Излучение

Стабильность атомов оставлась загадкой и поэтому она была просто постулированна - электронам не разрешалось излучать электромагнитные волны, врашаясь вокруг атомных ядер.

Сегодня эта проблема считается решенной. На самом деле речь идет о ее скрытии: импульс и кинетическая энергия частицы заменяется операторами, так что в конце забывается физический смысл этих операторов. Хотя импульс и кинетическая энергия остаются при электронах, но они не вращаются больше вокруг атомного ядра, а находятся просто как-то вблизи, чтобы это ни значило.

Но если они не вращаются вокруг атомного ядра, то и не существует центробежной силы, удерживающей электроны на безопасном расстоянии. Поэтому электроны могут иметь любое количество кинетической энергии, но если они не вращаются вокруг атомного ядра, то это им не поможет - они сразу же упадут на ядро.

***

В электродинамике рассматривается ускорение носителя заряда в очень короткий промежуток времени, в результате которого происходит смещение линий электрического поля [1]. Что точно происходит с электрическим полем во время ускорения неизвестно. Поэтому используется теорема Гауса электростатики: общий поток напряженности электрического поля из замкнутой поверхности прямо пропорционален величине заключенного заряда. Раз во время ускорения не возникает дополнительных носителей заряда, то и общий поток должен сохраниться.
Таким образом старые линии поля просто соединяются с новыми. В результате появляется трансверсальная компонента электрического поля (рис. 1) и она объявляется полем излучения.

Рис. 1. Кратковременное ускорение
носителя заряда.

Но напротив через такое соединение линий напряженности поля нарушается теорема Гауса, потому что при расчете потока напряженность поля умножается на нормаль поверхности. Следствие: полный поток напряженности через сферу в зоне ускорения падает.

С другой стороны здесь мы имеем дело не с электростатикой, а с электродинамикой. Конфликт мы можем разрешить, дополнив закон Гауса тем, что общий поток расчитывается как сумма радиальной и трансверсальной компонент напряженности электрического поля. Во время ускорения заряженной происходит таким образом частичная трансформация радиального электрического поля в трансверсальное электрическое поле. Общий электрический поток остается при этом неизменным.

Однако я думаю, что здесь необходимо еще одно условие. Например, почему не существует треугольные электромагнитные волны? Треугольные волны могли бы быть возбужденны посредством равномерного ускорения. Но в природе существуют только гармоничные электромагнитные волны, которые могут быть описанны посредством sinus- или cosinus-функции.

Таким образом необходимое условие: пространство принимает только гармоничные волны.

В свою очередь гармоничные волны возбуждаются гармонически изменяющимся ускорением, т.е. Через ускорение, которое само может быть описанно посредством sinus- или cosinus-функции.

Это предположение непосредственно объуславливает стабильность атомов. Электроны на круговых орбитах не излучают, потому что испытывают равномерное ускорение. Поэтому орбиты электронов могут быть только круговыми.

Синхротронное излучение не является исключением. Заряженные частицы двигаются в кольцевых ускорителях не по идеальной круговой орбите, но по многоугольной орбите.

От угла к углу летят они прямо, в углах с помощью сильных магнитов их траектория искривляется, так что они начинают излучать электромагнитные волны, после чего они летят к следующему углу опять же прямолинейно (рис. 2 из [2]).

Рис. 2. Отклонение электронного луча
в углах синхротрона [3].

Очевидно, что искривление происходит через многочисленные переходные фазы: от слабого ускорения при входе в зону действия отклоняющих магнитов до максимального ускорения в середине и снова к слабому ускорению при выходе. Т.е. и здесь мы имеем дело с приблизительно гармоничным изменением ускорением. Как следствие в углах ускорителя быстрые заряженные частицы могут излучать электромагнитные волны.

В веществе гармоничное ускорение реализируется просто посредством колебаний диполей - молекул и атомов. Химические соединения на микроскопическом уровне описываются как следствие действия сил притяжения и отталкивания. В результате атомы находятся в углублении потенциала (рис. 3).

Рис. 3. Углубление потенциала у молекул.

В непосредственной близости равновесного расстояния углубление потенциала может быть приближенно с помощью параболы, т.е потенциалам гармоничного осцилятора. Поэтому вещества тоже могут излучать электромагнитные волны посредством гармоничных колебаний диполей.

[1] Larmor's formula. The University of Warwick.
http://pulsar.sternwarte.uni-erlangen.de/wilms/teach/astrospace/spacechap5.pdf

[2] A model of the Synchrotron.
http://www.odec.ca/projects/2005/shar5a0/public_html/

Walter Orlov, май 2009

Home