Баллистическая


Спин и квантование магнитного момента атома



жүктеу 8.2 Mb.
бет60/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   56   57   58   59   60   61   62   63   ...   99

Спин и квантование магнитного момента атома

Но мы всё ещё не у предела; после электронов или атомов электричества пришёл магнетон или атом магнетизма, который входит сейчас двумя различными путями: через изучение магнитных тел и через изучение спектров элементов… Ритц представляет себе колеблющийся атом образованным из вращающегося электрона и из множества магнетонов, расположенных один за другим. В таком случае уже не взаимное электростатическое притяжение электронов управляет длинами волн, а магнитное поле, создаваемое этими магнетонами.



Анри Пуанкаре, "Последние мысли", 1913 г. [101]
Перейдём на время от субэлектронного к более привычному этажу микромира – этажу электронов и тяжёлых элементарных частиц. Как было показано выше, и как многие предполагали ранее [79], именно электроны и позитроны являются теми кирпичиками, из которых сложены все прочие частицы. Тогда нейтрон, весящий в 1838 раз больше электрона, должен состоять примерно из тысячи (919) электронов и из того же числа позитронов, дабы полный заряд нейтрона равнялся нулю. То же строение имеет и протон, но электронов в нём на один меньше, с чем и связан его положительный заряд. Тогда в целом атом и вообще мир окажутся построены из равного числа электронов и позитронов.

Однако такое представление ведёт, на первый взгляд, к противоречиям. Во-первых, магнитный момент протона и нейтрона заметно меньше, чем у электрона, что, как считают, доказывает его отсутствие в нейтроне до распада. Но если нейтрон или протон составлены из многих зарядов, то их магнитные моменты вполне могут сориентироваться так, что почти полностью погасят друг друга. Так что наличие внутри нейтрона сотен электронов и позитронов не исключено. Более того, думается, лишь электроны и позитроны обладают собственным электрическим зарядом и магнитным моментом, а уже их присутствие придаёт эти характеристики другим частицам (§ 3.9.).

Интересно, что именно Ритц первым предсказал существование стандартного магнитного момента (магнетона) у элементарных частиц, кирпичиков, из которых сложен атом. К этим частицам, как выяснили, следует отнести электроны и позитроны. Однако никто теперь не связывает существование магнитного момента с именем Ритца - говорят или о магнетоне Вейсса, или о магнетоне Бора. Впрочем, А. Пуанкаре упоминал именно о магнетоне и атоме Ритца. Будучи очень глубоким и смелым мыслителем, он хорошо видел перспективы и пути развития науки. Пуанкаре был не только замечательным математиком и философом науки, лично встречавшимся с Ритцем для обсуждения математических проблем, но и первопроходцем во многих областях физики и астрономии. Думается, именно он мог бы принести развитие и обоснование теории Ритца. Ведь именно Пуанкаре был первым, кто принял ключевой для БТР принцип относительности явлений оптики и электродинамики. Однако указанные мысли Пуанкаре и впрямь оказались для него последними, поскольку в 1912 г. он умер, подобно Ритцу, не успев довести до конца свою работу. Лишь после смерти были изданы его мысли о магнитной модели атома.

Магнетоны Вейсса и Бора, в отличие от магнетона Ритца, связаны не с собственными магнитными моментами элементарных частиц, а больше со свойствами атомов и вещества как целого. Магнетон Вейсса - это, по сути, элементарный магнитный момент атома, ответственный за взаимодействие атомов в ферромагнетиках. А магнетон Бора - это единица магнитного момента микромира, связанная с его квантовыми свойствами. Магнитный момент атома квантуется, дискретно меняясь на величину кратную магнетону Бора. Однако с позиций классической науки такой характер изменения не имеет никакого отношения к квантовым свойствам поля, а обязан существованию стандартного момента электрона. Электроны в атоме располагаются упорядоченно, их элементарные моменты складываются, давая в сумме магнитный момента атома. Изменение общего момента на дискретную величину связано с тем, что моменты ориентируются всегда либо сонаправленно, либо противоположно, гася друг друга.

Кроме того, у атома есть и магнитный момент, связанный с орбитальным движением электрона вокруг остова. Как легко рассчитать, этот момент не зависит от радиуса орбиты электрона и всегда равен одному и тому же значению - как раз пресловутому магнетону Бора. В самом деле, электрон заряда e, вращающийся по круговой орбите радиуса R с частотой f, подобен витку с током I=ef, обладающему магнитным моментом m=Iπr2=efπR2. Однако из закона Планка и закона фотоэффекта частота обращения электрона в атоме f=h/2R2M (§ 4.3.). Подставляя значение f в m, получим, что орбитальный магнитный момент не зависит от радиуса и частоты обращения: m=efπR2=eh/M. Но это в точности равно удвоенному магнитному моменту электрона m=2μ. Таким образом, орбитальный магнитный момент атома и вещества действительно квантуется, меняется дискретно, но связано это не с абстрактными квантомеханическими законами, а с дискретно меняющимся числом атомов и крутящихся в них электронов. Таким образом, и магнетон Вейсса, и магнетон Бора - это, в конечном счёте, всего лишь следствия магнетона Ритца и его магнитной модели атома. Именно модель Ритца позволяет описать все магнитные свойства веществ.

Возникает лишь вопрос о природе магнитного момента у электрона и о том, что задаёт его величину - величину магнетона Ритца. Давно уже было понято, что магнитный момент электрона создаётся его вращением - любой вращающийся заряд, как говорилось, подобен витку с током, генерирующему магнитное поле, момент. Именно так электрон становится подобен элементарному магнитику. Интересно, что первым эту идею выдвинул всё тот же Ритц, связавший анизотропию электромагнитных свойств электрона с наличием у него оси вращения [3, с. 418]. Однако поздней физики стали отрицать вращение электрона, и слово "спин", означающее вращение, стали понимать совсем иначе, считая, что для размытого по квантовым законам электрона неправомерно говорить о таких механических свойствах как вращение. Но поскольку здесь следуем классической теории частиц, обладающих конкретной пространственной структурой и геометрической формой, вполне правомерно говорить о вращении электрона. Поскольку у всех электронов одинаковый магнитный момент, то и частота вращения должна быть у них одинакова. Почему же электрон вращается и что поддерживает частоту его вращения на одном и том же уровне? Судя по всему, вращение электрона связано с испусканием реонов. Если вспомнить аналогию электрона с пиротехническими снарядами (Рис. 7, Рис. 139), то сам собой напрашивается и простейший механизм раскрутки электрона реактивными струями реонов, как у вертящихся фейерверочных огненных колёс, или огненных мельниц (Рис. 141). Так же крутится паровой шар Герона, сегнерово колесо - ороситель для газонов в виде вертушки, раскручиваемой струями воды [75]. Наконец, если ищем электрических аналогий, можно вспомнить описанную в "Физическом фейерверке" [148, с. 163] зрелищную, но по непонятной причине забытую игрушку - ионно-ветряную мельницу. Она представляет собой крестовину в виде заряженной солнечной свастики, уравновешенную на острие иглы и вращающуюся под действием стекающих с игл ионов - реактивных струй ионного ветра, дующего от всех зарядов [107, с. 410].



Рис. 141. Реактивная раскрутка: а) огненного колеса; б) электрона e, пускающего бластоны B, взрывающиеся каскадами реонов R на сфере распада; в) ветряной ионной мельницы; г) гидрооросителя для газонов.

Возможно, так вращается и заряженный электрон, испускающий реактивные струи реонов - реонный ветер. Но, возможно, вращение электрона, словно у мельницы, создаётся сходящимся из сферы распада потоком реонов, ударяющим по электрону и раскручивающим его. Если электрон случайно получит небольшое вращение, оно будет ускоряться, поскольку выбрасываемые электроном бластоны обретают окружную скорость этого вращения и передают её при своём распаде реонам, отчего те с большей частотой и скоростью ударяют по той стороне электрона, которая удаляется при вращении (Рис. 141.б). Тем самым реоны ещё ускоряют это вращение. И так до тех пор, пока сила реактивной отдачи от испускания бластонов не уравновесит воздействия ускоряющего вращение потока сходящихся реонов. На этом этапе скорость вращения электрона стабилизуется и будет поддерживаться возле этого значения, обеспечивая постоянство магнитного момента электрона. Примерно так же и крылья мельницы в потоке ветра, водяные и фейерверочные вертушки, наращивают скорость своего вращения, пока их окружная скорость вращения не достигнет величины на порядок-два меньшей скорости этого потока, в дальнейшем автоматически поддерживаясь на этом уровне.

Интересно оценить, исходя из этого скорость вращения электрона. Если магнитный момент электрона μ=eh/M создан его вращением, то, как нашли, μ=m=efπr2, где r - радиус электрона. То есть efπr2=eh/M. Отсюда окружная скорость на экваторе электрона V=fr=h/rM. Если взять в качестве r классический радиус электрона r0=2,8·10-15 м, получим V=4,1·1010 м/с. Это на два порядка больше скорости реонов с=3·108 м/с. Если же, как выяснили, окружная скорость вращения скорее должна быть, как в мельнице, сопоставима со скоростью потока реонов, вызывающих вращение, то получим, что гораздо естественней принять r=a0/2=2,7·10-11 м - половину межэлектронного расстояния (§ 3.1.), что даёт скорость V=4,3·106 м/с, как раз на два порядка меньшую световой скорости потока реонов. Как видим, радиус сферы распада, с поверхности которой и выбрасываются реоны и которую можно условно считать границей вращающегося электрона, в действительности равен не классическому радиусу электрона, а межэлектронному расстоянию, сопоставимому с радиусом атома. К такому же выводу о величине внешнего радиуса сферы распада электрона пришли и в предыдущем разделе (§ 3.18.). Если инертная масса электрона и ядерная энергия, пропорциональные 1/r задаются внутренним радиусом r0 электрона (точней его сферы распада), то для магнитного момента m=efπr2, пропорционального r2, напротив, определяющим окажется внешний радиус a0. Фактически именно по этому внешнему радиусу и циркулирует круговой ток электрона, поскольку именно там расположены источники поля, бластоны, в момент их взрыва реонами.

Как видим, ритцева модель взаимодействия, представляющая электрическое воздействие через распад электрона в процессе испускания реонов, кроме природы заряда, автоматически объясняет и природу спина, стандартного магнитного момента электрона, а также причину его "квантования" и вообще квантования магнитного момента в атомах и телах.



    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   56   57   58   59   60   61   62   63   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет