CC BY
23
технологии в сфере образования. Москва. Янус, 2014. -248 с. 3. Тихонов А. Н. Информационные технологии и телекоммуникации в образовании и науке: Материалы международной научной конференции, ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». — М.: ЭГРИ, 2007. - 222 с.
УДК 539.1.01 Базанов Ю.Г.
Россия, г. Самара ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
Аннотация:
На основе законов классической физики показан физический смысл д-фактора элементарных частиц и связь постоянной Планка с энергией электрона.
Ключевые слова: электрон, протон, магнитный момент, магнитный поток, постоянная Планка, д-фактор.
Bazanov Yu. G.
Russia, Samara THE PHYSICAL NATURE OF PLANCK'S CONSTANT
Annotation:
On the basis of the laws of classical physics shows the physical meaning of the д-factor of elementary particles and the connection of the Planck constant with the electron energy.
Key words: electron, proton, magnetic moment, magnetic flux, Planck constant, д-factor.
Введение.
Современная официальная наука придерживается Стандартной Модели строения и взаимодействий элементарных частиц. Рабочим инструментом Стандартной Модели является квантовая теория поля, которая позволяет теоретически описать и предсказать свойства различных процессов в мире элементарных частиц. В тоже время она не объясняет физический смысл многих констант и коэффициентов, используемых при этом в математических формулах.
Краеугольным камнем квантовой физики является Постоянная Планка - основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой. Обычно обозначается латинской буквой h.
На протяжении ХХ века оставалось и сейчас остается неясным: чем обусловлена величина постоянной Планка. Какова ее природа?
Макс Планк ввел свою постоянную для объяснения спектра теплового излучения абсолютно черного тела. В большинстве случаев источником электромагнитного излучения (в том числе и теплового) в атомах вещества являются электроны, можно предположить, что постоянная Планка как-то
связана с энергией электрона.
Внимательно изучив все свойства электрона, можно прийти к выводу - постоянная Планка равна действию (импульсу энергии) электрона за один период спинового вращения.
Редуцированная Постоянная Планка h = h/2n это действие электрона при повороте на 1 радиан.
Материалы и методы.
Для доказательства этого утверждения необходимо взглянуть
непредвзято на некоторые вещи, а именно на спин и g-фактор электрона.
Гипотеза о спине электрона была предложена Уленбеком и Гаудсмитом в
1925 году. Они же постулировано приписали электрону собственный
h
момент количества движения -
Квантовая теория использует спин «совершенно формальным образом», «не задаваясь целью объяснить его происхождение»[1], поскольку спин, как она утверждает, есть чисто квантовое свойство, не имеющее классического аналога. Экспериментально собственный момент количества движения электрона не определялся, а определялся только собственный магнитный момент электрона. Отношение величины магнитного момента к величине спина называется гиромагнитным отношением
Y=J (1)
где Р - магнитный момент частицы, S- спин частицы, принятый в
h
квантовой механике для электрона и протона = -.
Р = ^ , S=mvr (2)
где e - заряд, m - масса, v - тангенциальная скорость вращения, г -радиус частицы.
Оказалось, что реальное гиромагнитное отношение электрона в 2 раза больше расчетного классического гиромагнитного отношения у0 =
е
2т
Был искусственно введен g-фактор - множитель,
связывающий гиромагнитное отношение частицы с классическим значением гиромагнитного отношения:
У = Yog (3)
У электрона получилось g = 2 (без учета аномального магнитного момента), у протона gp = 5,58569. Считается, что g-фактор не имеет объяснения с точки зрения классической физики. В выражении (1) магнитный момент многократно измерен с большой точностью, а величина спина постулирована, то, с точки зрения здравого смысла, на отклонение экспериментального от расчетного значения гиромагнитного отношения влияет величина спина.
Из выражений (1)-(3) можно получить:
mvr = Sg = - g (4)
Таким образом, мы видим, что реальный момент количества движения частицы в д раз больше принятого.
При постоянном моменте количества движения кинетическая энергия вращения вычисляется по формуле:
Ек = Бды = ^ (5)
Импульс энергии за один оборот
ЕкТ = ^ (6)
где Т - период спинового вращения частицы.
У электрона д = 2, то получаем Н = ЕкТ - постоянная Планка равна действию (импульсу энергии) электрона за один период своего вращения.
Такой же результат можно получить при вычислении магнитной
энергии электрона.
При изучении явления сверхпроводимости был открыт квант
магнитного потока . жЬ
Ф0= ^
Логичнее переписать данную зависимость в следующем виде: Ь = Ф0е/п (7)
или
к = 2Ф0е (8)
т.е. постоянная Планка это энергия магнитного потока 2Ф0 за один период вращения заряда e.
Определим магнитный поток электрона.
Электрон имеет магнитный момент, следовательно, он имеет токовый контур, который создает магнитный поток. Этот контур не имеет активного электрического сопротивления - иначе бы ток быстро прекратился. Из этого следует что электроны (а также и протоны) являются элементарными сверхпроводящими контурами. Одной из основных особенностей сверхпроводящих контуров является их способность сохранять постоянным магнитный поток.
Магнитный поток кругового тока вычисляется через векторный потенциал
Ф = А2пг (9)
где А модуль векторного потенциала на контуре. Электромагнитный импульс связан с механическим выражением [2] Ае = ту (10)
Отсюда находим
Л = ^ (11)
е
Ф = = — д = Ф0д (12)
Т.е. д-фактор определяет величину магнитного потока частицы в квантах магнитного потока.
У электрона д =2 , соответственно магнитный поток электрона Ф =
2Ф0
При постоянном магнитном потоке его энергия определяется выражением
Ет = Ф1= (13)
Сравнивая с (6), видим, что кинетическая энергия частицы равна энергии магнитного потока.
Для электрона Ет = - и тогда
Ь=ЕтТ Т (14)
Выводы
Постоянная Планка равна импульсу энергии электрона за один период своего вращения.
д-фактор определяет величину магнитного потока частицы в квантах магнитного потока.
Магнитный поток и момент количества движения частицы связаны выражением
туг = Ф— (15)
2п к '
Обсуждения и заключения
С постоянной Планка снят некий мистический характер, ее природа оказалась действием конкретного объекта микромира - электрона. Т.к. в большинстве случаев источником электромагнитного излучения являются электроны, поэтому энергия фотонов связана с энергией электрона данной константой.
Знание природы постоянной Планка поможет изучению механизма излучения электрона.
Использованные источники:
1. Шпольский Э.В. Атомная физика. Том 2. Основы квантовой механики и строение электронной оболочки атома (4-е издание). М.: Наука, 1974
2. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. (вып. 8, 9) КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА М.: МИР, 1978
