Миф Бора-Резерфорда

Миф Бора-Резерфорда
Руднев А.Д.

     Почему так живучи откровенные заблуждения в физике? Студент видит явные ошибки, но сомневается в себе - ведь, читают профессора. А уши профессоров заткнуты ватой- они давно перестали слышать. Они не в состоянии сменить амплуа и начинать что-то воспринимать, а не поучать. Чем выше по научной лестнице, - тем больше снобизма и меньше желания пересматривать старый багаж. Несколько моих публикаций было посвящено вопиющим заблуждениям в физике [1-3], но отклика в академической аудитории они не нашли. Более того, некоторые доктора наук высказывались так, что их слова лучше не предавать гласности. Поражает то, что не воспринимаются очевидные аргументы. Придется разжевать до степени, доступной профессорскому восприятию. Число рассматриваемых заблуждений придется свести к минимуму, поэтому в данной статье затронем только орбитальную модель атома.
     В атомной модели Резерфорда электроны уподоблены планетам, вращающимся вокруг своего центра - ядра. Паули внес в эту модель требование в различии энергий электронов, то есть, - в различающихся значениях радиусов орбит. Гайзенберг выдвинул принцип неопределенности, согласно которому позиционирование электрона в произвольной точке объема атома равновероятно в заданное время. Позднее Бор, обосновывая гипотезу об излучениях атомов, создал правило квантования орбит. В таком состоянии набор гипотез принят научным сообществом и признается до сих пор.
     Вначале оценим общее впечатление от совокупности гипотез.
-Принцип неопределенности не несет никакой информации о заряженных частицах и их свойствах. Использование его в атомной физике не вызвано реальной необходимостью.
-Экспериментально регистрируемые атомные орбитали не могут быть объяснены моделью Бора-Резерфорда.
-Вид атомных орбиталей исключает совмещение принципа неопределенности с орбитальной моделью атома.
-Не объяснен способ орбитального вращения электрона в атоме. Взаимодействие электрона с ядром не может инициировать такое вращение.
     Сложный эмпирический подбор квантовых чисел для выражения энергии атомных электронов невозможен в природе . Природа руководствуется исключительно способом оптимизации параметров.
     Бор дал правило формирования орбит [4], радиусы которых

(1),

однозначно связаны с энергией электронов

(2),

Здесь n-номер орбиты (отсчет от ядра к периферии), Z-атомный номер. К этому Бора подтолкнула формула Бальмера для частоты излучений [5], содержащая множитель

. Под неё Бор и подобрал алгоритм радиусов орбит, полагая, что излучения происходят в момент перехода электронов с орбиты n на орбиту m. Переход должен быть с понижением энергии, т.е. по мере приближения орбиты к ядру энергия снижается. Исходная энергия атомного электрона при таком изложении должна быть отрицательной.
Это, конечно, нонсенс - невозможно получить отрицательную энергию союза частиц, каждая из которых имеет положительную энергию. Это нельзя представить также и потому, что отрицательной энергии должна соответствовать отрицательная масса. Этого не может случиться ещё и потому, что, переходя из состояния E>0 в E<0 , электрон должен проходить значение E=0 , что означает отсутствие материи. Из состояния (E=0, m=0) не может родиться ничего. Значит, присутствует ошибка в правилах и доказательствах Бора.
Как Бор обосновал отрицательность энергии электрона? Он приравнял центробежную силу кулоновской силе притяжения к ядру и определил энергию связи электрона с ядром

(3),

После этого он нашел полную энергию электрона как сумму кинетической энергии и энергии связи [6], приписав ей отрицательный знак

(4),

Не станем даже отвлекаться на то, что

(5)

Мы не можем принципиально оправдать отрицательность энергии, т.к. она представляет собой положительную работу

. Знак силы не может для энергии означать ничего, кроме направления движения.(Особый случай - энергия связи частиц. В этом случае некоторая часть энергии одной частицы направлена встречно энергии другой частицы. Но остаточная энергия частиц остается положительной) А это означает, что все постулаты Бора неприменимы в физике атома. Иначе говоря, модель атома не верна. Помня, что это будут читать и профессора, подкрепим доказательства. Для этого известное выражение для энергии электрона [7]

(6)

продифференцируем по радиусу

(7)

Есть робкая надежда, что, сравнив уравнение (7) с формулой Кулона, даже профессора признают справедливость равенства

(8)

Запишем силу взаимодействия электрона с ядром по уравнению Бора (4) для Z=1, восстановив утерянные константы и умножив обе части уравнения на радиус электрона

(9)

Осталось сделать подстановку (8).
Смеяться разрешается, поскольку почти вся современная атомная физика базируется на равенстве

(10)

Любому человеку должно быть понятно, что это крайняя степень нелепости.
Орбитальная модель атома навязывает нам еще одну нелепость: рост энергии электронов атома должен приводить к увеличению атомного радиуса. Явное несоответствие с фактами присутствует в литературных ссылках на радиусы таких атомов. Например, утверждается [8], что радиус атома водорода может достигать 0,1мм. (Это в полном соответствии с правилом Бора для орбит). Тогда молекула должна иметь габаритные размеры 0,2х0,2х0,4 мм. Ее объем станет равным

, а моль такого газа потребует объема не 22,4 л., а

. Комментарии излишни (!!!) , смеяться уже грешно.
Чтобы перечеркнуть всю орбитальную модель атома, достаточно выразить радиус электрона из уравнения (8) через его энергию

(11)

С увеличением энергии электрона радиус уменьшается!
Однако, нам могут не поверить, что атом имеет те же правила строения, что и электрон. Проверим принципиальную возможность размещения в атоме орбит разного радиуса. Выделим в орбитальном атоме (рис.1) две соседние орбиты m и n.

Рис.1. К существованию орбит

Какова бы ни была форма орбиталей, мы вправе выделить сферы , включающие в себя указанные орбиты электронов (показаны пунктиром). Согласно принципу неопределенности электрон орбиты m равновероятно позиционирует на сфере орбиты. Значит, сфера обладает зарядом q и электрической напряженностью

(12)

Из теоремы Гаусса следует, что электрический заряд сферы распределен в очень тонком слое её поверхности. Тогда, согласно закону Гаусса, для сферы S1 мы можем определить поток электрической напряженности

(13)

Это является доказательством того, что внутри сферы нет электрических зарядов (по крайней мере- нет электронов). Очевидно, что в попытке записать такое же уравнение для орбиты n, мы будем вынуждены совместить сферы S1 и S2. В противном случае мы должны допустить кулоновское взаимодействие сфер, что нарушит закон Гаусса, а также кулоновское взаимодействие внешнего электрона с ядром. Следовательно, принцип Паули тоже неверен.
Таким образом, нет ни единого мотива для поддержания орбитальной модели атома, а доказательств неприемлемости более, чем достаточно.

Литература.

1. Руднев А.Д. Атомные бомбочки. http://314159.ru/rudnev/rudnev4.htm
2. Руднев А.Д. Островная физика. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7436.html
3. Rudnev A. New conception of phisics.http://sciteclibrary.ru/eng/catalog/pages/7604.html 4. N. Bohr, "Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?", Phys. Rev. 48, 8, 696-702 (1935).
5. Бор Н. Три статьи о спектрах и строении атомов. Пер. с нем., М.,1923.
6. Савельев И.В. Курс общей физики.(Электричество и магнетизм).М., Астрель.АСТ, 2002.
7. Эберт Г. Краткий справочник по физике.М.,Ф-М.,1963.
8. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Оптика и атомная физика. М., ACADEMA, 2000., стр.296.