Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

• Название: Баллистическая теория Ритца и картина мироздания
• Автор: Сергей Семиков
• Издательство: ООО "Стимул-СТ"
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2010
• ISBN: 5-88022-175-X

Век назад, 7 июля 1909 г., оборвалась нить жизни талантливого молодого учёного Вальтера Ритца, успевшего за 31 год своей жизни сделать очень многое в науке. До сего дня в спектроскопии пользуются комбинационным принципом Ритца, а в физике, математике и технике — вариационным методом Ритца. Однако его другие ещё более важные научные разработки преданы забвению ввиду их расхождения с догматами теории относительности и квантовой физики. Это — разработанные Вальтером Ритцем в 1908 г, за год до смерти баллистическая теория и магнитная модель атома. Скоропостижная трагическая гибель учёного помешала ему довести до конца и доказать эти фундаментальные концепции света и атомов, электромагнетизма и гравитации. В результате имя и теории Ритца вскоре были забыты хотя именно баллистическая теория легко красиво и наглядно объясняет многие загадки природы. Дабы восстановить историческую справедливость и напомнить о незаслуженно забытом научном и жизненном подвиге Вальтера Ритца была написана эта книга, где автор популярно изложил и развил с учётом уровня современной науки Баллистическую Теорию Ритца.

---

Атомы, с их жёстким каркасом, скованные связями, обладают, всё же, некоторой свободой движений. Они могут отдаляться друг от друга. При этом, на атомы действуют силы притяжения электронов одного атома к электрон-позитронной решётке другого. Могут атомы и сближаться, — тогда их отталкивают силы упругости атомного каркаса. Поэтому, есть определённое равновесное межатомное расстояние, есть сопротивление тел сжатию и растяжению, и есть хаотические тепловые колебания атомов возле положений равновесия. Полагали, что классически нельзя получить стабильных систем из положительных и отрицательных зарядов. На этот счёт есть специально доказанная теорема Ирншоу. Поэтому, утверждают, что лишь квантовые, неклассические законы обеспечивают стабильность атомов и вещества. И, всё же, стабильность этих систем объяснима классически, достаточно учесть неэлектрические, магнитные силы и изменение характера кулоновского взаимодействия на малых расстояниях (§ 3.18). Именно наличие характерного размера частиц, заданного эффективным радиусом их отталкивания, позволяет заряженным частицам образовывать устойчивые конфигурации в виде атомов, ионных кристаллов, типа кристалла соли. И сами физики признают реальность такого спинового, электромагнитного взаимодействия электронов, обеспечивающего устойчивость системы зарядов, но не хотят признать его классический характер.

Убедиться в стабильности некоторых типов электромагнитных систем помогают опыты А. Майера, где магниты, плавающие в воде, самопроизвольно образовывали стандартные устойчивые правильные структуры (§ 3.1). Примечательно, что сам Альфред Майер рассматривал свои опыты именно как иллюстрацию, как модель строения атомов, структуры молекул и кристаллов. Он даже объяснял на основе этой модели — многие свойства веществ, такие, как рост объёма некоторых тел (к примеру, льда) при затвердевании, аллотропию, изомерию, связывая их с наличием у одного атома, молекулы нескольких возможных устойчивых форм, конфигураций [78, с. 372]. И действительно, как видели, атомы и частицы могут существовать в виде разных устойчивых конфигураций электронов и позитронов (§ 3.9). Точно так же, и плавающие магниты в опыте Майера могли образовывать несколько устойчивых правильных конфигураций, с различной степенью стабильности. Возможно, Майер был прав и в том, что смена одной устойчивой конфигурации атома на другую, ведёт к изменению типа кристаллической решётки материала, с изменением его объёма (смена аллотропных модификаций). Наличие у атомов и молекул определённой геометрической формы, далёкой от сферической, объясняет, как заметил Майер, и расширение некоторых тел при кристаллизации. Ведь упорядоченная постройка из кубиков, контактирующих только вершинами (Рис. 171), имеет больший объём, чем те же кубики, но сваленные в одну кучу. Так же, и кубические, бипирамидальные атомы при кристаллизации вещества могут увеличить удельный объём тела в сравнении с жидким его состоянием, что наблюдается у таких веществ, как вода, германий, галлий, сурьма, висмут (§ 4.17). Такое расширение представляет большую проблему для квантовой теории, с её бесструктурными, размытыми сферическими атомами.

Замечательно, что ещё Демокрит и Лукреций высказывали эту мысль о влиянии на свойства тела не только составляющих его частиц, но и формы, порядка их расположения, образуемых ими конфигураций, словно порядка букв в слове, — на его смысл (§ 5.16). Эту ключевую идею структурной химии, впервые чётко сформулированную Бутлеровым, пророчески высказывал ещё Ломоносов, считавший, подобно древним атомистам, что атомы элементов различаются весом, формой и соединяются в молекулы или твёрдые тела — по принципу подобия, соответствия геометрических форм, на чём и строил науку химию. Причём, сила химической связи задавалась, по Ломоносову, лишь геометрическими свойствами атомов в соединении, — их взаимным положением и площадью контактирующих граней, что недалеко от истины, раз энергия химической связи определяется числом связующих электронов, образующих плоские электронные слои соприкасающихся атомов, и расстоянием меж ними.

Вернёмся к анализу стабильности системы зарядов. Если условно рассматривать электроны и позитроны не как точечные заряды, а как жёсткие заряженные шарики — с радиусом, равным классическому радиусу электрона r0, то они вполне могут образовать стабильные комплексы: элементарные частицы, ядра и атомы. Притягиваемые заряды сближаются и образуют кристаллическую решётку, как в кристалле соли. Но дальнейшее сближение либо рождает силы отталкивания, либо ослабляет кулоновское притяжение. Это и задаёт равновесное расстояние между частицами, равное классическому радиусу r0=2,8·10-15 м, — потому-то их и можно считать жёсткими шариками. Нарушение кулоновского закона, при сближении до r0, связано с механизмом электрического взаимодействия (§ 3.18) и признаётся физиками [60]. Электронные комплексы, как выяснили, могут иметь и другой характерный масштаб, отличный от r0 и — куда более крупный, сопоставимый с радиусом атома a0=5,3·10-11 м, на котором тоже должны возникать отклонения от закона Кулона (§ 3.7, § 3.18). Вдобавок, кроме электрических, есть ещё магнитные силы взаимодействия электронов. Всё это, как видели, и позволяет им образовать устойчивые электронные слои масштаба a0, задавая характерный размер атома. Электроны сближаются вплоть до взаимопроникновения их сфер распада, после чего сближение электронов или образованных ими атомов останавливается.

Сопротивление атомов или электронов сближению соответствует известному в квантовой механике принципу "запрета Паули", по которому два электрона не могут занять одно состояние. В классике этот закон возникает не как формальное правило, но как естественное следствие наличия у частиц (электронов и позитронов) эффективного радиуса отталкивания, отчего те ведут себя, как жёсткие шарики, не способные занять одну позицию в атоме. Если один электрон занял своё положение на электронном уровне, другой уже не сможет там очутиться. Для него просто не будет места, как нет места в целиком занятой ячейке для яиц. Итак, электрон-позитронная решётка, сетка имеет, подобно миллиметровке, два характерных масштаба с разницей в 104–105 раз (§ 3.7). Один масштаб, с шагом решётки в 10–15 м (1 ферми), определяет характерные размеры ядер и элементарных частиц. Другой, с шагом в 10–10 м (1 ангстрем), задаёт типичные размеры атомов, длины связей в молекулах. Переход от крупного масштаба к мелкому происходит по достижении частицами энергий, достаточных для преодоления отталкивания.

Наличие двух масштабов расстояний между электронами и позитронами имеет много важных следствий. Подобие двух этих сеток — объясняет аналогию химических и ядерных процессов. Не зря, механизмы распада или синтеза молекул и ядер, выделение и поглощение энергии в химических и ядерных реакциях во многом сходны. Ведь, в обоих случаях происходит соединение и распад кристаллических комплексов, сцепляемых электростатическими силами притяжения электрон-позитронной решётки. Отличаются лишь масштабы. И, поскольку масштабы расстояний r меж зарядами отличны в 105 раз, соответственно, — различаются и величины сил, выделяемых энергий и энергий связи. Ведь энергия кулоновского взаимодействия зарядов пропорциональна 1/r. И, точно, характерные энергии связи электронов в атоме и самих атомов, энергии единичных актов химических реакций — составляют единицы электронвольт, а энергии связи ядер, нуклонов, энергии распадов — измеряются мегаэлектронвольтами, то есть, — в 106 раз больше (§ 3.12, § 3.13). Энергия химической связи, ионизации атома в несколько электронвольт — это, по сути, энергия электрического взаимодействия E=e2/4πε0r электрона с позитроном, с электрон-позитронным слоем в атоме на межэлектронном расстоянии r= a0=5,3·10-11 м. А характерная энергия единичного акта ядерной реакции — это суть энергия взаимодействия E=e2/4πε0r электрона с позитроном или электрон-позитронной решёткой на расстоянии r= r0=2,8·10-15 м.

Обычно атомы, ядра и элементарные частицы изображают шариками (что порой делалось для удобства и в данной книге), а, потому, мысль об их чёткой периодичной структуре, о кубической, пирамидальной форме частиц, с их рёбрами и гранями, кажется диковатой. Но, с другой стороны, атомы и частицы издавна называют элементарными кирпичиками, из которых построена материя. Так что же удивительного, если эти кирпичики имеют форму многогранников, как обычные строительные кирпичи, игрушечные кубики или детали конструктора? И что странного, если и сами эти кирпичи построены из ещё меньших кирпичиков, расположенных правильными, периодичными рядами? Не зря, Кеплер и Ломоносов, которые первыми научно обосновали атомарную и кристаллическую структуру вещества, считали атомы многогранниками, пирамидками [63]. А нынешние учёные, даже применив электронный микроскоп, ещё не получили чётких изображений атомов и лишь гадают об их форме.