Я уже старенький, уши у меня вялые, и лапша на них не висит.
Если вы полагаете, что в физике уже всё открыто, то вы заблуждаетесь.
Речь пойдет о квантовой механике. Стоит иметь в виду следующее обстоятельство: квантование энергетических уровней атома – непреложный факт, подтверждаемый экспериментом и лёгший в основу инженерной практики. Квантовая механика – это математическая теория, основанная на утверждении, что частицы имеют волновые свойства, то есть постулируется корпускулярно волновой дуализм свойств всей материи. Поэтому отрицание квантовой механики не является отрицанием квантования энергетических уровней атома, то есть результатов эксперимента.
История квантовой теории началась с квантовых постулатов Нильса Бора, которые не только не противоречат классической физике, но и обоснованы экспериментом. Судите сами.
Первый постулат (постулат стационарных состояний): атом может находиться только в особых, стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определённый уровень полной энергии En. В таком состоянии атом не излучает электромагнитных волн.
Тот факт, что электрон не может не испытывать финитное движение вблизи атомного ядра, обосновывается формой закона Кулона для точечных зарядов. Движение электрона должно быть похоже на движение тел Солнечной системы, так как силы взаимодействия в обоих случаях имеют фактически одинаковые зависимости от зарядов: будь то электрические или гравитационные.
А когда говорят, что электрон, двигаясь с центростремительным ускорением, должен излучать электромагнитные волны – это загадка. Простой виток с электрическим током является источником всего лишь магнитного поля. При возникновении кругового тока над электронами совершается работа, которая расходуется на энергию ударной волны распространения магнитного поля. Как только работа совершаться перестает, электроны останавливаются, излучение магнитного поля прекращается.
Движение тел в поле центральной потенциальной гравитационной силы происходит вследствие ненулевого момента импульса по инерции, механическая энергия на это не тратится, ну в рамках ньютоновой механики.
Чтобы быть абсолютно честным, нужно помнить, что магнитный момент некоторые атомы имеют. Электроны имеют электрический заряд, движущийся с линейным ускорением, если смотреть в плоскости их орбиты. Они должны излучать электромагнитную волну, их энергия должна уменьшаться. С точки зрения классической физики эту энергию им что-то должно компенсировать. Но излучения не фиксируется, следовательно, либо оно тут же поглощается, либо не излучается вовсе. Но в отличие от витка с током, атом имеет один существенно важный недооцененный элемент, отсутствующий в витке с током, – атомное ядро, роль которого в формировании атома не раскрыта и, возможно, не сводится только к организации кулоновского взаимодействия. Это загадка, которую еще предстоит решить физикам, решившимся копнуть глубже курса квантовой механики.
Второй постулат (правило частот): излучение или поглощение энергии атомом происходит только при переходе между двумя стационарными состояниями. Энергия излучаемого или поглощаемого кванта равна разности энергий этих состояний.
Тот факт, что полная механическая энергия электрона должна уменьшаться при переходе с более высокой орбиты на более низкую и увеличиваться при переходе с низкой орбиты на высокую, обосновывается уравнениями небесной механики, так как кулоновский и гравитационный законы похожи.
Третий постулат (правило квантования орбит, его часто выделяют отдельно): из всех возможных орбит электрона разрешены лишь те, для которых момент количества движения кратен целому числу приведенных постоянных Планка.
Последний постулат является единственной натяжкой на классическую физику, так как устанавливает пропорциональность момента импульса электрона и номера его орбиты. Но это положение обосновано экспериментом – спектрами водорода и однократно ионизированного гелия (серия Пикеринга – Фаулера), точно описываемыми формулой Бальмера, к которой приводит классическое рассмотрение задачи двух тел: ядра и электрона с учетом данного положения, описанное в любом учебнике по общей физике для высшей школы.
Мало того, еще один факт, подтверждающий справедливость классического взгляда на атом водорода – это эксперимент Гарольда Юри, который обнаружил сдвиг линий спектра у тяжелого водорода. Дело в том, что движение электрона происходит не вокруг неподвижного ядра, а оба объекта – и электрон, и ядро – обращаются вокруг общего центра масс. И чем легче ядро, тем центр масс системы дальше от геометрического центра ядра. Поэтому радиусы орбит электрона в атомах протия и дейтерия немного различаются. И полная энергия электрона также немного разная (ее кинетическая часть). И переходы электрона с одной орбиты на другую в атомах протия и дейтерия сопровождаются потерей энергии, имеющей несколько разные значения. Эта энергия излучается в форме фотонов немного разной длины волны. Это также прямо подтверждает, что электрон можно считать материальной точкой в любой ситуации. Я провожу опыт по измерению изотопического сдвига линий серии Бальмера на дейтериевой лампе несколько раз в семестр, но в отличие от Юри обычно наблюдаю красную линию, хотя сдвиг бирюзовой линии я тоже видел. Так что свидетельствую – это правда!
Камнем в сторону модели Бора послужила невозможность таким же образом описать многоэлектронные атомы, хотя это вполне закономерный исход. Мы же знаем, что уже задача трех тел имеет аналитическое решение лишь в частных случаях.
За 17 дней до начала XX века Максу Планку на основе модели света, заключающейся в том, что свет испускается фиксированными порциями – квантами (фотонами), энергия которых пропорциональна частоте электромагнитных волн, с помощью методов статистической физики удалось получить формулу, верно описывающую спектр нагретых тел, полностью поглощающих всё попадающее на них излучение (абсолютно черных тел). Из этой формулы – формулы Планка – верно и логично получаются такие экспериментально проверенные законы оптики как закон смещения Вина и закон Стефана – Больцмана. Поэтому её можно считать обоснованной, тем более, что и спектры звезд, как разогретых тел, с известными и вполне объяснимыми оговорками ей вполне соответствуют.
Таким образом, в споре, является ли свет потоком частиц или волн, неожиданно победила дружба. Свет излучается как частицы, имеющие волновые свойства. Это настолько поразило в свое время физиков, что Луи де Бройль сделал предположение, что и другие частицы – электроны, протоны, альфа-частицы (других тогда не знали) – тоже обладают двойственностью свойств. Частицы одновременно и волны. Волны чего? Какой среды? На это нет ответа до сих пор.
Из электромагнитной теории Максвелла следует, что электромагнитная волна с энергией W имеет импульс W/c. Для фотона это приводит к следующим формулам.
Поток квантов электромагнитного поля (фотонов) несет на себе импульс и должен оказывать давление на тела, на которые он попадает. Это было экспериментально подтверждено Петром Николаевичем Лебедевым.
Так вот последнее соотношение для света де Бройль распространил на всю материю. Правда ли, что он желал, чтобы всё было единообразно в природе, или нет, но многие физики с ним почему-то согласились. Так утвердилось в науке положение де Бройля о том, что любой частице с импульсом p можно сопоставить волну с длиной λ по правилу
И вот здесь заключается первая ошибка квантовой теории. Дело в том, что постоянная Планка – это коэффициент пропорциональности между энергией кванта электромагнитной волны и ее частотой. Делая такое предположение, де Бройль фактически утверждал, что все частицы – это кванты электромагнитных волн, что, очевидно, не правда. Свет и частицы – это разные объекты. Даже если приписывать частицам волновые свойства, то в формулу соответствия длины волны и импульса нужно ставить другой коэффициент!
Дальше – больше. Свободной частице приписывается плоская монохроматическая волна вида
Чтобы получить это выражение, берется классическое экспоненциальное выражение для гармонической волны
и с помощью нехитрых манипуляций с циклической частотой, волновым числом и длиной волны через импульс получают упомянутый выше результат.
Здесь совершается некоторый мухлёж – переход от импульса к кинетической энергии идет согласно теории волн, хотя стоило ожидать преобразования по формулам механики материальной точки
Ну, то есть выбор метода преобразования импульса в кинетическую энергию требует обоснования, ведь речь идет всё же о частицах, хоть и на математическом языке теории волн. Отметим про себя эту неясность.
Далее получают групповую скорость волны де Бройля.
Групповая скорость оказалась равна скорости частицы. Понятно, что если в прошлой выкладке провести преобразование импульса в энергию по формуле механики материальной точки, то такого совпадения не получится!
А с фазовой скоростью вообще беда. Её можно получить для нерелятивистского случая.
А можно и для релятивистского случая (в этом случае фазовая скорость получается больше скорости света, но на это отвечают, что фазовая скорость физического смысла не имеет).
Поскольку с точки зрения волновой механики имеет смысл только групповая скорость, которая еще и равна скорости частицы, но не равна фазовой скорости, то речь идет о волновом пакете, то есть немонохроматической волне, что противоречит начальному условию. И квантовики это знают. Квантовики знают также и то, что волновой пакет в среде с дисперсией расплывается. Для волны де Бройля такой средой является даже вакуум. Волна де Бройля не может быть волновым пакетом, либо среда ее распространения не оказывает диспергирующего действия (эфир?).
Получим теперь уравнение Эрвина Шрёдингера. Начнем мы с того, что вспомним связь кинетической энергии и импульса, а также корректно запишем волновую функцию свободной частицы
Наша цель выразить кинетическую энергию и импульс через волновую функцию. Это делается с помощью дифференцирования. Найдем производную волновой функции по времени и вторую производную по координате.
Выразим кинетическую энергию и импульс.
Сформируем теперь связь кинетической энергии и импульса через полученные выражения.
Путем умножения правой и левой части на
придем к дифференциальному уравнению.
А далее совершается подлог, обычно называемый обобщением. Чтобы описать поведение частицы в силовом поле, которое дает частице потенциальную энергию (в случае электрона в атоме последняя меньше нуля), её просто дописывают в формулу преобразования кинетической энергии в импульс, сопровождая туманными рассуждениями. Тогда все те же операции приводят к уравнению Шрёдингера, приводимому в учебниках.
Считая, что от поворота координатных осей потенциальная энергия в центральном поле не зависит, вторую производную волновой функции по координате заменяют на оператор Лапласа.
Таким образом, видно, что вывод уравнения Шрёдингера выполнен со специально совершенной ошибкой. Поэтому квантовики говорят, что данное уравнение постулируется. Но нам становится понятно, что и само уравнение, и результаты, полученные из него, не могут считаться истинными.
Может быть, уравнение Шрёдингера для стационарных состояний получено без ошибок? Нет. Нет, потому что оно получено из общего уравнения Шрёдингера.
Под стационарным состоянием понимают независимость волновой функции от времени, то есть полная энергия не меняется. Это имеет смысл для электронов в атоме не в момент перехода с одного уровня на другой.
Чтобы получить стационарное уравнение Шрёдингера, волновую функцию разбивают на два экспоненциальных множителя, волшебным образом подменяя кинетическую энергию T на полную энергию E. Берут производные и подставляют их в общее уравнение.
Мы видим, что к нелепому выводу общего уравнения добавляется безосновательное изменение толкования энергии в показателе волновой функции.
Итак, мы насчитали уже 4 ошибки в базовой части теории волновой механики. Квантовики об этом знают, поэтому, например, автор учебников Игорь Владимирович Савельев специально предостерегает читателей, что анализа, подобного настоящему, проводить не стоит, так как это – ошибка.
Стоит сказать, что для придания достоверности в глазах студентов квантовиками предлагается следующая задача. Нужно связать длину волны де Бройля и длину круговой орбиты электрона в теории Нильса Бора водородоподобных ионов. Постулат Бора о разрешенных орбитах (подтверждаемый спектром водородоподобных ионов) устанавливает пропорциональность момента импульса электрона и номера орбиты, начиная с первой – самой низкой над ядром орбиты.
Преобразуя импульс по формуле для волны де Бойля можно получить, что в круговой орбите умещается целое число длин волн де Бройля.
Учитывая, что орбита замкнута сама на себя, получается, что электрон на орбите представляет собой стоячую волну.
Автор учебников Игорь Евгеньевич Иродов утверждает, что уравнение Шрёдингера является новым уравнением в физике. А вот другой автор учебников Эдуард Владимирович Шпольский прямо говорит, что уравнение Шрёдингера для стационарных состояний является уравнением стоячих волн, и это правда.
Шрёдингер получил решение своего стационарного уравнения для водорода, записанного в сферических координатах, с помощью полиномов Лагерра и Лежандра. Не вдаваясь в подробности, отметим, что полная механическая энергия стационарных состояний получилась равной полной механической энергии, вычисляемой по теории Бора и вытекающей из формулы Бальмера, следующей из эксперимента.
То есть из уравнения стоячих волн следуют ровно те же значения энергии электронов, что и из теории орбит точечного электрона Бора, из постулата которого следует стоячая волна де Бройля электрона на стационарной орбите. Чудо!
А теперь стоит поставить вопрос, а не случайны ли оба эти результата, насколько они независимы, и не вытекающие ли друг из друга?
Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, посмотрим, а нет ли абсурдных результатов решения стационарного уравнения Шрёдингера. И такие результаты есть. Все, кто сталкивался с этим разделом в рамках своей учебной деятельности, знают о так называемых s-состояниях электрона или s-подуровнях. Напомню, что момент импульса, приписываемый этим состояниям, равен нулю. Это возможно в потенциальном поле кулоновской силы только в случае прямолинейного падения электрона на ядро, но это не стационарное состояние. Это и есть абсурдный результат применения уравнения Шрёдингера к описанию атома. И это игнорируется.
Известен набор так называемых одномерных задач квантовой механики – модельных задач, призванных показать, что из теории качественно следуют квантовые эффекты, в частности квантование энергии частицы в потенциальной яме (пространство вокруг атомного ядра) и туннельный эффект.
Туннельный эффект – это преодоление частицей потенциального барьера с некоторой вероятностью, частица при этом имеет полную энергию ниже энергии потенциального барьера (в противном случае преодоление потенциального барьера вполне закономерная вещь). Переходя на язык привычных образов, речь идет о том, что кусок пенопласта с некоторой вероятностью можно обнаружить утонувшим в воде. Вода дает пенопласту настолько высокую потенциальную энергию выталкивающей силы, что удержаться в толще воды он, конечно, не сможет. С точки зрения квантовой механики с некоторой малой вероятностью кусок пенопласта может удержаться под водой после удара о ее поверхность. Камня же данное рассуждение не касается, потому что потенциальная энергия выталкивающей силы значительно меньше работы силы тяжести. Так как туннельный эффект следует из решения ложного уравнения, то признать его существование не представляется возможным. И это еще один абсурдный результат, получаемый из уравнения Шрёдингера.
Опыты Франца Розера по наблюдению так называемой холодной эмиссии электронов – испускание электронов металлом без нагревания – заключались в следующем. Розер использовал гальванометр с чувствительностью 26 пА и зафиксировал электрический ток, возникающий между близко расположенными электродами с высокой разностью потенциалов в глубоком вакууме даже без нагревания. Сильное электрическое поле анода существенно понижало потенциальную энергию связи электронов с кристаллической решеткой катода. Электроны в металле облают некоторой степенью подвижности, поэтому для них должно быть характерно если и не распределение Максвелла – Больцмана по энергиям в чистом виде, то похожее распределение. Всегда найдется малое число электронов, имеющих достаточную энергию для выхода из металла. Этот выход и зафиксировал Розер. Никакого туннельного эффекта в этом явлении нет, и опыты Розера его не демонстрируют.
Сканирующий туннельный электронный микроскоп построен именно на явлении холодной эмиссии. Поэтому данное название некорректно. В электронном микроскопе между образцом и иглой прикладывается небольшая разность потенциалов, игла подходит к образцу на расстояние близкое к междуатомному промежутку. В таких условиях становятся возможными переходы с верхних орбиталей атомов образца на иглу, фактически это эквивалентно переходу между уровнями в атоме. Так что, никакого туннельного эффекта и здесь нет.
Исходя из перечисленных доводов, следует, что неслучайность целого числа волн де Бройля на круговой орбите следует доказывать. Может быть, легче на опыте доказать волновые свойства электрона? Тем более что только эксперимент в физике является доказательством любых теорий.
С уверенностью можно сказать, что таких опытов не существует. Наоборот, все опыты свидетельствуют, что электрон ведет себя как точечная частица.
Разберем классический опыт Клинтона Дэвиссона и Лестера Джермера по наблюдению дифракции электронов. В этом опыте пучок электронов с энергиями от 40 эВ до 70 эВ направляли на поверхность зашлифованного кристалла никеля. Атомы на поверхности располагались в вершинах прилегающих друг к другу ромбов с диагоналями 0,215 нм и 0,124 нм. Эти атомы рассматривались как отражательные дифракционные решетки с указанными периодами. Регистрировались отраженные электроны на пространстве углов от 0° до 90° по отношению к начальному пучку, падающему перпендикулярно шлифованной поверхности кристалла. Регистрацию также провели, поворачивая кристалл вокруг своей оси.
В результате при ориентации кристалла «Азимут А» относительно детектора обнаружили предпочтительное направление отраженных электронов под углом 50° к нормали шлифованной поверхности. Это и было объявлено интерференционным максимумом, подтверждающим волновые свойства электронов.
Превалирующее направление отражения электронов обнаруживалось, начиная с энергии 40 эВ, достигало максимума при энергии 54 эВ, и исчезало при энергии 70 эВ. Сравнение длины волны электронов по формуле дифракционной решетки и волны де Бройля показало фантастическую степень совпадения.
Анализируем опыт далее. Согласно приведенному рисунку с расположением атомов в кристалле никеля можно ожидать, что такой же интенсивный максимум будет и при ориентации кристалла «Азимут В», потому что атомы расположены в том же порядке. Но нет. На рисунке с регистрацией отраженных электронов в зависимости от ориентации кристалла видно, что при указанном расположении число отраженных электронов значительно меньше. Это должно было насторожить исполнителей и интерпретаторов эксперимента. Но опять же, нет, этого не произошло.
Далее, при увеличении энергии электронов длина волны должна сокращаться по формуле де Бройля, а согласно формуле дифракционной решетки, угол отклонения должен уменьшаться. Именно этот факт и являлся бы бесспорным доказательством наличия действительно интерференционного максимума при отражении «волнообразных» электронов от дифракционной решетки. Но этого эффекта нет! Во всяком случае, о нём не заявляют.
Рассмотрим рисунок с полярными диаграммами распределения числа отраженных электронов. При разных энергиях изменяется интенсивность пика, а не угол, как должно было бы быть при формировании дифракционной картины. Этого факта достаточно, чтобы признать, что эффект ни на каких других значениях угла не наблюдался.
Эти два указанных обстоятельства (низкое число отраженных электронов в «Азимуте В» и отсутствие данных по изменению угла «дифракции» электронов при изменении их энергии) заставляют усомниться в правильности объяснения результатов эксперимента.
Фактически «волновая» интерпретация эксперимента Дэвиссона – Джермера построена только на случайном совпадении определения длины волны электронов по формуле дифракционной решетки и волны де Бройля при полном игнорировании отсутствия эффекта на иных углах вследствие разной длины волны при разных энергиях.
Добавим этот результат к списку из уже выявленных четырех ошибок.
Почему же совершены очевидные ошибки в интерпретации эксперимента? Ранее Клинтон Дэвиссон и Чарльз Кунсман проводили опыты по отражению электронов от пленочных монокристаллов никеля (история сложнее, но нас интересует именно эта ее часть). Они направляли пучок электронов под некоторым углом к нормали к плоскости кристалла и обнаружили, что в некоторых углах отражается больше электронов, чем в других, а также (будем честны) закон «угол отражения равен углу падения» явно не соблюдается.
Почему-то для объяснения результатов неравномерного по углам отражения электронов была применена формула Вульфа – Брэгга для дифракции рентгеновских лучей в слоистом кристалле, и, как видно из рисунка, неудачно. Чтобы подогнать результат применения волновой формулы под наблюдающуюся картину распределения отраженных электронов по углам, формулу модифицировали.
Саму формулу и ее модификацию я приводить не буду, но обращу внимание на некорректный вывод так называемого показателя преломления электронов в металле (само собой, что электроны представляются волной). Для этого берут фазовую скорость «электронных волн», которая по заявлениям квантовиков физического смысла не имеет. В фазовой скорости электронов вне металла кинетическую энергию, которой они обладают вне металла, незаметно заменяют на полную энергию. Получается так.
Попадая в кристалл, электроны оказываются в периодическом поле кулоновских сил атомных остовов, которое заменяется некоторым средним значением потенциальной энергии U. Эта потенциальная энергия (отрицательная) добавляется к кинетической, однако в правильно записанной формуле фазовой скорости для потенциальной энергии места нет. Именно поэтому производится подмена понятия кинетической и полной энергии в формуле фазовой скорости (которая физического смысла у квантовиков не имеет).
Далее продолжать модификацию формулы Вульфа – Брэгга необходимости нет. Налицо подгонка «теории» под наблюдаемую картину распределения отраженных электронов по углам.
В список из пяти ошибок добавим шестую.
Показатель преломления для волн – это отношение фазовой скорости волны в вакууме к фазовой скорости волны в среде. Понятно, что часть кинетической энергии электронов расходуется на работу против сил отталкивания электронов атомных остовов. При преломлении изменяется фронт волны. Формально можно ввести показатель преломления электронной волны, но это не доказывает, что электрон – волна.
А вот с точки зрения на электрон, как на материальную точку без каких-либо волновых свойств, вся совокупность экспериментов Дэвиссона и не только его получает вполне разумное объяснение. Для начала следует указать на то, что электроны проникают неглубоко вглубь металла. Об этом обстоятельстве знали и во времена Дэвиссона, так как без представления о проникновении электронов в толщу металла невозможно было бы применять и формулу Вульфа – Брэгга, описывающую интерференцию рентгеновских лучей отраженных от атомных слоев в кристалле.
Согласно модели stopping power для Ni максимальная глубина проникновения электронов при энергии 54 эВ составит 1,4 нм – почти в 10 раз больше межатомных расстояний, для энергии 44 эВ – 1,25 нм, а для энергии 68 эВ – 1,54 нм. Эти результаты стоит рассматривать как нулевое приближение, то есть ориентировочные. Важно, что электроны проникают вглубь кристалла на несколько атомных слоев.
Электроны, испытывающие столкновение с внешними атомами кристалла при случайном прицельном параметре рассеиваются в полусферу, естественно, что под малыми углами рассеивается больше электронов, а под большими углами (почти вдоль поверхности) рассеивается малое число электронов. Эти электроны создают непрерывный фон угловой диаграммы.
Электроны по междуатомным промежуткам достигают более глубоких атомных слоёв. После столкновения с атомами электроны могут выйти из кристалла только по междуатомным промежуткам. В ранних экспериментах Дэвиссон облучал кристалл под углом к нормали. В этом случае электроны проникали внутрь кристалла, сталкивались с атомами, и некоторые из них находили каналы между атомами и покидали кристалл. Этим объясняются избранные направления (зубцы) полярной диаграммы.
В эксперименте Дэвиссона – Джермера кристалл облучался нормальным пучком электронов. Электроны, столкнувшиеся с внешними атомами, рассеивались также в полусферу, создавая сплошной фон полярной диаграммы. Электроны, которым повезло попасть неглубоко внутрь кристалла, выходили из кристалла по междуатомным промежуткам, которые в азимутах А и В расположены как раз под углом 50° к нормали. Сдвиг атомов нижних слоев относительно верхнего слоя привел к тому, что каналы между атомами в азимуте В были уже, количество прошедших по ним электронов меньше, чем при азимуте А, что объясняет разную высоту зубцов на диаграмме вращения кристалла.
Чем выше энергия электронов, тем легче они могут преодолеть отталкивание электронных оболочек атомов, тем глубже они могут проникнуть в толщу кристалла. Этим объясняется нарастание «интерференционного» пика при повышении энергии электронов до 54 эВ. При дальнейшем повышении энергии электроны проникают еще глубже в кристалл, но выйти из него легко не могут, так как испытывают многократные столкновения и теряются в кристалле. Этим объясняется спадание пика на полярной диаграмме при дальнейшем повышении энергии.
Так становится очевидным, что волновое объяснение результатов эксперимента Девиссона – Джермера является подгонкой под гипотезу де Бройля.
Если облучать электронами тонкую поликристаллическую пластинку, то всегда найдутся микрокристаллы такой ориентации, при которой электроны, выходящие по междуатомным промежуткам, будут двигаться по поверхности некоторого конуса и, попадая на экран, сформируют кольца «засветки». Это наблюдали независимо Джордж Томсон и Петр Саввич Тартаковский и приняли за интерференционную картину вследствие дифракции электронов. Стоит отметить, что для таких экспериментов следует придавать электронам очень высокую энергию от 1000 эВ.
Если облучать кристалл хоть электронами, хоть нейтронами, то выходить они будут из него по междуатомным промежуткам, формируя на экране систему «засвеченных» пятен, также ошибочно принимаемую за интерференционную картину. Размер пятен зависит от ширины междуатомного промежутка в данном направлении, а расстояния между пятнами определяются углами между междуатомными каналами.
Таким образом, видно, что волновые свойства частиц на опыте не подтверждаются.
Еще один столп квантовой механики – соотношение неопределенностей Вернера Гейзенберга. Во-первых, о самом названии. На английском языке оно выражается следующим образом – Heisenberg uncertainty relation. Слово «uncertainty» в контексте физики следует переводить не как «неопределенность», а как «погрешность». Во-вторых, в теории сигналов похожее соотношение между длительностью и шириной спектра тоже иногда называют соотношением неопределенностей, но для волновых пакетов разной формы за знаком «больше или равно» стоят разные константы. Для волновых пакетов это соотношение совершенно естественно, так как при известной скорости пакета не ясна его координата, так как пакет имеет длительность в пространстве. Для любых волновых пакетов имеет смысл неравенство (соотношение неопределенностей для волновых пакетов любой формы, форма определяется видом функции k), где Δk – изменение волнового вектора (ширина спектра), Δx – пространственная ширина пакета гармоник.
Оно показывает, что чем меньше длина пакета гармоник, тем шире его спектр (больше гармоник входят в пакет). Далее волновой вектор записывается через длину волны, а та в свою очередь – через импульс по формуле де Бройля, затем берется дифференциал k и подставляется в соотношение неопределенностей для волнового пакета.
Теперь стоит вспомнить, что фазовая и групповая скорости волны де Бройля не равны, поэтому в любой среде имеет место дисперсия (уширение пакета), и пакет быстро расплывается. Квантовики признают, что волна де Бройля не может быть волновым пакетом. И тут же признают соотношение неопределенностей Гейзенберга, полученное на основе представления о волновом пакете.
И вот нашлась седьмая ошибка в основах квантовой механики.
Подведем неутешительные итоги.
Частицы волновых свойств не имеют. Уравнение Шрёдингера ложно. Все выводы из него ложны. Соотношение неопределенностей Гейзенберга ложно. Все выводы из него ложны. Туннельного эффекта не существует. Дифракции электронов не существует.
Стоит ли говорить, что при таком положении квантовики, чтобы объяснить народу, что же колеблется в волне де Бройля, извиваются как уж на сковородке?
Самое невинное объяснение волны де Бройля дано на копенгагенской конференции. Суть в том (грубо), что квадрат волновой функции задает вероятность обнаружить частицу в данной точке. При попытке измерения координаты частицы, что, как мы видим, всегда точно удается, по крайней мере в принципе в описанных опытах, происходит влияние на частицу извне, поэтому, мол, и удается. Это потому, что измерение фактически переводит частицу в другую физическую систему. Если бы Декарт судил о координатах и импульсах бильярдных шаров только по факту их попадания в лузу, а не наблюдая их со стороны, он не открыл бы закон сохранения количества движения. Для частиц наблюдение извне невозможно – испускание ими света полностью меняет их энергию. Действительно, попадание электрона в данное место фотопластинки, фактически скачком меняет его параметры, и волновую функцию. А вот, мол, пока электрон летит к фотопластинке, у него есть варианты, в какое место фотопластинки приземлиться. Это квантовики называют коллапсом волновой функции. То есть до приземления на фотопластинку траектория электрона не определена, а точнее, не определено направление, в котором полетит электрон в результате взаимодействия с атомом кристаллической решетки. Конечно, учесть все факторы взаимодействия электронов с атомами решетки практически не возможно, но в принципе это возможно. И это не значит, что до приземления на фотопластинку (измерения) у электрона имеются многие варианты поведения – система существует во всех состояниях сразу, как говорят квантовики, в суперпозиции состояний, из которой систему выводит акт измерения. Конечно, это очевидная чушь.
Куда изощрённее многомировая интепретация, которая, однако, послужила основой для множества сюжетов в искусстве. Суть в том, что все возможные квантовые исходы реализуются, но в разных параллельных ветвях Вселенной. Комментировать – только портить. Бритва Оккама? Не, не слышали.
А не пойти ли дальше? Оказывается, квантовая неопределенность параметров системы до измерения связана с несовершенством логики. Давайте изменим законы логики, тогда, мол, никаких неопределенностей не будет. То есть электрическая цепь в таком представлении кроме состояний «без тока» и «под током» может существовать в еще каких-то состояниях. Бритва Оккама? Не, не слышали.
Есть еще более изощрённые варианты. Но есть так называемый прагматический подход (Натаниэль Мёрмин): не нужно искать «истинную» интерпретацию – квантовая механика лишь инструмент для предсказаний. Уравнения кое-как работают – этого достаточно. Вопросы о «реальности» вне компетенции физики.
То есть ключевой вопрос, что колеблется в волне де Бройля, привел к нагромождениям чуши и ахинеи, изрядно сдобренным фантастикой и откровенным бредом.
А что же тогда истинно?
А истинна формула Бальмера – она следует из эксперимента. Истинна теория Бора для водородоподобных систем – она обоснована экспериментом. Истинно представление о дискретности значений полной энергии электронов в атомах – оно обосновано экспериментом. Пока не идет речь о внутренней структуре частиц, частицы можно представлять материальными точками – и это тоже истинно.
А причины квантования энергии электронов в атомах следует искать либо в свойствах положительного электрического заряда, либо – пока не знаю, в чем.
И, кстати, а что такое электрический заряд? Ведь его природа не известна. Так что новому поколению физиков предстоит еще много работы!
Что же касается бритвы Вильяма из Оккама, то нужно понимать, что проникновение в тайны строения материи невозможно без предположений о новых сущностях. Но эти предположения не должны приводить к абсурдным результатам.
Лысенко В.Е. 2025.