CC BY
42
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
21 СМ ИЗЛУЧЕНИЕ - СЛЕДСТВИЕ КОЛЕБАНИЯ ПРОТОНА В АТОМЕ ВОДОРОДА. ФИЗИКА БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ Похмельных Л.А. Email: Pokhmelnykh6103@scientifictext.r
Похмельных Лев Александрович - кандидат физико-математических наук, исследователь, Центр гидрофизических исследований, физический факультет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва
Аннотация: работа выполнена с целью устранения двух дефектов квантовомеханической интерпретации причины космического излучения водорода на волне 21 см: 1) запрещенный переход электрона между двумя спектральными уровнями больших номеров не отличается от других более вероятных переходов, 2) постоянная Планка выражается через константы электродинамики, что разрушает квантовую концепцию в целом. Природа излучения на волне 21,1 см рассмотрена в предположении, что излучение водорода возникает при колебаниях протона в связанной паре с электроном. Рассмотрение проведено с точек зрения двух концепций: 1) электродинамики и 2) физики близкодействия (ФБ). Сравнение результатов теоретических построений показало, что согласие теории с фактом достигается на основе ФБ, в которой отношение собственных частот колебаний протона и электрона равно квадрату отношения масс двух частиц (в электродинамике - отношению масс). Ввиду чрезвычайной важности природы волны 21,1 см для астрономии и ядерной физики как недостающего члена в паре с равновесной частотой колебания и вращения электрона Ридберга предлагается назвать собственную частоту колебаний протона в атоме водорода именем ее предсказателя ван де Хюлста (van de Hulst) (Н =1,4204.109Гц). Высокая точность измерения двух частот позволяет уточнить величину инертной массы электрона на поправочный коэффициент k = 1,206. Получено выражение для расчета частот и длин волн ядер водородоподобных ионов. Оценены длины волн колебаний ядер изотопов водорода и гелия.
Ключевые слова: физика близкодействия, 21 см излучение, атом, протон, водород, дейтерий, тритий, гелий 4, космические излучение, масса электрона, колебания ядра.
21 CM RADIATION - A CONSEQUENCE OF PROTON OSCILLATION IN A HYDROGEN ATOM. SHORT-RANGE PHYSICS Pokhmelnykh L.A.
Pokhmelnykh Lev Alexandrovich - Candidate of Physical-Mathematical Sciences, Researcher, HYDROPHISICAL RESEARCH CENTER, PHYSICAL DEPARTMENT, LOMONOSOV MOSCOW STATE UNIVERSITY, MOSCOW
Abstract: the work carried out to eliminate two defects in the quantum mechanical interpretation of the cause of cosmic hydrogen radiation at a wave of 21 cm: 1) the forbidden electron transition between two spectral levels of large numbers does not differ from other more probable transitions, 2) the Planck constant is expressed in terms of electrodynamic constants, which destroys the quantum concept as a whole. The nature of radiation at a wave of 21.1 cm is considered under the assumption that hydrogen radiation occurs when a proton vibrates in a bound pair with an electron. The review is carried out from the point of view of two concepts: 1) electrodynamics and 2) short-range physics
(SRP). Comparison of the results of theoretical constructions showed that the agreement of the theory with the fact is achieved on the basis of SRP, in which the ratio of the natural vibration frequencies of proton and electron is equal to the square of mass ratio of two particles (in electrodynamics is to mass ratio). In view of the extreme importance of the new nature of the 21.1 cm wave for astronomy and nuclear physics, as the missing term to the pair with the equilibrium frequency of the electron oscillation Rydberg R = 3.29x1015 Hz. it is proposed to name the natural oscillation frequency of a proton in a hydrogen atom by the name of the predictor - van de Hulst (H) (H =1,4204. 109 Hz) The high accuracy of the measurement of two frequencies makes it possible to refine the value of the inert mass of electron by the correction factor k = 1.206. An expression is obtained for calculating the frequencies and wavelengths of hydrogen-like ion nuclei. The oscillation wavelengths of the nuclei of hydrogen and helium isotopes are estimated.
Keywords: short-range physics, 21 cm radiation, atom, proton, hydrogen, deuterium, tritium, helium, cosmic radiation, electron mass, nuclear oscillation.
УДК 539.1.01 52-77
Введение.
В настоящее время излучение на частоте 1420,4 МГц или на длине волны 21,1 см, приходящее из космоса или наблюдаемое в лабораторных условиях, интерпретируется с точки зрения квантовой механики и считается следствием запрещенного перехода электрона между двумя близкорасположенными квазистабильными энергетическими уровнями атома водорода номеров близких к ста. Убедительного объяснения причины выделения природой двух дальних запрещенных уровней для усиленного излучения водорода на этой частоте квантовая механика не дает. И это закономерно: уже 15 лет известно, что постоянная Планка является комбинацией констант электродинамики [1, с. 242], [2], [3]. Например, частным от деления энергии ионизации атома водорода Wн на максимальную частоту колебаний электрона в том же атоме R
h = .
R
(Ниже приведена еще одна комбинация констант.)
После замены постоянной в уравнениях квантовой механики на электродинамический эквивалент ее уравнения становятся электродинамическими. Квантовая концепция в постулатах начала ХХ века рушится. Все положения, следствия и решения квантовой механики подлежат переосмыслению и перепроверке с позиций классической электродинамики [1, с. 238]. Это касается и интерпретации причины электромагнитного излучения атома водорода на волне 21 см.
Прийти к заключению о природе 21 см излучения позволяет сравнительный анализ процесса формирования атома водорода на основе классической электродинамики и физики близкодействия.
1. ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ ПРОТОНА В АТОМЕ ВОДОРОДА.
1.1. Классическая электродинамика.
При формировании атома водорода из протона и электрона возникает устойчивая связанная система. В положениях равновесного взаимного удаления протон и электрон должны некоторое время колебаться относительно положения равновесия и излучать две дискретные частоты, одна из которых отражает колебание протона, а вторая - электрона. Вопросы причины установления равновесия и дискретности всех частот в электродинамике не решаются, однако для заключения о частотах колебаний двух частиц в устойчивом равновесии этих решений не требуется.
При формировании атома водорода из протона и электрона приобретаемые ими импульсы рр, ре , а также силы воздействия протона на электрон Fpе, и электрона на протон Fер, приводящие к встречным ускорениям двух частиц, равны по величине и обратны по направлению (третий закон механики)
!а> = Ер = - 1. (1)
Рр е р е v '
В условиях равенства сил и импульсов протона и электрона расчетное отношение ускорений ар, ае и частот vр, Ve собственных колебаний частиц с массами тр , щ, в положениях равновесия
^р = ^ = рер т = Ще (2)
а е Уе Рр е тр тр'
Из атомной физики известна максимальная частота излучения электрона - частота Ридберга R, которая проявляет себя как частота колебания относительно положения равновесия и/или вращения электрона в положении равновесия
уе = R = 3,29.1015 с-1. (3)
Эта частота рассчитывается при записи закона сохранения энергии электрона, переходящего из свободного состояния в потенциальную яму связанного состояния с потенциалом ин = 13,6 Вольт в атоме водорода на удалении равновесия гн от протона. Кинетическая энергия We связанного электрона
^^е = еин = \ Щ Уе2 = \ Щ 4 П Гн" R2, (4)
откуда частота Ридберга
а постоянная Планка
R = .£ ( ^|)1/2, (5)
2 п 4 т егн
h = ^ те 4 п2 гн2 R. (6)
Ввиду равенства импульсов электрона и протона (1) частота колебаний протона
V,, = R ^ = 1,79.1012 с-1. (7)
Шр
Этой частоте соответствует длина волны электромагнитного излучения
. с с т р ->
^ = - = - = 1,67.10-2 см, (8)
р Ур И т е
где с - скорость света.
При формировании или возбуждении атома водорода должны возникать излучения на двух базовых частотах: на частоте колебания электрона (3) и на частоте колебания протона (7).
В реальности при возбуждении или формировании атомов водорода излучение уверенно наблюдается только на частоте Ридберга. Частота (7) и длина волны (8) -отсутствуют. Это свидетельствует о дефектах классической электродинамики, которые проявляются при описании процессов, происходящих в атомах.
1.2. Физика близкодействия.
Дефекты классической электродинамики устраняются в физике близкодействия (ФБ). С точки зрения ФБ основанной на представлении о существовании материального эфира, процесс формирования атома водорода из двух частиц отличается от классического электродинамического в следующих деталях.
1) В логике ФБ поля протонов и электронов состоят из реальных радиальных силовых линий. (Число силовых линий поля электрона рассчитано и равно п, = 9,3.104 [1, с. 257] [3]). Энергии связи электрона с протоном и частоты колебаний электрона в устойчивом или квазиустойчивом положениях пропорциональны числу силовых линий поля электрона, замкнутых на протон. Этим объясняется дискретность спектра излучения возбужденного атома. Устойчивое равновесие электрона на атомном удалении от протона объясняется деформацией реальных силовых линий центрального поля электрона и сменой силы притяжения на силу отталкивания [1, с. 186].
2) Сила воздействия частицы 1 на частицу 2 на атомных расстояниях записывается в виде
^,2 = Ъ S2 ^ , (9)
где ^ - интенсивность поля частицы 1 (размерность силы), s2 - эффективная поверхность взаимодействия частицы 2 с внешним полем.
Отношение сил, действующих на протон со стороны электрона Fep и на электрон со стороны протона Fpe,
7е = г?. (10)
В логике ФБ интенсивность центрального поля электрона в тр/щ, раз меньше интенсивности поля протона ^
к = ЕЫ, (11)
р р
в то время как площади взаимодействия обеих частиц с внешними полями равны и противоположны по знаку
^ = - 1. (12)
е
Поэтому, в частности, параметр площади атома водорода
Sн = Sp + Se = 0, (13)
и во внешних полях атом Н не отклоняется, в то время как отклонения свободных электрона и протона - ненулевые и различаются в тр/те раз.
3) Из (10)(11)(12) следует, что при взаимодействии протона с электроном отношение внешних сил, действующих на частицы, и приобретаемых частицами импульсов рр, ре , в отличие от классического электродинамического положения (1) не равно единице
!е£ = Ер = Ее (14)
ре р
Отношение (14) означает нарушение третьего закона механики при взаимодействии протона с электроном. Согласно ФБ сила отдачи по силовым линиям собственного поля не приводит частицу к ускорению. Следствие ФБ (14) касается только протона и электрона - частиц с полями различной интенсивности f и равными величинами площадей взаимодействия s. При взаимодействии качественно одинаковых частиц и тел отношение сил и импульсов подчиняется закону (1).
С учетом (2)(10)(11)(14) отношение частот колебаний протона и электрона в устойчивом или даже в квазиустойчивых связанных состояниях после сформирования или возбуждении атома водорода равно
^ = (— )2, (15)
Ve Шр
отличающееся от электродинамического (7). При колебаниях электрона с частотой Ридберга частота колебаний протона
Ур = R (^ )2. (16)
Шр
4) В ФБ инертная масса электрона т^ больше классического значения те в
к = 1,24 ± 0,04 (17)
раза [4] [1, с. 199].
mef = кт, . (18)
Значение (17) получено при выводе аналитического выражения для расчета ионизационных потенциалов элементов периодической системы как требование согласия теории с опытными данными. С учетом (17) расчетная частота колебания протона в атоме водорода
ур = R ( ^ )2 = (1,50 ± 0,12) .109 с-1, (19)
Шр
Частота (19) соответствует длине волны излучения протона атома водорода
х = = £ (^Р)2 = (20 ± 1,2) см. (20)
^ гр Я Ч/
Эта длина волны в пределах точности определения совпадает с хорошо известной астрономам длиной волны 21,1 см.
Совпадение результата (19) с наблюдаемой позволяет заключить, что ИЗЛУЧЕНИЕ, ПРИХОДЯЩЕЕ ИЗ КОСМОСА НА ВОЛНЕ 21,1 СМ - ЭТО ИЗЛУЧЕНИЕ, ВОЗНИКАЮЩЕЕ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ ПРОТОНА В СЛАБОМ ПОЛЕ ЭЛЕКТРОНА ОТНОСИТЕЛЬНО ПОЛОЖЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ИЛИ ВОЗБУЖДЕНИИ АТОМА ВОДОРОДА.
2. ЧАСТОТЫ И ДЛИНЫ ВОЛН ИЗЛУЧЕНИЙ ОТ КОЛЕБАНИЙ ЯДЕР ВОДОРОДОПОДОБНЫХ ИОНОВ.
Успешное отождествление в ФБ известного излучения из космоса на волне 21,1 см с колебаниями ядра атома водорода позволяет вывести выражение для расчета частот и длин волн изотопов водорода и водородоподобных ионов.
Из соотношения импульсов (14) при колебаниях ядра элемента Ъ с атомным весом А и с одним электроном в электронной оболочке импульс р2, приобретаемый ядром, связан с импульсом электрона ре равенством
р2 = - ъ т-г Ре. (21)
Шр
С учетом (21) энергия колебаний ядра с зарядом Ъ и атомным весом А
^^ъ А = — = О^)3 — = (т£)3 ^^е = (^)3 еин (22)
Ъ,А 2 Атр Л т р 2 т е- Лтр е Лтр н 4 '
где We, еин - энергия ионизации атома водорода.
Энергия ядра номера Ъ в поле электрона выражается через частоту его колебаний или вращений вокруг электрона
= \ щА 4п2 VI г/ , (23)
где г2 - радиус равновесия электрона в поле ядра Ъ, тА - инертная масса ядра.
Из (22) (23) квадрат частоты колебаний ядра произвольного водородоподобного иона
V2 = 2Ъ2 We Л 4 — (—)3. (24)
2 е 4п2 г2 Атр уАтр у '
При выполнении равенства радиальной притягивающей и отталкивающей сил, действующих на электрон в положении равновесия, радиус равновесия г2 зависит от Ъ по закону
^ = ^ Гн. (25)
С учетом этого частота колебаний ядра номера Ъ с атомным весом А
Уг = ъ (^)1/2 ± (—)2. (26)
г 2пг„ ^Ше-' А2 у '
При расчетах частоты колебаний ядра водородоподобного иона номера Ъ имеет смысл использовать константу, соответствующую наблюдаемой частоте колебаний протона в атоме водорода. Ввиду предсказания этой частоты нидерландским математиком и астрономом ван де Хюлстом логично назвать частоту его именем: частота Хюлста (НиМ) (Н)
Н = 1,420575.109 с-1. (27)
ЧАСТОТЫ РИДБЕРГА (Я) И ХЮЛСТА (Н) ОБРАЗУЮТ ПАРУ ЧАСТОТ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩУЮ КОЛЕБАНИЯ ЭЛЕКТРОНА И ПРОТОНА В АТОМЕ ВОДОРОДА.
(Такие пары частот в будущем предстоит определить для всех элементов периодической системы Менделеева.)
При таком обозначении корень квадратный из отношения частот Ридберга и Хюлста равно отношению масс протона и электрона:
/- = ^ = 1521,82 (28)
л^Н теГ '
Из (28) коэффициент к инертной массе электрона к (17) и инертная масса электрона т^ определяются с большой точностью:
к = 1,2064. (29)
щ* = кт, = 1,2064. 9,109534.10-31кг = 1,0989.10-30 кг. (30)
Использование ядерной константы Хюлста Н (28) позволяет записать формулу расчета частот и длин волн излучения ядер изотопов водорода и водородоподобных ионов в удобном виде
уг = 4 Н , X = — -, (31)
2 Л2 2 Н у ' А2
Х = ~ (32)
где г = ( £ )1/2, (33)
^ н
и2 , ин - потенциалы отрыва электрона от ядра водородоподобного иона номера Ъ и атома водорода, А - атомный вес изотопа, с - скорость света.
С точки зрения ФБ в выражениях (31)(32) значения Ъ и А - фактические, в принципе не равные суммам целых чисел классических значений элементарных зарядов и масс по следующим причинам:
1) Протон абсолютно непрозрачен для центрального поля электрона, поэтому при близком расположении нуклонов в ядре суммарная площадь взаимодействия ядра с полем электрона электронной оболочки меньше суммы площадей взаимодействия далеко разнесенных протонов из-за наложения площадей (дефект заряда ядра по параметру s для поля электрона).
2) Протон и электрон практически прозрачны для поля протона, поэтому инертная масса ядра практически равна сумме инертных масс нуклонов ядра [1, с. 49, 56].
3) В атомном ядре нейтрон поляризован в полях протонов. Электронная сферическая оболочка нейтрона сдвинута к одному или двум внешним протонам. При поляризации нейтрона и непрозрачности протона для поля электрона нейтрон превращается в электрический диполь или квадруполь с ненулевым положительным зарядом (В ФБ мультипольно поляризованные нейтроны играют роль посредников, удерживающих протоны вместе (короткодействующие ядерные силы).
Возникновение добавочных зарядов в атомных ядрах означает, что при записях заряда ядра в виде Qz = Ъ е, Ъ не является целым числом.
С учетом этих трех положений расчет собственной частоты колебания атомного ядра с Ъ > 1 возможен при знании фактического потенциала отрыва или собственной частоты колебаний самого ближнего к ядру электрона.
Закономерности ФБ, а также известные и предполагаемые значения параметров водородоподобных атомов, приводят к следующим оценочным значениям собственных частот и длин волн ядер изотопов водорода и гелия (Таблица 1). В расчетах принято, что различие потенциалов ионизации водорода и дейтерия на Див = 1,3 В обусловлено поляризацией нейтрона на одну связь с протоном. Предположено также, что величины Ди в тритии и гелии пропорциональны числу протон - нейтронных связей п
Дих = 2 Див , ДиНеэ = 2 Див , Ди^ = 4 Д^. (34)
Атом Число связей n Z U ионизации Вольт Инертная масса в mp Частота колебаний ядра расчет МГц Длина волны излучений ядра расчет см
H 0 1 13,6 1 1420,4 21,1
D 1 1,0467 14,9 2 371,68 81
T 2 1,0934 16,26 3 165,02 182
Не3 2 2,0934 59,4 3 330,4 91
Не4 4 2,1868 59,6 4 194,1 155
Вывод о ядерной природе излучения на волне 21 см и зависимости частот излучения от номера и массового числа ядра (31) (32) дает идею о диапазоне поиска частот излучений ядер других элементов в космосе.
Атомное ядро колеблется в любом атоме. Формулу расчета частот колебаний ядер произвольного элемента предстоит вывести. Заключение.
Сравнение результатов, получаемых на основе классической электродинамики и физики близкодействия, позволяет заключить, что:
1) классическая электродинамика не описывает процессы формирования атомов из свободных протонов и электронов;
2) совпадение расчетной длины волны (19) с длиной волны, наблюдаемой в космосе, свидетельствует о реализации в природе законов физики близкодействия и, следовательно, о существовании материального эфира.
Список литературы /References
1. Похмельных Л.А. Электрическая вселенная. Под ред. Акад. РАН Д.С. Стребкова. ООО «САМ Полиграфист», 2019. 270 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.physlev.pro / (дата обращения: 21.12.2020).
2. Похмельных Л.А. Варианты выражения постоянной Планка через константы электродинамики и модель атома с колеблющимся электроном. Ж. Прикл. физ., 2006. № 4. 10-18.
3. Похмельных Л.А. Квантовая механика без постоянной Планка. Физика близкодействия. Вестник науки и образования, 2020. № 11-2(89). С. 5-17.
4. Похмельных Л.А. Аналитическое выражение для расчета ионизационных потенциалов элементов периодической системы. Ж. Прикл. физ., 2002. № 1. 5-24.
