|
В. С. Забирко
Основные положения теории четырёхмерного строения атома
Любое материальное тело ограничено в пространстве своей поверхностью. Говоря языком математики, трёхмерное эвклидово пространство материального тела ограничено замкнутым двухмерным пространством. Все возможные варианты поверхностей материальных тел располагаются между двумя крайними примерами: сферой (замкнутым двухмерным неэвклидовым пространством) и многогранником (рядом смежных двухмерных эвклидовых пространств). Поскольку современная теория ядра атома предполагает его четырёхмерное строение, следует допустить (по аналогии с вышесказанным), что четырёхмерное ядро ограничено замкнутым трёхмерным пространством. Приняв это допущение за основу, можно предположить, что таким замкнутым трёхмерным пространством, скорее всего, является электронная оболочка, и современная теория строения атома базируется на данных, регистрируемых с проекции четырёхмерного атома в трёхмерное пространство.
Представить четырёхмерное пространство невозможно, поэтому рассмотрим строение атома по принципу аналогий, для чего создадим упрощённую модель: четырёхмерное ядро представим трёхмерным шаром, электронную оболочку - поверхностью этого шара (двухмерным неэвклидовым пространством), а трёхмерное пространство наблюдателя - эвклидовой плоскостью. Иначе говоря, уменьшим порядок каждого пространства на единицу.
Если на электронную оболочку (сферу) этой модели помесить два электрона, то, как бы они ни перемещались, электроны всегда будут находиться в полярных друг другу точках сферы. Проекция такой электронной оболочки на плоскость наблюдателя будет представлять собой круг, по которому «бегают» два электрона, но при этом один из них ВСЕГДА будет вывернут (инвертирован) относительно другого. А что это, как не двухмерная аналогия s-подуровня, где все квантовые числа электронов равны и только спиновые квантовые числа противоположны? На основании этого можно предположить, что в действительности пространство s-подуровня представляет собой замкнутое трёхмерное неэвклидово пространство, а спины электронов не что иное, как регистрация наблюдателем их взаимной инверсии.
Каким образом тогда может выглядеть p-подуровень? Рассмотрим следующую модель в виде куба, в которой якобы трёхмерное пространство ядра замкнуто якобы двухмерными гранями электронной оболочки, где каждая грань представляется пространством отдельно взятого электрона. В проекции куба на плоскость наблюдателя рёбра куба пересекаются, а грани частично или полностью накладываются друг на друга. Одновременно с этим видно, что проекции противоположных параллельных граней куба ВСЕГДА инвертированы относительно друг друга. То есть, если проекция одной грани куба будет лицевой, то проекция противоположной параллельной грани ВСЕГДА изнаночной (инвертированной). Проведём через центры противоположных граней линии и назовём их ориентационными осями (ОО) параллельных пространств. В данной модели таких осей будет три, и углы между этими ОО и плоскостью наблюдателя будут одинаковыми (обоснование равенства углов будет рассмотрено позже).
Вообразив, что ОО куба являются осями электронных облаков p-подуровня, можно предположить, что в реальности вокруг четырёхмерного ядра атома на p-подуровне существует шесть трёхмерных пространств, каждое из которых занимает отдельный электрон. Проекция этих пространств в трёхмерное пространство наблюдателя в точности совпадает с пространством куба, однако каждое из пространств будет расположено под углом к пространству наблюдателя и ориентировано по соответствующей ОО. При этом пара совмещённых трёхмерных пространств, находящихся на одной ОО, полностью совпадет по своей ориентации к пространству наблюдателя, и эти пространства будут отличаться только центральной симметрией относительно друг друга (проще говоря, будут инвертированы друг в друге). Из чего следует, что такую пару пространств можно охарактеризовать как неэвклидово трёхмерное пространство, замкнутое на себя в четырёхмерном.
Представить замкнутое трёхмерное неэвклидово пространство невозможно, но составить представление о нём можно по аналогии с кольцом Мёбиуса, которое получается из полоски бумаги, имеющей две параллельные, инвертированные относительно друг друга плоскости - лицевую и изнаночную стороны. Искривляя эти две параллельные эвклидовы плоскости в трёхмерном пространстве и замыкая полоску в кольцо так, что лицевая поверхность переходит в изнаночную, мы получаем замкнутое двухмерное неэвклидово пространство. Если мы разместим на кольце Мёбиуса два «плоских» (двухмерных) электрона с диаметром, равным ширине полоски, допустив при этом, что сила отталкивания действует только в двухмерном пространстве, то электроны разместятся на наибольшем друг от друга расстоянии по плоскости кольца. При этом в трёхмерном пространстве они окажутся точно друг под другом, причём в инвертированном положении. То есть аналогия кольца Мёбиуса с замкнутым трёхмерным неэвклидовым пространством очевидна.
Чтобы понять дальнейшие рассуждения, рассмотрим простой пример, когда пузырёк воздуха (трёхмерный объект, ограниченный замкнутым двухмерным пространством), поднимаясь со дна водоёма, «протыкает» водную поверхность (эвклидову плоскость). При этом молекулы воздуха внутри пузырька будут контактировать с поверхностью водоёма только в том случае, если они касаются сферы пузырька воздуха. Откуда следует, что в случае, когда трёхмерное образование (шар) контактирует с плоскостью наблюдателя, то любые трёхмерные объекты внутри шара, проецируясь на плоскость внутри круга (проекции шара), могут косвенным образом регистрироваться на эвклидовой плоскости наблюдателя, но в то же время не иметь с ней контакта. По аналогии с этим следует допустить, что вокруг ядра атома существует шарообразная трёхмерная проекция «зоны четырёхмерного пространства» и любые объекты внутри этой зоны будут иметь контакт с нашим трёхмерным пространством только в том случае, если они соприкасаются с границей раздела между зоной четырёхмерного пространства и трёхмерным пространством, либо выходят за границу раздела.
В свете изложенного, рассмотрим упрощённую схему строения элементов в периодической системе на основе существующей в настоящее время теории строения атома, учитывая при этом, что регистрируемые электронные облака являются проекцией из четырёхмерного пространства.
Атом водорода имеет один электрон, который легко отрывается от ядра (протона), поскольку электронное облако практически всё находится вне зоны проекции четырёхмерного пространства вокруг ядра. Поскольку ядро атома гелия увеличивается по сравнению с ядром (протоном) атома водорода, увеличивается вокруг него и зона четырёхмерного пространства, в то время как электронное облако остаётся прежнего размера, и оказывается полностью поглощённым четырёхмерным пространством вокруг ядра (что, кстати, и объясняет инертность гелия, электронное облако которого имеет исключительно пограничный контакт с трёхмерным пространством, из-за чего гелий вступает в химические реакции только в возбуждённом состоянии, когда электронное облако выходит за границы четырёхмерного пространства).
Такую электронную оболочку можно считать «плотно упакованной», и строительство элементов второго периода фактически происходит уже не вокруг ядра, а вокруг атома гелия. И здесь оказывается, что пространство вокруг этой системы (в дальнейшем будем по-прежнему именовать её ядром) позволяет разместиться уже восьми электронам. С ростом ядра и увеличением количества электронов в элементах второго периода вокруг ядра разрастается зона четырёхмерного пространства, которая всё глубже поглощает электронные облака, что, естественно, уменьшает их зону контакта с трёхмерным пространством и приводит к тому, что электроны всё труднее отрываются от атома. И как только система оказывается «полностью упакованной» (иначе говоря, заполненной слоем электронных облаков) и погружённой в зону четырёхмерного пространства, аналогичным образом начинается строительство элементов третьего периода.
Когда же начинают строиться элементы четвёртого периода, то оказывается, что слой электронных облаков третьего периода не является «плотно упакованным» и в нём имеются пустоты, которые, заполняются электронными облаками 3d-подуровня. Когда эти облака оказываются полностью поглощены четырёхмерным пространством, идёт построение 4p-подуровня. Аналогичным образом идёт построение элементов и других периодов периодической системы элементов, при этом элементы пятого периода оказываются «неплотно упакованы» электронными облаками 4d-подуровня и в шестом периоде «пустоты» заполняются электронными облаками 4f-подуровня.
Такое строение атома позволяет объяснить изменение свойств элементов в периодах, поскольку, чем глубже электронные облака находятся в разрастающейся зоне четырёхмерного пространства, тем меньше у них контакта с трёхмерным пространством, а, значит, электрон труднее отрывается от атома, и когда электронные облака s-, p-, d-, f-подуровней оказываются полностью поглощены четырёхмерным пространством вокруг ядра, появляются такие элементы, как инертные газы и благородные металлы. Также становится понятным, почему электроны внутренних слоёв ни при каких условиях не отрываются от атома. Нынешняя теория строения атома объяснений по этому поводу не даёт и лишь констатирует факт.
По сложившемуся мнению, проекция четырёхмерного куба в трёхмерное пространство будет выглядеть в виде обычного трёхмерного куба, в который вложены восемь трёхмерных кубов, ориентированных по своим ОО. Соответственно, и в шарообразной проекции четырёхмерного пространства вокруг ядра электронные облака должны, по аналогии сложившемуся мнению, выглядеть шарами, как электронное облако s-подуровня. Однако такое представление о проекциях электронных облаков в корне неверно, и для того, чтобы это понять, рассмотрим обычную фотографию прозрачного трёхмерного куба. На фотографии видно, что квадраты граней превратились в неравносторонние четырёхугольники, а дальние грани по площади меньше ближних. Уменьшение площади дальних граней обусловлено третьей пространственной координатой, поскольку видимая поверхность объекта уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до неё, равно как и регистрируемая энергия объекта, а также его масса. То же происходит и в шарообразной проекции четырёхмерного пространства вокруг ядра, где появляется четвёртая пространственная координата, величина которой растёт от поверхности четырёхмерной зоны к центру атома. Это объясняет уменьшение к центру атома регистрируемой энергии электронного облака (что сводит шарообразное электронное облако к форме «гантели»), уменьшение радиуса атомов элементов в периоде (за счёт увеличения зоны четырёхмерного пространства и, как следствие, удаления ядра и самого атома от пространства наблюдателя), а также приводит к пониманию, в чём, собственно, заключается смысл так называемого «дефекта массы» (поскольку ядро атома удалено от нашего пространства по четвёртой пространственной координате, то его масса и размер регистрируются обратно пропорционально квадрату расстояния). Подтверждением этих выводов является тот факт, что регистрируемая энергия, к примеру, электронов калия 1s-подуровня меньше, чем регистрируемая энергия электронов натрия того же 1s-подуровня, поскольку по четвёртой пространственной координате они в большей степени удалены от нашего пространства (кстати, это объясняет и уникальность спектра каждого элемента).
Теперь попробуем представить, каким образом располагаются электронные облака вокруг ядра по отношению к трёхмерному пространству. Но прежде, чем приступить к этому, рассмотрим, что представляет собой развёртка четырёхмерного куба в трёхмерном пространстве. У развёртки имеются три пары трёхмерных кубов, образованных на противоположных друг другу параллельных гранях и одна пара кубов (назовём эту пару внутренней структурой) инвертированных относительно друг друга в центре развёртки. Аналогичным образом выглядят развёртки всех правильных четырёхмерных многогранников (под «правильными» имеются в виду многогранники, чьи ориентационные оси пересекаются в центре в одной точке под одинаковыми углами, а грани находятся на одинаковом расстоянии от центра по своим ОО). То есть все они имеют пару трёхмерных многогранников, которые можно охарактеризовать как «внутренняя структура», в то время как остальные пары трёхмерных многогранников образуются на параллельных гранях. При этом «внутренняя структура» служит основой в единственном виде для построения «вокруг» неё любых правильных четырёхмерных многогранников и фактически является пространством s-подуровня. Подтверждением этого необычного свойства четырёхмерных конструкций является тот факт, что в современной теории строения атома существуют только sp-, sd- и sf-гибридизации, а pd-, pf- и df-гибридизации не наблюдаются. На основании этого можно прийти к заключению, что ОО s2p6-, s2d10- и s2f14-электронных облаков пересекаются в центре атома под одинаковыми углами.
Для наглядности того, каким образом располагаются электронные облака вокруг ядра по отношению к трёхмерному пространству, рассмотрим их положение на примере второго периода. Одна пара электронов (s-подуровень) размещается в электронном облаке, чья ОО перпендикулярна пространству наблюдателя. Последующие три пары электронов (p-подуровень) располагаются в электронных облаках, чьи ОО имеют равные между собой углы по отношению к пространству наблюдателя, поскольку регистрируемые энергии этих облаков равны между собой. Вероятнее всего это обусловлено равновесным балансом электронных облаков по отношению к пространству наблюдателя (назовём это принципом уравновешенности). Как было предположено ранее, все ОО s2p6-электронных облаков пересекаются в центре под одинаковыми углами, почему же тогда электронные облака s-подуровня имеют в проекции шарообразную форму, а p-подуровня - гантелеобразную? На самом деле форма у них одна и та же: стоит только «развернуть» ОО гантелеобразного облака под прямым углом к пространству наблюдателя (то есть посмотреть на «гантель» с торца), как пред нами предстанет шарообразное электронное облако. Из этого следует очевидный вывод, что в действительности энергии электронных облаков s- и p-подуровней одинаковы, а на регистрируемую разницу накладывается эффект разницы углов наклона ОО к пространству наблюдателя. Также из этого следует, что при переходе атома из возбуждённого состояния в нормальное и наоборот не происходит никакого внепространственного и вневременного «перескока» электронов с орбитали на орбиталь, а наблюдается поворот проекций электронных облаков в положение, когда все четыре ОО s2p6-электронных облаков становятся под одинаковыми углами к пространству наблюдателя. При этом происходит резкое изменение угла наклона ОО электронных облаков, из-за чего их регистрируемая энергия меняется скачкообразно и создаётся иллюзия квантования энергии.
ОО s2d10-электронных облаков соответствуют ОО правильного двенадцатигранника. Но если в обычном состоянии атома возможно положение, когда одна ОО перпендикулярна пространству наблюдателя, а пять остальных находятся к этому пространству под одинаковыми углами, то в возбуждённом состоянии атома оказывается, что три ОО имеют один угол наклона, а ещё три - другой. Принцип уравновешенности, по всей видимости, здесь достигается тем, что s2d10-электронные облака имеют по две ориентировочные оси, и суммы углов ОО каждого электронного облака равны между собой. Что, в общем, и подтверждается регистрируемой формой электронных облаков d-подуровня, напоминающей две скрещенные гантели. Соответственно ОО s2f14-электронных облаков являются осями правильного шестнадцатигранника, но каждое из этих электронных облаков будет иметь по три ОО.
Чтобы иметь общее представление, что такое две или три ориентационные оси электронного облака, следует представить истинное шаровидное электронное облако, которое вращается для p-подуровня по одной оси, для d-подуровня - по двум осям, для f-подуровня - по трём, а затем «наложить» на вращающееся облако четвёртую пространственную координату, уменьшающую размеры облака к центру атома (разумеется, ориентационная ось и ось вращения не одно и то же, но для данного случая эффект аналогичен).
Остаётся неясным один вопрос: каким образом ОО электронных облаков могут находиться под постоянными неменяющимися углами по отношению к пространству наблюдателя, в то время как молекулярные связи, образованные теми же электронными облаками, при вращении молекулы могут принимать любой угол к пространству наблюдателя? Всё дело в том, что мы вращаем молекулу в трёхмерном пространстве, а для того чтобы изменить угол наклона ОО проекции из четырёхмерного пространства, необходимо повернуть атом в четырёхмерном. Для примера, по принципу аналогий, рассмотрим проекцию шара на плоскость под прямым углом (то есть проекцию трёхмерного объекта, чья ОО перпендикулярна двухмерной эвклидовой плоскости). Проекция представляет собой круг, и как бы мы не вращали его в двухмерном пространстве (на плоскости), круг всегда будет оставаться кругом, а ОО шара всегда перпендикулярна плоскости. Но если мы повернём плоскость в третьем измерении, то угол наклона изменится и проекция шара на плоскость станет эллипсом. Для больше наглядности проведём простой эксперимент и сфотографируем указательный палец, направленный в объектив фотоаппарата. Иначе говоря, спроецируем трёхмерный объект (указательный палец) на двухмерное пространство таким образом, чтобы его ОО (направление пальца) было перпендикулярно пространству наблюдателя. Под каким бы углом не рассматривалась фотография, палец всегда будет показывать на смотрящего (то есть ОО проекции указательного пальца в двухмерное пространство всегда будет перпендикулярна пространству наблюдателя). Но если мы приклеим на кончик сфотографированного пальца небольшой напёрсток (такой, чтобы по диаметру не закрывал полностью палец), то при рассмотрении фотографии под разными углами палец по-прежнему будет всегда указывать на смотрящего, в то время как ОО напёрстка может принимать по отношению к пространству наблюдателя любые углы. Аналогичным образом происходит и с электронными облаками в атоме. Та их часть, которая находится в четырёхмерной зоне, является трёхмерной проекцией в наш мир, и поэтому будет всегда находиться под одним и тем же углом, а та часть электронного облака, которая вне четырёхмерной зоны, естественно, может принимать по отношению к наблюдателю какой угодно угол. Изменить угол наклона ОО электронных облаков, по всей видимости, можно воздействием внешнего магнитного или электрического поля, что и подтверждается эффектами Зеемана и Штарка соответственно, когда спектральные линии сдвигаются и расщепляются.
Таковы общие положения теории четырёхмерного строения атома, которые дают объяснения спину, дефекту массы, квантованию энергии, размерам атома и ядра, конфигурации электронных облаков, уникальности спектров каждого химического элемента, что, в свою очередь, даёт более чёткое понимание принципов построения элементов в периодической системе. Кроме того, теория позволяет выдвинуть предположение, что физические законы микромира ничем не отличаются от физических законов макромира, просто в микромире законы подвержены пространственной аберрации, аналогичной астрономической аберрации, когда движение планет Солнечной системы в трёхмерном космосе проецируется на двухмерную небесную сферу.
|
