Чтение онлайн

В целом, атом строится так: возводится бипирамидальный каркас, остов атома, и его раструбы послойно заполняются сначала протонами и нейтронами, затем электронами (Рис. 112, Рис. 113). И снова минимум энергии достигается при целиком заполненном слое, равно, как в кристалле, целиком заполненная атомами грань обеспечивает кристаллу минимум энергии и устойчивость, отчего их и находят в природе. Так, и среди ядер более стабильны ядра с полностью укомплектованными слоями протонов и нейтронов, — магические ядра. Они самые прочные, инертные и плохо взаимодействующие с пучками нейтронов. А среди атомов всего прочнее и химически устойчивей атомы инертных газов, с их полностью укомплектованными слоями электронов. Как видим, аналогия с кристаллами полная. Странно, что учёные, осознав высокую устойчивость целиком заполненных электронных слоёв, не провели параллель с устойчивостью заполненных атомных слоёв кристалла. Впрочем, учёные-классики — Дж. Томсон, Дж. Льюис, И. Ленгмюр, которые впервые и выдвинули идею электронных оболочек-слоёв, связали их стабильность именно с совершенной, целиком заполненной геометрической формой куба [49]. Лишь поздней эту мысль отвергли и перешли к абстрактным квантовым уровням, не имеющим геометрической интерпретации: в квантовой механике уровни и квантовые числа вводятся совершенно искусственно и формально.

Итак, именно модель атома Ритца пролагает мостик от атомных, химических свойств к ядерным, к свойствам элементарных частиц. Это ещё раз доказывает, сколь эффективны наглядные геометрические представления об атоме и атомном ядре. Ещё древние греки, открывшие фигурные числа, считали геометрию основой мира. Великий инженер Архимед особо ценил свои геометрические открытия, хотя был автором физических законов и удивительных машин. Подчёркивал особую роль геометрии и Пифагор, наделявший атомы конкретной формой многогранников. Так же, и Платон, удивительным образом предугадавший геометрическую форму атомных пирамидок, выше всего ставил геометрию, сделав соответствующую надпись над входом в свою Академию (§ 5.3). Нынешняя физика микромира много потеряла, отвергнув наглядные представления и чертежи, образный, геометрический, инженерный стиль мышления, подменив его абстрактно-аналитическим: формулами квантовой механики и теории относительности, лишёнными физического смысла и образа. В ходе формализации не только была утрачена наглядная адекватная картина мира, но и усложнились расчёты. Аналитическое решение многих задач микромира столь трудоёмко и громоздко, что даже ЭВМ не может с ними справиться. Пытаться понять с помощью формального, негеометрического описания устройство атома и микромира столь же безнадёжно, как силиться понять работу часов, не разобравшись в их сути, механизме, подменив их набором формул, отражающих движение стрелок. Вот почему, в физику атома, ядра и элементарных частиц давно пора вернуть геометрию. Как увидим ниже, геометрия оказывается крайне удобной и для понимания строения элементарных частиц (§ 3.9).

Выше было показано, что разгадка строения атома сразу объясняет механизм генерации характерных атомных спектров элементов (§ 3.1, § 3.2). Точно так же, установление в предыдущем разделе строения ядер должно автоматически прояснять и природу ядерных спектров. Было открыто, что атомные ядра при возбуждении, скажем, — от перестройки ядер или от соударений, начинают испускать гамма-излучение строго определённых частот, характерных для данного ядра. То есть, подобно линейчатым атомным спектрам, существуют ядерные, имеющие много большие частоты. Во всех случаях спектр излучения генерируется вибрирующими электрическими зарядами. Так, крутящиеся электроны генерируют атомные спектры. Но в ядрах электроны находятся в связанном состоянии: они входят в состав электрон-позитронной решётки остова ядра. Поэтому ядерные спектры должны генерировать колеблющиеся протоны ядер. В самом деле, протоны тоже могут пошагово смещаться вдоль узлов электрон-позитронной решётки, оказываясь каждый раз в новом, строго заданном магнитном поле. Колеблясь в нём, они испускают излучение дискретно меняющихся частот. Характерная частота этих колебаний, которую легко рассчитать из данной модели, по порядку величины вполне соответствует частотам гамма-спектров ядер. И, опять же, поскольку каждое ядро имеет своё особое, неповторимое строение, эти спектры будут сугубо индивидуальны для разных ядер и эквивалентны для одинаковых ядер. Именно это свойство стандартной структуры спектра используют в эффекте Мёссбауэра. Он состоит в том, что ядра поглотителя эффективно поглощают гамма-излучение источника только в том случае, если излучение испускают ядра того же типа, а приёмник неподвижен относительно источника.

Выше мы видели, что электронные слои в атоме и нуклонные слои в ядре заполняются по сходному принципу и, по сути, заданы единой структурой (§ 3.3, § 3.6). Подобие атомных и ядерных структур отражено и в спектрах. Выше рассмотрены атомные спектры, порождаемые колеблющимся электроном в возбуждённом атоме. При этом, каждому атому отвечал свой особый линейчатый спектр, — индивидуальный "штрихкод атома". Точно так же, существуют характерные ядерные спектры возбуждённых ядер. И атомные, и ядерные спектры излучаются при колебаниях зарядов, но, если в атоме это — электроны, то в ядрах — протоны. Они тоже колеблются с жёстко заданными, индивидуальными для каждого типа ядер частотами в магнитном поле атомного остова (Рис. 115). Как выяснили, постоянная Ридберга R= h/16 2 ca 2 M(§ 3.1). Поскольку заряды колеблются в одном и том же атомном остове, различие будет лишь в шаге aэлектрон-позитронной сетки и массе Mгенерирующего заряда. Ранее было найдено, что расстояние между узлами, в которых колеблются электроны атома, составляют порядка размеров атома: aa 0=0,53x10 –10м, то есть порядка одного ангстрема (1 A=10 –10м). Точно так же, расстояния между узлами, в которых колеблются протоны, составляют порядка размеров ядра и классического радиуса электрона, который как раз и задаёт шаг электрон-позитронной сетки: ar 0=2,82x10 –15м, то есть порядка одного ферми (10 –15м). Раз в ядрах расстояния ar 0меж электронами и позитронами в 10 4–10 5раз меньше расстояний aa 0в электронных слоях, а масса Mпротона в 2000 раз больше электронной, то Rдля ядер выйдет в 10 5–10 6раз больше.

Соответственно, характерные частоты f~Rядерных спектров в 10 5раз выше атомных. И, — точно, ядерные спектры лежат в рентгеновском и гамма-диапазоне 10 16–10 19Гц, тогда как атомные, лежащие в инфракрасном и оптическом диапазоне 10 11–10 15Гц, имеют на 5 порядков меньшие частоты. Итак, схожая структура спектров, в виде ряда дискретно меняющихся частот, характерных для данного ядра или атома, говорит о едином механизме их генерации. Разница лишь в масштабе сеток, между узлами которых смещается генерирующий заряд. И, если атомные спектры дают ключ к разгадке строения атома, то ядерные — к строению ядер.

Рассмотренный механизм генерации ядерных спектров, судя по всему, не единственный, поскольку ядра излучают не только от возбуждения ударами, но и при возбуждении в процессе ядерных реакций и при спонтанном переходе из одного состояния в другое. Такое гамма-излучение генерируют, вероятно, уже не колебания отдельных протонов, а колебания отдельных частей ядра, имеющие, подобно колебаниям молекул или грузов на пружинке, жёстко заданные частоты, о чём будет рассказано ниже (§ 3.13). Излучение ядер может возникать и от резкого торможения соударяющихся ядер, в случае неупругого удара, порождая огромные ускорения. А ускоренно движущееся заряженное ядро, по законам электродинамики, должно излучать электромагнитную энергию. Тогда, вся кинетическая энергия сталкивающихся ядер может преобразоваться в энергию излучения, отчего такой удар и называют неупругим.

Возникает гамма-излучение и при перестройке протон-нейтронной структуры, то есть, при спонтанном переходе из менее устойчивого структурного состояния — в более устойчивое. Как было показано в предыдущем разделе (§ 3.6), нуклоны могут располагаться в ядре различным образом. При этом, разным способам размещения соответствует разная энергия связи, так что переход из одного состояния в другое, более устойчивое, сопровождается выделением соответствующей энергии в виде гамма-излучения. Ведь, при такой перестройке ядра, перемещаемые нуклоны механически встряхиваются, начиная колебаться в магнитном поле ядерного остова, излучая гамма-лучи. Причём, для каждого ядра, для каждой реакции, опять же, свойственны свои характерные частоты излучения. По аналогии с атомами, ядра на тех же частотах сильнее всего и поглощают излучение. Такая строгая индивидуальность, жёсткая определённость частот гамма-излучения, аналогичная наличию характерных линий в атомных спектрах, находит применение на практике, в качестве эталонных частот, для сравнения параметров излучателя и поглотителя и выявления ничтожных сдвигов частоты, вызванных движением источника и релятивистскими эффектами. Чаще всего, применяют упомянутый эффект Мёссбауэра, измеряя степень поглощения гамма-излучения от источника поглотителем. Эффект Мёссбауэра позволяет выявлять тончайшие сдвиги частоты от движения источника и поглотителя и других влияющих на частоту эффектов.

Кстати, в эффекте Мёссбауэра сталкиваемся с ещё одним провалом квантовой теории, которая предсказывала, что эффект не может наблюдаться ввиду большого импульса отдачи, получаемого ядром при испускании гамма-кванта и меняющего частоту излучения, исключая его резонансное поглощение другим ядром [135]. Но, вопреки квантовой теории, эффект Мёссбауэра всё же был открыт на опыте, в очередной раз посрамив кванторелятивистов и доказав, что излучение исходит не отдельными порциями-квантами, а — классической сферической волной, симметрично расходящейся во все стороны и потому не вызывающей отдачи. Также, именно эффект Мёссбауэра позволяет установить важную связь строения молекул, атомов, их электронных оболочек и оптических спектров — с ядерными свойствами этих атомов и спектром их гамма-излучения, о чём говорилось выше (§ 3.6) и ещё будет сказано ниже (§ 4.16).

В настоящее время известно более сотни элементарных частиц [85, 86]. Это изобилие давно привело к мысли, что частицы отнюдь не элементарны, а состоят из ещё более простых элементов. Полагали, что этими элементами должны быть кварки, — гипотетические частицы с невероятными свойствами. Так, любой из кварков много тяжелей частицы, которую они образуют: часть больше целого! Поэтому многие считают, что гипотеза кварков и так называемая квантовая хромодинамика — это чисто формальный способ систематизации частиц. Ну, а такая фундаментальная характеристика частиц как масса, почему-то игнорируется учёными. А, ведь, именно массы позволили Д.И. Менделееву навести порядок в мире химических элементов, среди многих десятков которых царил некогда такой же хаос. На основе известных масс элементов не только была построена их система (таблица Менделеева), но и понято строение атома. Далее покажем, что и для понимания строения элементарных частиц их масса и закон её сохранения, вводимый БТР, может иметь ключевое значение.

Прежде всего, естественно допустить, что наиболее просты и элементарны частицы, обладающие наименьшей массой (так и среди атомов самый простой — водородный). К ним можно отнести электрон, массу Мкоторого обычно берут за единицу измерения масс других частиц ( М=1), и мельчайшие из мезонов [86]. А, именно, мюон (-мезон) — заряженная частица, которая тяжелей электрона в 207 раз ( M=207), нейтральный пион ( 0– мезон, M=264) и заряженный пион ( +– или —– мезон с M=273). Думается, именно из этих частиц, как из деталек конструктора, и построены все прочие элементарные частицы, имеющие более высокие значения массы.