Состояние физических знаний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОСТОЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ

Канарёв Ф.М.

Анонс

Историки науки будут поражены столь длительным стремлением химиков-теоретиков оставлять эту науку в состоянии разбитого корыта.

Вступительная часть

Историки уже немало сделали для описания развития химических знаний, но они пока ничего не сделали для описания текущего состояния этих знаний, так как среди них нет владеющих новыми химическими знаниями XXI -го века. Поможем им в этом.

Наши потомки, в том числе и будущие химики, будут поражены неспособностью человеческого разума обнаруживать фундаментальные противоречия в фундаментальных науках и находить их причины. Один из Великих Землян, обращаясь к нам, кратко отразил причину этого так:

«…….Обрати внимание, насколько наше поведение как личное, так и общественное, иррационально. Все поступки определяются инстинктом, интуицией. Это должно быть тем более так, потому что оценка того, является ли данный поступок разумным или нет, предоставляется, в конечном счете, чувству, но не разуму….»

Конечно, это краткое глобальное обобщение сути нашего поведения. Применительно к оценке достоверности фундаментальных физических и химических знаний оно означает доверительное отношение к знаниям, накопленным нашими предшественниками. Для учащейся молодёжи это естественное отношение, так как она накапливает знания, которые, как считается, помогут ей развивать их дальше. И тут, давно существующая, но остающаяся незаметной, образовательная проблема - отсутствие истинных критериев для оценки достоверности знаний, передаваемых молодёжи. Пока эту роль выполняет авторитет учёных с академическими званиями. Человечество дорого заплатило за непонимание ненадёжности этого критерия и продолжает платить, калеча интеллект молодёжи путём преподавания ей около 80% глубоко ошибочных физических знаний и более 50% глубоко ошибочных химических знаний. Из этого автоматически следует ненадёжность критерия достоверности знаний, базирующихся только на авторитете учёного - творца этих знаний. Нужны дополнительные критерии, и они уже есть. Главным из них является непротиворечивость фундаментальных научных утверждений, на которых построены знания той или иной науки.

Главным фундаментальным утверждением, на котором базируется здание Химии, как науки, - орбитальное движение электрона вокруг ядра атома. Авторитет этого научного утверждения усилен рядом Нобелевских премий, выданных за якобы доказанную достоверность орбитального движения электронов в атомах. Прошло уже 20 лет с момента однозначного доказательства отсутствия орбитального движения электронов в атомах, но головы молодёжи до сих пор забивают несуществующими орбитами и орбиталями. Причина этой дикости одна - липовый научный авторитет учёных с академическими званиями. У них на первом месте не стремление к выявлению научной истины, а стремление к защите клановых академических «знаний». О какой разумности такого поступка можно говорить, когда он базируется полностью на чувстве клановой научной солидарности. Разум, в этом случае, полностью отключён от оценки разумности такого поведения.

А теперь - краткая история вопроса. Она началась в 1992г и отражена в брошюре Канарёв Ф.М.. Продолжаешь верить или решил проверить? Издательство КЭЦРО. Краснодар, 1992. 63с [1]. Это была наша первая попытка извлечь информацию о взаимодействии электрона атома водорода с его протоном из экспериментального спектра этого атома. С трудом удалость связать спектр атома водорода с орбитальным движением его электрона. Попытка заставить электроны атома гелия - второго химического элемента, летать по орбитам вокруг ядра оказалась безуспешной. Экспериментальный спектр его первого электрона с энергий ионизации, равной 24,587eV, отказывался подчиняться математической модели Нильса Бора для расчёта спектра атома водорода. Поиск причины столь необычного поведения первого электрона атома гелия длился более года и завершился выявлением закона формирования спектров атомов и ионов, детальное описание которого было опубликовано в брошюре «THE ANALYTICAL THEORY OF SPECTROSCOPY». KRASNODAR 1993. 88c [2]. Редактором этой брошюры был Robert J. Hannon (USA), который предложил автору брошюры переехать на жительство в США. В этой брошюре было представлено линейное взаимодействие электронов с протонами ядер, которое следовало из нового закона формирования спектров атомов и ионов. Вот краткая информация об этом из первого тома 15-го издания монографии «Начала физхимии микромира» [3].

Атом гелия имеет два электрона. Энергия ионизации первого , а второго - . Состояние атома гелия, при котором оба его электрона находятся на первых энергетических уровнях, называется основным, невозбужденным. Энергия возбуждения - это энергия поглощенного фотона. Она равна разности между энергией ионизации электрона и энергией связи электрона с ядром атома, соответствующей тому энергетическому уровню, на который переходит электрон после поглощения фотона. Такие уровни мы назвали стационарными.

Атом гелия с одним электроном находится в ионизированном состоянии, поэтому его называют ионом гелия. Мы уже показали, что закономерность изменения энергий стационарных энергетических уровней у всех атомов, состоящих из ядра и одного электрона, одна и та же. Спектры таких ионов рассчитываются по математической модели (1) закона формирования энергий связи электронов с ядрами атомов.

. (1)

При этом энергия связи электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна энергии его ионизации только в водородоподобных атомах.

Обратим внимание читателей на главное: возможности уравнения Шредингера по точному расчету спектров заканчиваются водородоподобными атомами. Спектр первого электрона атома гелия уравнение Шредингера не позволяет рассчитать точно. Посмотрим на возможности нашей математической модели (2) формирования спектров атомов и ионов рассчитать спектр первого электрона атома гелия [3], [5], [7], [8].

, (2)

Для этого выпишем из справочника энергии возбуждения первого электрона атома гелия, соответствующие стационарным энергетическим уровням [7]. При , имеем (табл. 1). Напомним, что энергии связи первого электрона с ядром атома определяются как разность между энергией ионизации и энергиями возбуждения , равными энергиям поглощаемых или излучаемых фотонов (табл. 1).

электрон протон ядро атом

Таблица 1. Энергетические показатели стационарных энергетических уровней первого электрона атома гелия

Решающее значение в нашем поиске принимает точность экспериментальных данных спектроскопии, так как на их основе формируются дальнейшие представления о картине взаимодействия первого электрона с ядром атома гелия.

Отметим, что в справочниках [7] и [8] экспериментальные значения энергий ионизации определены с точностью до третьего знака, а энергии возбуждения стационарных энергетических уровней - до второго. Составители справочников отмечают, что значение второго знака энергий возбуждения отличаются у разных авторов на , а в ряде случаев и более.

Следовательно, для выявления эмпирического закона, формирующего серию энергий возбуждения стационарных энергетических уровней первого электрона атома гелия, надо округлить результаты вычислений энергий связи до второго знака после запятой.

И это не все, что нужно учитывать при анализе экспериментальных данных. Обратим внимание на такую запись в справочнике [7]: «Наряду с экспериментально измеренными длинами волн в предлагаемых таблицах есть такие линии, длины волн которых рассчитаны по энергетическим уровням с учетом правил отбора. Это или до сих пор не обнаруженные линии тонкой структуры, или слабые, грубо измеренные спектральные линии. Законность такого расчета не вызывает сомнений, так как энергетические уровни устанавливаются по надёжно измеренным линиям с использованием вторичных стандартов».

Нам трудно согласиться с таким методом экспериментаторов. Взять, например, энергию возбуждения 23,01eV (табл. 1), соответствующую четвертому стационарному энергетическому уровню. В справочнике [7] её вообще нет, а в справочнике [8] она приводится без указания яркости линии, то есть как очень слабая или ненаблюдаемая. Как нам поступить в этом случае? Правильнее будет исключить её пока из рассмотрения при поиске закономерности формирования энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням. В аналогичном положении находится и энергия возбуждения, равная 20,96eV. Поэтому исключим и её из рассмотрения.

Сразу же обратим внимание на то, как были рассчитаны энергии связи первого электрона атома гелия, приведенные в табл. 2 , и полностью совпадающие с законом (1), формирующим энергии связи электронов водородоподобных атомов. Для этого была взята энергия 3,37eV, соответствующая в табл. 2 энергии возбуждения 21,22eV, и умножена на 4.

Таблица 2. Энергии связи первого электрона атома гелия с его ядром

Полученное число оказалось энергией связи, соответствующей первому энергетическому уровню первого электрона атома гелия. Конечно, это фиктивная энергия, но образовавшийся при этом ряд энергий (табл. 2, последняя колонка) полностью совпадает с рядом соответствующих экспериментальных значений, подтверждая правомочность исключения из этого ряда энергий возбуждения 20,96eV и 23,01eV.

Полученный результат показывает, что энергия связи первого электрона атома гелия, соответствующая первому энергетическому уровню , не равна энергии ионизации этого электрона . Почему? Это центральный вопрос, на который мы дадим ответ при анализе процесса формирования атома гелия.

Результаты таблицы 2 требуют возврата к эксперименту по определению спектра первого электрона атома гелия для того, чтобы окончательно установить наличие или отсутствие экспериментальных линий, соответствующих энергиям 20,96eV и 23,01eV.

Невольно возникает вопрос: почему у второго электрона атома гелия значения энергий ионизации и связи с ядром, соответствующей первому энергетическому уровню, совпадают (), а у первого - нет (и )? Ответ на этот вопрос мы получим при анализе структуры атома гелия.

Если формула (2) действительно является законом формирования спектров атомов и ионов, то с её помощью мы должны получить экспериментальные значения энергий возбуждения. Подставляя в формулу (2) и , получим (табл. 3).

Таблица 3. Спектр первого электрона атома гелия

Дальше, в монографии представлены спектры и других многоэлектронных атомов, рассчитанные путём использования метода определения энергии связи электрона с ядром, соответствующей первому энергетическому уровню, разработанному на примере анализа спектра первого электрона атома гелия [2].

Экспериментальные доказательства явного линейного взаимодействия электронов с протонами ядер появились через 18 лет после теоретического доказательства. На электронных фотографиях кластеров графена и бензола, полученных Европейские исследователями, видно линейное взаимодействие электронов с протонами ядер http://www.membrana.ru/particle/14065 [9]. Наиболее яркой фотографией электронного микроскопа является фотография графена, полученная европейскими исследователями (рис. 1, а). На рис. 1, b - компьютерная визуализация графена, ярко доказывающая линейное взаимодействие валентных электронов атомов углерода при формировании углеродного кластера - графена. Белые пятна на фото (рис. 1, а) - атомы углерода, состоящие из ядер и 6-ти его электронов. Четкие шестигранные структуры из атомов углерода (рис.1, а и b) убедительно свидетельствуют о наличии линейных связей между ними. Эти связи реализуют 3 валентных электрона (из общих 6-ти) каждого атома углерода (рис. 2, b). Это наглядно следует из теоретической структуры (рис. 2, с) атома углерода и теоретической структуры графена (рис. 5).

Чтобы проверить достоверность величины , представленной авторами на фото (рис. 1, а), необходимо иметь структуру атома углерода и его спектр. Визуальная структура молекулы углерода представлена на рис. 2, а спектр первого электрона атома (рис. 2, b) - в табл. 4 [1], [3].

Таблица 4. Спектр 1-го электрона атома углерода

Рис. 1. Фото графена и его компьютерная визуализация

Рис. 2. Фотографические структуры молекулы и атома углерода, и теоретическая модель атома углерода

Рис. 3. Модель атома углерода

Рис. 4. Молекула углерода .

Рис. 5. Теоретическая структура графена

Из новой теории микромира следует, что если все электроны находятся в атоме, то их энергии связи с протонами изменяются также как и энергии связи электрона атома водорода с протоном. С учётом этого, имея энергию ионизации атома водорода, можем вычислить энергию связи любого электрона любого атома, соответствующую любому энергетическому уровню , по формуле [3], [6]

. (3)

Поскольку плоский атом углерода (рис. 3) симметричен, то энергии связи каждого из 6-ти электронов атома углерода с протонами ядер, в момент пребывания электронов на вторых энергетических уровнях, будут равны

. (4)

С учётом этого расстояния между протонами ядер (рис. 5) и электронами будут равны

(5)

Полученная информация позволяет определить размеры молекулы углерода представленной на рис. 6, е. Они следуют из спектров этого химического элемента, который представлен в табл. 4.

Рис. 6. Достижения европейских экспериментаторов в фотографировании кластеров

Итак, реальное расстояние между белыми пятнами - атомами углерода равно (рис. 6), а не , как считают авторы этой фотографии. Они завысили разрешающую способность своего микроскопа в 10 раз. И, тем не менее, мы обязаны признать достижения экспериментаторов исключительно важными для науки, а экспериментальную величину , отличающуюся от теоретической - , - незначительной. Существует возможность уменьшить расхождения между теорией и экспериментом путём учёта температуры фотографируемых объектов микромира, но мы пока не знаем температуру, при которой фотографировались анализируемые нами обитатели микромира.

А теперь обратим внимание на туманные, заострённые выступы по внешнему контуру сфотографированных кластеров бензола (рис. 6, а и с). Это атомы водорода. Электронный микроскоп не видит их. На теоретической молекуле бензола (рис. 6, е) атомы водорода представлены точками и линиями, связывающими электроны атомов углерода и водорода. Явная связь между фото кластера бензола (рис. 6, а и с) и его теоретическими структурами (рис. 7 и 8) убедительно доказывает, что электроны в атомах взаимодействуют с протонами ядер линейно.

Сравнение теоретической модели кластера бензола (рис. 8) с его фотографиями (рис. 6, а и с) даёт основания для поздравления европейских экспериментаторов, точно отразивших визуализацию (рис. 6, b и с) своих фотографий [10], [11]. Конечно, они не владеют ещё новой теорией микромира, поэтому атомы углерода и водорода представили в виде шариков, связанных друг с другом линейными связями. Жаль, конечно, что исследователи не привели информацию о разрешающей способности их электронного микроскопа. Покажем сейчас, как новая теория микромира расшифровывает содержание информации на этих фотографиях и определяет разрешающую способность электронного микроскопа, с помощью которого они были получены. Для этого представим теоретическую модель, сфотографированной молекулы бензола c размерами, которые рассчитываются элементарно, при известной длине атома водорода (рис. 6, е). На рис. 6, d - размеры элементов структуры, сфотографированного кластера бензола, следующие из размеров молекулы бензола (рис. 6, е и 7). Это и есть показатели разрешающей способности микроскопа.

Рис. 7. Структура молекулы бензола [5]

Рис. 8. Теоретическая структура кластера бензола

Заявления производителей электронных микроскопов о том, что их микроскопы позволяют фотографировать отдельные атомы пока преждевременны. Тем не менее, их достижения внушительны, но малопродуктивны без новой теории микромира, которая «видит» обитателей микромира с разрешающей способностью на 6….7 порядков глубже достижений экспериментаторов и значительно облегчает интерпретацию информации, получаемой с помощью электронного микроскопа.

Заключение

Бывшую министра сельского хозяйства отстранили от должности за то, что руководитель её администрации сбежал из России, прихватив с собой сотни миллионов рублей. Бывшего министра образования и науки, не сумевшего организовать выявление новых знаний и включение их в образовательный процесс, назначили консультантом Президента, не понимая много миллиардный ущерб, который он нанёс государству и который продолжает расти в геометрической прогрессии. Таковы, уже свершившиеся факты, которые будут описывать не только историки-химики, но и историки по другим фундаментальным наукам.

Литература

1. Канарёв Ф.М. Продолжаешь верить или решил проверить? Издательство КЭЦРО. Краснодар, 1992. 63с.

2. Kanarev F.M. «THE ANALYTICAL THEORY OF SPECTROSCOPY». KRASNODAR 1993. 88c [2].

3. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15-е. Том I. http://www.micro-world.su/ Папка «Монографии»

4. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15-е. Том II. Импульсная энергетика. http://www.micro-world.su/ Папка «Монографии»

5. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15-е. Том III. 2000 ответов на вопросы о микромире. http://www.micro-world.su/ Папка «Монографии»

6. Канарёв Ф.М. Физхимия микромира. Учебник. http://www.micro-world.su/index.php/2012-03-08-17-51-29/566-2012-03-09-07-11-46

7. Стриганов А.Р., Одинцова Г.А. Таблицы спектральных линий. М.: Наука. 1977.

8. Зайдель А.Н. и др. Таблицы спектральных линий. М. Наука.1977.

9. Интернет. Учёные, впервые запечатлевшие анатомию молекул и кластеров. http://www.membrana.ru/particle/14065 http://www.glubinnaya.info/modules.php?name=News&file=article&sid=994

10. Мыльников В.В. Видио микромир. http://micro-world.su/index.php/2012-01-27-15-57-34

11. Мыльников В.В. Визуализация атомов, ионов, молекул и кластеров. http://www.micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-46-00/584-2012-04-03-13-51-47

Размещено на Allbest.ru