Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Семиков Сергей Александрович

Если коэффициент kравен постоянной Планка h, то приходим к общеизвестной формуле E= MV2/2= hf, связывающей энергию Eфотоэлектрона — с частотой выбившего его света f. Покажем, что k=h.Для этого, в формулу k= e0/ aподставим известные значения магнитного момента электрона = eh/4 Mи расстояний aмежду электронами и позитронами, составляющих порядка удвоенного классического радиуса электрона a= e ²/4 ₀ Mс ²(3x10 ^–15м). Отсюда k= h/ _{0 0} с ²= h.

Строго соответствующая величина и направление магнитного поля Bи закон E= hfполучаются и при непосредственном рассмотрении ориентированных магнитных частиц в стержнях бипирамидального атома, имеющего форму противотанкового ежа (Рис. 108).

Атом играет роль магнитной ловушки электронов, захватывающей и длительно удерживающей их на орбите. Когда падающий свет, — электромагнитное поле, меняющееся с частотой f, попадает в резонанс с частотой обращения электрона, то заставляет его сойти с устойчивой орбиты и покинуть атом, а, затем, — металл (Рис. 149). Отрыв светом электронов от атома давно открыт во внутреннем фотоэффекте. Но, если искромётная гипотеза Планка верна, то и во внешнем фотоэффекте свет будет воздействовать лишь на пойманные атомами электроны. Именно атомы будут ружьём, пращей, баллистой, стреляющей электронами, тогда как свету отведена скромная роль спускового механизма этих метательных орудий. Итак, энергия фотоэлектронов заключена в атомах, от которых они отрываются, поэтому никто ещё не обнаружил передачи светом энергии свободному электрону. Свободный электрон, как признают сторонники квантовой теории, в принципе не может поглотить энергию hfу света [134]. Вот почему, фотоэффект и комптон-эффект (§ 4.7) наблюдают только в веществе, — у электронов, связанных с атомами.

Рассмотрим подробней механизм фотоэффекта, — то, как он идёт на атомном уровне. Понять его можно лишь на базе магнитной модели атома Ритца. Ритц показал, что электроны в атоме занимают возле ядра устойчивые положения, откуда следует стабильность атома (невозможная в динамических, планетарных моделях). Если электроны и движутся вокруг ядра, то лишь — под действием магнитных, а не электрических сил. При этом, вращающийся электрон, теряя энергию на излучение, будет не падать на ядро, а отдалятся от него: в магнитном поле вся энергия электрона кинетическая, и она спадает с удалением. Когда захваченные атомом внешние электроны отрываются, на смену им приходят новые. Магнитное поле атома генерируют элементарные магнитные диполи, — электроны и позитроны, выстроенные в правильном порядке. В итоге, ядро, остов атома, напоминает песочные часы, — четырёхгранную бипирамиду (Рис. 151). Электрон движется в её средней плоскости и его кинетическая энергия Eсвязана с частотой fобращения электрона и генерируемого им излучения — законом E=hf, где h— постоянная Планка. В металле различные атомы содержат электроны колеблющиеся, вращающиеся — с самыми разными частотами (именно эти колебания образуют сплошной тепловой спектр металла, где представлены все частоты § 4.1). Вот почему, свет частоты f, попав в металле в резонанс с обращением отдельных электронов, крутящихся с той же частотой f, срывает их с орбиты, и те вылетают с сохранением своей энергии E=hf(Рис. 149). При этом, раз электроны — внешние, избыточные, а поле — магнитное, им не приходится затрачивать энергию на отрыв от атома. Ведь электрической силы со стороны атома нет.

Заметим, что и Планк, объяснив закон теплового излучения посредством гипотезы квантов, говорил исходно лишь о связи E=hfэнергии осцилляторов (электронов в атоме) — с частотой их колебаний f(§ 4.1, § 4.2). А, раз именно такую связь даёт бипирамидальная модель атома, из неё сразу следует закон излучения Планка. Лишь позднее классическую идею Планка извратили так, будто энергия квантуется: свет излучается квантами, фотонами. Судьба идей Планка напоминает историю открытий Ритца. Их выводами воспользовались адепты неклассической физики, проигнорировав классические идеи, в рамках которых эти выводы были получены.

Рассмотренный механизм образования фотоэлектронов приводит к выводу, что фотоэффект можно наблюдать лишь в некотором диапазоне частот. Раз энергия электрона E=MV ²/2 =hf, а его скорость связана с радиусом орбиты Rзависимостью V=2 Rf, то f=h/2 ² R ² M. Но радиус Rорбиты электрона в атоме не может быть ни слишком велик, ни слишком мал, а, значит, и диапазон частот излучения, выбивающего электроны, ограничен сверху и снизу. Электрон не должен находиться слишком близко к ядру, где кулоновское притяжение ядра преобладает над магнитной силой (как показывает опыт Резерфорда). Внешний электрон обязан располагаться за сферой внутренних, узловых электронов, экранирующих заряд ядра. Это даёт синюю границу фотоэффекта. С другой стороны, радиус орбиты не может быть больше размеров атома: вне атомного остова магнитное поле быстро спадает, и атом в этой области не может удержать электроны на орбите. Так что, и для внутреннего фотоэффекта, где электрон

остаётся в образце и ему не надо совершать работу выхода, должна быть красная граница фотоэффекта: свет с частотой меньшей f=h/2 ² R ² M— неэффективен ( R— радиус атома). И такая красная граница обнаружена.

Интересно рассчитать эти границы, зная минимальный rи максимальный Rрадиусы орбиты электрона (Рис. 151). Минимальный радиус должен быть порядка сотни радиусов ядра, то есть электроны вряд ли могут располагаться ближе r10 ^–13м. Отсюда, — максимальная частота f=h/2 ² r ² M10 ²¹Гц. Поэтому, излучение с частотой много большей 10 ²¹Гц (жёсткие гамма-лучи) уже не сможет вызвать фотоэффекта (что подтверждают и опыты). Максимальный радиус орбиты составляет порядка радиуса атома R10 ^–10м. Так что, красная граница фотоэффекта будет лежать в области частот f _кр =h/2 ² R ² M10 ¹⁵Гц, но это есть видимый свет. И во внешнем фотоэффекте красная граница действительно соответствует видимому свету. Считают, что это связано с наличием работы выхода — минимальной энергией A, которую должен затратить электрон, дабы покинуть металл (§ 4.12). Тогда наименьшая частота света (красная граница), выбивающего электрон f _кр =A/h. Но, не исключено, что красная граница и работа выхода связаны со свойствами самих атомов, а не металла. Тому есть подтверждения.

Так, самую длинноволновую красную границу имеют щелочные металлы, что естественно, поскольку у них наибольшие атомные радиусы R. У этих металлов красная граница расположена в диапазоне видимого света, а предельная длина волны = с/f _кррастёт с ростом атомного радиуса. У металлов же с меньшими атомными радиусами, красная граница расположена в области ультрафиолета (Таблица 8). Выходит, и красная граница, и сама работа выхода заданы свойствами атомов, а не металла в целом. И это естественно, ведь металл — это, по сути, одна гигантская молекула, — много атомов, слившихся воедино: их электроны обобщены. А работа выхода — это энергия ионизации такой молекулы, пропорциональная энергии ионизации её атомов.

И, точно, у металлов с наименьшей энергией ионизации E _и,— у щелочных металлов, — минимальна и работа выхода A, и эти энергии растут с уменьшением атомного радиуса (Таблица 9). Почему-то этот факт, загадочный с точки зрения квантовой теории, игнорируют, хоть и отмечают, что красная граница тем дальше сдвинута в сторону длинных волн, чем электроположительней атомы металла, то есть, — чем легче они отдают свои электроны [74]. К вопросу о природе работы выхода ещё вернёмся и обсудим её подробней (§ 4.12).

Итак, волновой подход не уступает квантовому, позволяя наглядно объяснить гораздо больше эффектов, прежде казавшихся совершенно загадочными. Волновая теория более удобна и для объяснения комптон-эффекта и рождения электрон-позитронных пар под действием гамма-излучения. Почему же не откажутся от квантового объяснения со всей его несуразностью? Первая причина состоит в игнорировании альтернативных подходов (путь, открытый Планком, давно забыт). Вторая причина — в упорном нежелании академических кругов подвергать сомнению основы квантовой механики, ведь фотоэффект — её фундамент. Поэтому, представители официальной науки всеми правдами и неправдами скрывают альтернативные пути и проблемы квантовой теории фотоэффекта. Это замалчивание, скрытое противостояние классической и неклассической физики, — восходит корнями к началу XX века, к тому же Столетову, с внезапной смертью которого связана тёмная история, каких немало в науке.

Столетов был сторонником классического подхода в физике и стоял на страже здравого смысла в науке, за что и пострадал [15]. Дело в том, что другой физик, Б. Голицын, задолго до Эйнштейна и Луи де Бройля выдвинул идею корпускулярно-волнового дуализма, в том числе в отношении света, приписав ему некую температуру, как меру энергии атомов света (подобно фотонам, имеющим свои энергии). Столетов выступил с резкой критикой этой идеи и добился того, что её признали ошибочной. После это ставили в вину Столетову: не окажи он своим авторитетом такого влияния, идея корпускулярно-волнового дуализма прижилась бы много раньше и принадлежала бы России. Якобы Столетов сам загубил идею, объяснявшую исследованный им фотоэффект. Но, на деле, Столетов, будучи тонким теоретиком и экспериментатором, глубоко чувствовал истинную природу явлений, интуитивно понимал, что идея корпускулярно-волнового дуализма, идущая от ненавистного ему мистического энергетизма Маха и Оствальда, — абсурдна, чужда материализму и чёткому атомистическому представлению о мире (§ 5.14). Не случайно, Столетов был другом и научным единомышленником таких учёных-материалистов, как Менделеев, Тимирязев, Циолковский, бывших противниками энергетизма и мистики [23].