АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ

13. ТЕОРИЯ ВОДОРОДОПОДОБНОГО АТОМА

Из этой главы станет ясно, что современная теория водородоподобного атома, основанная на квантовой механике и излагаемая теория атома альтернативной новой физики по отношению друг к другу стоят вверх ногами. Кто из них стоит на голове - судить читателю. Квантовая механика фактически пригодна только для описания атомов и их ядер, т.к. поведение макрообъектов невозможно описать этой теорией - они “классические”, а к элементарным частицам невозможно применить по причине, что: “... квантовая механика не применима к описанию процессов, характеризующихся размерами областей их протекания порядка 10^-13 см и менее”. (Н.И. Карякин и др., Краткий справочник по физике, “Высшая школа”, М., 1962, стр. 417).

Многое из того, что изложено ниже, с успехом может быть применено к описанию космических систем.

Уравнение (2.2) выведено для круговых орбит, когда вектор скорости электрона перпендикулярен радиус-вектору. Для орбиты произвольной формы (фигура 13.1):

                                          (13.1),

где V - скорость тела на орбите.

Разложим вектор V на две взаимно перпендикулярных составляющих: тангенциальную скорость V_т и центробежную скорость V_с  так, что:

                                               (13.2).

Несмотря на то, что Бор допускал возможность движения электрона с кратным моментом количества движения и современная физика это одобряет, мы не будем грешить против твердо установленных законов природы, особенно фундаментальных. Поскольку свободный электрон имеет момент импульса , то таковым он и останется на любой орбите, в том числе и в основном состоянии (круговая орбита). Ранее мы убедились, что закон сохранения момента количества движения справедлив даже при движении тела по прямой линии. Для произвольной траектории электрона (если электрон не релятивистский), этот закон будет выглядеть так:

                                                   (13.3).

Подставив (13.3) и (13.2) в (13.1), найдем:

                                       (13.4).

Известный закон о том, что система стремится к минимуму потенциальной энергии и по достижению его занимает устойчивое (основное) состояние, требует существенного уточнения, заключающегося в том, что при этом должна произойти диссипация энергии в размере разницы энергии в исходном и основном состоянии, т.е. система должна быть открытой, а не изолированной. Если диссипации энергии не происходит, то дна потенциальной ямы система не может достичь (например, маятник будет качаться вечно) - этого требует закон сохранения энергии. В механических системах диссипация энергии происходит за счет трения, в космических - за счет приливных и других сил, а в микромире - за счет излучения фотонов (или пар электрон-позитрон, если энергии достаточно для их образования). Поскольку только последний член (13.4) отличает это уравнение от (2.2), то  и является тем резервом, из которого происходит диссипация энергии возбужденного атома путем излучения фотонов.

Из (13.4):                                              (13.5).

Продифференцировав (13.5) по радиусу-вектору и приравняв производную нулю, найдем, что максимальное значение V_c  на траектории при , где r₀ - радиус круговой орбиты в основном состоянии. Подставив это значение в (13.5) и условившись, что:

                                             (13.6),

где E⁰ - энергия связи в основном состоянии, найдем:

                                        (13.7),

где V₀ - скорость электрона на круговой орбите, т.е.  зависит только от энергии связи электрона.

Очевидно, в данном случае, что энергия фотона:

                                                 (13.8).

Преобразуя (13.8) с учетом (13.6) и (13.7), найдем:

                                                     (13.9).

Этот же результат мы можем получить и из (13.2), записывая его для двух орбит с V₁  и V₂  и учитывая, что V_т  для обеих этих орбит одинакова. Легко показать, что если E_св=0, то траектория электрона у ядра будет параболой, если E_св=E⁰ - круговая орбита, а во всех промежуточных случаях - эллиптические орбиты. Для этих орбит параметр параболы равен параметру эллипсов и равен r₀, т.е. все орбиты пересекаются в двух точках диаметрально противоположных ядру. В одной из этих точек (где V_c  направлена от ядра) происходит излучение фотонов (в противоположной - поглощение) и переход электрона с одной орбиты на другую.

Предположим, что в точке излучения параболической траектории излучается всего один фотон, забирающий полностью энергию  (при этом электрон сразу перейдет на круговую орбиту). В этом случае энергия фотона будет соответствовать энергии ионизации атома (предел спектральной серии Лаймана). Из закона сохранения момента количества движения, момент электрона, связанный с V_c  должен передаться фотону (одновременно это и условие того, что фотон может излучаться только в целом виде), поэтому:

                                             (13.10),

где: N - число излученных фотонов,  в точке излучения параболической траектории, т.к. в ней , r - имеет математический смысл радиуса для удовлетворения закона сохранения момента импульса (это не радиус движения электрона):

                                              (13.11).

Мы от него сейчас избавимся. Из (13.10):

                                              (13.12),

Подставив в (13.12) r из (13.11), найдем:

                                                 (13.13).

Очевидно, что номер n устойчивой орбиты, если не происходит дальнейшей диссипации энергии:

n=N+1                                                   (13.14),

подставив в (13.13), получим:

                                                  (13.15).

Сравнивая (13.15) с (13.7), найдем K:

                                                (13.16).

Подставив значение K из (13.16) в (13.6), найдем энергию связи в водородоподобных атомах в зависимости от n, которое для нашего случая нельзя считать тем же квантовым числом, что в ортодоксальной физике:

                                         (13.17).

Остальное - дело техники. Например, подставив (13.16) в (13.9) с учетом (13.6), найдем:

                                           (13.18).

Таким образом, излучение фотонов происходит при движении электрона в потенциальную яму, а квантованность определяется только целостностью фотона и к стационарному строению атомов никакого отношения не имеет. Кратность момента импульса электрона в теории Бора и квантовой механике не имеет отношения к электрону, а является лишь следствием того, что у всех фотонов момент импульса один и тот же и равен , а фотон может испускаться или поглощаться только в целом виде.

В этой связи логика официальной науки порочна в том отношении, что она, наблюдая возбужденные атомы, механически переносит результаты на строение стационарных атомов. Мы совершили бы ту же ошибку, делая выводы о характере человека, когда наблюдаем его в крайне возбужденном состоянии. Если быть точным, то квантовая механика вынуждена так делать, т.к. решения уравнения Шредингера не допускают каких-либо “орбит” электрона, кроме определенного набора. Новая физика считает, что в основном состоянии в атоме положение орбит электронов определяется минимумом потенциальной энергии системы в целом, а квантованность проявляется только в возбужденных состояниях электронов. Приведем здесь цитату из: “Физика микромира”, “Советская энциклопедия”, М., 1980, стр.183: “Следует отметить, что, строго говоря, в квантовой механике все разрешенные состояния атома (получаемые при решении соответствующего уравнения Шредингера) - как основное, так и возбужденные, являются

устойчивыми, стабильными. Нестабильность возбужденных уровней обусловлена взаимодействием атомных электронов с виртуальным электромагнитным полем, или с фотонным вакуумом (?!). Поэтому для последовательного описания квантовых переходов в атоме,

Таблица 13.1

n	Орбита	Энергия связи (в E^0)	Расст. от ядра в перигелии  (в r0)	Расст. от ядра в афелии (в r0)	Эксцентриситет, е
1	Лаймана	0	1/2		1
2	Бальмера	3/4	2/3	2	1/2
3	Пашена	8/9	3/4	3/2	1/3
4	Брэккета	15/16	4/5	4/3	1/4
5	Пфунда	24/25	5/6	5/4	1/5
…	...	...	...	...	...
	Бора (осн. состояние)	1	1	1	0
Зависимость от n

сопровождающихся излучением, нужно учитывать это взаимодействие”.

Как видим, ортодоксальная физика совершенно свободно может объяснять нечто более или менее понятное совсем непонятным, отождествляя границу абсурда с недостижимой линией горизонта.

Используя (13.16), (13.6) и (13.4), мы сможем рассчитать все параметры возможных орбит электрона вокруг ядра, которые представлены в таблице 13.1. Делается это просто: задаваясь значением n , из (13.16) находим K, подставляем в (13.6), найдем энергию связи электрона с ядром на этой орбите, которую подставляем в (13.4) и, решая квадратное уравнение относительно r , найдем перигелий и афелий орбиты.

Эксцентриситет орбиты можно найти из известного полярного уравнения кривых второго порядка. “В полярных координатах кривые 2-го порядка имеют уравнение , где p - фокальный параметр, e - эксцентриситет данной кривой, полюс находится в фокусе, полярная ось направлена от фокуса к ближайшей вершине”. И.Н. Бронштейн и К.А. Семендяев “Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов”, Гос. изд. физико-матем. литературы, М., 1962, стр.213.

Полагаем в этом уравнении фокальный параметр P=r₀, тогда:

             (13.19),        а                                (13.20),

где e - эксцентриситет.

Любые другие параметры орбиты легко найдутся из известных соотношений для параболы и эллипса.

На фигуре 13.2 в масштабе изображены 5 орбит возбужденного состояния атома водорода (их бесконечное множество) и основное состояние (пунктир). Стрелкой V_c помечено место перехода с одной орбиты на другую при излучении фотонов.

На фигуре: 1 - орбита Лаймана, 2 -орбита Бальмера, 3 - орбита Пашена, 4 - орбита Брэккета, 5 - орбита Пфунда, 6 - орбита Бора.

Переход электрона на любую орбиту - дело его собственного желания, но переход на близлежащую орбиту в связи с инерционностью электрона более предпочтителен, что определяет большую интенсивность линий  в каждой спектральной серии, особенно для орбит с большим эксцентриситетом. Размеры атома в любом возбужденном состоянии мало отличаются от размеров невозбужденного атома, тогда, как официальная наука предписывает прогрессивный рост размеров возбужденного атома. Квантовая механика приводит к такому же выражению для энергии  водородоподобного атома, что и простая теория Бора:  (a) (Н.И. Карякин и др. “Краткий справочник по физике”, “Высшая школа”, М.,1962, стр.408). Соответственно, радиус водородоподобного атома будет пропорционален квадрату главного квантового числа n.

Как при взаимодействии гравитационных зарядов, так и при взаимодействии электростатических зарядов (если масса центрального заряда много больше орбитального) выполняются следующие соотношения (теорема вириала): Е_от = Е_св = 1/2Е_пр (b), где Е_от – энергия отталкивания, Е_св – энергия связи, Е_пр – энергия притяжения. Если принять для значения момента импульса электрона = mVr (c), то подставляя это значение в (a), найдем для основного состояния водородоподобных атомов по любой теории (учитывая, что  (d)):  (e). Подставив (b) в (e), найдем: , что соответствует истине. Таким образом, (c) действительно является моментом импульса электрона в атоме, а (d) – универсальной энергией отталкивания.

В любой спектральной серии можно насчитать до сотни линий (их фактическое количество бесконечно), при этом размер возбужденного атома должен увеличиться не менее чем в 10000 раз, что выходит за рамки здравого физического смысла (фактически, современная физика считает, что размер возбужденного атома, излучающего фотоны предела любой спектральной серии, в том числе и инфракрасной, бесконечен, но не афиширует этого). Смотри главу 13.5 «Ридберговские атомы».

Если бы мы умудрились не только расположить орбиты электронов в атомах в параллельных плоскостях (что можно сделать с помощью магнитного поля), но и сделали бы так, чтобы большие полуоси орбит стали тоже параллельны, то излучение всех атомов будет в пространстве строго распределенным в зависимости от энергии фотонов для данного сорта атомов.

Сейчас мы докажем правильность фигуры 13.2 и тем самым ошибочность официальной теории атома. Для этого сначала нужно определить тангенсы углов наклона касательных к орбитам в точках перехода с одной орбиты на другую. Это две точки пересечения фокального параметра P с эллипсами. Из известных соотношений для эллипса и учитывая, что уравнением фокального параметра будет:

x₀ = C                                              (13.21),

где C – расстояние от центра эллипса до фокуса. Подставляя (13.21) в каноническое уравнение эллипса и далее в уравнение касательной к эллипсу в точке (x₀, y₀) после некоторых преобразований найдем:

tg = C/a = e                                       (13.22),

где a – большая полуось эллипса, e – эксцентриситет эллипса. Таким образом, тангенсы угла наклона орбит в точках пересечения с фокальным параметром численно равны эксцентриситету эллипса, например (см. таблицу 13.1) орбита Лаймана имеет угол наклона к горизонтали 45⁰, а орбита Бора, естественно, 0⁰. Теперь легко подсчитать, как изменится энергия электрона при излучении фотона, пользуясь законом сохранения импульса и расчетной схемой представленной на фигуре 13.3:

 На фигуре 13.3: mV₀ – импульс электрона на орбите Бора, mV_i – импульс электрона на любой другой квазиустойчивой орбите, Q – импульс отдачи, полученный электроном при излучении фотона атомом. Таким образом, при переходе электрона с любой орбиты в основное состояние в этом состоянии импульс электрона будет:

mV₀ = mV_i∙cos                                          (13.23).

Изменение энергии электрона составит:

                                         (13.24).

Подставив (13.23) в (13.24), получим:

                                           (13.25).

В (13.25) V₀ можно определить двумя равноценными способами: или из равновесия электрона на круговой орбите:

                                              (13.26),

или учитывая, что спин электрона равен (а не половине этого значения!):

                                              (13.27),

где a₀ – радиус орбиты Бора. Нам сейчас удобнее (13.26) подставить в (13.25) и находить разницу энергий в эВ. Одновременно подставим численные значения постоянных и коэффициент перевода эрг в эВ (e_e = 4,80286∙10^-10 СГСЭ, a₀=5,29172∙10^-9 см, 1 эВ = 1,60206∙10^-12 эрг):

E=13,605×e²                                            (13.28).

Из 13.28 видно, что для орбиты Бора (e=0) переход на эту же орбиту не изменяет энергию электрона, а для орбиты Лаймана (e=1) излучается фотон с энергией равной энергии ионизации. Эта же формула подтверждает нижеприведенную схему энергетических уровней (фиг. 13.4). Для орбиты, например, Бальмера (e=0,5) при переходе в основное состояние будет излучаться фотон с энергией 3,401 эВ, а чтобы с этой орбиты ионизировать атом придется затратить энергию 13,605–3,401=10,204 эВ.

Из фигуры 13.3 легко получить формулу 13.28 по изменению кинетической энергии электрона при переходе на стационарную орбиту, если учесть, что mV₀ = mV_i∙cos :

  (13.28a).

Формула 13.28а показывает, что излучение атома является тормозным излучением. Электрон теряет кинетическую энергию вдоль орбиты, поэтому фотон излучается перпендикулярно ей.

Формула 13.28 позволяет посчитать, с какого уровня электроны переходят в основное состояние при теплообмене при любой температуре, используя закон Вина. Мы перепишем его для энергии фотона соответствующей максимуму излучения при абсолютной температуре Т выраженной в эВ:

E_max= 0,42809∙10^-3∙T эВ                                       (13.29).

Подставив 13.29 в 13.28, при этом в 13.28 вместо эксцентриситета подставим его выражение через номер орбиты из таблицы 13.1:

                                                 (13.30).

Из формулы 13.30 видно, что для n=1 (при этом наступает термоионизация водорода) нужна температура 3178 ⁰К. При комнатной температуре (293 К) теплообмен в основном производится фотонами, излучаемыми при переходе в основное состояние с орбиты № 10, а «реликтовое» излучение (при Т=2,7 К) с орбиты № 108. Эти расчеты показывают, что при теплообмене электроны находятся вблизи основного состояния. По обсуждаемому поводу официальная физика ничего вразумительного сказать не может В то же время, новая физика с полным правом может утверждать, что «реликтовое излучение» обусловлено средней температурой вещества (пыли и газа) в нашей области пространства.

Мы рассмотрели "падение" электрона на протон в плоскости нормального сечения винтовой траектории свободного электрона. Точно такой же результат мы получим и при "падении" электрона на протон вдоль оси винтовой траектории свободного электрона, т.е. в перпендикулярном направлении. Следовательно, тот же результат будет и при "падении" под любым произвольным углом. Действительно, разгоним электрон до энергии, равной потенциалу ионизации атома водорода, тогда по формуле (2.10) радиус винтовой траектории такого электрона будет точно соответствовать радиусу стационарной орбиты электрона в атоме водорода. Если такой электрон "оденется" на протон, предварительно растеряв энергию ионизации, т.к. энергия его поступательного движения равна энергии движения по виткам винтовой траектории, то он окажется на дне потенциальной ямы, ничем не отличаясь от электрона, попавшего туда с перпендикулярного направления. Конечно, отличия этих двух электронов можно заметить по тонкой структуре спектральных линий, т.к. углы наклона осей вращения электронов и их прецессионные движения (как самих электронов, так и их орбит) будут различны. Эти два пути движения электрона к ядру отличаются также и тем, что в первом случае фотоны излучаются в плоскости орбиты, а во втором - в перпендикулярном направлении, что проявляется в эффектах (продольном и поперечном) Зеемана и Штарка. Накладывая внешнее магнитное поле на излучающее вещество (эффект Зеемана), мы ориентируем орбиты перпендикулярно полю. Поэтому при одном движении электрона вся орбита под действием силы Лоренца несколько сжимается, а при противоположном движении электрона - расширяется.  Тогда  мы  будем  наблюдать спектральную линию не f₀, а  в излучении вдоль поля. При излучении поперек поля та же сила Лоренца тормозит переход электрона на нужную орбиту с более высокой и ускоряет электрон при переходе с более низкой. Таким образом, сдвиг частоты фотонов компенсируется и поперек поля наблюдается три компоненты и f₀, причем f₀ (-компонента)   вдвое   интенсивней   (-компонент). Если поле слабое, то компенсация может быть неполной и тогда мы будем наблюдать несколько дополнительных линий (аномальный эффект Зеемана).

Гравидинамический аспект вышеизложенного состоит в том, что в длине любой орбиты электрона укладывается только одна длина волны де Бройля, а не кратное число, как считает современная физика, если не учитывать многофотонного поглощения при интенсивном лазерном облучении (см. главу Ридберговские атомы).

Энергетические уровни атома водорода представлены на фигуре 13.4. В сравнении с официальными представлениями, они изображены с точностью до наоборот, т.е. поставлены с головы на ноги и вот почему. Закон Кирхгофа, гласящий, что вещество поглощает те линии спектра, которые оно излучает - твердо установленный экспериментальный факт. Атомы поглощают те же самые длины волн, которые испускают - это закон Густава Роберта Кирхгофа (1824-1887) и Роберта Вильгельма Бунзена (1811-1899). С этим фактом полностью согласуется диаграмма уровней фиг.13.4. Например, чтобы получить линию поглощения в серии Пфунда, надо облучать водород инфракрасным излучением с энергией фотонов менее 0,6 эв. Официальная же наука предписывает для получения линии поглощения в этой серии предварительно возбудить атом энергией не менее 13,1 эв, а то и вовсе ионизировать атом, что вступает в вопиющее противоречие с экспериментом. Выход из этого противоречия можно видеть собственными глазами в богатстве красок окружающего мира, будь официальная версия энергетических уровней электронов в атомах справедливой, и все краски тут же исчезнут. Об этом противоречии предпочитают помалкивать, т.к. иначе разрушится не только современная теория атома, но и вся квантовая механика и станут напрасными те грандиозные усилия, которые были потрачены для подгонки теории под эксперимент.

Энергетические уровни возбужденного атома должны быть густо расположены вблизи основного невозбужденного состояния, иначе равновесное тепловое излучение невозможно. При нормальных условиях все атомы находятся вблизи основного состояния и чтобы они могли что-либо излучать, электроны нужно перевести хотя бы на первый возбужденный уровень. Если принять на веру официальную схему возбужденных уровней, чтобы вещество излучало, его нужно нагреть на десятки тысяч градусов (10,2 эв для перевода электрона водорода в первое возбужденное состояние соответствует температуре примерно 100000 ⁰К). В предлагаемой схеме энергетических уровней для возбуждения атома достаточно бесконечно малого воздействия, поэтому равновесное тепловое излучение вещества возможно вплоть до температуры абсолютного нуля.

Официальные представления об энергетических уровнях радикально отличаются от представленных на фигуре 13.4. Ортодоксальная физика приводит следующую схему уровней энергии в атоме водорода (фиг.13.5) (см., например, Б.М. Яворский и А.А. Детлаф “Справочник по физике для инженеров и студентов вузов”, “Наука”, М., 1964, стр.671).

Формуле Планка для лучеиспускательной способности абсолютно черного тела можно доверять не только по причине ее соответствия эксперименту, но и потому, что из нее как следствие получается закон Стефана – Больцмана и закон смещения Вина, которые также соответствуют эксперименту. Поэтому весь спектр теплового излучения определяется переходами электронов с одного энергетического уровня на другой. При этом не имеет значения, осуществляются ли такие переходы в твердых телах, жидкостях или газах в молекулах или отдельных атомах. Для простоты мы рассмотрим тепловое излучение атомарного водорода. По представлениям современной физики, чтобы перевести атом водорода в возбужденное состояние, необходима минимальная порция энергии в 10,2 эв. При этом электрон перейдет на второй уровень. При возвращении в основное состояние атом будет излучать одну самую длинноволновую линию серии Лаймана (1215,68∙10^-8 см). В спектре излучения больше никаких других линий мы не обнаружим. Указанной энергии соответствует температура атомарного водорода 78916 ⁰K. В главе посвященной фотонам показано, что для образования фотона нужна энергия не менее 5kT. Этот факт дает возможность просто получить закон смещения Вина: lmax∙T=0,2896. Для этого запишем условие образования фотона: 5kT = h = hC/, откуда max∙T=0,2878. При комнатной температуре (293 ⁰K) необходима минимальная энергия для образования фотона в качестве частицы 5kT = 0,1267 эв. Из этих расчетов видно, что теплообмен излучением и поглощением фотонов при комнатной температуре невозможен с точки зрения официальных представлений т.к. необходимая энергия для этого в 80 раз превышает имеющуюся в наличии. Таким образом, схема уровней атома водорода официальной физики ошибочна, т.к. не обеспечивает теплообмен излучением и не соответствует формуле Планка. Схема уровней представленная на фигуре 13.4 указывает совсем другое поведение электрона в атоме. Для перевода атома в возбужденное состояние хватает тепловой энергии даже вблизи абсолютного нуля температуры. Чтобы перевести электрон на тот же второй энергетический уровень(в официальной схеме уровней) нужна энергия не 10,2 эв а 3,4 эв. При этом электрон займет орбиту Бальмера, а в излучении мы не увидим линий серии Лаймана, но полностью все серии, начиная от серии Бальмера и кончая сериями излучения в радиодиапазоне. Поскольку вблизи орбиты Бора энергетические уровни расположены очень густо, то различимость уровней будет зависеть от температуры водорода и, с понижением ее, мы можем обнаруживать все более близкие к основному состоянию линии излучения. Радиолинии в тысячи раз слабее линий спектра оптического диапазона из-за очень малой энергии квантов. Кроме того, они могут наблюдаться лишь на фоне более интенсивного непрерывного спектра в виде едва различимых пиков. По литературным данным (например, «Физика космоса», Москва, 1976, стр. 484) экспериментально найдены следующие радиолинии водорода (в скобках указан переход между номерами энергетических уровней соответствующих этому излучению) ~3,4 см (9091), ~5,2 см (104105), ~6 см (109110), ~18 см (156157, 157158).  Результаты расчета длины волны радиоизлучения при, указанных переходах и в соответствии с предлагаемой схемой энергетических уровней: 9091 3,37 см, 104105 5,20 см, 109110 5,98 см, 156157, 17,49 см, 157158 17,8 см.   Совпадение с наблюдаемой длиной волны не случайно т.к. нумерация уровней энергии в официальной и новой физике одинакова, только расположение их противоположно. Здесь нужно напомнить читателю, что по представлениям официальной физики радиус атома пропорционален квадрату главного квантового числа (в данном случае – номеру уровня). Поэтому для уровня 158 радиус атома водорода увеличится в 25000 раз и составит 1,32 мкм, т.е. его можно буквально пощупать. Эти данные указывают, что современная теория атома ошибочна. Е.М. Гершензон в статье «Исследование одиночных атомов» (Соросовский образовательный журнал, №1, 1995) приводит данные, что минимальный наблюдаемый в радиоастрономических экспериментах квант энергии при переходах между высокими возбужденными состояниями атомов углерода при     =18 м соответствует 10^-19 эрг. Радиус такого атома составит 28 мкм при главном квантовом числе n=733. Энергия связи электрона будет 3,34×10^-17 эрг. Легко посчитать, что указанную энергию будут иметь кванты максимума излучения абсолютно черного тела при температуре 0,242 К. Поэтому любой фотон реликтового излучения ионизирует рассматриваемый атом. Учитывая огромную концентрацию реликтовых фотонов у атомов с высокими возбужденными состояниями нет никаких шансов сохранить целостность. Учитывая, что атомы излучают фотоны с энергией реликтового излучения (2,7 К) с орбиты № 108 (см. формулу (13.30)), то существование нейтральных атомов с квантовыми числами выше 100 (по официальным представлениям) невозможно из-за их ионизации реликтовым излучением. Приведенные данные доказывают правильность системы энергетических уровней атомов, предлагаемой новой физикой и ошибочность квантовой механики в своих фундаментальных исходных представлениях. Все противоречия с экспериментом исчезают, если учитывать сгущение энергетических уровней вблизи основного состояния, а не вдали от него. Тогда, в данном случае, речь нужно вести не о высоковозбужденных атомах, а об очень «холодных» с температурой не выше 0,2 К.

Представленная на фигуре 13.4 схема энергетических уровней объясняет и относительную интенсивность спектральных линий, которую в свое время поспешили объявить неопределимой в модели Бора. Предположим, что электрон находится на орбите Лаймана и приближается к точке излучения. В этой точке электрон должен перейти на более близкую к основному состоянию орбиту, но вероятность перехода различна, поскольку связана с необходимостью получения необходимого импульса отдачи при излучении фотона. Максимальная вероятность перейти на соседнюю орбиту, при этом излучается наиболее длинноволновая и интенсивная линия из серии Лаймана. Продолжая этот процесс последовательного перехода на соседние орбиты, получим наиболее интенсивные линии всех возможных серий. Очевидно, что интенсивность этих линий постепенно уменьшается, а линии далеких инфракрасных серий практически не отличаются по интенсивности из-за небольшой разницы в энергии уровней. В излучаемой системе атомов всегда найдутся такие в которых электрон перешел на любой уровень, но в общем количестве атомов доля атомов в которых электрон занял сразу близкие к основному состоянию уровни будет уменьшаться т.к. вероятность такого перехода небольшая. Поэтому в данной серии интенсивность спектральных линий в сторону более коротких волн уменьшается, а линии вблизи предела данной спектральной серии практически не отличаются по интенсивности.

К критике официальной схемы энергетических уровней атома водорода можно добавить следующее. Предположим, что мы наблюдаем всю полностью серию Бальмера. Очевидно, что по представлениям официальной физики электроны, давшие эту серию все находятся на втором энергетическом уровне и им ничего не остается делать как, перейти в основное состояние с излучением -линии серии Лаймана. Поэтому интенсивность этой -линии должна быть не меньше суммарной интенсивности всех линий серии Бальмера, что не соответствует действительности. Кроме того, возвращающая сила, пропорциональная тангенсу угла наклона графика потенциальной энергии, вдали от дна потенциальной ямы значительна, а в основном состоянии (на дне потенциальной ямы) она равна нулю. Поэтому любое малое внешнее воздействие выводит систему из равновесия из-за сгущения энергетических уровней у дна потенциальной ямы. Схема энергетических уровней ортодоксальной физики явно противоречит закону сохранения энергии. Предположим, что мы облучаем водород фотонами, соответствующими пределу спектральной серии Хамфри (0,38 эв). Эти фотоны водород обязан поглощать по законам излучения. При этом электроны атомов будут располагаться вблизи n= Как они себя поведут в дальнейшем? Очевидно, что они дадут все возможные спектральные линии всех спектральных серий, в том числе и линию, соответствующую пределу серии Лаймана (13,6 эв). Таким образом, наше устройство, поглощая малую энергию, будет производить большую из ничего. Это тяжелый удар по ортодоксальным представлениям. Придется выбросить в мусорную корзину все бредовые теоретические нагромождения ХХ века, вернуться на сто лет назад и начинать все с начала. Вся современная физика представляет собой пирамиду, стоящую острым концом на опоре энергетических уровней атома водорода. Автору удалось теперь вынуть эту опору.

Чтобы поставить последнюю точку в расположении энергетических уровней атомов, выясним физический смысл известных формул теплового излучения абсолютно черного тела. Формула Релея-Джинса для спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела выглядит следующим образом:

 эрг/см².                                   (13.31).

Посмотрим, в чем состоит физическое содержание этой формулы с точки зрения новой физики. Для этого перепишем (13.31) через длину волны излучения:

                                            (13.32).

Новая физика утверждает, что длина волны фотона равна длине окружности поперечного сечения его винтовой траектории:

=2×r                                                (13.33),

где r – радиус винтовой траектории. Подставляя (13.33) в (13.32), найдем:

                                            (13.34).

Таким образом, формула Релея-Джинса описывает тепловую энергию одной степени свободы (вдоль траектории фотона) приходящуюся на площадь поперечного сечения траектории фотона.

Формула Планка для рассматриваемого случая:

                                      (13.35).

Формула (13.35) отличается от (13.31) множителем:

                                           (13.36).

Фактически множитель (13.36) заменяет в (13.31) тепловую энергию на энергию фотона, а знаменатель этого множителя учитывает распределение Больцмана по энергетическим уровням вблизи основного состояния электронов. Напомню, что новая физика считает, что здесь уровни сильно сгущаются, поэтому отдельные линии излучения при переходах электронов по этим уровням сливаются в сплошной спектр. Только отсюда возникают фотоны теплового излучения, а ортодоксальная физика не может ответить на вопрос, откуда берутся такие фотоны.

Теперь разберемся с “возбужденным” электроном и посмотрим, может ли он излучать или поглощать фотоны, а также  “носить их с собой”. Термин “возбужденный электрон” крайне неудачен по той причине, что возбужденный электрон по своей структуре ничем не отличается от не возбужденного. С другой стороны, он совершенно неприменим к такому сверхвозбужденному  электрону, который вовсе оторвался от атома, т.е. к свободному электрону. Связывая возможность излучения или поглощения фотонов с изменением кинетической энергии вращающегося вокруг ядра электрона, мы обрекаем себя на бесконечное блуждание по лабиринту логических тупиков, без всякой надежды найти какой-нибудь выход. Поэтому необходимо сразу отказаться от рассмотрения кинетической энергии электрона, а считать ее универсальной потенциальной энергией отталкивания. В этом случае мы вынуждены рассматривать всех партнеров по взаимодействию, т.е. систему: электрон - ядро (атом в целом). Рассмотрение потенциальной энергии только электрона без партнера по взаимодействию бессмысленно. Здесь уместна аналогия с электрическим колебательным контуром, излучающим радиоволны. Без изменения потенциальной энергии электрического поля в конденсаторе и потенциальной энергии магнитного поля в катушке индуктивности излучение невозможно. Вместе с тем, излучает радиоволны колебательный контур в целом, а не какая-то его часть. Таким образом, излучает или поглощает фотоны атом в целом, а не какая-то его часть, а электрон фотоны с собой не носит.

Кратность величины  момента количества движения электрона на "разрешенной" орбите фактически означает, что электрон по мере перехода на более высокие орбиты обвешивается все большим числом фотонов, вернее их моментами импульсов. Поскольку возможны перескоки сразу через несколько уровней, то это означает, что несколько фотонов с малой энергией, объединяясь, дают фотон с большой энергией. В этом случае безизлучательные переходы не должны наблюдаться. Очевидно, что подобные представления ошибочны – момент количества движения электрона на "разрешенных" орбитах одинаков за исключением круговых орбит с кратным моментом импульса для ридберговских атомов.

Комментарии автора к главе 13:

1. Ортодоксы сами подложили бомбу под квантовую физику.

В связи с разработкой лазеров было обнаружено существование так называемых ридберговских атомов. Они метастабильны и существуют в очень разреженном космическом газовом облаке. В естественных земных условиях они не образуются. Принцип их образования прост и подчиняется теории атомов Бора. Атом поглощает фотон с моментом импульса h/2p. Фотон исчезает, а его энергия передается электрону, который займет более высокий энергетический уровень относительно основного состояния. Импульс фотона не может исчезнуть вместе с ним, а передается электрону. Таким образом, при последовательном поглощении фотонов орбитальный электрон наделяется кратным числом моментов импульса фотона, что полностью соответствует теории Бора. Уровни энергии сгущаются вдали от ядра. В этой главе дана теория атомов, где уровни энергии сгущаются вблизи основного состояния и показано, что эти представления адекватно отражают экспериментальные наблюдения. Как теория Бора, так и теория атомов квантовой физики применимы только для ридберговских атомов. Ортодоксы так старались подогнать свою теорию под конечные формулы теории Бора (при этом обвиняя последнюю в ошибочности), что сами не заметили, как подложили бомбу под квантовую физику. Скоро они осознают свою ошибку, но часовой механизм уже затикал и вряд ли удастся что-либо собрать из обломков современной волновой квантовой механики. Очевидно, что любимый метод младших школьников подгонки под ответ на этот раз со взрослыми дядями сыграл злую шутку.

2. Момент импульса электрона на эллиптической орбите.

Расчеты момента импульса электрона на эллиптических орбитах водородоподобных атомов можно целиком позаимствовать из главы 21.0.1 для подобных расчетов момента импульса на эллиптических орбитах космических тел, т.к. физические принципы одинаковы для этих объектов. Энергия притяжения электрона к ядру вместо (21.0.1.3) будет E_att = Ze²/r, тогда вместо (21.0.1.6) можно записать: L = (Ze²m_e×b²/a)^(1/2), где L – момент импульса электрона на эллиптической орбите, m_e – масса электрона, a – большая полуось орбиты, b – малая полуось орбиты. Но b²/a = p – фокальный параметр, одинаковый для для всех орбит (фигура 13.2). Отсюда делаем вывод, что момент импульса электрона на любых орбитах остается постоянным и не тратится на излучаемые фотоны, которые приобретают момент импульса за счет радиальной составляющей скорости электрона V_c .

13.0.1. Теория теплового излучения и деградация осцилляторов

Ортодоксы при любом удобном случае пинают классическую физику, которая, якобы, неспособна объяснить многие явления, в частности, тепловое излучение абсолютно черного тела. Здесь я хочу пинать формулу Планка для излучательной способности черного тела. Эта формула – любимое детище ортодоксов, поскольку впервые в ней было использовано представление о квантах.

Формула Планка для лучеиспускательной способности абсолютно черного тела:

                                                                         (1).

Из (1) мы видим, что  =0 при  =0 и при .

Отсюда можно сделать вывод, что формула Планка ошибочна и не соответствует опыту. Это можно видеть воочию по отсутствию видимого излучения от тела нагретого, например до 550 ⁰С, которое кажется темно-коричневым только в темноте, хотя формула Планка позволяет слабое излучение далее в видимой области. Например, подсчет по формуле (1) дает мощность излучения для этой температуры в области 7000 А^о,  = 0,5156×10^-13 эрг/см², а в области максимальной видности 5600 A^о,  = 1,964×10^-16 эрг/см². Мощность излучения уменьшается в 262 раза, но и видность увеличивается с 0,0041 до 0,995 т.е. в 242 раза (Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М., 1962, стр. 169). Соответственно, ошибочно и распределение Бозе-Эйнштейна на котором основана формула Планка. Эксперименты показывают, что тепловое излучение всегда имеет довольно отчетливую коротковолновую границу и более энергичные фотоны не излучает.

Функции распределения бозонов, фермионов и «больцмонов» (если так можно выразиться) в квантовой и классической статистиках можно записать одним выражением (Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике, «Наука», М., 1964, стр. 215):

                                                                          (2),

где:  - среднее число частиц в данном состоянии, W_i – энергия этого состояния,  - химический потенциал зависящий от параметров состояния и состава гомогенной системы , но не зависящий от ее массы, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура,  =0 для распределения Максвелла-Больцмана («больцмонов») – классических частиц,  = -1 для распределения Бозе-Эйнштейна (бозонов),  = +1 для распределения Ферми-Дирака (фермионов). Из (2) видно, что разница между статистиками заметна только при , т.е. для случая нулевой энергии частицы, чего в природе не случается. Если энергия частицы в 2-3 раза превышает тепловую энергию, то все частицы превращаются в классические, т.к. единицей в знаменателе (2) можно пренебречь. В главе 23.1 показано, что для образования фотона при данной температуре нужна энергия:

                                                                             (3).

При этом значением  в (2) можно пренебречь. Здесь следует отметить, что ортодоксы умудряются применять статистику фермионов (принцип Паули) даже для атомных электронов, энергия которых в сотни раз превышает тепловую энергию, поэтому они подчиняются классической статистике. Таким образом, при некотором превышении энергии бозонов и фермионов над тепловой энергией, они теряют все регалии, которыми их наградили ортодоксы и превращаются в обычных плебеев механики Ньютона. На основании изложенного можно утверждать, что формула Планка для теплового излучения является удачной подгонкой под ответ посредством математических манипуляций не имеющих ясного физического смысла.

Новая физика показала, что фотоны двигаются по винтовой траектории с равной поступательной и тангенциальной скоростью C. Поэтому отдельный фотон в направлении от излучающего тела несет поступательную энергию:

                                                                                 (4).         

Тогда очевидно, что лучеиспускательная способность абсолютно черного тела будет равна поступательной энергии фотона отнесенной к площади сечения S его винтовой траектории:

                                                                                 (5).

Площадь сечения траектории:

                                                                                  (6),

где r – радиус винтовой траектории фотона. Его мы найдем из факта одинакового момента импульса для микрочастиц:

                                                                                   (7)

установленного формулой де Бройля:

                                                                                   (8).

Из (6), (7) и (8) найдем:

                                                                                   (9).

Формулу (9) выразим через частоту фотона и подставим в (5):

                                                                              (10).

Мы получили формулу Релея-Джинса для излучательной способности черного тела, где вместо «тепловой» энергии фотона стоит его собственная энергия. Эта формула требует дополнительного множителя уменьшающего энергию излучения до нуля для энергичных фотонов, т.к. неограниченная энергия фотона физически невозможна.

Чтобы получить формулу Планка из (10), нужно это уравнение умножить на распределение Бозе-Эйнштейна, но мы этого делать не будем из следующих соображений. Большой недостаток почти всех теорий современной физики в которых так или иначе учитывается некоторое статистическое распределение параметров заключается в «бесконечностях». Например, молекула газа может приобрести бесконечную скорость или энергию, хотя это невозможно себе представить как результат соударения с другими молекулами. Вполне возможно, что молекула в результате нескольких последовательных соударений с соседями приобрела некоторую избыточную энергию по сравнению со средней энергией (такую энергию она не может приобрести за счет одновременного соударения с несколькими соседями, т.к. одновременное соударение невозможно). Но по известным теориям эта энергия может в десятки и сотни раз превышать среднюю, что невозможно. По этим же официальным представлениям водород может постепенно превращаться в дейтерий и т.д. Однако на практике мы не наблюдаем очень энергичных «хвостов» любого распределения. Нагретое до 550 ⁰С тело не испускает ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, хотя в принципе формула Планка позволяет это делать. Здесь могут возразить, что расчет по формуле Планка для этого случая дает исчезающе малую энергию излучения в коротковолновом диапазоне, но это не доказательство справедливости формулы. Пусть излучается один рентгеновский квант за сто лет – дело ведь в принципе. Кроме того, в тепловом излучении само тепловое движение атомов переводит их в возбужденное состояние с последующим излучением фотонов, поэтому запись вида  в принципе неверна. Сколько атом получил тепловой энергии, столько и испустил в виде фотона. Получив некоторую избыточную энергию атом может избавиться от нее несколькими фотонами, поэтому их общая энергия  всегда пропорциональна .

Любое так называемое «электромагнитное излучение» является потоком фотонов. Тепловое излучение тела  связано с хаотическим тепловым движением атомов этого тела поэтому не зависит от химического состава. Сразу возникает вопрос о механизме перевода атомов в возбужденное состояние с последующем излучением фотонов теплового излучения. По представлениям официальной физики энергетические уровни атомов сгущаются вдали от основного состояния. Чтобы забросить электрон даже на второй энергетический уровень необходимо затратить энергию несколько электронвольт. В то же время средняя энергия теплового движения составляет всего 0,025 эв при комнатной температуре. Поэтому возбуждение атомов за счет их теплового движения невозможно с точки зрения официальной физики. Ссылки на энергичные частицы «длинного хвоста» не решают эту проблему т.к. фактически «хвост» короткий. Любое статистическое распределение частиц в официальной физике предполагает наличие частиц обладающих, в принципе, бесконечной энергией. Но природа не терпит нулей и беcконечностей. Если бы были такие частицы, то наблюдалась бы самопроизвольная ионизация атомов, т.к. если частицы «хвоста» способны забросить электроны на высокие энергетические уровни, то нужно добавить совсем немного энергии, чтобы ионизировать атом. Сколько бы мы не ждали появления фотона видимого света в спектре излучения черного тела при комнатной температуре, мы его никогда не дождемся, хотя формула Планка допускает появление любых фотонов. Все это говорит о том, что любые распределения  частиц в современной физике ошибочны. Таким образом, современная физика не может толково объяснить появление теплового излучения.

Привожу подробный анализ причин появления теплового излучения с точки зрения новой физики. Новая физика считает, что энергетические уровни атома сгущаются вблизи основного состояния, поэтому перевести атом в возбужденное состояние способно любое слабое воздействие на него. В результате столкновений атомов друг с другом они оказываются в разной степени возбуждения от нуля до некоторого максимального значения. Это максимальное значение определяется тем, что тепловая энергия частиц растет линейно с температурой, а энергия, необходимая для заброса электрона на более высокий уровень растет в квадратичной зависимости. Поэтому при данной температуре имеется такой энергетический уровень на который невозможно забросить электрон посредством тепловой энергии. Это определяет максимальную энергию фотонов теплового излучения.

Рассмотрим крайний случай максимального возбуждения атомов. Предположим, что два одинаковых атома с одинаковой энергией испытали лобовое столкновение. Очевидно, что после этого они «остановятся». Куда делась их кинетическая энергия? Ясно, что она пошла на возбуждение этих атомов. Причем необязательно она распределилась только на две равные части. Энергия может целиком перейти к одному из них. Это зависит от взаимного расположения наружных электронов в момент столкновения.

По Аррениусу, концентрация возбужденных атомов C равна:

                                                                   (11),

где: C₀ – общая концентрация атомов, E – энергия активации процесса возбуждения атома.

Очевидно, что энергия активации возбуждения атома в точности равна энергии фотона (фотонов) излученных после возбуждения, т.к. атомы принимают или отдают возбуждение строго определенными порциями.

                                                                     (12).

Подставим (12) в (11):

                                                                  (13).

Интенсивность излучения будет прямо пропорциональна концентрации возбужденных атомов и обратно пропорциональна концентрации невозбужденных атомов:

                                                                (14),

где: K – коэффициент пропорциональности равный (10).

Подставив (13) в (14), после некоторых преобразований получим:

                                                                   (15).

Подставив (15) в (10) получим формулу в точности совпадающую с формулой Планка (1), но имеющую совсем другой смысл. Этот пример еще раз подтверждает удивительное явление в науке, когда из прямо противоположных исходных гипотез можно получить один и тот же результат. Одновременно он еще раз доказывает, что получение результата, подтвержденного экспериментами, не является подтверждением правоты исходных гипотез.

Деградация осцилляторов.

Рассмотрим изолированную систему в которую помещено тело с температурой T.

Представляется очевидным, что при данной температуре найдется практически один осциллятор, который приобрел максимальную энергию. Что произойдет с этой энергией? Здесь возможны два пути с одинаковым результатом. Осциллятор через 10^-8 секунды или сразу излучит фотон с этой энергией и передаст его соседям. Или более вероятно, что он разменяет энергию на несколько более длинноволновых фотонов в результате каскадного перехода на основной уровень. То же самое сделает и любой из его соседей, получивших такой энергичный фотон. В результате подобной деградации осциллятора его максимальная энергия будет рассеяна. То же ожидает и следующий осциллятор приобретший максимальную энергию и т.д. В результате деградации осцилляторов система будет заполняться фотонами обладающими все время уменьшающейся энергией, а максимальная энергия самого энергичного осциллятора также будет постепенно уменьшаться. Процесс деградации можно сравнить с лопанием пузырей уменьшающихся размеров через каждые 10^-8 секунды. В конце-концов температура тела станет близкой абсолютному нулю температуры, а пространство изолированной системы заполнится «реликтовыми» фотонами. В этом смысле «тепловая смерть» Вселенной, как изолированной системы (так считает новая физика) в результате выравнивания температур ее членов не идет ни в какое сравнение с описанной «абсолютной тепловой смертью» Вселенной. Но нижеприведенные расчеты показывают, что подобный ужас нам не грозит. Вселенная задолго до «абсолютной тепловой смерти» закончит очередной цикл пульсаций и все начнется заново. Интересно посчитать, сколько времени надо ждать «абсолютной тепловой смерти» нагретого тела массой 1 моль вещества? В этой массе содержится 6,02×10²³ потенциальных осцилляторов. При условии, что каждый из них теряет свою энергию через 10^-8 секунды, всю свою энергию они растеряют за 6,02×10¹⁵ секунд или 191 миллион лет. Поэтому единственным, пока, доказательством деградации осцилляторов является реликтовое излучение космоса.

13.1. Некоторые подробности орбитального движения электрона

Скорость электрона на орбите Бора равна 2,1877∙10⁸ см/сек. На любом возбужденном уровне электрон в среднем находится 10^-8 сек. За это время он проходит по орбите свыше 2 см или делает около 66 миллионов оборотов вокруг ядра. При каждом обороте у электрона есть шанс перейти на более высокий или более низкий уровень, в том числе и при поглощении атомом теплового излучения. Поэтому кроме доплеровского расширения спектральных линий за счет теплового движения атомов будет происходить расширение линий за счет «дрожания» электрона на любой из временных орбит, которые представляют собой набор из многочисленных близко расположенных подуровней, по которым перескакивает электрон при орбитальном движении. При переходе электрона на более низкий уровень он фактически со случайного подуровня более высокого уровня переходит на случайный подуровень более низкого уровня. Разные атомы излучают при этом фотоны близкой друг другу, но не равной энергии, что приводит к расширению спектральной линии в некотором соответствии со спектром излучения абсолютно черного тела.

Поскольку потенциальная энергия отталкивания сильней зависит от расстояния от ядра, чем потенциальная энергия притяжения, то при переходе электрона с одной орбиты на другую из-за инерции электрона электрон колеблется около равновесной орбиты. При удалении от ядра сила отталкивания резко уменьшается и сила притяжения возвращает электрон на орбиту, а при приближении к ядру резко увеличивается сила отталкивания.

13.1.1. Рождение фотонов при образовании атома водорода.

Теория атома Бора предусматривает кратное значение момента импульса электрона на устойчивой орбите:

                                                                    (13.1.1.1).

Волновая механика тоже убеждена в возможности кратного значения момента импульса электрона. По этому поводу новая физика имеет следующее возражение.

Закон сохранения момента импульса один из фундаментальных законов природы. Ни у Бора, ни в квантовой механике не поясняется, откуда у электрона берется бесконечное число моментов импульса, поскольку квантовое число n теоретически может быть бесконечным. Откуда возникают эти моменты? Ниже показано, что для придания частице момента импульса необходимо затратить определенную энергию. Где находится источник этой энергии в официальной физике? Если этот источник не указывают, то это означает прямое нарушение одного из фундаментальных законов, т.к. в этом случае момент импульса возникает ниоткуда.

В главе 13 показано, что резервом для рождения фотонов при образовании атома водорода является кинетическая энергия E_c, связанная с радиальной составляющей движения электрона V_c по отношению к ядру:

                                                                  (13.1.1.2).

При излучении фотонов радиальная скорость электрона уменьшается в целое число раз по отношению к максимальной радиальной скорости, которая достигается на расстоянии радиуса орбиты Бора и становится равной орбитальной скорости V₀ электрона на этой орбите (формула (13.13)):

                                                                  (13.1.1.3),

где N – число излученных фотонов. Подставив (13.1.1.3) в (13.1.1.2), получим:

                                                              (13.1.1.4).

Формула (13.1.1.4) показывает, что с каждым излученным фотоном кинетическая энергия, связанная с радиальной скоростью электрона, убывает в четыре раза. Например, при излучении первого фотона E_c становится равной: 13,605¤4=3,4 эВ, а энергию 10,2 эВ уносит фотон. При N эта кинетическая энергия расходуется полностью на образование фотонов и остается только кинетическая энергия, связанная с тангенциальной скоростью электрона на круговой орбите :

                                                                 (13.1.1.5),

где V₀ – орбитальная скорость электрона в основном состоянии.

Чтобы создать фотон, надо сообщить ему момент импульса на винтовой траектории и затратить такую же энергию для придания поступательного движения на этой траектории. Известно, что кинетическая энергия вращающегося тела E_rot определяется формулой:

                                                                (13.1.1.6),

где: J – момент инерции тела,  - угловая скорость вращения.

В (13.1.1.6) расшифруем в применении к фотону момент инерции его на винтовой траектории и связь линейной скорости при вращении на витке (равной скорости света) с радиусом витка:

                                                            (13.1.1.7),

где: m_ph – масса фотона, с – скорость света, r_c - радиус витка винтовой траектории фотона. Учитывая, что момент импульса фотона равен , а =2, где  - частота обращения фотона на винтовой траектории, формула (13.1.1.7) примет вид:

                                                                 (13.1.1.8).

Очевидно, что для поступательного движения фотону необходимо придать такую же энергию, т.к. тангенциальная и поступательная скорость на винтовой траектории равны. Тогда энергия фотона:

                                                                  (13.1.1.9).

Таким образом, мы определили источник энергии для возникновения фотонов, и нашли принцип расходования этой энергии.

Официальная физика боится прямо заявить, что движение электрона в атоме является орбитальным движением. Как только она это признает, то автоматически попадает под колеса собственной машины, которой она раздавила теорию Бора. В то же время без всякого смущения обсуждает спин-орбитальное взаимодействие, хотя по ее представлениям орбитальное движение электрона должно приводить к непрерывной потере энергии за счет излучения. Обиты электрона в атоме, как по теории Бора, так и по волновой механике круговые, т.е. радиальная составляющая орбитальной скорости отсутствует и нет стимула для электрона приближаться к ядру. Приходится привлекать надуманное взаимодействие с вакуумом, чтобы объяснить нестабильность возбужденных состояний атома. По многим причинам официальная физика вынуждена отказаться от наглядных представлений. Но именно наглядные представления являются основой логики, в том числе и физической логики. Отказ от них равносилен изучению окружающего мира с завязанными глазами.

13.1.2. Траектории электронов в атомах

Попробуем проанализировать эту проблему в логической последовательности. В настоящее время нет сомнений, что атомы содержат положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Теорема Ирншоу утверждает, что стабильное состояние системы стационарно расположенных заряженных частиц невозможно. Отсюда следует, что атомы представляют собой динамические системы. Здесь мы сразу встречаем парадокс.

При любой мыслимой траектории внутри атома, часть этой траектории, по необходимости, должна сопровождаться отрицательным ускорением при котором атом излучает фотоны с которыми из системы удаляется избыточная энергия, накопленная на участке положительного ускорения. Таким образом, любой атом должен непрерывно терять энергию и их существование станет невозможным, вопреки очевидному факту. В рамках официальных представлений об излучении атомов разрешить этот парадокс невозможно. Если обратиться к представлениям квантовой механики, то любое изменение положения электрона x сопровождается изменением его импульса P в соответствии с соотношением неопределенности Гейзенберга. По этим представлениям появление ускорения при движении электрона неизбежно, поэтому квантовая механика не совместима с устойчивостью атомов. Какая должна быть траектория электрона в атоме, чтобы не возникало ускорений при его движении? Официальная наука не дает ответа на этот вопрос. Ответ дает только новая физика – траектории электронов должны быть круговые. Только на такой траектории отсутствуют ускорения и связанное с ними излучение. Здесь сразу слышно ворчание профессоров, которые заставляют студентов решать «простую» задачу потери энергии электроном за счет «электромагнитного» излучения под действием «центростремительного ускорения». Однако, сами ученые не понимают движения тела по окружности, что показано в главе 1 и 1.1. Осталось проанализировать совместимость теории Максвелла электромагнитного излучения с устойчивостью атомов. Любой электрон атома при движении создает переменное электрическое поле, которое по теории Максвелла возбуждает возникновение магнитного поля. Этот процесс сопровождается электромагнитным излучением и необратимой потерей энергии. Таким образом, теория Максвелла ошибочна, что со всей очевидностью подтверждает устойчивость атомов. Остается единственная возможность обеспечить эту устойчивость – равномерное движение электронов по круговым орбитам на которых излучение отсутствует.

На фигуре 13.1.2.1 показан электрон многоэлектронного атома и его круговая орбита.

Любой электрон в атоме скользит по дну потенциальной ямы и при этом равномерном круговом движении сила притяжения электрона к ядру атома всегда равна и противоположно направлена суммарной силе отталкивания от всех остальных электронов, поэтому ядро атома отстоит от центра круговой траектории электрона на некоторое равновесное расстояние d. Из фигуры 13.1.2.1 видно, что сила притяжения электрона к ядру атома на орбите меняется синусоидально. Точно таким же образом должна меняться и суммарная сила отталкивания от других электронов. Это условие требует строгой синхронизации движения всех электронов атома.

На фигуре 13.1.2.2 показаны два электрона гелиоподобного атома. Для одного электрона центр орбиты совпадает с положением ядра, но взаимное влияние электронов смещает их центры орбит в разные стороны.

Автор надеется, что энтузиасты машинных расчетов и компьютерного моделирования со временем получат точные чертежи всех атомов.

13.2. Как образуются атомы

Если к «голому» ядру приближается электрон, имея в бесконечности нулевую скорость, то его скорость увеличивается до значения «второй космической скорости», траектория становится параболической, и он вновь уходит в бесконечность. Если начальная скорость была не нулевой, то траектория будет гиперболической. С этой точки зрения захват электрона с образованием атома так же, как и захват космических тел невозможны. Это следствие закона сохранения энергии. Чтобы захват произошел, необходима хотя бы небольшая потеря энергии электроном. Универсальная потеря энергии в подобном случае, как для космических тел, так и для электрона одинакова: передача части импульса всей системе в целом. Для космических тел это единственный способ захвата и дальнейшей эволюции орбиты. Для электрона есть возможность потерять избыточную энергию с излученным фотоном при искривлении траектории электрона в поле ядра. Но излучение не отменяет потерю энергии передачей части импульса, которую невозможно избежать. Введем понятие избыточной скорости электрона. Избыточная скорость – это разница между скоростью в перицентре эллиптической орбиты V_p и скоростью на круговой орбите V₀ или орбите с меньшим эксцентриситетом V_p2 :

V_изб = V_p – V₀   или   V_изб = V_p1 – V_p2                          (13.2.1)

Момент импульса электрона:

    и                                    (13.2.2).

Из (13.2.2):

                                            (13.2.3).

В (13.2.3) подставим (13.2.1) и известное выражение для расстояния до перицентра (13.19). После небольшого преобразования найдем выражение для эксцентриситета орбиты:

                                             (13.2.4).

Если у электрона была начальная скорость равна нулю, то он перед захватом приобретет избыточную скорость V₀, эксцентриситет равен 1, траектория параболическая и захват невозможен. Излучение фотона и переход на более низкую орбиту хотя и возможен, но маловероятен, т.к. электрон находится вблизи ядра всего 0,5∙10^-16 сек. Однако в результате взаимодействия с ядром электрон приобрел некоторый импульс, какую его часть передаст ядру, мы сейчас узнаем. По закону сохранения импульса:

mV_изб = MV_M – mV_p                                        (13.2.5),

где MV_M – импульс полученный ядром mV_p – оставшийся «избыточный» импульс электрона.

Энергетический баланс:

                                      (13.2.6).

Решая совместно (13.2.5) и (13.2.6), найдем:

                                          (13.2.7).

Таким образом, электрон потерял небольшую часть своей энергии. Но этого вполне достаточно для того, чтобы параболическая траектория превратилась в эллиптическую, т.е. произошел захват. Для второго и последующих оборотов вокруг ядра:

                                       (13.2.8),

где N – число оборотов вокруг ядра. Подставив (13.2.4) в (13.2.8) найдем, как меняется эксцентриситет орбиты:

                                          (13.2.9).

Расчет по (13.2.9) дает следующие значения эксцентриситета после первого оборота вокруг ядра: для водорода e_H = 0,99891, для урана e_U = 0,9999953. Несмотря на огромную разницу между массами ядра урана и электрона, передаваемый ядру импульс вполне ощутим.

Третий закон Кеплера можно преобразовать к виду:

                                          (13.2.10),

где T – период вращения на эллиптической орбите, T₀ – период вращения на круговой орбите.

Расчет по (13.2.10) с учетом (13.2.9) дает период вращения на первом обороте вокруг ядра для водорода 1,49∙10^-12 сек, а для урана 0,622∙10^-12 сек. Также легко посчитать, сколько энергии потеряет электрон после первого оборота: W = 13,6(1-e²) = 0,03 эв. Интересно посчитать, сколько оборотов вокруг ядра должен дать электрон, чтобы с орбиты Лаймана перейти на орбиту Бальмера. Для этого в (13.2.9) подставим необходимые цифры: 0,5=0,99891^N откуда N=636 оборотов. Столько же подуровней будет между этими двумя уровнями. Густота подуровней увеличивается на более низких орбитах т.к. передаваемый ядру импульс с каждым оборотом уменьшается. Наличие многочисленных подуровней в энергетических уровнях атома обуславливает непрерывный спектр после предела любой спектральной серии. Объяснения официальной физики, что непрерывный спектр после предела спектральной серии обусловлен тем, что электрон перед захватом имеет некоторую энергию, ошибочны т.к. такой электрон не может быть захвачен, пока не растеряет эту избыточную энергию. Кроме того, с точки зрения официальной физики непонятно, каким образом электрон в атоме в некоторых случаях может оказаться между энергетическими уровнями. Теперь необходимо ответить на вопрос: почему при переходе электрона с одного уровня на другой излучаются фотоны, а при переходе с каждым оборотом с одного подуровня на другой мы не видим фотоны? При переходе по уровням избыточная скорость электрона уменьшается в целое число раз, что обуславливает значительное изменение энергии электрона. Если атом «прозевал» излучить фотон, пока электрон находился на данном уровне, то он продолжает опускаться по подуровням, пока не появится следующая возможность излучить фотон. При переходе на каждом обороте с одного подуровня на другой (перескочить через них электрон не может) энергия электрона меняется незначительно, что показано выше, поэтому она фактически переходит безизлучательно в энергию теплового движения атома в целом Фотоны в этом случае излучаются опосредовано из-за теплового обмена излучением по закону Планка.

В заключение этого раздела необходимо отметить, что автор не может принять многие понятия современной физики, их не перечислить, вот только некоторые: центростремительное ускорение, S-электроны, спин, принцип Паули, соотношение неопределенности Гейзенберга, туннельный эффект, законы микромира, квантовая механика, независимость кажущейся скорости света от движения наблюдателя, искажение пространства, замедление хода времени, черные дыры и т.п. Если основательно потрясти ту или иную ветвь физики, эти понятия лопаются, как мыльные пузыри, но не по одному, а по цепочке, которой они связаны. Наблюдая эту картину, невольно хочется дополнить Дж. Дж. Томсона тем, что самой важной для науки услугой является не только введение новых идей, но и осознание порочности старых. Как раз такое осознание способствует рождению новых идей.

13.3. Атом водорода

Волновая квантовая механика. По представлениям официальной физики, потенциальная яма для электрона вблизи протона имеет вид, показанный на фигуре 13.3.1 (слева от протона картина симметрична).

Обратите внимание на то, что стенки ямы в каждой точке имеют разную кривизну и нигде не перпендикулярны какому-либо уровню энергии. В трехмерном пространстве потенциальная яма будет выглядеть в виде сферы с протоном в центре для определенной потенциальной энергии. Для другого уровня энергии радиус сферы будет больше или меньше в зависимости от положения этого уровня. Какой вид будет в пространстве более трех измерений знают только извращенцы здравого физического смысла.

Для этой задачи вновь используют стационарное уравнение Шредингера, что означает, что в пространстве между стенкой потенциальной ямы и протоном должна образовываться система стоячих сферических волн. Таким образом, в атоме водорода каждый кусок нарезанной на части частицы надут в виде пузыря и эти пузыри вложены друг в друга. Но из-за кривизны стенок ямы отраженная волна не может распространяться в точности по направлению падающей волны, т.е. образование стоячих волн нигде невозможно. Образование стоячих волн в официальной физике также запрещает принцип неопределенности Гейзенберга, т.к. при отражении от стенки потенциальной ямы положение частицы известно точно, но ни направление импульса частицы, ни его величину невозможно указать. Это касается не только задачи, относящейся к атому водорода, но и всех задач, решения которых основаны на уравнении Шредингера. На этом основании можно утверждать, что это уравнение бесполезно потому, что его некуда применить. Это подтверждают и результаты применения уравнения Шредингера к атому водорода. При этом получаются уровни энергии, сгущающиеся к состоянию свободного электрона.

Существует еще одна принципиальная трудность для волновой квантовой механики, которая вынуждена всегда обращаться к стоячим волнам, чтобы оставаться квантовой. В пучности стоячей волны кусочек заряженной частицы колеблется поперек волны и представляет собой излучающий электромагнитные волны электрический диполь, излучение которого направлено вдоль волны. Поэтому энергия частицы должна быстро рассеиваться, а спектр излучения будет непрерывным. Официальная физика валит с больной головы на здоровую, перекладывая эту принципиальную трудность на круговое движение электрона вокруг ядра, сравнивая это движение с электрическим диполем. Можно указать и еще одну принципиальную трудность для волновой квантовой механики и на ней перечисление трудностей закончим, для похорон уже хватит. Применяя для рассматриваемой задачи стационарное уравнение, естественно, получают и стационарные решения – стабильные уровни энергии в атоме водорода. Но в действительности стабильно только основное состояние, на остальных уровнях энергии электрон не задерживается более 10^-8 секунды. Поэтому приходится привлекать еще одно «изобретение» ортодоксальной физики - «виртуальные частицы вакуума», чтобы как-то объяснить нестабильность энергетических уровней. Причем эти виртуальные частицы умудряются различать, какой уровень основной, а какой возбужденный.

Классическая механика. В главе 2 получена формула для радиуса орбиты электрона в водородоподобном атоме (2.3) и энергии связи электрона с ядром (2.4) на основании чисто классических представлений не привлекая квантованности ни в каком виде.

Корпускулярная квантовая механика. В главе 13 достаточно подробно разработан этот вопрос. Поэтому здесь лучше остановиться на некоторых подробностях теории атома. Для этого воспользуемся данными таблицы 13.1 и фигурой 13.2. Для удобства, часть фигуры 13.2 в упрощенном виде воспроизведена на фигуре 13.3.2.

Основное состояние электрона на круговой орбите Бора (4), показанной пунктиром. Мы видим, что электрон при движении по эллиптическим орбитам колеблется относительно орбиты Бора, то приближаясь к протону (в перицентре), то удаляясь от него (в апоцентре). Таким образом, электрон представляет собой осциллятор с точкой равновесия, совпадающей с точкой пересечения с орбитой Бора (точки A и B). Здесь он имеет максимальную радиальную скорость и максимальную кинетическую энергию, связанную с этой скоростью. В точках перицентра и апоцентра орбиты радиальная скорость электрона равна нулю и он имеет максимальную потенциальную энергию в этих точках (относительно орбиты Бора). Очевидно, что если электрон в точке A будет иметь кинетическую энергию больше 13,6 эв, то он будет двигаться по гиперболической орбите через точку A, в перицентре между точкой C и протоном и через точку B. На участке торможения AC, чтобы быть захваченным, электрон обязан успеть излучить фотон с энергией хотя бы чуть больше его избыточной энергии относительно 13,6 эв, чтобы перейти в точке B на эллиптическую орбиту. Примерный временной график изменения потенциальной энергии при колебаниях электрона относительно орбиты Бора представлен на фигуре 13.3.3 для первых трех значений квантового числа.

Примем начало отсчета времени от момента прохождения электроном точки A пересечения орбит. При n=1 первый полупериод колебаний электрона завершится довольно быстро, т.к. тангенциальная скорость движения электрона в перицентре максимальна. В точке перицентра потенциальная энергия электрона максимальна и численно равна энергии ионизации. При пересечении орбиты Бора (точка B) потенциальная энергия электрона (относительно основного состояния) примет нулевое значение. Конца второго полупериода колебания мы не дождемся, т.к. на параболической орбите электрон удаляется на бесконечность и его потенциальная энергия относительно основного состояния снова становится равной энергии ионизации, а кинетическая принимает нулевое значение. При увеличении квантового числа первый полупериод колебаний немного увеличивается, а второй полупериод довольно резко сокращается, амплитуда колебаний уменьшается, колебания все более приближаются к гармоническим колебаниям, а форма орбиты к окружности. При n колебания исчезают, и вместе с ними исчезает излучение. Электрон занимает основное состояние на орбите Бора. На гиперболических траекториях потенциальная энергия электрона в перицентре всегда больше уровня E₀ (фиг. 13.3.3).

Для того, чтобы найти зависимость потенциальной энергии осциллятора в атоме водорода от значения квантового числа, воспользуемся формулами (2.2), (2.3) и (2.4) главы 2. В эти формулы будем подставлять формулы для расстояния от ядра в перицентре и апоцентре в зависимости от квантового числа из таблицы 13.1:

                                          (13.3.1)

для перицентра и:

                                          (13.3.2)

для апоцентра.

Подставляя (13.3.1) в (2.2) с учетом (2.3) и (2.4), получим потенциальную энергию в перицентре:

                      (13.3.3).

Чтобы найти потенциальную энергию осциллятора относительно его равновесного состояния (орбиты Бора), надо из его общей потенциальной энергии в перицентре по (13.3.3) вычесть потенциальную энергию в стационарном состоянии E₀:

                            (13.3.4).

Как и следовало ожидать, потенциальная энергия осциллятора отрицательна в сравнении с орбитой Бора, а ее численное значение совпадает с теорией атома новой физики.

Подставляя (13.3.2) аналогичным путем найдем потенциальную энергию осциллятора относительно орбиты Бора в апоцентре:

                               (13.3.5).

Таким образом, мы выяснили физическую причину излучения атома. Кроме того, из фигуры 13.3.3 видно, что при переходах с одной орбиты на другую электрический диполь меняет в сильной степени амплитуду колебаний и в небольшой степени частоту колебаний. Частота полупериода, связанного с перицентром всегда немного выше частоты полупериода, связанного с апоцентром. Поэтому электрон в точках орбиты A и B будет излучать фотоны с немного отличающейся энергией (дублеты спектральных линий). Особенно эта разница заметна при малых значениях n.

Отмечая более тонкие эффекты, следует обратить внимание на то, что электрон при орбитальном движении «таскает» за собой и протон, хотя его масса почти в 2000 раз больше. Кроме того, за счет инерции электрона его орбита вращается в сторону движения электрона. Скорость этого вращения определяется только эксцентриситетом орбиты электрона и величиной большой оси. Чтобы этот вывод был более ясен, обратимся к фигуре 13.3.4.

При движении электрона из апоцентра 2 к точке А, его радиальная скорость увеличивается от нуля до максимума, а после прохождения точки А его радиальная скорость резко падает, т.к. в точке 1 перицентра она опять должна принять нулевое значение. Инерция электрона приводит к тому, что точка пересечения с орбитой Бора смещается против часовой стрелки на величину, пропорциональную ускорению электрона, которое зависит от эксцентриситета орбиты и большой полуоси (точка А’). Положение перицентра тоже смещается (точка 1’). По этой же причине смещается и вторая точка пересечения с орбитой Бора (точка В’). В результате и положение апоцентра оказывается в другом месте (точка 2’). Эти же рассуждения справедливы и для вращения эллиптических орбит планет, которое особенно заметно у Меркурия.

Необходимые требования для излучения фотонов. Главное требование для излучения свободной или связанной электрически заряженной частицы – отрицательное ускорение электрического заряда. В связанном состоянии (в атоме или молекуле) кроме отрицательного ускорения должно выполняться требование излучения только целого числа фотонов (радиальная скорость может уменьшаться только в целое число раз относительно параболической скорости). Поэтому на эллиптической орбите, на которой не выполняется указанное условие (например, между энергетическими уровнями), осциллятор хотя и колеблется, но ничего не излучает. На такой орбите он вынужден терять часть энергии при каждом обороте вокруг ядра за счет передачи атому в целом части своего импульса до тех пор, пока не будет выполнено указанное требование.

Энергия связи в основном состоянии из формул (2.3) и (2.4):

                                        (13.3.6),

где r₀ – радиус орбиты Бора. Формула (13.3.6) будет верна и для энергии связи электрона в положении перицентра r_p и апоцентра r_a. Очевидно, что потенциальная энергия относительно орбиты Бора для перицентра должна быть равна потенциальной энергии относительно орбиты Бора для апоцентра, чтобы выполнялся закон сохранения энергии в отсутствие излучения:

                            (13.3.7),

                            (13.3.8).

Обозначим r_p=r₀ P и r_a=r₀ A, где P и A – доля перицентра и апоцентра от радиуса Бора. Учитывая эти обозначения и приравнивая (13.3.7) и (13.3.8), найдем:

                                             (13.3.9).

Уравнение (13.3.9) имеет бесчисленное множество решений, и все они удовлетворяют требованию сохранения энергии. Теперь надо получить выражения P и A через квантовое число n. Этим мы из бесчисленного множества решений (13.3.9) выберем только «целочисленные» решения, что физически означает требование целостности излученного фотона. Очевидно, что при n=1 A=, а из (13.3.9) P=1/2. При n= из (13.3.9) P=A=1. Нетрудно догадаться, что таким свойством обладают функции при r₀ выражений (13.3.1) и (13.3.2). Таким образом, как при движении к основному состоянию, так и при движении к состоянию ионизации атома электрон заранее «знает» параметры всех орбит, на которых ему разрешено излучать фотоны. На всех остальных орбитах электрон является осциллятором, но излучение запрещено. На орбите Бора излучение разрешено, но на ней электрон не колеблется - излучения нет. Тоже касается движения электрона по изопотенциальной орбите любой формы, например, в молекулах. На таких орбитах электрон не является осциллятором.

В связи с изложенным, несколько слов необходимо сказать о многоэлектронных атомах. В основном состоянии этих атомов движение электронов по круговым орбитам невозможно из-за влияния электронов друг на друга. Поэтому электроны должны двигаться хотя и самосогласованно, но на эллипсоподобных орбитах, на которых условие целостности излученных фотонов не выполняется, поэтому излучения нет. Они также могут двигаться по изопотенциальной поверхности любой формы, на которой также излучение запрещено, поскольку потенциальная энергия электрона остается постоянной. Кроме того, орбиты электронов должны быть симметричны относительно ядра атома. В этом случае изменение орбиты электрона за счет передачи части его импульса атому в целом невозможно, т.к. векторное сложение импульсов, полученных от всех электронов должно дать нуль. Движение по «запрещенной» или изопотенциальной орбите и невозможность ее самостоятельного изменения обеспечивают существование и устойчивость всех существующих атомов.

13.4. Электрон с полной энергией больше нуля в атоме водорода

Радиус винтовой траектории электрона связан с его скоростью соотношением:

                                                (13.4.1),

где V – поступательная скорость электрона, = 1,1576 см²/сек (см. главу 2). Для свободного электрона кинетическая энергия поступательного движения частицы:

                                          (13.4.2).

Подставив (13.4.2) в (13.4.1), найдем связь радиуса винтовой траектории с кинетической энергией поступательного движения:

                                         (13.4.3).

Как видно, формула (13.4.3) не противоречит физическому смыслу. Подставляя в нее соответствующие численные значения и E_k=13,6 эв (1 эв = 1,602×10^-12 эрг), получим значение радиуса равное радиусу орбиты Бора. Это означает, что если полная энергия электрона (в бесконечности) больше нуля, то радиус его винтовой траектории всегда меньше радиуса орбиты Бора. В связи с изложенным, гиперболические орбиты электрона вокруг протона невозможны в их классическом понимании. Траектория электрона с полной энергией больше нуля вблизи протона показана на фигуре 13.4.1.

Обозначения на фигуре 13.4.1.

1. Траектория электрона в бесконечности имеющего кинетическую энергию 13,6 эв. Радиус винтовой траектории равен радиусу орбиты Бора. При приближении к орбите Бора энергия электрона возрастет до 27,2 эв.

2. Орбита Бора.

3. Одна из эллиптических орбит после тормозного излучения фотона с энергией больше 13,6 эв.

4. Протон.

5. Параболическая орбита при тормозном излучении фотона с энергией равной 13,6 эв.

6. Продолжение траектории электрона, если тормозное излучение отсутствовало. При удалении на бесконечность электрон теряет 13,6 эв из 27,2 эв и его энергия вновь становится равной 13,6 эв.

Подводя итог ревизии основ современной квантовой механики, можно уверенно заявить, что эти основы не выдерживают критики и должны быть заменены новыми представлениями. Уже ясно, что ортодоксы не смогут выдвинуть аргументированных возражений в защиту официальной квантовой механики или в опровержение новой физики, поэтому дальнейшие события нетрудно предвидеть. Новую физику вначале ждет замалчивание, затем площадная ругань и, наконец, общее признание по мере вымирания фанатов официальной физики.

13.5. Ридберговские атомы

Подробнее о ридберговских атомах можно прочитать, например, в Соросовском Образовательном Журнале 1998, №4, стр. 64. Они представляют собой макроатомы по размеру (до 0,02 мм) находящиеся в состоянии высокого возбуждения на грани ионизации с главным квантовым числом около 1000 по представлениям официальной физики. Соответственно, радиус такого атома в 10⁶ раз больше радиуса атома в основном состоянии. Возможность создания и существования ридберговских атомов позволяет, наконец, окончательно разобраться в отличиях официальной и новой физики на строение атомов.

1. Сначала разберемся с официальными представлениями об излучении и поглощении энергии атомом. Они исходят из возможности кратного момента импульса электрона на «орбите»:

                                                                         (13.5.1),

где m₀ – нерелятивистская масса электрона, V – его орбитальная скорость, r – радиус орбиты, n – целое число,  - постоянная Планка. Очевидно, что (13.5.1) является прямым нарушением закона сохранения момента импульса до тех пор, пока мы не выясним, откуда берется это кратное увеличение момента импульса электрона. Для этого придется считать момент импульса электрона на орбите при n =1 таким же, как и момент импульса фотона, т.е. . Напомню читателю, что закон сохранения момента импульса требует, чтобы  момент импульса свободного электрона также был равен . Теория круговых орбит электрона изложена в главе 2. Рассмотрим формулу (2.3) для радиуса круговой орбиты и (2.4) для энергии связи электрона на круговой орбите:

                                                                          (13.5.2),

где:

 = Vr                                                                            (13.5.3)

                                                                        (13.5.4).

Поскольку электрон в атоме всегда не релятивистский (см. главу 7.2.1), то кратность момента импульса электрона в атоме связана с кратностью произведения Vr:

                                                                         (13.5.5).

При n =1 электрон находится в основном состоянии на орбите Бора (в атоме водорода). Чтобы перевести его в возбужденное состояние с Vr =2 нужно, чтобы атом поглотил соответствующий фотон и передал энергию и импульс этого фотона электрону. При этом электрон снова будет находиться на круговой орбите, радиус которой в 4 раза больше радиуса основного состояния. Любая круговая орбита стационарна, находясь на ней электрон ничего излучать не может. Чтобы произошла потеря энергии, необходима некоторая избыточная энергия, деформирующая круговую орбиту в эллиптическую (см. главу 13). Далее снова нужно поглощение фотона и перевод электрона в состояние с Vr =3 и т.д. Таким образом, переход электрона с одного энергетического уровня на другой с точки зрения официальной физики возможен только при последовательном поглощении фотонов, а перескакивание через один или большее число уровней невозможно, если нет одновременного поглощения нескольких фотонов. Результаты официальной теории получим, подставив (13.5.5) в (13.5.2) и (13.5.4):

                                                                         (13.5.6),

                                                                       (13.5.7)

откуда видно, что по обсуждаемым представлениям уровни энергии сгущаются при приближении к энергии ионизации атома n, E 0. При n =1 электрон находится на орбите Бора. Удивительную общность макро- и микромира подтверждает то обстоятельство, что в приведенном анализе официальных результатов радиус круговой орбиты электрона пропорционален квадрату квантового числа n, а скорость электрона на любой круговой орбите в целое число раз (n) меньше скорости на орбите Бора. В главах 20 и 21 сделан точно такой же вывод в отношении квантовых состояний планет и их спутников (см. фигуру 21.4). Из выше изложенного ясно, что ридберговские атомы можно получить только при непрерывном поглощении фотонов с непрерывно уменьшающейся энергией вплоть до границы ионизации. Энергия связи электрона в таких атомах ничтожна, поэтому любое столкновение с посторонними частицами приводит к ионизации ридберговских атомов. Если столкновений избежать, то ридберговские атомы метастабильны, что подтверждает отсутствие излучения при движении заряда по окружности при отсутствии движения в радиальном направлении.

2. Представления новой физики в отношении излучения и поглощения энергии атомом подробно изложены в главе 13 и в последующих главах. С точки зрения новой физики существует только одна круговая орбита Бора, поэтому электрон на ней не излучает. Все остальные орбиты эллиптические, у которых имеется радиальная составляющая скорости движения являющаяся резервом для излучения фотонов и сообщения им момента импульса, который у самого электрона остается постоянным и равным . Энергия связи электрона (см. главу 13):

                                                                (13.5.8),

где n_* - целое квантовое число, которое отличается от квантового числа n официальной теории атома.

Из (13.5.8) видно, что энергетические уровни сгущаются вблизи орбиты Бора и при n_* , EE₀ =13,6 эВ для водорода. При n_* =1 электрон находится на параболической орбите (орбите Лаймана для водорода). Чем больше n_*, тем ближе форма орбиты электрона к окружности и возбужденное состояние стабильнее, на круговой орбите Бора излучение полностью отсутствует, поэтому это состояние абсолютно стабильно. Вместе с тем, малейшее воздействие на атом приводит к его возбуждению и переходу электрона на уровни с большим значением n_*. Чтобы атом излучал с уровней высоких значений n_*, нужна очень низкая температура окружающей среды и отсутствие посторонних частиц, которые возбуждают атом. В этом отношении атомы с электронными орбитами вблизи основного состояния похожи на ридберговские атомы. Они также могут излучать в диапазоне длинных волн из-за незначительной разницы в энергии низких уровней, но при этом ионизироваться от дополнительного небольшого воздействия не могут из-за сильной связи с ядром. Условно назовем такие атомы «холодными».

Из (13.5.7) и (13.5.8) легко найти связь между квантовыми числами n и n_*:

                                                                    (13.5.9).

При n_* =1, n =. При n_* =, n =1.

Хотя энергетические уровни официальной физики и новой физики стоят по отношению друг к другу «вверх ногами», но разницы энергий между двумя любыми уровнями с одинаковыми значениями n и n_* равны между собой, в чем можно убедиться из (13.5.9).

В результате этих рассуждений возникает вопрос: когда мы принимаем из космоса излучение атомов в радиодиапазоне, то какие атомы его посылают? Ридберговские или «холодные»? Я склоняюсь в пользу «холодных» и считаю, что ридберговские атомы можно создать только в специальных лабораторных условиях. В пользу «холодных» атомов можно привести следующие аргументы.

А. Когда протон захватывает электрон, то возникает спектр излучения, в котором можно наблюдать все известные спектральные серии, в том числе и в области длинных волн. Спектр излучения образованный ридберговскими атомами невозможен т.к. невозможны круговые орбиты (негде брать энергию для снабжения фотонов моментом импульса).

Б. Каждая спектральная серия имеет предел серии. Этот предел с точки зрения официальной физики соответствует энергии ионизации атома (n ), хотя за исключением предела серии Лаймана все остальные лежат в области энергий далеких от ионизации атома.

В. Переход электрона в ридберговских атомах возможен только между соседними уровнями, для более дальних переходов необходимо многофотонное поглощение или излучение.

Г. Энергия связи электрона в ридберговских атомах так мала, что любой фотон реликтового излучения (плотность которого очень большая) способен ионизировать атом. Поэтому в облаке ионизированных атомов могут наблюдаться только единичные нейтральные (ридберговские) атомы.

Д. Чтобы получился ридберговский атом необходимо плавное уменьшение частоты облучения атома, чтобы эта частота была все время в соответствии с частотой фотонов, которые способен поглощать атом на последовательно повышающихся энергетических уровнях. В космических условиях такой процесс маловероятен.

Очевидно, что у «холодных» атомов перечисленных проблем не возникает.

На фигуре 13.5.1 изображены обе системы атомных энергетических уровней для водорода. Слева – официальная схема, справа схема уровней новой физики. В определенных условиях поглощения и излучения энергии атомом правильно отображать ситуацию будет та или другая схема. Например, при захвате протоном свободного электрона спектр излучения будет соответствовать правой схеме, а при многофотонном поглощении с последовательным переходом электрона на более высокие орбиты, спектр излучения при переходе электрона в основное состояние будет соответствовать официальной схеме.