> |
sashapet@mail.ru |
(Гипотеза)
ВВЕДЕНИЕ
Квантовая механика достаточно
корректно объясняет многие экспериментальные закономерности. Не приходится
сомневаться в ее справедливости. Вместе с тем понять, почему мир устроен так,
как объясняет квантовая механика, невозможно. Законы квантовой механики
появились в результате обобщения большого количества наблюдаемых
экспериментальных закономерностей без ясного понимания их происхождения.
В принципе законы квантовой механики должны были
бы появиться из рассмотрения процессов происходящих внутри элементарных частиц,
и из процессов взаимодействия элементарных частиц, с учетом их внутреннего
устройства, с внешним миром. Однако современная наука до сих пор не знает, как
устроена даже простейшая элементарная частица – электрон. Поэтому законы
квантовой механики приходится принимать на веру. Хотелось бы иметь какую то
наглядную модель, из которой бы получались хотя бы некоторые закономерности
квантовой механики. В данной работе сделана попытка создать такую модель. Для
самой квантовой механики эта модель ничего нового может не дать, но она может
быть очень важна с познавательной точки зрения и для развития теории поля на
уровне внутреннего строения элементарных частиц и для теории самих элементарных
частиц.
Как известно, одним из основных
положений квантовой механики является принцип корпускулярно-волнового дуализма.
Волновые свойства элементарных частиц описываются волной Де Бройля. Однако если
для данной движущейся частицы произвести преобразование системы координат, в
которой частица движется и описывается волной Де Бройля, используя формулы
специальной теории относительности, к системе координат движущейся вместе с
частицей, то мы обнаружим, что в этой системе, в которой частица должна быть
неподвижной, на самом деле она теряет свои волновые свойства и совершает простые
гармонические колебания. И наоборот, если признать тот факт, что элементарные
частицы совершают какие то механические гармонические колебания, тогда их
движение в пространстве будет описываться волнообразной траекторией. С учетом
формул специальной теории относительности эта траектория автоматически
описывается математическим выражением, совпадающим с формулой волны Де Бройля.
Тем самым появляется неизвестный до сих пор мостик, соединяющий классическую
физику с квантовой механикой. Поскольку при движении частица колеблется, а
амплитуда колебаний и начальная фаза их неизвестны, становится совершенно ясным
причина происхождения принципа неопределенности. Движение потока частиц, каждая
из которых описывается волной Де Бройля, создает условия для различных
дифракционных и интерференционных явлений. Интерференционные полосы при
рассеивании частиц на двух щелях возникают вследствие наложения двух
периодических структур от каждой щели с различной угловой фазовой модуляцией и
проявлением муарового эффекта. Никакой интерференции между отдельными частицами
не происходит. Далее было принято, что в частицах происходит не просто
колебание, а вращение элементарного заряда по круговой траектории. Оценка
радиуса этой траектории для электрона дала значение в 137 раз большее, чем
классический радиус электрона. Оценка скорости движения по окружности совпала со
значением скорости света. Движение заряда по окружности приводит к появлению
магнитного момента. Кроме того, вращающийся элементарный заряд имеет некоторую
массу. В результате появляется механический момент. Получены правильные значения
механического и магнитного моментов электрона. Для объяснения значений
механических и магнитных моментов тяжелых элементарных частиц необходимо
использовать кварковую модель их строения.
ВОЛНЫ В ПОТОКЕ НЕВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
В простейшем случае движения не очень быстрой частицы ее движение в квантовой механике описывается волной Де Бройля.
|
(1) |
|
(2) |
|
(3) |
|
(4) |
|
(5) |
|
(6) |
|
(7) |
|
(8) |
|
(9) |
|
(10) |
|
(11) |
|
(12) |
|
(13) |
|
(14) |
ПРОБЛЕМА ДВУХ ЩЕЛЕЙ
Рассмотрим нашу трактовку
решения известной проблемы двух щелей. Рисунок 1 поясняет геометрию выбранного
решения.
Расстояние между щелями равно d. Частицы падают перпендикулярно плоскости щелей. Ширина щели много меньше дебройлевской длины волны, поэтому будем считать, что после щели отклонения частиц от первоначального направления равновероятны для любого направления. Экран, фиксирующий попадание частиц, расположен очень далеко от щелей, так что r>>d, поэтому будем считать углы . Предположим, что колебания всех частиц происходят перпендикулярно направлению распространения. Чрезвычайно важно считать, что частицы попадающие в первую и вторую щель исходят из когерентного источника и их колебания описываются выражением
|
(15) |
|
(16) |
|
(17) |
|
(18) |
|
|
(19) |
|
(20) |
|
(21) |
Проявляется известный муаровый эффект.
Интересно отметить, что угловое положение муаровых светлых и темных полос не
зависит от расстояния до экрана, начальных фаз колебаний и времен движения
частиц от щелей до экрана. Это совпадает с выводами волновой трактовки
интерференции на двух щелях. В нашем случае формула интерференции выглядит в
виде
|
(22) |
|
|
(23) |
ОРБИТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА
Сто лет назад классик сказал:
«Электрон так же неисчерпаем, как и атом». За истекшее с тех пор время наука
сумела неплохо объяснить взаимодействие электрона с внешним (для электрона)
миром, но что представляет из себя сам электрон, его внутреннее устройство, до
сих пор совершенно неясно. А между тем, пока не будет ответа на этот более
простой вопрос, невозможно построить теорию более сложных элементарных частиц,
невозможно построить общую теорию поля. Ни квантовая механика, ни теория Дирака,
рассматривающие электрон как целое и описывающие процессы с участием электрона с
вероятностных позиций, в принципе н е могут дать ответ на вопрос о том, что
творится внутри электрона или других элементарных частиц. Различные попытки
разобраться в этом вопросе пока не привели к желаемому результату. В разработке
теории электрона важна прежде всего некоторая концепция, определяющая
направление поисков. По нашей гипотезе правильные значения механического и
магнитного моментов электрона можно получить, если предположить наличие у
электрона вращения не вокруг собственной оси, а вращение элементарного точечного
заряда по некоторой окружности.
Предположим, что
электрон имеет некоторую внутреннюю структуру. Законы физики в пределах этой
структуры пока неизвестны. Предположим, что это классические законы. Наиболее
сложным вопросом является вопрос о происхождении элементарного заряда электрона.
В классической теории электромагнитного поля заряд является источником поля, но
его существование из этой теории не вытекает. Нужна некоторая более полная
теория поля, возможно общая теория поля, которая пока не создана. Поэтому задачу
о происхождении заряда никто пока не решил. Не будем решать ее и мы. Пусть - масса электрона, - масса точечного заряда, - скорость его движения по
окружности, радиус этой
окружности, - величина заряда,
- скорость света. Механический
момент движения электрона
|
(24) |
|
(25) |
|
(26) |
|
(27) |
|
(28) |
|
(30) |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренная в данной статье
модель строения элементарных частиц является все же гипотезой. Гипотезой,
которая дает некоторое наглядное представление о том, как может быть в общих
чертах устроена простейшая элементарная частица- электрон.
Автором на основании введения в рассмотрение гипотезы кварков
просматривалась модель строения протона и нейтрона. Были получены обнадеживающие
предварительные результаты. Для того чтобы предложенная модель превратилась в
строгую теорию необходимо усовершенствовать теорию поля так, чтобы из нее прежде
всего вытекало существование элементарного электрического заряда. Трудности
создания такой теории очевидны.
ЛИТЕРАТУРА
1.М.Борн. Атомная физика.
«МИР», Москва, 1967г.,
2.Э.В.Шпольский. Атомная
физика. Т.1, «ФМ», Москва, 1950.
3. Л.Д.Ландау и
Е.М.Лифшиц. Теория поля. Изд. “НАУКА”, Москва, 1967.
4.Андре Анго. Математика для электро-радиоинженеров .Изд ”Наука” Москва,
1967, 460-464.
5.http:/gpetins.narod.ru
6.С.Б.Алеманов.Природа волн де Бройля
http://alemanov.da.ru/
28.02.2007
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Петин Генри Петрович, кандидат физико-математических наук,
доцент кафедры радиофизики ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА.
Телефон (863)2254287;89604646255
Mail to: sashapet@mail.ru