Моделей сверхпроводимости есть много, в том числе существует и квантово-механическая теория сверхпроводимости. Мы тоже добавим одну гипотезу по этой проблеме, основанную на квантовой механике.
Сверхпроводник обладает двумя наиболее важными свойствами:
1. Нулевым электрическим сопротивлением.
2. Способностью выталкивать магнитный поток (эффект Мейсснера).
Цитаты, как и везде, выделены курсивом. Без указания источника ссылок цитаты принадлежат Википедии.
Вот как объясняет академическая наука сверхпроводимость:
“ Квантово-механическая теория сверхпроводимости (теория БКШ) рассматривает это явление как сверхтекучесть бозе-эйнштейновского конденсата куперовских пар электронов в металле с присущим сверхтекучести отсутствием трения. Электроны проводимости движутся в сверхпроводнике беспрепятственно — без «трения» о неоднородности кристаллической решетки”.
Чудесная сверхтекучесть конденсата пар. Скорость тока равна скорости света, то есть 300 000 км/сек. Соответственно куперовская пара не цепляясь за “неоднородности кристаллической решетки” должна двигаться со скоростью света. В то время как в обычных условиях скорость простого электрона в проводнике около 0,5 м/сек. Разительный скачек скорости.
Куперовские пары образуются путем притяжения электронов, а притяжению электронов способствует кристаллическая решетка.
На рисунке изображена часть решетки. В узлах расположены ионы металла. Между рядами ионов движется электрон 1. При прохождении электрона между двумя ионами его электрическое поле притягивает эти ионы к себе, вернее дает им импульс движения по направлению к себе. Ионы начинают сближаться, создавая по пути следования электрона избыточный положительный потенциал. Этот избыточный потенциал тащит за собой другой электрон 2, образуя куперовскую пару. Но это оказывается примитивное понимание процесса образования пары.
На сайте Элементы размещена работа В. Л. Гинзбурга и Е. А. Андрюшина “Сверхпроводимость”. В главе 3 “Природа сверхпроводимости” сказано:
“Первое сравнение, которое приходит в голову, — возникла «электронная» молекула. Но это не совсем так. Атомы в молекулах находятся рядышком, а для того чтобы пропустить «сквозь» молекулу какой-то «чужой» атом, нужно затратить большую энергию, и при этом молекула разрушится. В куперовской паре электроны находятся на большом расстоянии, которое может быть в тысячи раз больше, чем среднее расстояние между электронами, т.е. между двумя составляющими пару электронами свободно «бегает» огромное количество других электронов, относящихся к другим парам”.
Это значит, что наш электрон 2 может быть, вернее обязан быть, подальше от электрона 1 так, чтобы электроны 4 и 5 или 6 и 3, тоже могли образовать пары, не разрушая колебательную картину между электронами 1 и 2. Расстояния между электронами для каждого материала свои и называются они длиной корреляции. Поскольку электрон порождает колебательное движение решетки, то это колебание назвали фононом. По-видимому, длина корреляции является по существу длиной фонона.
Осуществляется притяжение электронов фононами - квантами энергии звуковой частоты. Там же Гинзбург пишет:
“Напомним, что фононы — это волны кристаллической решетки металла. Однако равным образом можно представлять их как частицы, что принято в квантовой механике”.
Теперь у народа в головах появляется несусветная чехарда. Корпускулярно-волновой дуализм проявляется и при генерации фононов, а не только в опыте Юнга. По истине это один из главных законов квантовой механики, как рассказывает в своих лекциях академик Герштейн С. С. Жаль, что это только принято, а могли ведь и не принять. В Википедии можно было прочесть:
“В квантовой теории металлов притяжение между электронами (обмен фононами) связывается с возникновением элементарных возбуждений кристаллической решётки. Электрон, движущийся в кристалле и взаимодействующий с другим электроном посредством решётки, переводит её в возбуждённое состояние. При переходе решётки в основное состояние излучается квант энергии звуковой частоты —фонон, который поглощается другим электроном. Притяжение между электронами можно представить как обмен электронов фононами, причём притяжение наиболее эффективно, если импульсы взаимодействующих электронов противоположно направлены”.
Как уж один электрон, взаимодействуя с другим электроном посредством решетки, переводит ее в возбужденное состояние понять невозможно. Затем решетка, возвращаясь в исходное состояние, излучает “квант энергии звуковой частоты — фонон, который поглощается другим электроном”. Значит ядро один фонон поглотило, а затем его излучило? Похоже на то, что электрон ударил по какой-то струне, струна зазвучала, звук докатился до другого электрона, который поглотил его и сам сгенерировал ответный звук. Или звук тут ни к чему? Тогда следует сказать просто – фонон - это электромагнитная волна с частотой от 16 герц до 20 килогерц. Это примерно то, что мы слышим. И это было бы совершенно справедливо, ибо звуковой генератор – это не только генератор звука, но и генератор квантов, как, например, электрическая лампочка, магнетрон, или нечто другое. Колеблющийся элемент движет частицы среды, в которых присутствуют электроны, а ускоряющиеся электроны излучают кванты.
Заметим, что здесь, как и во всей физике, наблюдается большая путаница между понятиями фонон и квант. Квант – это самая мельчайшая частица чего-либо, а фонон для каждого материала свой. (см. статьи: "Квант, из чего он состоит", "Квант энергии, как устроен и как движется" и "Фотон").
Странно выглядит положение, когда электрон, масса которого, примерно, в 2 000 раз меньше массы протона и, примерно, в 2000*100 раз меньше массы иона, проводника с атомным весом около 50, в которого 50 протонов и столько же нейтронов, может сколь-нибудь подвинуть ион, не изменив своего направления, и не потеряв большого количества своей кинетической энергии. Конечно, можно сказать, электрон пополнит энергию за счет внешнего поля, что и позволяет ему колебать узлы решетки. Но тогда чем эти колебания ионов отличаются от тепловых колебаний? Только тем, что они более упорядоченные, но внешняя энергия все-таки тратится. А это уже не сверхпроводник.
Также странно выглядят и другие положения данной модели.
В общем, модель куперовских пар выглядит довольно неудовлетворительно. Да оно так и должно быть, ибо она строилась только для того, чтобы получить бозоновскую модель частицы из фермионов. Априори всем физикам было известно, да многие так думают и сейчас, что в бозе-жидкости нет “трения”, то есть проводник не оказывает сопротивления бозе-частицам, а в ферми-жидкости такое “трение” есть. А вот два связанные электроны обладают целым спином, как бозоны, и поэтому ни с чем не взаимодействуют и могут распространяться без потерь.
Почему же такое зыбкое и противоречивое объяснение явления сверхпроводимости дает уважаемая академическая наука? Вероятнее всего дело в том, что наука не дает четких и ясных понятий распространения обычной проводимости. Нет ясного представления о токе проводимости и токе смещения. По этой причине приходится вводить понятие фонона вместо тока смещения.
Распространение тока на кратчайшем проводнике, будь то, сверхпроводимым, будь то, с сопротивлением манганина, или от одной обмотки трансформатора к другой, или от антенны передатчика до антенны на Вояджере носит один и тот же физический принцип. Электрон, получивший энергию в виде ускорения (ток проводимости) от источника энергии немедленно трансформирует ее в фотон (ток смещения), который направляется к другому электрону. Электрон, получивший фотон, может либо ретранслировать этот фотон, согласно Гюйгенсу, дальше, либо поглотить его и превратить в свою кинетическую энергию, или изменить свое энергетическое состояние (запасти фотон, как потенциальную или, по-другому, тепловую энергию). В проводнике электроны находятся близко друг от друга, но не настолько, чтобы толкаться друг с другом. Такое явление более выражено в генераторе. Между обмотками трансформатора может и вовсе не быть электронов, не говоря о вакууме, в котором нет электронов.
Если все электроны и фотоны, подошедшие к проводнику, передадут полученную от источника энергию через этот проводник без потерь, то есть ни один фотон не будет поглощен, то это и будет явление сверхпроводимости. В таком проводнике ни один электрон не должен прийти в режим кинетического движения. А электрон может прийти в режим кинетического движения только в том случае, если фотон окажется резонансным электрону. Резонансные свойства свободного не связанного электрона зависят только и только от его скорости относительно вакуума. У связанного электрона резонансные свойства сильно зависят от величины этих связей, которые различны у различных веществ. В следующей статье я попытаюсь рассмотреть явление сверхпроводимости с квантовой точки зрения.