Вихревые модели молекул водорода

Ранее была рассмотрена витковая модель атома водорода. Теоретически возможна и орбитальная модель. По уточнениям Зоммерфельда, круговые орбиты электрона в атоме водорода, предложенные Бором, являются только частным случаем эллиптической орбиты. Так как масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона, то взаимодействие протона и электрона приближенно сводится к вращению электрона вокруг протона.

Рисунок 1. Вид электронных орбит атома водорода

При таком представлении, чем длиннее эллипсоидальная орбита, тем больше вероятность соприкосновения с другими атомами, тем больше вероятность возникновения химической реакции. Теория Зоммерфельда показывает форму траектории движения электрона в атоме, но не раскрывает принципов превращения плоской формы атома в объемную форму. Модель автора устраняет этот недостаток. В этой модели объемную форму электронного облака формируют джеты – два гибких воронкообразных вихря, связывающих между собой электрон и протон. Вихри истекают из торцов (полюсов) электрона и втекают в торцы (полюса) протона. Наличие таких вихрей у частицы формирует свойство частицы, называемое зарядом.

Рисунок 2. Изображение разрезов орбитальной модели атома водорода

При слиянии торцевых вихрей протона и электрона они перестают воздействовать на окружающее пространство, то есть происходит взаимная компенсация зарядов. Электрон движется вокруг протона в плоскости, проходящей через экватор протона, в направлении вращения протона. Если траектория движения электрона круговая, то джеты формируют электронное облако в виде тороидальной поверхности. В этом случае форма поверхности атома будет полностью совпадать с формой модели атома, описанной ранее. Если траектория эллиптическая, то тороидальная поверхность имеет искаженную вытянутую форму.

Рисунок 3. Изображение поверхности орбитальной модели атома водорода

Таким образом, в любом случае, независимо от того, движется ли электрон в плоскости экватора протона (орбитальная модель, спин электрона=1/2) или наматывает витки, проходя при каждом витке через центральное отверстие протона (витковая модель, спин электрона=0), форма поверхности атома имеет торообразную форму. При такой форме слипание двух атомов водорода теоретически возможно либо полюсами, либо экваторами. Если в области соприкосновения электроны движутся в одном направлении, то атомы притягиваются друг к другу (потоки одного направления притягиваются), в противном случае - отталкиваются. Таким образом, теоретически возможны два типа атомов – витковой модели и орбитальной модели, две формы молекул водорода – экваториальная (атомы слипаются экваторами) и осевая (атомы слипаются полюсами). Каждая форма может иметь две разновидности – спины ядер параллельны и спины ядер антипараллельны. Шесть вариантов молекул изображены на рисунке ниже. В одной половине вариантов спины ядер атомов параллельны. В другой половине вариантов спины ядер атомов антипараллельны. В молекулах водорода оба атома равноправны. Причины проявления такого рода гомеополярной связи классической физикой объяснить не удалось и официальной науке пришлось прибегнуть к квантовому объяснению. С точки же зрения вихревой газодинамики, никакого чуда здесь нет, взаимодействие происходит по законам вихревых взаимодействий, действующих и в макромире. Атомарный водород может существовать только в особых условиях. Для этого на предварительно диссоциированный водород воздействуют сильным и резко неоднородным магнитным полем. В экспериментах жидкий атомарный водород получить не удалось - он оставался газообразным вплоть до температуры 0.08К.

Рисунок 4. Теоретические способы слипания атомов водорода

Экспериментаторы научились распознавать только две модификации молекул водорода. Молекулы с противоположно направленными спинами ядер называют пара-водородом, а с одинаковым направлением спина ядер – орто-водородом. В газовом состоянии при температуре 80К количество молекул пара-водорода и орто-водорода одинаково, при увеличении температуры увеличивается количество молекул орто-водорода, при уменьшении температуры увеличивается количество молекул пара-водорода. Повышение температуры сопровождается повышением средней кинетической энергии молекул. Столкновение молекул, соответственно, сопровождается усилением возбуждения атомов, что означает повышение вероятности эллиптической траектории электронов в атомах орбитальной модели. При круговой траектории торцевые вихри создают на полюсе атома правильную тороидальную поверхность, которая способна слипаться с полюсом другой правильной тороидальной поверхности любых размеров. А при эллиптической траектории движения электрона торцевые вихри создают на полюсе атома вытянутую тороидальную поверхность, которая способна слипаться только с точно такой же поверхностью и точно так же повернутой. Понятно, что вероятность соприкоснуться с точно такой же поверхностью ничтожна. Поэтому повышение температуры должно сопровождаться увеличением вероятности существования осевых молекул с атомами витковой модели с параллельными спинами ядер (вариант 6), что соответствует свойствам орто-водорода. Экваториальные молекулы с атомами витковой модели могут быть только с антипараллельными спинами ядер атомов (вариант 3), но изменение температуры никак не сказывается на вероятности их существования. Другое дело – молекулы орбитальной модели с антипараллельными спинами ядер (вариант 2). Уменьшение температуры должно сопровождаться уменьшением вероятности возбуждения атомов при столкновении молекул. В этом случае должна повышаться вероятность совпадения направления вращения электрона с направлением вращения протона, потому что такое соотношение более естественно (возмущения от вращения протона увлекают во вращение электрон), следовательно, такие молекулы соответствуют свойствам пара-водорода. При неких высоких температурах должны полностью исчезнуть варианты 4 и 5, с другой стороны, при достижении неких низких температур должны исчезнуть полностью вариант 1 и опять вариант 4. При температуре жидкого азота экспериментаторам удается выделять чистую модификацию пара-водорода, то есть удалить варианты 5 и 6, оставив только варианты 2 и 3.

Рисунок 5. Экваториальная молекула орбитальной модели

Из оставшихся двух вариантов подробно остановимся на варианте 2, который имеет очень интересную особенность. С одной стороны, в месте соприкосновения атомов электроны совместно с торцевыми вихрями создают общий поток, создающий силы притяжения между атомами. С другой стороны, вращение электрона и торцевых вихрей каждого атома создает перпендикулярные силам притяжения силы смещения, толкающие соседний атом. Такая молекула способна самостоятельно двигаться в пространстве без воздействия внешних сил, она как бы имеет собственный внутренний движитель. Такая способность вполне подходит под понятие сверхтекучести. Но сверхтекучесть водорода экспериментально не обнаружена.

Рисунок 6. Фазовая диаграмма водорода

Самое простое объяснение – конфигурации молекулы вариант 2 физически не существует. Второй вариант объяснения – жидкого молекулярного водорода не существует. На фазовой диаграмме водорода показано, что жидкий молекулярный водород существует, но только в узком диапазоне температур, а при температурах близких к абсолютному нулю становится твердым. Третье объяснение – вариант 2 существует, но в диапазоне температур, до которых экспериментаторы еще не добрались. Действительно, из фазовой диаграммы видно, что чем меньше давление, тем уже диапазон существования жидкого молекулярного водорода, тем труднее попасть в этот диапазон. Четвертое объяснение – молекулы варианта 2 существуют, но по причине наличия автономного движителя не конденсируются в жидкость, всегда остаются в газообразном состоянии. В жидкость же при сверхнизких температурах конденсируются лишь молекулы пара-водорода варианта 3 – молекулы экваториальной формы с атомами витковой модели. Но если четвертое объяснение верно, тогда таким молекулам не подходит свойство сверхтекучести. Правильней всего это свойство назвать сверхлетучестью.

Подытожим наши рассуждения: чистая фракция жидкого параводорода, получаемая в настоящее время экспериментаторами при сверхнизких температурах, скорее всего, содержит только однородные молекулы экваториальной формы с атомами витковой модели. Пары молекулярного водорода могут содержать компоненты, обладающие свойством сверхлетучести. Такие молекулы имеют кинетическую энергию даже при температуре абсолютного нуля.

 

Владимир Яковлев, [e-mail], http://logicphysic.narod.ru, апрель 2010 года