Откуда электроны всё знают?
Изучая тепловое расширение простых веществ (элементов таблицы Менделеева), мы с удивлением замечаем, что в ряду щелочных металлов у натрия Na коэффициент теплового расширения выпадает из общей картины и оказывается меньше, чем ожидалось по сравнению со своими соседями.
Рис. Изменение удельного объёма для некоторых элементов до температуры плавления.
Попутно выясняется, что точно такая же аномалия наблюдается у энергии возбуждения электрона для перехода на следующий уровень. Единственного у них всех валентного электрона на внешней оболочке.
Как вообще такое может быть? Откуда электрон знает, какая будет у него энергия возбуждённого состояния? Ведь энергия теплового возбуждения kT крайне мала при комнатной температуре, и электрон не может возбудиться за счет тепловых флуктуаций в кристалле?
Ещё более непонятно, почему увеличение среднего расстояния колеблющихся атомов в кристалле, которое физики связывают с эффектом теплового расширения, должно зависеть от поведения электронов? Ведь адиабатическое приближение, когда электроны из-за малости своей массы "тупо" следуют за своими хозяевами - атомами, стало КЛАССИЧЕСКИМ при вычислении свойств металла и не вызывает сомнений?
Вот здесь пора вспомнить то, о чём автор блога писал по поводу структуры физических пространств в предыдущих записях (постах). Там утверждалось, что окружающее пространство не единственно, что бывают разные пространства, разной кривизны и размерности, и что пространство электронных оболочек являет собой многомерное фермионное пространство, сложенное из кирпичиков-фермионов. И эти "кирпичики" из-за запрета Паули не могут "налезать" друг на друга, а должны ровненько следовать друг за другом (как в Великой Китайской Стене). И что элементом (квантом возбуждения) является действие (момент импульса), равное постоянной Планка h.
С учётом того, что размерность пространства электронных оболочек равна N, где N - полное число электронов в атоме (для натрия N = 11), передача атому тепла в виде кванта действия h приведёт (в среднем на один электрон) к увеличению фермионного пространства в размере h/N в каждом направлении N-мерного пространства. А поскольку для перехода электрона на следующий энергетический уровень требуется поглощение фотона с квантом энергии E=hv, пропорциональность этой энергии коэффициенту теплового расширения уже не вызывает удивления.
Теперь необходимо обязательно упомянуть книгу Голубев С.Н., Голубев С.С. "Взгляд на физический микромир с позиции биолога", 2009, которую мы начали читать и обсуждать в предыдущем посте. Упомянуть в ней то, что авторам интуитивно ВЕРНО удалось предсказать возможную СТРУКТУРУ фермионного пространства. Точнее - "физического вакуума", поскольку физики сейчас других пространств и не знают. Это предсказание удалось сделать на основе представлений о том, как окружающее нас трёхмерное пространство будет заполняться (замащиваться) выпуклыми многогранниками, имеющими ось симметрии 5-го порядка. Такая симметрия часто наблюдается у живых объектов, например, у морских звёзд, у малых частиц вещества - атомных кластеров, растущих из точки центра симметрии и плотно заполняющих конечное пространство вокруг себя. Эта симметрия отсутствует у обычных кристаллов вещества, которые строятся на основе последовательного периодического воспроизведения кристаллической ячейки в каждом из трёх направлений. А вот для КВАЗИКРИСТАЛЛОВ, которые составляют структуру некоторых сплавов металлов, такое оказалось возможным, что было доказано экспериментально, и за что была получена соответствующая Нобелевская премия.
Несмотря на некоторую "наивность" представлений авторов, они обещают, тем не менее, по ходу книги РЕШИТЬ величайшую проблему физики элементарных частиц - проблему соотношения масс электрона, протона и нейтрона.
Поэтому будем с увлечением читать дальше.
Рис. Изменение удельного объёма для некоторых элементов до температуры плавления.
Попутно выясняется, что точно такая же аномалия наблюдается у энергии возбуждения электрона для перехода на следующий уровень. Единственного у них всех валентного электрона на внешней оболочке.
Как вообще такое может быть? Откуда электрон знает, какая будет у него энергия возбуждённого состояния? Ведь энергия теплового возбуждения kT крайне мала при комнатной температуре, и электрон не может возбудиться за счет тепловых флуктуаций в кристалле?
Ещё более непонятно, почему увеличение среднего расстояния колеблющихся атомов в кристалле, которое физики связывают с эффектом теплового расширения, должно зависеть от поведения электронов? Ведь адиабатическое приближение, когда электроны из-за малости своей массы "тупо" следуют за своими хозяевами - атомами, стало КЛАССИЧЕСКИМ при вычислении свойств металла и не вызывает сомнений?
Вот здесь пора вспомнить то, о чём автор блога писал по поводу структуры физических пространств в предыдущих записях (постах). Там утверждалось, что окружающее пространство не единственно, что бывают разные пространства, разной кривизны и размерности, и что пространство электронных оболочек являет собой многомерное фермионное пространство, сложенное из кирпичиков-фермионов. И эти "кирпичики" из-за запрета Паули не могут "налезать" друг на друга, а должны ровненько следовать друг за другом (как в Великой Китайской Стене). И что элементом (квантом возбуждения) является действие (момент импульса), равное постоянной Планка h.
С учётом того, что размерность пространства электронных оболочек равна N, где N - полное число электронов в атоме (для натрия N = 11), передача атому тепла в виде кванта действия h приведёт (в среднем на один электрон) к увеличению фермионного пространства в размере h/N в каждом направлении N-мерного пространства. А поскольку для перехода электрона на следующий энергетический уровень требуется поглощение фотона с квантом энергии E=hv, пропорциональность этой энергии коэффициенту теплового расширения уже не вызывает удивления.
Теперь необходимо обязательно упомянуть книгу Голубев С.Н., Голубев С.С. "Взгляд на физический микромир с позиции биолога", 2009, которую мы начали читать и обсуждать в предыдущем посте. Упомянуть в ней то, что авторам интуитивно ВЕРНО удалось предсказать возможную СТРУКТУРУ фермионного пространства. Точнее - "физического вакуума", поскольку физики сейчас других пространств и не знают. Это предсказание удалось сделать на основе представлений о том, как окружающее нас трёхмерное пространство будет заполняться (замащиваться) выпуклыми многогранниками, имеющими ось симметрии 5-го порядка. Такая симметрия часто наблюдается у живых объектов, например, у морских звёзд, у малых частиц вещества - атомных кластеров, растущих из точки центра симметрии и плотно заполняющих конечное пространство вокруг себя. Эта симметрия отсутствует у обычных кристаллов вещества, которые строятся на основе последовательного периодического воспроизведения кристаллической ячейки в каждом из трёх направлений. А вот для КВАЗИКРИСТАЛЛОВ, которые составляют структуру некоторых сплавов металлов, такое оказалось возможным, что было доказано экспериментально, и за что была получена соответствующая Нобелевская премия.
Несмотря на некоторую "наивность" представлений авторов, они обещают, тем не менее, по ходу книги РЕШИТЬ величайшую проблему физики элементарных частиц - проблему соотношения масс электрона, протона и нейтрона.
Поэтому будем с увлечением читать дальше.