Вопросы естествознания. Модель Бора.
Jun. 25th, 2020 12:31 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
bowhillВ предыдущей беседе на тему атомов описывать устройство атома никто не спешил. И это вообще-то понятно. Поэтому я попробую изложить популярные взгляды на эту тему и продолжить обсуждение вопросов.
Итак, есть модель Резерфорда—Бора, мы изучаем её в школе и в институтах, за вычетом специализированных физических факультетов и институтов. Это именно та модель, с которой живут, наверное, девяносто процентов людей с техническим и почти все с другими видами образования. Это та модель, которую мы видим в научных передачах на ТВ и клипах физиков в Интернете.
Итак, у нас есть пустое пространство космоса, в котором встречаются протон (+) и электрон (-). При благоприятных условиях они притягиваются, образуют систему и получается атом — это водород. Этот водород собирается в облака, облака под действием собственной гравитации собираются в звёзды, в которых начинаются реакции термоядерного синтеза элементов вплоть до железа, часть звёзд взрывается сверхновыми — образуются элементы тяжелее железа, в общем, всё то, из чего мы с вами состоим. Но вернёмся к атому водорода.
В модели Бора лёгкий электрон вращается вокруг тяжёлого протона. Вращение — это движение с ускорением. Заряженная частица, которая движется с ускорением, создаёт электромагнитное излучение. Элементами этого излучения являются фотоны. Так что электрон должен непрерывно излучать, терять при этом энергию и, в итоге, падать на протон. Примерно так же спутники, тормозясь о воздух, нагревают себя и атмосферу, теряют энергию и падают на Землю. Но с электроном этого не происходит — он движется с ускорением без излучения. И поэтому мы аксиоматически вводим правило, по которому электрон может находиться только на определённых орбитах (состояниях), и излучать фотоны только фиксированных порций (квантов) энергии, соответствующие этим орбитам.
А теперь несколько вопросов на определение основных характеристик перехода электрона с орбиты на орбиту (времени, пути и т.д.). Вопросы не расчётные, а оценочные, то есть на определение порядков величины и физического смысла процессов. Назовём время перехода электрона с одной орбиты (состояния) на другую временем t.
Вопрос 1: Оцените время t.
Если так удобнее, то можно выбрать из вариантов: a) 0; b) планковское время; c) время распространения информации; d) кинематическое время (изменения скорости вращения).
Вопрос 2: Где будет находиться электрон в момент времени t/2.
Я понимаю, что люди, закончившие физические факультеты могут пользоваться квантовой моделью, и разговор об этом будет впереди, потому что эти вопросы можно изменив сформулировать и в квантовой модели. Но этот разговор не на глубину знания физики и не только о физике. Так что пока разговор о физическом смысле существенного процесса в терминах и параметрах модели, которую мы все учили, учим сейчас и которая известна очень многим.
---
1. «Вопросы естествознания». https://bowhill.dreamwidth.org/320884.html (06.15.2020)
Итак, есть модель Резерфорда—Бора, мы изучаем её в школе и в институтах, за вычетом специализированных физических факультетов и институтов. Это именно та модель, с которой живут, наверное, девяносто процентов людей с техническим и почти все с другими видами образования. Это та модель, которую мы видим в научных передачах на ТВ и клипах физиков в Интернете.
Итак, у нас есть пустое пространство космоса, в котором встречаются протон (+) и электрон (-). При благоприятных условиях они притягиваются, образуют систему и получается атом — это водород. Этот водород собирается в облака, облака под действием собственной гравитации собираются в звёзды, в которых начинаются реакции термоядерного синтеза элементов вплоть до железа, часть звёзд взрывается сверхновыми — образуются элементы тяжелее железа, в общем, всё то, из чего мы с вами состоим. Но вернёмся к атому водорода.
В модели Бора лёгкий электрон вращается вокруг тяжёлого протона. Вращение — это движение с ускорением. Заряженная частица, которая движется с ускорением, создаёт электромагнитное излучение. Элементами этого излучения являются фотоны. Так что электрон должен непрерывно излучать, терять при этом энергию и, в итоге, падать на протон. Примерно так же спутники, тормозясь о воздух, нагревают себя и атмосферу, теряют энергию и падают на Землю. Но с электроном этого не происходит — он движется с ускорением без излучения. И поэтому мы аксиоматически вводим правило, по которому электрон может находиться только на определённых орбитах (состояниях), и излучать фотоны только фиксированных порций (квантов) энергии, соответствующие этим орбитам.
А теперь несколько вопросов на определение основных характеристик перехода электрона с орбиты на орбиту (времени, пути и т.д.). Вопросы не расчётные, а оценочные, то есть на определение порядков величины и физического смысла процессов. Назовём время перехода электрона с одной орбиты (состояния) на другую временем t.
Вопрос 1: Оцените время t.
Если так удобнее, то можно выбрать из вариантов: a) 0; b) планковское время; c) время распространения информации; d) кинематическое время (изменения скорости вращения).
Вопрос 2: Где будет находиться электрон в момент времени t/2.
Я понимаю, что люди, закончившие физические факультеты могут пользоваться квантовой моделью, и разговор об этом будет впереди, потому что эти вопросы можно изменив сформулировать и в квантовой модели. Но этот разговор не на глубину знания физики и не только о физике. Так что пока разговор о физическом смысле существенного процесса в терминах и параметрах модели, которую мы все учили, учим сейчас и которая известна очень многим.
---
1. «Вопросы естествознания». https://bowhill.dreamwidth.org/320884.html (06.15.2020)
no subject
Date: 2020-06-25 08:01 pm (UTC)что я вспомнил не так?
no subject
Date: 2020-06-25 09:12 pm (UTC)Так что школьный курс химии может быть и школьным курсом алхимии, поскольку для него волновая функция — такое же крыло летучей мыши.
Вообще же о моделях хотелось бы дальше поговорить.
no subject
Date: 2020-06-25 10:03 pm (UTC)no subject
Date: 2020-06-26 12:44 am (UTC)no subject
Date: 2020-06-26 01:28 am (UTC)как я понимаю
Date: 2020-06-26 06:52 pm (UTC)а не сам электрон
no subject
Date: 2020-07-01 04:35 pm (UTC)С другой стороны, все модели — как бы модели. Можно порассуждать в рамках одной из них, например, для индукции нашей работы с моделями. К тому же, наверное, такую или схожую проблему можно определить и в терминах квантовой механики.
no subject
Date: 2020-06-26 06:42 am (UTC)Находясь на орбите, электрон не излучает постоянно, а потому ничего не теряет. Он движется по орбите без ускорения. Поясню. Электрон и протон притягиваются, т.е. электрон "падает" на протон. Но вектор скорости электрона перпендикулярен этому вектору притяжения. Их результирующая и создаёт круговое движение. Это баланс. В результате, модуль вектора скорости электрона на орбите константа, изменяется только аргумент.
Допустим, на атом что-то воздействует извне, нарушая баланс системы. Электрон либо испускает фотоны, либо поглощет их. При этом электрон теряет или получает массу, что изменяет его момент импульса, нарушает баланс системы и переводит электрон на другую орбиту с другой скоростью, на которой баланс восстановится.
Но мы знаем, что масса электрона константа, она не меняется ни при каких условиях. И мы оказываемся в релятивистской физике, в которой масса и время зависят от скорости. Скорость электрона на разных орбитах разная, но вот масса и время оказываются неизменными. Поэтому переход с орбиты на орбиту не отнимает и не добавляет электрону массу и не требует времени.
no subject
Date: 2020-07-01 04:47 pm (UTC)Для релятивистской физики, я бы сказал, что мало энергии и скорости. Но если Вы предлагаете заменить энергетический баланс, массовым (меняется масса, а не энергия) — это интересно, но надо рассматривать отдельно, это уже будет другая модель. Движение с ускорением, при этом, всё равно сохраняется, даже при падении (хотя бы и яблока на землю).
А в рамках боровской модели так же интересно то, что нулевое время перехода сочетается в нас самих с постулатами об ограничении скорости взаимодействий и движения масс.
no subject
Date: 2020-07-01 06:48 pm (UTC)Бор добавил релятивизма. В его модели масса константа, но это уже релятивистская масса, которая зависит от скорости. На разных орбитах разная скорость, но одинаковые масса и время. Получаем облако орбит с разными энергетическими состояниями электрона. Электрон не переходит с орбиты на орбиту, а изменяет своё энергетическое состояние, в результате искажается пространство-время, и как бы сами орбиты подходят под электрон :)
Именно постулат о постоянстве скорости света и создаёт искажение пространства-времени. Если бы скорость света была переменной, то пространство, время и масса были бы постоянными.
no subject
Date: 2020-07-02 07:40 pm (UTC)no subject
Date: 2020-07-01 06:53 pm (UTC)no subject
Date: 2020-06-26 02:06 pm (UTC)Умствование ради умствования? Ну, если коту делать нечего...
Давайте так. Если вас интересует точка зрения науки, то десятитомник Ландавшица вам в помощь. Если на релятивистских квантах у вас начнет плавиться мозг - ну, будете далеко не один такой, я предупредил. Классические кванты там, в целом, понятны, как и статфиз, и класмех, и теория поля - а остальное я не читал, я не физик.
Если вас интересует соцопрос, то буду позориться. Начнем с того, что в тех масштабах, которыми мы оперируем, у нас все очень неинтуитивно и не по здравому смыслу. Вот помянутое вами и изрядно популярное у неспециалистов планковское время (1е-44с, что ли) - это просто удобный для теорфиза конструкт, а не некая магическая величина - хотя, быть может, теория струн и ломается на этих масштабах, я в ней не разбираюсь.
Итак, вот мы скормили электрону фотон, и электрон на радостях возбудился и сменил орбиталь, ну то есть условно перераспределился в пространстве. Как быстро он это сделал - да понятия не имею, но точно не быстрее скорости света и точно быстрее, чем нужно для многих (но не всех) приложений. Хотя стоп, это же электрослабое взаимодействие, имеющее свою скорость - ну вот в с ней и. Какова она - в душе не знаю, да здравствуют справочники.
А вот "где он находился через t/2" - это вообще неправильный вопрос. Сначала надо понять, а мы вообще можем это t/2 померить или нет. Ну пусть можем. А дальше нам интересно как выглядела плотность электронного облака в момент t/2, или нам надо именно померить? Во втором случае надо еще понять, как померить, ну и упереться в Гейзенберга, хотя он-то нам побоку, нам же момент не нужен.
Если как выглядит электронное облако - то не знаю. Я на таком уровне кванты никогда и не знал. А где он будет, если померить... ну а сначала померьте :). С очень хорошей вероятностью попадете в ангстрем, если фотон не очень злобный был :).
Если что, мне не жалко расписаться в том, что я ни черта не понимаю, как электрон сам с собой создает интерференционную картину - хотя есть ненулевой шанс, что если передо мной вывалить теорию этого дела, то я смогу в нее въехать. А это ж банальный корпускулярно-волновой дуализм.
no subject
Date: 2020-07-01 04:55 pm (UTC)Про весь предложенный обширный и вполне интересный оффтопик можно поговорить отдельно, но пока тема другая: у нас есть, скажем так, известная многим модель, в её рамках есть не тёмный угол, а основной физических процесс со своим физическим смыслом. Итак, Вы на вопросы в рамках этой модели ответить можете?
(нет, это не соцопрос, если Вам принципиально значимо определение жанра — ближе всего будет предложение подумать и обсудить).