Жизнь и мечта - [55]

146

Траектории движения единичного заряда вокруг заряженного центра, снятые с помощью траектографа

Рамки и характер этой книга не позволяют делать широких обобщений по этому вопросу. Однако мне хочется хотя бы на одном примере показать, какое плодотворное значение имеют аналогии при анализе научно-технических вопросов.

147

Из школьных учебников, да и из учебников для вузов мы усвоили, что в основе устройства атома лежит ядро и вращающиеся вокруг него электроны. Из более поздних воззрений на этот счет можно сослаться на представление об электронном облаке вокруг ядра.

Самый простой атом — это атом водорода. Одни представляют себе устройство атома в виде планетарной системы, аналогичной звездным ассоциациям с их планетами, другие считают, что безизлучательное движение электронов на орбитах связано с особыми энергетическими уровнями и т. д.

Масштабы космических систем слишком велики, а масштабы атомных образований слишком малы для того, чтобы в земных условиях, имеющимися у нас средствами можно было построить соответствующие модели для наглядного изучения. Большинство читателей категорически скажет, что подобных моделей построить нельзя. Я тоже долгое (время считал, что это неосуществимо. Однако более детальный анализ этих, казалось бы, совершенно противоположных систем привел меня к убеждению, что модельное представление их все же возможно. На первый взгляд кажется, что трудности, связанные с чрезвычайно большими и чрезвычайно малыми размерами, непреодолимы. Но посмотрим, так ли это.

Движение любого тела (от планеты до электрона) по криволинейной траектории может происходить, как известно, только при условии, что это тело обладает собственной кинетической энергией и что на него непрерывно действует сила, направление которой в общем случае не совпадает с направлением движения тела.

При круговом или эллиптическом движении такой силой будет центростремительная сила, определяемая напряженностью силового поля в данной точке пространства.

Ниже¹ написано выражение для кинетической энергии движущегося электрона (I). Правая часть этого уравнения выражена в электрон-вольтах. Связь между радиусом кривизны в данной точке и центростремительной силой дается следующим уравнением (II), правая часть которого также выражена в электрон-вольтах (на единицу длины, конечно).

148

Из этих двух уравнений легко определяется радиус кривизны траектории движения тела. Из уравнения (III) видно, что радиус этот не зависит от абсолютных величин U и Еп, а только от их отношения. Следовательно, модель для иллюстрации движения электрона вокруг ядра может быть построена в любом масштабе. Этот вывод носит принципиальный характер, так как он дает возможность построить с помощью электронно-механических систем модель планетарной системы атома.

На приведенных выше двух рисунках представлены траектории движения единичного заряда вокруг заряженного центра, снятые с помощью специального самодвижущегося аппарата (траектографа) с автоматическим рулевым управлением и автоматическим вычерчиванием траектории.

Из этих рисунков вполне можно видеть, что такой системой имитируется не только эллиптическое движение электрона вокруг ядра, но и его процессия. Если аппарат оставить на длительное автоматическое вычерчивание траекторий, то такими траекториями будет занята определенная зона, в которой электрон никогда не удалится дальше предельного радиуса и не приблизится к ядру ближе минимального расстояния. Плотность почернения этой диаграммы одновременно будет иллюстрировать и вероятность пребывания частицы в данной зоне. С точки зрения наших обычных представлений о малом времени (вплоть до микросекунд и даже наносекунд) невозможно, конечно, проследить единичную траекторию электрона, так как теоретическое время обращения электрона на одном витке составляет около 10^-16 секунды, и, следовательно, за одну микросекунду произойдет более миллиарда оборотов.

Само собой разумеется, что дискретная структура «облака» в этом случае не будет выступать, она будет завуалирована множеством из множества траекторий.

Приведенную картину не следует, конечно, рассматривать как доказательство планетарной системы атомов, она описана здесь только с единственной целью — для иллюстрации диапазона аналогий. Вместе с тем она, может быть, натолкнет кого-нибудь на поиски механизма актов поглощения и актов излучения квантов света орбитальными электронами. Эти вопросы все еще остаются белыми пятнами в науке, так же как остается еще не раскрытой физическая сущность закона Ома, несмотря на его относительную древность.

149

Подвергая критическому омысливанию и анализу понятия, порой даже общепринятые в науке, мы, несомненно, будем обогащаться новыми идеями. Еще выдающийся представитель XVIII столетия, немецкий писатель, публицист и ученый Г.-К. Лихтенберг говорил, что «общепризнанные мнения и то, что каждый считает делом давно решенным, чаще всего заслуживают исследования». Исследование же, оторванное от анализа взаимосвязей, неизбежно ведет к метафизичности.

ЕГО ВЕЛИЧЕСТВО ФАКТ

Особенностью живого ума является то, что ему нужно лишь немного увидеть и услышать для того, чтобы он мог потом долго размышлять и многое понять,