергнуты большинством крупных ученых: Пуанкаре, Лоренц, Томсон, Резерфорд... Признавались же
они в основном квантовым и околоквантовым сообществом, причем как правило признавались формально - за принадлежность к новому племени и
научной новоэлите.
Фотоэффект
Принято считать, что классическая волновая физика принципиально не способна объяснить фотоэффект и эффект
Комптона. Ну никак.
Все остальное волновая теория Гюйгенса-Френеля объясняет (тонкие квантовые эффекты пока оставим в стороне). Даже
давление света. А вот здесь пасует, эти эффекты находятся за границами ее возможностей.
Мы уже видели сколь противоречиво основание первичной квантовой идеи - модель абсолютно чёрного тела. Моя цель
довольно проста: убрать противоречия и абсолютные абстракции из представлений о мире. Для этого - например в случае с равновесным излучением
- необходимо полностью заменить модель на Больцмановскую и при этом ответить на вопрос о квантованности светоизлучения-светопоглощения.
Ожидаемый результат: устранение пустот, тумана и противоречий из осознания-памяти-чувств.
Рассмотрим фотоэффект:
• если заряженную металлическую пластинку облучать светом, то пластинка разряжается: то есть происходит вырывание электронов из вещества
• эмиссия-истекание-вырывание электронов начинается мгновенно
• число вырываемых электронов (сила фототока) пропорционально световому потоку (интенсивности света)
• кинетическая энергия фотоэлектронов пропорциональна частоте света
• если частота света становится меньше некоторой величины, то сила тока падает до нуля - это красная граница фотоэффекта
Традиционно утверждается, что по волновой теории энергия фотоэлектронов должна зависеть от интенсивности света
(от амплитуды волны).
Эйнштейн объяснил фотоэффект квантовыми свойствами:
1. Свет представляет собой поток фотонов, каждый из которых поглощается отдельно.
2. При этом выполняется закон сохранения энергии mv2/2 = hν - A
здесь А - энергия выхода электрона из атома
3. При v=0 задается красная граница фотоэффекта hνmin = А .
Электроны поглощают кванты света и вырываются из вещества.
Чем больше интенсивность света, тем больше энергии поглощается металлом и потому больше вылетает электронов.
Энергия фотона тем больше, чем больше частота света. Поэтому: чем больше частота - тем больше энергия
фотоэлектрона.
Все просто и очевидно? В общем-то простое явление.
Именно за это Эйнштейн получил Нобелевскую премию.
Что вызывает проблемы в уяснении этой простой и очевидной теории?
1. Кинетическая энергия электронов здесь следует постфактом из формулы Эйнштейна. Но уже традиционно объявляется
наперед. А физически она имеет смысл запирания процесса вблизи красной границы фотоэффекта.
2. Что такое электрон, который вырывается? - Это вероятностное облако, являющееся одновременно частицой и
волной. Понятно?
3. Что такое фотон, который падает на поверхность металла? - Это вообще незнамо что: динамизированное зерно то
ли энергии то ли материи, с непонятной массой.
4. Что первично: квантованность самого света или квантованность его поглощения-излучения электронами? Что
первично: сдвиг электрона со своей орбиты или энергосдвиг атома?
Не случайно квантовые учителя все время твердят о принципиальной невозможности наглядного восприятия и прояснения феноменов
микромира. И не пытайтесь мол - заучивайте и верьте нашим формулам.
Несводимость фотоэффекта к волновой теории определяется зависимостью энергии фотоэлектронов от частоты света.
Ведь здесь по волновой теории должно зависеть от амплитуды волны.
Так оно и зависит! Вопрос только в красной границе, в минимальной частоте начала фотоэффекта. Почему ниже этой частоты не происходит вырывания
(термин то какой) электронов? Что происходит с поглощаемыми фотонами-светом ниже этой частоты? Куда-где накапливается в атоме их энергия?
Представим взаимодействие виртуального электрона со светом (электромагнитной волной). Свойства света задаются его частотой и плотностью
энергии. Свет как известно является поперечной волной, хотя отец волновой теории Гюйгенс настаивал на продольности колебаний света (и
гравитации). При этом исходил не из электро-магнитных свойств света, а из эфирной теории прямолинейного распространения света.
Реальные волны объемны, что бы там не говорили школьные физики. Вот вам пример. Резец токарного станка улучшали разными способами. Цель -
увеличить скорость резания. Сделали резец слоеным - резание стало мягче, скорость возросла, резец стал самозатачиваться. Скорость выросла в
3-4 раза. Увеличили прижим - получили прямые разрушительные биения. Попробовали изменить форму поверхности контакта резца и металла.
Существенный сдвиг неожиданно возник при переходе к немного бульбообразному резцу (как у морских суден). Скорость выросла еще в 3 раза. Но при этом
прямые радиальные биения - также неожиданно - преобразовались в перпендикулярные. И хотя они были заметно слабее исходных прямых биений, но
с ними ничего поделать не удавалось. Решение этой проблемы вылилось в ряд изобретений: увеличение площади контакта резца в хвостовой
трущейся части для управления параметрическими колебаниями, резонансные микроколебания резца, динамизация режущей зоны (смазка,
электромагнитные воздействия, температура, катализаторы...). Скорость выросла еще в 3 раза и проявились контуры металлообработки чистыми
полями с невиданной скоростью.
Так же и со светом. Отменим абсолютность скорости света, выдвинутую тем же Эйнштейном, и получим возможность продольных колебаний,
которые целостным образом связаны с поперечными колебаниями.
Итак свет падает на металл и его атомы с электронами. Волны создают энергодавление, которое поглощается веществом и увеличивает его
внутреннюю энергию = колебания атомов. Большая часть света поглощается, естественно, ядрами атомов - идет на нагрев, но небольшая часть достается и вертихвостам-электронам.
Электрон принимает свет согласно своему объему.
При этом поперечное колебание преобразуется в толчок продольного колебания. Чем больше частота, тем сильнее толчок.
Объяснение становится полным, если рассматривать электроны как возмущения гравиэфира вокруг атомных ядер. Эти возмущения самопорождаются
природой ядер и имеют форму устойчивой неопределенности.
Устойчивость здесь характеризуется зарядом и массой электронов, которые при этом не являются ни частицами - ни волнами. Попробуйте
называть их резонансами - если так вам будет спокойнее. Неопределенность можно трактовать как объемную волну вероятности - опять же для
душевного спокойствия.
Эффект Комптона
Это эффект изменения частоты волны рентгеновского излучения в результате упругого рассеяния фотонов на электронах легких атомов (графит,
парафин...).
Согласно принятой волновой теории электромагнитное излучение заставляет электроны колебаться с частотой излучения и стало быть электроны
становятся излучателями с той же частотой. Первичное излучение было выбрано рентгеновское: чтобы энергия каждого кванта была значительно
больше энергии связи электрона в атоме - тогда этой связью можно было бы пренебречь.
Это стандартное введение: а) должны согласно колебаться, б) будем бить молотком. А где логика?
Артур Комптон провел эксперимент, который показал что частота рассеянных лучей уменьшалась: тем больше - чем больше был угол рассеяния.
Объяснение было таким: электрон поглощал часть импульса кванта и, так как энергия кванта пропорциональна частоте, то это вело к
уменьшению частоты или увеличению ее длины.
Особенно простой получилась формула для изменения длины волны:
Δλ=0,0024 - 0,0024 cos φ
здесь φ - угол рассеяния излучения
В 1922 году Артур Копмптон провел эксперимент, в 1923 году обосновал его и в 1927 году получил за это половину Нобелевской премии. Абсолютный рекорд!
Обратите внимание: учебное волновое объяснение ну никак не связано с экспериментом. В рамках квантовой теории измерить как колеблются
электроны невозможно.
Волновое объяснение эффекта Комптона аналогично объяснению фотоэффекта:
• электроны принимают излучение своим как бы телом-объемом
• часть энергии тратится на выбивание электрона из атома
• оставшаяся энергия излучается
• разница дает уменьшение частоты
Всё то же самое: волны света поглощаются и излучаются согласно природе-свойствам электронов. При этом механизм поглощения-излучения
связан с переходом поперечных колебаний света в продольные и обратно.
Электромагнитные колебания света как бы всасываются электроном=гравиэфировозмущением.
Главный вопрос: а что такое электрон?
Непростой вопрос. Мало того что электроны ведут себя и как частицы и как волны, они к тому же практически неуловимы - размазаны
вероятностно вокруг ядра атома. Отрицательные электроны жестко привязаны к своим орбитам и двигаются по ним вокруг положительных ядер совершенно без потерь энергии, хотя из соображений здравого смысла
должны почти мгновенно падать на ядро. Электроны в металле хаотически двигаются со средней скоростью в 1000 км/с. Включаем электрический ток
плотностью 1 А/см2: электроны по идее должны быстро разгоняться до 1000 км/с, но электроны двигаются со средней скоростью 1
миллиметр за 1 минуту! - Кто они, эти странные электроны?
Более общий вопрос: а что представляют из себя стабильные микрочастицы - протон, электрон, фотон, антинейтрино и тысячесекундный нейтрон?
Промежуточные итоги
Квантовая теория и Теория относительности представляют собой реконструкцию Абсолюта.
Со времен Ньютона Абсолют деградировал благодаря накоплениям талантов и гениев и - особо - благодаря восстановлению волновой теории Френелем,
благодаря открытиям Фарадея-Максвелла, благодаря всеобщему развитию научного прагматизма в сторону технического прогресса и общего
благоденствия.
Новая реконструкция Абсолюта была подготовлена Клаузисом-Планком и проведена Эйнштейном-Бором. Восстановление Абсолюта в научном познании
вселило уверенность властных элит в возможность реставрации старого лидерного порядка и вселило уверенность молодых элит в возможности
наведения нового лидерного порядка. Сложилась соревновательная ситуация: Кто же из них реставрирует властную пирамиду и займет обновленный
трон?
Это привело к первой мировой войне, к революциям, ко второй мировой войне, к холодной войне, к современным локальным войнам.
Реставрацию Абсолюта выполнили в основном немецкие ученые.
Предтечей реставрации стал Рудольф Клаузиус: тепловые законы сохранения энергии, принцип самовозрастания энтропии, тепловая смерть
Вселенной. Вообще-то он был Рудольфом Готтлибом, но наименовал себя по латински: взяв за основу латинский корень "клаус" - закрывать,
замыкать. Рудольф Закрыватель был как и все служители абсолюта системщиком: он системно закрывал-замыкал-заклеивал-зашивал все дыры и щели в
платье Лидерного восприятия Мира.
Отцом реконструкции стал Макс Планк: универсальность возрастания энтропии, дискретность излучения абсолютно чёрного тела.
Первым молодцом Абсолюта выступил Альберт Эйнштейн:
Вторым молодцем Абсолюта выступил Нильс Бор
Излучают не электроны, а атомы и молекулы.
Электрон не является ни частицей, ни волной.
Квантовая логика
Логика микромира принципиально и абсолютно отлична от человеческой логики. Так нам говорят с самого рождения квантовой теории. То есть:
исходные аксиомы и основные формулы квантовой теории - в человеческом понимании - не имеют смысла. То есть: они безсмысленны.
Нормой написания является "бессмысленность", но я не хочу нагружать тему ассоциацией "бесовские осмыслы". К
тому же мне нравятся буквальные смыслы: приставка "бес" означает "без" - так чего запутывать мозги? --- И двоеточия я ставлю вполне
осмысленно: опираясь на старую традицию и здравый логос.
Теперь картину квантовой логики можно немного прояснить:
а) берем безсмысленные утверждения-формулы
б) делаем из них выводы и осмысленные интерпретации
в) вновь замыкаем все в новые безсмысленные формулы
Все бы так просто. Но основные положения квантовой теории не просто безсмысленны, они противоречат здравым наглядным представлениям.
И все же я постараюсь показать вам, что все эти "парадоксальные" квантовые основания имеют ясный смысл. Достаточно сменить точку зрения.
Но перед этим хочу представить вам краткую историю квантовой механики с вкраплениями истории теории относительности.
Краткая история
1881 Альберт Майкельсон - измерение эфирного ветра.
1897 Открытие электрона - Джозеф Томсон.
1900 Квант равновесного излучения - Макс Планк.
1903 Атом Томсона.
1905 Квантовый фотоэффект - Альберт Эйнштейн
1905 СТО Эйнштейна: абсолютизация скорости света.
1911 Ядрёный атом Резерфорда.
1912 Дискретность взаимодействий электрона Франк-Герц.
1913 Атом Бора: постулаты Бора:
а) стационарные состояния атома
б) квантовые переходы между состояниями
Объяснения: спектр водорода, заполнение
электронных оболочек и периодичность свойств элементов.
1915 ОТО Эйнштейна: гравитационная метрика, замкнутая Вселенная.
1917 Вынужденное излучение - Эйнштейн.
1919 Первая искусственная ядерная реакция - Резерфорд.
1920 Открытие протона - Резерфорд.
1921 Предсказание нейтрона - Резерфорд.
1922 Пространственное квантование - О.Штерн-Герлах.
1922 Эффект Комптона.
1922 Модель расширяющейся или пульсирующей Вселенной - Фридман.
1925 Ферми статистика для фермионов - частиц с полуцелым спином Ферми
1924 Волны Де Бройля: корпускулярно-волновой дуализм (трактуемый Бором и Гейзенбергом как волны вероятности)
1925 Принцип Паули: каждому электрону в атоме свое состояние.
1925 Матричный вариант квантовой механики со статистической интерпретацией Гейзенберг / Борн / Иордан.
1926 Волновая механика Шредингера - квантованность как резонансы, уравнение Шредингера.
Примерно в этот же период:
• Теория представлений: Дирак / Иордан
• Бозе статистика для частиц с целым спином Бозе / Эйнштейн
• Метод вторичного квантования Дирак / Иордан
• Обменное взаимодействие тождественных частиц - Дирак-Гейзенберг
• Предсказание античастиц (позитрона) - Дирак
1927 Принцип неопределенности Гейзенберга
1927 Принцип дополнительности Бора: эксперимент дает данные либо о энергиях и импульсах, либо о поведении в пространстве и времени
(попытка обобщения принципа неопределенности Гейзенберга)
* Принцип соответствия Бора: новая теория должна включать старую как предельный случай.
1927 Дифрация электронов - Дэвиссон-Джермер / Томсон-младший
1927 Правило Гунда заполнения электронами уровней
1928 Уравнение Дирака движения частиц со спином 1/2
1929 Дифрация атомов и молекул - О.Штерн
1930 Гипотеза нейтрино - Паули
1932 Открытие нейтрона - Чедвик
1932 Ядро из протонов и нейтронов - Иваненко / Гейзенберг
1932 Открытие позитрона в космических лучах - Андерсон
1933 Рождение электрон-позитронной пары из гамма-кванта - Андерсон
1935 Эффект замедления нейтронов - Ферми
1953 Обнаружение нейтрино - Райнес, Коуэн
1961 Условие минимума энергии Клечковского
Копенгагенская вероятностная интерпретация корпускулярно-волнового дуализма не была принята Шредингером, Планком, Эйнштейном, Де Бройлем,
Ферми, Лауэ. Более того: Де Бройль и Шредингер тяготели к чисто волновой теории, в которой скачки электронов являются волновыми резонансами.
Область применения квантовой механики
Структура атомов и их спектры
Природа химической связи
Объяснение периодичности химических элементов
Сверхпроводимость
Сверхтекучесть
Ферромагнетизм
Квантовая электроника
Теория твердого тела
Нобелевские премии создателей квантовой механики
1918 Макс Планк - Общие заслуги и равновесное квантовое излучение
1921 Альберт Эйнштейн - Квантовый закон фотоэффекта
1922 Нильс Бор - Квантовая модель атома
1927 Артур Комптон - полпремии за квантовый эффект Комптона
1929 Луи де Бройль - обоснование волновой природы элементарных частиц
1932 Вернер Гейзенберг - основания квантовой механики
1933 Эрвин Шредингер, Поль Дирак - по полпремии - основания квантовой механики
1937 Клинтон Дэвиссон, Джордж Томсон-мл. - по полпремии - открытие дифрации электронов
1945 Вольфганг Паули - принцип Паули
1954 Макс Борн - полпремии за статистическую интерпретацию волновой функции
1965 Ричард Фейнман, Синъитиро Томонага, Джулиус Швингер - за фундаментальные труды по квантовой электродинамике
Строение атомов
Краткая история представлений о строении материи
Это история атомов, протонов, электронов, фотонов, гравитонов.
Первую модель атома предложил Демокрит 2400 лет назад:
• Мир состоит из атомов и пустоты.
• Атомы - это мельчайшие, неделимые, абсолютные частицы материи.
• Атомы непрерывно двигаются и взаимодействуют друг с другом: сцепляются в подвижные комплексы и далее в явления и в неподвижные предметы.
• Атомы бывают разные по форме и величине: самые маленькие атомы - это шарики человеской души и мысли; есть атомы тетраэдрные, кубические
продолговатые, заостренные, кривые, с крючками, клейкие и магнитные.
Алхимики опирались на идеи Пифагора и Гермеса Трисмегиста. Согласно им все в
мире сложено из 4+1 первостихий, которые имеют предпочтительные формы (огонь - тетраэдр...) и свойства и
в процессах круговоротно переходят друг в друга. Стихии - это субстанции, сущности лежащие в основе всего.
С 1530 года в алхимии и медицине стала популярной модель Парацельса, сводившая все разнообразие мертвых и
органических веществ к соединению ртути, серы и соли (позже химики выделили 3 класса простых веществ: металлы,
металлоиды, неметаллы и 4 класса соединений: оксиды, кислоты, щелочи, соли). В отличие от стихий первоначала Парацельса вещественны.
Рене Декарт в в 1630-х годах сформулировал основы рационального познания мира. Благодаря своему методу
Декарт развил понятие эфира, тонкой упругой материи управляющей всеми видимыми движениями. Эфир и его вихри объясняли действие гравитации и природу
света. Тончайшая материя света по Декарту представляла собой слой переходной к эфиру. Свет следовал эфирным потокам и в эффектах
преломления вел себя как поток упругих шариков, проходящий сквозь упругую эфирную сетку.
Через 50 лет идеи Декарта развил Христиан Гюйгенс - световой и - более тонкий - гравитационный эфир,
соответствующие волны и волновые законы (распространение волнового фронта, толчковая продольность света и гравитации). Эфир Гюйгенса
представляет собой сгустки еще меньших частиц и т.д. Упругость эфира при этом есть естественное свойство его адаптации к очень быстрому
движению сквозь него и со всех сторон еще более тонкой материи.
В 18 веке формируется аналитичная химия, которая выявляет элементарные вещества и молекулярные соотношения в их соединениях. Толчком
послужила теория флогистона Георга Шталя (1700 год), которая опредмечивала стихию Огня до теплорода. Она объясняла
процессы горения и обжига высвобождением теплорода. Но главным здесь было другое: горение соединяло воздух с веществами, а ведь кислород
составляет 50% веса земной коры. То есть большая часть веществ представляет собой окислы.
Любопытно что Ломоносов и Кавендиш считали теплородом выделенный ими водород - вот они мельчайшие атомы!
Теория теплорода-окислов позволила химикам персонифицировать различные элементы, входящие в окислы. В соединении с развитием газовой
химии и аналитических методов это позволило с 1735 по 1800 удвоить число чистых элементов с 16 элементов известных издревле.
В 1750-х годах Бенджамин Франклин предлагает модель атмосферного электричества, изобретает громоотвод,
вводит понятия положительного и отрицательного зарядов.
В 1785 году Шарль Кулон открывает закон взаимодействия электрических зарядов пропорционально произведению их
сил и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Антуан Лавуазье в конце концов разрешил загадку флогистона в пользу кислорода. И с друзьями систематизировал первую
таблицу простых элементов (1787).
В 1800 году Алессандро Вольта изобретает электрическую батарею - позволявшую накапливать и использовать
мощные электрические заряды.
В 1805 году Джон Дальтон формулирует основные принципы атомистики:
у простых веществ
различные атомы,
эти атомы неделимы и обладают собственным весом,
простые атомы могут разнообразно соединяться в сложные атомы (молекулы).
В 1807-1808 годах Гемфри Дэви с помощью электролиза открывает 5 новых элементов.
В 1814 году Амадео Авогадро прозрел, что разные газы при одинаковых давлении и температуре содержат
одинаковое количество частиц. Число этих частиц в заданном объеме и, значит, размер этих частиц удалось определить только через 50 лет.
Затем Йенс Якоб Берцелиус систематизировал все химические достижения и развил атомно-молекулярное учение:
разработал стройную систему атомных весов, точно определил вес 45 элементов, открыл 4 новых элемента, расположил атомы по
размеру-числу-весу, связал их электрическими силами, ввел буквенные обозначения химических элементов. Особо отметим электро-химическую
теорию Берцеллиуса (1815), согласно которой все соединения состоят из положительно и отрицательно заряженных частей. Исходя из этой теории
определялась атомность простых элементов - их способность к образованию связей (мы называем это валентностью). Берцеллиус - научный гигант и
заслуживает отдельной главы в школьном учебнике.
В 1820-х годах Андре Ампер подводит всех к идее первичности электрических зарядов и их движений относительно
магнитных явлений.
В 1815-1825 годах Жан Огюстен Френель возрождает - после 120-летнего старательного забвения - эфирно-волновую теорию Гюйгенса
и развивает ее, объясняя с единой точки зрения все
известные световые явления: явления интерференции, эфирная теория дифракции, поперечность света, поляризация, линзы Френеля. При этом он
упрощает эфир Гюйгенса до светоэффектов.
Майкл Фарадей в 1830-х годах открывает электромагнитную индукцию, открывает ионы, открывает законы
электролиза, вводит понятия электрического и магнитного полей, выдвигает идею электромагнитных волн.
Майкл Фарадей в 1830-1850 годах сделал ряд фундаментальных открытий: химическое действие электрического тока, взаимосвязь между
электричеством и магнетизмом, магнетизмом и светом; открыл электромагнитную индукцию - явление, которое легло в основу электротехники,
открыл законы электролиза, открыл пара- и диамагнетизм, вращение плоскости поляризации света в магнитном поле. Фарадей вводит понятия
электрического и магнитного поля, выдвигает идею существования электромагнитных волн. Богато.
В 1854-1858 годах Фридрих Кекуле создает теорию валентности.
В 1859 году Роберт Бунзен и Густав Киргоф открыли спектральный анализ,
позволивший более просто и надежно идентифицировать простые химические элементы и составные вещества.
В 1861 году Александр Бутлеров объсняет многообразие органических веществ различием структурного строения.
В 1860-х годах Джеймс Максвелл создает теорию электро-магнитных волн и эфирно-волновую электродинамику.
Максвелл возвращает в волновую теорию живой эфир и распространяет ее действие на принципиально новый класс явлений.
В 1865 году Йозеф Лошмидт рассчитал диаметр молекулы азота 0,969 нм (втрое меньше точного) и число Авогадро.
С этого момента к относительным атомным массам добавилось явное измерение размера и массы атома-молекулы.
В 1869 году Дмитрий Менделеев открыл периодический закон и периодическую таблицу химических элементов,
которых насчитывалось к тому моменту 63.
В 1872 году Людвиг Больцман дал статистическое (вероятностное) обоснование второго закона термодинамики,
связав газовые законы с числом Авогадро. В 1884 году Больцман вывел вероятностную формулу полного равновесного излучения. Все это имеет
непосредственное отношение к законам микромира и послужило основанием будущих квантовых статистик.
В 1874 году Якоб Вант-Гоф представляет учение о пространственном строении молекул (стереохимия).
В 1875 году Хендрик Лоренц в магистерской диссертации выдвинул идею о носителях элементарных зарядов,
которые играют определяющую роль в электромагнитных явлениях и в химических связях. Для этого ему пришлось зафиксировать эфир Максвелла,
который мог увлекаться телами. Электронная теория молодого Лоренца получила мировое признание в рекордные сроки.
В 1881 Альберт Майкельсон с помощью изобретенных им точных интерферометров измеряет скорость света
относительно эфира и получает результат в 9 раз меньший по сравнению с стационарным эфиром Френеля-Лоренца. Если посчитать результаты Майкельсона
как нулевые, то можно сделать вывод о абсолютном постоянстве скорости света. В 1887 году более совершенный эксперимент Майкельсона и Морли
дал скорость эфира в 4-6 раз меньшую чем в теории стационарного эфира.
В 1890 году Джон Рэлей и Вильгельм Рентген дали новую оценку постоянной
Авогардо в 1,5 меньшую современной.
В 1894 году Джозеф Джон Томсон измеряет скорость катодных лучей в 2000 раз меньшую световой: высказывает
предположение о том, что это частицы. Через год Жан Перрен определяет отрицательность заряда катодных лучей. В 1897 году Томсон измеряет
массу катодных частиц в 2000 раз меньшую массы иона водорода. Так был открыт электрон. Томсон тогда же предполагает, что электрон играет главную роль
в образовании химических связей и что один конец химической связи имеет отрицательный заряд, а второй - положительный заряд. В 1898 году Томсон
определил точный заряд электрона.
Добавим что Томсон сделал и другие открытия: предсказал и обнаружил изотопы, открыл фотоэффект, заложил
основы электронной теории металлов, объяснил непрерывность спектра рентгеновских лучей. А Рентген в 1895 году открыл эти Х-лучи и получил за это
первую Нобелевскую премию.
Первые атомные модели
Квантовые механики обожают повторять, что наглядно представить = понять объекты микромира человеческим сознанием-чувствами невозможно.
Устройство микромира во всем парадоксально, если подходить к нему с наглядных позиций. Постороить атом, который жил бы согласно прямым
механическим и волновым аналогиям невозможно. Ричард Фейман подытоживает эту позицию: "я не знаю ни одного квантового физика, который бы
понимал квантовую физику", "атом попросту не похож ни на что, что вы могли бы видеть и его движение-жизнь не похожи на движения и явления
чего бы то ни было в человеческом мире".
При этом считается, что качественная картина (понятийная!!) квантовой механики полностью сложилась, а трудности в основном связаны с
количественным рассчетом (точное подтверждение экспериментов) - точные формулы либо весьма специфичны, либо весьма сложны.
При этом известно, что с самого начала творители квантовой механики без зазрения совести пользовались любыми полезными классическими
соображениями-формулами-оценками, но напрочь отказывали классическим физикам в интерпретации явлений микромира.
Объясняются все эти парадоксы и бессовестности просто: создатели квантовой механики боролись за место на научном Олимпе.
Попробуем все-таки представить и понять явления и объекты микромира. Исходя непосредственно из
известных моделей.
В 1903 году Джозеф Джон Томсон предложил первую атомную модель: атом - это положительно заряженная капля, на
поверхности которой плавают отрицательно заряженные электроны. Электроны электрически взаимодействуя с ядром образовывали цепочки, которые
задавали периодические свойства элементов. Если внешние воздействия, толчки нарушали электрическое (кулоновское) равновесие, то это
создавало колебания отражавшееся в спектрах. Модель продержалась до обнаружения чрезвычайно малого ядра атома.
В планетарной модели ядреного атома Эрнста Резерфорда 1911 года электрические заряды (электроны) вращаются вокруг
малого ядра с положительным зарядом. Согласно теории Максвелла такое (радиально ускоренное) движение электических зарядов должно производить
излучение электромагнитных волн и тем уменьшать энергию движения зарядов. В результате электроны должны тормозиться и приближаться к ядру.
Плюс электрическое притяжение зарядов электрона и ядра. Рассчет показывает, что электрон должен тормозиться-приближаться практически мгновенно. Если так, то стало быть электроны не вращаются
вокруг ядра - а падают до какого-то уровня и удерживаются вокруг ядра какой-то силой: компенсирующей притяжение противоположных зарядов.
В связи с этим вновь и вновь возникают вопросы:
• а что такое атом? - размером 10-8 см с ядром размером 10-13 см
• а что такое электрон? - с непонятным размером, неуловимый, с массой в 2000 раз меньшей чем у протона, вероятностно размазанный в орбиталь
• а что такое свет или фотоны? - излучаемые, поглощаемые то ли электронами, то ли атомами и не имеющие массы=размера
Нильс Бор в 1913 году предложил постулаты=условия которые как бы разрешают противоречия в движении
электронов и попутно объясняют спектр водорода (только водорода, спектры других атомов модель Бора объяснить не
смогла):
1 постулат - атом находится в стационарных состояниях, в которых электроны вращаются без излучения
2 постулат - состояния атома квантованы, отделены друг от друга уровнями энергии кратными энергии одного фотона или кванта
• Если электрон принимает энергию (квант), то он отдаляется от ядра. Если он излучает энергию (квант), то он приближается к ядру.
• На стационарной орбите электрон может вращаться бесконечно долго без излучения (без потери) энергии.
В модели Бора энергия электрона жестко задана его орбитой. То есть электрон не самостоятелен, электрон здесь является некоторой
особенностью (возмущением) атома. То есть электрон порождается атомом.
То что электрон (отрицательный электрический заряд) вращается вокруг ядра (положительный электрический заряд) без трения еще как-то можно
представить, невозможно представить другое - электрон вращается вокруг протона-ядра без создания электрических сил!!
Если все же представить, то мы вновь приходим к выводу, что электрон несамостоятелен и является порождением-особенностью-возмущением
атома в целом. То есть электрон не является частицей!!
Как вы можете видеть в приведенной интерпретации противоречий нет, противоречия возникают при утверждении первоавторами дополнительных
положений. Противоречий нет - есть неопределенности составляющие предмет задачи: что такое ядро атома, что такое электрон, что такое свет?
Школьная модель атома
В 1900 году Макс Планк предлагает кванты действия для объяснения полного равновесного излучения.
В 1905 году Альберт Эйнштейн предлагает считать что свет излучается-поглощается-распространяется порционно -
фотонами - и объясняет на этой основе фотоэффект.
В 1916 году Гильберт Льюис разработал классическую теорию электронной связи.
В 1920 году Эрнст Резерфорд открывает протон и предсказывает существование нейтрона.
В 1924-1928 годах Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг, Поль Дирак, Эрвин Шредингер, Вольфганг Паули
разрабатывают основы квантовой волновой механики (до сих в популярно-школьных текстах квантовая теория
представляется как дискретно-корпускулярная, как противоположность волновой теории).
1927 год - открытие волновой природы электронов (дифракции) Джорджом Паджетом Томсоном и - независимо -
Клинтоном Дэвиссоном.
В 1932 году Джеймс Чедвик открывает нейтрон.
Одновременно сложилось современное представление о атомах:
• ядро атомов состоит из положительных протонов и нейтронов и занимает объем 10-12-10-13
см
• оболочка атомов состоит из отрицательных электронов: движение электронов неопределено и они представляют собой вероятностные облака (орбитали),
которые задают объем атома в 10-8 см
• масса протонов и нейтронов в 1840 раз больше массы электрона
• электроны существуют только на определенных орбитах, их сдвиги происходят с излучением-поглощением квантов энергии (фотонов)
• атомы могут запасать энергию за счет возбуждения = внутренних колебаний частей
• даже при абсолютном нуле температуры существует некоторый уровень возбуждения=движения атома, уровень принулевых колебаний
• химические связи имеют электромагнитную природу электроны-ионы + движение позитронных дырок и в основном объясняются классической
физикой-химией:
а) при сближении атомов сначала включается слабое межмолекулярное притяжение индукционной природы
б) затем электроны смещаются от своего ядра в сторону подошедших ядер и тем создается электроно-ядерное кулоновское взаимопритяжение атомов,
превышающее пока ядер-ядерное отталкивание
в) при дальнейшем сближении определяющим становится ядер-ядерное кулоновское отталкивание
• когда атомные ядра оказываются на расстояниях ~ 10-13 см, тогда действуют в основном
ядерные силы - в сотню раз сильнее чем кулоновские:
а) при увеличении этого расстояния ядерные силы притягивают ядра, сначала с огромной силой - но при увеличении расстояния до 10-11
см они уменьшаются до нуля
б) при уменьшении этого расстояния ядерные силы с огромной силой отталкивают ядра
в) на расстояниях ~ 10-16 см проявляется действие слабого ядерного взаимодействия, связанного
с распадом-образованием нейтронов с выходом-поглощением электронов и антинейтрино
• отдельные нейтроны существуют 1000 секунд и затем распадаются на протон, электрон и антинейтрино
• протоны, электроны, фотоны, антинейтрино существуют вечно и имеют двойственную природу: ведут себя и как частицы, и как волны
Остается добавить, что бесплотное антинейтрино было изобретено в 1931 году Паули для спасения квантового закона сохранения при распаде нейтрона.
Паули попросту выдумал фантомную частицу, наделив ее искусной способностью спасти ситуацию: бесплотная, незримая, всепроникающая и несущая
при этом нужный заряд. Паули признавался: Я сделал что-то ужасное... что невозможно проверить экспериментально. Нейтрино открыли через 25
лет и оно до сих
пор остается весьма тёмной и неуловимой лошадкой. С нейтрино часто связывают гравитационные эффекты: от прямого использования до кумуляции в
скрытых массах галактик (чемпионы по раздуванию мух просто малые дети по сравнению с астрофизиками).
Основные вопросы те же: что такое атомное ядро, что такое электрон, что такое фотон? - Любимый афоризм квантовиков:
Квантовую механику нельзя понять, к ней можно только привыкнуть. Учитывая как тяжело давалось это привыкание самим создателям
квантовой механики, хочется избавить от этих мук и себя и наших детей-школьников.
Квантовая логика - продолжение
Напомню основной способ квантового познания:
а) берем новые экспериментальные данные
б) упрощаем суть = выявляем логическую самодоминанту опыта
в) постулируем прямой самосмысл опыта
г) подбираем антитезу - обычно из уже имеющегося арсенала ключевых абстракций
д) соединяем смыслофеномен и антитезу: бамс - формулируем новую абстракцию
е) выводим следствия, которые осмысленно интерпретируем
ж) замыкаем интерпретации в пограничные абстрактные условия и формулы
Цикл повторяется до получения устойчивой схемы.
Опытный самосмысл и абстрактные утверждения здесь здравым смыслом не отягощаются. Более того: их старательно вычищают-дистанируют от
прямых наглядных представлений или проверок. Это не столь сложно, так как основные постулаты квантовой механики безсмысленны в обычном
понимании. Держись основ и абстрактность будет обеспечена автоматически.
О безсмысленности квантовых абстракций нам неустанно напоминают отцы-основатели и учебники: это вот так-то и так-то, а это вот так-то,
отсюда следует то-то и то-то - но не ищите здесь логики, так как логика микромира совершенно и абсолютно отлична от человеческой
логики.
С другой стороны: успехи квантовой механики обширны. Хотя всегда подчеркивается, что особенно хороши качественные модели микромира - а
вот количественные рассчеты весьма сложны и содержат в себе немало сложностей.
Насчет ясности качественных объяснений:
• Эйнштейн не раз повторил, что сколько он не добивался, ему так и не объяснили смысл принципа дополнительности Бора.
• Фейман любил повторять, что квантовую теорию не понимает ни один человек в мире.
Хендрик Лоренц - человек с могучим физическим и математическим мышлением - в 1924 году заметил: жалею только о одном - что не умер 5 лет
назад, когда все еще представлялось ясным. Это было сказано именно в тот момент, когда квантовая механика впервые обрела целостные
основания: Луи де Бройль сформулировал волновой подход.
Раз уж такие могучие умы - Томсон, Пуанкаре, Лоренц, Резерфорд, Эйнштейн... - так и не признали квантовую механику, так и не поняли ее
основы; то что делать нам?
Тем не менее: возможно существенно продвинуться в понимании основных постулатов квантовой механики - если взглянуть на них с несколько
иной точки зрения.
Открытия Джозефа Томсона и Эрнеста Резерфорда - электрон, атом, радиоактивные превращения - открыли новую область познания. Глубинное
строение материи является фундаментом всех явлений и в начале 20 века исследования микромира вышли на первый план, опередив химию и
электродинамику. Микромир стал самой значимой и - потенциально - самой многообещающей областью науки (при этом
активировался и другой полюс исследований - Вселенная, Пространство-Время-Гравитация).
К тому же общий технический прогресс начал явным образом учитываться в государственном управлении и возрос уровень поддержки
перспективных исследований со стороны частных лиц + была учреждена Нобелевская премия. Престиж и призовые фонды научной деятельности заметно
возросли и с открытием атомной области в науке создалась революционная ситуация.
В этой связи на первый план в основаниях квантовой механики выходит её отношение к альтернативному классическому способу познания. И
многое - в абсолютно абстрактной теории - становится понятным даже школьникам.
Апологетом квантового подхода против классического подхода стал Нильс Бор.
Основания квантовой механики
Принцип дополнительности Бора:
если у нас чего-то не получается, то мы вправе и без зазрения совести будем использовать классические и волновые объяснения; но ни в коем
случае не наоборот - так как классическая физика принципиально не в состоянии познавать микромир.
Этот принцип Бор использовал уже в 1913 году, когда соединил атом Резерфорда с квантовыми орбитами и
скачками - абсолютно несовместимыми со здравым смыслом. Поэтому они возможны только в форме постулатов = аксиом = недоказуемых истин.
Эффект Комптона (1923):
частота рассеянных на электронах лучей уменьшается пропорционально углу рассеяния. Этот эффект оказался решающим в становлении
квантовой теории.
Принцип корпускулярно-волнового дуализма де Бройля (1924):
вообще-то все не так трагично: частицы могут считаться волнами и наоборот - электроны можно понимать и так и так. Связующая формула
Де Бройля λ=h/mv.
Уточнение Бора:
ни в коем случае: только вместе - потому что классический подход вне квантового подхода неправомерен.
Квантовая матричная механика Гейзенберга (1925)
отказ от точной электронной орбиты в пользу вероятных предельных (больших) орбит, которым соответствуют частоты и интенсивности
излучения, описываемые Фурье-разложениями.
Волновое уравнение Шредингера (1926)
Подтверждение волнового подхода (1927)
открытие волновой природы электронов (дифракции) Джорджом Паджетом Томсоном и - независимо - Клинтоном Дэвиссоном.
Принцип неопределенности Гейзенберга (1927):
измеряя координаты частиц мы вправе получать при этом любые значения импульса частиц и наоборот: оперируя с импульсами мы вправе полностью
игнорировать координаты. Δx·Δpx ≥ h.
Дополнение Бора к принципу Гейзенберга:
неопределенность значения импульса электрона больше чем значение получаемое по классической формуле, поэтому классический подход
совершенно непригоден для описания микромира
Принцип дополнительности Бора нацелен на восстановление барьеров против
классического=наглядного=осмысленного познания. Восстановление необходимо, так как меняются-уточняются собственные основания квантовой
механики и прежние заборы становятся недостаточными. Принцип жестко разграничивает энерго-импульсную и пространственно-временную картины,
постулируя что вследствие взаимодействия микрообъекта с измерительными воздействиями эти картины-данные взаимоисключают друг друга. То есть:
волновые или корпускулярные свойства проявляются только в разных опытах, проведенных при взаимоисключающих условиях. То есть
рассматривать волновые и корпускулярные свойства в рамках одного опыта безсмысленно.
Аристократ Луи де Бройль желал вернуть в явления микромира здравый смысл и открыл их волновое представление. Наиболее полно волновой
подход был развит в теории Эрвина Шредингера. В 1926 году он по аналогии с чисто волновым подходом сгенерировал основное уравнение квантовой
волновой механики - волновое дифференциальное уравнение в частных производных. Квантовые состояния и скачки в волновом подходе предстают как
стоячие резонансные волны. При этом длина орбиты электрона должна быть кратной целому числу длин элементарной волны.
Бор с Гейзенбергом в штыки приняли волновой подход, но так как факты подтверждали его, то Бор-Гейзенберг предложили вероятностное
(статистическое) толкование волн Де Бройля и уравнения Шредингера.
"Волновое уравнение Шредингера, согласно этому толкованию, относится к комплексной (ненаблюдаемой) величине
— амплитуде вероятностей. Квадрат модуля этой величины дает картину распределения вероятностей обнаружить частицу в различных точках
пространства. Так, если частица свободная, то эта вероятность (в отличие от амплитуды!) вообще не зависит от координат и от времени,
т. е. одинаково вероятно обнаружить частицу в любой точке. Но это вовсе не означает, что частица «равномерно размазана» по всему
пространству: можно говорить лишь о вероятности ее обнаружения." В.И.Григорьев
Учебники обычно говорят, что Боровская интерпретация оказалась верной. Тем не менее: Де Бройль и Шредингер не признали Боровскую =
Копенгагенскую интерпретацию. Не признали ее и Планк и Эйнштейн.
Добавим к этому, что Энрико Ферми - хотя и был одним из основоположников квантовой теории - упорно избегал ею пользоваться.
Почему же интерпретация Бора превозмгла всех?
Тут проявилась еще одна внутренняя суть квантового подхода - это экспериментальный подход со встроенной подгоночной методой (смотрите
начало главки).
"В вычислительных задачах квантовой механики распространен метод перенормировки: при больших энергиях в малых пространствах часто
получаются бесконечные значения (длина волны, масса, заряд) и тогда из из одной бесконечности вычитают другую. Если разность соответствует
данным экспериментов, то это считается подтверждением верности теории. Многие физики считают, что здесь попросту идет подборка удачной
статистики. При этом в сложных фазах могут появляться голые электроны (беззарядовые). Сами основоположники квантовой науки отмечали, что
подобное озорство или мелкое жульничество неопасны и даже полезны в начальных этапах формализации." А.К.Сухотин
Эйнштейн:
"Именно теория должна установить, что можно наблюдать, а что нельзя."
"Здравый смысл - это толща предрассудков."
То есть квантомеханики с одной стороны использовали подход Гейзенберга, а когда возникали затруднения пользовали подход Шредингера. В
развитии естественно. Подход Гейзенберга - это статистическая аппроксимация процессов математическими рядами и операторами (подобно
суперптолеемой современной астрономии). Подход Шредингера - это адекватная замена классического подхода для сглаживания противоречий.
Почему же доводы Бора-Гейзенберга превозмгли доводы Де Бройля-Шредингера непосредственно в их дискуссии.
Во-первых: Де Бройль и Шредингер и многие другие остались при своих убеждениях.
Во-вторых: спор сконцентрировался на основопологающих моментах: а) вывод формулы Планка и б) постулатах Бора.
Де Бройль и Шредингер желали исключить "эти проклятые скачки", но для этого им необходимо было переосмыслить Постоянную Планка и ее
возникновение в процессах электрон±фотон. А для этого необходимо было переосмыслить что такое фотон, что такое
электрон и что такое атомное ядро. А для этого необходимо было вернуть в познавательные основания эфир, да не простой эфир - а живой эфир
Гюйгенса-Лейбница.
Надеюсь я помог вам прояснить часть парадоксов квантовой механики.
Макс Планк: "Значение научной идеи часто коренится не в ее истинности... главное ценно или неценно это для науки."
Я бы добавил здесь: ...для моей науки.
Вторая часть парадоксов квантовой механики связана с переосмыслением существа фотона, электрона и атомного ядра.
Общая схема представлена. Предмет ее развертывания проявлен в этой главе. Следующий
шаг: плавное погружение в основания квантовой механики с целью переосмысления представляемых здесь закономерностей и уточнение сущности и
поведения фотонов-электронов-ядер.
Да прибудет нами волшеба во благоть.
Артур Васильев.
