Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания
Заметим, что и Планк, объяснив закон теплового излучения посредством гипотезы квантов, говорил исходно лишь о связи E=hf энергии осцилляторов (электронов в атоме) — с частотой их колебаний f (§ 4.1, § 4.2). А, раз именно такую связь даёт бипирамидальная модель атома, из неё сразу следует закон излучения Планка. Лишь позднее классическую идею Планка извратили так, будто энергия квантуется: свет излучается квантами, фотонами. Судьба идей Планка напоминает историю открытий Ритца. Их выводами воспользовались адепты неклассической физики, проигнорировав классические идеи, в рамках которых эти выводы были получены.
Рассмотренный механизм образования фотоэлектронов приводит к выводу, что фотоэффект можно наблюдать лишь в некотором диапазоне частот. Раз энергия электрона E=MV2/2=hf, а его скорость связана с радиусом орбиты R зависимостью V=2πRf, то f=h/2π2R2M. Но радиус R орбиты электрона в атоме не может быть ни слишком велик, ни слишком мал, а, значит, и диапазон частот излучения, выбивающего электроны, ограничен сверху и снизу. Электрон не должен находиться слишком близко к ядру, где кулоновское притяжение ядра преобладает над магнитной силой (как показывает опыт Резерфорда). Внешний электрон обязан располагаться за сферой внутренних, узловых электронов, экранирующих заряд ядра. Это даёт синюю границу фотоэффекта. С другой стороны, радиус орбиты не может быть больше размеров атома: вне атомного остова магнитное поле быстро спадает, и атом в этой области не может удержать электроны на орбите. Так что, и для внутреннего фотоэффекта, где электрон остаётся в образце и ему не надо совершать работу выхода, должна быть красная граница фотоэффекта: свет с частотой меньшей f=h/2π2R2M — неэффективен (R — радиус атома). И такая красная граница обнаружена.
Интересно рассчитать эти границы, зная минимальный r и максимальный R радиусы орбиты электрона (Рис. 151). Минимальный радиус должен быть порядка сотни радиусов ядра, то есть электроны вряд ли могут располагаться ближе r≈10–13 м. Отсюда, — максимальная частота f=h/2π2r2M≈1021 Гц. Поэтому, излучение с частотой много большей 1021 Гц (жёсткие гамма-лучи) уже не сможет вызвать фотоэффекта (что подтверждают и опыты). Максимальный радиус орбиты составляет порядка радиуса атома R≈10–10 м. Так что, красная граница фотоэффекта будет лежать в области частот fкр=h/2π2R2M≈1015 Гц, но это есть видимый свет. И во внешнем фотоэффекте красная граница действительно соответствует видимому свету. Считают, что это связано с наличием работы выхода — минимальной энергией A, которую должен затратить электрон, дабы покинуть металл (§ 4.12). Тогда наименьшая частота света (красная граница), выбивающего электрон fкр=A/h. Но, не исключено, что красная граница и работа выхода связаны со свойствами самих атомов, а не металла. Тому есть подтверждения.
Так, самую длинноволновую красную границу имеют щелочные металлы, что естественно, поскольку у них наибольшие атомные радиусы R. У этих металлов красная граница расположена в диапазоне видимого света, а предельная длина волны λ=с/fкр растёт с ростом атомного радиуса. У металлов же с меньшими атомными радиусами, красная граница расположена в области ультрафиолета (Таблица 8). Выходит, и красная граница, и сама работа выхода заданы свойствами атомов, а не металла в целом. И это естественно, ведь металл — это, по сути, одна гигантская молекула, — много атомов, слившихся воедино: их электроны обобщены. А работа выхода — это энергия ионизации такой молекулы, пропорциональная энергии ионизации её атомов.
И, точно, у металлов с наименьшей энергией ионизации Eи,— у щелочных металлов, — минимальна и работа выхода A, и эти энергии растут с уменьшением атомного радиуса (Таблица 9). Почему-то этот факт, загадочный с точки зрения квантовой теории, игнорируют, хоть и отмечают, что красная граница тем дальше сдвинута в сторону длинных волн, чем электроположительней атомы металла, то есть, — чем легче они отдают свои электроны [74]. К вопросу о природе работы выхода ещё вернёмся и обсудим её подробней (§ 4.12).
Итак, волновой подход не уступает квантовому, позволяя наглядно объяснить гораздо больше эффектов, прежде казавшихся совершенно загадочными. Волновая теория более удобна и для объяснения комптон-эффекта и рождения электрон-позитронных пар под действием гамма-излучения. Почему же не откажутся от квантового объяснения со всей его несуразностью? Первая причина состоит в игнорировании альтернативных подходов (путь, открытый Планком, давно забыт). Вторая причина — в упорном нежелании академических кругов подвергать сомнению основы квантовой механики, ведь фотоэффект — её фундамент. Поэтому, представители официальной науки всеми правдами и неправдами скрывают альтернативные пути и проблемы квантовой теории фотоэффекта. Это замалчивание, скрытое противостояние классической и неклассической физики, — восходит корнями к началу XX века, к тому же Столетову, с внезапной смертью которого связана тёмная история, каких немало в науке.
Столетов был сторонником классического подхода в физике и стоял на страже здравого смысла в науке, за что и пострадал [15]. Дело в том, что другой физик, Б. Голицын, задолго до Эйнштейна и Луи де Бройля выдвинул идею корпускулярно-волнового дуализма, в том числе в отношении света, приписав ему некую температуру, как меру энергии атомов света (подобно фотонам, имеющим свои энергии). Столетов выступил с резкой критикой этой идеи и добился того, что её признали ошибочной. После это ставили в вину Столетову: не окажи он своим авторитетом такого влияния, идея корпускулярно-волнового дуализма прижилась бы много раньше и принадлежала бы России. Якобы Столетов сам загубил идею, объяснявшую исследованный им фотоэффект. Но, на деле, Столетов, будучи тонким теоретиком и экспериментатором, глубоко чувствовал истинную природу явлений, интуитивно понимал, что идея корпускулярно-волнового дуализма, идущая от ненавистного ему мистического энергетизма Маха и Оствальда, — абсурдна, чужда материализму и чёткому атомистическому представлению о мире (§ 5.14). Не случайно, Столетов был другом и научным единомышленником таких учёных-материалистов, как Менделеев, Тимирязев, Циолковский, бывших противниками энергетизма и мистики [23].
Трагичен конец этой истории. Сторонники энергетизма Голицына, используя своё высокое положение, в ответ на критику Столетова добились, чтобы у того стали возникать служебные неприятности [15, 23]. А Столетов, будучи человеком принципиальным, не мог поступиться своими научными убеждениями. Началась настоящая травля учёного. Всё кончилось тяжёлым сердечным приступом и скорой смертью Столетова. Эта история мало освещалась. И, до сих пор, подобные тёмные дела продолжают замалчивать, помогая некой скрытой силе творить беспредел в науке и проводить в жизнь абсурдные неклассические идеи, сметая с пути всех, кто им сопротивляется. Именно эти силы не допускали таких гигантов мысли, как Столетов и Менделеев, — в Российскую Академию Наук, где ещё со времён её основателя — Петра I, установилось засилье иностранцев, не допускавших в академическую среду отечественных, оригинально и смело мыслящих учёных. И, до сих пор, в РАН главенствуют деятели некоренного происхождения, блокирующие прогрессивные направления исследований — под предлогом борьбы с лженаукой, которую сами на деле и представляют. Лишь немногие учёные-герои, вроде Столетова, осмеливаются, вопреки вышестоящим чинам и академикам, публично выступить против абсурда, обнажая его глупость, как в сказке про голого короля. Уже за одно это такие учёные достойны уважения. Их усилиями свет однажды разгонит мрак, царящий в учении о свете и фотоэффекте.
Итак, видим, что фотоэффект гармонично вписывается в классическую картину мира, которая, вдобавок, объясняет гораздо больше особенностей фотоэффекта. Достаточно лишь признать, что свет — это всё же волна, а не фотоны, и принять магнитную модель атома Ритца. В рамках этой модели находит строгое обоснование гипотеза Планка о том, что источник энергии фотоэлектронов скрыт не в свете, а в металле, тогда как свет служит своего рода запальной искрой, ведущей к взрыву металла электронами, словно бочонка с порохом или заряда шрапнели.
§ 4.4 Селективный фотоэффект
Селективность фотоэлектрических явлений очень напоминает резонансные эффекты. Дело происходит так, как будто электроны в металле обладают собственным периодом колебаний, и по мере приближения частоты возбуждающего света к собственной частоте электронов амплитуда колебаний их возрастает и они преодолевают работу выхода. Подтверждение подобного взгляда можно было бы видеть в том обстоятельстве, что явление селективного фотоэффекта сильно зависит от направления поляризации света и угла падения.
