Загадка постоянной Планка
ЗАГАДКА ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ КОНСТАНТЫ ФИЗИКИ – ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
http://osh9.narod.ru/at/zag/zag.htm
На протяжении ХХ века физики ломали голову над тем: чем обусловлена
величина постоянной Планка h или постоянной тонкой структуры a. Какова
природа h? Или это квант действия DS , введенный Планком в атомную
физику, или механический момент L в атомах, который следует из уравнения
Шредингера, или величина, определяющая длину волны де Бройля h/mv, или
величина, определяющая импульс электрона ћ k в кристаллах, или спин
элементарных частиц s , кратный ћ/2, или минимальный фазовый объем DW в
статистической физике микромира и т.д. ? Вопросов накопилось, как мы
видим, немало. Попытаемся в этом разобраться.
В соответствии с теоремой Лиувилля постоянная Планка h может действительно претендовать
на минимально возможный фазовый объем для функции распределения
электронов по координатам и импульсам в самых разнообразных прикладных
задачах. В декартовых координатах элементарный фазовый объем DW выглядит
так:
DW = Dpx Dpy Dpz Dx D yDz, (1)
при этом проекции импульсов px, py, pz и координаты частицы x,y,z рассматриваются как независимые динамические переменные.
Как же смог сформироваться в природе такой минимальный фазовый объем,
который не может обратиться в нуль? Чтобы это понять, необходимо учесть
стохастический характер движения электронов в эфире, атомах, молекулах и
т.д. Свободные электроны не просто летят по прямым траекториям, а
постоянно подвержены воздействию электромагнитных флуктуаций физического
вакуума, т.е. так называемых “нулевых колебаний” вакуума. На более
простом классическом языке это можно выразить так: электроны подвержены
воздействию случайных волн эфира, которые заставляют электроны
“дрожать”, т.е. совершать своеобразное квазиброуновское движение в
вакууме.
В результате таких воздействий импульсы и координаты электронов изначально разбросаны случайным образом вблизи некоторых
средних значений, измеряемых в экспериментах. По этой причине, например,
невозможно все электроны при помощи кулоновского поля направить точно в
центры атомных ядер. Выражаясь образным языком, можно сказать, что
электрон всегда выступает в роли “плохого стрелка”. Подавляющее
большинство электронов наверняка “промахнутся”, т.е. пройдут где-то
вблизи ядер, но будут захвачены кулоновским полем ядер и продолжать
случайное движение в окрестности этих ядер. Примерная картина такого
движения для атома водорода представлена на рис.3.1.
Поскольку минимальный фазовый объем DW для атомных масштабов достаточно велик, а
размеры ядер очень малы, то лишь очень редким электронам удастся угодить
в ядро, да и то, наверняка, не в “десятку”, поскольку вероятность
такого события практически равна нулю.
Из схемы движения электрона хорошо видно, что для центральных полей фазовый объем и
орбитальный механический момент для отдельной траектории очень тесно
связаны между собой.
В силу полной сферической симметрии среднее значение орбитального механического момента электрона в основном
состоянии атома равно нулю, чего нельзя сказать про среднеквадратичное
значение этого же момента.
