CC BY
15
PHYSICO-MATHEMATICAL SCIENCES
CHARGED PARTICLES. ELECTRON Rudnev A.D. (Russian Federation) Email: Rudnev462@scientifictext.ru
Rudnev Anatoly Dmitrievich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, retired, ALEKSEEVKA, BELGOROD REGION
Abstract: the article is devoted to the correction of errors in the physics of charged particles. The ways of eradicating errors introduced by hypotheses and postulates are considered. On the example of an electron, the analysis of the structure of particles was carried out according to the rules of real physics. The main relations of the parameters of charged particles are obtained. The focus of the birth of profanation in the theory of relativity and the path of infection of physics are revealed. For the first time, physically substantiated Planck's constant, fine structure constant, de Broglie wave and Compton wave. The materials of the article are absolutely copyrighted and original. They are very useful for students and young scientists.
Keywords: delusions, properties of an electron, theory of relativity, energy mass, energy density, fine structure constant, Compton and de Broglie waves.
ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ. ЭЛЕКТРОН Руднев А.Д. (Российская Федерация)
Руднев Анатолий Дмитриевич - доктор физико-математических наук, пенсионер, г. Алексеевка, Белгородская область
Аннотация: статья посвящена исправлению ошибок в физике заряженных частиц. Рассмотрены пути искоренения ошибок, вносимых гипотезами и постулатами. На примере электрона проведен анализ структуры частиц по правилам реальной физики. Получены основные соотношения параметров заряженных частиц. Выявлен очаг рождения профанации в теории относительности и путь заражения физики. Впервые обоснованы физически постоянная Планка, постоянная тонкой структуры, волна де Бройля и волна Комптона.
Материалы статьи абсолютно авторские и оригинальные. Они очень полезны студентам и молодым ученым.
Ключевые слова: заблуждения, свойства электрона, теория относительности, энергомасса, плотность энерговещества, постоянная тонкой структуры, волны Комптона и де Бройля.
Физика элементарных частиц - быстроразвивающаяся наука 20 и 21 веков. Она фактически задаёт вектор развития атомной физике и через неё определяет будущее атомной промышленности. Даже космологические концепции базируются на ней. Самые видные учёные современности активно участвуют в создании моделей и образов элементарных частиц. Актуальность их теорий чрезвычайно высока.
И всё же в последние годы прогресс в развитии этого раздела физики затормозился. В данной статье мы попытаемся отыскать объективные причины застоя. Поможет нам в этом физика «без гипотез», позволившая очистить науку от влияния ошибочных теорий [1, 2].
1. Чем поможет физика «без гипотез»
Физику без гипотез мы называем «реальной», отделяя её тем самым от гипотетической (иллюзорной, предположительной) физики. Чем же достигается эта реальность?
• Как гласит название заголовка - отсутствием гипотез. Признаемся честно, совсем без гипотез обойтись невозможно1. Следовательно, необходимо устраивать заградительные фильтры для них.
о а) Фильтр высшего порядка - взаимная непротиворечивость вводимых правил. Противоречивые гипотезы отметаются напрочь.
0 б) Фильтр второго порядка - отсутствие противоречий с актуальными знаниями и представлениями. Здесь такая категоричность неуместна, поэтому подобные гипотезы принимаются условно. То есть, требуется одновременно ревизия существующих знаний, результатом которой может быть коррекция этих знаний вплоть до их отмены. Иначе говоря, надо инициировать пересмотр и вводимой гипотезы, и существующих знаний вплоть до полного их согласия.
• Анализ научных положений и правил проводится исключительно по правилам логики. Нелогичные выводы, правила и положения не принимаются.
• Реальная физика базируется на законе сохранения энергии.2
• Искусственные приемы описания физических процессов (например, дуализм) неприемлемы.
• Второй и третий законы Ньютона в реальной физике не оспариваются и принимаются за основу физических взаимодействий в реальном мире. К первому закону есть претензии3 и до поры его не рассматриваем.
• Природа не располагает вычислительной техникой, поэтому все взаимодействия в природе подчиняются исключительно ньютоновским законам механики. Применение всевозможных гамильтонианов - это ухищрения человека для получения приближенной информации по косвенным данным. Это не физика, а её заменитель, суррогат.
2. Актуальные сведения об электроне.
Почему сразу об электроне? Просто потому, что он самая элементарная частица, просто потому, что он наиболее изучен и о нем больше объективных данных. Просто все допущения (прототипы гипотез) легче объясняются физически на простейшей модели.
Общеизвестные параметры электрона:
-масса электрона (те) равна4 9,1093891(40)*10 -31 кг5.,
-радиус электрона (ге) равен 2,82-Ш"15 м.,
-электрический (элементарный) заряд6 (qe) равен 1,6021766208(98) •10" 19 Кл,
-энергия электрона (Ее) равна тес2 = 8,19 • 1014Дж.
Последний параметр определен по формуле, именуемой формулой Эйнштейна
1 В микромире мы имеем дело с данными опыта, требующими трактовку результатов косвенных измерений.
2 Закон сохранения массы - это следствие.
3 В его основе лежит искусственный прием - отсутствие воздействия внешних сил. В реальном мире это невозможно.
4 Индекс параметра присваиваем по первой букве названия частицы.
5Здесь и далее в скобках указаны недостоверные цифры значений параметров.
6Элементарному заряду условно присвоен отрицательный знак. Мы этого делать не можем.
Ее = тес2 (1).
Сравнивая с формулой для кинетической энергии в механике
W = ту2 /2 (2),
отмечаем, что по факту Эйнштейн определил кинетическую энергию электрона. Но она несколько странная: в ней вместо скорости электрона присутствует скорость света и отсутствует двойка в знаменателе. Возникают естественные вопросы:
• Какое отношение свет имеет к электрону, который может быть неподвижным, а может перемещаться с небольшой скоростью?
• Что есть «скорость света с?» Если это предел скоростей в материальном мире то формула (1) не может давать детерминированное значение.
• Как вообще электрон может получать удвоение кинетической энергии?
На эти (и не только эти) вопросы вы найдете ответы в статье [3], а мы продолжаем.
3. Анализ. Логика. Структурирование электрона.
Коль решено отыскивать связь параметров частиц, то необходимо сопоставлять одноименные параметры частиц, разительно отличающихся по массе, энергии или габаритам. В частности, - как и почему различаются радиусы частиц?
Опережая время, заглянем в справочные данные тяжелой частицы - протона (таблица 1).
Таблица 1. Справочные данные тяжелой частицы - протона
Частица масса, кг энергия, Дж радиус, м
электрон 9,11Е-31 8,19Е-14 2,82Е-15
протон 1,67Е-27 1,5Е-10 8,48Е-16
К сравн 1836 1831,50 0,30
Замечательно! Масса протона в 1836 раз больше массы электрона, а радиус меньше в ~3 раза. Это подсказка. Энергия практически пропорциональна массе, следовательно, частицы имеют одинаковый строительный материал. В таком случае больший радиус частицы с меньшей энергомассой (ЭМ) может быть в единственном варианте - вращение массы энерговещества радиуса гч на радиусе орбиты частицы Ге (рис. 1).
1. То есть, вся масса электрона сосредоточена в малом шарике ЭМ.
Это очень важный вывод для структурирования заряженных частиц. Как следствие:_
2. Вся энергия электрона и его заряд сосредоточены в шарике ЭМ.
Рис. 1. Вращение ЭМ электрона по орбите
Теперь появилась логическая возможность применить формулу (1) к энергии электрона. Вращение ЭМ по орбите, действительно, представляет собой кинетическую энергию. Пока это предпосылки, ведь для неподвижности электрона требуется реактивная энергия вращения, а ее нет.
Существует, однако, другой путь сохранения неподвижности электрона. Таковым является трехмерное силовое воздействие на ЭМ. К счастью, в нашем распоряжении имеются излишки кинетической энергии. Можно их реализовать в указанной цели.
Второе измерение кинетики ЭМ - это либо вращение ЭМ в плоскости, перпендикулярной орбите, либо её гармонические колебания1 (рис. 2).
Меридиональные колебания ЭМ
Ж
(р{1) = — $т{п®Л) (3)
совместно с орбитальной разверткой обеспечивают движение ЭМ по сфере электрона. Именно поэтому электрон приобретает электрические и магнитные свойства «сплошной» сферы. А сама энергомасса остается точечной и её движение по сфере подчинено законам Ньютона.
Путь ЭМ по сфере
s(t) = Т&Ц) (4).
Энергия колебаний ЭМ
W = J (по)2/2 = те (пФТе )2/2 = Ее/2 (5),
где 3 - момент инерции ЭМ.
1 Оба варианта равнозначны и имеют право на существование. Фазы реализации вариантов рассмотрим позже.
г
Рис. 2. Схема получения двухкомпонентной кинетической энергии электрона. Слева знакопеременные колебания ЭМ, справа однонаправленное вращение ЭМ. Здесь п-множитель
круговых частот
В то же время Ее /2 = тес2/2 = 4,10Е-14 Дж, и период одного колебания равен
Т = 2лге / с = 5,91Е- 23 с. (6).
Это отправная точка для раскрытия структуры заряженных частиц (в данном случае - электрона). В самом деле, мы получили первый расчетный параметр электрона - меридиональную угловую частоту
пю = 2л/ Т = с / Ге = 1,06Е + 23 с-1 (7).
Достаточно опустить индекс при радиусе в (7) и получим правило частот для заряженных частиц_
3. Круговая частота меридиональных колебаний ЭМ частиц равна
отношению скорости света к радиусу частицы.
4. Волна де Бройля, волна Комптона и постоянная тонкой структуры.
Если расположить электрон так, чтобы ось его симметрии была перпендикулярна плоскости чертежа (рис. 3), то можем «увидеть» ЭМ и орбиту вращения. Для стороннего наблюдателя это будет выражаться периодическими магнитными импульсами энергии. Соответственно на рисунке появится расходящаяся спираль
давления. С учетом орбитального периода пТ1 и скорости света длина волны этой
спирали равна
\ = псТх (11).
Рис. 3. Спираль давления, создаваемая вращающейся ЭМ электрона
Но измерить частоту этих импульсов почти невозможно, т.к. в свободном состоянии ось симметрии электрона постоянно меняет ориентацию. Гораздо лучше дело обстоит с меридиональными колебаниями ЭМ, поскольку всплески энергии имеют удвоенную частоту и направлены в разные стороны. Кроме того, сама частота значительно выше орбитальной, что снижает вероятность ошибок при измерениях.
Таким образом, этим двум волнам излучений можно сопоставить волны де Бройля и Комптона. Их справочные значения соответственно 1,67Е-10 и 2,43Е-12 м.
Мы легко распознаем меньшую из них, как достоверную ЛС = 2,43Е -12 м.
Из формулы (11) находим
пТх =ДС / с = 8,09Е-21 с (12),
откуда с подстановкой (6) получаем
п = 8,09Е - 21/5,91Е - 23 = 137 (13).
Мы и без того догадывались, что это величина, обратная постоянной тонкой структуры
а = 1/ п = 0,00729 (14).
Осталось проверить длину волны де Бройля
Лв/Лс = 1,67Е -10/2,43Е -12 = 68,8 (15).
Пучности волны Комптона следуют вдвое чаще собственной частоты, следовательно
2Лв/Лс = 137,6 = п (16).
Получаем еще один замечательный параметр электрона
4. Орбитальная скорость вращения ЭМ электрона равна сс = 2,19Е + 06 м/с.
5. Новые параметры электрона.
За один оборот по орбите энергомасса совершает более 137 полных колебаний «по меридиану». Каждое колебание характеризуется энергией тс2/2. А орбитальное вращение получает такую же энергию за период
Т0 = пТх = 8,09Е-21 с (17).
То есть энергия электрона в этом периоде не постоянна. Следовательно, должна быть общая константа для двух видов движения ЭМ. Но из-за различия периодов в этих видах движения мы должны пользоваться НАИБОЛЬШИМ ОБЩИМ ДЕЛИТЕЛЕМ. То есть, энергетической мерой электрона (и заряженных частиц вообще) является произведение энергии электрона (частицы) на максимальный период орбитальной частоты.
5. Иначе говоря, единственным параметром для вычислений с использованием энергии электрона будет произведение ЕеТ0 = h, названное постоянной Планка.
Вот поэтому известная формула для заряженных частиц
Е = Ь) (18).
оперирует энергией с орбитальной частотой, а потому справедлива.
Лирическое отступление, позволяющее выявить интеллектуальную сущность теории относительности.
Только в нашем анализе удается объяснить энергию электрона тс2, не поделенную на 2. Однако, еще нет объяснения тому, как предел скоростей материального мира попал в электрон. Впрочем, загадку мы разгадали выше, когда полагали, что кинетическая энергия ЭМ вычисляется по формуле (2) при её гармоническом колебании
Ж
(р(Х) = — Бт(пог) (19).
То есть, линейная скорость V является средним значением скорости ЭМ в периоде колебаний
_ 2 жс _ . .
V =---Cos(nat) = с (20).
ж 2
При этом максимум скоростей движения ЭМ в электроне равен
vm =жс/2 = 1,57с (21).
Этот факт ставит жирный крест на так называемой теории относительности1. Но вот что важно: в формуле Эйнштейна Е=тс2 не скорость света, а среднее значение скорости движения энергомассы. Значит, это не предел скоростей. Более того, максимум линейной скорости движения ЭМ может превышать скорость света2 и даже достигать 1,57с, поскольку это не влияет на среднее значение скорости в периоде колебаний. Однако, выполнение этих условий возможно лишь в структуре заряженных частиц. Поэтому сообщения об экспериментах с регистрацией сверхсветовой скорости [4] недостоверны.
И мы впервые расставляем все точки над <а»:
6. Не скорость света определяет энергию электрона в формуле Эйнштейна, а
свет пользуется транспортной сетью, созданной кинетикой заряженных частиц
Свет - не корпускулы, а во лны давления, являющиеся реакцией среды на колебания ЭМ заряженных частиц. Вот почему скорость света не зависит от скорости движения источника света.
Свободные электроны содержатся во всех средах. Их концентрация зависит от плотности среды. Этим объясняется разброс измеренных значений скорости света, а также ее снижение в плотных средах (например, в воде).
Только теперь читатель может вспомнить все так называемые релятивистские эффекты ТО, в которых нет ускорений тел и нет ускоряющих сил. Это Эйнштейн издевательски погрузил всех нас в иллюзорный мир, подменив световую волну давления мнимой корпускулой. А поскольку скорость волны давления «живёт» в окружающей среде и не нуждается в ускоряющей силе, такая подмена позволила жонглировать не только скоростями, но также и временем. Так родилась шизофреническая теория относительности.
7. Ты теперь про Эйнштейна оду петь не моги- он вошел в храм науки, не сняв сапоги!
Ответь, читатель: мог ли А. Эйнштейн (учитель физики и математики) не понимать, что, манипулируя световыми скоростями материальных тел без участия ускоряющих сил, он шельмует науку?
Но вернемся к электронам.
Кажется, что проблемы решены: энергия электрона стала равной тс2. С учетом третьего закона Ньютона еще столько же затрачено на реакцию среды. Всего на построение электрона ушло 2тс2. Но мы получили лишь двумерную систему скелета электрона. Он пока не способен обеспечивать сохранение ориентации электрона и его неподвижного состояния. И самое главное: скорость движения ЭМ во времени переменная, энергия в периоде колебаний - тоже. Но энергия электрона - это константа.
Значит, все виды движения ЭМ потребляют суммарно энергию, постоянную во времени. То есть, должен быть механизм рекуперации энергии.
Требуется такой механизм, который не создает внешнюю реакцию, но обеспечивает внутренний энергообмен. Иначе говоря, требуется третий вектор энергетического действия ЭМ с гироскопическим эффектом. Выбора нет, надо придать вращательное движение ЭМ относительно собственной оси симметрии ЭМ.
Однако, мы совершенно не знаем размеров ЭМ. Чтобы определить их, сначала вычислим давление внутри сферы электрона
1 С этого момента все бредовые идеи этой теории (деформация пространства и времени в функции скорости) можно считать похороненными.
2 При сохранении среднего значения во времени v=c.
Ре = Ее /Уе = 8,72Е + 29 Па, где Ve = 9,39Е-44 м3.
Затем вычисляем площадь поверхности сферы электрона SV = 4жг2 = 9,99Е - 29 м2.
И находим площадь поперечного сечения sq ЭМ, чтобы сила давления Р^ на нее равнялась центробежной силе теу1о / ге
= т/а/ ГеРе = 1,78Е-33 м2 (22)
или
гч = 2,374Е -17 м (23).
Ранее [1] мы этим и ограничивались, хотя было ясно, что центробежная сила и сила Pesq одинаково направлены и стараются выдавить ЭМ из сферы. Логическим завершением будет небольшое смещение ЭМ наружу сферы, при котором площадь sq будет уменьшаться, стабилизируя баланс сил.
Но подробный анализ показал, что контакт ЭМ со сферой становится точечным. В таком случае структура электрона станет неустойчивой, готовой к разрушению. Выходом из ситуации является увеличение исходной площади сечения ЭМ вдвое
г = 1,41*2,374Е -17 = 3,36231Е-171 м. (24).
q
При этом центр ЭМ выходит за пределы сферы на 0,707 ^.
Новые значения параметров электрона: Объем ЭМ
Vq = 4жт3/3 = 1,59221Е-49 м3 (25).
8. Объемная плотность строительного материала ЭМ невероятно большая
рч = те / V = 5,72Е + 18 кг/м3 (26).
(Например, масса протона 1,672 -10" 27 кг получит объем 2,92Е-46 м3, то есть радиус ЭМ около 4,12-10" 16м. И это при том, что радиус самого протона 8,768-10" 16м. )2
Приступаем к усложнению модели электрона (рис. 4). Теперь ЭМ и ее ось вращения находятся несколько дальше от центра электрона. Для точных вычислений3 можно использовать радиус вращения ЭМ
Кы = Ге + 0,707г = 2,84Е -15 м (27).
1 В 83,87 раза меньше радиуса электрона.
2 А если всю массу солнца разместить на его поверхности в виде пленки, то ее толщина будет всего 57 микрон.
3 Радиус вырастает на ~1%.
Рис. 4. Полная модель структуры электрона
Самая первая задача (в смысле очередности) - определение «емкости ресивера». Один признак уже получен нами - на каждый вид движения требуется энергия тс2. Второй признак - значение энергии ЭМ при максимальной скорости
Етх = те (лс/2)2 = 2,4674тс2 (28), следовательно, полная энергия электрона вместе с энергией рассеяния равна1 3тс2.
В таком случае, энергия вращения ЭМ равна
л
ЕО = 3тес - те С" СО^М)] С точки зрения механики Ет( = Зо2 /2.
(29).
Момент инерции шара относительно своей оси равен 0,4тг , поэтому
Erot = (0WW/2
(30).
О = )
График этих функций показан на рис. 5
5 Abs ( Erot)
(31).
merq
2
1 2 Мы вправе оперировать только целочисленными значениями тс2.
КНДР я- оюроотя
Дж1
5-е рпга юл?-гг
\ / \ /
\ / \ У
\ / \ /
\ \ / / \ /
2 ОХ-2*
сссе-сс
— гсг-г; ■А оос-г:
> / \
/ \ / \
\ 1 /
1
) V V
Рис.5. Графики функций преобразования энергии при вычислении скорости вращения ЭМ
электрона в периоде То
График для (гЫ выполнен с учётом знака энергии Е^.
Помним, что такая же энергия J(q2 /2 передается в качестве реакции в орбитальное вращение ЭМ.
платформе как образ угловой реакции на движение массы
Вот только плечо ЭМ относительно оси симметрии электрона переменное во
времени. Но здесь момент инерции уже имеет плечо КГЫ (27). И в соответствии с
третьим законом Ньютона запишем равенство моментов вращения относительно собственной оси ЭМ и относительно оси симметрии электрона (рис. 6).
^ =-1о^о (32).
Орбитальное движение ЭМ оказалось возвратно-вращательным. Восхищает природный способ снижения орбитальной скорости ЭМ- в каждый миг она равна с, а в периоде - в 1/с « 137 раз меньше. Удивительно, что при этом
параметрическая стабилизация константы а достигается с сохранением её иррациональности.
Рис. 7. Знакопеременные ускорения ЭМ в орбитальном периоде
Множество свойств электрона с точки зрения новых знаний будут рассмотрены в последующих публикациях. Среди этих свойств есть и совсем неизвестные сегодняшней науке, например, физика дробного эффекта Холла.
Список литературы /References
1. Руднев А.Д. Возвращение в физику (Реальная физика). LAP, 2012.
2. Руднев А.Д., Поторочин С.М. Современная физика. Взгляд из будущего. ж. Проблемы науки. № 1 (25), 2018.
3. Руднев А.Д., Физика заряженных частиц. Размышляем вместе. ж. Процветание науки. №3 (3), 2021. Изд-во «Умы современности».
4. Иванов И. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://elementy.ru/novosti_nauki/431680/Eksperiment_OPERA soobshchaet o_nablyudenii_sverkhsvetovoy_skorosti_neytrino/ (дата обращения: 22.12.2021).
