Beard-56 6 мая 2022 в 19:54

Электрон и атом в модели Медиосо

8 мин

3.9K

Некоторое время назад предлагалась к обсуждению модель физики Медиосо. Постоянно обновляемый авторский черновик подробного описания модели находится здесь.

Суть модели в том, что постулируется представление о существовании вне метрического пространства среды состоящей из четырёх фракций. На основе этого представления определяется метрическое пространство и четыре потенциала. Термин потенциал в модели несколько отличается от известного классического определения. Потенциал в Медиосо материален и имеет границы своей величины.

Первое представление модели вызвало критику со стороны знатоков СТО и ОТО. Сразу замечу, что выводы модели Медиосо не противоречат этим теориям, но дополняют их. В модели выводятся как закономерности выводимые в СТО и ОТО, так и закономерности электродинамики. Модель постоянно развивается и уточняется. Пришла очередь подробного рассмотрения вопросов квантовой механики.

В модели Медиосо электрический заряд и масса принципиально разные явления. Не только потому что одно из области электричества, а другое из области механики. В глубинном своём смысле масса принимается как производная от заряда. Любой объект имеющий заряд, электрон например, обладает массой. Всё вещество «собрано» из зарядовых структур. Нейтрон в представлении современной физики тоже состоит из зарядовых структур (кварки имеют заряд).

Численно общая масса системы складывается из суммы энергий составляющих её компонентов. На уровне квантового мира существует минимальный электрический заряд. Именно этот факт лежит в основе всех квантовых процессов.

В Медиосо есть понятие электрической фракций среды Медиосо. Электрическая фракция, как и все другие в основе модели не имеет квантов. Условно первичная фракция однородна, не имеет движения и энергии. Обнаружить движение электрической фракции невозможно.

Понятие о фракции в Медиосо метафизично, как и понятие пространства, времени и заряда в известной физике.

В материальном мире электрическая фракция связана с компактными объектами типа электронов и позитронов. Эти компактные объекты обладают единообразием во всей Вселенной. Все возникшие когда-то электроны одинаковы. Это же можно сказать и о других заряженных частицах.

Любая система объектов во Вселенной обладает метрическим пространством. Пространство возникает как некоторые отношения между объектами. Поэтому, как и все модели модель заряженной частицы условна. Модель заряженной частицы (состоящей из электрической фракции) независимо от её размеров можно описать следующим образом.

Электрическая фракция в метрическом пространстве получает сферическую структуру. Именно сферическую, поскольку заряду можно приписать двухмерную поверхность заряженной сферы.

Эта сфера устойчива. Она не содержит отдельных отталкивающихся зарядов, а состоит из электрической фракции, точнее из одной части этой фракции, которых всего две, условно положительной или условно отрицательной.

Для такой сферы уже можно вычислить энергию покоя $E=\frac{Q^2}{4 \pi R^2}$ .

Примечание: все формулы здесь и далее записываются для системы единиц физических величин CL применяемой в модели Медиосо. В ней всего две основные единицы – скорость равная скорости света и единица длины равная одному метру.

Можно также приписать этой сфере массу $m=\frac{Q^2}{4 \pi R^2 C^2}$ .

В микромире объекты не могут существовать без движения. У самой фракции нет массы, поэтому её движение возможно только с максимально возможной скоростью. Точнее, её кинетический потенциал может иметь только максимальное значение .

Движение (наличие кинетического потенциала) в модели Медиосо влияет на метрические размеры. В связи с существованием принципа наименьшего действия, вращение сферы состоящей из чего-либо заставляет это что-либо собираться на одном большом круге. Дискретные элементы, если они существуют, сокращаются в размерах.

Но электрическая фракция однородна, поэтому результатом её вращения оказывается орбитальная структура без каких-либо размеров кроме радиуса орбиты.

Возникает присущая квантовому миру двойственность. С одной стороны заряд это сфера, но с другой стороны это окружность орбиты.

Посмотрим на электрон.

Поскольку в окружности сконцентрирован весь заряд электрона e (количество электрической фракции), и он движется со скоростью света, можно определить ток этого заряда в кольце с радиусом равным классическому радиусу электрона $I=\frac{e *C}{2 \pi r_0}$ .

Здесь следует сделать оговорку. Мы уже говорили, что невозможно определить движение чистой фракции. С позиций модели Медиосо электрический ток это движение градиентов электрической фракции (заряды в проводнике и обеспечивают наличие градиентов). Но наличие тока подтверждается существованием магнитного момента у электрона.

Что же обеспечивает наличие градиентов в нашем кольцевом потоке фракции?

Снова проявление двойственности. Электрон, как и все объекты микромира имеет заметное по сравнению с его размерами значение Комптоновской длины волны. В квантовой механике эта волна соответствует волне вероятности соответствующей функции. В нашем случае это продольная материальная волна $\lambda=\frac{2 \pi r_0}{\alpha}$ .

Здесь нам встречается постоянная тонкой структуры α. Она определяет метрические масштабы электрических процессов внутри электрической фракции по сравнению с масштабами вне электрической фракции.

Продольная волна электрической фракции вполне естественно находится в среде этой фракции. Длина этой волны вне электрона была бы в α раз больше, чем длина её орбиты. Когда при аннигиляции электрона и позитрона замкнутая в орбите волна выходит наружу в виде квантов электромагнитного излучения длина их волны составляет λ=2,426318E-12 m.

Но в нашем случае волна заперта в орбите с радиусом r_0=2,8179403263E-15 m.

Внутри электрона его волновое представление укладывается на длине внутренней орбиты за счёт сокращения метрических масштабов. В результате получаем движение градиента, описываемого гармонической функцией и имеющего амплитуду равную величине заряда.

Теперь вычисленное значение внутреннего тока в электроне получает законное обоснование $I=\frac{e *C}{2 \pi r_0}$ с учётом того, что e имеет структуру распределённую вдоль траектории движения.

Значение этого тока позволяет определить собственный магнитный момент свободного электрона $M_e=I*S=C\frac{er_0}{2}$ .

Магнитный момент электрона в атоме

Продолжаем учитывать двойственность квантовых объектов.

Орбитальное представление. Как и в случае со свободным зарядом необходимо рассматривать сферу заряда, которая выродилась в орбитальную траекторию.

Теперь радиус этой орбиты соответствует Боровскому радиусу a_0. Но на орбите волновой объект с длиной волны λ, и при этом в среде электрической фракции (заряд занимает всю орбиту) эффективная длина волны αλ. Магнитный момент этой орбиты (магнетон Бора) определяется как $M_B=I*S=C\frac{\alpha e a_0}{2}$ .

Казалось бы, что это и есть магнитный момент электрона. Но мы не учли квантовую двойственность. На орбите в атоме электрон может рассматриваться как протяжённый орбитальный объект, так и в виде компактного объекта с радиусом на орбите радиусом .

Вычисляя общий магнитный момент компактного (свободного) электрона на орбите и всей орбиты, выразим для начала магнитный момент свободного электрона через Боровский радиус, чтобы упростить вычисления сократив число переменных.

Следует учесть, что $r_0/a_0=\alpha^2$ , это определяет вклад магнитного момента свободного электрона в магнитный момент атома, а также что волна электрона разворачивается по траектории орбиты.

В результате для «свободного» электрона в атоме получаем выражение $M_{e_f}=C\frac{ea_0 \alpha^2}{2 \pi}$ .

Суммарный магнитный момент $M_{B}+M_{e_f}= C\frac{ea_0 \alpha}{2}+C\frac{ea_0 \alpha^2}{4 \pi}$ .

Величина $\frac{M_B+M_{e_f}}{M_B}$ составляет $1+\frac{\alpha}{2\pi }= 1,00116141$ .

Такое же значение магнитного момента электрона в атоме водорода было получено Юлианом Швингером в его работе Schwinger , Phys. Rev. 73, 416 (1948) на основе его квантовой электродинамики, за которую он позднее получил Нобелевскую премию.

Может возникнуть вопрос, почему сокращение длин в электрической фракции соответствует значению постоянной тонкой структуры? Ответ: Если бы было не так, то атомы должны были бы стать другими. Не возникло бы известное нам вещество и мы сами.

В известной квантовой механике структура электрона не рассматривается, а отклонение магнитного момента электрона от величины магнетона Бора объясняется взаимодействием электрона с виртуальными электронами вакуума, которое описывается волновыми функциями. В модели Медиосо не рассматриваются взаимодействия между частицами, и необходимости в виртуальных электронах нет.

О квантовых числах

Обычно рассматриваются квантовые числа, главное (n), орбитальное (l), магнитное (m), спин (s). Максимальное число электронов на уровне .

Главное квантовое число определяет номер периода в таблице Менделеева.

Орбитальное квантовое число определяет по сути форму орбиты и её энергию. Для всех значений этого числа больших единицы возможны энергетические подуровни. То есть на одной орбите могут быть несколько электронов (на разных орбиталях). Магнитное квантовое число определяет ориентацию магнитного момента орбитали или просто ориентацию орбитали. Спин показывает проекцию магнитного момента на ось Z. На одной орбитали могут находиться два электрона с противоположными спинами.

Откуда берутся разные ориентации орбиталей?

Для энергетического уровня выше первого, когда заряд ядра позволяет удерживать несколько электронов, они не могут находиться на одной орбитали. Если уже занята первая орбиталь уровня – сферическая, электронам, чтобы поместиться на энергетическом уровне, «приходится» занимать не сферические орбиты. Для l=1 определяют орбиталь условно имеющую форму гантели, где они могут так же как и на сферической орбите находиться попарно с разными спинами. Электрон в волновом представлении теперь проходит через ядро атома и поднимается над сферической орбитой. Два электрона оказываются на гантелеобразной орбите. Гантелеобразных орбиталей теперь может быть три. Всего на уровне могут оказаться восемь электронов. На внешних уровнях большего числа электронов не бывает. На низких уровнях перекрытых сверху уровнем со сферой и гантелями возникает ещё один вид орбит l=2, который не может находиться на верхнем уровне. Это смещённые сферы (условно) с четырьмя возможными ориентациями и более сложные орбиты когда l=3 и l=4 (d уровень и f уровень). В известных химических элементах нет уровней выше f. Форма орбит может быть определена соответствующей волновой функцией в квантовой механике, но может быть вычислена и на основе модели Медиосо.

Но важнее знания формы знать просто число возможных электронов на уровнях и подуровнях, а также число внешних (валентных) электронов.

Энергии электронов в атоме водорода могут быть вычислены на основе модели Бора. Но формулы Медиосо оказываются проще (соглашение о знаках потенциалов и энергий отличается).

Так радиус орбит в зависимости от квантового числа определяется как $r_n=\frac{n^2 r_o}{\alpha^2}$ .

Полная энергия электрона $E=\frac{e^2}{2 \pi r}$ .

А энергия на уровне n $E_n=\frac{1}{n^2} \frac{e^2 \alpha^2}{2 \pi r_0 }=\frac{1}{n^2} \frac{e^2 }{2 \pi r_1 }$ .

Можно рассматривать проекцию спинового магнитного момента $|\overrightarrow{M_s}|=M \sqrt{s(s+1)}$ . Для электрона s=1/2.

Сама квантовая арифметика не связана ни с классической физикой ни с физикой Медиосо. Она учитывает численные отношения параметров атома, которые связаны с отношениями целых чисел, что определяется квантованием заряда и, как следствие, квантованием орбитальных параметров, длин и углов.

Это важнейший принцип квантовой механики, принцип неопределённости, но он не выводится, а постулируются. Для модели Медиосо формула $\Delta x \Delta p \ge \frac{h}{4 \pi}$ также действительна.

Но для этого принципа есть дополнение. Минимально возможное метрическое расстояние не может быть измерено в традиционном смысле. К минимально возможному отрезку для сравнения можно приложить только отрезок кратный минимальному отрезку (меньших длин не существует). В области микромира квантуется всё, и длина и углы. Спускаясь по квантовой лестнице нам необходимо излучать фотон в каждый момент перехода со ступеньки на ступеньку. Излучение, как и сам переход не может описываться посредством понятия времени. Но можно описывать продолжительность ожидания каждого следующего шага. Наша потенциальная энергия будет отличаться между ступеньками на ΔE. Импульс каждого фотона ΔE/C=hC/λ. Каждый шаг как кадр на киноленте. Если определить для нас некоторый импульс, то он может быть определён между значениями координат двух ступенек, а наше координатное положение может быть определено только на конкретной ступеньке.

Выражение для принципа неопределённости на самых глубоких уровнях теряет смысл. Импульс и координата в таких случаях принципиально определяются в разных фазах процесса.

Орбитальные полёты в квантовом мире по мере усложнения похожи на прыжки по отрезку, а далее на обход квадрата нарисованного на сфере с количеством клеток в одной стороне равной n. После n=4 начинает работать принцип неопределённости. Химические элементы с такими орбитами электронов становятся нестабильными. Атомам нужна определённость :).

Дискретность квантового мира приводит к тому, что на я зыке непрерывной математики объект оказывается одновременно и сферой и эллиптической орбитой. При этом он никуда не движется. Есть только кадры его состояний. А на языке Шрёдингера это волна вероятности. Какой язык точнее, сказать невозможно. Мы не видим квантовые объекты и процессы, а наше сознание может зафиксировать информацию в любом доступном виде в зависимости от предпочтений исследователя.

Теги:

Хабы:

Физика

Электрон и атом в модели Медиосо

Магнитный момент электрона в атоме

О квантовых числах

Публикации

Ближайшие события