Теория строения атома, однако, начала по-настоящему развиваться только после открытия электрона и радиоактивности [1]. Эти открытия совершенно определенно свидетельствовали о том, что атом нельзя считать неделимым и не имеющим внутреннего строения.

Первая модель атома на основе новых открытий была разработана В. Томсоном и Дж. Дж. Томсоном. С помощью своей модели Дж. Дж. Томсон пытался объяснить многие физические и химические явления. Прежде всего Дж. Дж. Томсон показал, что его модель позволяет объяснить периодичность химических свойств элементов, выражаемую периодическим законом Менделеева. Оказывается, что при устойчивом состоянии атома электроны в нем должны располагаться концентрическими слоями с определенным числом электронов в каждом слое. С помощью предложенной модели Томсон объяснял линейчатый характер атомных структур, хотя спектральные закономерности ему объяснить не удалось.

Японский физик Нагаока в 1904 году предложил планетарную модель атома. По этой модели атом состоит из положительного ядра, вокруг которого вращается кольцо, состоящее из большого числа электронов.

В 1909–1910 годах сотрудниками лаборатории английского физика Эрнеста Резерфорда были проведены экспериментальные исследования рассеяния альфа-частиц тонким слоем вещества. Анализируя данные эксперимента, Резерфорд был вынужден в 1911 году высказаться за планетарную модель атома. По теории Резерфорда, атом состоит из положительного ядра, гораздо меньших размеров, нежели атом, порядка 10^(-15) м. Вокруг ядра вращаются электроны. Резерфорд полагает, что число электронов в атоме должно быть равно порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Модель атома Резерфорда, казалось, совершенно определенно следовала непосредственно из экспериментов. Таким образом, проблему строения атома нельзя было считать решенной.

Успеха в построении теории атома добился в 1913 году молодой датский физикНильс Бор. Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы и результаты опытов по рассеянию альфа-частиц, и устойчивость атома, и сериальные закономерности, и ряд других экспериментальных данных, нужно отказаться от некоторых принципов классической физики.

Большим успехом теории Бора было объяснение спектра водорода. Дальнейшее развитие теории Бора происходило прежде всего в направлении поисков более общих условий, определяющих стационарные состояния атомов.

В дальнейшем исследования строения атома пошли по линии уточнения формы и взаимной ориентации электронных орбит и введения новых соответствующих квантовых чисел для состояний как отдельных электронов в атоме, так и состояния атома в целом.

1925 году немецкий физик Паули сделал новый шаг в развитии как теории строения атома, так и квантовой теории вообще. Исследуя дублетный характер спектров щелочных металлов, а также аномальный эффект Зеемана, Паули высказал мысль, что их можно объяснить, если приписать самому электрону некоторую «двузначность», т. е. что электрон на орбите может находиться в двух состояниях. Что означает, однако, «двузначность» — этот вопрос Паули не был склонен рассматривать более подробно и предлагать для ее объяснения какую-либо модель.

Почти одновременно с гипотезой о «двузначности» электрона Паули высказал важное предположение, касающееся вопроса заполнения оболочек в атоме, известное как принцип Паули. Как выяснилось в конце концов, для характеристики состояния электрона в атоме необходимо четыре квантовых числа. Согласно принципу Паули, в атоме не может быть двух или более электронов, для которых значения всех четырех квантовых чисел одинаковы. Принцип Паули проливал новый свет на теорию строения атома. Теперь стало понятным предположение Бора о последовательном заполнении электронных оболочек многоэлектронных атомов.

Введение четырех квантовых чисел, установление принципа Паули и объяснение периодической системы Менделеева – новые большие успехи теории атома Бора. Однако они по-прежнему не означали, что теорию можно считать удовлетворительной.

Во-первых, сами постулаты Бора имели характер непонятных, ниоткуда не следуемых утверждений, которые должны были бы получить свое обоснование.

Во-вторых, помимо основных постулатов теория содержала ряд других принципов: условия квантования, принцип соответствия, принцип Паули и т. д. Все они также нуждались в обосновании.

Наконец, теория дала многое для выяснения строения атома и атомных спектров и т. д., однако никакие попытки теоретически рассчитать даже такой, казалось бы, простой атом, как атом гелия, не привели к успеху.

Самые значительные достижения физиков прошлого, работавших в области строения вещества на уровне электронно-ядерных представлений, относятся к началу прошлого века [2]. Один из таких прорывов в познании микромира известен в истории науки под названием «принцип Паули». К тому времени стало понятно, что квантовая природа явлений, происходящих в пределах атома, резко меняет многие понятия о реалиях микромира. И что же это такое – квант? Это некая единица измерения физической величины в виде ее минимальной «порции», меньше которой быть не может.

Квантовая суть хорошо знакомых физических понятий, каковыми являются масса, сила, энергия, расширяет представления о природе электронов и других частиц, составляющих атом. И, естественно, чтобы предметно говорить о «кирпичиках мироздания», были созданы инструменты для их описания. С тех пор состояние электрона характеризуют четырьмя числами, которые называют квантовыми. Различные комбинации этих чисел определяют единственный полноценный и неповторимый облик любого электрона. Как только стало возможным описание энергетического, пространственного и внутреннего состояния электрона, на повестке дня встал следующий вопрос – а как электроны, которых в каждом атоме может быть много, располагаются вокруг ядра? Как они там «упакованы»? Исследование этого вопроса привело к формулировке закона, известного теперь как принцип Паули. В чем его суть?

1. Атом в простейшем виде имеет главные компоненты – ядро и электроны, расположенные, соответственно, в центре и на орбитах вокруг ядра. Радиусы орбит (обозначаются n) принимают значения целых чисел, начиная с одного кванта - минимально возможной «порции» расстояния. Для случая, когда n=1, мы имеем минимально «низкую» орбиту, по которой вращается электрон с наименьшей энергией. Энергетический уровень электрона определяется квантовым числом n, которое еще называется главным. Заметим, что для заданного радиуса n можно вычислить число электронов на этой орбите по формуле N=2(n•n). Отсюда легко рассчитывается предельное число электронов на любой орбите с номером n: на первой – два, на второй - восемь, на третьей – восемнадцать и т.д. Данный вывод о наполнении оболочек электронами в количестве, не превышающем N, - это существенный момент, который содержит принцип Паули.

2. Электрон может иметь и энергетические подуровни каждого главного уровня. Они обозначаются символом l, называются побочным (или орбитальным) квантовым числом и могут иметь значение l от 0 до 4. Значение числа l определяет пространственную форму электронного облака : шарообразная, гантелеобразная и т.д.

3. Движение электрона, иначе говоря, протекание тока, приводит к созданию кругового магнитного поля. Но в таком случае электрон имеет орбитальный магнитный момент, который характеризуется очередным, третьим по счету, квантовым числом ml. Оно носит название магнитного квантового числа и является проекцией орбитального момента импульса электрона на направление магнитного поля. Значения, которые может принимать число ml, лежат в диапазоне от –l до +l, с учетом нулевого значения, а всего их может быть (2l + 1).

4. И, наконец, последняя квантовая характеристика электрона - спин. Он содержит только 2 признака ms=+1/2 и ms=-1/2. Физическая суть спина - это момент механического импульса электрона, не имеющий никакой связи с его движением в пространстве.

Принцип Паули имеет непосредственную связь с периодической системой элементов Менделеева. В 1925 году в физике было сделано открытие фундаментального свойства микромира, сравнимое по значимости только с таблицей Д.И.Менделеева. Оно получило имя своего «крестного отца» и с тех пор известно как принцип Паули. Химия, как наука о веществах и их взаимодействиях в рамках периодической системы, не могла объяснить многие механизмы процессов, имеющих место при объединении атомов, образовании молекул и т.д. Основная причина заключалась в том, что уровень детализации атома, с точки зрения химии, начинался на понятиях атом, электрон, ядро. Эти атомно-молекулярные представления возникли и утвердились примерно 150 лет назад – в позапрошлом веке. Чуть позже А.М. Бутлеров разработал теорию химических соединений, а затем был открыт периодический закон. Это позволило представить рождение молекулы из атомов и давало понимание устройства атомного «хозяйства».

Понимание сущности квантовых характеристик модели электрона стало возможным после того, как был сформулирован принцип Паули. С его помощью получила объяснение картина расположения оболочек и порядок их заполнения электронами. Суть принципа заключается в том, что электроны могут иметь любой набор из указанных выше четырех квантовых признаков, но атом не может иметь в своем составе два электрона, одинаковых по всем квантовым характеристикам.

Главный итог открытия закономерностей строения атома, который содержит в себе принцип Паули, - физика, т.е. природа явления, заключающегося в заполнении оболочек электронами. А это, в свою очередь, дало предпосылки для обоснования периодического закона. Таким образом, «химическое» содержание закономерностей общего строения атома и молекулы получило свое фундаментальное подтверждение в физике путем построения внутренней «архитектуры» атома.

Принцип Паули, который часто называют еще принципом запрета, ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали [3]. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа). Поэтому в атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами (n, l, m_l, m_s).

Правило Гунда определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком-теоретиком Ф. Гундом в 1927 г. на основе анализа атомных спектров.

Согласно правилу Гунда, заселение орбиталей, относящихся к одному и тому же энергетическому подуровню, начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заселение орбиталей парами электронов с противоположными спинами. В результате суммарный спин (и сумма спиновых квантовых чисел) всех электронов в атоме будет максимальным.

Принцип минимума энергии определяет порядок заселения атомных орбиталей, имеющих различные энергии. Согласно принципу минимума энергии, электроны занимают в первую очередь орбитали, имеющие наименьшую энергию.

При́нцип Па́ули (принцип запрета) — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественных фермиона (частиц с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии [4]. Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений.

Чтобы вникнуть в суть принципа Паули, нужно в первую очередь разобраться с понятием квантового состояния [5]. Как известно, каждый электрон в атоме обладает некоторым квантовым состоянием, которое определяется набором из четырех значений: главное квантовое число n, орбитальное l, магнитное m и спиновое s. От главного квантового числа n зависят размеры орбитали электрона и его энергия. Число n принимает натуральные значения, которым соответствует степень удаления электрона от ядра – порядковый номер энергетического уровня. Вращательное движение электрона характеризуется орбитальным квантовым числом l, связанным с формой электронной орбитали и принимающим целые значения от 0 до n − 1 n-1n−1, которые соответствуют подуровням s, p, d, f, g, h и i. Первый уровень K обладает одним подуровнем s, второй уровень L – двумя подуровнями s и p и так далее. Магнитное квантовое число m, в свою очередь, определяет направление этого движения – проекцию момента импульса. Оно принимает только целые значения и описывает положение электронной орбитали в пространстве. Помимо внешнего вращательного движения электрона, присутствует и “внутреннее вращение”. Его описывает спиновое квантовое число s, которое также называют спином.

В 1925 году Вольфганг Паули сформулировал принцип запрета, согласно которому эти четыре числа однозначно определяют состояние любого электрона в атоме. В любом квантовом состоянии может находиться не более одного электрона. За этот принцип Паули в 1945 году получил Нобелевскую премию.

Свою научную деятельность Паули в большей степени посвятил физике элементарных частиц и квантовой механике, также он стал одним из родоначальников квантовой теории поля и физики твердого тела. Принцип Паули для электронов распространяется и на все частицы с полуцелым спином.

Принцип исключения Паули объясняет, почему вещество жестко и непроницаемо, — почему мы не проваливаемся сквозь пол, а ладонь наша — сквозь поверхность стола [6]. Установленные Вольфгангом Паули правила применимы к электронам, протонам и нейтронам, то есть ко всей материи. Принцип утверждает, что никакие из этих частиц не могут одновременно иметь один и тот же набор квантовых чисел.

Что делает вещество столь жестким? Каждый атом — это по преимуществу пустое пространство, так почему же нельзя сжимать его, как губку, или протискивать одно вещество через другое, точно сыр через терку? Вопрос о том, почему вещество занимает некоторый пространственный объем, — один из фундаментальнейших вопросов физики. Не будь этого, все мы могли бы свалиться к центру Земли или провалиться сквозь полы, а здания рушились бы под собственной тяжестью.

Принцип исключения, сформулированный Вольфгангом Паули в 1925 году, объясняет, почему атомы не могут занимать в пространстве одно и то же место. По мысли Паули, квантовое поведение атомов и частиц означает, что они должны следовать определенным правилам, запрещающим им обладать одной и той же волновой функцией или, соответственно, одними и теми же квантовыми свойствами. Паули сформулировал свой принцип, пытаясь объяснить поведение электронов в атомах. Было известно, что электроны предпочитают определенные энергетические состояния, или оболочки, окружающие ядра атомов. Однако электроны распределяются по этим оболочкам и никогда не собираются все вместе в оболочке с наинизшей энергией. Похоже, они заселяют свои оболочки, следуя определенным правилам, — вот эти-то правила Паули и вывел.

Точно так же, как ньютоновская физика находит свое выражение в понятиях силы, импульса и энергии, квантовая механика имеет собственный набор параметров. Квантовый спин, к примеру, аналогичен моменту количества движения, однако он проквантован и может принимать лишь определенные значения. Решение уравнения Шредингера требует для описания любой частицы четырех квантовых чисел — трех пространственных координат и спина. Правила Паули устанавливают, что никакие два электрона в атоме не могут обладать одной и той же четверкой квантовых чисел. Никакие два электрона не могут одновременно находиться в одном и том же месте и обладать одними и теми же свойствами. Поэтому, когда число электронов в атоме растет, а сам атом становится тяжелее, они занимают допустимые для них места и постепенно перемещаются во все более высокие оболочки. Это похоже на заполнение мест в маленьком театральном зале — от сцены к дальней стене.

Родившись на свет как расширение созданной Бором картины атома, принцип исключения Паули предварил основной этап развития квантовой теории, во главе которого стояли Гейзенберг и Шредингер. Однако он имеет фундаментальное значение для понимания атомного мира и, в отличие от многих особенностей квантовой механики, приводит к последствиям, которые мы в буквальном смысле можем потрогать руками.

Рассмотрим более подробно принцип Вольфганга Паули (1925 г.), который звучит так: «два и более тождественных фермиона (частицы с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии» [7]. Другими словами, в квантовой системе частиц каждая из них имеет свой индивидуальный набор квантовых чисел. Этот загадочный принцип сформулирован в волновой квантовой механике, имеет вполне определенный числовой набор значений для каждой частицы, но не имеет физической наглядной картины (то есть, нет качественного описания).

Принцип Паули был сформулирован для квантовой системы атома, однако часто в современной науке можно встретить, что принцип справедлив и для любой квантовой системы, имеющей неограниченное количество частиц. Легко в среде физиков применяется принцип экстраполяции (или обобщения). По сути, электроны, располагаясь на сферах энергетических уровней атома, имеют каждый свое уникальное ориентированное векторное направление спина.

Следовательно, электроны одного энергетического уровня, имея одинаковую энергию и массу, одновременно с этим, имеют разный набор квантовых чисел, то есть, векторно ориентированы в пространстве каждый уникальным образом. Только разной направленностью векторов спина электронов в атоме на каждом энергетическом уровне можно объяснить принцип В. Паули. Поэтому экстраполировать данный принцип на любую квантовую систему абсолютно неправомерно делать.

Квантовая система атома – это законченная связанная сферическая и энергетическая система (замкнутая), где происходит процесс компенсации по спину с целью минимизации энергии всей квантовой системы атома.

Точное решение уравнения Шредингера удается найти лишь в редких случаях, например, для атома водорода и гипотетических одноэлектронных ионов [8]. Атом следующего за водородом элемента - гелия состоит из ядра и двух электронов. Уже в этом случае волновое уравнение не имеет точного решения.

Поэтому большое значение имеют различные приближенные методы. С помощью таких методов удалось установить электронное строение атомов всех известных элементов. Эти расчеты показывают, что орбитали в многоэлектронных атомах не сильно отличаются от орбиталей атома водорода. Главное отличие - некоторая сжатость орбиталей из-за большего заряда ядра. Кроме того, для многоэлектронных атомов найдено, что для каждого энергетического уровня происходит расщепление на подуровни. Энергия электрона зависит уже не только от n, но и от орбитального квантового числа l.

Для высоких энергетических уровней различия в энергиях подуровней достаточно велики, так что один уровень может проникать в другой, например

Заселение атомных орбиталей для многоэлектронного атома в основном (то есть энергетически наиболее выгодном) состоянии происходит в соответствии с определенными правилами.

Принцип Паули ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа). Поэтому в атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами (n, l, m_l, m_s).

Правило Гунда определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком-теоретиком Ф. Гундом в 1927 г. на основе анализа атомных спектров.

Электрон может занять любую свободную орбиталь, но, согласно принципу минимума энергии, всегда предпочитает ту орбиталь, у которой энергия ниже. Принцип запрета Паули ограничивает число электронов на каждой орбитали. Поэтому в одной ячейке (на атомной орбитали) может быть только один или два электрона. На каждом s-подуровне (одна орбиталь) могут находиться два электрона, на каждом p-подуровне (три орбитали) - шесть электронов, на каждом d-подуровне (пять орбиталей) - десять электронов. Правило Гунда определяет порядок заселения орбиталей с одинаковой энергией.

В физике есть один общий принцип, носящий несколько удивительный характер [9]. Это принцип Паули, гласящий, что два и более фермиона (частицы с полуцелым спином, к ним относятся электроны, кварки, протоны, нейтроны, нейтрино, мюоны…) не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Принцип был сформулирован для электронов Вольфгангом Паули в 1925 г. и ему было тогда 25 лет. Он считался, как утверждал его друг Вернер Гейзенберг, одним из отцов квантовой механики, деистом и мистиком.

Паули сказал, что в квантовой системе, например, в атоме, нет двух совершенно одинаковых электронов, то есть, имеющих все четыре квантовых числа одинаковыми. Состояние электрона в атоме полностью описывают четыре квантовых числа, которые характеризуют энергию электрона, форму электронного облака, его ориентацию в пространстве и его спин.Четвертое квантовое число - спин, как раз и ввел Паули, оно характеризует собственный механический момент движения электрона, которое условно представляют как вращение вокруг собственной оси микрообъекта, если говорить точно – это собственный момент импульса.

Ландау по случаю кончины Паули писал в УФН: «Сейчас, много лет спустя, когда принцип Паули является общеизвестно истиной, уже трудно себе представить, сколь смела была для своего времени гипотеза о том, что даже частицы, между которыми не действуют никакие силы, настолько сильно влияют друг на друга, что не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии».

Вместе с тем в физике есть принцип тождественности электронов (и вообще всех элементарных частиц), то есть их неразличимость. В смысле того, что все они имеют одинаковую массу, электрический заряд и спин, они тождественны и экспериментально различить тождественные частицы невозможно.

А вот принцип Паули говорит о том, что все электроны (даже во Вселенной) как бы индивидуальны, ибо отличаются хотя бы одним квантовым числом.

Формально предложенный Паули принцип запрета был необходим для объяснения уже имеющихся экспериментальных закономерностей свойств химических элементов, отображаемых периодической таблицей Менделеева.

Закономерности химических элементов таблицы Менделеева, проистекающие из атомного строения, были известны и до Паули. И если бы они так уж явно требовали бы введения ориентации спина и магнитного момента, то это сделали бы давно и сие открытие не заслуживало бы нобелевки. Такие теоретические прорывы (да и любые) вообще никогда не берутся из эксперимента, а ПРИДУМЫВАЮТСЯ. Как придумываются гениальные мелодии. И этот инсайт (вот где было влияние психоаналитики Юнга) есть своего рода постановка и решение философской задачи: какую логическую фигуру нужно применить в познании, чтобы можно было описать мир. После чего начинается подтверждение экспериментами.

Во многих источниках говорится, что в 1924-25 Паули приписал электрону дополнительное квантовое число (отвечающее проекции его спина) и принимающее 2 значения, и ввел принцип запрета для электронов в отдельном атоме, после чего природа таблицы Менделеева была полностью понята, и тем самым, принцип запрета Паули является прекрасно экспериментально подтвержденным.

Паули провозгласил: в атоме не может быть двух электронов, которые характеризовались бы одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел. Принцип запрета способствовал более строгой интерпретации теории периодической системы, поскольку позволял однозначно определить конечное число электронов в атомных оболочках и подоболочках. Он был обобщен затем на многие элементарные частицы и атомные ядра. В современной формулировке принцип Паули звучит так: две тождественные частицы не могут находиться в одном квантовом состоянии.

Итак, Паули ПРОВОЗГЛАСИЛ!

А почему провозгласил? Вот я и думаю – потому, что был философом. А не ползучим эмпириком. И, думаю, приписал и провозгласил как раз потому, что исходил из идеологии сугубой нетождественности (индивидуальности) всякого объекта в мире. И еще потому, что полагал, что красивые конструкции ума должны иметь свое представительство в материальном мире

Эту особенность Макс Борн выразил так:

"С тех пор, как он был моим ассистентом в Гёттингене, я знал, что он гений, сравнимый только с Эйнштейном. Как ученый, он, возможно, был даже более великим, чем Эйнштейн».

1.1. Выводы.

1. В 1925 году в физике было сделано открытие фундаментального свойства микромира, сравнимое по значимости только с таблицей Д.И.Менделеева. Оно получило имя своего «крестного отца» и с тех пор известно как принцип Паули.

2. Понимание сущности квантовых характеристик модели электрона стало возможным после того, как был сформулирован принцип Паули. С его помощью получила объяснение картина расположения оболочек и порядок их заполнения электронами.

3. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины. В атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами (n, l, m_l, m_s).

4. Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений.

5. Паули сформулировал принцип запрета, согласно которому четыре квантовые числа однозначно определяют состояние электронов в атоме. В любом квантовом состоянии может находиться не более одного электрона. За этот принцип Паули в 1945 году получил Нобелевскую премию.

6. Принцип исключения, сформулированный Паули, объясняет, почему атомы не могут занимать в пространстве одно и то же место. Квантовое поведение атомов и частиц означает, что они должны следовать определенным правилам, запрещающим им обладать одной и той же волновой функцией.

7. Принцип запрета Паули ограничивает число электронов на каждой орбитали. Поэтому в одной ячейке (на атомной орбитали) может быть только один или два электрона.

8. Формально предложенный Паули принцип запрета был необходим для объяснения уже имеющихся экспериментальных закономерностей свойств химических элементов, отображаемых периодической таблицей Менделеева.

9. В современной формулировке принцип Паули звучит так: две тождественные частицы не могут находиться в одном квантовом состоянии.

10. Макс Борн говорил о Паули так: "С тех пор, как он был моим ассистентом в Гёттингене, я знал, что он гений, сравнимый только с Эйнштейном. Как ученый, он, возможно, был даже более великим, чем Эйнштейн».

A2. Достижения Паули в квантовой механике.

Звёздный час Паули наступил в 1925 году, когда он открыл новое квантовое число (позднее названное спином) и сформулировал фундаментальный принцип запрета Паули, объяснивший строение электронных оболочек атомов [10].

Главной темой своего исследования Паули избрал аномальный эффект Зеемана – расщепление спектральных линий в магнитном поле. В те годы эта проблема стала средоточием всех трудностей старой квантовой теории. Паули выдвинул гипотезу ядерного спина. В 1924-1925 г.г. он сформулировал один из важнейших принципов современной теоретической физики, согласно которому две тождественные частицы с полуцелыми спинами не могут находиться в одном состоянии - принцип Паули.

Паули аналитически объяснил, почему все электроны в атоме не занимают наинизший энергетический уровень. В усовершенствованной им модели Бора допустимые энергетические состояния, или орбиты, электронов в атоме описываются четырьмя квантовыми числами для каждого электрона. Эти числа определяют основной энергетический уровень электрона, его орбитальный угловой момент, его магнитный момент и (в этом состоял вклад Паули) ориентацию его спина. Каждое из этих квантовых чисел может принимать только определенные значения, более того, допустимы лишь некоторые комбинации данных значений. Он сформулировал закон, который стал известен как принцип запрета Паули и согласно которому никакие два электрона в системе не могут иметь одинаковые наборы квантовых чисел. Так, каждая оболочка в атоме может содержать лишь ограниченное число электронных орбит, определяемых допустимыми значениями квантовых чисел.

Принцип запрета Паули играет фундаментальную роль для понимания строения и поведения атомов, атомных ядер, свойств металлов и других физических явлений. Он объясняет химическое взаимодействие элементов и их прежде непонятное расположение в периодической системе. Сам Паули использовал принцип запрета для того, чтобы понять магнитные свойства простых металлов и некоторых газов.

Вскоре после того, как Паули сформулировал свой принцип запрета, квантовая теория получила солидное теоретическое обоснование благодаря работам Эрвина Шрёдингера, Вернера Гейзенберга и П. А. М. Дирака. Теоретический аппарат, использованный ими для описания атомных и субатомных систем, стал называться квантовой механикой. Атомная модель Бора была заменена квантовомеханической моделью, которая успешнее предсказывала спектры и другие атомные явления.

В 1945 году Паули был награжден Нобелевской премией по физике "за открытие принципа запрета, который называют также принципом запрета Паули.

Принцип Паули был последним выдающимся достижением доквантовомеханической теории атома. Он стимулировал создание квантовой статистики Ферми и сделал возможным объяснение периодической таблицы Менделеева.

Паули объяснил структуру электронных оболочек атомов. Совместно с Э.Ферми ввёл представление о сильно вырожденном электронном газе в металлах. Создал теорию спина электрона. Совместно с В. Гейзенбергом заложил основы систематической теории квантования поля. В 1928 г. объяснил сверхтонкую структуру атомных спектров.

Достижения Паули позволили распространить квантовую механику на такие области, как физика частиц высокой энергии и взаимодействие частиц со светом и другими формами электромагнитных полей. Эти области стали известны как релятивистская квантовая электродинамика.

Паули полагал, что все, кто ищет его совета, мыслят как он и прочитывал рукописи придирчиво, был безжалостен и язвителен. Бор и Гейзенберг ценили его критику, хотя она часто била по их самолюбию. Бор сравнивал Паули со скалой в разбушевавшемся море. Всех восхищала его честность, он всегда говорил именно то, что думает. Вот образец разговора Паули с Бором. Паули: «Замолчите! Не стройте из себя дурака!» «Но, Паули, послушайте ... », - пытается доказать свою точку зрения Бор. «Нет, это чушь. Не буду больше слушать ни слова». Он стал «совестью физики», часто отзывался о работах как о «совсем неверных», либо комментировал примерно так: «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ошибочного!»

В опыте Штерна и Герлаха (1922) атомный пучок должен расщепиться на дискретное число пучков, которые, оседая на стеклянной пластинке, дают серию узких дискретных зеркальных полосок из напыленных атомов [11]. Именно этот результат наблюдался в эксперименте. С одним лишь но: не было полоски по самому центру пластинки. Однако учёные продолжали думать, почему нет полоски по центру пластины?

Магнитный момент невозбуждённого атома серебра оказался строго не равным нулю, что не имело объяснения.

Это противоречие теории и опыта стало не единственным, обнаруженным в различных экспериментах. Такое же отличие наблюдалось при изучении тонкой структуры оптических спектров щелочных металлов (они, кстати, тоже одновалентны). В опытах с ферромагнетиками было обнаружено аномальное значение гиромагнитного отношения, отличающегося от ожидаемого значения в два раза.

В 1924 г. Вольфганг Паули ввёл двухкомпонентную внутреннюю степень свободы для описания эмиссионных спектров валентного электрона в щелочных металлах.

В который раз обращает на себя внимание, как западные учёные с лёгкостью придумывают новые частицы, феномены, реальности для объяснения старых.

В 1927 году Паули модифицирует недавно открытое уравнение Шрёдингера для учёта спиновой переменной. Модифицированное таким образом уравнение носит сейчас название уравнение Паули. При таком описании у электрона появляется новая спиновая часть волновой функции, которая описывается спинором — «вектором» в абстрактном двумерном спиновом пространстве.

Это позволило Паули сформулировать принцип Паули, согласно которому в некоторой системе взаимодействующих частиц у каждого электрона должен быть свой собственный неповторяющийся набор квантовых чисел (все электроны в каждый момент времени находятся в разных состояниях). Физическая интерпретация спина у электрона была неясна с самого начала, что имеет место до сих пор.

Австрийский физик Вольфганг Паули — один из нескольких европейских физиков-теоретиков, сформулировавших в конце 1920-х — начале 1930-х годов основные принципы и постулаты квантовой механики [12]. Принцип, носящий его имя, является одним из основополагающих в этом разделе физической науки.

Как же расположены электроны в атомах — на каждой орбите вокруг ядра их помещается не больше, чем там имеется мест, а после того, как все места на орбите заняты, следующий электрон ищет себе место на более высокой орбите.

Далее, электроны ведут себя, условно говоря, так, будто они вращаются вокруг своей оси (то есть, обладают собственным моментом вращения, который в этом случае принято называть спином и который может принимать лишь два значения: +1/2 или –1/2). Два электрона с противоположным спином могут занимать одно место на орбите. Вот почему в первом ряду периодической системы Менделеева мы видим всего два атома (водород и гелий): на нижней орбите отведено всего одно сдвоенное место для электронов с противоположным спином. На следующей орбите помещается уже восемь электронов (четыре со спином –1/2, и четыре со спином +1/2), поэтому во втором ряду таблицы Менделеева мы видим уже восемь элементов. И так далее.

Порой кажется странным, почему атомы и молекулы ведут себя определенным образом [13]. Например, почему мы не можем проходить сквозь стены, но инфракрасное излучение через них проходит. Все может объяснить один принцип — принцип исключения Паули.

Принцип исключения Паули утверждает, что два электрона (или два любых других фермиона) не могут иметь одинаковое квантово-механическое состояние в одном атоме или одной молекуле. Другими словами, ни одна пара электронов в атоме не может иметь одинаковые электронные квантовые числа.

Этот принцип был предложен австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году для описания поведения электронов. В 1940-м он расширил принцип до всех фермионов в своей теореме о связи спина со статистикой. Принцип исключения Паули применим только к частицам с полуцелым спином.

О спине проще всего думать как о вращении частицы вокруг собственной оси. Конечно, это сильное упрощение — и в реальности невозможно сказать наверняка, вращается ли на самом деле нечто столь малого размера вроде электрона. В общем говоря, спин подчиняется тем же математическим законам момента импульса, что и все вращающиеся объекты в классической физике. Здесь есть два важных момента, о которых стоит помнить: скорость вращения и направление оси, вокруг которой частица вращается (верхний или нижний спин).

Когда в 1922 году Отто Штерн и Уолтер Герлах открыли спин, их эксперименты показали, что присущий момент импульса, или спин, частицы вроде электрона квантовался, то есть мог принимать только определенные дискретные значения. Спин композитных частиц, таких как протоны, нейтроны и атомные ядра, — просто сумма спинов и орбитального момента импульса частиц, из которых они состоят, а значит, они подчиняются тем же условиям квантования. Таким образом, спин — это абсолютно квантово-механическое свойство частицы и оно не может быть объяснено классической физикой.

Чтобы понять важность этого принципа, необходимо знать, что, согласно боровской модели атома, электроны в атоме (существующие в том же количестве, что и протоны в ядре конкретного атома, чтобы общий заряд равнялся нулю) могут занимать только конкретные дискретные орбитальные позиции вокруг ядра, что также называют оболочкой атома. Чем ближе электроны к ядру, тем сильнее электрическая сила притягивает электрон внутрь и тем больше энергии понадобится, чтобы «вырвать» его из лап ядра. На самых близких к ядру орбиталях могут поместиться всего два электрона — один с верхним спином, а один — с нижним, чтобы иметь разные квантовые состояния. Оболочка энергетическим уровнем выше может вместить уже восемь, на уровень выше — 18, на следующем уровне — 32.

Принцип исключения Паули диктует, как электроны могут расположиться внутри атома по его орбиталям. Тот факт, что два электрона не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние, не дает им «нагромождаться» друг на друга, тем самым объясняя, почему материя занимает исключительно свое место и не позволяет другим материальным объектам проходить через себя, но в то же время позволяет проходить через себя свету и излучению.

Два атома формируют ковалентную связь. У каждого из атомов есть всего один электрон на самой дальней орбитали. Для получения более низкого энергетического состояния атомы объединяют свои электроны и образуют общую орбиталь, содержащую два электрона.

Этот принцип также объясняет существование разных атомов в периодической таблице и разнообразие мира, окружающего нас. Например, когда атом получает новый электрон, он всегда попадает на самый низкий из доступных энергетических уровней (наиболее отдаленную от ядра орбиталь). Два атома с «закрытыми» оболочками не могут осуществить химическую связь друг с другом из-за того, что электроны одного атома не находят доступных квантовых состояний, которые они могли бы занять в другом атоме. Итак, порядок электронов, а именно — электронов на самой отдаленной орбитали, также влияет на химические свойства элемента и способность атомов ко взаимодействию с другими атомами, а значит, и на то, как взаимодействуют молекулы при формировании газов, жидкостей или твердых тел, и на то, как они объединяются в живых организмах.

Принцип исключения Паули — один и самых важных принципов в квантовой физике, по большей части из-за того, что все три типа частиц, из которых состоит вся обычная материя (электроны, протоны и нейтроны), подчиняются ему. Однако интересно, что этот принцип не поддерживается никакими физическими силами, известными науке. Когда электрон входит в ион, он каким-то образом уже «знает» квантовые числа электронов, находящихся там, то есть знает, какие атомные орбитали он может занять, а какие — нет.

Принцип Паули сформулирован в 1925 году швейцарским физиком Вольфгангом Паули [14]. Также этот принцип называют «запретом» Паули. Он заключается в том, что в атоме не существует пары электронов с одинаковыми свойствами.

Каждый атом можно определить с помощью квантовых чисел. Поэтому правило Паули формулируют следующим образом: существование пары электронов с идентичными квантовыми числами невозможно.

Каждому электрону свойственно несколько важных чисел.

1. С помощью главного квантового числа узнают об энергии электрона и размере орбитали, которая включает электрон. Главное число определяется по номеру электронного слоя. Главное число обозначается буквой n и принимает значения от одного до бесконечности.

2. По побочному (орбитальному) квантовому числу устанавливают разницу в энергиях электронов подуровней. Оно соответствует форме орбитального облака. Орбитальное число обозначается буквой l. В зависимости от формы облака может быть от нуля до n-1.

Орбиталь – вероятная область местонахождения электрона. По побочному числу устанавливают состояние энергии отрицательной частицы на орбитали. Благодаря тому, что электрону свойственен дуализм (одновременное действие частицы и волны) образуется электронное облако, форма которого определяется магнитным квантовым числом l.

3. Магнитное квантовое число отражает положение облака в пространстве и определяет величину проекции орбитального момента импульса на ось. Магнитное число обозначается ml и может быть от -1 до +1. Количество магнитных чисел соответствует количеству орбиталей в оболочке. Если орбитальное число равно двум, то магнитное квантовое принимает значения от -2 до +2.

4. Магнитное спиновое квантовое число отражает проекцию собственного момента импульса электрона на ось Z. Спин принимает только два значения -1/2 или +1/2.

Электроны, находящиеся в одной ячейке, имеют одинаковые главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Но одному электрону характерен спин -1/2, а другому +1/2. Если электроны имеют одинаковый спин, значит, у них отличается одно из квантовых чисел.

Принцип Паули – одно из важнейших правил квантовой химии, которое позволило науке шагнуть вперед и понять природу разнообразия веществ на планете. Ему подчиняются электроны, протоны и нейтроны. Принцип объясняет существование различных атомов в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева. Запрет Паули также объяснил, почему частицы не ведут себя так, как им вздумается. Он также интересен тем, что не поддерживается никакими физическими силами.

2.1. Выводы.

1. Звёздный час Паули наступил в 1925 году, когда он открыл новое квантовое число (позднее названное спином) и сформулировал фундаментальный принцип запрета Паули, объяснивший строение электронных оболочек атомов.

2. Паули сформулировал один из важнейших принципов современной теоретической физики, согласно которому две тождественные частицы с полуцелыми спинами не могут находиться в одном состоянии.

3. Паули показал, что в усовершенствованной им модели Бора допустимые энергетические состояния, или орбиты, электронов в атоме описываются четырьмя квантовыми числами для каждого электрона. Эти числа определяют основной энергетический уровень электрона

4. Паули сформулировал закон, который стал известен как принцип запрета Паули, и согласно которому никакие два электрона в системе не могут иметь одинаковые наборы квантовых чисел.

5. Принцип запрета Паули играет фундаментальную роль для понимания строения и поведения атомов, атомных ядер, свойств металлов и других физических явлений.

6. Принцип Паули объясняет химическое взаимодействие элементов и их прежде непонятное расположение в периодической системе.

7. Достижения Паули позволили распространить квантовую механику на такие области, как физика частиц высокой энергии и взаимодействие частиц со светом и другими формами электромагнитных полей.

8. В 1927 году Паули модифицирует недавно открытое уравнение Шрёдингера для учёта спиновой переменной. Модифицированное таким образом уравнение носит сейчас название уравнение Паули.

9. Паули сформулировать принцип, согласно которому в некоторой системе взаимодействующих частиц у каждого электрона должен быть свой собственный неповторяющийся набор квантовых чисел (все электроны в каждый момент времени находятся в разных состояниях).

10. Вольфганг Паули — один из нескольких европейских физиков-теоретиков, сформулировавших в конце 1920-х — начале 1930-х годов основные принципы и постулаты квантовой механики. Принцип, носящий его имя, является одним из основополагающих в этом разделе физической науки.

11. Принцип исключения Паули диктует, как электроны могут расположиться внутри атома по его орбиталям. Тот факт, что два электрона не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние, не дает им «нагромождаться» друг на друга, тем самым объясняя, почему материя занимает исключительно свое место и не позволяет другим материальным объектам проходить через себя, но в то же время позволяет проходить через себя свету и излучению.

12. Принцип исключения Паули — один и самых важных принципов в квантовой физике, по большей части из-за того, что все три типа частиц, из которых состоит вся обычная материя (электроны, протоны и нейтроны), подчиняются ему.

13. Принцип Паули – одно из важнейших правил квантовой химии, которое позволило науке шагнуть вперед и понять природу разнообразия веществ на планете. Ему подчиняются электроны, протоны и нейтроны. Принцип объясняет существование различных атомов в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева.

A3. Спин электрона – фундаментальная ошибка физики.

История атомной физики насчитывает немало взлетов и падений [15]. Но благодаря техническому прогрессу любое предположение, возникшее в умах теоретиков, могло быть проверено в лабораторных условиях. Поскольку многие аспекты поведения элементарных частиц до сих пор не поддаются законами логики, ученые-первооткрыватели микромира договорились принимать их «как есть», без объяснения причин. Принцип Паули относится к результатам тех экспериментов, которые до сих пор не нашли своего единственного объяснения.

Гипотеза спина проникла настолько глубоко в сознание физиков, что тихо переведена из разряда предположений, в разряд истин в последней инстанции [16].

Поэтому сегодня фразы типа "известно, что основными атомными носителями магнитного момента во многих ферромагнетиках являются электронные спины", уже воспринимаются как дважды два четыре. И это говорит о глубоком логико-философском кризисе в физике, ибо пока гипотеза не получает всестороннее теоретическое обоснование, ее нельзя причислять к истинам, и фразы указанного выше типа должны высказываться не с помощью "как известно", а более скромно, как гипотетические.

Итак, мы приходим к одному и тому же выводу: спин электрона – это миф, рожденный методом проб и ошибок. Он поддерживается ложными концепциями, скрывающими свое бессилие в понимании живой диалектики природы.

3.1. Выводы.

1. Принцип Паули относится к результатам тех экспериментов, которые до сих пор не нашли своего единственного объяснения.

2. Спин электрона – это миф, рожденный методом проб и ошибок. Он поддерживается ложными концепциями, скрывающими свое бессилие в понимании живой диалектики природы.

A4. Квантовые числа электрона.

Атомная модель Зоммерфельда является улучшенной версией модели Бора, в которой поведение электронов объясняется существованием различных уровней энергии внутри атома [17]. Арнольд Зоммерфельд опубликовал свое предложение в 1916 году, объясняющее ограничения этой модели, применяя теорию относительности Эйнштейна.

Выдающийся немецкий физик обнаружил, что в некоторых атомах электроны достигают скоростей, близких к скорости света.

Атомная модель Зоммерфельда появляется, чтобы усовершенствовать недостатки атомной модели Бора. Предложения этой модели, в общих чертах, следующие:

- Электроны описывают круговые орбиты вокруг ядра, не излучая энергию.

- Не все орбиты были возможны. Разрешены только орбиты, у которых момент импульса электрона соответствует определенным характеристикам.

- Энергия, выделяемая при спуске электрона с одной орбиты на другую, излучается в виде энергии света (фотона).

Хотя атомная модель Бора прекрасно описала поведение атома водорода, его постулаты не могли быть воспроизведены для других типов элементов.

При анализе спектров, полученных от атомов элементов, отличных от водорода, было обнаружено, что электроны, находящиеся на одном и том же энергетическом уровне, могут содержать разные энергии.

Арнольд Зоммерфельд пришел к выводу, что разность энергий между электронами - даже если они находились на одном и том же энергетическом уровне - была обусловлена наличием энергетических подуровней внутри каждого уровня.

Зоммерфельд полагался на закон Кулона, утверждая, что если на электрон действует сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния, описанный путь должен быть эллиптическим, а не строго круговым.

Использование спектроскопов высокого разрешения для анализа атомной теории выявило существование очень тонких спектральных линий, которые Нильс Бор не обнаружил, и для которых предложенная им модель не дала решения.

В связи с этим Зоммерфельд повторил эксперименты по разложению света в его электромагнитном спектре, используя к тому времени электроскопы следующего поколения.

Из своих исследований Зоммерфельд пришел к выводу, что энергия, содержащаяся в неподвижной орбите электрона, зависит от длины полуоси эллипса, который описывает указанную орбиту.

Поэтому, когда электрон переходит с одного энергетического уровня на другой более низкий, могут быть задействованы разные орбиты в зависимости от длины большой полуоси эллипса.

Кроме того, Зоммерфельд также заметил, что спектральные линии разворачивались. Объяснение, которое ученый приписал этому явлению, было универсальностью орбит, так как они могли быть или эллиптическими или круглыми.

После нескольких месяцев исследований, применявших закон Кулона и теорию относительности для объяснения недостатков модели Бора, в 1916 году Зоммерфельд объявил о двух основных модификациях упомянутой модели:

- Орбиты электронов могут быть круглыми или эллиптическими.

- Электроны достигают релятивистских скоростей; то есть значения, близкие к скорости света.

Зоммерфельд определил две квантовые переменные, которые позволяют описать орбитальный угловой момент и форму орбитали для каждого атома. Это:

Основное квантовое число "n"

Квантовать большую полуось эллипса, описываемого электроном.

Вторичное квантовое число "Я"

Квантовать малую полуось эллипса, описанного электроном.

Это последнее значение, также известное как азимутальное квантовое число, обозначено буквой «I» и принимает значения в диапазоне от 0 до n-1, где n - главное квантовое число атома.

Но кроме вопросов, связанных с дублетами Зоммерфельда, возникли также другие трудности, касающиеся тонкой структуры [18]. Так, в рентгеновских спектрах теория Зоммерфельда очень хорошо предсказывает некоторые из тонких структур, которые реально существуют, однако строение этих серий в значительной степени более сложно, чем следует из формул этой теории. Чтобы получить недостающие спектральные линии, Зоммерфельд впоследствии ввел наряду с двумя квантовыми числами, имеющимися в его теории, третье квантовое число, которое он назвал внутренним квантовым числом. Введение этого третьего квантового числа было совершенно эмпирическим. Всякие попытки его теоретически обосновать, предпринятые в то время, были отброшены. Не удалось добиться большего и квантовой механике. Она оказалась неспособной объяснить существование лишней серии и внутреннего квантового числа. Снова чувствовалась необходимость введения нового элемента.

Несмотря на успехи волновой механики электрона, эта механика в своей первоначальной форме оказалась все же несовершенной и должна претерпеть еще существенные изменения [19]. Причина заключается в том, что волновая механика электрона в своей первоначальной форме не позволяет объяснить некоторых фактов спектроскопических и магнитных измерений, известных уже много лет, которым старая квантовая механика не могла дать объяснения.

К первой категории трудно объяснимых фактов относятся данные спектроскопии. Известно, что старая квантовая теория, а вслед за ней и новая механика, успешно, и с точностью, предсказали существование большого числа спектральных линий. Однако таблицы спектральных линий, полученные на основе этих теорий, как выяснилось, оказались неспособны передать всю сложность реальных спектров. Иными словами, в оптических и рентгеновских спектрах существуют линии, которые не находят объяснения. Мы видели, что Зоммерфельд, использовав идеи теории относительности в рамках старой квантовой теории, добился успеха в объяснении тонкой структуры водородного спектра и рентгеновских спектров. Он пошел путем, который на первый взгляд выглядит вполне удовлетворительно, однако более внимательное изучение не вполне подтверждает это благоприятное впечатление: теория Зоммерфельда правильно предсказывает образование дублетов серии Бальмера и рентгеновских серий, однако их положения она указывает неправильно. Не следует думать, что кажущийся успех Зоммерфельда был чисто случайным, однако всегда чувствовалось, что в его теории отсутствует какой-то важный элемент. Ситуация далеко не прояснилась с созданием волновой механики. Наоборот, она ухудшилась. Действительно, чтобы перевести попытки Зоммерфельда на язык волновой механики, необходимо было ввести в нее элементы теории относительности. Релятивистское волновое уравнение легко было найти. Оно представляет собой естественное релятивистское обобщение уравнения Шредингера, за исключением того, что оно второго порядка по времени. Казалось, достаточно было бы применить к этому уравнению новый метод квантования, т е. найти его собственные значения, как мы снова сразу же получим формулу Зоммерфельда. Результат такого вычисления оказался разочаровывающим: полученная формула имела вид, аналогичный зоммерфельдовской, но тем не менее несколько отличный, и эта формула нисколько не лучше соответствовала экспериментальным фактам. Провал был полным: волновая механика не внесла того нового элемента, который был необходим и природа которого была к тому времени известна благодаря работам Уленбека и Гоудсмита.

Но кроме вопросов, связанных с дублетами Зоммерфельда, возникли также другие трудности, касающиеся тонкой структуры. Так, в рентгеновских спектрах теория Зоммерфельда очень хорошо предсказывает некоторые из тонких структур, которые реально существуют, однако строение этих серий в значительной степени более сложно, чем следует из формул этой теории. Например, в рентгеновских спектрах элементов всегда имеется три L–серии, линии которых в шкале частот перекрываются. Теория же Зоммерфельда позволяет предсказать две, и только две L–серии, из нее никак не получается третья. Чтобы получить недостающие спектральные линии, Зоммерфельд впоследствии ввел наряду с двумя квантовыми числами, имеющимися в его теории, третье квантовое число, которое он назвал внутренним квантовым числом. Введение этого третьего квантового числа было совершенно эмпирическим. Всякие попытки его теоретически обосновать, предпринятые в то время, были отброшены. Не удалось добиться большего и квантовой механике. Она оказалась неспособной объяснить существование лишней серии и внутреннего квантового числа. Снова чувствовалась необходимость введения нового элемента.

Обратимся теперь ко второй категории явлений, не нашедших своего объяснения в старой квантовой теории, – магнитным аномалиям. Мы уже отмечали существование аномального эффекта Зеемана, который одинаково безуспешно пытались объяснить и первая теория электрона Лоренца, и старая квантовая теория, и волновая механика. Причина этой общей неудачи заключается в том, что в основу объяснения эффекта Зеемана во всех трех теориях был положен один и тот же постулат. Предполагалось, что магнитные моменты, которыми могут обладать атомы, возникают лишь благодаря орбитальному движению внутриатомных электронов. Такая точка зрения предполагала, что полный момент количества движения атома обязательно должен иметь строго фиксированное отношение к его полному магнитному моменту, причем величина этого отношения зависит исключительно от отношения электрического заряда электрона к его массе. Этот вывод, одинаковый и в классической теории электрона, и в старой квантовой теории, и в волновой механике в ее первоначальной форме, привел во всех этих трех теориях к тому, что эффект Зеемана всегда должен быть нормальным, таким, какой был впервые предсказан Лоренцом и открыт экспериментально Зееманом.

Существование аномального эффекта Зеемана, так же как существование спектроскопических данных, о которых мы говорили, указывало на необходимость введения в теорию нового элемента и показывало, что этот элемент должен как-то влиять на магнитные свойства. Кроме того, непрерывно продолжались, начиная с памятного открытия Зеемана, экспериментальные исследования аномального эффекта Зеемана и эмпирические законы его были очень хорошо известны. Мы не можем здесь обсуждать эти эмпирические законы, а лишь ограничимся сообщением, что Ланде добился успеха, обобщив большое число таких законов введением в формулы старой квантовой теории некоего фактора, g-фактора Ланде, корректное, объяснение которого оставалось сомнительным. В то же время, безусловно, все эти исследования аномального эффекта Зеемана прокладывали дорогу к окончательной теории явления, так как заранее был известен точный математический вид законов, которые нужно объяснить.

Однако аномальный эффект Зеемана – это не единственное явление в области магнетизма, которое оставалось необъясненным. Были еще гиромагнитные аномалии. Из гипотезы о возникновении атомного магнетизма благодари орбитальному движению электронов в атоме следовало, что если подвешенный железный цилиндр намагнитить вдоль его оси, то он начнет вращаться. И наоборот, если этот цилиндр привести во вращение вокруг его оси, то у него должен возникнуть магнитный момент. Причем отношение механического момента к магнитному моменту в обоих случаях должно быть равно упомянутой выше константе, отношению заряда электрона к его массе. Были проделаны эксперименты с целью количественного подтверждения этого вывода-теории (Эйнштейн и Де-Хааз, Вернет). Оказалось, что оба эти явления существуют: намагниченный цилиндр приходит во вращение и происходит намагничивание вращающегося цилиндра. Однако отношение магнитного момента к механическому оказалось примерно вдвое больше предсказанной величины. Этот неожиданный результат ясно показал, в каком направлении нужно предпринимать попытки введения нового элемента. Стало очевидно, что не весь магнетизм атома возникает из-за вращательного движения электронов и что есть магнитные и механические моменты, отношения которых не всегда имеют принимавшуюся до тех пор величину. Исходя из этого, Уленбек и Гоудсмит пришли к важной идее о существовании собственного вращения и собственного магнетизма электрона.

Квантовые числа, возникающие при решении волнового уравнения, служат для описания состояний квантово-химической системы [20]. Каждая атомная орбиталь характеризуется набором из трех квантовых чисел: главного n, орбитального l и магнитного m_l.

Главное квантовое число n характеризует энергию атомной орбитали. Оно может принимать любые положительные целочисленные значения. Чем больше значение n, тем выше энергия и больше размер орбитали. Решение уравнения Шрёдингера для атома водорода дает следующее выражение для энергии электрона:

E = −2π²me⁴ / n²h² = −1312,1 / n² (кДж/моль)

Таким образом, каждому значению главного квантового числа отвечает определенное значение энергии электрона.

Орбитальное квантовое число l характеризует энергетический подуровень. Атомные орбитали с разными орбитальными квантовыми числами различаются энергией и формой. Для каждого n разрешены целочисленные значения l от 0 до (n−1).

Магнитное квантовое число m_l отвечает за ориентацию атомных орбиталей в пространстве. Для каждого значения l магнитное квантовое число m_l может принимать целочисленные значения от −l до +l (всего 2l + 1 значений).

Электрон, занимающий определенную орбиталь, характеризуется тремя квантовыми числами, описывающими эту орбиталь и четвертым квантовым числом (спиновым) m_s, которое характеризует спин электрона - одно из свойств (наряду с массой и зарядом) этой элементарной частицы. Спин - собственный магнитный момент количества движения элементарной частицы. Хотя это слово по-английски означает "вращение", спин не связан с каким-либо перемещением частицы, а имеет квантовую природу. Спин электрона характеризуется спиновым квантовым числом m_s, которое может быть равно +1/2 и −1/2.

4.1. Подгонка формулы под эксперимент – методика квантовой механики.

Атомная модель Зоммерфельда является улучшенной версией модели Бора, в которой поведение электронов объясняется существованием различных уровней энергии внутри атома [17]. Квантовые числа, возникающие при решении волнового уравнения, служат для описания состояний квантово-химической системы.

Зоммерфельд определил две квантовые переменные, которые позволяют описать орбитальный угловой момент и форму орбитали для каждого атома. Это основное квантовое число "n", чтобы квантовать большую полуось эллипса, описываемого электроном и вторичное квантовое число I, чтобы квантовать малую полуось эллипса, описанного электроном.

Чтобы получить недостающие спектральные линии, Зоммерфельд впоследствии ввел наряду с двумя квантовыми числами, имеющимися в его теории, третье квантовое число, которое он назвал внутренним квантовым числом [18]. Введение этого третьего квантового числа было совершенно эмпирическим. Всякие попытки его теоретически обосновать, предпринятые в то время, были отброшены.

В оптических и рентгеновских спектрах существуют линии, которые не находят объяснения [19]. Зоммерфельд, использовав идеи теории относительности в рамках старой квантовой теории, добился успеха в объяснении тонкой структуры водородного спектра и рентгеновских спектров. Он пошел путем, который, на первый взгляд, выглядит вполне удовлетворительно, однако более внимательное изучение не вполне подтверждает это благоприятное впечатление: теория Зоммерфельда правильно предсказывает образование дублетов серии Бальмера и рентгеновских серий, однако их положения она указывает неправильно. Провал был полным: волновая механика не внесла того нового элемента, который был необходим.

Не удалось добиться большего и квантовой механике. Она оказалась неспособной объяснить существование лишней серии и внутреннего квантового числа. Снова чувствовалась необходимость введения нового элемента.

Каждая атомная орбиталь характеризуется набором из трех квантовых чисел: главного n, орбитального l и магнитного m _l[20]. Электрон, занимающий определенную орбиталь, характеризуется тремя квантовыми числами, описывающими эту орбиталь и четвертым квантовым числом (спиновым) m_s, которое характеризует спин электрона – одно из свойств (наряду с массой и зарядом) этой элементарной частицы. Спин – собственный магнитный момент количества движения элементарной частицы.

Несмтря на факт, что Зоммерфельд пытался описать энергию атома водорода, помещённого во внешнее магнитное поле, успеха добиться ему не удалось.

Зоммерфельд множество раз был номинантом Нобелевской премии и ни разу не получил её [21]. Арнольд Зоммерфельд был физиком-теоретиком и научным руководителем четырёх физиков, получивших Нобелевскую премию по физике, а также двух учёных другой специальности, которые также получили награду. Сам Зоммерфельд был номинирован на получение Нобелевской премии 81 раз. Возможно, дело в том, что часто Зоммерфельд становился номинантом одновременно с такими великими учёными, как Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и Джеймс Франк. Существуют свидетельства того, что Зоммерфельд принимал свои поражения довольно близко к сердцу. В своих записках учёный отмечал, что было бы вполне справедливо удостоить его награды в 1923-м году, сразу после того, как премию получил Нильс Бор. С течением времени работы Зоммерфельда привлекали всё меньше интереса, в частности, в те годы он работал над развитием боровской модели атома. Кроме того, стиль и методология его работ часто подвергались критике со стороны одного из членов Нобелевского комитета, профессора физики Карла Озеена, что и послужило одной из причин отказа. Несмотря на проделанную им огромную работу, Зоммерфельд так и не оказался победителем и умер, не получив Нобелевскую премию.

Три квантовые числа, которые Зоммерфельд ввёл в свою атомную модель были эмпирическими, они ни коим образом не могли характеризовать свойства атома.

Четвёртое квантовое число было получено в результате грубейшей ошибки экспериментаторов Штерна и Герлаха [22], и не имеет никакого физического смысла.

Тем не менее, эти четыре бессмысленные квантовые числа, которые не принесли успеха Зоммерфельду, поднял из небытия и водрузил на щит своего принципа Паули.

4.2. Выводы.

1. Атомная модель Зоммерфельда была разработана, чтобы усовершенствовать недостатки атомной модели Бора.

2. Атомная модель Зоммерфельда является улучшенной версией модели Бора, в которой поведение электронов объясняется существованием различных уровней энергии внутри атома.

3. Хотя атомная модель Бора прекрасно описала поведение атома водорода, его постулаты не могли быть воспроизведены для других типов элементов.

4. При анализе спектров, полученных от атомов элементов, отличных от водорода, было обнаружено, что электроны, находящиеся на одном и том же энергетическом уровне, могут содержать разные энергии.

4. Зоммерфельд определил две квантовые переменные, которые позволяют описать орбитальный угловой момент и форму орбитали для каждого атома: основное квантовое число n и вторичное квантовое число I.

5. Чтобы получить недостающие спектральные линии, Зоммерфельд впоследствии ввел наряду с двумя квантовыми числами, имеющимися в его теории, третье квантовое число, которое он назвал внутренним квантовым числом.

6. Введение этого третьего квантового числа было совершенно эмпирическим. Всякие попытки его теоретически обосновать, предпринятые в то время, были отброшены.

7. Квантовая механика оказалась неспособной объяснить существование лишней серии и внутреннего квантового числа. Возникла необходимость введения нового элемента.

8. Из гипотезы о возникновении атомного магнетизма благодари орбитальному движению электронов в атоме стало ясно, в каком направлении нужно предпринимать попытки введения нового элемента.

9. Квантовые числа, возникающие при решении волнового уравнения, служат для описания состояний квантово-химической системы.

10. Каждая атомная орбиталь характеризуется набором из трех квантовых чисел: главного n, орбитального l и магнитного m_l , а также и четвертого квантового числа m_s, которое характеризует спин электрона.

11. Несмтря на факт, что Зоммерфельд пытался описать энергию атома водорода, помещённого во внешнее магнитное поле, успеха добиться ему не удалось.

12. Зоммерфельд был номинирован на получение Нобелевской премии 81 раз. Несмотря на проделанную им огромную работу, Зоммерфельд так и не оказался победителем и умер, не получив Нобелевскую премию.

13. Три квантовые числа, которые Зоммерфельд ввёл в свою атомную модель, были эмпирическими, они ни коим образом не могли характеризовать свойства атома.

14. Четвёртое квантовое число было получено в результате грубейшей ошибки экспериментаторов Штерна и Герлаха, и не имеет никакого физического смысла.

15. Тем не менее, эти четыре бессмысленные квантовые числа, которые не принесли успеха Зоммерфельду, Паули поднял из небытия и водрузил на щит, как составную часть своего принципа Паули.

A5. Альтернативная теория строения атома [23].

5.1. Строение атома.

После того, как в начале XX-го века экспериментально установили, что атом не является элементарной частицей, было предпринято немало попыток создать его физическую модель. Однако дело оказалось столь сложным, что физическая наука была вынуждена отказаться от физической модели, заменив ее моделью математической – очень сложным математическим аппаратом волновой механики.

Построить верную модель атома нельзя, не зная, прежде всего сущности энергии, процесса обмена энергией между телами естественным путём в природе и в технике. Только имея теории излучения нагретых тел, поглощения энергии более холодными телами, теорию света, электрического тока, радиоволн можно приступать к моделированию атома. Никакая теория с тысячью формул не нужна, если она не может объяснить физических процессов.

Однако современная математическая модель атома неспособна объяснить физики процессов всего комплекса вопросов, связанных с поглощением и излучением энергии. Камнем преткновения в создании модели строения атома было представление, что при ускоренном движении электрон должен упасть на ядро. Теоретическая физика не может ответить на вопрос: почему электрон не излучает?

Прежде, чем ответить на этот вопрос строения атома, надо иметь представление об обратимом процессе излучение – поглощение. Необходимо разобраться с вопросом, что такое теплота, как и чем Землю согревает Солнце, понять процесс термического расширения физических объектов и их перехода в различные состояния в зависимости от внешних условий, и теория строения и функций атома откроется сама собой.

На пути создания теории строения атома модель Резерфорда была последним этапом истины. Далее приоритет был отдан выдумкам, к которым слишком склонны физики-теоретики. С кванта в теории строения атома Бора теоретическая физика оторвалась от реальности и стала рассказывать нобелевские сказки о строении атома. Теоретическая физика заблудилась на пути своего развития и зашла в глухой тупик, из которого нет выхода.

5.1.1. Вращательные движения в атоме.

Ещё в 1824году французский физик Доминик Араго открыл магнетизм вращения: подвешенный на нити медный диск начинает вращаться, если вращать под ним постоянный магнит. Диск увлекается вращающимся магнитным полем, которое одновременно является вращающим.

В 1888 г. итальянский физик Галилео Феррарис и югославский изобретатель Никола Тесла открыли явление вращающегося электромагнитного поля. Но вращающееся электромагнитное поле было и вращающим. На его основе Тесла сконструировал первый в истории двухфазный асинхронный двигатель.

Все материальные тела небесной сферы и микромира вращаются. Ещё великий Ломоносов предвидел, что всё должно вращаться. Как в Солнечной системе вращается Солнце и планеты, так и в атоме ядро и электроны вращаются. Солнце, Земля, ядро атома, электроны вращаются за счёт собственного силового поля. Вращающееся ядро атома имеет электромагнитное поле, которое одновременно является вращающим. Причина движения небесных тел – крутящее электромагнитное поле Солнца. Причина движения электронов вокруг ядра – крутящее электромагнитное поле ядра. Поле ядра поддерживает движение и расставляет электроны по местам, так же, как и небесные тела расставляет по местам и ведёт гравитационное поле Солнца.

Все электроны атома вращаются по круговым орбитам, плоскости которых проходят через ядро. Вращение электрона вокруг собственной оси осуществляется его электромагнитным полем.

5.1.2. Функция электрона в атоме.

Каждый знает, если протопить печь, в доме становится тепло. Как же происходит обмен теплом между нагретыми и холодными телами? Если такой процесс происходит, в телах должен быть механизм передачи энергии. Элементарной частицей любого тела является атом, в атоме и нужно искать такой механизм.

Как происходит процесс приёма и передачи энергии между физическими объектами? Самыми подвижными элементами атома являются электроны. Если тело может поглощать энергию и излучать её, в атоме должно быть устройство, обеспечивающее эти процессы. Подсказку даёт система генерации и передачи радиоволн: электроны атома должны быть колебательным контуром по приёму и передаче электромагнитного излучения.

Электрон универсален, колебательный контур электрона может быть поочерёдно передатчиком и приёмником электромагнитного излучения. Электрон – корпускула, обладающая свойствами излучать и принимать электромагнитные волны. Электромагнитная модель электрона – передающий генератор и радиоприёмник. Каждый электрон горячего тела – осциллятор (генератор электромагнитных колебаний). Каждый электрон холодного тела – резонатор (приёмник колебаний). Электрон одновременно поглощать и излучать энергию не может, идёт цикл поглощения и цикл излучения. В электроне один колебательный контур, который попеременно работает как осциллятор или резонатор.

Угловая скорость вращения электронов на всех орбитах атома постоянная, а окружные скорости зависят от радиуса орбиты и изменяются от минимума до максимума на каждом обороте электрона. Окружная скорость электронов у различных химических элементов всегда постоянная и равная. Если б было иначе, обмен энергией между физическими объектами был бы невозможен. Абсолютно все электроны Вселенной имеют идентичное устройство, колебательный контур их настроен на одну волну передачи-приёма энергии.

5.1.3. Функция ядра в атоме.

Ядро атома находится в непрерывном вращении. Движущийся электрический заряд образует электромагнитное поле, вращающееся ядро атома создаёт вращающее электромагнитное поле.

Как магнитное поле Солнца вращает планеты Солнечной системы, так вращающее электромагнитное поле ядра расставляет и ведёт электроны по орбитам, которые располагаются на силовых линиях и вращаются вокруг ядра вместе с полем. Вращающее электромагнитное поле атома образуют протоны ядра, каждый протон – одну группу силовых линий. Электрон движется по круговой орбите на своей силовой линии поля с более ярко выраженной напряженностью. Все электроны имеют одинаковую круговую скорость, соответствующую скорости вращения электромагнитного поля ядра, и одинаковое направление вращения. Электроны занимают места на своих орбитах по принципу минимума потенциальной энергии атома, в этом случае атом будет устойчивым. Электроны располагаются по всей сфере электромагнитного поля, образованного ядром.

Ядро атома реагирует на внешние условия: на каждом обороте ядра изменяется мощность вращающего электромагнитного поля. Во время поглощения энергии мощность электромагнитного поля увеличивается, и силовые линии удаляются от ядра. Соответственно, при излучении энергии мощность электромагнитного поля уменьшается, и силовые линии приближаются к ядру.

5.1.4. Итоги. Модель строения атома.

Когда физические объекты находятся в каком-то замкнутом пространстве (например, в комнате) и между ними нет обмена теплом, атомы в них находятся в стабильном состоянии. В атомах нет процессов излучения или поглощения энергии, ядра атомов вращаются с постоянной угловой скоростью, электроны вращаются на орбитах, соответствующих температуре пространства. Подведём итоги и рассмотрим строение атома в стабильном состоянии.

1. Атом состоит из ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра.

2. Ядро и электроны атома вращаются вокруг оси за счёт собственного вращающегося электромагнитного поля, которое одновременно является вращающим.

3. Электроны вращаются вокруг ядра вращающим электромагнитным полем ядра.

4. Электромагнитное поле ядра расставляет электроны по местам и поддерживает их движение.

5. Все электроны атома вращаются по круговым орбитам, плоскости которых проходят через ядро.

6. Электроны атома являются колебательным контуром по приёму и передаче электромагнитного излучения.

7. Электрон универсален, его колебательный контур поочерёдно может быть передатчиком и приёмником электромагнитного излучения.

8. Угловая скорость вращения электронов на всех орбитах атома постоянная.

9. Окружные скорости зависят от радиуса орбиты и изменяются от минимума до максимума на каждом обороте электрона.

10. Окружная скорость электронов у различных химических элементов всегда постоянная и равная.

11. Абсолютно все электроны Вселенной имеют идентичное устройство, колебательный контур их настроен на одну волну передачи-приёма энергии.

12. Орбиты электронов располагаются на силовых линиях вращающего электромагнитного поля ядра.

13. Вращающее электромагнитное поле атома образуют протоны ядра, каждый протон – одну группу силовых линий.

14. Электрон движется по круговой орбите на своей силовой линии поля с более ярко выраженной напряженностью.

15. Все электроны атома имеют одинаковое направление вращения.

16. Электроны занимают места на своих орбитах по принципу минимума потенциальной энергии атома.

17. Электроны располагаются по всей сфере электромагнитного поля, образованного ядром.

18. На каждом обороте ядра изменяется мощность вращающего электромагнитного поля.

19. Во время поглощения энергии мощность электромагнитного поля увеличивается, и силовые линии удаляются от ядра, при излучении энергии мощность электромагнитного поля уменьшается, и силовые линии приближаются к ядру.

Но, когда в пространстве, в котором находятся физические объекты, появляется градиент температур (например, затопили печь), все атомы пространства приступают к излучению – поглощению энергии: переходят в мобильное состояние. Рассмотрим, что такое энергия и как происходит обмен энергией между физическими объектами.

5.2. Что такое энергия?

Что же такое энергия? Вот что сообщают по этому вопросу авторы проекта «Моя энергия» ведущий производитель электрической и тепловой энергии в Северо-Западном регионе России ОАО «ТГК-1» и член Ассоциации школ ЮНЕСКО Санкт-Петербургская Академия постдипломного педагогического образования (СПб АППО): энергия – удивительное явление. Ею пропитан наш мир. Энергия может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Энергия поднимает в космос ракеты, движет автомобилями, кораблями и самолетами, зажигает миллионы огней больших городов. Энергия дает нам свет, тепло, связь. Энергия – явление многостороннее и многозначное. Само слово «энергия» заимствовано из греческого языка и означает «действие». Чуть сложнее определение энергии, принятое в мире науки: «это общая количественная мера различных форм движения материи».

Красиво, художественно, загадочно, но непонятно.

Википедия, как обобщённый источник знаний, так формулирует понятие энергии: энергия – скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Ещё более уклончиво и неясно. В общем, наука пока не знает точно, что такое энергия.

Существуют два вида энергии: в состоянии покоя и в движении – потенциальная энергия и кинетическая энергия. Потенциальная энергия физического объекта – его внутренняя энергия, уровень потенциальной энергии определяется высотой электронов над ядром. Кинетическая энергия – энергия в движении в виде электромагнитных волн как средство передачи энергии от одного физического объекта к другому. Кинетическая энергия атомов – электромагнитные волны, которые могут преобразовываться в другие виды энергии: теплоту, свет, радиоволны, электричество и др. Электромагнитные волны возникают только при разности потенциалов состояния между физическими объектами. Потенциальная энергии – внутренняя энергия физических объектов. Потенциальная энергия переходит от горячего тела к холодному посредством излучения энергии.

Кинетическая энергия, полученная промышленным способом, может легко переходить в другие виды энергии также с помощью соответствующих средств и механизмов: в тепловую в электрических печах, в механическую с помощью электромоторов, в световую посредством ламп накаливания.

Потенциальная энергия – это потенциал состояния атома, который определяется высотой орбит атома относительно ядра. В метрологии потенциал состояния атомов характеризуется температурой физического тела. Потенциальная энергия атомов стабильна до возникновения разности потенциалов состояния. Кинетическую энергию, представляющую собой электромагнитные волны, сберечь нельзя, она после выработки должна быть сразу использована. Электростанции и радиостанции генерируют кинетическую энергию в виде электромагнитных волн, которую можно по проводам или беспроводным способом передать потребителям, чтобы превратить в энергию световую, тепловую, механическую, звуковую.

Атом является переносчиком (транслятором) энергии и одновременно её хранителем в виде потенциальной энергии, величина которой определяется потенциалом состояния атома. В виде потенциальной энергию сохраняют атомы за счёт положения электронов относительно ядра: чем дальше электроны от ядра, тем выше их потенциальная энергия. Если нет разности потенциалов состояния у соседних атомов, потенциальная энергия сохраняется сколь угодно долго, пока не появится разность потенциалов. При наличии разности потенциалов, электроны атома с более высоким потенциалом состояния теряют свою потенциальную энергию и излучают её в виде электромагнитных волн. Внутренняя потенциальная энергия атома переходит в кинетическую энергию. Электроны соседнего атома поглощают кинетическую энергию и превращают её в потенциальную. Излучаемая электронами кинетическая энергия – средство выравнивания потенциалов состояния соседних атомов, что равносильно выравниванию температуры между горячим и холодным телами.

Таким образом, потенциальная энергия – состояние атома, определяемое положением орбит вращения электронов. Кинетическая энергия – электромагнитное излучение как средство передачи энергии от тела к телу для выравнивания их потенциалов состояния.

Энергия присуща каждому физическому телу (объекту). Подпитка внутренней энергии физических объектов происходит за счёт внешних источников: солнечной энергии, тепловой энергии сжигания топлива или внутренней энергии других тел. Внешние источники пополнения тел энергией могут быть временными (сжигание топлива, пища для фауны) или постоянными (энергия Солнца, питание для флоры). При разности потенциалов потенциальная энергия объекта превращается в кинетическую и через электромагнитное излучение переходит к объекту с меньшей потенциальной энергией. Таким образом, энергия может быть в покое (потенциальная энергия) и в движении (кинетическая энергия).

Электромагнитная волна – способ передачи потенциальной энергии путём превращения её в кинетическую от одного атома другому, имеющему меньшую потенциальную энергию, посредством колебательного контура электронов. Электрон формирует и излучает электромагнитные волны. Поглощающий электрон своим колебательным контуром принимает электромагнитные волны, часть кинетической энергии превращает в свою потенциальную, остальную энергию передаёт дальше соседнему атому при наличии разности потенциалов состояния.

Энергия не может быть передана от тела к телу материальными частицами: квантами, фотонами, электронами. Все теории и гипотезы, в которых материальные частица используются как средство передачи энергии, не соответствуют действительности. Единственным средством передачи энергии тепловой, световой, ультрафиолетового излучения, электрического тока и, тем более, радиоволн, является электромагнитные волны. Другие виды излучения также передаются аналогичным образом.

5.3. Излучение и поглощение энергии.

Излучение и поглощение энергии – процессы взаимосвязанные. В случае появления разности потенциалов состояния синхронно изменяется мощность вращающего электромагнитного поля ядра: при получении энергии радиус силовых линий увеличивается, электроны ускоряются, их кинетическая энергия переходит в потенциальную. Электроны работают как резонаторы – получают электромагнитные колебания и повышают свою потенциальную энергию. Процесс поглощения и излучения энергии – единый процесс. Каждый электрон атома при наличии разности потенциалов после поглощения энергии излучает её. Из-за разности потенциалов состояния потенциальная энергия электронов переходит в кинетическую энергию путём электромагнитного излучения, поглощается электронами с меньшей потенциальной энергией и превращается в потенциальную энергию.

Механической моделью процесса передачи энергии может быть переброска сыпучего материала на другое место лопатой: нагнулся, зачерпнул, распрямился, бросил, нагнулся и т.д.

Функция электронов – принимать или излучать электромагнитные волны. В электроне длится непрерывный процесс получения и передачи энергии. При излучении энергии на каждом обороте электрона вокруг собственной оси образуется полная волна: одна полуволна – получение энергии резонатором электрона, вторая полуволна – передача энергии осциллятором электрона. При поглощении энергии идёт противоположный процесс. Резонатор и осциллятор электрона является одним и тем же колебательным контуром. Вращение электрона в режиме получения и передачи энергии как раз и определяет волновую сущность процесса передачи энергии и описывается синусоидой.

Ядро атома и электроны имеют одну и ту же угловую скорость. На каждом обороте ядра вокруг оси изменяется мощность его вращающего электромагнитного поля: удаление силовых линий от ядра при поглощении энергии и приближение силовых линий к ядру при излучении энергии. При поглощении энергии электрон ускоряется в связи с постепенным переходом на орбиту большего радиуса и его потенциальная энергия увеличивается. Ядро атома образует вращающее поле таким образом, что каждому протону соответствуют свои силовые линии электромагнитного поля. По самой интенсивной, генеральной силовой линии и движется электрон. При излучении энергии электрон замедляется и постепенно переходит на более низкую орбиту, а его потенциальная энергия его уменьшается. Такой цикл электрон совершает за один оборот вокруг собственной оси. Процессы поглощения и излучения энергии состоят из импульсов полуволн, то есть имеют дискретный характер. Направление передачи энергии всегда единое: от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой, или, что равносильно, от атомов с большей потенциальной энергией к атомам с меньшей потенциальной энергией.

Генератором и приёмником излучения является электрон. Где бы ни был электрон: на Солнце или на Земле, в золоте или навозе – колебательный контур его универсален. Все электроны вселенной универсальны – имеют одинаковую частоту колебаний контура, который работает как генератор электромагнитных волн или как их приёмник, чередуя эти действия.

Каждый электрон половину оборота вокруг оси поглощает (излучает) энергию, а вторую половин оборота излучает (поглощает) её. Передача энергии от одного электрона другому осуществляется дискретно – полуволнами. Полуволна энергии, которая излучается электроном, состоит из электромагнитных волн всех диапазонов, которые соответствуют химическому составу и температуре излучающего объекта. Такая же вторая полуволна энергии поглощается другим электроном.

Электроны горячего тела излучают не конкретную электромагнитную волну, а импульсы энергии, в который входят все волны излучающего объекта, состав которых определяется температурой излучения и химическим составом. Если частота электромагнитных волн излучения больше частоты вращения атома вокруг собственной оси, в импульс полуволны энергии входит количество излучаемых волн, равное соотношению частоты волны и частоты вращения атома вокруг оси. Если частота передаваемой волны меньше частоты вращения атома вокруг оси, волна передаётся дискретными отрезками. Так как дискретные отрезки волны передаются разными электронами со сдвигом во времени, поглощаемая волна воспринимается как непрерывная.

Теоретическая физика не может ответить на вопрос: почему электрон не излучает? А может ли в электрической цепи течь ток, если нет разности потенциалов? Так и в электроне атома: если нет разности потенциалов состояния физических тел, т.е. тела находятся при одинаковой температуре, электрон излучать не будет. Также электрон не излучает на полуволне поглощения.

Тело излучает кинетическую энергию посредством колебательного контура электронов на границе сред. Тело с большей потенциальной энергией электронов отдаёт энергию другому телу, пока их температуры не выровняются. Таким образом, при ускорении электрон не излучает энергии, а расходует её на ускорение для того, чтобы, следуя за полем, подняться в течение полуоборота атома на более высокую орбиту и приобрести потенциальную энергию. На втором полуобороте электрон излучает энергию.

При охлаждении тела идёт обратный процесс: электроны замедляются и излучают потенциальную энергию, превращая её в кинетическую. Дальность распространения электромагнитных волн определяется мощностью излучения.

С ростом температуры при переходе электронов на более высокие орбиты вслед за электромагнитным полем, при равной круговой скорости электроны, находящиеся на более высоких орбитах будут иметь большую скорость и, соответственно, кинетическую энергию. Орбиты электронов располагаются на таких расстояниях от ядра, чтобы обеспечивать стабильно устойчивое состояние атома. Орбиты атома – плавающие. Атом, переходя в иные условия, реагирует на них: происходят изменения в ядре и в положении электронов. Ядро, приобретая дополнительную энергию, увеличивает мощность электромагнитного поля, его силовые линии удаляются от ядра. Все электроны атома, поглощая энергию, по спиральной орбите следуют за полем согласованно все сразу. Потенциальная энергия атома изменяется аналогово. Абсолютные скорости электронов возрастают. С ростом температуры увеличиваются геометрические размеры атома.

Во время получения атомом внешней энергии никаких переходов (перескоков) электронов на другую орбиту нет. Все электроны атома постоянно находятся на своих орбитах, так же, как и небесные тела. Все ядра атомов любого физического тела имеют одинаковую скорость вращения вокруг собственной оси и, соответственно, равную угловую скорость вращающего электромагнитного поля. Это равносильно равенству угловых скоростей электронов. Благодаря равенству угловых скоростей колебательный контур электронов настроен на одну всеобщую частоту, что обеспечивает возможность передачи – приёма энергии. Электрон не может аккумулировать энергию: получил и немедленно должен отдать. Часть энергии расходуется на выравнивание потенциальной энергии с соседним электроном. Выравнивание температуры между горячим и холодным телами длится до тех пор, пока не наступит динамического равновесия. Электроны ранее горячего тела, теряя скорость, перестают излучать. Физической моделью передачи энергии от тела к телу могут быть сообщающиеся сосуды.

Абсолютно все материалы, независимо от того, проводники они, полупроводники или диэлектрики, успешно поглощают и излучают электромагнитные волны в диапазоне от инфракрасных до ультрафиолетовых.

Изучение закономерностей распространения света привело физику к признанию существования мирового эфира, или, в новой терминологии, физического вакуума. Мировой эфир – универсальная среда, заполняющая всё пространство, в том числе промежутки между атомами и молекулами в телах.

Непреложным фактом является процесс получения Землёй энергии Солнца. Но, если электромагнитное излучение Солнца доходит до Земли и нагревает все физические объекты, значит, в космосе и на Земле есть среда, в которой способны распространяться электромагнитные волны. Можно возражать против наличия такого физического поля, если рассматривать процесс поглощения – излучения в условиях воздушного пространства. Но, излучение Солнца неопровержимо доказывает, что такое всеобъемлющее физическое поле существует. Физическая среда – необходимое условие для распространения электромагнитных волн.

5.4. Теплопередача между телами и в массивном теле.

Если температура всех тел в замкнутом пространстве равна, не происходит процессов излучения и поглощения энергии между ними. Это означает, что электроны на орбитах атомов не излучают. Но только стоит появиться нагретому телу, например, включить электрическую лампочку или утюг, немедленно возникает разность потенциалов состояния и появляется тепловой поток. Неукоснительное свойство физических объектов – выравнивание потенциалов состояния. Горячее тело излучает энергию, окружающая среда поглощает её. Передача энергии от одного физического объекта другому осуществляется единственным универсальным способом – через электромагнитные волны.

Что же происходит с телами, окружающими источник энергии и самим источником? За счёт подведённой энергии электроны источника излучения работают как генераторы излучения, а электроны тел окружающей среды – как приёмники излучения. Процесс теплопередачи идёт до тех пор, пока есть разность потенциалов состояния, то есть до выравнивания температур.

Физические объекты излучают и поглощают энергию только поверхностью. Излучение и поглощение энергии возможно на границе раздела между телами или внутри тела между соседними атомами при наличии градиента температур. Чем больше поверхность излучающего или поглощающего тела, тем интенсивнее идёт процесс.

Какова физика процессов передачи энергии в массивных телах? Процесс излучения энергии складывается из процессов излучения и поглощения энергии между соседними слоями атомов и теле. Электроны служат только трансляторами энергии. При излучении энергии электроны наружного слоя тела при вращении вокруг собственной оси на первой полуволне излучают электромагнитные волны, а на второй полуволне поглощают энергию от электронов рядом лежащего атома, чтобы на следующей полуволне снова излучить её. Излучение и поглощение энергии происходит на границе двух атомных слоёв физического тела, имеющих различные потенциалы состояния, т.е. при наличии разности потенциалов или, что равносильно, разности температур. Так, за слоем слой, продолжается процесс излучения горячего тела через акты излучения – поглощения до выравнивания потенциалов состояния. По мере остывания тела уменьшается мощность излучаемой энергии и изменяется спектр волн электромагнитных колебаний.

Таким же образом происходит поглощение энергии, только в этом случае часть энергии идёт на выравнивание потенциалов состояния. Каждый электрон тела периодически поглощает и излучает энергию. Иначе не прогреется весь объём нагреваемого тела. Когда от источника тепла нагревается первый слой атомов, он начинает излучать энергию второму слою и т.д. Таким образом, за слоем слой тело прогревается, пока имеется источник нагревания. Волновой состав поглощённой и излученной энергии идентичен. Внутренняя энергия атома изменяется аналогово.

5.5. Выводы.

1. Разработана тория строения атома, которая объясняет сущность энергии, процессы поглощения и излучения энергии, теплопередачу в массивном теле, излучение и поглощение солнечной энергии, природу теплоты и света.

2. Передача любого вида энергии: электрической, тепловой, световой, радиоволн, от сжигания топлива, солнечного излучения, от съеденной пищи осуществляется только волновым способом электромагнитными волнами.

3. Материальные частицы не могут переносить энергию. Все теории, в которых переносчиками энергии являются материальные частицы – ошибочны.

4. Таких материальных частиц как квант и фотон в природе нет. Квантовая механика, как ветвь теоретической физики, исследует частицы и процессы, которых не существует.

5. Квантовая механика – ложное направление теоретической физики, несовместимое с наукой. Квантовая механика должна уйти из науки.

A6. Физика процесса передачи и приёма энергии в физических объектах и между ними [24].

6.1. Альтернативные взгляды на тепловые процессы и состояния в физических объектах.

6.1.1. Теплота.

Излучение и поглощение энергии атомом – универсальное назначение электронов. Теплота и свет имеют общую природу с излучением энергии. В распространении электромагнитных волн особое место занимают свет и теплота. В природе понятия «теплота» и «свет» отсутствуют. Свет и теплота – категории не физические, а физиологические.

Свет – видимая часть спектра электромагнитных колебаний, которые способны ощутить только те представители фауны, которые имеют глаза. Свет – абстрактное понятие для человека, который потерял зрение.

Теплота – часть спектра электромагнитных колебаний в инфракрасном диапазоне. Теплота – свойство органов осязания представителей фауны и флоры. Теплота – уровень потенциальной энергии тела, который определяется положением орбит электронов над ядром атомов. Мерой потенциального состояния тела служит температура, введённая человеком для оценки внутренней энергии тела.

Теплота – понятие относительное. Всегда тёплым будет тело, которое излучает энергию в окружающую среду, и, наоборот, холодным, которое поглощает энергию. Таким образом, теплота – состояние, в котором тело излучает энергию. Свет и теплота не нуждаются в отдельных теориях – это излучение энергии посредством электромагнитных волн.

6.1.2. Нагревание и охлаждение.

Для понимания вопроса стабильности вещества надо определиться с условиями. Важна не только температура при остывании расплава, но ещё внешнее давление и гравитационное поле Земли. Наиболее точно ответить на вопрос стабильности стекла могут однокомпонентные стёкла, когда нет иных компонентов, маскирующих истину.

Стабильным в естественных условиях можно считать вещество, которое при нагревании или охлаждении возвращается в первоначальное состояние. Если нагревать кристаллический кварц до расплавления, образуется расплав, который затвердевает в виде кварцевого стекла. Возвратить кварцевое стекло в кристаллическое состояние невозможно. Та же картина с борным и фосфорным ангидридами, боратные и фосфатные стёкла вообще не кристаллизуются.

Из этого следует, что при естественных условиях любой расплав при охлаждении всегда переходит в энергетически выгодное состояние с наименьшей потенциальной энергией системы. При этом структуру твёрдого тела характеризует не плотность упаковки атомов, а межатомные силы, которые создают устойчивую оптимальную атомную структуру .

Стекло уже в расплаве стекло. В расплаве стёкол имеется целый ряд установившихся жёстких химических связей. В расплаве кристалла все связи разорваны, и изменения температуры выше температуры ликвидуса изменяет только внутреннюю энергию системы атомов. Изменение же температуры расплава стекла приводит к значительному изменению вязкости за счёт разрыва или восстановления химических связей.

Неупорядоченность структуры стёкол приводит к существованию в стекле непрерывно набора связей по силе и монотонному изменении свойств. В стекле существует дискретный спектр связей по их силе. При этом, связи не обязательно должны быть идентичными по структуре, а только по силе связи (в т.ч. и по структуре). Тогда при охлаждении расплава восстанавливается химические связи определённой силы. Это восстановление связей аналогично кристаллообразованию при охлаждении расплава.

Температура твёрдого тела складывается из температуры его атомов (ионов). Рассмотрим отдельно взятый атом с одним электроном – атом водорода. Если к этому атому подводить тепло, нет сил, в результате действия которых атом начнёт совершать тепловые колебания, то есть изменять своё местонахождение. Но атом отреагирует на подвод к нему внешней энергии: электрон в атоме возбудится и перейдёт из основного уровня при комнатной температуре с наименьшей энергией на более высокий энергетический уровень. При дальнейшем подводе тепла повторится такой переход, и электрон перейдёт на ещё более высокий уровень. При охлаждении атома идёт обратный процесс.

Таким образом, нагревание тела – процесс, при котором электроны составляющих его атомов или ионов из всех атомных оболочек устойчивого состояния, соответствующего минимально возможному значению его энергии, переходят на более высокие атомные уровни.

Температура тела определяется состоянием атомных уровней атомов или ионов, входящих в его структуру. Или, что идентично, чем более высокие атомные уровни занимают электроны в атомах (ионах) тела, тем выше его температура.

При переходе электронов на более высокие уровни увеличиваются геометрические размеры атомов, что приводит к уменьшению силы химических связей между всеми структурными элементами тела и отдалению их друг от друга. При нагревании любых тел расстояния между центрами атомов увеличивается, а ослабление химических связей приводит к снижению механической прочности нагретых твёрдых тел (например: ковка металлов). Хотя расстояние между центрами атомов при нагревании увеличивается, но при этом расстояния между атомами уменьшается. Такое предположение хорошо согласуется с повышение электросопротивления металлов с увеличением их температуры.

Таким образом, при нагревании твёрдых тел увеличиваются геометрические размеры атомов, и в связи с ослаблением химических связей растёт расстояние между центрами соседних атомов (ионов), что приводит к их тепловому расширению.

6.1.3. Теплопроводность.

6.1.4. Температура.

Температура каждого тела складывается из температуры его атомов. Рассмотрим отдельно взятый атом с одним электроном – атом водорода. Если к этому атому подводить тепло, нет сил, в результате действия которых атом начнёт совершать тепловые колебания, то есть изменять своё местонахождение. Но атом отреагирует на подвод к нему внешней энергии: электрон в атоме возбудится и перейдёт из основного уровня при комнатной температуре с наименьшей энергией на более высокий энергетический уровень. При дальнейшем подводе тепла повторится такой переход, и электрон перейдёт на ещё более высокий уровень. При охлаждении атома идёт обратный процесс.

Таким образом, нагревание тела – процесс, при котором электроны составляющих его атомов из всех атомных оболочек устойчивого состояния, соответствующего минимально возможному значению его энергии, переходят на более высокие атомные орбитали.

Температура тела определяется состоянием атомных орбиталей атомов, входящих в его структуру. Или, что то же, чем более высокие атомные орбитали занимают электроны в атомах тела, тем выше его температура [13].

6.1.5. Энергия.

Существуют два вида энергии: в состоянии покоя и в движении – потенциальная энергия и кинетическая энергия. Потенциальная энергия физического объекта – его внутренняя энергия, уровень потенциальной энергии определяется высотой электронов над ядром. Кинетическая энергия – энергия в движении в виде электромагнитных волн как средство передачи энергии от одного физического объекта к другому. Кинетическая энергия атомов – электромагнитные волны, которые могут преобразовываться в другие виды энергии: теплоту, свет, радиоволны, электричество и др. Электромагнитные волны возникают только при разности потенциалов состояния между физическими объектами. Внутренняя энергия физических объектов спонтанно переходит от горячего тела к холодному посредством излучения энергии.

6.2. Теория передачи и приёма энергии физическими телами.

Тело излучает кинетическую энергию посредством колебательного контура электронов на границе сред. Тело с большей потенциальной энергией электронов отдаёт энергию другому телу, пока их температуры не выровняются. Таким образом, при ускорении электрон не излучает энергии, а расходует её на ускорение для того, чтобы следуя за полем, подняться в течение полуоборота атома на более высокую орбиту и приобрести потенциальную энергию. На втором полуобороте электрон излучает энергию.

С ростом температуры при переходе электронов на более высокие орбиты вслед за электромагнитным полем, при равной круговой скорости электроны, находящиеся на более высоких орбитах будут иметь большую скорость и, соответственно, кинетическую энергию. Орбиты электронов располагаются на таких расстояниях от ядра, чтобы обеспечивать стабильно устойчивое состояние атома. Орбиты атома – плавающие. Атом, переходя в иные условия, реагирует на них: происходят изменения в ядре и в положении электронов. Ядро, приобретая дополнительную энергию, увеличивает мощность электромагнитного поля, его силовые линии удаляются от ядра. Все электроны атома, поглощая энергию, по спиральной орбите следуют за полем согласованно все сразу. Потенциальная энергия атома изменяется аналогово. Абсолютные скорости электронов возрастают. с ростом температуры увеличиваются геометрические размеры атома.

Из житейского опыта известно, что солнечные лучи способны нагревать абсолютно все материалы. Этот факт свидетельствует, что механизм поглощения энергии у всех физических объектов универсальный, способный аккумулировать солнечную энергию, превращая её в потенциальную энергию электронов. Атомы всех тел имеют идентичные устройства передачи и приёма энергии. Электроны имеют одинаковый колебательный контур, который способен работать в режиме осциллятора или резонатора.

Такой объект, как Солнце, имея восполняемое внутреннее тепло, постоянно генерируют через электроны электромагнитные волны энергии. Электроны атомов, которые находятся на поверхности Солнца, излучают непрерывный мощный поток электромагнитных волн. Разница температур Земли и Солнца огромная, поэтому поток энергии имеет большую мощность. Электромагнитные волны Солнца достигают Земли. Более слабые генераторы – электроны в телах, имеющих низкую температуру. Если сравнивать свечу, стекловаренную или мартеновскую печь, ядерный взрыв, мощности их электромагнитного излучения будут разительно отличаться и распространяться на различные расстояния.

Любая теория, по которой в микромире осуществляется массоперенос на расстояние, не соответствует истине. Массоперенос возможен в макромире, когда ветер поднимает пыль или двигает барханы в пустыне. Если рассуждать о стакане горячего чая, который остывает, теплота – это волна или корпускула, такая дискуссия вполне уместна. Но, если речь идёт об излучении Солнца, совершенно ясно, что фотоны, входя в плотные слои атмосферы, сгорят мгновенно, как сгорают микрометеориты (подающие звёзды) или обломки космических кораблей.

Тепло или холодно при какой-нибудь температуре, зависит от физиологии представителей фауны. Белым медведям тепло во льдах Северного ледовитого океана, пингвинам – во льдах Антарктиды. Неорганической природе всё равно, какая температура окружающей среды. Теплота – состояние тела, в котором электроны атомов имеют большую потенциальную энергию, чем потенциальная энергия электронов в атомах окружающей среды. Если тёплое тело поместить в более тёплую среду, оно окажется холодным. Нагревание увеличивает потенциальную энергию тела, охлаждение уменьшает её до тех пор, пока разность потенциалов состояния будет равна нулю.

Теплота тела определяется не хаотическим тепловым движением частиц в нём. Теплота – понятие относительное. Всегда тёплым будет тело, которое излучает энергию в окружающую среду, и, наоборот, холодным, которое поглощает энергию. Таким образом, теплота, это не скорость беспорядочного теплового движения частиц физического объекта, а состояние, в котором тело излучает энергию.

Теплота – это излучение энергии посредством электромагнитных волн.

6.3. Выводы.

1. На основе тории строения атома разработана теория поглощения и излучения энергии, передача энергии в массивном теле, излучение и поглощение энергии между телами, излучение и поглощение солнечной энергии.

2. Передача любого вида энергии осуществляется только электромагнитными волнами.

A7. Принцип Паули – чушь и насмешка над теоретической физикой.

7.1. Основные положения принципа Паули [1 – 3, 5 – 9].

1. Паули высказал мысль, что характер спектров щелочных металлов можно объяснить, если приписать электрону некоторую «двузначность», т. е. электрон на орбите может находиться в двух состояниях.

2. Одновременно Паули высказал важное предположение о заполнении оболочек в атоме: для характеристики состояния электрона в атоме необходимо четыре квантовых числа. Согласно принципу Паули, в атоме не может быть двух или более электронов, для которых значения всех четырех квантовых чисел одинаковы.

3. Атом в простейшем виде имеет главные компоненты – ядро и электроны, расположенные, соответственно, в центре и на орбитах вокруг ядра. Радиусы орбит n принимают значения целых чисел, начиная с одного кванта – минимально возможной «порции» расстояния.

4. Энергетический уровень электрона определяется квантовым числом n, которое еще называется главным. Для заданного радиуса n можно вычислить число электронов на этой орбите по формуле N=2(n•n). Отсюда легко рассчитывается предельное число электронов на любой орбите с номером n: на первой – два, на второй - восемь, на третьей – восемнадцать и т.д.

5. Электрон может иметь и энергетические подуровни каждого главного уровня. Они обозначаются символом l, называются побочным (или орбитальным) квантовым числом и могут иметь значение l от 0 до 4. Значение числа l определяет пространственную форму электронного облака : шарообразная, гантелеобразная и т.д.

6. Движение электрона приводит к созданию кругового магнитного поля. Электрон имеет орбитальный магнитный момент, который характеризуется третьим квантовым числом ml. Значения, которые может принимать число ml, лежат в диапазоне от –l до +l, с учетом нулевого значения, а всего их может быть (2l + 1).

7. Ещё одна квантовая характеристика электрона – спин. Он содержит только 2 признака ms=+1/2 и ms=-1/2. Физическая суть спина – это момент механического импульса электрона, не имеющий никакой связи с его движением в пространстве.

8. Принцип Паули ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали: на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины. Поэтому в атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами (n, l, m_l, m_s).

9. Паули сформулировал принцип запрета, согласно которому эти четыре числа однозначно определяют состояние любого электрона в атоме. В любом квантовом состоянии в атоме может находиться не более одного электрона.

10. Принцип исключения Паули объясняет, почему атомы не могут занимать в пространстве одно и то же место. Квантовое поведение атомов и частиц означает, что они должны следовать определенным правилам, запрещающим им обладать одной и той же волновой функцией.

11. По сути, электроны, располагаясь на сферах энергетических уровней атома, имеют каждый свое уникальное ориентированное векторное направление спина. Только разной направленностью векторов спина электронов в атоме на каждом энергетическом уровне можно объяснить принцип В. Паули.

12. Для многоэлектронных атомов найдено, что для каждого энергетического уровня происходит расщепление на подуровни. Энергия электрона зависит уже не только от n, но и от орбитального квантового числа l. Для высоких энергетических уровней различия в энергиях подуровней достаточно велики, так что один уровень может проникать в другой.

13. Принцип минимума энергии определяет порядок заселения атомных орбиталей, имеющих различные энергии. Согласно принципу минимума энергии, электроны занимают в первую очередь орбитали, имеющие наименьшую энергию.

14. Электрон может занять любую свободную орбиталь, но, согласно принципу минимума энергии, всегда предпочитает ту орбиталь, у которой энергия ниже. Принцип запрета Паули ограничивает число электронов на каждой орбитали. Поэтому в одной ячейке (на атомной орбитали) может быть только один или два электрона.

15. В современной формулировке принцип Паули звучит так: две тождественные частицы не могут находиться в одном квантовом состоянии.

Все положения принципа Паули – необосновенная выдумка, не подтверждённая ни одним экспериментальным фактом. Паули использовал квантовые числа Зоммедельда, котрые были введены в теорию эмпирически, а спин элкетрона – в результате ошибочнй интеретации результатов эксперимента.

Странно, что принцп Паули не встретил непрятия, физики-теоретики проглотили лживый прицип, в результате в теории атома получилось такое нагромаждени орбит и орбиталей, а также квантовых чисел, что в них разобраться невозможно. Хотя природа рациональна и универсальна: всё сотворено как можно проще и по общему образцу

7.2. Разрушительные последствия принципа Паули для теоретической физики.

Апологеты квантовой механики до основания разрушили суть понимания атома и электрона. Если Бройль [25] и Гейзенберг [26] нанесли теоретической физике тяжёлые раны, то Паули наповал убил её. В разделах 5 и 6 показана роль электрона в процессах формирования электромагнитной волны от источника тепла, а также передачи энергии внутри физического объекта и на расстоянии между физическими телами.

Физика не знает процесса передачи и приёма энергии при тепловых процессах. Не имеет представления, как образуется электромагнитная волна при сжизании топлива. Запрет квантовой механики на вращение электрона вокруг своей оси привёл к полному непониманию физикой физики процесса нагревания всего в доме, когда печка топится. И пока в теоритической физике будет господствовать квантовая механика, это непонимание будет длиться бесконечно.

Квантовая механика – тупик теоретической физики. Теоретическая физика должна выйти из этого скорбного тупика.

7.3. Выводы.

1. Все положения принципа Паули – необосновенная выдумка, не подтверждённая ни одним экспериментальным фактом.

2. Паули использовал квантовые числа Зоммедельда, котрые были введены в теорию эмпирически, а спин элкектрона – в результате ошибочнй интеретации результатов эксперимента.

3. Природа рациональна и универсальна: всё сотворено, как можно проще, и по общему образцу.

4. Странно, что принцп Паули не встретил непрятия, физики-теоретики проглотили лживый прицип, в результате в теории атома получилось такое нагромаждение орбит и орбиталей, а также квантовых чисел, что в них разобраться невозможно.

5. Апологеты квантовой механики до основания разрушили суть понимания атома и электрона. Если Бройль и Гейзенберг нанесли теоретической физике тяжёлые раны, то Паули наповал убил её.

6. В результате запрета квантовой механики на вращение электрона вокруг своей оси создалось положение, что физика не знает процессов передачи и приёма энергии при тепловых процессах, не имеет представления о том, как образуется электромагнитная волна при сжигании топлива.

7. Пока в теоретической физике будет господствовать квантовая механика, непонимание процессов передачи и приёма энергии будет длиться бесконечно.

8. Квантовая механика – тупик теоретической физики. Теоретическая физика должна выйти из этого скорбного тупика.

A8. Общие выводы.

1. В современной формулировке принцип Паули звучит так: две тождественные частицы не могут находиться в одном квантовом состоянии.

2. Принцип Паули – одно из важнейших правил квантовой химии, которое позволило науке шагнуть вперед и понять природу разнообразия веществ на планете. Ему подчиняются электроны, протоны и нейтроны. Принцип объясняет существование различных атомов в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева.

3. Принцип Паули относится к результатам тех экспериментов, которые до сих пор не нашли своего единственного объяснения.

4. Спин электрона – это миф, рожденный методом проб и ошибок. Он поддерживается ложными концепциями, скрывающими свое бессилие в понимании живой диалектики природы.

5. Три квантовые числа, которые Зоммерфельд ввёл в свою атомную модель, были эмпирическими, они ни коим образом не могли характеризовать свойства атома.

6. Четвёртое квантовое число было получено в результате грубейшей ошибки экспериментаторов Штерна и Герлаха, и не имеет никакого физического смысла.

7. Тем не менее, эти четыре бессмысленные квантовые числа, которые не принесли успеха Зоммерфельду, Паули поднял из небытия и водрузил на щит, как составную часть своего принципа Паули.

8. Таких материальных частиц как квант и фотон в природе нет. Квантовая механика, как ветвь теоретической физики, исследует частицы и процессы, которых не существует.

9. Квантовая механика – ложное направление теоретической физики, несовместимое с наукой. Квантовая механика должна уйти из науки.

10. Передача любого вида энергии осуществляется только электромагнитными волнами.

11. Материальные частицы не могут переносить энергию. Все теории, в которых переносчиками энергии являются материальные частицы – ошибочны.

12. Все положения принципа Паули – необосновенная выдумка, не подтверждённая ни одним экспериментальным фактом.

13. Странно, что принцп Паули не встретил непрятия, физики-теоретики проглотили лживый прицип, в результате в теории атома получилось такое нагромаждение орбит и орбиталей, а также квантовых чисел, что в них разобраться невозможно.

14. Апологеты квантовой механики до основания разрушили суть понимания атома и электрона. Если Бройль и Гейзенберг нанесли теоретической физике тяжёлые раны, то Паули наповал убил её.

15. В результате запрета квантовой механики на вращение электрона вокруг своей оси создалось положение, что физика не знает процессов передачи и приёма энергии при тепловых процессах, не имеет представления о том, как образуется электромагнитная волна при сжигании топлива.

16. Пока в теоретической физике будет господствовать квантовая механика, непонимание процессов передачи и приёма энергии будет длиться бесконечно.

17. Квантовая механика – тупик теоретической физики. Теоретическая физика должна выйти из этого скорбного тупика.

A9. ССЫЛКИ НА ИСТОЧНИКИ.

[1] https://lektsii.org/8-29255.html

[2] Шпак Ю. Г. https://fb-ru.turbopages.org/fb.ru/s/article/17038/vehi-nauchnyih-otkryitiy-printsip-pauli