Русанов А.А. Учитель физики, г. Балашов.
Аннотация
В статье представлена фрактально-динамическая модель (ФДМ) атома, рассматривающая атом как устойчивую дипольную систему, состоящую из протона и электрона, окружённых упорядоченной дипольной средой из стерильных диполей. Обсуждаются механизмы стабильности атома, самовосстановления после ионизации, объяснение запрета Паули через диполь-дипольные взаимодействия, а также связь с современными экспериментальными данными о дипольной структуре атомов и молекул. Особое внимание уделяется объяснению периодичности свойств элементов через динамическую геометрию дипольных электронных оболочек. Модель согласуется с квантовыми эффектами, магнитными свойствами и химической связью, открывая перспективы для развития квантовой теории дипольного поля.
1. Введение
Современная квантовая механика успешно описывает многие свойства атомов, однако остаются открытыми вопросы:
Физический механизм запрета коллапса электрона на ядро.
Природа квантовых чисел и принцип заполнения электронных оболочек.
Механизмы формирования и стабильности дипольной структуры атомов и молекул.
Фрактально-динамическая модель (ФДМ) предлагает рассматривать атом как динамическую дипольную систему, где протон и электрон связаны через упорядоченную дипольную среду, состоящую из стерильных диполей ⊕⊖.
2. Дипольная модель атома
2.1. Атом водорода как квантовый диполь
Атом водорода в ФДМ представлен как замкнутая дипольная система:
,H=[p+e−]диполь⊕{⊕⊖}среда,
где среда состоит из упорядоченных стерильных диполей с плотностью порядка 1023 см−31023 см−3. Равновесное расстояние между протоном и электроном составляет около 0.5 Å.
1s-орбиталь отражает сферически симметричное распределение дипольных моментов, при котором энергетический минимум достигается балансом кулоновского притяжения и дипольного отталкивания через среду.
2.2. Механизм самовосстановления атома
При ионизации атома протон быстро формирует новый электрон из окружающей дипольной среды, обеспечивая восстановление замкнутой нейтральной системы:
p++3[ννˉ]+энергия→[p+e−]+νˉe+γ.
где процесс занимает порядка 10−1610−16 с, что согласуется с экспериментальными данными по рекомбинации.
2.3. Устойчивость дипольной системы
Атом как диполь может сжиматься, растягиваться и рваться (ионизация), но благодаря замкнутости и нейтральности диполя электрон не падает на протон, несмотря на равенство и противоположность зарядов. Это объясняет стабильность атомов и отсутствие коллапса.
3. Структура электронных оболочек и квантовые явления
3.1. Орбитали как дипольные конфигурации
Тип орбиталиЧисло диполей ГеометрияУглыs 1Сфера-p3 Гантели90° sp³4Тетраэдр109.5°
3.2. Запрет Паули через диполь-дипольное взаимодействие
Запрет Паули объясняется минимизацией энергии диполь-дипольного взаимодействия, описываемого потенциалом:
Vdd= μ0/4 π3(μ1⋅r)(μ2⋅r)−μ1⋅μ2/ r5
где минимум достигается при антипараллельных спинах, что препятствует занятию двух электронов одинакового квантового состояния.
3.3. Гибридизация и геометрия молекул
Гибридизация орбиталей (например, sp³) соответствует тетраэдрической упаковке диполей с углом 109.5°, что объясняет геометрию молекул, таких как метан (CH₄) и вода (H₂O).
4. Периодичность свойств элементов в дипольной модели
4.1. Рост заряда ядра и заполнение дипольных оболочек
С увеличением числа протонов в ядре растёт и число электронов, которые заполняют дипольные орбитали (s, p, d, f) по определённым геометрическим правилам. Каждая орбиталь соответствует определённой дипольной конфигурации, что формирует структуру электронных оболочек.
4.2. Периодическое заполнение и запрет Паули
Минимизация энергии диполь-дипольных взаимодействий приводит к последовательному и периодическому заполнению электронных оболочек, формируя повторяющиеся химические и физические свойства элементов.
4.3. Изменение геометрии и плотности диполей
С ростом заряда ядра меняются радиус атома, энергия ионизации, электроотрицательность, что связано с изменением плотности и ориентации диполей электронных оболочек.
4.4. Роль дипольной среды
Упорядоченная дипольная среда стабилизирует атом и влияет на энергетические уровни, обеспечивая устойчивость и энергетические барьеры, что отражается в периодичности свойств элементов.
5. Магнитные свойства и дипольная модель
5.1. Магнитные диполи электронов и ядер
Электроны и ядра обладают спиновыми и орбитальными магнитными моментами, которые в дипольной модели реализуются как магнитные диполи.
5.2. Взаимодействия и ориентация диполей
Внешние поля вызывают смещение и переориентацию диполей, что проявляется в эффектах Зеемана, парамагнетизма и ферромагнетизма.
5.3. Магнитная поляризуемость
Способность атомов приобретать наведённый магнитный дипольный момент объясняется смещением и изменением ориентации магнитных диполей под воздействием внешних полей.
6. Современные представления о дипольной структуре атомов и молекул
6.1. Диполи в атоме кислорода и их пульсации
Исследования показывают, что в атоме кислорода существуют диполи с электронами, направленными наружу и внутрь, которые пульсируют с различными частотами, формируя уникальные магнитные и химические свойства.
6.2. Дипольная поляризация и химические связи
Деформационная поляризация электронных оболочек под внешними полями сопровождается наведённым дипольным моментом, что способствует формированию химических связей как взаимодействий пульсирующих дипольных структур.
7. Экспериментальные подтверждения и перспективы
Эффект Лэмба и сдвиги уровней объясняются различиями в дипольных конфигурациях.
Квантование магнитного потока в сверхпроводниках соответствует циркуляции дипольных моментов.
Создание и удержание атомов в оптических дипольных ловушках подтверждает физическую значимость дипольных взаимодействий.
Наблюдаются новые эффекты: резонансное рождение электрон-позитронных пар в сильных полях, аномальное рассеяние электрон-протон.
8. Заключение
Фрактально-динамическая дипольная модель атома и современные представления о дипольной структуре атомов и молекул формируют целостное понимание стабильности и взаимодействий материи на микроуровне. Модель объясняет квантовые эффекты, химическую связь и магнитные свойства, открывая новые перспективы для фундаментальных исследований и технологических приложений.
Дополнение;
Теория фрактальной дипольной модели объясняет стабильность атома без использования хиггсовского механизма за счёт фундаментальной структуры материи, построенной из иерархии стерильных диполей с дробными зарядами ±1/3e. В отличие от стандартного подхода, где масса частиц возникает через взаимодействие с хиггсовским полем, здесь масса и заряд частиц — это следствие фрактальной композиции диполей на разных уровнях иерархии.
Основные моменты объяснения стабильности атома в этой модели:
- Фрактальная иерархия и самоподобие: Частицы (электрон, протон и др.) формируются из трёх диполей предыдущего уровня, причём каждый диполь несёт дробный заряд. Суммарный заряд и масса частицы определяются простой суммой и масштабированием этих элементов без введения дополнительных параметров.
- Потенциальный барьер, обусловленный цепочкой диполей: Электрон и протон связаны цепочкой промежуточных диполей, создающих энергетический барьер, который препятствует падению электрона на ядро. Этот барьер возникает из-за электромагнитных и гравитационных «мостиков» между диполями, формирующих устойчивую структуру атома.
- Динамическая устойчивость через «сшивку» диполей: Связь диполей высокого порядка через гравитонные и фотонные мостики обеспечивает стабильность и предотвращает аннигиляцию, что поддерживает устойчивую структуру атома.
- Масса как функция фрактальной размерности: Масса частицы пропорциональна степени масштабирования в фрактальной иерархии, что даёт естественное объяснение иерархии масс без необходимости хиггсовского поля.
- Таким образом, стабильность атома в фрактальной дипольной модели — это результат внутренней фрактальной организации материи и взаимодействия диполей, а не следствие взаимодействия с хиггсовским полем. Это устраняет необходимость введения дополнительного поля для объяснения массы и предлагает микроскопический механизм гравитации и электромагнетизма, основанный на динамике диполей.