МЕНЮ

Электрический заряд протона, электрона и фотона

В настоящей статье на основе эфиродинамической сущности электрического заряда и структур элементарных частиц  приводится расчет величин электрических зарядов протона, электрона и фотона.

Ложное знание опаснее невежества
Дж. Б. Шоу

Введение. В современной физике электрический заряд является одной из важнейших характеристик и неотъемлемым свойством элементарных частиц. [1] Из физической сущности электрического заряда [1, 2], определенной на основе эфиродинамической концепции [3], следует ряд свойств, таких как пропорциональность величины электрического заряда массе его носителя; электрический заряд не квантуется, а переносится квантами (частицами); величина электрического заряда знакоопределенная, т. е. всегда положительная;  которые накладывают существенные ограничения на природу элементарных частиц. А именно: в природе не существует элементарных частиц, не имеющих электрического заряда; величина электрического заряда элементарных частиц величина положительная и больше нуля.  Исходя из физической сущности величина электрического заряда определяется массой, скоростью потока эфира, составляющего структуру элементарной частицы и их геометрическими параметрами.  Физическая сущность электрического заряда (электрический заряд это мера потока эфира) однозначно определяет эфиродинамическую модель элементарных частиц [3], тем самым снимая вопрос структуры элементарных частиц с одной стороны и указывает на несостоятельность стандартной [4], кварковой [5] и прочих моделей элементарных частиц с другой.

Величина электрического заряда  также определяет интенсивность электромагнитного взаимодействия элементарных частиц. [6] С помощью электромагнитного взаимодействия осуществляется взаимодействие протонов и электронов в атомах и молекулах. Тем самым  электромагнитное взаимодействие определяет возможность устойчивого состояния таких микроскопических систем. Размеры их существенным образом определяются величиной электрических зарядов электрона и протона.

Ошибочная  трактовка современной физикой свойств, таких как существование положительного и отрицательного, элементарного, дискретного, квантованного электрического заряда и т. д. [7], некорректная интерпретация экспериментов по измерению величины электрического заряда привели к ряду грубейших ошибок в физике элементарных частиц (бесструктурность электрона, нулевая масса и заряд фотона, существование нейтрино, равенство по абсолютной величине электрических зарядов протона и электрона элементарному).

Из выше изложенного следует, что электрический заряд элементарных частиц в современной физике имеет определяющее значение в понимании основ микромира и требует взвешенной и обоснованной оценки их величин.

В естественных условиях протоны и электроны находятся в связанном состоянии, образуя протон-электронные пары. Непонимание этого обстоятельства, а также ошибочное представление, что заряды электрона и протона равны по абсолютной величине элементарному, оставили современную физику без ответа на вопрос: какова реальная  величина электрических зарядов протона, электрона и фотона?

Электрический заряд протона и электрона. В естественном состоянии протон-электронная пара  существует в виде химического элемента атома водорода. Согласно теории [8]:  “Атом водорода является несводимой структурной единицей вещества, возглавляющей периодическую таблицу Менделеева. В этом отношении радиус атома водорода следует отнести к категории фундаментальных констант. … Рассчитываемый радиус Бора равен = 0,529 Å. Это важно, поскольку прямых методов измерения радиуса атома водорода нет. …радиус по Бору – это радиус окружности круговой орбиты электрона, и он определен в полном соответствии с общепринятым пониманием термина «радиус».”

            Известно [9] также, что измерения радиуса протона осуществлялись с помощью атомов обычного водорода, которые привели (CODATA-2014) к результату 0,8751 ± 0,0061 фемтометра (1 фм = 10−15 м).

Для оценки величины электрического заряда протона  (электрона)  используем общее выражение электрического заряда [1]:

q = (1/k)1/2  u r (ρS)1/2,                                                                                               (1)

где k = 1 / 4πε0 – коэффициент пропорциональности из выражения закона Кулона,

ε0 ≈ 8,85418781762039·10−12 Ф·м−1 – электрическая постоянная; u – скорость, ρ — плотность потока эфира; S – сечение тела протона (электрона).

Преобразуем выражение (1) следующим образом

q = (1/k)1/2  u r (mS/V)1/2,

где V = r Sобъем тела, mмасса элементарной частицы.

Протон и электрон – это дуэтоны [10]:  — структура, состоящая из двух торообразных тел, соединенных боковыми поверхностями торов, симметричная относительно плоскости деления, поэтому

q = (1/k)1/2  u r (m2ST/2VT)1/2,

где ST – сечение, r — длина,  VT = r SТ — объем тора.

Далее

q = (1/k)1/2  u r (mST/VT)1/2,

q = (1/k)1/2  u r (mST/rST)1/2,

q = (1/k)1/2  u (mr)1/2.                                                                                      (2)

Выражение (2) представляет собой модификацию выражения (1) для электрического заряда протона (электрона).

Пусть R2 = 0.2 R1, где R1 – внешний, а R2 – внутренний радиусы тора.

Тогда

r = 2π 0.6 R1,

соответственно электрический заряд протона и электрона

q = (1/k)1/2  u (m 2π 0.6 R1)1/2,

q = (2π 0.6 /k)1/2  u (m R1)1/2,

q = 2π (1.2 ε0)1/2  u (m R1)1/2

q = 2.19 π (ε0)1/2  u (m R1)1/2                                                                          (3)

Выражение (3) представляет собой форму выражения величины электрического заряда для протона и электрона.

При u = 3∙108м/с – вторая звуковая скорость эфира [3], выражение 2.19 π (ε0)1/2  u = 2.19 π(8,85418781762·10−12 Ф/м)1/2  3∙108м/с = 0,6142∙104 м1/2 Ф1/2 с-1.

Предположим, что радиус протона (электрона) в представленной  выше структуре это радиус R1.

Для протона известно[9], что    mр = 1,672∙10-27 кг,   R1 = rр = 0,8751∙10-15 м , тогда

qр = 2.19 π (ε0)1/2 u (m R1)1/2 = 0,6142∙1041/2 Ф1/2 с-1] ∙ (1,672∙10-27[ кг] ∙

0,8751∙10-15 [м])1/2  =  0,743∙10-17 Кл.

Таким образом, электрический заряд протона qр = 0,743∙10-17 Кл.

Для электрона известно [11], что    mэ = 0,911∙10-31 кг. Для определения радиуса электрона, при допущении, что структура электрона подобна структуре протона, а плотность потока эфира в теле электрона также равна плотности потока эфира в теле протона,  используем известное соотношение между массами протона и электрона, которое равно

mр /mэ = 1836,15.

Тогда   rр /rэ  = (mр /mэ) 1/3   =  1836,151/3  = 12,245, т. е. rэ = rр /12,245.

Подставляя данные для электрона в выражение (3) получим

qэ = 0,6142∙1041/2 Ф1/2 /c] ∙ (0,911∙10-31[ кг] 0,8751∙10-15 [м]/12,245)1/2 =

= 0,157∙10-19  Кл.

Таким образом, электрический заряд электрона  qэ = 0,157∙10-19  Кл.

Удельный заряд протона

qр/mр  = 0,743∙10-17 [Кл] /1,672∙10-27[кг] = 0,444∙1010 Кл /кг.

Удельный заряд электрона

qэ/mэ  = 0,157∙10-19  [Кл] /0,911∙10-31 [кг] = 0,172∙1012  Кл /кг.

Полученные значения электрических зарядов протона и электрона являются оценочными и не имеют фундаментального статуса. Это обусловлено тем, что геометрические и физические параметры протона и электрона в протон-электронной паре взаимозависимы и определяются местом расположения протон-электронной пары в атоме вещества и регулируются законом сохранения момента количества вращения.  При изменении радиуса орбиты движения электрона меняются соответственно масса протона и электрона и, соответственно,  скорости вращения вокруг собственной оси вращения. Так как электрический заряд пропорционален массе, то изменение массы протона или электрона, соответственно, приведет к изменению их электрических зарядов.

Таким образом, во всех атомах вещества, электрические заряды протонов и электронов отличаются друг от друга и имеют свое конкретное значение, однако в первом приближении их значения можно оценивать как значения электрического заряда протона и электрона атома водорода, определенного выше. Кроме того, данное обстоятельство указывает на то, что электрический заряд атома вещества является его уникальной характеристикой, которая может быть использована для его идентификации.

Зная величины электрических зарядов протона и электрона для атома водорода можно оценить электромагнитные силы, обеспечивающие устойчивость атома водорода.

В соответствии с модифицированным законом Кулона [12]  электрическая сила притяжения Fпр будет равна

Fпр  = k (q1 — q2)2/ r2 ,         при  q1 ≠ q2 ,

где  q1 – электрический заряд протона,   q2 – электрический заряд электрона, r – радиус атома.

Fпр  = (1/4πε0 )(q1 — q2)2/ r2 = (1/4π 8,85418781762039·10−12 Ф·м−1) ·

  • (0,743∙10-17 Кл — 0,157∙10-19 Кл)2/(5,2917720859·10−11м)2 = 0,1763·10-3 Н.

В атоме водорода на электрон действует электрическая (кулоновская) сила притяжения равная 0,1763·10-3 Н. Так как атом водорода находится в устойчивом состоянии, то магнитная сила отталкивания также равна 0,1763·10-3 Н. Для сравнения вся научная и учебно-методическая литература приводят расчет силы электрического взаимодействия, например [13], который дает результат 0,923 ·10-7 Н. Приведенный в литературе  расчет некорректен, так как основан на ошибках, рассмотренных выше.

Современная физика утверждает, что минимальная энергия, необходимая для вырывания электрона из атома, называется энергией ионизации или энергией связи, которая для атома водорода равна 13,6 эВ [14]. Оценим энергию связи протона и электрона в атоме водорода на основе полученных значений электрического заряда протона и электрона.

Есв. = Fпр ·rн = 0,1763·10-3 · 6,24151·1018 эВ/м · 5,2917720859·10−11 м = 58271эВ.

Энергия связи протона и электрона в атоме водорода равна 58,271 КэВ.

Полученный результат указывает на некорректность понятия энергии ионизации и ошибочность второго постулата Бора [15]: “излучение света происходит при переходе электрона из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний”. В процессе возбуждения протон-электронной пары под воздействием внешних факторов, электрон смещается (удаляется) от протона на некоторую величину, максимальное значение которой определяется энергией ионизации. После генерации фотонов протон-электронной парой электрон возвращается на прежнюю орбиту.

Оценим величину максимального смещения электрона при возбуждении атома водорода некоторым внешним фактором энергией 13,6 эВ.

Радиус атома водорода станет равным 5,29523·10−11 м, т. е. увеличится ориентировочно  на 0,065%.

 

Электрический заряд фотона. Согласно эфиродинамической концепции фотон это [16]:  элементарная частица, представляющая собой замкнутый тороидальный вихрь уплотненного эфира с кольцевым движением тора (как колеса) и винтовым  движением внутри него, осуществляющая поступательно-циклоидальное движение (по винтовой траектории), обусловленное гироскопическими моментами собственного вращения и вращения по круговой траектории  и предназначенная для переноса энергии.

Исходя из структуры фотона, как тороидального вихревого тела, движущегося по винтовой траектории, где rγλ внешний радиус,  mγλ – масса,  ωγλ — собственная частота вращения, электрический заряд фотона может быть представлен следующим образом.

Для упрощения расчетов  примем длину потока эфира в теле фотона r =2π rγλ,

u = ωγλ rγλ , r0λ = 0.2 rγλ   — радиус сечения тела фотона.

Тогда

qγλ = (1/k)1/2  ωγλ rγλ  2πrγλ  (mλ /V · V/2πrγλ  )1/2 = (1/k)1/2  ωγλ rγ λ  (mλ 2πrγλ  )1/2 =

= (4πε0)1/2  ωγλ rγλ  (mλ 2πrγλ  )1/2 = 2π(2ε0)1/2 ωγλ (mλ r3γ λ )1/2  ,

qγ λ = 2π(2ε0)1/2 ωγλ (mλ r3γλ )1/2.                                                                             (4)

Выражение (4) представляет собственный электрический заряд фотона без учета движения по круговой траектории.  Параметры ε0, mλ, rγλ это квазипостоянные, т.е. переменные, значения которых меняются незначительно (доли %) во всей области существования фотона (от инфракрасного до гамма). Это значит, что собственный электрический заряд фотона это функция от частоты вращения вокруг собственной оси. Как показано в работе [17] отношение частот гамма фотона ωγλГ к фотону инфракрасного диапазона ωγλИ составляет порядка ωγλГγλИ  ≈ 1000, соответственно изменяется и величина собственного электрического заряда фотона. В современных условиях эта величина не может быть измерена, поэтому имеет только теоретическое значение.

Согласно определению фотона, он имеет сложное винтовое движение, которое можно разложить на движение по круговой траектории и прямолинейное. Для оценки полной величины электрического заряда фотона необходимо учитывать движение по круговой траектории. В этом случае собственный электрический заряд фотона оказывается распределенным по этой круговой траектории. Учитывая периодичность движения, у которого шаг винтовой траектории трактуется как длина волны фотона, можно говорить о зависимости величины полного электрического заряда фотона от его длины волны.

Из физической сущности электрического заряда следует пропорциональность величины электрического заряда его массе,  следовательно и его объему. Таким образом собственный электрический заряд фотона пропорционален  собственному объему тела фотона (Vγ λ). Аналогично, полный электрический заряд фотона с учетом движения по круговой траектории будет пропорционален объему (Vλ), который сформирует фотон,  движущийся по круговой траектории.

Тогда

qλ = qγλ  Vλ /Vγλ  = qγλ  2π2 Rλ r2γλ/2π2 Lr3γλ   = qγ λ Rλ / L2rγλ ,

qλ = qγ λ Rλ / L2rγλ.                                                                                                        (5)

где  L = r0γλ/rγλ   — параметр структуры фотона, равный отношению радиуса сечения к внешнему радиусу тела фотона (≈ 0,2), VТ = 2π2 R r2 – объем тора [18]  , R — радиус окружности вращения образующей окружности тора; r — радиус образующей окружности тора.

qλ = qγ λ Rλ / L2rγλ = 2π(2ε0)1/2 ωγ λ (mλ r3γ λ )1/2 Rλ / L2rγλ ,

qλ  = 2π(2ε0)1/2 ωγλ (mλ rγλ )1/2 Rλ / L2  .                                                                       (6)

Выражение (6) представляет полный электрический заряд фотона. Ввиду зависимости полного электрического заряда от геометрических параметров фотона, значения которых в настоящее время известны с большой погрешностью, получить точное значение величины электрического заряда расчетным путем не представляется возможным. Однако его оценка позволяет сделать ряд существенных теоретических и практических выводов.

Для данных из работы [17, 19], т.е. при  λ = 225 нм, ωγ λ   6,6641·1030 об/с,

mλ ≈ 10-40 кг, rγλ ≈ 10-20 м, Rλ ≈ 0,179·10-16 м, L ≈ 0,2, получим величину полного электрического заряда фотона:

qλ  = 0,786137 ·10-19 Кл.

Полученное значение полного электрического заряда фотона длиной волны 225 нм хорошо согласуется  с величиной измеренной Р. Милликеном (1,592·10-19 Кл) [20], позднее ставшей фундаментальной постоянной, с учетом того, что его значение соответствует электрическому заряду двух фотонов. Удвоенное значение рассчитанного электрического заряда фотона:

2qλ  = 1,57227·10-19 Кл,

в Международной системе единиц (СИ) элементарный электрический заряд равен 1,602 176 6208(98)·10−19 Кл [21]. Удвоенное значение элементарного электрического заряда обусловлено тем, что протон-электронная  пара, в силу своей симметрии, всегда генерирует два фотона. Это обстоятельство экспериментально подтверждается существованием такого процесса  как аннигиляция электрон – позитронной пары, т.е. в процессе взаимоуничтожения электрона и позитрона успевают сгенерироваться два фотона, а также существованием таких известных приборов, как фотоэлектронные умножители  и лазеры.

 

Выводы. Итак, в данной работе показано, что электрический заряд  является фундаментальным свойством природы, играющим важную роль в понимании сущности элементарных частиц, атомов и других структур микромира.

Эфиродинамическая сущность электрического заряда  позволяет дать обоснование интерпретации структур, свойств и параметров элементарных частиц, отличающихся от известных современной физике.

На основе эфиродинамической модели атома водорода и физической сущности электрического заряда  даны расчетные оценки электрических зарядов протона, электрона и фотона.

Данные для протона и электрона, в виду отсутствия экспериментального подтверждения на данный момент, носят теоретический характер, однако с учетом погрешности могут быть использованы как в теории, так и на практике.

Данные для фотона хорошо согласуются с результатами известных экспериментов по измерению величины электрического заряда и обосновывают ошибочное представление элементарного электрического заряда.

 

Литература:

  1. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В.  Физическая сущность электрического заряда.
  2. Кастерин Н. П. Обобщение основных уравнений аэродинамики и электродинамики
    (Аэродинамическая часть) . Проблемы физической гидродинамики / Сборник статей под ред. академика АН БССР А.В. Лыкова. – Минск: Институт тепло- и массообмена АН БССР, 1971, с. 268 – 308.
  3. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  4. Емельянов В. М. Стандартная модель и её расширения. — М.: Физматлит, 2007. — 584 с.
  5. Клоуз Ф. Введение в кварки и партоны. — М.: Мир, 1982. — 438 с.
  6. Ахиезер А И, Рекало М П «Электрический заряд элементарных частиц» УФН 114 487–508 (1974).
  7. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В.  Об электрическом заряде и его свойствах.
  8. Потапов А. А. Радиус атома водорода: фундаментальная константа // Наука, техника и образования  — 2015 — № 10 (16).
  9. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Протон.
  10. http://logicphysic.narod.ru/ ЯковлевВ. В. Логика явлений.
  11. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Электрон.
  12. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Модифицированный закон Кулона.
  13. http://bambookes.ru/stuff/reshenie_zadach/fizika/2-1-0-7306 Решение задачи 7306.
  14. http://itchem.ru/obschaya-himiya.-xxi—vek Общая химия. XXI век.
  15. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Постулаты Бора.
  16. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. К 125-и летию открытия фотона.
  17. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность постоянной Планка.
  18. Бронштейн М. Н., Семендяев К. А., Справочник по математике —13-е изд., исправл. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1986. — 544 с.
  19. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность постоянной тонкой структуры.
  20. Андерсон Д. Открытие электрона. Развитие атомных концепций электричества. Пер. с англ. – М.: Атомиздат, 1968. – 160 с.
  21. Физическаяэнциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Лямин В.С. , Лямин Д. В.  г. Львов

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (Еще не оценили)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи