Смирнов О.Г., кандидат технических наук
ФИЗИКА И ПРОБЛЕМЫ МИРОЗДАНИЯ
А. Нелинейная квантовая физика и физика атомов
Рассматриваются элементы нелинейной квантовой физики применительно к строению атомов.
1. В линейной квантовой физике квант энергии Екв связан с частотой V зависимостью
Екв = Иv или Екв = Йш , (1)
где И - постоянная Планка, Й =Ь/(2л), а ш = 2пу .
Более точное решение конкретных задач дает нелинейная квантовая физика [1], в которой вместо (1) принимается
— 9 — 9
Екв = И V или Екв = Йш , ( Й = И / (4П
( Й = И / (4п2 )). (2)
Постоянная Планка в (2) зависит от температуры
И = 2,821кЬ2/ (с 2Т), (3)
где к - постоянная Больцмана, Ь - постоянная Вина, с - скорость света в вакууме. Справочное значение постоянной Больцмана к = 1,3806504(24)-10"23Дж-К"1. Однако в [2] было доказано, что постоянная Больцмана зависит от размеров частиц. Так например, для частиц радиусом 10- м при температуре 293К (200С), постоянная Больцмана меньше примерно на 0,5%. Для частиц, сопоставимых с молекулами, постоянная Больцмана меньше примерно на 17%, а для фотонов уже в несколько раз (кф= 0,3913164-10"23Дж-К"1). Поэтому в (3) надо принять к=кф.
При Т = 293К из (3) найдем И =3,52-10"48Дж-с2, при Т - 6000К получим И =1,72-10"49Дж-с2, а при Т = 1000К имеем И =1,03-10"48Дж-с2.
2. Современная линейная квантовая физика приходит к выводу, что для описания движения электрона в атоме нельзя пользоваться законами классической физики. Действительно, это следует из соотношения неопределенностей
Ах -Аих > Й ( 2те ), (4)
где те - масса электрона.
Неопределенность координаты электрона Дх-10"11 м (электрон принадлежит атому водорода). Согласно (4) Д и х=1,05457-10"34/(2-9,09-10"31-10"п)=5,8-106м/с. Движению электрона по круговой орбите (г ~ 0,5-10-1°м) соответствует его скорость и ~ 2,3-106м/с. Неопределенность скорости Д и х больше самой скорости и нельзя говорить о движении электрона по определенной траектории.
Согласно нелинейной квантовой физике, вместо (4) будем иметь [3]
Ах - Аи х ■Аt > Й / (2те), (5)
где Дt - время жизни в возбужденном состоянии системы (атома водорода). Д^10"8с. Й «10-49 Дж-с2 (для Т=293К). Неопределенность здесь Д и х~0,5м/с. Это означает, что в на-
шем случае неопределенность скорости очень мала и вполне можно говорить о движении электрона по определенной траектории.
3. Полная энергия электрона в водородоподобной системе
Е = -2е2/ (8лв0г),
(6)
где 2 - количество протонов в ядре атома; е - элементарный заряд; 80 - электрическая постоянная, г - радиус орбиты электрона. Линейная квантовая физика (решение уравнение Шрёдингера) дает энергетический спектр водородоподобного иона
Еп = -тееА221 (з2л2Й28оИ2 ), (п = 1,2,3...)
(7)
В нелинейной квантовой физике [1] Й2 заменяется на Екв- Й
Поскольку
Еп = -тее422 I (32п2Екв Йв^п2
Е = Е - Е = 21тее^ 2п +1
^кв ~ п п+1 _ '
32п2Екв Йв0 п2 (п +1)
(8)
(9)
то
2 2 2тее4
Е =
кв
2п +1
8И в2 п2 (п +1)2
Отметим, что более точно вместо те подставлять тпр=те1(1+те1М), где М - масса ядра. Приравняв правые части (6) и (8) получим
(10)
Екв = тпте2е11 (4п2пво Й),
а с учетом (10)
г2 = ^^ ,(п = 1,2,3...) 2те (п +1)2
(11)
(12)
Интересно, что в формуле (12) радиус орбиты электрона зависит от температуры, но не зависит от 2.
При Т=293К радиус орбиты электрона в основном состоянии (п=1) г=1,92-10-10м, при Т = 6000К радиус г=0,42-10-10м, а при Т=1000К имеем г = 1,04-10-10м. Боровский радиус не учитывает температуру и равен г = 0,529-10-10м.
4. Каждому газу присущ определенный линейчатый спектр. В спектре атома водорода известны шесть серий, описываемые одной формулой, называемой обобщенной формулой Бальмера
(
V = Я
1
1
Л
2 2 V т п у
15 -К
(13)
где Я - постоянная Ридберга (Я ~ 3,29-10 с- ).
Швейцарский ученый И. Бальмер (1825-1898) подобрал эмпирическую формулу для атома водорода в видимой области спектра (т=2; п=3,4,5...). В ультрафиолетовой области находится серия Лаймана (т=1; п=2,3,4...).
В инфракрасной области спектра были также обнаружены: серия Пашена (т=3; п = 4,5,6.); серия Брэкета (т=4; п = 5,6,7.); серия Пфунда (т=5; п = 6,7,8.); серия Хэмфри (т=6; п = 7,8,9.).
Нелинейная квантовая физика приводит формулу (8) к виду (для атома водорода)
откуда
Е2
тее
4 Г
— 7
8ИВ0 V т
(14)
п У
или
4 тее4 ( 1
V =
8И 3в-
V т
п2 У
(15)
V = Я 4/-^----, (длина волны А^сЛ)
\т п
(16)
т„
где Я = е 4 —
8И 3в-
(17)
Постоянная Ридберга в нелинейной квантовой физике также зависит от температуры. и Т=293К, Я = 0,385-1015с-1. При Т-По формуле (16) при Т=6000К найдем:
При Т=293К, Я = 0,385-1015с-1. При Т=6000К, Я =3,7-1015с-1. При Т=1000К, Я =0,97-1015с-1.
т=1, п=2, у=3,44-1015с-1, Х=0,87-10-7м; т=1, п=ю, V =3,7-1015с-1, Х=0,81-10-7м
ультрафиолетовая область
При Т=1000К:
т=2, п=3, V =0,59-1015с-1, Х=5,08-10-7м; т=2, п=ю, V =0,69-1015с-1, Х=4,35-10-7м
При Т=293К:
т=3, п=4, V =0,18-1015с-1, Х=1,67-10-6м; т=3, п=ю, V =0,22-1015с-1, Х=1,35-10-6м
т=4, п=5, V =0,15-1015с-1, Х=2-10-6м; т=4, п=ю, V =0,19-1015с-1, Х=1,56-10-6м
т=5, п=6, V =0,13-1015с-1, Х=2,34-10-6м; т=5, п=ю, V =0,17-1015с-1, Х=1,74-10-6м
т=6, п=7, V =0,113-1015с-1, Х=2,65-10-6м;
15 -1
видимая область
инфракрасная область
инфракрасная область
инфракрасная область
т=6, п=ю, V =0,157-10 с- , Х=1,91-10- м ^ инфракрасная область
Таким образом можно утверждать, что нелинейная квантовая физика и здесь дает решения высокой точности.
Расщепление энергетических уровней на близко расположенные подуровни, энергия которых зависит не только от главного квантового числа п, но и от орбитального I (тонкая структура уровней) требует дополнительного изучения.
Литература
1. Смирнов О.Г. Нелинейная физика. - М.: Изд. «Спутник+», 2010. - 289 с.
2. Смирнов О.Г. Фундаментальные физические постоянные и проблемы мироздания. «Актуальные проблемы современной науки» №1, 2010. М. Изд. «Компания Спутник+». -с.с.90-99.
3. Смирнов О.Г. Ошибка (?) В.Гейзенберга. «Актуальные проблемы современной науки» № 6, 2009. М. Изд. «Компания Спутник+», - с.с. 111-112.
Б. Эволюция атомов и ядер
Рассматривается движение электронов вокруг ядер по спирали, с постепенным сближением и рождением нейтронов. Аналогично трактуется сближение нейтронов с протонами и образование ядер более сложных элементов.
1. Датский физик Нильс Бор (1885-1962) предполагал, что вращение электронов в атоме водорода происходит по тем круговым орбитам, для которых его момент импульса равен
те ипгп = пЙ (1)
где п = 1, 2, 3 ...,
те - масса электрона,
и п - орбитальная скорость,
Ь - постоянная Планка (Ь = И/2п).
Боровский радиус г1 = 0,529-10"10 м (п=1).
Согласно линейной квантовой физики (энергия кванта пропорциональна частоте) нельзя говорить о движении электрона по определенной траектории. Это следует из соотношения неопределенностей В.Гейзенберга. С рождением нелинейной квантовой физики в июле 2010 г. (здесь энергия кванта пропорциональная квадрату частоты) выяснилось, что вполне можно говорить о движении электрона по определенной траектории [1]. Под сомнение поставлен «туннельный эффект».
В нелинейной квантовой физике постоянная Планка зависит от температуры (!) и имеет размерность не Дж-с, а Дж-с2. Поэтому вместо (1) следует записать
теипгп = пЙ/1, (п = 1, 2 , 3.) (2)
где Й - постоянная при фиксированной температуре [1], t - время одного оборота электрона вокруг ядра. Поскольку t = 2пгп/ и п, то
г2 = ^ (3)
2пте
При Т = 293К (200С) Й =8,92-10"5Дж-с2. Радиус первой стационарной орбиты электрона (п=1) равен здесь г1 = 1,248-10"10м. Более точная формула (без постулатов Бора) имеет вид [1]
2 Ъп2(2п +1) . , „ „ .
г2 =-:--2, (п = 1, 2, 3.) (4)
2те (п +1)
Эта формула дает г1 = 1,38-10-10 м, что мало отличается от (3).
В нелинейной квантовой физике радиус орбиты зависит от температуры.
В формуле (3) и (4) не входит количество протонов, что означает их пригодность для различных атомов.
2. Мы предполагаем, что движение электронов происходит не по стационарным орбитам, а по спирали [2]. Нами предложен фундаментальный закон взаимосвязи силы Б, скорости и 2 по направлению действия силы, и температуры Т поверхностей взаимодействующих тел (взаимодействие двух тел вызывает их разогрев)
^ и2 = 4лЯ|аГ22 = 4лЯ12аГ14,
(5)
где Я1 и Я2 - радиусы взаимодействующих тел, а - постоянная Стефана-Больцмана.
Если принять расстояние между телами в настоящее время Я , а скорость сближения и 0,2, то можно предположить, что скорость сближения будет изменяться подобно орбитальным скоростям
и2 = и0,21
(6)
Тогда из (5) легко получить зависимости
т=М
и Я1Т12 = Я2Т12,
(7)
г =
^0
1,5 и
0,2
1 --
Я
1,5
Я0
1,5
(8)
где г - время движения от Я0 до Я.
Такой подход дал очень хорошие результаты при анализе эволюции Солнечной системы [2]. Проследим теперь за эволюцией атомов и ядер.
Примем для ядра атома водорода Т0,р = 293К(200С), а радиус Я1 = 1,14-10-15 м [1]. Расстояние электрона от ядра Я0 = 1,248-10-10м. Кулоновская сила
\2
1,6022 -10-19
ре =-*-^-шГ = 0,148-10-7Н .
4 • 3,1416 • 8,8542 10-12(1,248 • 10-10)2
Из (5) найдем и 0,2 = 4,61-10-19 м/с = 1,457-10-11 м/год.
Из (8) получим время до столкновения электрона с протоном г = 5,7 лет, а температура протона при этом будет Тр= 2,325-104К. Образуется нейтрон [1].
Можно подсчитать о формулам (7) и (8), что при Тр=30К радиус орбиты Я = 4,967-10-9 м. Это было 1430 лет назад. При Тр=2,725К радиус Я=2,22-10-7м и г=428 тыс. лет.
3. Радиус нейтрона Яп = 2,82-10-15 м [1], масса тп = 1,67493-10-27 кг. Радиус протона Яр = 1,14-10-15 м [1], масса тр= 1,67262-10-27 кг.
С похожих позиций рассмотрим сближение нейтрона и протона, используя идеализированную модель - ротатор [1]. Мы получили формулу
I = -1, (I = 0, 1, 2 ...) (9)
п
где г - расстояние между протоном и нейтроном (в нашем случае),
Шпр = ШШ2ЛШ1+Ш2) (10)
При I = 0, Т = 293К (200С), Ъ =8,92-10-50Дж-с, найдем Я0 = г = 1,03-10-11м. Сила притяжения протона и нейтрона (рис. 1)
К
1 1
р - п
4пбг
К
Я + Яг
.....^
„' 'ч,
Г
Р
£
<У
Ч р }
ч.
-7~
2
Рис. 1. Сближение протона с нейтроном (движение по спирали)
¥р-п =
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.