c Copyright - Karim A. Khaidarov, March 1, 2004.
Светлой памяти моей дочери Анастасии посвящаю
Истинное знание есть знание причин.
Френсис
Бэкон
рассмотрим вопросы, связанные со свойствами вещества, определяемыми свойствами предложенной ранее модели эфирного электрона.Принимая за факт [1] наличие во Вселенной эфира - единой квазиизотропной, практически несжимаемой и идеально упругой среды, являющейся исходной материей - носителем всей энергии, всех процессов, происходящих во Вселенной, и беря за основу представлений о нем развиваемую автором рабочую модель [2-6], представляющую его в виде двухкомпонентной доменной среды - корпускулярного и фазового, рабочую модель атома [7],
Credo quia absurdum.
св. Августин
“Отцы-основатели” теоретической физики вовсе не были прирожденными копперфильдами. Простодушие, однако, свойственно великим умам, и принимая за “чистую монету” предложенное, они ухищряют свой гениальный ум для осуществления стыковки нестыкуемого.
“Теория Друде”. Целое столетие из учебника в учебник, как библейскую притчу, переписывают историю об электронном газе Друде. И это несмотря на то, что допущение наличия электронного газа противоречит самой простой логике.
Модификация этой “теории” Зоммерфельдом не спасает положения, хотя дает намеки в правильном направлении – есть там какой-то скачок, который определяет движение электрона.
Орбиты Бора. Просматривая в библиотеке старые учебники физики для вузов, вижу подлог: даны фотографии атома с облаками электронных орбит. На поверку оказывается, что эти фото – просто воображаемая модель, воплощенная в техническую фотографию, призванную внушить читателю реальность этого абсурда.
Для “спасения” орбитальной философии, исключения таких парадоксов, как неизлучение ускоренного электрона, придумано множество уловок, которые подчас настолько тонки и абстрактны, что неуловимы как фокусы самого Копперфильда.
Волна Шрёдингера. Можно ли применить понятие волны к одной капле? Обладает ли капля свойствами дождевой тучи? Как написал известный и уважаемый физик в учебнике, “волновое уравнение Шрёдингера – невыводимо, в него надо верить”. Действительно, лучше не скажешь…
Наука, однако, в отличие от религии не терпит веры. Она основана на проверке опытом. Как показал горький опыт 20-го века, опора в науке только на количественные методы приводит нас к вольным и невольным заблуждениям. Фантастически объясняя чудесные успехи практических технологов и присваивая достижения технологии себе, физики-теоретики не просто присваивают себе незаслуженную славу, но и уводят общество в тупик действительно бессмысленной, опасной и капиталоемкой алфизики токамаков и других ядерных экспериментов.
Неоправданная сверхматематизация физики позволила доказать что всё – есть ничто, что неподвижное – движется, что движущееся явно с разной скоростью – движется константно и абсолютно относительно всего и ничего, а наш мир абсолютно релятивистичен, к тому же родился взрывом в назначенный час в самом себе…
Можно ли вырваться из этого сумашедшего дома? Попытаемся.
Иероним Босх, XV век |
Энрико Ферми ХХ век |
Большинство людей предпочитают безмерно трудиться, вместо того чтобы немного подумать
Томас Эдисон.
В работах [1-7] автором развивалась рабочая модель эфира, сводящаяся к следующему.
Эфир состоит из амеров - сферических упругих, практически несжимаемых первоэлементов размером в 1.616 ·10-35 [m], обладающих свойствами идеального волчка – гироскопа внутренней энергией 1.956 ·109 [J]. Как это показал еще лорд Кельвин, из таких свойств корпускул эфира легко вывести законы электромагнитного поля.
Основная часть амеров неподвижна и собрана в эфирные домены, обладающие при обычной температуре эфира 2.723 oK размерами, соизмеримыми с размером классического электрона. При этой температуре в каждом домене 2.708 ·1063 амеров. Размер доменов определяет поляризуемость эфира, т.е. и скорость световой волны в эфире. При увеличении размера домена скорость волны падает, так как возрастают погонные электрическая и в некоторых случаях магнитная проницаемости эфира. При увеличении температуры эфира домены уменьшаются в размере и скорость света возрастает. Эфирные домены обладают высокой силой поверхностного натяжения.
Между эфирными доменами с локальной скоростью света, определяемой температурой эфира, движутся свободные амеры, представляющие собой фазовый эфир. Множество амеров фазового эфира, двигаясь со среднестатистической скоростью, соответствующей локальной второй космической скорости, отражающей гравитационный потенциал, обеспечивает работу механизма стоков-истоков в трехмерном пространстве.
Действительный гравитационный потенциал создается вариациями давления эфира, абсолютное значение которого 2.126·1081 [kg/ms2], и представляет собой обычное гидростатическое давление. Таким образом, гравитация проявляется на трех уровнях: низкоскоростном (потоки фазового эфира), световом (потоки гравитонов) и быстром (передача давления в корпускулярном эфире).
Междоменные границы в эфире являются одноамерными, т.е. толщиной в один амер и менее, до плотностей вещества, сравнимых с ядерной. Фазовый эфир является мерой гравитационной массы вещества и накапливается в веществе, в нуклонах в пропорции 5.01·1070 [vac/kg], т.е. амеров фазового эфира на килогамм. В то время, как домены пустого эфира представляют собой своеобразную псевдожидкость, нуклон представляет собой домен эфира в состоянии вскипания, содержащий основную долю фазового эфира и, соответственно, гравитационной массы.
Согласно разрабатываемой модели эфира электроны представляют собой электризованные эфирные домены низкой температуры, находящиеся в псевдожидком состоянии и обладающие границами с высокой силой поверхностного натяжения, свойственной всем доменам эфира при его обычной низкой температуре 2.723 oK.
Такой домен, с заключенной в нем как в резонаторе электромагнитной волной, имеет на своей поверхности едичичный электрический заряд – амер в особом, возбужденном состоянии, циклически движущийся по “экватору” домена и создающий магнитный момент электрона.
Как показано в [7], электроны представляют тончайшие плёнки - “блины”, которые не вращаются по орбитам вокруг ядер атомов, а практически неподвижно “лежат” в нишах электромагнитного воздействия протонов ядра (сил Ван-дер-Ваальса).
Нейтрино интерпретируются как эфирные фононы [6], порождаемые эфирными доменами и распространяющиеся как с поперечной скоростью эфира – скоростью света, так и с продольной – скоростью быстрой гравитации. Кроме того, по всей видимости, есть другие типы этих солитонных волн [8], зарегистрированных, но неправильно интерпретированных Н.А.Козыревым [9]. Это низкоскоростные “псевдорелеевские” фононы половинной (0,6с?) скоростью и “каналовые” со скоростями 1.5 – 2.0 c.
(если Вы читали статью “эфирный атом” – пропустите этот параграф)
Как было показано в [3] электрон представляет собой заряженный эфирный домен, внутри которого циркулирует стоячая электромагнитная волна, отражающаяся от стенок домена. В момент образования электрона, как было показано там же [3], он имеет классический радиус - 2.82 ·10-15 [m], соизмеримый по размеру с доменом пустого эфира. Электрический потенциал поверхности электрона в этот момент – 511 kV. Однако такие параметры не являются устойчивыми, и по прошествии времени электростатическая сила растягивает домен электрона в своеобразную очень тонкую линзу, размеры которой определяются силами поверхностного натяжения домена. По эквипотенциальному и, следовательно, сверхпроводящему периметру этой линзы размещается электрический заряд электрона, растягивающий этот домен (рис. 2).
Рис. 2. Динамика изменения формы электрона после его возникновения.
Учитывая поверхностное натяжение σ эфирного домена и исходя из баланса этой силы с силой электростатического растяжения заряженного домена, создающей давление Δp согласно закону П.Лапласа [P. S. Laplace, 1806]
|
Δp = σ (1/r1 + 1/r2) , |
радиус электрона в отсутствии внешних электрических полей и его движения относительно окружающего фазового эфира, можно определить по следующей формуле
|
|
(1) |
где ε - диэлектрическая проницаемость эфира;
h -
постоянная Планка;
c - скорость света;
me - масса
электрона;
e - заряд электрона.
Величина (4) равна 1/2 постоянной Ридберга в пустом эфире. Внутри такого диска - домена циркулирует стоячая электромагнитная волна, имеющая, как было показано в [3] длину волны, равную четырем радиусам диска, так что на центр этого диска - резонатора приходится пучность волны, а на его периферию - узлы. Так как динамическая плотность эфира внутри такого домена изменяется обратно пропорционально квадрату радиуса диска, то скорость распространения электромагнитной волны в теле электрона такова, что в этот радиус всегда укладывается ровно четверть волны. Таким образом условие резонанса соблюдается всегда. Так как плотность внутри такого домена всегда выше динамической плотности окружающего эфира, а угол падения волны практически равен нулю, то имеет место явление полного внутреннего отражения.
В зависимости от внешнего электростатического поля, будучи эквипотенциальным, обод диска - электрона всегда разворачивается по нормали к вектору поля. Разворот может быть как одной, так и другой стороной, то есть "спином" электрона +1/2 или -1/2. Кроме того, радиус электрона строго зависит от напряженности электростатического поля, так как в электроне создается стягивающая сила, соответствующая напряженности этого поля. Этот эффект возникает потому, что стоячая электромагнитная волна является центросимметричным электрическим диполем, который пытается развернуться по вектору электростатического поля. В отсутствии внешней опоры и в связи с переменным характером электромагнитного поля это приводит лишь к возникновению центростремительной силы, изменяющей радиус диска как [10]
|
R = τ/2πεE [m], |
(2) |
где ε - диэлектрическая проницаемость эфира [F/m];
τ - линейная плотность заряда [C/m];
E - напряженность электростатического поля [V/m].
Формула (2) точно согласуется с экспериментальными данными по измерению сечения захвата электронов в воздухе [11].
Таким образом данная модель электрона согласуется с моделями электрона как витка тока, развиваемого в работах [12,13, 14].
С оговорками теорию Друде можно применить к плазме, где электроны движутся отдельно от ионов. Однако это будет уже не теория Друде, а теория газов.
В инертном газе электроны согласно предлагаемой модели находятся в нишах-оболочках, создаваемых ядерными электромагнитными силами (силами Ван-дер-Ваальса) и не вносят существенного воздействия на динамику газа.
В нейтральном многоатомном газе атомы молекулы газа прочно связаны электронами, что сказывается только на появлении различного рода диполей.
Другое дело – жидкость. В ней электроны валентных (наружных незаполненных) оболочек прочно привязывают атомы друг к другу. Макроскопическое свойство текучести, которое мы наблюдаем в человеческом масштабе времён (секунды) – является незначительным в миркомасштабе следствием температурного потенциала жидкости, в которой изредка, по масштабам микромира происходят перемещения электронов с одной межмолекулярной связи на другую. Скорость их ничтожна.
Известно, что атомы в твердых и жидких веществах расположены вплотную друг к другу. Если бы электроны представляли собой “идеальный газ”, то ни жидкостей, ни твердых веществ просто бы не существовало.
В твёрдых телах, также как и в жидкостях, под воздействием тепла изредка происходят перемещения электронов от молекулы к молекуле. Такие перемещения мы не замечаем, так как они происходят в другом масштабе времени. Геологам же они хорошо известны.
Электроны, представляющие согласно предлагаемой модели своеобразные “плёночные” магниты, играют исключительную роль “клея” связывающего атомы в молекулы, а молекулы в жидкие и твердые тела. Таким образом, основные силы, образующие жидкие и твердые тела, есть магнитные силы электронов и силы межамерной связи внутри эфирного домена - электрона.
Предельная прочность вещества Вселенной определяется именно последними. Как было установлено ранее [5, 7], температура эфира и электронов, как доменов эфира, внутри вещества очень низка. Последние по масштабам микромира – неподвижны в веществе и не могут играть роль носителей электрического тока в металах.
Что же может проходить сквозь твердое вещество, как швейная игла сквозь материю, не разрушая ее и не испытывая существенного сопротивления?
Предложенная модель электрона позволяет по-другому взглянуть на куперовскую пару.
Электростатические силы отталкивания зарядов, как известно, определяются квадратом расстояния между ними, а силы магнитного притяжения электронов – третьей степенью расстояния. Это легко показать. Магнитное поле в центре кругового витка радиуса r, по которому течет ток
H= 2Pm/(4πR3) |
(3) |
где Pm = const - магнитный момент электрона
Таким образом, принципиально, ничто не мешает сблизиться двум электронам. Можно показать, что это состояние связи таких двух магнитов – устойчиво (теорема Ирншоу тут ни при чем, - она относится к проблеме магнитов, летающих в пустоте), если действие теплового движения сторонних доменов корпускулярного эфира и поток фазового эфира не разрушат эту пару. Количественное условие этого, предварительный вывод которого получен автором - около 4oK.
Предлагаемая модель спаренных электронов показана на рисунке 3.
Рис.3 Эфирная модель куперовской пары
Согласно этой качественной модели электроны сближаются до предельно возможного состояния, когда они вместе занисают сферу объемом в 2 эфирных домена – два классических объема электрона. “Точечные” (амерные) элементарные заряды ращаются по экватору этой сферы на расстоянии диаметра сферы. Плоскость экватора является границей между двумя электронами – эфирными доменами. Это плоскость максимального магнитного потока двух зарядов. Так как заряды не сближаются на расстояние менее двух радиусов электрона, то электростатическая сила отталкивания не превышает величины
|
F = e2/16πεr2, r = 21/3re |
(4) |
где re – классической радиус электрона 2.818 ·10-15 [m].
Энергия связи двух электронов будет определяться разницей потенциальной энергии притяжения двух электронов – магнитов, создаваемой напряженностью магнитного поля (3) и энергии, затраченной на сближение двух одноименных зарядов отталкиваемых силой (4)
|
Wc = Wm – We (5) |
(5) |
Главное в том, что, как показано в предыдущем параграфе, при увеличении напряженности электростатического поля, неважно – какого знака, электрон уменьшается в размерах согласно формуле (2). Таким образом линейный размер куперовской пары в 105 раз меньше, чем электрона во внешней оболочке атома – 10-10 [m].
Таким образом, видно, что будучи соизмеримой с величиной незаряженного эфирного домена, куперовская пара может свободно проникать через вещество.
Так как взаимодействие электронов всегда начинается с “токопроводящего обода”, то в процессе образования куперовской пары она приобретает механический импульс и делает прыжок в сторону, определяемую начальными условиями и вектором электрического поля. Это явление наблюдаемо в виде анизотропии направленности сверхпроводимости, но маскируется при высоких температурах.
На рисунке 4 изображен процесс образования куперовской пары под воздействием флуктуации внешнего электрического поля. Флуктуации электрического поля могут происходить по нескольким причинам:
Рис.4. Процесс коллапса двух валентных электронов в куперовскую пару.
В процессе коллапса двух валентных электронов с атомарной оболочки в куперовскую пару естественным образом возникает механический импульс, который придает куперовской паре практически фиксированную начальную скорость. Эта скорость естественным образом зависит от потенциальной энергии электронов в оболочке атома, однако, с связи с тем, что их радиусы до и после различаются в 100000 раз, влияние начальной энергии электронов ничтожно. Энергия куперовской пары (5) практически однозначно определяется ее радиусом. Именно эта энергия и импульс, приданный паре при рождении переносятся ее движением. Этим определяется передача тепла в процессе движения зарядов – куперовских пар в веществе.
Скорость переноса заряда куперовскими парами есть электрический ток.
Существуют ли куперовские пары при обычных температурах? Да. И это подтверждают эксперименты по “туннелированию” куперовских пар даже через диэлектрики, квантовый эффект Холла, и просто металлическая проводимость.
Во всех эффектах, связанных с движением электронов в металлах присутствует величина 2e а не e. , Однако, время существования куперовской пары при комнатной температуре ничтожно. Оно составляет величину порядка 10-8 [s].
Почему тогда может существовать большой ток в металлах?
Дело в том, что схлапывание валентных электронов в куперовские пары происходит постоянно под воздействием той же температуры. И Чем выше последняя, тем выше интенсивность образования куперовских пар. При комнатной температуре их концентрация около 1011 на cm3 металла. С понижением температуры как интенсивность их образования, так и интенсивность распада падают. Общая проводимость остается такого же порядка. Простым легированием, т.е. добавляя катализатор или ингибитор этой реакции, можно изменять знак и величину ТКС проводника как угодно. Это еще одно опровержение “газово-электронной” теории проводимости. Таким образом незаполненная (окрытая) оболочка металла является донором куперовских пар. Вот и всё.
Можно ли практически наблюдать рождение и гибель куперовских пар? Да. И это уже давно наблюдаемо. Это так называемая прыжковая проводимость. Она наблюдается при низких температурах и малых токах во многих экспериментах.
С ней связано характерное сопротивление, определяющее интервал между рождением и гибелью одной куперовской пары
R = h/e2 = 25 [kOhm]
Таким образом обычное явление проводимости в металлах не является “электронным”, но лишь “куперовским”.
В диэлектриках куперовские пары не образуются в связи с тем, что валентные электроны, находящиеся в уже сформированных, закрытых оболочках – нишах, образованных ядерными электромагнитными силами (силами Ван-дер-Ваальса) обладают большим запасом прочности сцепления.
В чистых полупроводниках куперовские пары образуются очень редко, так как в таких веществах отсутствуют дислокации, приводящие к возникновению повышенной локальной напряженности электрического поля. В данном случае основным фактором образования куперовских пар является температура – тепловое движение атомов.
В такой ситуации естественным является экспоненциальный закон роста проводимости с температурой.
В связи с малой подвижностью валентных электронов в полупроводнике (как в прочем и в любом веществе) при рождении куперовской пары образуется и положительный островок в валентной оболочке – дырка, где нехватает двух электронов.
Это образование имеет направление движения обратное движению куперовских пар, то есть в сторону отрицательного электрического полюса. Его скорость определяется скоростью смещения валентных электронов под действием внешнего электрического поля и температуры.
В примесных полупроводниках ситуация меняется в сторону увеличения проводимости за счет легирования n или p примесями. В первом случае возникают островки – доноры с избытком электронов, своеобразные “иглы”, с которых “стекают” куперовские пары.
Во втором случае образуются своеобразные ямы с недостатком электронов, создающие в полупроводнике условия для движения валентных электронов. Это тот случай, когда проводимость по постоянному току обеспечивают валентные электроны без пары. Известна малая скорость этих носителей.
В металлах ситуация меняется еще более в сторону увеличения проводимости. Это связано с тем, что металл состоит полностью из донорного вещества, рождающего куперовские пары.
Как мы уже выяснили, куперовская пара переносит фиксированное количество тепла (энергии) и имеют практически фиксированный импульс при рождении. Если теплопроводность металлов зависит в основном от движения этих пар, то естественным было бы считать, что перенос тепла пропорционален количеству рожденных пар и среднему времени их жизни. Количественно это выражается в законе Видемана – Франца как инвариантность отношения теплопроводности K к электропроводности σ
K / σ = LT, L = nk2 / e2,
где L – число Лоренца; T – абсолютная температура; k – постоянная Больцмана;
e – заряд электрона, n – число степеней свободы (показатель степени в функции времени жизни носителей).
Время жизни куперовской пары зависит от того, в каком направлении кристаллической решетки она будет “излучена”, так как в зависимости от этого на ее пути встретятся те или иные препятствия. Таким образом обратная проекция кристаллической решетки (решетка Браве) естественным образом отражает распределение этих препятствий. Недостаток применения такой решетки лишь в том, что при этом не учитывается асимметрия точки рождения куперовской пары.
На рисунке 5 изображено изменение параметров проводимости - теплопроводности в зависимости от абсолютной температуры.
Рис.5. Зависимость параметров электронных пар от температуры.
(1 - частота рождения электронных пар, 2 - время жизни, 3 - электропроводность, 4 - теплопроводность)
Частота рождения электронных пар естественно зависит от температуры и носит в диапазоне средних температур экспоненциальный характер
Fb = A exp(KT/W).
Время жизни, наоборот, уменьшается с ростом температуры эфира в веществе, так как эфир разогревает электронные пары, что приводит к их нестабильности и разрушению
t = B exp(W/KT).
Электропроводность пропорциональна концентрации электронных пар
σ = Fbt.
Как было уже рассмотрено выше в законе Видемана - Франца, теплопроводность растет быстрее, чем электропроводность, так как связана с количеством движения, а не с энергией
K = σ
LT.Как уже было отмечено, для полупроводников, основным ограничивающим фактором проводимости которых является рождение электронных пар, поэтому зависимость их электропроводности от температуры носит экспоненциальный характер.
Для металлов можно подобрать как положительный, так и отрицательный ТКС путем легирования.
Естественным явлением для предложенного механизма является сверхпроводимость. Она возникает тогда, когда время жизни куперовских пар становится таким, что все валентные электроны, которые могут превратиться в куперовские пары, превращаются в них. Это происходит лавинообразно при достижении критической температуры сверхпроводимости по той простой причине, что при своем образовании, куперовские пары забирают часть тепла в веществе.
Именно куперовские пары могут претендовать на роль того “электронного газа”, который носится с большой скоростью по веществу. Именно поэтому, при фазовом переходе к сверхпроводимости происходит скачок теплоемкости – признак появления новых степеней свободы, новых частичек в веществе.
При сверхпроводимости количество носителей возрастает до величины порядка 1022 на cm3. Кроме того продолжительность их жизни резко возрастает.
Идеальной “машиной” для образования куперовских пар является уникальный элемент таблицы Менделеева – кислород. Он единственный элемент - акцептор с дефицитом электронов в замкнутой оболочке равным 2. Это означает, что принимая 2 дополнительных электрона в эту оболочку, он производит куперовские пары.
Таким образом, изветные купраты – естественная пара “донор-акцептор”, преобразующая электроны в куперовские пары.
При применениии в составе сверхпроводника переходных и редкоземельных элементов, которые обладают “активными” электронными оболочками [7], возможно осуществить интенсивную подачу электронов в купратную машину, поддержание температуры фазового эфира внутри вещества ниже, чем стандартная 2.7 oK. Коэффициент термодинамической трансформации в современных сверхпроводниковых композициях достигнут 30 и более.
Так как на температуру эфира в веществе действует “медленная гравитация” - поток фазового эфира, то наблюдается изотопический эффект, пропорциональный квадратному корню ядерной массы.
Подвергая вещество большому давлению, сокращающему “паразитные” межатомные пустоты, доставляющие дополнительную степень свободы внешним электронам, мы можем понизить эффективную температуру эфира внутри вещества. Давлением мы просто насильно “успокаиваем” биение электронных пленок в потоках эфира. Того же эффекта “усмирения” можно добиться выбирая более плотную упаковку кристалла.
Подвергая вещество сверхпроводника магнитному полю, мы естественным образом сокращаем время жизни куперовских пар. Это снижает как температуру сверхпроводимости, так и температуру сверхтекучести.
При охлаждении гелия до температуры образования куперовских пар в его единственной электронной оболочке мы получаем интересную скелетообразную структуру (см. рис. 5). Эта структура как нож для резки яиц легко входит в обычный гелий и проходит сквозь самые маленькие отверстия.
Рис. 5. Жидкий гелий до (а) и после (b) образования куперовских пар.
Сразу бросается в глаза возникновение анизотропии у сверхтекучего гелия. Это реально наблюдаемый факт.
Предлагаемая модель электрона в теории эфира позволила по-другому объяснить проводимость в металлах и явление сверхпроводимости.
Пролив свет на механизм низкотемпературной и высокотемпературной сверхпроводимости она позволяет найти методы коренного улучшения параметров сверхпроводников.
Взглянув на реальную природу и свойства электрона можно добиться многого не только в физике, но и химии.
Карим Хайдаров
Боровое, 1 марта 2004 г.
Дата зарегистрированного приоритета: 2 марта 2004 г.
|
|
 |
