1.     Введение

 

          По современным научным представлениям электрон является элементарной, т. е. не имеющей внутренней структуры, частицей. Размеры его представляются весьма малыми, менее  метра, это так называемая материальная точка. Такие представления влекут за собой массу проблем. Ничтожным размерам должна соответствовать громадная масса, тогда как масса электрона измерена с большой точностью и отвечает его классическому радиусу. Пришлось создать теорию перенормировки массы. Ещё труднее объяснить собственный момент вращения – спин материальной точки и тесно связанный с ним магнитный момент, в связи с чем пришлось объявить их «чисто квантовыми свойствами», недоступными человеческому сознанию.

Нашему сознанию трудно примириться с принципиальной непредставимостью свойств электрона. Наличие у электрона конечной массы противоречит представлению об электроне как о материальной точке. Наличие спина и магнитного момента свидетельствуют о вращении некой заряженной массы. Соотношения неопределенностей координат и импульса, размерность постоянной Планка, простые соотношения между этой величиной и свойствами электрона наверняка приводили многих исследователей к попыткам построения на этой основе различных моделей структуры этой частицы. Любой физик, даже оперируя сложнейшей математикой, сознательно или подсознательно представляет себе какую-либо модель объекта или процесса, даже если она его не полностью устраивает. Ниже представлены аналогичные попытки автора с использованием представлений классической физики. Автора тоже не всё устраивает в предлагаемой им гипотезе, о чём непременно будет упомянуто ниже. Вероятно, большинство читателей, встретив положения, противоречащие сложившимся стереотипам, например, отличающиеся от точечных размеры электрона, движение массивного тела со скоростью света, вращение без излучения  и т. п., откажутся от дальнейшего чтения этой гипотезы. Но я предлагаю взглянуть на это с другой стороны. Ведь мы, сделав некоторые допущения, пытаемся понять внутренние свойства фундаментальной частицы, которые, возможно, определяют свойства нашего мира. В работе использованы значения фундаментальных физических констант из таблиц  http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt:

  -  постоянная Планка;

 - приведенная постоянная Планка;

 - скорость света в вакууме;

 - постоянная тонкой структуры;

 - электрическая постоянная;

 - магнитная постоянная;

- элементарный электрический заряд;

 - классический радиус электрона;

- масса электрона;

 - энергетический эквивалент массы электрона;

- комптоновская длина волны электрона;

 - приведенная комптоновская длина волны электрона;

 - магнетон Бора.
Все вычисления производились в системе СИ.
Обратим внимание, что фактически измеренная комптоновская длина волны электрона отвечает известной формуле

                                                                        ,

Откуда следует, что загадочная постоянная Планка может быть представлена произведением трёх фундаментальных констант:

                                                                       

Можно также предположить, что  есть длина окружности, радиус которой равен

                                                                       .

Будем в дальнейшем называть эту величину  комптоновским радиусом электрона:

                                                                       

Развёрнутая форма постоянной Планка приобретает следующий вид:

                                                                                       
                                                                                         

Ещё в 70-х годах прошлого века мною было замечено, что отношение классического радиуса электрона  к его комптоновскому  радиусу равно постоянной тонкой структуры:

                                                                      .

(Попутно отметим, что отношение комптоновского радиуса электрона к радиусу первой боровской орбиты также равно постоянной тонкой структуры, иначе называемой постоянной Зоммерфельда). Справедливости ради следует сказать, что эта находка была опубликована мною в интернете только в июне 2009 г (см. ниже), а 26 октября 2012 г я встретил то же соотношение в книге А.Г. Кирьяко «Теория нелинейных волн, адекватная квантовой теории поля», изданной в 2006 г, на 3 г раньше первой моей публикации. В интернете книгу А.Г. Кирьяко можно найти на http://www.partphys.envy.nu/Russian/Oglavlenie_knigi.htm .

Долгое время  мне было неясно, как можно связать эти величины и, главным образом, из-за того, что спин электрона требовал, чтобы какой-то из сомножителей в постоянной Планка был равен половине табличного значения. Я предположил, что частица с массой, равной половине массы электрона вращается со скоростью света по орбите комптоновского радиуса. Исследование этой модели подтвердило, что таким образом можно получить не только спин, но и магнитный момент электрона, а в дальнейшем и оставшуюся половину массы. Эта модель в июне 2009 года была выложена мною в Интернет в виде статьи «Структура электрона» http://new-idea.kulichki.net/pubfiles/090627010440.pdf. Хотя самому автору эта идея представлялась тогда излишне смелой и фантастической. Первым подтверждением явилось высказывание Г. В. Николаева [2]: «В современной электродинамике до настоящего времени не разрешены противоречия с природой массы покоя m0 и заряда е электрона. Если полной энергии w0 электрона соответствует масса покоя электрона , то энергии электрического поля  we   электрона соответствует масса ». Следующим шагом явилось встреченное у Л.Д. Ландау и Е.М. Лившица [3] утверждение: «...выражение для энергии системы зарядов:

                                                                        ».

И, наконец, полностью убедило подробное разъяснение Р.Фейнмана с соавторами [5], заслуживающее чтобы привести его полностью: «Представьте, что мы взяли простейшую модель электрона, когда весь его заряд q равномерно распределен по поверхности сферы радиусом а..[...]. Теперь вычислим энергию
электромагнитного поля. Если заряд неподвижен, то никакого магнитного поля вокруг нет, и энергия в единице объема будет пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. Величина же напряженности электрического поля равна , поэтому плотность в единице объёма

                                                                                       .

Чтобы получить полную энергию, нужно эту плотность проинтегрировать по всему пространству. Используя элемент объема , найдем полную энергию, которую мы обозначим через Uэл:

                                                                     

Это выражение интегрируется очень просто. Нижний предел интегрирования равен а, а верхний — бесконечности, поэтому

                                                                                         ».

И далее: «Величина

                                                                    

 

называется «классическим радиусом электрона» и равна она   см, т. е. одной стотысячной диаметра атома. [...] Вместо того чтобы спорить, какое распределение правильно, а какое нет, было решено взять в качестве «номинального» радиуса величину r0. А разные теории приписывают к ней свой коэффициент».

Электростатическая энергия частицы  обратно пропорциональна её радиусу, поэтому в случае представления электрона в виде материальной точки величина энергии становится бесконечно большой и требуется искусственный приём перенормировки массы. Таким образом, казалось бы, есть достаточно оснований считать, что сфера классического радиуса с зарядом электрона обладает массой, равной половине массы электрона и имеющей электростатическое происхождение.

          Однако в цитированном выше высказывании Фейнмана речь идет об энергии поля, связанного с зарядом электрона, но как эта величина связана с энергией самого электрона, остаётся не вполне ясным. Если считать, что материальной основой электрона является протоэлектрон - сфера классического радиуса с распределённым по поверхности элементарным зарядом, то массу этой сферы естественно связывать с потенциальной энергией саморасталкивания заряда. Ещё Анри Пуанкаре волновал вопрос, почему заряд не разлетается под действием сил расталкивания. Поэтому загадочные силы, обеспечивающие устойчивость электрона, известны в физике под названием напряжений Пуанкаре. 

          Для вычисления энергии кулоновского расталкивания протоэлектрона необходимо найти сумму взаимодействий каждого участка заряженной сферы со всеми остальными.  Будем считать, что сфера заполнена материей физического вакуума с электрической постоянной . На сферической поверхности протоэлектрона выберем бесконечно малый  участок в точке A (рис. 1) с зарядом .

Рис. 1

 Этот заряд взаимодействует  с зарядом кольца бесконечно малой ширины . Радиус кольца , плотность заряда . Следовательно, заряд кольца

.

Расстояние между зарядом в точке A и любой точкой кольца – хорда   .

 Энергия взаимодействия между зарядом кольца и зарядом в точке А

.

Откуда энергия взаимодействия между зарядом в точке А и всеми остальными зарядами равна

.

Во избежание двойного учёта взаимодействий, при вычислении полной энергии расталкивания необходимо  сумму частных зарядов принять равной половине элементарного заряда протоэлектрона: . Тогда полная энергия расталкивания

.

         Как видим, внутренняя потенциальная энергия кулоновского расталкивания протоэлектрона в точности равна внешней энергии его электрического поля. Отсюда следуют два важных вывода:

1)    масса протоэлектрона эквивалентна его внутренней энергии, тогда как эквивалентом энергии поля является, по-видимому, масса поля;

2)    энергия поля, вычисляемая как работа доставки заряда из бесконечности на поверхность протоэлектрона, может быть интерпретирована как энергия удержания заряда от разлетания в бесконечность. Таким образом, напряжения Пуанкаре, это давление на электрон со стороны его собственного внешнего электрического поля.

Одним из главных возражений против предлагаемой модели электрона является невозможность для частицы, имеющей массу, двигаться со скоростью света. Но движение массивной частицы со скоростью света допустимо, если масса покоя её равна нулю, примером является фотон. Об этом сказано в http://www.my-physics.ru/photon1-2wf.htm. Такие частицы, получая извне энергию, одновременно приобретают скорость света и массу.     

 

Назад Содержание Вперед

 

Счётчик посетителей Zahodi-ka.ru. Показано число посетителей за сегодня, последние 7 и последние 30 дней.

Яндекс.Метрика