Нерешенные проблемы и возможные пути их решения

1. Поведение электронов в атоме

Известно, что серьезная проблема в классической физике возникла при попытках описания атомных спектров излучения и поглощения. Эта задача привела к возникновению описания атома, основанного на постулатах квантовой механики. Вначале квантовая механика основывалась на постулатах Бора, а затем в качестве основного постулата было взято волновое уравнение Шредингера.

Из представленного здесь рассмотрения поведения электронов следует, что из-за переворота спина электрона возникают очень большие кратковременные силы, действующие на электрон. При перевороте спина электрон переходит на другую орбиту, излучая или поглощая при этом квант электромагнитного излучения на частоте  ω=ε/ћ, где ε - энергия перехода (см. раздел "Переворот спина в поле заряда"). Однако конкретно орбиты электронов в атомах до сих пор не описаны. Имеются только некоторые идеи как их получить.

Первая идея, которая возникает в связи с исследованием возможности классического описания поведения электронов в атоме состоит в том, чтобы вывести уравнение Шредингера из законов поведения электронов, для которых учтены их угловые и магнитные моменты.

В связи с этим возникает первый вопрос - а достаточно ли учета только этих свойств для обоснования таким образом уравнения Шредингера? Имеются серьезные соображения, которые указывают на то, что уже известны все необходимые свойства электронов для достижения этой цели. Во первых, для заряженной частицы с магнитным моментом, в принципе, могут существовать траектории, по которым они безизлучательно двигаются. Для этого необходимо только, чтобы излучение от колебательного движения электрона в атоме полностью погашалось излучением из-за изменения направления его магнитного момента.

Этому мнению способствует тот факт, что в уравнении движения электрона с магнитным моментом появляются все те же параметры, что и в уравнении Шредингера, которое довольно хорошо описывает устойчивые состояния атома водорода. Действительно, одномерное стационарное уравнение Шредингера вида можно представить в более простом виде, где  Lv=ћ/2mv - электромагнитный масштаб длины, v - скорость движения рассматриваемой частицы. Об этом электромагнитном масштабе длины Lv много написано в работах [14-15]. В частности Lv определяет расстояние, на котором величина магнитного поля из-за движения электронного заряда сравнивается с напряженностью магнитного поля собственного момента электрона. Он определяет также шаг спирали магнитного поля движущегося электрона если спин его направлен вдоль направления движения [14-15]. Все это указывает на то, что влияние собственного магнитного момента электрона уже учтено в уравнении Шредингера.

Это косвенным образом указывает на то, что вывод уравнения Шредингера (или близкого к нему) можно сделать уже на основе имеющихся знаний о свойствах электрона. Однако, несмотря на это вывод уравнения Шредингера на основе классических законов до сих пор не осуществлен. Более того, имеются соображения о том, что вывести точно уравнение Шредингера из классических законов движения электрона нельзя в принципе. Это связано с тем, что уравнение Шредингера допускает практически мгновенное перемещение частицы в пространстве, в то время как законы классической физики это запрещают. Кроме этого законы классической физики запрещают нарушение законов сохранения энергии, поэтому вероятность нахождения электрона в атоме водорода на больших расстояниях должна быть равна нулю, в то время как уравнение Шредингера допускает малую, но все же ненулевую вероятность нахождения частицы вдали от атома.

Одним из выходов из этой ситуации является предположение, что описание на основе классических законов (если оно существует) должно быть несколько иным, и только при каких-то допущениях оно оказыается похожим на описание, основанное на уравнении Шредингера. Описание атома на законах классической физики должно соответсвовать образу мышления самой классической физики.

Вторая идея описания поведения электронов в атоме связана с отысканием устойчивых безизлучательных движений электрона в атоме. Дело в том, что при вращении спина частицы вокруг направления ее движения происходит некоторая компенсация электромагнитного поля, связанного с перемещением заряженной частицы вдоль ее траектории. В этой связи Грызинским был видвинут постулат о вращении спина вокруг направления движения заряженной частицы [2]. Однако более тщательный анализ показал, что этого постулата недостаточно для объяснения полной компенсации излучения, связанного с движением этой заряженной частицы. Компенсация излучения происходит толко в одном направлении. Для объяснения полной компенсации необходимы предположение о более сложном характере электромагнитного поля этой частицы чем просто предположение о том, частица обладает только зарядом и вращающимся дипольным магнитным моментом.

Сложность осуществления этих идей состоит в том, что необходимо в обоих случаях описать траекторию электронов в атоме. Именно для этого нужны исследования движения электронов с учетом магнитного и углового моментов. Разделы  "Учет магнитного момента частиц" и   "Учет углового момента частиц" посвящены именно этим проблемам.

Третья (дикая) идея основана на том, что анализ конфигурации магнитного поля движущегося электрона показывает, что в этом поле с одной из сторон электрона существует дырка в магнитном поле [14-15]. Если анализировать траектории электрона в атоме водорода, то при энергии электрона -13.6 эВ (т.е. в основном состоянии атома водорода) электрон всегда пропускает ядро атома водорода только через эту дырку. Это справедливо как для круговой орбиты электрона, так и для любой элиптической орбиты при энергии электрона -13.6 эВ.

Наиболее вероятно, что это случайное совпадение. Однако, чем черт не шутит?  

Присылайте формулировки наиболее важных, нерешенных проблем в области атомной физики и в близких областях. Мы готовы попытаться решить их на основе законов классических физики вместе с вами. Сообщения посылайте на e-mail newkvant@mail.ru.