Этот «цифровой» физический мир - Андрей Гришаев

У многоэлектронных атомов, все атомарные связки «протон-электрон» удерживаются с помощью разных частот атомных прерываний – что даёт, соответственно, разные энергии связи и разные расстояния rат электрона от ядра. Известно, что при последовательном отрывании электронов от атома, дающем всё более высокие степени его ионизации, энергия каждого последующего отрывания всегда заметно больше, чем энергия предыдущего [Т1]. Ортодоксы полагают, что это обусловлено тем, что, по мере роста степени ионизации, отрыв очередного электрона затрудняется его взаимодействием с растущим избыточным положительным зарядом ядра. Такое объяснение странным образом игнорирует тот факт, что энергии выбивания тех же самых электронов из нейтрального атома – электронами, ультрафиолетовым и рентгеновским излучениями – совпадают с энергиями последовательных ионизаций. Это означает, что энергии последовательных ионизаций представляют собой в чистом виде энергии связи соответствующих электронов, и для определения их расстояния от центра атома можно использовать формулу (4.9.1). Кстати, экспериментальные атомные радиусы [Т1] практически не растут по мере роста атомного номера - и, значит, наращивание электронных оболочек происходит «вглубь» атома. Оценивая, с помощью формулы (4.9.1), расстояния от центра атома для самых сильно связанных (~100 кэВ) электронов, можно видеть: популярный тезис о том, что «атом состоит в основном из пустоты», не всегда справедлив, поскольку, по мере роста атомного номера, в атоме становится довольно-таки тесно. У тяжёлых элементов, самые сильно связанные электроны, из К-оболочки, «сидят» чуть ли не на самом ядре!

Теперь заметим: из формулы (4.9.1) следует, что в возбуждённых стационарных состояниях атомарной связки «протон-электрон», имеющих место при уменьшенных частотах атомных прерываний и соответственно уменьшенных энергиях связи, расстояние rат электрона от ядра больше, чем в основном состоянии. Однако, вывод о том, что, при возбуждении атома, его радиус увеличивается, трудно согласовать с экспериментальными фактами.

Во-первых, если этот вывод был бы справедлив, то он приводил бы, в ряде случаев, к весьма завышенным коэффициентам линейного теплового расширения твёрдых тел – по сравнению с теми значениями, которые обнаруживаются на опыте. Действительно, атом в условиях теплового равновесия имеет среднюю энергию возбуждения, соответствующую максимуму равновесного теплового спектра. При увеличении температуры этот максимум сдвигается, увеличивая среднюю энергию возбуждения атома; оценим соответствующее увеличение атомного радиуса. Из сопоставления потенциалов ионизации и атомных радиусов [Т1] следует, что атомный радиус увеличивается вдвое при уменьшении энергии связи, в среднем, примерно на 9 эВ. А, согласно закону смещения Вина, сдвиг максимума равновесного теплового спектра соответствует приращению энергии ~5kΔT, где k – постоянная Больцмана, ΔT – приращение абсолютной температуры. Тогда, без учёта тепловых колебаний ядер, а единственно из-за теплового увеличения атомных радиусов, коэффициент линейного теплового расширения – особенно у тела, состоящего из однотипных одновалентных атомов – составлял бы примерно 100·10-6 град-1. Между тем, у многих металлов эта характеристика на порядок меньше.

Во-вторых, рассмотрим случай прохождения мощного коллимированного светового луча сквозь твёрдый образец, не являющийся идеально прозрачным, так что створ луча в образце отлично виден из-за бокового рассеяния. Это рассеяние говорит о том, что часть атомов (или молекул) в створе луча пребывает в возбуждённом состоянии – перед тем как переизлучить поглощённый квант. Соответствующее увеличение атомного радиуса (или размера молекулы), в случае кванта из сине-зелёной области, составляло бы, ориентировочно, 30% - но образец-то не разрушается! От этого парадокса не отмахнуться допущением того, что структура твёрдого тела и его оптические свойства обеспечиваются разными атомарными электронами. Ведь существуют полупрозрачные вещества – поваренная соль, например – состоящие только из одновалентных атомов, которые имеют только по одному электрону для обеспечения как структуры, так и оптических свойств.

Таким образом, нам придётся сделать вывод о том, что размеры атомарной связки «протон-электрон» в её возбуждённых стационарных состояниях равны её размеру в основном состоянии. Такое постоянство атомного радиуса легко обеспечивается программными средствами: требуется всего лишь задать, для каждого стационарного возбуждённого состояния, своё значение множителя K (см. (4.9.1)), который играет роль коэффициента пропорциональности между временными и пространственными масштабами, характерными для связующего алгоритма.

По логике вышеизложенного, у многоэлектронных атомов расстояния от ядра, на которых находятся области удержания электронов, жёстко заданы. Что же касается взаимного расположения этих областей удержания, то здесь, по-видимому, допускается некоторая вариабельность.

4.10. Нейтрон: структурная связь на приросте масс.

Проблема массы нейтрона – это вопиющая проблема в физике. Распад нейтрона свидетельствует о том, что строение нейтрона обеспечивается не с помощью дефекта масс. Действительно, продуктами распада нейтрона являются протон и электрон (и, как полагают, ещё антинейтрино, масса которого пренебрежимо мала). Масса же свободного нейтрона, как полагают, больше массы свободного протона на 2.5 массы электрона [М3]. Выходит, что масса нейтрона на полторы массы электрона больше суммы масс стабильных продуктов своего распада. Тогда, по традиционной логике, нейтрон должен быть весьма нестабильным объектом. Свободный нейтрон обязан распадаться за время, сравнимое с характерными ядерными временами – т.е., по практическим меркам, мгновенно. Между тем, измерения среднего времени жизни нейтронов, вылетающих из ядерных реакторов, дают величину около 17 мин (см., например, [М3,К7]).

Напротив, в модели нейтрона, следующей из логики «цифрового» мира, подобных противоречий нет. Мы постараемся показать, что нейтрон может иметь массу, которая больше суммы масс протона и электрона не на 1.5, а на 0.5 массы электрона, а также опишем работу алгоритма, который связывает компоненты в нейтроне таким образом, что результатом является прирост массы, равный как раз половине массы электрона.

Неточность знания массы нейтрона может быть обусловлена тем, что масса нейтральной частицы не может быть определена с помощью масс-спектрометров, т.е. через измерение отношения заряда к массе, и поэтому все определения массы нейтрона были косвенными.

Открыватель нейтрона Чедвик устранил проблемы с законами сохранения энергии-импульса для случая проникающего излучения, возникающего при бомбардировке бериллия α-частицами – допустив, что это излучение является не высокоэнергичными гамма-квантами, как полагали ранее, а потоком нейтральных частиц с массами, близкими к массе протона (см., например, [С1]). Полученное при этом значение массы нейтрона, 1.15, значительно превышало массу протона, 1.00768, при массе электрона 0.00055 (мы приводим значения в атомных единицах массы по кислородной шкале, использовавшейся до 1961 г.).

Более точные вычисления массы нейтрона выполнялись через энергетические балансы ядерных реакций. Так, Чедвик проанализировал реакцию испускания нейтронов бором при его бомбардировке α-частицами:

B11 + He4 -> N14 + n1.

При этом в энергетический баланс были включены массы всех четырёх участников, а также кинетические энергии α-частицы, атома азота и нейтрона – результирующая масса нейтрона составила 1.0067 [С1], что меньше (!) массы протона. Ещё меньшее значение, 1.0063, получили авторы [Л4], на основе анализа реакции распада на α-частицы ядер лития при бомбардировке их дейтронами:

Li7 + H2 -> 2He4 + n1 .

Максимальное же значение массы нейтрона, полученное через энергетические балансы, составило, судя по сводке результатов в [С1], 1.0090, причём доверительные интервалы у минимального и максимального значений далеко не перекрывались. Это было обусловлено, на наш взгляд, двумя методологическими ошибками. Во-первых, в энергетический баланс включались как массы частиц, так и их кинетические энергии. На наш взгляд, такой подход некорректен, поскольку кинетическая энергия не является «довеском» к массе: согласно принципу автономных превращений энергии (4.4), наличие у частицы кинетической энергии означает, что её масса уменьшена на эквивалентную величину. Учёт кинетической энергии прибавлением её к массе частицы являлся, на наш взгляд, одной из главных причин систематических расхождений между значениями масс изотопов, полученными в масс-спектроскопии и через балансы энергии ядерных превращений [Б5]. Во-вторых, не принималось в расчёт, что промежуточное или конечное ядро могло при своём формировании оказаться в возбуждённом состоянии и, соответственно, излучить γ-квант – тогда энергетический баланс был бы неполным, поскольку использовавшиеся значения масс элементов были получены для основных состояний их ядер.