Современная модель строения атома
Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Радиус электронной оболочки примерно в 10 000 раз больше радиуса ядра. Масса ядра примерно в 10 000 раз больше массы электронной оболочки.
Ядро состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, которые вместе иногда называют нуклонами. Для объяснения внутренней структуры протонов и нейтронов в современной квантовой физике введено понятие кварков. Кварки это такие виртуальные частицы с дробными положительными или отрицательными зарядами. Хотя кварки в свободном состоянии не наблюдаются, тем не менее, специалисты квантовой физики считают, что протоны и нейтроны состоят из кварков.
Электронную оболочку образуют отрицательно заряженные электроны, вращающиеся по сферическим орбитам вокруг ядра. Количество электронов в электронной оболочке всегда пропорционально величине положительного заряда ядра атома. Абсолютные величины положительного заряда ядра атома и отрицательного заряда электронной оболочки равны, поэтому атом, как правило, всегда электрически нейтрален. Как правило – потому что в экспериментальной физике были обнаружены атомы, как с положительным зарядом, так и с отрицательным, такие атомы называют ионами. Это свидетельствует о том, что атомы могут терять или приобретать дополнительные электроны в течение своей жизни. Любой электрон может вращаться по нескольким сферическим орбитам. Радиус орбиты электрона характеризует количество энергии запасенной в движущемся электроне. Радиусы и траектории электронных орбит не стабильны и не могут быть точно рассчитаны. Современная наука может только предсказать с определенной долей вероятности нахождение электрона в некоторой области пространства электронной орбиты.
Современная физика считает, что все электроны, существующие во вселенной, одинаковы и неразличимы. Все протоны также одинаковы и тождественны друг другу так же, как одинаковы и тождественны все нейтроны. При этом атомы различных веществ отличаются друг от друга структурой атомных ядер, состоящих из различных комбинаций протонов и нейтронов и содержащих различное количество электронов в своей электронной оболочке. Наличие в составе атома различного количества протонов и электронов определяет атомный вес вещества, который является уникальным для каждого элемента таблицы Менделеева. Наличие различного количества нейтронов в составе атомного ядра с одним и тем же количеством протонов свидетельствует о существовании изотопов или различных модификаций одного и того же химического элемента.
Масса электрона – 0,000911*10-24г
Масса протона – 1,673 * 10-24г
Масса нейтрона –1,675*10-24г
Примерный радиус электрона – 2,8*10-15см
Примерный радиус протона – 6,8*10-12см
Примерный радиус атома –10-8см
Атом очень стабильная частица. Стабильность существования атомов современная наука объясняет двумя факторами. Первый – это действие электромагнитных сил притяжения, благодаря которым положительно заряженное ядро притягивает отрицательно заряженные электроны. Второй – это центростремительная сила, возникающая в результате вращения электронов вокруг ядра атома и не позволяющая этим электронам «упасть» на ядро атома. Эти силы внутри атома взаимно уравновешены и позволяют ему стабильно существовать сколь угодно продолжительное время. Почему электроны не имеют стабильных орбит и находятся не в конкретной точке пространства, а в некоторой области вблизи ядра атома, в рамках стандартных физических законов современная наука объяснить не может.
Ядро атома ещё более стабильное образование, чем сам атом и для объяснения его стабильности в квантовой физике были введены понятия слабых и сильных ядерных взаимодействий. Слабое взаимодействие отвечает за удержание в составе ядра атома α и β- частиц, которые испускаются при распаде тяжелых атомных ядер на более легкие. При этом α- частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов и, фактически, представляют собой ядра гелия, а β- частицы – это положительно или отрицательно заряженные частицы с массой электрона. Сильное взаимодействие отвечает за удержание протонов и нейтронов в составе ядра атома. Согласно современным представлениям, сильные и слабые ядерные взаимодействия действуют как силы притяжения до определенных пределов (расстояний между частицами), а после – как силы отталкивания. Такая зависимость направления сил ядерных взаимодействий от расстояния между элементарными частицами, позволяет объяснить природу устойчивого состояния атомных ядер. Почему силы ядерного взаимодействия ведут себя так, и каково минимальное расстояние, на котором происходит смена знака, современная наука пока не знает.
Радиус действия слабого взаимодействия - 10–15 - 10–22 см
Радиус действия сильного взаимодействия - 10–13 см
Радиус действия электромагнитных сил - 10-13см - ∞
Радиус действия гравитационных сил - 10-33 см - ∞
Кроме этого, при обсуждении строения атома в рамках современной ядерной физики необходимо упомянуть о таких частицах как позитроны и антипротоны.
Позитрон электромагнитный антипод электрона, имеет такую же как электрон массу и заряд, но противоположный знак (+). Открыт в 1923 году и с тех пор достаточно хорошо изучен. В соответствии с представлениями современной науки отнесен к антивеществу, хотя является обязательным участником всех так называемых Р-распадов или β-распадов любого нормального вещества. В ходе многочисленных экспериментов было подтверждено, что в процессе β-распада ядро атома испускает позитрон, при этом масса ядра не меняется, а величина его заряда уменьшается на единицу. При наблюдении β-распада ядер некоторых веществ также было зафиксировано превращение протонов в нейтроны, т.е. испустив позитрон, некоторые протоны становятся электрически нейтральными.
Антипротон — частица, являющаяся антиподом по отношению к протону. Антипротон экспериментально был открыт в 1955 г. Антипротон имеет массу такую же, как и протон, но, в отличие от протона, имеет отрицательный электрический заряд.
С точки зрения современной науки природа возникновения позитронов и антипротонов не ясна, в то же время квантовая физика совместно с общей теорией относительности дают надежное теоретическое обоснование нахождению этих объектов в ряду других элементарных частиц. В частности в рамках общей теории относительности была предсказана возможность существования антиматерии, а позитроны и антипротоны стали хорошим экспериментальным подтверждением правильности этих утверждений.
Новая модель строения атома
Атом состоит только из двух типов элементарных частиц – электронов и позитронов. Протоны и нейтроны не самостоятельные частицы, а скопления электронов и позитронов, достаточно компактно упакованных в объеме ядра атома. В протоне число позитронов больше числа электронов на единицу. Разность между количеством позитронов и электронов обуславливает величину положительного заряда протона и наличие свободного электрона на атомной орбите. При этом нейтрон состоит из одинакового количества электронов и позитронов, поэтому он электрически нейтрален и поэтому его масса всегда больше массы протона на массу недостающего в нем электрона. Собственно все электроны в составе электронной оболочки атома это те самые недостающие в составе протонов электроны (в прямом смысле этого слова). Они по тем или иным причинам не смогли удержаться в составе нейтронов, переместились на более высокие орбиты и тем самым превратили нейтроны в протоны. Радиус атомной орбиты каждого электрона определяется действием баланса поверхностных электростатических сил протона и величиной заряда электрона. Такое взаимодействие можно объяснить на примере упрощенных плоских проекций пространственных конфигураций позитронов и электронов, моделирующих строение нейтрона и протона соответственно.
Предложенные модели конфигураций нейтрона и протона ни в коем случае не являются полноценными, а представляют собой сильно упрощенные варианты реальной картины мира, рассматриваемые исключительно для визуализации высказанной идеи.
В представленной модели нейтрона все электроны и позитроны взаимно уравновешены и располагаются в наиболее энергетически выгодных позициях по отношению друг к другу. С точки зрения классической электростатики такое расположение позитронов и электронов соответствует стабильной или устойчивой суперпозиции разноименных зарядов. Так как количество позитронов и электронов в нейтроне одинаковое то в целом такая система обладает нулевым электрическим зарядом и является высокостабильной. При приближении к такому объекту любой другой частицы с зарядом и массой электрона или позитрона и с сопоставимым запасом энергии она будет отброшена при попытке проникновения во внутреннюю структуру нейтрона. Это объясняется наличием внутренних локальных электростатических полей, которые взаимно уравновешивают друг друга и отталкивают любые внешние заряды. Т.е. позитроны в составе нейтрона отталкивают свободные внешние позитроны, а электроны в составе ядра нейтрона отталкивают свободные внешние электроны, при их опасном для стабильного существования нейтрона приближении.
Переходя к рассмотрению модели протона можно отметить, что в его компактное ядро входит неравное количество позитронов и электронов и следствием этого является его положительный заряд. При этом свободному электрону не досталось места в стабильной структуре ядра протона. Попросту говоря, остальные электроны вытолкнули его, заняв все энергетически выгодные позиции. Поэтому он вынужден переместиться на более далекую от центра ядра позицию и оставаться в таком неопределенном положении до тех пор, пока не освободится место в ядре. Опять же, если прибегнуть к инструментарию классической электростатики, то такое расположение электронов и позитронов в пространстве соответствует не стабильной или не устойчивой суперпозиции зарядов. Любое самое не значительное внешнее воздействие способно разрушить не стабильную суперпозицию или спровоцировать её спонтанный переход в другую суперпозицию. Для рассматриваемой модели протона число таких не стабильных суперпозиций ограничено тремя возможными состояниями. Для реальной модели протона, включающей большее количество позитронов и электронов, количество не стабильных суперпозиций также будет больше и в общем случае должно ограничиваться числом р-1 (где р – количество позитронов в протоне). Из экспериментальной физики хорошо известно, что позитроны и электроны обладают собственным вращательным движением. Так же, доподлинно установлено, что атомы подвержены тепловому движению. Эти два, надежно установленных, факта позволяют предположить, что все элементы представленной модели в реальной жизни, скорее всего, находятся в постоянной незначительной прецессии и нутации (это можно представить как мелкое дрожание каждого электрона и позитрона). Из-за этого эффекта регулярно нарушается равновесное электростатическое состояние компактного ядра и свободного электрона, в результате он то отбрасывается от ядра, то приближается к нему. Скорость и направление этого движения в разные моменты времени различны и определяются кулоновскими силами электростатического взаимодействия заряженных частиц в пространстве. При этом движение свободного электрона вокруг компактного ядра обусловлено не центростремительными силами и он вовсе не вращается по сферическим или каким-либо еще орбитам. Он под действием положительного заряда ядра постоянно притягивается к нему, а приблизившись на критическое расстояние, отталкивается другими электронами, расположившимися на внешней поверхности ядра. Таким образом, перемещение электрона в электронной оболочке атома представляет собой своеобразные прыжки вокруг его компактного ядра. Более того, рассматриваемая модель не запрещает присоединение других свободных электронов к уже разместившемуся на внешней орбите свободному электрону. В этом случае пара (тройка, четверка) свободных электронов будет располагаться вокруг ядра протона на некотором фиксированном расстоянии (чем больше свободных электронов, тем больше их среднее расстояние от ядра), обеспечивающем равновесие электростатических сил между положительно заряженным компактным ядром и отрицательными свободными электронами. И все они будут «прыгать» вокруг ядра, пытаясь занять более выгодную (близкую к центру ядра) позицию. Естественно, что в этом случае атом с таким «избыточным» электронным облаком будет иметь суммарный отрицательный заряд равный сумме зарядов лишних свободных электронов. При достаточно близком друг от друга расположении нескольких протонов, их свободные электроны могут переходить от одного протона к другому, образуя уже некое общее для всех протонов, входящих в ядро атома, электронное облако. Такая диффузия электронов принципиально ограничена суммарным электростатическим балансом заряженных частиц – протонов и электронов внутри атома.
Именно поэтому современной науке не удается найти какую-либо закономерность, описывающую движение электронов вокруг ядра атома. Движение электронов вокруг ядра атома по природе своей случайно и хаотично как случайна траектория падения листа с ветки дерева.
Природа компактного размещения отдельных протонов и нейтронов в составе атомного ядра также может быть объяснена за счет действия кулоновских сил. Если вернуться к рассмотренным выше моделям нейтрона и протона, то нетрудно обнаружить, что их взаимное пространственное расположение может обеспечивать более сложные устойчивые суперпозиции, объединяющие в одном достаточно компактном объёме несколько протонов и нейтронов. Модель такого гипотетического атома представлена ниже и из неё достаточно хорошо видно, что все свободные электроны оказались снаружи его ядра и вынуждены под действием все тех же кулоновских сил искать более выгодные позиции, т.е. беспорядочно прыгать вокруг ядра, образуя электронное облако атома.
В то же время, протоны и нейтроны «упакованные» в объёме атомного ядра, удерживаются в таком состоянии электростатическим балансом положительных и отрицательных частиц (электронов и позитронов), входящих в состав протонов и нейтронов. Это объясняется тем, что отдельные участки внешней поверхности протонов и нейтронов обладают локальными концентрациями разноименных электрических зарядов, достаточных для того, что бы провзаимодействовать с противоположно заряженными локальными участками других протонов и нейтронов. Таким образом, в предложенной модели атома для стабильного существования самого атома, а также его ядра и электронной оболочки задействована одна и та же сила – сила электростатического взаимодействия заряженных частиц. Причем, чем большее количество протонов и нейтронов участвует в формировании атомного ядра, тем плотнее должны располагаться электроны и позитроны в составе таких атомных ядер. Т.е. тяжелые и большие атомы в буквальном смысле этого слова должны быть плотнее легких и маленьких атомов. Это обусловлено тем, что часть внутренней энергии протонов и нейтронов потрачена на организацию внешних связей, на «приклеивание» протонов и нейтронов друг к другу. Соответственно, на взаимодействие электронов и позитронов внутри протонов и нейтронов осталось меньше энергии, следовательно, они (электроны и позитроны) будут отталкиваться друг от друга на меньшие расстояния, и, соответственно, будут вынуждены плотнее располагаться внутри протонов и нейтронов. Эта закономерность отражена в таблице химических элементов и прекрасно объясняет, почему химические элементы с большим атомным весом имеют большую плотность.
Исходя из предложенной модели строения атома - в природе должны существовать атомы с зеркальной структурой. Т.е. такие атомы, у которых ядро состоит из тяжелых отрицательно заряженных «протонов», а на атомной орбите должны располагаться свободные позитроны. И действительно, если мы вспомним про антипротон, то он окажется именно такой зеркальной частицей, которая без всякой связи с антиматерией может уверенно и стабильно существовать в нашем мире в рамках рассмотренного строения атома.
Новая модель строения элементарных частиц
Каждый протон состоит из 918 электронов и 919 позитронов. Каждый нейтрон состоит из 919 электронно-позитронных пар. Такие цифры получены путем решения очень простого уравнения. Разделив массу нейтрона на массу электрона, получили число 1838 (количество частиц с массой электрона в составе нейтрона) и, разделив это число на два, получили количество электронно-позитронных пар, из которых состоит нейтрон. Наверняка у этого числа (1838/2=919) есть более глубокие смыслы и причины, обусловленные например, наиболее эффективным пространственным расположением заряженных частиц и их взаимовлиянием друг на друга. Возможно, здесь сработала «магия» простых чисел, ведь 919 это простое число, а 1837 является произведением двух других простых чисел – 11 и 167. Как бы там ни было, но количество электронов и позитронов в составе нейтрона и протона в свете предложенной модели строения атома вычисляется достаточно надежно.
Такие элементарные частицы как электроны и позитроны при встрече в свободном состоянии должны взаимно притягиваться до полного разрушения. В результате разрушения электронов и позитронов согласно законам сохранения должна высвобождаться энергия, удерживающая более мелкие частицы, из которых состоят электроны и позитроны. Что это за частицы пока не известно. Но можно предположить, что они электрически нейтральны, т.к. при разрушении электронов и позитронов никаких более мелких стабильных частиц с электрическими зарядами не фиксируется. Продолжая логику этих рассуждений можно предположить, что эти частицы взаимодействуют друг с другом только посредством гравитации и обладают еще большей плотностью, чем электроны. В качестве названия для таких частиц по смыслу хорошо подходит термин гравитоны, который в современной квантовой физике зарезервирован для неких виртуальных (безмассовых) частиц испускающих особые гравитационные волны, и по мнению некоторых ученных, образующих темную материю. Наши гравитоны должны обладать собственной массой и благодаря этому должны собираться в гравитонные сгустки, представляющие собой стабильные пространственные конфигурации (электроны и позитроны). Объёмная форма электронов и позитронов должна быть близка к тору и это продиктовано требованиями все того же закона сохранения энергии. Из которого, в частности следует, что притяжение гравитонов друг к другу не может быть бесконечным, так как размеры гравитонов конечны. Следовательно, сблизившись на какое-то критичное расстояние, после которого дальнейшее сближение становится не возможным, гравитонное облако должно либо разрушиться, либо начать сбрасывать «избыточную» энергию сжатия. Вращение гравитонного облака может быть хорошим механизмом для сброса этой энергии. Как известно, при вращении любых тел вокруг общей оси, центробежные силы неизбежно соберут вращающиеся объекты в кольцо, диск или тор. В случае с электронами и позитронами наиболее вероятным пространственным расположением гравитонов является тор, как объёмная фигура вращения. Направление вращения гравитонного тора, в первом приближении, представляется случайной величиной. Следствием этого является то, что во вселенной должно быть примерно одинаковое количество позитронов и электронов. Силой объединяющей такие «бублики» является гравитация. Поэтому размер самих гравитонов не может быть меньше радиуса действия сил гравитации (10-33 см), а их количество в одном электроне или позитроне должно быть строго связано с массой самого электрона или позитрона. Если взять в качестве предполагаемого размера гравитона радиус 10-32 см (т.е. близкий к минимально допустимому), и предположить что он представляет собой идеальный шар, то можно приблизительно подсчитать количество таких шаров, умещаемых в торе с радиусом электрона (2,8*10-15 см). Получится число порядка 2*10 в 17 штук. Таким образом, каждый электрон и позитрон состоит примерно из 200 квадрильонов гравитонов, которые притягиваются друг к другу под действием постоянной силы гравитации. Масса одного гравитона в этом случае должна составлять примерно 10 в -41 степени г. Если бы нам удалось собрать небольшое количество такого вещества в компактном объёме, то мы, скорее всего, увидели бы абсолютно не сжимаемую каплю жидкости с чудовищной плотность и с не менее чудовищной массой. Возможно, что именно такое вещество находится внутри черных дыр.
Исходя из предложенной модели строения элементарных частиц - во вселенной должно существовать колоссальное количество свободных гравитонов, являющихся конечным продуктом распада электронов и позитронов. Свободные гравитоны должны буквально пронизывать все наше пространство и двигаться во всех направлениях. Это обусловлено тем, что однажды получив импульс движения при аннигиляции электрона и позитрона, гравитоны продолжают своё движение до тех пор, пока не встретят преграду в виде любого другого физического объекта, обладающего собственной массой. При встрече с таким объектом гравитон отдаст ему часть своей энергии и скорее всего примкнёт к входящему в состав этого объекта гравитонному облаку. Причем такие частицы невозможно обнаружить никакими способами измерений, кроме гравитационных. Так как гравитоны электрически нейтральны, не излучают и не поглощают никакие виды электромагнитных волн, не взаимодействуют с другими частицами и обладают чрезвычайно малыми размерами и массой. Чем вам не темная материя, которую давно предсказали теоретики, да все никак не могут обнаружить экспериментаторы. Анализируя, возможное поведение таких частиц, можно предположить, что, будучи разбросанными на огромные по сравнению с собственными размерами расстояния, и имея практически одинаковый импульс движения, гравитоны в свободном состоянии двигаются с одинаковой скоростью во всех направлениях от места своего рождения, постепенно удаляясь друг от друга. Другими словами пространство вселенной соткано из гравитонов и представляет собой пронизывающую буквально всё объёмную трёхмерную сеть. В современной квантовой физике такую гравитонную сеть называют физическим вакуумом.
Исходя из общих соображений и руководствуясь теорией вероятности, можно предположить, что в результате ядерных распадов могут формироваться другие микрочастицы, отличные от электронов и позитронов по массе. Такие частицы должны быть существенно легче или тяжелее электронов и позитронов. Количество типов таких микрочастиц может быть очень большим, но все они, по сути, представляют собой осколки протонов и нейтронов, или электронов и позитронов и время их автономного существования должно быть очень коротким. Т.к. эти частицы должны в силу своей ассиметричности саморазрушаться. Причиной этого является несбалансированность электростатических, гравитационных и центростремительных сил, разбивающих такие частицы достаточно быстро. В современной квантовой физике такие микрочастицы называют мюонами, глюонами, пионами, адронами, очаровательными бозонами и прочими красивыми, но бессмысленными словами.
Исходя из предложенной модели строения атома, следует один очень важный вывод, напрямую подтверждающий теорию большого взрыва. Все химические элементы таблицы Менделеева, существующие во вселенной, были сформированы сразу в полном объеме и одновременно. Т.е. всё вещество появилось в момент большого взрыва и с тех пор оно распространяется по вселенной и может претерпевать всевозможные химические и физические преобразования, но не может самопроизвольно собираться в атомы из электронов и позитронов. В современной физике этот запрет описывается первым законом термодинамики.
