Любая научная гипотеза до того, как стать научной теорией, должна пройти определенный путь проверки, подтверждения и доказательства. Это кажется естественным и само собой разумеющимся. Тем удивительнее, что в науке есть большое число гипотез, которые стали называться общепризнанными научными теориями без какого-либо обоснования.
При этом недостаточно того, чтобы математическое описание физического явления подтверждалось экспериментальными данными. Я уже приводил пример с теплородом в публикации «Часть 1.2. Торжество и крах теории теплорода». Физические закономерности могут быть описаны математически и подтверждены экспериментально, но это не означает правильного понимания сути этих физических явлений. Для решения технических задач, в практической деятельности зачастую достаточно упрощенного и поверхностного уровня понимания явлений. Но для познания законов Природы требуется более глубокий подход.
Любая научная теория должна естественным образом вписываться в логически непротиворечивую картину Природы.
Проблема заключается в том, что такие ничем не обоснованные гипотезы буквально насаждаются со школьного курса, формируя искаженное мировоззрение.
Одной из таких гипотез является планетарная модель атома.
Моё представление о структуре атомов формировалось и развивалось в соответствии со школьным, а затем университетским курсом физики.
Изначально я, согласно учению Аристотеля, представлял атомы, как маленькие серые шарики, хаотически движущиеся в пустом пространстве. Потом нам рассказали об опыте Резерфорда по рассеянию альфа частиц на тонкой золотой фольге. Из этого опыта был сделан вывод, что электрически нейтральный атом имеет небольшое плотное положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются легкие отрицательно заряженные электроны. Предложенная модель строения атома получила название «планетарная модель». О поспешности и необоснованности такого вывода я говорил в публикации «Если в атомах нет электронов, то что же там есть, по-вашему?».
Мне, школьнику, эта планетарная модель была понятна. Астрономию мы изучали, строение Солнечной системы рассматривали, единство законов природы для макромира и микромира понимали.
Однако в старших классах стройная и ясная картина атома несколько затуманилась. На уроках химии рассказали об электронных оболочках, s-электронах, p-электронах и прочих электронных облаках. Я, конечно, пытался представить электрон в виде вытянутой гантели, но разместить мысленно эти гантели где-нибудь в атоме в виде некой оболочки не получалось.
Всё прояснилось при изучении университетского курса квантовой механики. Оказалось, что представлять ничего не нужно и даже вредно, поскольку квантовые явления в микромире не имеют классических аналогов в макромире. Электроны в атомах описываются волновыми уравнениями, распределением плотности вероятности и прочими математическими абстракциями. А соотношение неопределенности доходчиво объясняет невозможность локализовать положение электрона и хоть как-то его представить. Атом превратился для меня в некое небольшое плотное ядро, окруженное туманным и загадочным электронным облаком.
Это представление не добавило ясности, но добавило уверенности во всесилии науки. Я был горд тем, что со знанием дела мог рассуждать о волновых функциях, дуализме, плотности вероятности и прочих абстракциях.
Однако даже эта гордость знакомством с квантовой механикой не позволила мне ответить на элементарный вопрос о существовании агрегатных состояний вещества. Изучение классических учебных пособий по физике твердого тела не помогло в решении этой проблемы (см. публикацию «Физика твердого тела не знает, почему тела твёрдые»). А между тем все современные теории в физике твёрдого тела строятся именно на планетарной модели атома. Я осознал, что планетарной модели атома давно место на свалке науки в музее истории науки.
Мои размышления о строении вещества и структуре атома привели меня к следующей гипотезе.
Атом представляет собой сферический объект, в центре которого расположено положительно заряженное атомное ядро, окруженное отрицательно заряженными скорлупонами.
На данном уровне описания можно считать, что ядро состоит из протонов и нейтронов.
Скорлупоны представляют собой тонкие сферические оболочки, размер которых совпадает с размером соответствующей поверхности Ферми, аналогично атомным орбиталям. Скорлупон является реальным физическим субатомным объектом, а не абстрактной вероятностной функцией. Скорлупон характеризуется определенным уровнем энергии, является неким энергетическим уровнем распределения отрицательного заряда в атоме. Распределение скорлупонов по энергетическим уровням в атоме аналогично общепринятому принципу.
Заряд скорлупона равен единичному отрицательному элементарному заряду, распределенному по сферической поверхности. Скорлупон не обладает сферической симметрией. То есть электрический заряд распределен по его поверхности неравномерно. Скорлупон имеет структуру распределения заряда, характерную для s-электронов, p-электронов и.т.д.
Ввиду неравномерности распределения заряда по поверхности скорлупона, атом даже с полностью заполненными энергетическими уровнями имеет определенный дипольный электрический момент. Именно этот дипольный момент является причиной дисперсионных сил между атомами инертных газов.
Скорлупон на внешней незаполненной оболочке может устанавливать связь со скорлупоном соседнего атома. Это взаимодействие подобно взаимодействию шестеренок в зубчатых механизмах, но носит исключительно электромагнитный характер. В химии такое взаимодействие называется валентной связью.
Вещество состоит из близко расположенных атомов, связанных между собой скорлупонами. Связь между скорлупонами внешнего слоя формирует межмолекулярную связь, обеспечивающую жидкое агрегатное состояние вещества. При увеличении давления (или при уменьшении температуры) происходит формирование более сильной связи между скорлупонами более глубоких уровней. Эта межмолекулярная связь обеспечивает твердое состояние вещества. Незначительное увеличение плотности вещества при переходе в твердое состояние объясняется более глубоким взаимным проникновением скорлупонов соседних атомов. При этом структура кристалла твердого вещества определяется не взаимодействием ядер, а взаимодействием внешних скорлупонов, формирующих кристаллическую решетку.
Таким образом, в настоящее время у меня сложилось новое представление об атоме. И мне немного грустно расставаться с красивыми заблуждениями квантовой механики и возвращаться к механистическим представлениям Аристотеля, но на новом электромагнитном уровне.
В настоящее время я представляю атом как ядро, окруженное скорлупонами, подобно ореху, ядро которого облачено в скорлупу.
В следующих публикациях я приведу рассмотрение некоторых физических явлений с точки зрения предложенной гипотезы строения атома.
Уверен, что читатели убедятся в том, что эта модель строения атома позволяет наглядно и логично объяснить многие сложные физические явления.