Размещено на http://www.allbest.ru/

ОШИБКИ МАКСА ПЛНКА

Канарёв Ф.М.

Аннотация

Математическая модель закона излучения Чёрного тела, открытого Максом Планком, содержит константу , которую он назвал «квант наименьшего действия». Физики-академики всех академий мира восприняли это, как новое фундаментальное научное направление, которое они пытались отразить в новых научных дисциплинах: «Квантовая физика», «Квантовая химия», «Квантовая механика». При этом, они не обратили внимание на отсутствие чёткого физического смысла в совокупности понятий «Квант наименьшего действия». Этот смысл был найден в России - владелице языка без исключений в произношении слов и в их написании, с чёткими правилами соединения слов в предложения. Результат: постоянством константы Планка управляют два фундаментальных физических закона: закон сохранения момента импульса и закон сохранения кинетического момента - классические физические законы, которые уже отправили все академические квантовые «научные» творения на полку истории науки, как глубоко ошибочные.

1. Вступительная часть

Известно, что в начале XX-го века было объявлено, что законы классической физики успешно работают только в макромире, а в микромире работают другие - квантовые законы. Эта точка зрения была господствующей в течение всего ХХ века. И вот теперь, когда на базе законов классической физики мы выявили модели фотона, электрона, протона, нейтрона и принципы формирования ядер, атомов, молекул и кластеров, возникает вопрос: а не ошиблись ли физики прошлых поколений, похоронив возможности классической физики решать задачи микромира? Чтобы ответить на этот вопрос, внимательно проанализируем истоки недоверия к классической физике при решении задач микромира.

Все началось с закона излучения абсолютно черного тела. Вывод математической модели этого закона, выполненный Максом Планком в начале ХХ века, базировался на понятиях и представлениях, которые, как считается, противоречат законам классической физики.

Планк ввел в математическую модель закона излучения абсолютно черного тела константу с размерностью механического действия, что явно противоречило представлениям о волновой природе электромагнитного излучения. Тем не менее, его математическая модель достаточно точно описывала все экспериментальные зависимости излучения абсолютно Чёрного тела (рис. 1).

Рис. 1 Кривые распределения энергии в спектре абсолютно черного тела

Макс Планк, понимая непопулярность среди учёных того времени механистических (корпускулярных) представлений о природе излучения абсолютно чёрного тела, которая следовала из размерности его константы, назвал её квантом наименьшего действия.

Введённая Планком константа указывала на то, что излучение идет не непрерывно, а порциями. Это противоречило закону излучения Релея - Джинса, который базировался на представлениях о волновой природе электромагнитного излучения, но описывал экспериментальные зависимости лишь в диапазоне низких частот или больших длин волн (рис. 1).

Поскольку в математической модели закона излучения абсолютно черного тела присутствует математическая модель закона излучения Релея - Джинса, то получалось, что планковский закон излучения абсолютно черного тела базируется на исключающих друг друга волновых и корпускулярных представлениях о природе излучения.

Несовместимость непрерывного волнового процесса излучения с парциальным процессом явилась веским основанием для признания кризиса классической физики. С этого момента физики начали полагать, что сфера действия законов классической физики ограничена макромиром, а в микромире работают другие, квантовые законы, поэтому физика, описывающая микромир, должна называться квантовой физикой.

Следует отметить, что Макс Планк пытался разобраться со смесью таких физических представлений и вернуть их на классический путь развития, но ему не удалось решить эту задачу.

Спустя почти сто лет нам приходится констатировать, что граница между законами классической и квантовой физики до сих пор не установлена. По-прежнему испытываются значительные трудности при решении многих задач микромира и многие из них считаются не разрешимыми в рамках сложившихся понятий и представлений, поэтому мы вынуждены возвратиться к попытке Макса Планка выполнить вывод математической модели закона излучения абсолютно черного тела на основе классических представлений [1].

2. Теоретическая часть

Прежде всего, приведем формулу Релея - Джинса, которая удовлетворительно описывает экспериментальную закономерность низкочастотного диапазона излучения или излучения с большими длинами волн (рис. 1). Основываясь на волновых представлениях об электромагнитном излучении, они установили, что энергия , заключенная в объёме абсолютно черного тела, определяется зависимостью [1]

, (1)

где - частота излучения; - объём полости абсолютно черного тела; - скорость света; - постоянная Больцмана; - абсолютная температура излучения.

Разделив левую и правую части соотношения (1) на объём , получим объёмную плотность электромагнитного излучения [1]

. (2)

Вывод этой формулы базируется на представлении о существовании в замкнутой полости абсолютно черного тела (рис. 1) целого числа стоячих волн электромагнитного излучения с частотой .

Чтобы получить математическую модель, которая описывала бы весь спектр электромагнитного излучения абсолютно черного тела, Макс Планк постулировал, что излучение идет не непрерывно, а порциями так, что энергия каждой излученной порции оказывается равной , и формула для расчета плотности электромагнитного излучения абсолютно черного тела оказалась такой (рис. 1) [1]

. (3)

Как видно, выражение в формуле (3) играет роль некоторого существенного дополнения к формуле (2) Релея - Джинса, суть которого сводится к тому, что

. (4)

Здесь - энергия одной излученной порции; - константа, которую Планк назвал «квант наименьшего действия»; - частота проявления «кванта наименьшего действия» в одной излучённой порции. Из этого следует, что физическая суть планковского «кванта наименьшего действия» скрыта в структуре порции излучения. Поэтому, без выявления этой структуры все остальные научные действия бессмысленны. Но, прежде чем приступать к выявлению структуры единичной порции излучения, завершим анализ закона излучения абсолютно Чёрного тела.

Учитывая, что , имеем

. (5)

Из этого получаем

(6)

И проясняется суть размерности константы Планка. Из размерности следует, что постоянством константы Планка управляет закон сохранения - момента импульса. Он гласит: момент сил, поворачивающий материальный объект на угол одного колебания, - величина постоянная и равная

. (7)

Так как , то из автоматически следует третья константа

(8)

Из размерности константы (8) следует новый физический закон: произведение масс единичных порций излучения на длины их волн - величина постоянная. В системе СИ нет названия константе с такой размерностью, поэтому назовем её константой локализации единичной порции излучения.

Легко представить реализацию константы локализации (8), если единичная порция излучения - кольцо (рис. 2, а) и невозможно сделать это, если единичная порция излучения - волна (рис. 2, b).

Рис. 2 Модели фотона: а) кольцо; b) волна

Обратим внимание на то, что в технической системе единиц константа (8) имеет другой физический смысл - момент силы. Это означает, что момент сил, действующих во внутренней кольцевой структуре порции излучения, - величина постоянная для всех длин волн излучений.

. (9)

Если задаться вопросом: почему порции всех частот излучений движутся в вакууме с одинаковой скоростью С? То получается следующий ответ. Изменением порции массы и длины её волны управляет закон локализации таким образом, что при увеличении массы порции излучения длинна волны уменьшается и наоборот. Тогда для сохранения постоянства константы Планка при уменьшении длины волны частота должна пропорционально увеличиваться. В результате их произведение остаётся постоянным и равным - скорости света.

черный тело планк излучение

3. Классический вывод закона излучения абсолютно черного тела

Воспользуемся идеями Релея - Джинса при расчете количества порций электромагнитного излучения в полости абсолютно черного тела (рис. 1). Отдельную порцию электромагнитного излучения мы будем представлять не в виде волны (рис. 2, b), а в виде материального кольца (рис. 2, а). Предположим, что единичная порция имеет не сферическую, а плоскую форму толщиною , объём которой составляет, примерно, четверть объёма сферы с радиусом . Тогда, объём локализованного пространства, в котором может находиться единичная порция излучения, составит, примерно, . (рис. 3).

Поскольку объём сферической полости радиуса абсолютно черного тела на много порядков больше объёма единичной порции, то максимальное количество порций в этой полости (как и максимальное количество стоячих волн в формуле Релея - Джинса) определится зависимостью [1]

. (10)

Рис. 3 Упрощённая единичная порция электромагнитного излучения

Учитывая, что , имеем

. (11)

В интервале частот от до количество порций будет равно

. (12)

Поскольку излучённые порции движутся прямолинейно и вращаются относительно своих осей, то в трехмерном Евклидовом пространстве они имеют шесть степеней свободы. Учитывая это и разделяя левую и правую части соотношения (12) на объём , получим дифференциал плотности единичных порций в сферической полости абсолютно черного тела

. (13)

Интегрируя, найдем плотность единичных порций в сферической полости абсолютно черного тела

. (14)

Итак, мы имеем плотность (14) единичных порций в сферической полости абсолютно черного тела. Если сферическая полость будет иметь небольшое отверстие, то энергия, излучаемая через это отверстие, будет зависеть, прежде всего, от энергии каждой порции . Далее, порции, прошедшие через отверстие в сферической полости, будут поглощаться. Поскольку энергия каждой порции в плоскости её поляризации реализуется двумя степенями свободы, то величина тепловой энергии излученных порций будет равна . Из этого следует, что объёмная плотность излучения абсолютно Черного тела будет зависеть от энергии каждой излученной порции и всей совокупности излученных порций.

Поскольку излучение абсолютно черного тела представляет собой совокупность порций, каждая из которых имеет только кинетическую энергию, то мы должны ввести в математическую модель закона максвелловского распределения кинетическую энергию одной порции и тепловую энергию совокупности излученных порций [1]

. (15)

Далее, мы должны учесть, что порции энергии излучают электроны атомов при их энергетических переходах. Каждый электрон может совершать серию переходов между энергетическими уровнями , излучая при этом порции разной энергии. Поэтому полное распределение объёмной плотности энергий излученных порций будет состоять из суммы распределений, учитывающих энергии порций всех энергетических уровней. С учетом изложенного, закон Максвелла, учитывающий распределения энергий порций всех () энергетических уровней атома, запишется так [1]

, (16)

где - главное квантовое число, определяющее номер энергетического уровня электрона в атоме.

Известно, что сумма ряда (16) равна [1]

. (17)

Умножая правую часть плотности порций (14) в полости абсолютно черного тела на энергию одной порции и на математическое выражение (17) закона распределения этой плотности, получим

. (15)

Это и есть закон излучения абсолютно черного тела (3), полученный Максом Планком. Выражение (15) незначительно отличается от выражения (3) коэффициентом, который, как считалось до сих пор, учитывает число степеней свободы электромагнитного излучения абсолютно Черного тела. По мнению Э.В. Шпольского его величина зависит от характера волн электромагнитного излучения и может изменяться от до [1].

Однако, в рамках изложенных представлений переменный коэффициент

(16)

характеризует плотность порций в полости абсолютно черного тела. Более точное значение постоянной составляющей этого коэффициента можно определить экспериментально.

Заключение

Таким образом, мы вывели математическую модель закона излучения абсолютно Черного тела, основываясь на чистых классических представлениях и понятиях, и видим полное отсутствие оснований полагать, что этот закон противоречит классической физике. Все составляющие математической модели закона излучения абсолютно Черного тела приобрели давно присущий им четкий классический физический смысл.

Таинственным остаётся понятие «единичная порция излучения» и реализация в этой порции закона сохранения момента импульса. В следующей лекции мы раскроем эту таинственность. В результате «Квантовые научные творения» академиков всех академий мира уже на полке истории науки, как глубоко ошибочные научные представления.

Источники информации

1.Канарёв Ф.М. Новая Общая физика. Учебник для университетов готовый к изданию и использованию в учебном процессе в интернетовском варианте. http://www.micro-world.su/index.php/2015-06-29-15-02-42/1306-2015-09-01-07-23-06.

2. Канарёв Ф.М. Новая теоретическая механика. Учебник. http://www.micro-world.su/index.php/2013-09-12-04-46-36/1179-2014-11-16-04-57-14.

3. Канарёв Ф.М. Фундаментальные междисциплинарные знания. Учебник. http://www.micro-world.su/index.php/2013-09-12-04-46-36/1162-2014-08-26-13-42-13.

4. Канарёв Ф.М. Актуальные проблемы фундаментальных наук и их решение. http://www.micro-world.su/index.php/2013-05-16-19-02-15/1307-2015-09-07-12-38-14.

5. Канарёв Ф.М. Суть профессиональных научных знаний. http://www.micro-world.su/index.php/2013-05-16-19-02-15/1299-2015-08-11-13-51-38.

6. Канарёв Ф.М. Краткая история российской фундаментальной теоретической физики. http://www.micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-44-44/1298-2015-08-04-09-28-12.

Размещено на Allbest.ru