Гипотеза механизма вращения электронов в атоме

Кузнецов А.И., Кузнецов А.Р.

Согласно общепринятой теории, атомы всех химических элементов состоят из одних и тех же частиц: нейтронов, протонов и электронов. Однако, несмотря на это, их свойства существенно отличаются между собой. Принято считать, что основной причиной различий является количество содержащихся в ядре атома протонов и нейтронов.

В 1911 г. Дж. Резерфорд, на основании анализа результатов эксперимента по рассеиванию альфа-частиц при бомбардировке тонких металлических пластин (золотых и платиновых), выдвинул и обосновал планетарную модель строения атома. Согласно этой модели, атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра очень малых размеров, вокруг которого по некоторым орбитам движутся электроны.

Название "планетарная" отражает ее аналогию с Солнечной системой, в которой планеты движутся по некоторым определенным орбитам вокруг массивного притягивающего центра - Солнца.

Однако, планетарная модель атома оказывается внутренне противоречивой с точки зрения классической физики из-за наличия у электрона заряда.

Согласно законам классической электродинамики, вращающийся вокруг ядра электрон, будет излучать электромагнитные волны. Спектр такого излучения должен быть непрерывным, то есть содержать электромагнитные волны любой длины. Этот вывод противоречит линейчатости спектров излучения атомов, наблюдаемой на опыте.

Кроме того, непрерывное излучение уменьшает энергию электрона. Поэтому, радиус орбиты электрона обязан уменьшаться, и, в конце концов, электрон должен упасть на ядро. Иными словами, планетарная модель атома в классической физике оказывается неустойчивой.

В 1913 г. Н. Бор "спас" планетарную модель, введя в теорию атома идеи квантования в виде трех постулатов:

1. Электрон в атоме может двигаться только по определенным стационарным орбитам, на которых он вопреки законам классической электродинамики, не излучает энергии.

2. Разрешенными стационарными орбитами являются только те, для которых угловой момент импульса электрона равен целому кратному величины постоянной Планка, для выполнения условий квантования.

3. Излучение или поглощение кванта излучения происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое.

Как можно заметить, эта теория Н. Бора не может рассматриваться как законченная теория атомных явлений. Описывая атом законами классической физики, Бор просто "запретил" электрону, движущемуся по стационарной орбите, излучать электромагнитные волны [1].

Эти условия квантования момента импульса электрона угаданы (не совсем верно) только для атома водорода. За это Бор получил Нобелевскую премию. Попытки Бора обобщить теорию и сформулировать постулаты квантования для более сложных атомов не увенчались успехом.

Квантовая механика, основанная на теории относительности и физическая химия, основанная на квантовой механике «объяснили» атом, «размазав» электроны в «облаках орбиталей». Есть постулаты, законы чисел, но нет ни объяснения природных законов «почему так» и, тем более, полностью отсутствует понимание законов движения электронов в атоме.

Парадокс состоит в том, что даже появление атома водорода противоречит закону электрического взаимодействия зарядов. Электрон должен притягиваться силами взаимодействия в пустоте или физическом вакууме к протону, поэтому он должен «упасть» на него и заряды должны «разрядиться». Почему электрон не «падает», а начинает вращаться вокруг протона и формирует атом водорода?

Почему орбиты существуют? Почему протон, встретившись с электроном не притягивает его, а электрон при движении в электрическом поле не достигает положительно заряженного протона или ядра с многими протонами? Почему электрон перестаёт притягиваться и остаётся на боровской орбите? Этот парадокс - свидетельство невозможности образования атома водорода - в физике замалчивается [2].

Мы постараемся простым общедоступным языком, без использования математики, ответить на поставленные вопросы в нашей гипотезе.

Согласно существующей теории: «Электроны в атоме — это отрицательно заряженные элементарные частицы, которые находятся в постоянном движении вокруг положительно заряженного ядра. Они занимают определенные области пространства, называемые электронными орбиталями, которые образуют так называемое "электронное облако". Состояние электрона в атоме описывается его энергией, которая возрастает по мере удаления от ядра.»

В атоме электроны не вращаются вокруг ядра по четко определенным орбитам, как планеты вокруг Солнца, а находятся в электронных облаках и характеризуются спином, который можно представить, как вращение электрона вокруг собственной оси, хотя это не следует понимать буквально.

Даже великим ученым, как Дж. Резерфорд, свойственно ошибаться. От этого никто не застрахован, и это нельзя ставить им в вину. Любая, даже ошибочная теория является шагом вперед, приближающим к решению поставленной задачи.

Цель предлагаемой нами гипотезы - более тщательно разобраться в существующей проблеме и найти ответы на ряд спорных вопросов. Один из таких вопросов, почему-то не затрагиваемый учеными, хотя должен был стоять при разработке теории строения атома на первом месте: «Как эта теория позволяет объяснить взаимодействие при образование монолитной структуры из совокупности одних и тех же атомов и однородность физико-химических свойств в ее объеме.

Существующая теория сосредоточения протонов и нейтронов в ядре, а электронов снаружи, в виде электронного облака (орбиталей), не позволяет это осуществить, смотрится красиво, но создает вокруг себя большое количество проблем, постоянно растущих, как снежный ком.

Для объяснения ее реальности ученым приходится отказываться от уже проверенных временем теорий (взаимодействие заряженных частиц), «открывать» большое количество новых элементарных частиц, создавать новые теории сильного и слабого ядерного взаимодействия, теории относительности и квантовую теорию.

Даже с учетом всего этого, трудно объяснить механизм движения электронов в атомах и взаимодействие таких атомов между собой.

От всего этого и прочего мусора и лишней головной боли можно избавиться, если просто принять, что атом не имеет никакого ядра, а состоит из равномерно распределенных в его объеме протонов и вращающихся вокруг них электронов. Взаимосвязь протонов между собой осуществляется наличием у них общих электронов, колеблющихся между ними с определенной частотой.

Согласно предложенной нами гипотезы Теории Великого Объединения [3], разнообразие атомов химических элементов и их свойств обусловлено плотностью упаковки протонов в атоме, количеством общих электронов у протонов и частотой их колебаний.

Атом каждого химического элемента обладает свойственной только ему амплитудой (частотой) колебаний электронов, определяющей минимальную энергию его ионизации (квант фотоэффекта).

Амплитуда (частота) колебаний электронов определяет наличие и отличие различных дискретных линий в атомных спектрах химических элементов и цвет их свечения при ионизации атомов.

Изменением амплитуды колебаний электронов объясняется изменение цвета поверхности металла при повышении его температуры.

Говоря простым языком: атом – это условно «отрезанный» кусочек однородного вещества (химического элемента), содержащий минимальное количество протонов и электронов, характеризующих его структуру и особенности существующих связей.

В этом случае свойства химического элемента согласно таблицы Д.И. Менделеева определяются количеством «свободных» («отрезанных») связей у расположенных на поверхности такого атома протонов и электронов.

Установлено, что электрический заряд протона не сосредоточен в одной точке, а распределён в области радиусом около 0,8 фм [4]. Согласно приведенных в интернете данных, размер протона примерно на два порядка больше размера электрона, а его масса примерно в 1836 раз больше.

Учитывая это можно предположить, что протон одновременно может взаимодействовать с несколькими окружающими его электронами.

Согласно нашей гипотезы, вращение электрона обусловлено значительно большим, по сравнению с ним, размером протона и равномерным распределением его заряда по поверхности.

В месте приближения электрона к протону, величина заряда на поверхности протона здесь уменьшается, что ведет к снижению силы притяжения и исключает его «падение» на протон. В тоже время наличие заряда на поверхности соседних с этим местом участках протона способствует возникновению более сильного взаимодействия между этими соседними участками и электроном. При наличии только одного протона, как у атома водорода, происходит смещение электрона, с учетом направления его спина, в направлении действия такой силы одного из соседних участков.

Таким образом, под действием непрерывного возникновения аналогичных сил притяжения осуществляется вращение электрона вокруг протона. Для тяжелых химических элементов возможны варианты вращения вокруг одного протона нескольких электронов, аналогично существующей эмблемы атома.

Направление вращения электронов в атоме тяжелых химических элементов, при наличии у протона нескольких совместных электронов с другими соседними с ним протонами, осуществляется не по идеально круговой орбите, а в направлении действия градиента силы, т.е. представляет собой, скорее всего, волнообразную (зигзагообразную?) линию.

Заряд электрона частично уравновешен зарядом на поверхности протона в месте его расположения, поэтому он под влиянием приложенной к нему центростремительной силы электрического взаимодействия вращается вокруг протона.

При высокотемпературном нагреве происходит увеличение объема материала и изменение агрегатного состояния большинства химических элементов. Основной причиной этого, очевидно, является ослабление связей и увеличение расстояний между элементарными частицами атома. Однако, последующее восстановление прежних физико-химических свойств материала после охлаждения, свидетельствует об отсутствии нарушений (разрыва) существующих связей между элементарными частицами в атомах.

Это свидетельствует о высоком энергетическом уровне (температура и давления) формирования структуры атомов. Как известно, образование атомов различных химических элементов происходит в основном в звёздах путём термоядерного синтеза, начиная с водорода и гелия, и продолжается до образования элементов вплоть до железа в центрах звёзд. Элементы тяжелее железа образуются в результате последовательного захвата нейтронов и последующего бета-распада.

Таким образом, согласно предложенной гипотезы, вращение электронов в атоме вокруг протона обусловлено значительно большим, по сравнению с ним, размером протона и равномерным распределением его заряда по поверхности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика. 5.2. Теория Бора атома водорода. [Электронный ресурс]. – URL: [дата обращения 26.07.2025].

2. 4.5.3. Волновое состояние электронов в атоме. [Электронный ресурс]. – URL: https://www.monographies.ru/ru/book/section?id=1124 [дата обращения 26.07.2025].

3. Кузнецов А.И., Кузнецов А.Р. Гипотеза Теории Великого объединения. //Материалы Международной научной конференции «ХХII Сатпаевские чтения». – Павлодар, 2022. – Т. 5. – С. 308–316.

4. Протон. [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki [дата обращения 23.09.2021].