Физические основы строения атома

© Верин О.Г.

Контакт с автором [e-mail]

Атом, являясь самой маленькой частичкой любого химического элемента, заключает в себе величайшие тайны строения вещества. В нем присутствуют и гармонично сочетаются друг с другом все виды взаимодействий, существующие в природе. Всего три вида частиц – электрон, протон и нейтрон, удивительным образом образуют любые атомы и молекулы, обеспечивая все многообразие окружающего мира!

Казалось бы, что целостность и гармоничность должны быть присущи и физическому описанию атома. Однако вместо стройного и логичного анализа, основанного на объединяющей физической идее, мы довольствуемся фрагментарным и лишенным всякой логики “абсурдом”. Пожалуй, нет ничего более противоречивого и странного, чем современная теория атома.

______________________________________________________________________________________

Существование “объединяющего начала”, лежащего в основе строения атомов и всех видов взаимодействий, закономерно следует из фундаментального принципа единства природы. В отличие от наших фрагментарных теорий, выхватывающих отдельные виды взаимодействий и пытающихся описать по отдельности окружающие нас объекты, в природе все взаимно обусловлено, сочетается друг с другом и не существует обособленно!

Поэтому по мере накопления отрывочных знаний (первый этап) закономерно должна проявляться общая картина (второй этап познания предмета). Это напоминает известную шутку о “поисках” ответа на вопрос о том, на что же похож слон, методом “ощупывания” отдельных его частей.

Теория атома в основном сформировалась в первой половине прошлого столетия и развивалась “рука об руку” с народившейся тогда же теорией микромира, названной “квантовой механикой”.

Как раз на рубеже XIX и XX столетий физика вошла в период драматической ломки классических представлений. Это было связано с тем, что исследователи столкнулись с экспериментальными фактами, из которых следовал “невероятный” вывод: микрочастицы вещества обладают свойствами волн, а свет, обладая волновыми свойствами, ведет себя как поток частиц!

На фоне всеобщего замешательства быстро возникла и укрепилась “сумасшедшая” идея о вероятностном характере движения электронов и других малых частиц. Сама же вероятность определялась с помощью специально введенной так называемой “волновой функции”. И все это базировалось на постулатах квантовой механики, вызывавших интуитивное отторжение любого “здравомыслящего” человека. Именно эти особенности описания микромира имел в виду Р.Фейнман, когда говорил об “абсурдной” Природе [1].

Естественным образом эта новая “революционная” теория стала средством описания свойств атома и быстро завоевала главенствующее положение. Можно сказать, что квантовая механика дала возможность во многом разобраться, но только не в физических основах устройства атома, так как сама квантовая механика “постулируется” и не имеет физического объяснения [2].

Более того, парадоксальность ситуации заключалась в том, что все прошедшие десятилетия сама квантовая теория фактически тормозила поиск физической сущности процессов, происходящих в микромире. Говорить о природе электрона не имело никакого смысла, так как он полагается точечным объектом (согласно так называемой Стандартной Модели). С другой стороны, способность электрона быть одновременно “везде и нигде”, образуя некоторое “облако”, описываемое плотностью вероятности состояний электрона, довершает картину необъяснимой “абсурдной” природы микромира [3, 4].

Поэтому уже многие десятилетия теория атома так и остается исключительно формальным построением, полным мистики и противоречий. Это относится не только к строению и свойствам “электронных оболочек” атомов, но и в еще большей степени к устройству ядер атомов, в которых сосредоточены протоны и нейтроны, скрепляемые таинственным “сильным взаимодействием”.

Но и это еще не все! Оказалось, что существует так называемое “слабое взаимодействие”, которое может не только превращать нейтрон в протон, но и обратно – протон в нейтрон (правда только в составе атомных ядер). Эти процессы сопровождаются излучением “неизвестно откуда берущихся” новых частиц (фотонов, электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино), при этом могут “исчезать” электроны из электронных оболочек атомов.

Какова физическая природа “слабого взаимодействия”? Ответа нет. Оно просто существует! Предполагается лишь, что его “переносчиком” являются выполняющие чисто “техническую” роль особые частицы – “промежуточные бозоны”. Совершенно аналогичная ситуация и с “сильным взаимодействием” в ядрах атомов, которое физически также никак не объясняется. Однако декларируется, что и это взаимодействие осуществляется целым “набором” дополнительных “технических” частиц (“цветными глюонами”) [5].

Трагикомичность ситуации заключается в том, что единственной довольно убогой объединяющей идеей теорий всех взаимодействий является утверждение, что они “переносятся” частицами (как инфекции - микробами). Электромагнитное взаимодействие – фотонами, слабое – промежуточными бозонами, сильное – глюонами, гравитационное – гравитонами. Не правда ли, очень “изящно”!

Впрочем, эта ситуация вполне закономерна и будет запутываться еще сильнее в будущем, так как в физике верх взяли математики, применяющие весьма формализованные шаблонные построения. Теперь они возомнили, что нашли “частицу Бога” – бозон Хиггса, который “наделяет” массой все существующие в природе частицы. Хотя и этот “таинственный” бозон тоже обладает массой (видимо уже от самого Бога)!

На фоне “умопомрачительных” математических изысканий (и “подгонки” под них дорогостоящих экспериментов) физика погружается в пучину кризиса. Обнадеживает лишь то, что само состояние кризиса является мощным стимулом для поиска выходов из него, а обилие накопленных за последнее столетие экспериментальных результатов и различного рода теорий создает благоприятные условия для их осмысления.