11ШШМ.Н,■UmwmiT.1999юл.<БеляевМ.И,\"Основымилогии\"rwгод.'<?133или(ц.2)<2,8,18,32,32,18,..„>смякакчислахимическихэлементов,объединенныхвпериоды,образуютряд<2,8,18,18,32,.„>(1Л-3)Проанализируемэтичисловыеряды.Известно,чтоатомводорода,согласноБору,itизположительнозаряженногоядра(протона)иединственногоэлектрона'пощегосявокругядрапосистемекруговыхорбит,радиусыкоторыхотносятсякрадиусу,какквадратыцелыхчисле, т.е.1.1.3.ПРИНЦИПЫЗАПОЛНЕНИЯ АТОМНЫХОРБИТАЛЕЙ.Призаполненииатомныхорбиталейсоблюдаютсяследующие принципы:1.1.З.1.ПРИНЦИПНАИМЕНЬШЕЙЭНЕРГИИ.Сначалазаполняютсяорбиталисменьшей энергией. (Речь идетобэлектронныхконфигурацияхвосновномсостоянии).—i^:— :...= 12+22+32+...=1:4:9:16:...г оЧЧсоставляяпервые разности(1.1-4)учимряд1:3:5:7:...F(1.1-5)1.1.3.2.ПРИНЦИППАУЛИ(1925Г.).Ватомесостояния любыхдвухэлектроновдолжныразличатьсяхотябыоднимихчетырехчиселn,1,m s ,m,Следовательно, наоднойатомнойорбитали,характеризующейсятремяквантовымичисламиn,I,т,можетнаходитьсяилиодинэлектронспроизвольнымзначениемm sилипара электроновсразличнымизначениямиm s :+1/2и-1/2,т.е.спротивоположнымиилиантипараллельнымиспинами. ПринципПаули являетсяквантовомеханическимзакономиего нарушениеневозможно.1.1.3.3.ПРАВИЛОХУНДА.Наатомныхорбиталяхэлектронырасполагаются так, чтобысохранилось наибольшеечислоэлектроновспараллельнымиспинами.Такаяэлектроннаяконфигурациябудетсоответствоватьнаименьшейэнергии.вторыеразности5 /*=Srt -Sri-г,i=0,и;8r,= 0;м ужепостоянные отношения8~Г0.<5>].3\"г28 г 0■8г0■5 'г0(1.1-6),ерьполученныесоотношенияпереписать ввидеотношенийдиаметровборовскихорбитиусам,томы получим:2:8:18:32:..2:6:10:14:...(11_7)2:4:4:4::.[олученныеотношения,видимоносятуникальный характер,так какфундаментальныхв,гдеонииспользуются можнопривести бесчисленное множество.Такизвестно,чтосистемыизМфермионов,заключенныхводномерномсосудедлиной1,описывается>й1.1.3.4.ПРАВИЛО КЛЕЧКОВСКОГО.При увеличениизарядаядраатомазаполнение атомныхорбиталейпроисходитпоследовательно такимобразом,чтовначале заполняются орбиталисменьшим значениемсуммыглавногоиорбитальногоквантовыхчисел(п+1).При одинаковыхзначенияхсуммы(п+1)сначалазаполняютсяорбиталисменьшим значениемглавного квантовогочислап.Известно,чтоэлектроннымуровнемватомеусловноназываетсясовокупностьэлектроновс одинаковымзначениемглавногоквантовогочисла,аэлектроннымподуровнем—совокупность электронов,имеющих,приодинаковомзначенииглавногоквантовогочисла,одинаковыезначенияорбитального квантовогочисла.Однаковдействительности электронныеоболочкинепредставляютсобой слоеный“пирог” .Электроныверхнегоуровнямогутпроникатьвглубьатома,инаоборот.Вобщем,видеэтупоследовательностьзаполненияорбиталейэлектронамиможноизобразитьввиде следующейсхемы(рис.1.1-2.).Этапоследовательность заполнения орбиталейватомахподчиняетсяправилуКлечковского(СССР,1951г.).Насхеме (рис.1.1-2)орбитали,расположенныенадиагонали,направленнойслевавверхнаправо,имеютодинаковуюсумму(п+1)изаполняютсявпорядкевозрастанияп.2£ _8/и/21+ 1+ 4+4+ 9+9+...+f +,2'>(1.1-8)1Z2-энергияоднойчастицышслофермионовсистемы(вформуледляпростотыположено,чтоМ -четноечисло),эннаяформулаимеетинтереснуюособенность,котораязаключаетсявтом, чтоонатзаконвнешнейдвойственностисистемыизМфермионовдляоболочек1ескогопространства2-гоуровня иерархии,аколичественныйсоставэтихоболочек:етсколичественнымсоставомчисловых последовательностейряда(1.1-3)для:ихэлементовпериодической таблицы.ругойпример.Числовозможныхориентацийплоскостейорбитватомеизуетсяорбитальным квантовымчислом1ирядом(1.1-5).
ФЗж-А 327у ’ЛГ:326/ЖV®18 5ЖЯ*18483т8221п=12345678ЧПРис.1.1-2.i,чтоправило Клечковского,объясняя принципы формирования электронныхоболочек,ничегоитоприродеэтихпринципов.Оприродеформированияэтихправилбудет сказанониже(см.'.2ИЕРАРХИЧЕСКОЕПРОСТРАНСТВО ПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫ(ИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ.1.2.1.СОБСТВЕННЫЕВЕКТОРЫИСОБСТВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ1.2.1.1.АЛГОРИТМЫФОРМИРОВАНИЯОБОЛОЧЕК ПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫ(иалектическийматериализмучит,чтобездвижениянетматерии,аизматематикиз,чтолюбоедвижение,впринципе,можно описать системой дифференциальных1ий.Далее,изповседневнойпрактикиизвестно,чтоиерархия материальныханийобладаетсвойствомцелостности, системности,(атомы складываютсяизчастиц,ы-изатомовит.д.),стационарности,т.е.вобщемслучае любоетакоеобразованиевнекоторой моделиможно представитькаксистемувзаимодействующихэлементов.>стояние любой
(1.2-1)такойстационарнойсистемыможетбытьописаносистемойлинейныхдифференциальныхуравненийспостоянными коэффициентами.ОбщеерешениедлятакихсистемимеетвидY =А е 'Вх+ СГдеА-произвольнаяпостояннаяневырожденнаяматрица,В-исходнаяматрицаВсвоюочередь,всилуиерархичности строения,каждая частица, составляющаяатом,неявляетсяэлементарной частицей,всмыслееенеделимости(нотолькодоопределенногоуровня,всилуограниченностиизамкнутостииерархическихпространств).Изэтогофактаследует,чтотакаячастицаможет быть описанасистемой дифференциальных уравненийспостояннымикоэффициентами.Тогдасовместноерешениеможетиметьвид.iBxiCxiZxY =A eе -е +сГдеВ,С,...,Z- некоторые постоянные невырожденные матрицы.Вэтомслучае,задаваясьнекоторыминачальнымиусловиямидлясистемы линейныхдифференциальныхуравненийспостоянными коэффициентами,мыбудемполучатьчастныерешения вида(1-2-2).ix(B+C+...+Z)Y =Ag(1.2-3)Такимобразом,задачасводитсяктому,чтобыпринекоторых начальныхусловияхполучитьтребуемыечастныерешениявида(1.2-3).Дляэтогонеобходиморешитьпроблемусобственныхвекторовисобственных значенийсистемыдифференциальныхуравнений.Анализируяполученныечастныерешения,можно искатьболее общиечастныерешенияит.д.Это чрезвычайно трудоемкийпуть.Однакоэтомупути естьальтернатива. Задачаставитсяследующимобразом.Требуетсяустановить, каким общимтребованиямдолжныудовлетворятьсобственныевекторыисобственные значения, определитьихсвойстваинаэтойосновеопределитьвидматрицА,В,С,.....Вэтомслучаезадачазначительнооблегчается, т.к.зная матрицыА,В,С,С,...можнолегкосоставитьобщее решение системыдифференциальныхуравнений,иопределитьнекоторые начальные условия,которыесоответствуют найденномурешению.Напомним,чтовсоответствиисвыводами,приведеннымивчасти2настоящейкниги, былиопределенысвойства,которым должныобладатьсобственныевекторыисобственныезначенияиерархических пространствибылиполученысоответствующиерешенияэтой проблемы. Этисвойстваследующие:-этисвойствадолжныбыть уникальными, носитьвсеобщийхарактер.-этисвойствадолжныотражатьвсебезаконысимметрии(двойственности) строенияматерии.-этисвойствадолжны бытьтакими, чтобыониотражалииерархичностьипреемственностьстроенияматерии,т.е.такими, чтобыонивскрывалисампринциппорождениясобственныхвекторовисобственныхзначений.Еслипредположить, чтоструктурастроенияядраатома,химическихэлементов,находитсвоеотражениевструктурестроенияПериодическойтаблицыД.И.Менделеева,томожноговоритьотом, что Периодическаятаблицадолжнасодержатьобщее решение принекоторыхначальныхусловиях.,аматрицыА,В,С,...общегорешения(1.2-2)должныотражать(содержать)вявномвидеэто частное(но естественное), решение системы неизвестныхдифференциальныхуравненийспостояннымикоэффициентами.Такимобразом,требуетсядоказать,чтоматрицыА,В,С,должныотражатьпоследовательность заполненияхимическимиэлементамипериодическойтаблицы,последовательность заполнения электронных иядерных оболочек.
ишпеипд.п.ьгсис/дылшшгии.i/y/юд.^oticIиiiiuiciliioiоиерархическогопространоваследует,чтоматрицыкоэффициентовА,.... слсдуе искан,iивидеквадратной матрицы, отражающиепринципысимметриис Iценное1и)исвойствасобственныхвекторовисобственных значенийсистемыбренциальныхуравненийспостояннымикоэффициентами.Правила порождениясобственныхвекторовэтихматрицдолжны удовлетворять1ваниямвсеобщности.Втомчислепринципы порожденияиструктурунетольковескихэлементов.Всоответствиисвыводамичасти2этипринципыпорождениявенныхзначений иерархическогопространстваПериодическойсистемыхимическихнтов должны иметьвид(матрицы1.2-4,1.2-5,1.2-6):матрицагруппсимметрии1-гоуровня иерархииоо[1]ОО\"1О'11'10011о111(•1.2-4)ицагруппсимметрии2-гоуровня иерархииО 1о31оООо13ица группсимметрии3-гоуровнябудетсоответственноО’ 10 ‘41ООО1ОО41О941(1.2-5)(1-2-6)оо135оо1ооооооООО»томобщиеправилапорождения иерархическихподоболочекиоболочек,атакжеихв,приведеныниже(см.часть2,6.9-1)
iwutfiiM1U1tom,»™;штшТаблица1.2-1.УровниПодоболочкиР|(х)ОболочкиGi(x)иерархии0<2,2,2,2,...><2,4,4,4,...>1<2,4,6,8,...><2,6,10,14,...>2<2,6,12,20,...><2,8,18,32,...>3<2,8,20,40,...><2,10,28,60,...>4<....................><...................>Всяпроблематеперьзаключаетсявтом,чтобыуказатьместоПериодическойсистемыхимическихэлементоввобщейиерархии материи,ееуровеньиерархии,атакжевыяснитьпределыэтогоиерархического пространства.Производящиефункции для этихзависимостей(часть2,раздел5.4)имеютследующийвид(рис.1.2-1).Дляпростотыэтифункциирассмотреныбезучетаисходной внутреннейдвойственности,присущейтаблице1.2-1.Из приведенных выше зависимостей,присущихпериодическойсистемехимическихэлементов,производящихфункцийоболочекиподоболочекиерархическихпространствитаблицеподоболочекиоболочек, учитывающую двойственностьиерархическихсистем,можно сделатьпервыйважныйвывод,чтоПериодическаясистемахимическихэлементов относитсякиерархическомупространству2-гоуровняиерархии.Ноэтифункции(рис.1.2-1)имеютещеидругиезамечательныесвойства.Во-первых,всеэти производящиефункции “произошли” бинома отНьютона,поэтомувнихизначальноприсутствуетсвойство двойственности.В-вторых, эти функции, приихудвоении (умножениинамногочлен(1-х))какбыиллюстрируютмеханизм формирования подоболочек. Рассмотрим, например,произведениеР,(х)(1-х)Очевидно, чтоврезультатеумножениямыдолжныполучитьновыймногочлен,сновымиподоболочками1-2х+Зх2 -4х3+5х4-...........1х+2х2-Зх3+4x45x4b...1-Зх+5х2-7х3+9х4-...Изэтогопримера наглядновидно,чтокаждыйпоследующий членрядаявляетсясуммойдвухпоследнихчленовряда.Затем,чтоэтаподоболочкакакбыкопирует самусебяс
1______________________ЕамсвМ.И.“Основымилогии\".1999год.У>------------------------------------------пивоположпымшиком,пнемпредыдущуюподоболочку,тожеспротивоположным знаком,лсчегопроцессповторяется,т.е.формируется новаяуникальнаяподоболочка.Возможно,самалгоритмумножениячиселродилсяизэтихзамечательных свойств многочленов,изоригма формированияоболочекиподоболочекиерархическихсистем,которыйоистрируетдействительновсеуникальные свойстваформированияэлектронныхоболочекмов.Онестественнымобразомобъединяетвединоецелоепринцип Паули, правилоХундазавило Клечковского:1.Всоответствии принципомсПаули атомевсостояниялюбыхдвухэлектронов должныпичатьсяхотя быоднимихчетырех чисел n,1,m s ,m.Следовательно, наоднойатомнойигали,характеризующейся тремяквантовымичисламиn,1,т, можетнаходитьсяилиодин<тронспроизвольнымзначениемт >илипараэлектроновс различнымизначениямиm s :+1/1/2,т.е.спротивоположнымиилиантипараллельнымиспинами,чтосоответствуетэномерностиовнутреннейдвойственности приформировании электронныхподоболочек.2.Последовательность заполнения электронных подоболочек иоболочекноситстрогоемственный,эволюционныйхарактер.Вначале,всоответствиисправиломХунда,ппируютсяводнуцепочкуэлектронысодинаковойориентациейспинов,всоответствиисственнымизначениямиподоболочекиерархическогопространства2-гоуровня иерархии,гтемстроитсядвойственная ейцепочка антипараллельнымисспинами.Приэтомцепочка«троновсодинаковойориентацией спиновформируетсявсоответствииссобственными•гениямиподоболочекиерархическогопространства2-гоуровняиерархии.3.Последовательностьзаполнения электронных оболочек, соответствующая правилучковского,характеризуетужеболеевысокий уровень иерархииформированияэлектронныхоболочекиоболочек.Всоответствииссобственнымизначениямиподоболочекархическогопространства2-гоуровня иерархии вначале формируетсяподоболочка,а:мформируетсядвойственнаяейподоболочка.Изэтихподоболочек,всоответствиисэномовнешнейдвойственностиисобственными значениямиоболочекиерархическогостранства2-гоуровняиерархии,формируются электронныеоболочки.Нижемыувидим,чтоэтотжеалгоритмбудет справедлив дляиформированияоболочекыхорганизмов,вкоторыхуникальная новая оболочкаформируетсяпутемпутемудвоения(последнихееподоболочек.Неужеливсеэтотолькозамечательныесовпадения?1.2.1.2.КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКОЕПРЕДСТАВЛЕНИЕПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫВсоответствиисзакономерностьюобограниченностиизамкнутостилюбойзрхической системы,Периодическая системадолжна бытьограниченаизамкнута.Всяблема заключаетсявтом, чтобы определить границы этой замкнутости.Всилуэтойшомерностидолженсуществоватькругооборотзвездноговеществавприроде.Вэтомслучаепроцессыэволюциихимическихэлементиовможносравнитьсгооборотом водывприроде.Вначалеизиспаренийсповерхностиокеанаформируются;иеоблака,которыепомере дальнейшего накопления влаги,всеболее«тяжелеют»,пока,энец,сконденсированныекаплипод собственнойтяжестьюпокидаютоблакоипроливаются1дедождяобратновокеан.Данная аналогияцеликомиполностьюприменимак иодическойсистеме химическихэлементов.Первыйэлементэтойсистемыформируетсяизгентарныхчастиц,испаряющихсясповерхности звездногоокеанаЭволюция«облака»ическихэлементовзавершаетсяформированиемсверхтяжелогоисверхкороткоживущегогента,которыйнемедленнотрансформируетсявзвезднуюкаплюипроливаетсядождемвдныйокеан.
БеляевМ.И.\"Основымилогии\".1999год.Ч 1шК4H2HeIsL3Li4Be2sLъ6C7N8O’f1(he2sМ3sм13A114Si19p17C13pN19K2ta4sм21Se23Ti23v2tr2^4ni6Fe27Co2^Ii2Ъ13tfen3dN31Ga3fe33As34Se3fe2!Kr4p03Ъь3(fer5sN4Qzr43Nb4%fo43It44RU4tel4£Pd47Ag4Etd4d049Гп5%n51Sb53Ite5iJ54Xe5pР5Ъз5eBa6s057La5dN5te59Pr61Pb62Sm63Eu65Tb6ty67fc69Tu7(Vb71L u4f0,aHf%7Ъе7ts77lr78Pf7%i8(Hj5dР81Г182pb83Bi84Po8^t8^n6pQ87Fr88Ra7sР8%s.........6d09QTh91Ра94Pu9^m9fcm97Bk9ftf\"Es10% ’m10ta10te103Lr5f010<ku10fBo1061071081091101111126dQ1131141151161177p11191208sРис.1.2-2.Существуетмного формпредставленияПериодическойсистемы химических элементов.Нарис.1.2-2Представлена Периодическая система квантово-механическом впредставлении.Наэтомрисункеприведенаполностью заполненнаяПериодическаясистемахимическихэлементов,суказаниемещенеоткрытых элементов.Болееподробнообоснованиеограниченности замкнутостииПериоджическойсистемыприведенониже(см.раздел1.3.3).ЗавершаетПериодическуютаблицухимическихэлементов элемент118Mi-милогий.Этосамыйкороткоживущийхимическийэлемент,синтезироватькоторыйвобозримомбудущемнепредставляетсявозможным,т.к.ужевмоментегорождениябудетпроисходитьтрансформацияв принципиальноновое состояние- взвездныйэлемент,который возвращаетвзвездныйокеан«каплю», изкоторой когда-тоиспарились элементарныечастицы.Такосуществляетсякругооборотзвездноговеществавприродеиэта закономерностьэволюциизвездноговеществадолжна быть положена восновукаквосновуклассификациисамихзвезд,таки восновутехпроцессов,которыепроисходят внутризвезд.6Зак.655
-------------------------------вц|<мм иОснотмилогии\".1999год.О1.2.1.3.ХАРАК11РИСТИКИСВОЙСТВИЕРАРХИЧЕСКОГОПРОСТРАНСТВАПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ.Физический смысл электронныхгруппировокможнопроиллюстрировать,используя1илоХунда,согласнокоторому призаполненииуровнейs,р, d,...ит.д.ихвпервуюзедьзанимаютэлектронысодинаковойориентацией спинов,илишьзатем-сивоположной, результатевчегопоявляетсявозможность дляформированиясимметричной,нойцепочки.Действительно,внашем иерархическом миреквантовыечислаn,1,m s ,m,<ныиметьиерархическийсмысл.Удивительноточнопроизводящаяфункция(1.2-1)описываетипринципПаули,твительно,всоответствиисэтимпринципомватоменеможетбытьдвухэлектронов,урыхбыли быодинаковымизначениявсехчетырехквантовыхчиселn,1,m s ,ш,.Изпринципа Паулиследует,что одинаковыеволновыефункциинемогут бытьлизованыводнойитойжеобластипространства.Пользуясь этим принципом,можночитать,какоемаксимальноечислоэлектроновможетнаходитьсянаразличных'етическихуровняхиподуровняхватоме.Очевидно,чточислоэлектроновватоме,дающихтремяодинаковыми квантовымичисламиn,1,т,равнодвум,т.к.четвертоеговоечислоm sможет иметь толькодвазначения+1/2и -1/2. Кстатиговоря,самозначение>квантовогочислаозначает, чторечьидеттолькооб однойполовинкедвойственногоста.Число электронов, обладающихдвумяодинаковыми квантовымичисламип и1,но1чныет ропределяетсятак.Приданномзначении1квантовоечисло,m tможет иметь21+11чныхзначений.Учитываяещедвавозможных значения числаm s ,найдем, чтоватометодновременнобыть2(21+1)электроновсодинаковымиквантовымичисламип и 1.Числоатомныхэлектронов,имеющиходноитожеглавное квантовоечислоп,авсеьныеквантовыечисла-различные,определяетсяизтого,чтоприданномзначении числадо1можетприниматьзначения0,1,2,....п-1.Таккаккаждомузначению 1соответствуетI)электронов, полноечислоэлектронов одинаковымсправноХ'2(2/+1)=2[1+3+5+...+(2и -1)]=2л 2/•ОI 1Изпоследнеговыражениявидно,чтокаждыйчленряда,также какипроизводящаящя(1.2-1)непосредственно описывает,какоемаксимальноечисло электроновможетиться на различныхэнергетическихуровняхи подуровняхватоме.лдим,чторяд2[1+3+5+...+(2п-1)]дает намизвестныевыше соотношения для группировок электронов подоболочках,ваего суммированиямыполучаем ряд<2:8:16:32:...>ответствуетужегруппировкам электроноввоболочках,и,следовательно, группировке1товвПериодическойсистемехимических элементов.Таким образом, квантовыечислаn,1,т т 5 ,гявляютсяглавнейшимипоказателями,теризующимисвойства иерархическогопространстваПериодическойсистемыескихэлементовиимеютследующийсмысл:п-определяетуровеньиерархии анализируемойоболочкииерархическогопространства Периодическойсистемы химических элементов;1-определяетуровеньиерархииподоболочек анализируемойоболочкиПериодической системы(всоответствиисуровнемееиерархии)m s -характеризуетсвойство двойственности(зеркальнойсимметрии)иерархических подоболочек(вслучаеПериодическойсистемыэто свойство проявляетсякак зеркальная симметрия иосуществляетсязасчетудвоения подоболочек),которое проявляется врасщеплении
уровней иерархииподоболочекиерархическогопространстванадваподуровня.т,-характеризуетколичественный составподоболочеканализируемойоболочкиПериодическойсистемы, безучетаихдвойственности.Сучетом вышеупомянутыхпринципов, последовательность заполнения атомных орбиталейможнозаписатьввидеквадратнойматрицы размерности9.16>1<2111449916г8134г1813593'Г321357163'Г321357165'3 ’г1813395 ‘3'Г81347*5'3'1'2117'5 ’3 ”гВэтойматрицеверхняястроканадматрицейотражаетгруппировки электроновпостолбцамверхнейтреугольнойматрицы,самыйправыйстолбец (за матрицей)отражаетгруппировкиэлектроновпострокамверхнейтреугольнойматрицы. Нижняя треугольная матрицаявляетсясопряженнойверхнейтреугольнойматрице(являетсязеркальносимметричнойпоотношениюкверхнейтреугольнойматрице).Пустые значениясоответствуютнулевымзначениямвматрице.Вматрицесопряженныегруппыэлектронов(сантипараллельнымиспинами),содинаковымизначениямиn,1,т, ,норазнымиm s ,расположенысимметричнымобразомотносительноглавнойдиагонали, котораяявляетсяосьюсимметриииерархическогопространстваПериодическойсистемыихарактеризуетсоставгруппировок электроноввоболочкахПериодическойсистемы.Присоставленииданной таблицысоотношениядляоставшихсяхимическихэлементовполученыпоиндукции.Еслитеперьполученныегруппировкисложитьвоболочки, товсоответствииспроизводящимифункциями(1.2-1)получитсяматрица,главная диагональ которойибудетхарактеризоватьпоследовательностьзаполненияэлектронныхоболочеки,соответственно,свойства периодов Периодической таблицы.1.3. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ1.3.1.ОТНОШЕНИЯКООРДИНАЦИИИСУБОРДИНАЦИИОтношениякоординацииисубординациишироко используютсяприанализеиерархическихсистемиструктур самойразличнойприроды.Попробуемприменитьэтиотношенияканализу отношенийиерархиивэлектронныхоболочкахатомов.Соединяяподоболочки, стоящиевразныхстолбцахоперациейумножения(отношениясубординации),аподоболочки,стоящиеводном столбце операциейсложения(отношениякоординации),мыполучимследующиймногочлен, характеризующийструктурнуюсложность электронныхоболочек.(Is(2s+2p(3s+3p(4s)+3d(4p(5s)+4d(5p(6s))+4f(5d(6p(7s))+5f(6d(7p)))))(1.3-1)Действительно,данныймногочлен можноизобразитьввидеструктуры, изображеннойнарис.1.3-2.Изэтогорисункаимногочлена1.3-1можно сделатьвывод,чтовэлектронныхоболочкахдолжна существовать связьмеждувсемиs-подоболочками, какэтоиизображенонарисунке1.3-2.Посколькуs -подоболочкиявляютсясамымивнешними,сенсорнымиоболочками,то становитсяясным,чтои
bc.iHCiiМ.И,“Основы.чи.нлии.1999юд,11.2.1.1.XAIMKIIРИСТИКИ СВОЙСТВИЕРАРХИЧЕСКОГОПРОСТРАНС ГВАПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫХИМИЧЕСКИХЭЛ ЕМ ЕНГОВ.Физический смыслэлектронныхгруппировокможнопроиллюстрировать,используя1илоХунда,согласнокоторому при заполненииуровнейs,р,d, ...ит.д.ихвпервую>едьзанимают электронысодинаковойориентацией спинов,илишьзатем-сивоположной,врезультатечегопоявляетсявозможность дляформированиясимметричнойнойцепочки.Действительно,внашемиерархическоммиреквантовыечислаn,1,m s ,m,сныиметьиерархическийсмысл.Удивительноточнопроизводящаяфункция(1.2-1)описываетипринципПаули,твительно,всоответствиисэтимпринципомватоменеможетбытьдвухэлектронов,урыхбылибыодинаковыми значениявсехчетырех квантовых чиселn,1,m mr s ,Изпринципа Паулиследует,что одинаковыеволновыефункциинемогутбытьлизованыводнойитойжеобластипространства.Пользуясь этим принципом,можночитать, какоемаксимальноечислоэлектроновможетнаходитьсянаразличныхэтическихуровняхиподуровняхватоме.Очевидно,чточислоэлектроновватоме,цающихтремя одинаковыми квантовымичисламиn,1,т,равнодвум,т.к.четвертоеговоечислоm sможетиметьтолькодвазначения+1/2и -1/2. Кстати говоря,само значение>квантовогочислаозначает, чторечьидеттолькоободнойполовинкедвойственногоста.Числоэлектронов, обладающихдвумяодинаковымиквантовымичисламип и1,но 1чныетропределяетсятак.Приданномзначении1квантовоечисло,т,может иметь21+11чныхзначений.Учитываяещедвавозможныхзначениячислаm s ,найдем,чтоватометодновременнобыть2(21+1)электронов одинаковыми квантовымисчисламипи 1.Числоатомныхэлектронов,имеющиходноитожеглавноеквантовоечислоп,авсеьныеквантовыечисла различные,-определяетсяизтого, чтоприданномзначении числато1может приниматьзначения0,1,2,...,п-1.Таккак каждому значению соответствует1I )электронов, полноечислоэлектроновс одинаковымправноХ'2(2/+1)=2[1+3+5+...+(2л-1)]=2п 21-оИзпоследнеговыражениявидно,чтокаждыйчленряда,такжекакипроизводящаящя(1.2-1)непосредственно описывает,какоемаксимальноечислоэлектроновможетитьсянаразличныхэнергетическихуровняхиподуровняхватоме.лдим,чторяд2[1+3+5+...+(2п-1)]даетнамизв естные вышесоотношениядля группировок электронов подоболочках, ваегосуммированиямыполучаем ряд<2:8:16:32:...>ответствуетуже группировкамэлектроноввоболочках,и,следовательно,группировкегговвПериодическойсистемехимических элементов.Такимобразом, квантовыечислаn,1,m s ,m rявляютсяглавнейшими показателями,теризующимисвойстваиерархическогопространстваПериодическойсистемыескихэлементовиимеютследующийсмысл:п -определяетуровень иерархии анализируемойоболочкииерархическогопространстваПериодическойсистемы химических элементов;1-определяетуровеньиерархииподоболочек анализируемой оболочкиПериодическойсистемы(всоответствиисуровнемееиерархии)т,-характеризуетсвойство двойственности (зеркальнойсимметрии)иерархическихподоболочек(вслучае Периодической системыэтосвойство проявляетсякакзеркальнаясимметрияиосуществляетсязасчетудвоенияподоболочек),которое проявляется врасщеплении
БеляевМ.И.\"Основымилогии\".1999юд.Суровнейиерархииподоболочекиерархическогопространствана днаподуровня.т 1-характеризуетколичественныйсоставподоболочеканализируемойоболочкиПериодическойсистемы,безучетаихдвойственности.Сучетомвышеупомянутыхпринципов, последовательность заполнения атомных орбиталейможнозаписатьввидеквадратнойматрицы размерности9.161616Вэтойматрицеверхняястроканадматрицейотражаетгруппировкиэлектроновпостолбцамверхнейтреугольной матрицы, самый правыйстолбец (за матрицей)отражаетгруппировкиэлектроновпострокамверхнейтреугольнойматрицы.Нижняя треугольная матрицаявляетсясопряженнойверхнейтреугольнойматрице(являетсязеркальносимметричнойпоотношениюкверхнейтреугольнойматрице).Пустые значениясоответствуютнулевымзначениямвматрице.Вматрице сопряженныегруппыэлектронов(сантипараллельнымиспинами),содинаковымизначениямиn,1,т 1 ,норазнымиm s ,расположенысимметричнымобразомотносительно главнойдиагонали, котораяявляетсяосьюсимметриииерархическогопространстваПериодическойсистемыихарактеризуетсоставгруппировокэлектроноввоболочкахПериодическойсистемы.При составлении даннойтаблицысоотношениядляоставшихсяхимическихэлементовполученыпоиндукции.Еслитеперьполученныегруппировкисложитьвоболочки,товсоответствииспроизводящимифункциями(1.2-1)получитсяматрица,главная диагональ которойибудетхарактеризоватьпоследовательностьзаполненияэлектронныхоболочеки,соответственно, свойства периодов Периодической таблицы.1.3. СИСТЕМНЫЙАНАЛИЗПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ1.3.1.ОТНОШЕНИЯКООРДИНАЦИИИСУБОРДИНАЦИИОтношениякоординацииисубординациишироко используютсяприанализеиерархическихсистемиструктурсамойразличнойприроды. Попробуем применитьэтиотношенияканализуотношенийиерархиивэлектронныхоболочках атомов.Соединяяподоболочки,стоящие разных в столбцах операциейумножения(отношения субординации),аподоболочки,стоящиеводном столбце операциейсложения(отношениякоординации),мыполучимследующиймногочлен, характеризующийструктурную сложностьэлектронныхоболочек.(Is(2s+2p(3s+3p (4s)+3d(4p(5s)+4d(5p(6s))+4f(5d(6p(7s))+5f(6d(7p)))))(1.3-1)Действительно,данныймногочленможноизобразитьввидеструктуры,изображеннойнарис.1.3-2.Изэтогорисункаимногочлена1.3-1можно сделать вывод,чтовэлектронныхоболочкахдолжнасуществовать связьмежду всеми -подоболочками, sкакэто изображено инарисунке1.3-2.Посколькуs -подоболочкиявляютсясамымивнешними,сенсорнымиоболочками,тостановитсяясным,чтои
JU--------------------БеляевМ.И.\"Основымилогии\".1999год.Свзаимодействиевсехоболочекатомаосуществляется,преждевсего, через сенсорныеподоболочки.Изрисунка можнозаметитьещеоднузакономерностьзаполненияэлектронныхоболочекиподоболочек.Этазакономерностьзаключаетсявтом,чтоврезультатевзаимопроникновенияподоболочек,оболочекдругвдругаформируются новыеоболочкииподоболочки.Действительно,читаясхемунарис.1.3-1подиагоналислеванаправомывидимновыеоболочки<ls>(1)<2р,2s>(2)<3р,4s>(3)<3d,4р,5s> (4)<4d,5р,6s>(5)<4f,5d,6p,7s> (6)<5f, 6d,7p,8s>(7)Изпоследнихвыраженийвидно,чтоздесьимеет местоформированиеоболочекизподоболочекразныхуровней иерархии,чтосвидетельствуетопоразительномстремлениикдвойственности,отом,что присвязыванииподоболочеквоболочкипроисходитпространственнаяперестройкаиформированиеновыхдвойственныхподоболочекиоболочек,которыеосуществляютсязасчетвзаимопроникновения энергетическихуровней электронныхподоболочек другвдруга,врезультатеформируетсяупорядоченная совокупностьновыхдвойственных подоболочекиоболочек,свернутыхвдвойнуюспираль.Изрис.1.3-1виднаещеоднаособенность заполнения электронныхоболочек.Этаособенность заключаетсявтом,чтовсамойпоследней“диагональной”оболочке<5f,6d,7р>нехватаетпоследнейподоболочки8s.Эта“диагональная”подоболочкаоказываетсянесвязанной,точнотакже,какисамаяперваяподоболочкаIs.Последняяподоболочка8sдостроенапоиндукции.Изэтогорисунка видно также, чтопогоризонталииповертикализдесьразмещаютсявосемь периодов.Возникаетощущениенепростосимметричностипостроенияэлектронныхоболочек,а ощущениеполнойпространственнойсимметрии,котораяпроявляетсявпринципахзаполненияэлектронныхоболочек,ичтопринципы заполнения электронныхподоболочек иоболочекосуществляютсявсоответствииспринципамиформированияиерархическихподпространствипространств2-гоуровня иерархии.Соединенияподоболочки,стоящихвразныхстрокахрис.1.3-2спомощьюоперацииумножения(отношения субординации),аподоболочки,стоящиеводнойстрокеоперациейсложения (отношениякоординации),мыполучимследующиймногочлен(Is(2s(2p+3s(3p+4s(3d+4p+5s(4f+5d+6p+7s(5f+6d+7p+8s)))))))(1.3-2)характеризующий структурную сложностьподоболочекиихсвязимеждусобой.Структурные многочлены(1.3-1)и(1.3-2),изображаютоднуитужеструктуру,но отношениякоординациизамененына отношениясубординации.Поскольку многочлены(1.3-1), (1.3-2)являютсядвойственнымипоотношениюдругкдругу,то этодаетоснованиепредполагать,чтовсенсорныхs-подоболочках,вкоторыхтолько2электрона,спротивоположнымиспинами, чтовкаждой сенсорнойеs-подоболочкеодинэлектрондолжен принадлежатькоболочкам,описываемыхвыражением(1.3-1),адругойэлектрон-оболочкам(1.3-2).Сенсорные -подоболочки,sявляясь общимидлявсехдвойственныхоболочек,связываютвсеэлектронные оболочкивединоецелое(рис.1.3-2).Даннаяиерархическаяструктураполностью соответствуетобычныммногоуровневым,системам управления.Действительно,еслиподоболочкиIs-8sсвязаныотношениямисубординации, иу каждогоизэлементов1s-8s,расположенныхнаразныхуровняхиерархии,имеетсясвойаппаратуправленияиисполнения,какэто имеетместо,например,всоподчиненных организациях, ведомствахиминистерствах,томыполучим“расщепление”
EwoМ.И.\"totfiiMлмшиш.функцийуправленияиисполненияпогоризонтили.Поэтому любое\"милоеупривозмущение”вцепочкеIs-8sвызываетлавинообразный“исполнительный\"ироцпКрометого,исходяизсистемныхсвойствиерархическихсистем,вПсрио;системедолжнысуществоватьподоболочки, обладающиеособыми свойствами.Этиобудутсамымичувствительными,т.е.речьидет сенсорныхоподоболочках.Формальнссенсорнымподоболочкамможноотнестиs-подоболочки.Идействительно,всемiчто химические элементы,снезаполненными -подоболочками, sявляются самыми акiсамыми агрессивными элементами Периодическойсистемы.Рисунок1.3-2нагляднопоказываетещеоднуновую,неизвестнуюранеезаконе»формированияэлектронныхоболочек.ЭтофеномензамыканияэлектронныхподоВсеэлектронныеоболочки оказываютсязамкнутымичерезs-подоболочки.Меж; замкнутымиподоболочками,имеющимиабсолютноодинаковую структпринадлежащимикразным уровнямиерархиии,соответственно,имеющимиэнергетический уровеньнеизбежнодолжнавозникнутьразностьпотенциалов,чтонсдолжнопородитьсамосогласованноеполеэтойзамкнутой оболочки.Естественно,разность потенциалов,вусловияхмногоуровневости оболочек,такжебудетпо квантованныеразности потенциалових самосогласованныхполей.3281ф327д о]186185&84Он©83*22<21п=12345678ЧислоепериодРис.1.3-1
ЬслясвМ.И.“Оснувымилогии\".1999■од.Рис.1.3-2Всилутого,чтосуммарнаяразность потенциалов атома равнасуммепотенциаловего)чек,товатомемыибудемиметьсамосогласованноеполе.новэтомкроетсяглавная загадкавозникновениясамосогласованныхполейватомахзескихэлементов. Естественно,чтовсилузаконовиерархииэтофеномензамыканияронныхоболочекчерезs-подоболочки,долженпроявляться реально надругомуровне,эвнеядраатома,гдеэтотфеномендолженнаблюдаться вдействительности.Таким образом,сравнениеполученнойиерархическойсистемыПериодическойсистемы,•аженной спомощьюструктурныхмногочленов(1.3-1)и(1.3-2),и,соответственнотурнойсхемы (рис.1.3-1),показываетполнуютождественостьстеориейиерархии,:енной выше.Формально полагая, чтокаждаяскобка«(«означаетотношениесубординации, каждаяаа«)»означает обратнуюсвязь,мыполучим(S(S(P)(S(P(D))(S(P(D(F)))(S(P(D(F)))(S(P(D))(S(P)(S))))))))1Йструктурный многочленможноизобразитьикакзамкнутуюструктуру,вкоторойяоболочкасвязанаспредыдущейипоследующейоболочками своимивнешнимисамымизымиs-подоболочками.
1Х..Ж-»М.И.! ‘>'И!од.■Рис.1.3-3Электронныеподоболочкииоболочкисоздаютэффектвиртуальноймодели многоуровневойиерархическойсистемы.Видимо, подобный анализотношенийкоординациии субординациипериодическойсистемы химическихэлементовможет бытьприменен ивдругихслучаях,например,канализу кристаллов,молекул.1.3.2.АНАЛИЗСТРУКТУРЫПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ.Проанализируемтеперь конкретную структурупериодическойсистемы,используяполученныевышерезультаты.Дляэтогоизобразимпоследовательностьзаполненияэлектронныхоболочекатомоввнесколькоином виде(рис.1.3-5).Из этогорисунка видно,чточисловыепоследовательностиобразуютследующиесимметрическиерядыпо вертикалитаблицы<2,8,18,32,32,18,8,2> (1.3-1)погоризонталитаблицы<2,2,8, 8,18,18,32,32>(1.3-2)
ОболочIs[2s2р3sЭр4s3d4р5s4d5р6s4f5d 6р7s5f6d 7p8sКFv\"2LO f8М)в18N1)(m )32ОW32Р1118Q1 8...228818183232Рис.1.3-5.tсоставленииданной таблицызначенияпоследующихэлементов, используемыхдляееюения,полученыпоиндукции).Следуетзаметить,чтоданные “проекции”объекта^одическойсистемыхимическихэлементов)действительнодолжныотражатьэтиональныесвойстваоболочекПериодическойсистемы.Можетбытьэтопроисходитиу,чтов“горизонтальную”спиральмоделиПериодическойсистемывстроена(женнаяей“вертикальная”спираль, поэтомуихсовокупностьиобразуеттакие:тричныепроекциинаортогональныеоси?Анализ рисунка1.3-5нагляднопоказывает строгосимметрическуюпоследовательностьненияэлектронных оболочек. Крометого,имеетместоистрогоиерархическийпринципзивания восходящих“”и ’ ’нисходящих”числовыхцепочекводнудвойнуюцепочку,аяпоследующаясимметрическаяцепочкацеликомиполностью включаетвсебядущуюцепочку,откоторойонаи “произошла” .Каждый симметрическийрядхранит волнуюинформациюобосвоей“истории” .Приэтомкаждаясимметрическая цепочкаitиз двухдвойственно-сопряженныхполуструктур,из которых первая возрастающая-»аяцепочка,авторая,зеркально сопряженнаяспервой,является убывающейцепочкой.Изанализарис.1.3-5следует,чтомы можемвыделитьдваосновных представленийобге(Периодическойсистеме).Первое представлениеявляетсяпроекциейобъектана>руюось1S |(x)=(ls,2s+2p,3s+3p+3d,4s+4p+4d+4f, 5s+5p+5d+5f,6s+6p+6d,7s+7p,8s)(1.3-3)второепредставлениеформальнодаетнам проекциюэтогообъектанадругуюось,нальнуюкпервой.S 2 (x)=(1s+2s ,2p+3s,3p+4s,3d+4p+5s,4d+5p+6s,4f+5d+6p+7s,5f+6d+7p+8s)(1-3-4)
Заменяя символыатомныхподоболочекихчисловымизначениями,мыполучимследующиечисловыерядыS,(x)=<2,8,18,32, 32,18,8,2>(1.3-5)S 2(x)=<2,2,8, 8,18,18,32,32>совокупность которых идаетнам болееполное представлениеотом,чтопредставляет собойобъект.Извыражения(1.3-5)следует,чтомыимеемпредставлениео некоторомиерархическомобъекте,структуракоторогоотображаетсявстроении Периодическойсистемы химическихэлементов,впоследовательности заполненияатомных оболочекиподоболочек.Этипроекцииобъекта отражаютзакон двойственности объекта. Поэтомуиз(1.3-5)можно сделатьвывод,чтоеслинамбудетизвестнаоднапроекцияобъекта,томы можемнемедленноопределить,всилуихдвойственности,вторую.Поскольку навсехэтапахэволюцииПериодическойсвойство двойственностибудетсохраняться, тозадачавосстановления“истории”многочленов Периодическойсистемыстановитсятривиальнойзадачей,т.к.может бытьрешенапростым перебором ограниченногочиславариантов,показанныхнарис.1.3-5.Рассмотримнекоторыеосновныеварианты. Используяпринципзеркальнойсимметрии(закон двойственности),мы можемполучатьразличныечисловыепоследовательности.Так,например,используягипотезу обинвариантности относительнопространственнойинверсии,котораятребует,чтобы леваясистемакоординатX 1 ,полученнаяиз системы£°,изменениемзнака всехтрехкоординат, одинаковоподходиладляописаниявсехзаконовфизики, мыможемобразоватьдванепересекающихсямножестваиерархическихоболочек-характеризуемыхчисловыми последовательностямивида(1.3-5).Длявсехэтихпоследовательностеймыможем,получитьследующийнаборпроизводящихфункций<13’6)Л=11=1П=11=1гдеР,,(х)=1Р,2(х)=1-х+х2Р,3(х)=1-х+х2-х3+х 4Р 14(х)=1-х + х 2 -х 3+ х 4 -х 5+ х 6Р 21(х)=1Р 22(х)'=1-2х+х2Р 23( х)=1-2х+Зх 2-Зх 3+ х 4Р,4(х)=1 -2х+3х2-4х3+3х4-2х!+х 6Р 21(х)=1Р 22(х)=1-3х+х2Р 23(х)=1-Зх+6х2-Зх3+х4Р 2 4(х)=1-Зх+6х2 - 1 Ох3+63х -3х45+х 6ВрезультатемыполучимследующийнаборG,,(x)=l-xGj2 (х)=1-2х+2х х 2 -3G,3(x)=l-2x+2x2-2x3+2x4-x 5(1.3-7)G,4(x)= -2x+2x12-2x3+2x4-2x’+2x6-x7
--------------------------------■*»«■»М.И.1999 гол.СG 2I(x)=1-xG 22(x)=1-3 +3xx x 2 -3G 2J(x)=1-3x+5x2-5x3+3x4-x5G 24 (x)= 1-3x+5x2-7x3+7x4-5x5+3x6-x7G 3l(x)=l-xG 32(x)= -4x+4x12-x3G„(x)= 1-4x+9x2-9x3+4x -x45G 34(x)=1-4x+9x2 - 16x3+ 16x4-9x5+4x6-x 7Такимобразом,мыполучилинекоторыйконечныйнабормногочленов,.теризующийструктуру Периодической системыхимических элементов.Вообщеговоря,выражения (1.3-6)-(1.3-7)неявляются единственнымпутемированияПериодическойсистемы,существуютещедругиенаборыпроизводящих1ИЙG |1(x)(l-x)=l-2x+x2G,2(xj(1-х2+х 3)=1-3х+5х2-5х3+3х4-х5G,3(х)(1-х2+х 3-х4)=1-Зх+5х2-7х3+7х4-5х5+Зх6-х7Однаковсеэтивариантыукладываютсяврамкиобщейсхемы.отрим, например,ещеодинвариантдля производящихфункцийПериодическойсистемыад=(зх-sx+ s 2$ -s$)(i-х)^=х°,Л,=1-х,(1.3-8)=1-х\"’5 2=1-х+х2 ,=1-х+х2-х 3= 1 — х 1+х 2£ = 1 — х _|+х~2-х~3Распишем последнеевыражениеподробнейад’=(1)х°ад ’=-(1)х-*+(2)х0-(1)х1S 2S'2=(1)х_ 2-(2)х-‘+(3)х°-(2)х* + (1)х25 35 3=-(1)х~3+(2)х“ 2-(3)х~‘+(4)х°-(З)х'+(2)х2-(1)х3Умножая полученные выраженияна многочлен(1-х)получим05*(1-х) =(1)х°-(1)х1 ,Х(1-х)=-(о)х’1+ ( 2)х°- ( 2)х ‘+ ( “)х2 ,,5 2\"(1-х)=(i)x’ 2- ( 2)х-1+ ( 3)х°- ( 2)х ’+ ( ’)х2+(?)х3 ,^ ‘(1-х)=-фх’ 3+ ( 2)х~2-(2)х“ ‘+ фх°-фх 1+ ( 2)х2-фх 3+фх4 ,ie( ” )\"числосочетанийизmэлементовп.
Анализполученныхвыраженийпоказывает,что любаясимметрическаяподоболочкиможсiбытьпредставленакакдвойнаясимметрическаяподоболочка,причемихобъединениеивозрастающуюилиубывающуюцепочкипроисходитсосдвигом.Этотпроцессобразованияподоболочекпроисходиткакбывсоответствии теориейспознания.Вначалеидет“строительство”возрастающейцепочки,затемследуетэтап“сжатия”поубывающейцепочке.Нановомэтапе эволюциипроисходит строительство“”ужеболее сложнойвозрастающейцепочки,котораявключаетвсебяполностьюпредыдущую, ноужеимеетбольшуюдлину.Еслимытеперь переменнойхпридадимсмыслэнергии, тополученныечисловыепоследовательностиестественнымобразомбудутобъединятьвсебепринципыпостроения электронных оболочекатома(принцип наименьшей энергии, принципПаули,правилоХунда)ииметьужесугубо системныйиерархическийсмысл.Всеэтопозволяетсделатьнекоторые предварительныевыводы.Периодическаясистемахимическихэлементов являетсянекоторойвиртуальноймодельюиерархическойсистемы,котораянесетвсебеполнуюинформациюнетолькообэволюцииэлектронных подоболочекиоболочек атома,ноиоструктуреатомавцелом, включаяэволюциюядраатома.Иерархическое сворачиваниедвойственныхцепочексвнутреннейдвойственностьювдвойныецепочки,изкоторых,всвоюочередь,формируютсяновыедвойственные цепочкисвнешнейдвойственностью.Этопозволяет сделатьразумноепредположение том,очтоподобныеметаморфозывозможнытольковтомслучае,есликаждаятакая цепочка сворачивается вдвойную спираль,котораядополняется сопряженной двойнойспиралью,образуяновую, болееглобальнуюдвойнуюспираль(спиральхарактеризуетзакономерность замкнутостисистемы).Этицепочкинепосредственносвязанысарифметическимирядамии,следовательно,сбиномиальнымикоэффициентами,что свидетельствуетобихфундаментальнойприроде.Используяметодпроизводящихфункций,получена Периодическаязакономерностьстроенияатома(иПериодическойсистемыхимическихэлементов),отражающаяихпространственнуюструктуру.Этазакономерность показывает, чтокаждый периодвПериодическойтаблицепредставляет собой двойственнуюструктуру,котораяформируетсястрогоэволюционнымпутем.Приэтом проявляетсяэффектсворачиванияэтих двойственныхподоболочекиоболочеквдвойнуюспираль.Выявленныепринципы построения Периодическойсистемыпозволяютувереннопрогнозироватьструктурувсехпоследующихэлектронныхоболочекатома,т.е.получитьвсеэти структуры поиндукции, используяпредложенныйвышеметод производящихфункций.Наконец, анализструктуры Периодическойсистемыпозволил нам сделатьвыводотом,чтохимические элементы существуютвиерархическомпространстве2-гоуровняиерархии.Втакомиерархическомпространстведолжен существоватьнаборсобственныхзначенийисобственныхвекторов. Следовательно,Периодическаятаблицахимическихэлементов содержитклассификациюсвоихсобственныхвекторовисобственныхзначений.1.3.3.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИПРАКТИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕЗАМКНУТОСТИПЕРИОДИЧЕСКОЙСИСТЕМЫ.Всоответствиисзакономерностью ограниченностиизамкнутостииерархическихсистем следуетожидать,чтоПериодическаясистемахимическихэлементовявляется конечнойи замкнутой.Свойство конечности означает, чтосуществуетконечныйхимическийэлемент,асвойство замкнутостиозначает,чтоэлемент, следующийзапоследним химическим элементом,долженпринадлежатьужедругому уровню иерархии,отличномуотуровня иерархиихимических элементов,ичто этотэлементможетнестивсебеполнуюинформациюоструктуреПериодическойсистеме химическихэлементов, егоараспадможетсопровождатьсярождениемхимическихэлементов
Представляв! интересрассмотретьвначалепредставлениеПериодическойсистемывпирали(рис.1.3.4-1)ИзрисункавиднынесколькоинтересныхособенностейформированияПериодической1Ы.Во-первых,наглядновиднакартинараспределенияхимическихэлементов наветвях1И.Такихветвейровно8.Во-вторых,видно,чтомеждуседьмойинулевойгруппой элементов(седьмойсектор)гипериодическипоявляютсяпотрихимическихэлемента,нарушающиеобщуюгриюПериодическойсистемы.В-третьих, междуIIIиIVгруппой(3-йсектор)периодически появляютсягруппыюкихэлементов,нарушающихсимметрию.Этогруппалантаноидов(57-72элементы)иактиноидов(89-104элементы).Вкаждойиз этих группрасполагаетсяпо16химическихтов.Вчетвертых,анализэтихотклоненийот симметриипоказывает, чтовсеэти отклоненияаютврайоне“экватора”Периодическойсистемы.,подобнотому,как у исскуственногокаЗемлипри пересеченииземногоэкватораскачкообразноизменяетсяегоорбита[15]Здесьможноотметитьитакойфакт,какориентацияплоскостейэкваторапланетнойсистемывплоскостиэклиптики.Всеэтифактымогутсвидетельствоватьгльствоватьтолькоотом,чтоэтиискаженияифактынеявляютсяслучайными:ниями,ачто вихосноведолжна лежатьоднаитаже закономерность.Нижебудетпоказано,чтовосновеэтойзакономерностиможетлежатьто■ельство,чтовсезвездыипланетыявляются диполями,состоятиз двухоболочек,еймеждукоторымиявляетсяплоскостьэкватора,ичтоэтиоболочкиимеютэположнуюспиральность.вэтомслучаевсестанетнасвои места.ВслучаеПериодическойсистемы искаженияльствуютотом,чтоимеетместо“перегиб”суммарногоспинахимическихэлементовивоположный.Действительно, восьмаягруппахимическихэлементов характеризуется:ннойчувствительностьюкнамагничиванию, чтоможетсвидетельствоватьотом, чтоэтихэлементовявляетсяоченьчувствительнымипрималейших возмущенияхспособенегоориентациюнапротивоположную.руппалантаноидовиактиноидов,хотяинеявляются столь чувствительнойкэцииспина,однако наглядно иллюстрирует факт появлениязародышановогония Периодической”системы.акимобразом,изанализаспиралиужеможносделать предположение том, чтоогруппаидов актиноидов иобладаютнекоторыми реликтовыми“”свойствами,которые былилпрародительскимэлементамПериодическойсистемы. Будемдалееназыватьэтиыастроноидами.Этиэлементыдолжныобладатьуникальными свойствами,не|мианалоговсредихимических элементов.Онидолжны быть“горячими”элементами,зляющиесобой новоесостояниематерии,плазму новоготипа.Изполученныхвыше1товследует,чтоПериодическая системаужепотеряла способностькдальнейшемуваниюсвоихоболочеквдвойную спираль,т.е.атомуженеможетобразовыватьболее:цепочки-спирали.елибытакаявозможностьсуществовала, томыбыимели,напримерПериодическую,характеризующуюсяследующимичисловымипоследовательностямиG,(x)=(2,2,10,10,28, 28,60,60,...)G 2 (x)=(2,10,28,60,...60,28,10,2)4зэтогоследуетважный выводотом,чтодальнейшая эволюция Периодическойвозможнатолькодвумяпутями1ческаясистемахимическихэлементовможетхарактеризоваться толькоследующимимипоследовательностями(2,8,18,32,50,...,50,32,18,8,2)которыесвидетельствуютобесконечностиПериодическойсистемы химических элементов.Поскольку Периодическаясистемахимическихэлементовуже потеряласпособностькдальнейшемусворачиваниювдвойныеспирали,то онанакаком-либоэтапеэволюции,всоответствииспринципомвысшейсимметрии,обязательнодолжна потерятьспособностькувеличению своей“амплитудыдвижения” ,т.е.Периодическаясистемадолжнабытьконечнойииметьпоследний химическийэлемент..ТТТVIIРис.1.3.4-1.ПредставлениеПериодическойсистемыввиде спирали.Подобнотому,как“восходящая спираль”сменяется “нисходящей”спиралью,таки“восходящие”периодыдолжнысменяться“нисходящими” ,т.е.числопериодоввПериодическойсистемехимическихэлементовдолжнобытьограничено.Существуютлитакие“нисходящие периоды”вПериодическойсистеме?Какимисвойствами должныобладатьэтипериоды?Дляответанаэтивопросыотметим вначале,что приформированииочереднойоболочки“орбита”электронов, расположенныхнавнешнихподоболочкахиоболочкахвсеболееиболееискривляется,приэтомнаибольшийэксцентриситетбудутиметьs-подоболочки.Ясно,чтоприопределенных значенияхэксцентриситета“орбита”этихподоболочекпересечетсясядроматома(произойдетк-захват)илиокажетсянезамкнутой(электроныокажутся выброшеннымиизатома). Следовательно, электроннаяоболочкатакихатомовбудетнеустойчивой,и чемдальше,тембольше.Этобудетпроисходитьнезависимооттого,устойчивоили неустойчивобудет самоядро.ПосколькуПериодическаясистемахимическихэлементовужепотеряласпособностькдальнейшемусворачиваниювдвойныеспирали,тоона накаком-либоэтапе эволюции,всоответствии принципомсвысшейсимметрии,обязательно должна потерять способностьк
piciuiioсвоей\"имплиi\"u>iдвижения” ,т.е.Периодическаясистема должна бытьконечнойп>последнийхимическийэлемент.11одобнотому,как“восходящая”спиральсменяется“нисходящей спиралью,”такисолящие”периодыдолжнысменяться“нисходящими” ,т.е. числопериодоввэдическойсистеме химическихэлементовдолжнобытьограничено.Существуют литакиеодящие”периодывПериодическойсистеме?Какимисвойствамидолжныобладатьэтиды?Для ответанаэтивопросы отметимвначале, что приформированииочереднойчки“орбита”электронов, расположенныхнавнешнихподоболочкахиоболочкахвсеиболееискривляется, приэтомнаибольшийэксцентриситетбудутиметьs-подоболочки.Ясно, чтопри определенныхзначенияхэксцентриситета“орбита”этихподоболочексчетсясядроматома(произойдетк-захват)илиокажетсянезамкнутой(электронытсявыброшеннымиизатома). Следовательно, электроннаяоболочкатакихатомовбудет|йчивой, чемидальше, тембольше.Этобудетпроисходитьнезависимоот того,устойчивоустойчивобудет самоядро.приводитсяследующий график длястабильных изотопов.Напомним, что ядроатомахарактеризуетсяэлектрическим,зарядомZe(е-заряд<а),массойМ имассовымчисломА,равнымчислунуклоноввядре. Электрический2),измеряемый единицахве,равенчислуэлектронов нейтральном ватомеиопределяетгские свойстваэлемента.Известныядра с2от до1107и сАот1до примерно260.ЯдрааковымиZ, но разнымиА(т.е.разными числами нейтроновN=/l-Z)называют,и зо т о,аядра одинаковыми сА,но разными Z изобарами.-;нотеоретическимрасчетам[21],несмотрянаростэлектростатическойэнергиисениемZ устойчивымиилидолгоживущими могут оказатьсяядраатомовсZ=114-116ии сZ=124-126 иN=184,т.к. ядрастакимичисламинуклоновдолжны бытьмагическими.Рис.1.3.4-2.Областьстабильныхизотопов.1—областьизвестныхизотопов;кривая2(3)соответствует нулевойэнергиисвязипротона(нейтрона);4-предсказываемый теориейостровок стабильности,отвечающийсверхтяжёлымэлементам.По существующимвнастоящеевремяпредставленияхподобнаякатастрофическаяиядолжнавозникнуть припорядковомномере элемента,приближенно равным170-лементысбольшим порядковымномером существоватьнемогут-поглощениетельнозаряженногоэлектронауменьшаетзарядядра.Рассматриваясхемувзаимопроникновенияуровнейэнергиивэлектронныхоболочкахрис.1.3.4-3),можносделатьследующие выводы.1.ИерархическиеподпространстваПериодическойсистемыявляются частичноными друг друга.вЧастичноепроникновениеоднихподоболочеквдругие характеризуетле,интеграционныесвязимеждуоболочкамииерархическогопространстващческойсистемы.
1»Mill.■■121itПосколькусенсорныеs-подоболочкитакжеявляютсядвойственными(2электронаспротивоположными спинами),тоэтодает основание предполагать, чтовкаждойсенсорнойs-подоболочкеодинэлектрондолженпринадлежатькподоболочкам,описываемыхструктурныммногочленомвида(1.3-1),адругойэлектрон-подоболочкам,описываемымструктурным многочленом(1.3-2),которые такжеявляютсядвойственнымидругдругу.3.Всеэлектронныеоболочкидолжныбыть замкнутымичерезs-подоболочки.Междуэтимизамкнутымиподоболочками,имеющимиабсолютноодинаковую структуру,нопринадлежащимикразнымуровням иерархиии,соответственно,имеющимиразныйэнергетический уровеньнеизбежнодолжнавозникнутьразность потенциалов, чтонеизбежнодолжнопородитьсамосогласованноеполеэтойзамкнутойs-оболочки.Естественно,чтоэтаразностьпотенциалов,вусловияхмногоуровневости подоболочекиоболочек,будетпорождатьсамосогласованноеполе,имеющеемногоуровневый,квантованныйхарактер.Энергия5f6d6р4f5d5р5s4р3dЗр3s2р2sIsОсновная особенность рисунка заключается том,вчтоs-подоболочки «территориально»располагаютсясразужепосле р-подоболочек.Приэтомизрисункавидно,как раздвигаютсяр-,й-подоболочки.Начиная от4э-подоболочки, происходитпространственная перестройкастем,чтобывтиснутьэтуподоболочкунаеезаконноеместо.Этазакономерностьможетсвидетельствоватьотом,что такаяпространственнаяперестройкакакразиосуществляетсястем,чтобыненарушатьэволюционныепринципыформированияатомных оболочекиосуществлятьвзаимодействиемеждуоболочкаминепосредственночерез s-подоболочки, какэто и происходит вовсехиерархическихсистемахПосколькукаждаяs-подоболочкабудетзаключенавсвоюиндивидуальнуюпотенциальнуюяму,тоэтооднозначнобудетопределятьиеепороговыезначениядляреализацииуправляющихфункций.Любое малоевозмущение1s-подоболочкиспособнонепосредственнопередатьвозмущающее управлениевсемостальным -подоболочкамsи«возмутить»всюсистему.
Особенностьгакогоуправленияатомнымиоболочкамизаключаетсявтом, чтонаs-юлочку старшейоболочки накладываются пороговые ограничениявозмущающихЛегкий,которыеопределяются младшейs-подоболочкой.Схематическивзаимосвязьоболочек,черезs-подоболочки,«зажатых»р-иd-олочками,можнопредставитьввиде следующейцепочки(рис.1.3.4-3).Рис.1.3.4-3Даннаясхемадостроенавсоответствии принципами заполнения атомных орбиталейслкиваетнамысль,чтовнекоторомсмыслеатом напоминает обыкновенногоживого1астика” ,укоторогорольхвостаиграет К-оболочка,асамые внутренние“массивные”ткиоказались связаннымивклубок. Изэтойсхемывзаимопроникновенияуровней;иивидно,чтоостоватома,состоящийиззаполненныхоболочекN,О, Р,являетсявномсмыслесвязаннымвклубок,т.е.представляет собой совокупностьоболочекированныхдругсдругомидруг друга, васамыевнешние“активные”оболочкиимеютленную степень“свободы” ,при этомнаибольшуюстепеньсвободыимеетсамаявнешняяпочка,данныйпримитивныйрисунокснова напоминаетотом,чтоименно самыевнешниеболочкиявляютсясамымиактивными, самыми подвижнымиподоболочками.того,мы видим,чтоуровеньэнергии8оказываетсянезамкнутым,таккакоболочки1мкнулись” .Такимобразом,изприведенныхвышерисунков можносделатьвывод,отом,чтоспектрышенияхимическихэлементовсовпадаютсоспектрами расщепленияуровней иерархии,ie характеризуют собственные значенияисобственные векторыуровнейэнергиивэтихтах.Другимисловамиспектры расщепления уровней иерархиихимическихэлементоверизуютгенеалогическоедеревоэволюцииэтихэлементов.Учитывая,чточислоэкспоненциальных базисныхфункцийравночетырем,асучетом:енныхсними,противоположныхфункцийэточислодоходитдо8,томожно сделатьложение,чтохимическиеэлементыспорядковыминомерами119и120или являютсяипоследнимихимическими элементами,илидолжныявиться образующимидляснияПериодическойсистемызвездныхэлементовсболеестаршимуровнемиерархии,лжны“замкнутькруг” ,т.е.отойти наисходнуюпозицию-образованию капельки“”иовещества,изкоторойониипроизошлиикотораябудетявлятьсяобразующейдлярованияЗвездной периодическойсистемы.Дляслучаяформирования“горячей”щческойподсистемысболеевысокимуровнемиерархии,вкоторойэлементыс□выминомерами119и120могутиметьсвойства, которыевопределенномсмыслебудутзчнысвойствампротонаинейтрона.ютонинейтрон являетсясвоеобразным общимэлементомПериодическойсистемыи •арнымичастицами,такиэлементы сномерами119и120могут явитьсясвязующиммеждуПериодическойсистемой химическихэлементовиболее“старшей”ической системой,3любомслучае именновэтомикроетсяоднаизпричинтого,чтовсепопыткиполучитьлементы” спорядковымномеромболее118оказываютсянеудачными.Крометого,конечностиПериодическойсистемыспозициизаконовиерархии,нетолько>ждаетсуществующиеприблизительныетеоретическиесоображенияогранице
Периодическойсистемы, нопредсказывает абсолютноточно адрес“”последнсохнмн'ичм>|оэлемента.ФактконечностиизамкнутостиПериодическойсистемыхимических элементовпозволяетпоновому, используяединуюметодологию, взглянутьнаприродувозникновенияиэволюцию элементарных частиц,звездиВселеннойвцелом.Сущностьподходакрешениюэтой проблемы заключаетсявтом,чтоэтиэлементы(элементарныечастицыизвезды) относятсякдругимизмерениям,“соседними”поотношениюкнашему,вкоторомсуществуютхимическиеэлементы.1.3.4.ОЦЕНКАСЛОЖНОСТИХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВПринадлежностьПериодическойсистемыкиерархическому пространству 2-гоуровняиерархиипозволяетсоответственносделатьвыводотом,чтокПериодическойтаблицеможноприменитьподходкаккиерархическойсистемеи,следовательно,например,мы можемсобщесистемных позиций осуществлятьрасчетструктурнойсложностиееэлементов,напримерспозицииинформационного подхода(см.Часть2).Такаяпостановкавопросавполнеуместна.Действительно,вышебылодоказано,чтоПериодическаясистемахимическихэлементовявляется сложной иерархическойсистемой2-го уровня иерархии.Каждомухимическому элементувэтойиерархической (многоуровневой)структуре соответствуетстрогоопределенныйуровень, подуровень этойструктуры.Периодическуюсистему химическихэлементовможно представитькаккомплекснуюструктуру,всоответствииспоказателямисложности(5.2-14,часть2).Сложностьоболочекиподоболочекхимическихэлементов можноописать использованием показателейссложностииерархическихсистем,описанныхвышев(5.2,часть2).Всоответствиисвыражением5.2-14иструктуройПериодическойсистемы,сложностьееоболочекиподоболочекможетбытьпредставленаввидекомплексныхчисел± m s<2>+пи<2>,±ms<2,6>+m;<2,6>±ms<2,6,10>±mi(2,6,10) (’±m s<2,6,10,14>±mi(2,6,10,14)Итого,мыимеем всего8компонент.АналогичносложностьПериодическойсистемыможетбыть описанаввидеследующейкомплекснойструктуры±ms<2>+mi<2>,±m s<2,8>+mi<2,8>(1.3-10)±m s<2,8,18>+mi(2,8,18)±m s<2,8,18,32>±mi(2,8,18,32).Всегоэлементовэтой структурытакжетолько8.Такимобразом, Периодическаясистемахимическихэлементовпредставляет собойкомплекснуюиерархическую структуру,показателисложностикоторойопределяютсявыражениямивида (1,3-9)-(1.3-10).Эта структура представляетсобойуже систему,состоящуюизоболочекиподоболочек,которыеможнопредставить как результатсворачиванияатомныхоболочекиподоболочек.Заметим,чтоформированиепоказателясложности(5.2-14,часть2)структурыПериодическойсистемыхимических элементовуточняетивскрываетсистемныйсмысл,например,правилаКлечковского.Вначалеформируетсяоболочка, состоящаяиздвухподоболочек противоположнымисспинами.Затемформируетсядвойственнаяейоболочка,состоящаяиздвухподоболочекспротивоположнымиспинами,комплексно-сопряженнаяспервойоболочкой.Далеепроцесс повторяется.
7ЯГ 'Вц|ясаМИ -Осн»йымилогии\".1999год.О--------------------------------------------сним лиобстоятельствоммыобязаны появлениюкомплексныхчисел?Можетбытьтеория)мплексныхчиселикомплескного переменногородиласьименнопотому, чтоэтимиюйствамиизначальнообладаютхимическиеэлементы?Этимижесвойствами должны>ладатьиэлементарныечастицы,икварки,дажевтомслучае,еслиониявляютсянесальными,авиртуальнымичастицами.Сточкизрениямилогиимнимое числоiнесетвсебе:толькопризнак принадлежности элементовструктурыкортогональнойплоскости,ноирактеризуетзакономерностьдвойственности,закономерностьсопряженияоболочексютивоположнымиспинами.ЕслиПериодическаясистема химическихэлементов являетсяиерархическойсистемой,|мывправепоставитьвопросиобэффективностифункционирования тогоилииногоементаПериодическойсистемы.Теперь,всоответствиисинформационнымподходомканализусложностиюгоуровневыхсистем,рассмотреннымв(5.3,часть2),мыможемиспользоватьэтиметодыяанализаэффективностифункционированияхимическихэлементов.Сравниваяполученныезультатысостатистическимданнымиостабильноститехилииных химическихэлементов,>жноещеразубедитьсявтом,чтомынаходимсянаправильномпути.РЕЗЮМЕ.1.ЗакономерностьстроенияисвойстваПериодическойсистемыполностьюсовпадаютакономерностями построения функционирования многоуровневыхииерархическихсистем:строгоэволюционный,преемственныйпутьразвития,внешняяивнутренняядвойственность,структурная ограниченностьизамкнутость,взаимосвязьсвнешнейсредой осуществляется через внешнююсамуюактивную(сенсорную)подоболочкуатома.2.Анализосновных отношенийПериодическойсистемыпоказалнетолькострого^метрическуюпоследовательность заполненияэлектронныхоболочек,ноистрого^метрический принципихобъединения<2,2;2,6,6,2;2,6,10,10,6,2; 2,6,10,14,14,10,6,2;...>3.Выявленныепринципыпостроения Периодическойсистемыпозволяютуверенноэгнозировать структурувсехпоследующихэлектронных оболочекатома,т.е.получатьвсеIструктуры поиндукции, используяпроизводящиефункции.4.Системныйподход анализу Периодическойксистемыиэлектронных оболочекатомашолилобъяснитьихструктуруспозицийтеориииерархическихпространств.Используяэизводящие функции,был полученалгоритмформирования оболочекиподоболочекриодической системы химическихэлементов,которыйобъединилвединое целое принципули,правилоХундаиправило Клечковского.5.СистемныйанализПериодическойсистемы химическихэлементоввыявилновыеономерностиеестроения:5.1.Вскрытановая,неизвестнаяранеезакономерность,сутькоторойсводитсяктому,>обнаружен эффект сворачиванияэлектронных подоболочекиоболочекатомавдвойную:раль:1)впроцессеформирования электронных оболочек, последовательностьзаполненияэлектронныхподоболочекиоболочекосуществляетсявсоответствииспринципомвысшейсимметрии:вначалеидетформированиеоднойподоболочки,азатем-двойственнойейдругойподоболочки.Созданиеполной двойственнойоболочкизавершаетсяформированиемкомплексно-сопряженнойоболочкой2)заполнение электронныхподоболочекосуществляетсявсоответствиис внутреннейдвойственностьюэтихподоболочек,когдацелостнаяподоболочкаформируетсяиздвух,спротивоположнымиспинами,3)заполнение электронныхоболочекосуществляетсявсоответствиисвнешней
— ■____igдвойственностью,когдаединаяоболочкаформируетсяихдвухподоболочек,сдвинутыхотносительнодруг друга, образуя двойную спираль,5.2.Вскрытаещеодна,неизвестнаяранеезакономерностьстроения электронныхоболочекатомаиПериодическойсистемыхимическихэлементов, сущностькоторойсводитсяктому,что Периодическая системахимическихэлементовстроитсявсоответствиисправиламиформированияиерархическогопространства2-гоуровняиерархии,аквантовыечислаn,1,m s ,тт»!являются важнейшимихарактеристиками этогоиерархическогопространства,аименноп-определяетуровень иерархии анализируемойоболочкииерархическогопространстваПериодическойсистемыхимическихэлементов,1-определяетуровень иерархииподоболочеканализируемойоболочкиПериодическойсистемы(всоответствиисуровнемееиерархии),т,-характеризует состав подоболочек анализируемой оболочкиПериодическойсистемысодинаковымзначениемспина,m t -характеризует свойствовнешнейдвойственностикотораяпроявляетсякакзеркальнаясимметрия иерархических подоболочек,Этиквантовые числа характеризуют принадлежностьпространстваПериодическойсистемы химическихэлементовко2-мууровнюиерархии.Такимобразом,еслинамбудутизвестныквантовыечисла,которыебудутхарактеризоватьиерархическоепространствоэлементарных частиц,иеслиэтиквантовыечислабудутпринадлежатькиерархическомупространству1-гоуровня иерархии,мыможемоднозначно доказатьпринадлежностьэтогопространствакиерархическому пространству1-го уровняиерархии.КвантовыечислахарактеризуютещеоднозамечательноесвойствоПериодическойсистемыхимическихэлементов,котороезаключаетсявтом, чтокаждаяееоболочкаиподоболочкаможет содержатьнеболее4компонент,а сучетомзакономерностиудвоения-неболее8.Этисвойстваудивительнымобразомсовпадаютсосвойствамиэкспоненциальных базисныхфункций,рассмотренных впредыдущейчастикниги.Ихтоже 4,а сучетомкомплексного сопряжения-8.5.3.Врезультатевзаимопроникновения подоболочекдвухсмежныхподоболочек другвдругаониоказываются частичновложенными, формируятемсамымединуюоболочку.Вконечном итоге Периодическаясистеманачинает вырождаться-развернутоеиерархическоепространство2-гоуровняиерархииначинаетсвертываться,т.е.оболочки этого пространствастановятсявсеболееиболее вложеннымидругвдруга. Действительно,анализуровнейвзаимопроникновенияэнергиивспектрахатомов показывает, чтоимеет местосвязываниеэлектронныхоболочекатомоввединуюцепочкуоболочек.Такимобразом,призаполнении электронныхоболочекимеетместоэффект сворачиванияэлектронныхоболочек(подоболочек)вдвойнуюспираль.Корнипроявленияэтогоэффектаследуетискатьвзакономерностяхформированияядерныхподоболочекиоболочек. Электронныеипротонныеоболочкидолжныпредставлятьсобой примервнешнейдвойственности.Поэтомуэффектсворачиванияэлектронныхподоболочекиоболочек(иПериодическойсистемыхимическихэлементов)вдвойнуюспиральдолженозначать,что Периодическаясистемахимическихэлементовипринципы заполненияееэлектронныхоболочек характеризуют,преждевсего,структуруядра атомов,и принципы заполненияихнуклонных оболочекиподоболочек.5.4.Былодоказано,чтохимическихэлементовспорядковыминомерами больше118никогдавприроденесуществовало,несуществуетиникогданебудетсуществоватьиихневозможнополучитьдажеискусственно.Новсилумультидвойственных отношениймеждусамимихимическимиэлементами,всилузакономерностиинтеграциииерархическихсистем,человечествостоитнапорогеоткрытийвеликого множества новыххимических соединений,обладающихсамымиуникальнымиипоканеизвестными свойствами.5.5.Врезультатеанализавскрытаещеоднановая,неизвестная ранее закономерностьформированияэлектронных оболочек. Этофеномензамыканияэлектронных подоболочек.Всеэлектронныеоболочкиоказываютсязамкнутымичерезs-подоболочки.Между этими
--------------------------------ьелямм.и.иаювымилиции.1^1од.',iiiyii.iMiiподоболочками,имеющимиабсолютно одинаковуюструктуру,ношдлежащимикратнымуровнямиерархиии,соответственно,имеющимиразныйгегичсскийуровеньнеизбежнодолжнавозникнуть разность потенциалов,чтонеизбежноснопородитьсамосогласованноеполеэтойзамкнутойоболочки.Естественно,чтоэтаостьпотенциалов,вусловияхмногоуровневостиоболочек,такжебудетпорождатьгованныеразностипотенциаловихсамосогласованныхполей.Всилутого,что суммарная разность потенциаловатомаравнасуммепотенциаловегоочек,то атоме мывибудемиметьсамосогласованноеполе.Именно это свойство атомныхочекиподоболочек лежитвосновемеханизма саморегуляции, самовоспроизведенияи развитияатома.Именновэтомкроетсяглавнаязагадкавозникновения самосогласованныхполейвiaxхимическихэлементов. Естественно,чтовсилузаконовиерархииэтофеноменканияэлектронныхоболочекчерезs-подоболочки,долженпроявляться реальнонадругомне,науровнеядраатома.Именнотамизфеноменаондолженпревратитьсявгвительность.6.Особыйисамостоятельныйинтерес,всвететеории иерархическихпространств,таетсуществующаяклассификациякристаллов. Посколькусамикристаллысоставленымическихэлементов,принадлежащихковторомууровню иерархии,тоанализструктурыталловпозволитответитьнаоченьважныевопросыотом,существуютливнеживойюдеиерархическиепространства3-гоуровняиерархии,авозможноиболеевысокихней.Крометого,анализклассификацийкристаллов позволитученымнайтиподходящие;ныекристаллыдляпопытокпостроитькристаллыновые,невиданные ранее кристаллы,ieeстаршим уровнемиерархии.лава2.ЗАКОНОМЕРНОСТИСТРОЕНИЯЯДЕРНЫХОБОЛОЧЕК.2.1.КРАТКИЙ ОБЗОРМОДЕЛЕЙЯДРА АТОМА2.1.1ВВЕДЕНИЕВтеорииядра широкоиспользуетсямодельныйподход.Числомоделей очень великоСихпомощью описываются свойства ядериядерныереакции. Это большое количестволейядраатома,носящихчасто противоположныйхарактерлежащихв ихосновеположенийохарактередвижениянуклоноввядре,требует созданияединойюскопическойтеории ядра,наосновекоторойможнобылобыобосноватьтеилииные1ыемодели иуказатьобластиихприменения.Однакодосихпорусилия посозданиюоймодели ядра,позволяющей объяснитьвсеявления,остаютсятщетными,лотримсущностьнекоторыхосновных моделейядраатома.2.1.2.ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯМОДЕЛЬЯДРА(М.Борн,1936г.)Восновемодели лежит предположениеотом, чтоблагодарябольшой плотностионоввядреичрезвычайносильному взаимодействиюмеждуними столкновенияоченьяипоэтому независимоедвижениеотдельныхнуклонов невозможно.Согласноэтойли,ядропредставляетсобойкаплю заряженнойжидкости(сплотностью, равнойядерной).зкапле обыкновенной жидкости,поверхностьвядреможет колебаться.Еслиамплитудаэанийбудетсамопроизвольно нарастать, капляразвалится,т.е.произойдетделениеядра.Хотягидродинамическаямоделькачественно объяснилапричиныделенияядериегонизм,атакжесуществованиеколлективныхвозбужденийядра атома,еепредсказаниявоймереневыполняются наопыте.Этосвязаностем,что гидродинамическаямоделььнагляднаяиоченьудобная,ноявляется приближенной.Такиепонятия какповерхность,эхностноенатяжение, сжимаемостьит.п.невполне применимыкядру,поскольку капля-“
БслясиМ.И.\"Основыми,'югии\".Г>99и ,д..ядро” состоит неболеечемиз300нуклонов размер иRядра превосходитсреднеерасстояниегмеждунуклонамивсеговнесколькораз(.R/rcp?А,/3,что дляизвестныхядер меньше7).2.1.3. ОБОЛОЧЕЧНАЯ МОДЕЛЬЯДРА(М.Гепперт-Маер,И.Х.Д. Йенсен,1949-1950).Ещевначалеразвитияядернойфизикинаосновеобнаружениятакназываемых“магическихчисел”протоновинейтроноввядреатомов(2,8,20,50,82,126)былопредложеноиспользовать оболочечную модель,успешно“работающую”втеорииэлектронных оболочекатома. Оболочечнаямодельядраиеепоследующиемодификации объясняют чрезвычайноширокийкругэкспериментальныхданныхпоспектрамвозбужденийядервплотьдоэнергий3-5Мэв.Оболочечнаяструктурапроявляется иприболее высоких энергиях возбуждения-до30-50Мэв,соответствующихвозбуждениюнуклоноввнутренних оболочек.Воболочечноймоделипредполагается,чтонуклоныдвижутсянезависимо друготдругавнекотором среднем потенциальном поле(потенциальной яме),создаваемомдвижениемвсехнуклоновядра(самосогласованномполе).Потенциалзависитотрасстояниядоцентраядра.Нуклоны полевстаким потенциаломнаходятсянаопределенных уровняхэнергии.Восновномсостоянии онизаполняютнижниеуровни, причемвсоответствии принципом Паули,сводномсостоянии можетнаходитьсянеболееодногопротонаиодного нейтрона.Основноепредположениеоболочечноймодели- онезависимом движениинуклоноввсамосогласованномполенаходитсявпротиворечиисгидродинамическоймоделью.Поэтомуестественно,чтотехарактеристикиядра, которыехорошоописываютсягидродинамическоймоделью (например,энергия связиядра) плохоили совсемнеобъясняетсяоболочечноймоделью.2.1.4. ОБОБЩЕННАЯМОДЕЛЬЯДРА.(Дж.Рейнуотер,1959г.,О.Бор Б. иМоттельсон,1950-1953гг).Этамодельпримиряетисключающиеисходныеположениягидродинамическойи оболочечноймоделей.Вэтоймоделипредполагается,чтоядросостоитизвнутреннейустойчивойчасти-остова,образованногонуклонамизаполненных оболочек,ивнешнихнуклонов,движущихсявполе,создаваемом нуклонамиостова. Остов может изменятьсвоюформу подвлиянием наружныхнуклонов,колебаться.Его движениеописываетсягидродинамическоймоделью.Внешниеженуклоны движутсявполеостова,которое,однако,вотличиеотоболочечноймодели,изменяетсязасчетвзаимодействиясэтимивнешниминуклонами.Обобщенная модель объяснилабольшие квадрупольныемоменты некоторыхядертем, чтовнешниенуклоны таких ядер сильно деформируютостов,онстановитсянесферическим-вытянутымили сплюснутымэллипсоидом.Деформированноеядроможетвращаться(вокругосиперпендикулярнойосидеформации), что объясняетнаблюдаемыенаопытевращательныеуровнивозмущенногоядра.Вобобщенноймоделиполныйспинядраскладываетсяизмоментовколичествадвижениявнешнихнуклоновимомента количествадвижения деформированногоостова.Колебаниюостовасоответствуютуровни,которые также обнаруживаются наопыте.Обобщеннаямодельпозволилапровестиклассификациюуровнеэнергииядра-ввестипонятиеодночастичных(связанныхсвозбуждением наружныхнуклонов)иколлективных(вращательных колебательных, связанныхисвозбуждениемостова) уровнейядра, определитьэнергииуровней,спин,четность.2.1.5.МОДЕЛИПАРНЫХКОРРЕЛЯЦИЙОбобщенная модельтакжестолкнуласьструдностямивобъясненииопытных данных,особенновтехядрах,вкоторыхвнеостова движетсянесколько нуклонов.Естественныйпутьулучшенияобобщенной модели-учетихвзаимодействия. Это взаимодействиесущественноотличаетсяотвзаимодействияпарысвободныхнуклоновиназываетсяостаточным
IkjimcuM.H.\"Основыминогии.1999шд.ч' 1модейстнисм.Герминотражаеттотфакт, чтоэтолишьчастьнуклон-нуклонныхсил,авшаяся”после выделениясамосогласованногополя.Остаточноевзаимодействиеюдитктому,чтовнешниенукллоныдвижутсявполеостоваужененезависимо,а>елировано.Соответствующиемодификации оболочечноймоделиназываютмоделями1ыхкорреляций.Изнихнаиболееширокое распространениеполучиласверхтекучая модель.(Н,Н,Боголюбов,О.Бор,Б.Моттельсон,Д.Пайне-1958г.).Восновеэтоймоделиitпредположениеотом, чтопары протоновинейтроновсравнымиипротивоположнымиявленнымимоментами количества движенияобразуют вядре состояниятипасвязанных.5ыразорватьэтусвязь-разорватьпару,нужнозатратитьэнергиюпорядка1-2Мэв.Поэтомуэнергиявозбуждениячетно-четныхядер,вкоторыхвсенуклоны, согласно:ли,образуютсвязанные пары,должнасоставлять около2Мэв,тогдакаксоседниенечетные.должныиметьэнергиювозбужденияпримернов10разменьшую(150-200Кэв), чтогвительнонаблюдается наопыте.С помощьюмоделейпарныхкорреляцийудаетсяоченьипоописыватьспиныи квадрупольные моментыосновныхсостоянийядер,атакжеэнергии,1Ы,квадрупольныемоментыивероятностипереходов возбужденныходнонуклонныхи1ективных(вращательныхиколебательных) состояний ядрахв вплотьдоэнергий3-6Мэв.,ельхорошо описывает плотностьуровней,свойстванейтронных резонансов позволяетичитывать равновесные деформацииядеркаквосновном,таки ввозбужденномсостоянии.2.1.6. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА(Я.И.Френкель 1936-г.,Л.Л.Ландау-1937а)Приболеевысокой энергии возбуждения(6-7Мэв) числоуровнейвсреднихитяжелыххоченьвелико,аследовательно,расстояниемеждууровнямимало. Установить приэтихвияхквантовые характеристики каждого отдельногоуровняиневозможно,иненужно.Целесообразно ввестипонятиеплотностьуровнейсданнымспином, изоспиномит.д.,|ислоуровнейсданнымихарактеристиками,приходящиесянаединичный интервалэнергии,юимостьплотностиуровнейэнергии описываетсяспомощьюстатическойиодинамической)модели ядра,котораярассматриваетвозбуждениекак нагревферми-(точнее,ферми-жидкости) нуклонов,связываяэнергию возбуждениястемпературойева ядра.Этамодельнеплохоописываетнетолькораспределение уровней,ноираспределениеятностей излучения-квантовпри переходемеждувысоколежащимивозбужденнымиояниямиядра атома. Статистическаямодельядрапозволяетучестьипоправки,связанныешчиемвядреоболочек.2.2.ЕДИНАЯ МИКРОМОЛЕКУЛЯРНАЯМОДЕЛЬ ЯДРААТОМА2.2.1.ОБОСНОВАНИЕМИКРОМОЛЕКУЛЯРНОЙ МОДЕЛИЯДРА.Чтопредставляетсобойядроатома?Каксогласоватьмеждусобойсуществующиемодели?Наэтивопросыпоканетответа.Большоеколичествомоделейядраатома,частоивоположныйхарактерлежащихвихоснове предположенийохарактередвиженияоноввядре требует созданияединойтеорииядра, на основекоторойможнобылобыноватьядерныемодели иуказатьобластиихприменения.Крометого,существующиеныемоделиимеютещеодиннедостаток-необходимостьвведениядовольно большогоапараметров,которыеприходитсяподбиратьдлянаилучшегосогласования расчетовсериментальными данными.Информацияобядрахрастет каждым сднем.Однакодосихпорусилияпо созданиюой моделиядра,позволяющей объяснитьвсеявления,остаетсятщетной.Чтопредставляетйядро атома?Каксогласоватьмеждусобойсуществующиемоделиядра?Наэтивопросыихпорнетответа.Восновеновой, единоймоделиядра атома, лежатзакономерности,ытые строении Периодическойвсистемы химическихэлементов,восновекоторойлежатныиерархии.Действительно,вышебылоустановлено, что электронныеоболочки(иихобраз,женныйвстроении Периодическойтаблицы),представляют собойсложнуюи ввысшей
степенивысокоорганизованнуюструктуру,представляющую собой совокупностьчастичноилиполностьювложенныхдругвдругаиерархическихоболочекиподоболочек,чтодаетоснованиявысказатьпредположениеотом,чтоименноструктураядраатомаявляетсяответственнойза формированиеэлектронныхоболочек(находящейсвоеотражениевструктуреПериодическойтаблицы),ичто принципыпостроения структурыядраатомапосвоейсложностивомногом должны соответствовать принципампостроения структурыбелковоймолекулы.Таким образом,основнаяидеязаключаетсявтом,что цепочки нуклоноввядреагомадействительно являются двойными спиралями,свернутымистрогоупорядоченнымобразомв клубок, т.е.ядроатомаявляетсясамой элементарной изизвестныхнасегодняшнийдень молекул-“микромолекулой” .Толькоэта микромолекулаотноситсякдругойсистемеизмерения-ядерной.Этоизмерение является внутренним поотношениюкнашейсистемеизмерений,вкоторойсуществуютхимическиеэлементы.Врезультатетакогоупорядоченияядробудетпредставлять некоторыйвращающийся“кристалл” ,составленныйиздвойныхупорядоченных нуклонныхцепочек.Вэтомслучае“микромолекулярная”модельядраатомаможетстатьнетолькоестественным обобщениемядерныхмоделйи,впервуюочередь,оболочечной.Будетустановленапрямаяпричинно-следственнаясвязь,объясняющая закономерность строенияматериинаядерномуровне,науровнеэлементарных частиц,науровне строенияатомаинамолекулярномуровне.Причемвоснове математическогоописания подобныхмоделейбудутлежатьзакономерностинаукиобиерархии.Аналогияскристалламиимеетболееглубокуюоснову.Действительно,содной стороны,изкристаллографииизвестно,чтокристаллы характеризуютсяправойилилевой“спиральностью” ,причемправая спиральностьявляется доминирующей.С другой стороны,известно,чтосуществуютрадиоактивные ядрасодинаковымиZ иА,но сразнымипериодамиполураспада.Такие ядраназываютизомерами.Например,имеютсядваизомера ядраВг,уодногоиз нихпериодполураспадаравен18минут,удругого-4,4часа.Такаязначительнаяразница периодахвполураспадаможет быть объяснена,помнениюавтора,толькопоаналогиис кристаллом,т.е.сточкизрения молекулярноймодели.Кроме того,самфакт преобладанияправойспиральностикристалловтакжесвидетельствуетвпользутого,что ядреватоматакжедолжнапреобладать праваяспиральность.Микромолекулярнаямодельядрасболееобщихпозицийможет объяснитьипричинысуществованиябольшогочислаядерныхмоделейи причины возмущенийвядреатома,причины возникновениясамосогласованноегополя.Самопонятиесамосогласованное полевнеявномвидеподразумевает,чтовядреатомасуществуетнепростопорядок,авысшийпорядок.Действительно, полностью сформированныевнутренниеядерныеоболочкивсилусвойствсимметрии должныобразовывать“нейтральный остов”ядра, само понятиекотороговявномвидеозначает,чтодвижениенуклоновявляетсявостове зависимым. Этовнеявномвидеозначает,чтоэтотостовимеет определеннуюструктуру,авнешниенезаполненныеподоболочкиявляютсяпричиной появления“остаточного”взаимодействия.Ядерныеоболочки,образующие остовядраявляютсязамкнутыми.Этозамыкание проявляетсявтом,что возникаетсамосогласованноеполе ядра,которомуможнопридатьследующуютрактовку.Есликаждый нуклонестьчастица, обладающая волновымисвойствами,то совокупностьтакихчастиц,образующихзамкнутуюядернуюоболочку,образуетновуюгруппировку частиц-групповой волновой пакет.Этот пакетчастиц,какэтоизвестно волновой измеханики,имееттенденциюкрасплываниюсовременем.Всилуэтихсвойствволновойпакетиз группы нуклоновтакжедолженбытьспособенвтечениинекотороговремени расплыванию, кнорасплываниюпо замкнутомукругу.Подобнаяконцепциясамосогласованногополя,возникающеговиерархическомпространствеопределенногоуровняиерархиии,следовательно,имеющегоиерархическуюструктуру,болееглубокопоясняетсвязьмеждучастицейиволной,ихединствоидуализм.Известно,чтоквантово-волновойдуализмпосуществуозначает, чтоповедениемикрообъектане может бытьописанониклассическоймеханикой,никлассическойволновой теорией.
---------------------------------Ьсляс»М.И.\"Основымилогии\".1999год.Окиигноекорпускулярно-волновомудуализмуописание явлениймикромирадаетсяновойтеорией.Всветевскрытойзакономерности строенияатома,какиерархическойкгуры,связьмеждучастицейиволнойстановится болеетесной,сточкизренияконцепциисогласованногополявнекотором иерархическом пространстве.Впроцессеобразования1ныхоболочекпроисходитих“замыкание” ,врезультатекоторогообразуетсяноваяактивнаячастица(подоболочка, оболочка),имеющаясвоеиндивидуальноеполеи,овагельно, обладающаяиндивидуальными волновымисвойствами,индивидуальнойтральнойхарактеристикойиерархическогоподпространства.Приэтом процессформированияпротонныхоболочек напоминаетпроцесседовательногои параллельногосоединения электрическихбатареек. Припоследовательноминенииформируютсяпротонныеподоболочкивкоторых каждому протонуотведеногоопределенное местовцепочке.При“замыкании”цепочки формируетсяноваяцелостная>болочка,азатемкнейприсоединяетсятакаяжецепочка,но противоположным сспином,гультатетакогопоследовательноесоединенияпротонныхподоболочекпроисходитихыкание”вединуюцепьсамосогласованногополя.Оболочкижесоединяютсямеждусобойзs-подоболочкиДействительно,какэто былопоказановыше(рисунок1.3-2)изфеноменазамыканиятронныхподоболочекчерезs-подоболочки,следует,что междуэтими замкнутымиболонками,имеющимиабсолютно одинаковуюструктуру,нопринадлежащими разнымкнямиерархиии,соответственно,имеющимиразныйэнергетическийуровень неизбежно;навозникнутьразностьпотенциалов,чтонеизбежнопородитсамосогласованноеполезамкнутойоболочки.Естественно,чтоэтаразностьпотенциалов,вусловияхоуровневости оболочек, такжебудетпорождать квантованныеразности потенциалов ихсогласованныхполей.Всилутого, чтосуммарная разность потенциаловатома равнасумме зциалов егооболочек,товатоме мыибудем иметьсамосогласованноеполе.Именновкроетсяглавная причинавозникновения самосогласованныхполейватомаххимическихентов. Эти полявозникаютвядреатомов,а электронныеоболочки,будучистрогонженнымисядернымиоболочками,отражаютвсвоемстроенииэффектвозникновения>феномена.Вполне возможно,чтовпроцессеперестройкивнутреннейструктурыа вединуюоболочкуобъединяютсянетолькоs-подоболочки, ноивсеостальныер-,d- ,f-болочкииформируют,такимобразом,единыеs-,р-, d-,f-оболочкиатома. Посколькуаятакаяоболочкаобладаетсвойствамивнешнейдвойственности,товрезультатеитакогогльногозамыканияэтихоболочекмыполучимединуюоболочкусдвойной спиральюиэесамосогласованноеполенетолькоядра, ноиатомавцелом,посколькуватомекаждомуэнубудетсоответствоватьдвойственныйемуобъект-электрон.Всилусвойствзамкнутости подоболочек(оболочек)ихсвойстватакже должнызяться(энергия,длинаволны,импульсит.д.).Врезультатеразности потенциалов“”между>йипоследнейподоболочкойвзамкнувшейся оболочкеивозникаетсамосогласованноевзаимодействиекоторогосполямисоседнихоболочек,всилу иерархичностистроения,эдиткпоявлениюнового самосогласованногополя,а“замыкание”самосогласованных1оболочекприводитквозникновению единого коллективногосамосогласованногополя,>оеиявляетсяглавнойпричинойстабильности групповоговолновогопакета.Впроцессеформированияпротонной подоболочки,вмомент“замыкания”протонной1кивподоболочку, совокупностьсобственных моментовимпульсапротоновэтойцепочкикдаетновый собственныймомент импульсаподоболочки, которыйрождается результатев,кновениясамосогласованногополяподоболочки.Возбуждениеядрадостигаетсятем,чтонуклон переводитсясзанятогоуровнянаэдный,сбольшейэнергией.Энергиявозбужденияравнаразностиэнергийэтихзастичныхуровней.Естественно,чтосамосогласованноеполеявляетсяоднойизглавныхинспособности групповыхчастиц ориентироватьсявпространстве,т.е.частицазретаетколлективныйспин.Дополнительнымсвидетельствомоболочечногостроенияядраiи принадлежностиегооболочек иерархическому пространству 2-гоуровня иерархии
можетслужитьужеприведеннаявышеформула(I I ..«),описывающаяnicpiнюешнмыHiмфермионов, заключеннымводномерныйсосуддлиной1:h 1Е =-------78т/21+ 1+4+4+ 9+9 ...++А 2гдео— 728тг-энергия однойчастицыг'5М-числофермионовсистемы(вформуледляпростотыположено, чтоМ -четноечисло).Эта формула,какбынибыла она «примитивна»,удовлетворяеттребованиюзакономерностивнешнейдвойственностиоболочекиихколичественномусоставу(принадлежностикоболочкам2-гоуровняиерархии).Можнонадеяться,чтонаэтомпутибудутполученыидругие формулы,характеризующиеуровни«потенциалов»самосогласованногополядлятойили инойподоболочки(оболочки).Сточкизрениямолекулярнойтеории,укаждойтакой микромолекулы должнасуществоватьтакназываемаяактивнаяточка,играющая активнуюроль образованиивнуклонныхцепочек.Идействительно,подобныеактивные точкивядре могутидолжны существоватьиихчислодолжнобытьограничено, иботольковэтомслучаеможно“автоматически”строитьмолекулярныеконструкции,обладающиестрогоопределеннымнаборомсвойств.Таканализсворачиваниядвойных электронныхподоболочек оболочки показывает,вчтотакоесворачиваниепроисходитсосдвигом,врезультатечеговозникаютактивные“хвосты” ,ккоторымимогут прикреплятьсяследующие“подходящие”нуклоны(инуклонныеподоболочки). Рольтакихактивныхточекватомахиграютвнешниесенсорныеподоболочки.Эти свойствасоставляютоднуизсамыхфундаментальных“генных основ единства”симметриииасимметрии,атакжеосновуосновсвойстввсехиерархическихсистемотом,чтововзаимодействиисвнешнейсредойвиерархическихсистемах осуществляетсятолькочерезсамые внешниеподоболочкиэтихсистем.Всеостальные подоболочкиявляютсядлявнешнегоисследователя(внешнейсреды)“непрозрачными” .Приведемтеперьдругие практическиедоводывпользумолекулярноймоделиядраатома.Известно, чтосозданнаяБороммодельатомаознаменовалаблестящийуспехтеории,котораярешилапроблему возникновения спектральныхлиний.Первое обобщение теорииБорадалнемецкийфизикизМюнхенаАрнольдЗоммерфельд(1868-1951гг),которыйобъяснилсмыслтонкойструктурыспектральныхлиний.СмыслэтойтонкойструктурыбылподсказанЗоммерфельдуаналогиейснебесной механикой. Тело,движущеесявокругцентрапритяжения,необязательноописываетстрогокруговые орбиты.ВобщемслучаеэгоэллипсыКеплера,ккоторымтакжеследуетприменить условиеквантования.Тогдаоказывается,чтолюбомузначениюквантовогочислапсоответствуетужепэллипсовсразличнымизначениямиэксцентриситета.Нарис.2.2-1приведены эллипсы,соответствующиеглавному квантовомучислуп=1,2,3,4.Изрисунка2.2-1можнозаметитьследующуюинтереснуюособенность.Влюбойзаполненнойоболочкеатомана круговой орбитенаходятсятолькоэлектроны,заселяющиепоследнююзаполненнуюподоболочку.Всеостальныеэлектронывращаются поэллиптическиморбитам,причемэксцентриситетэтихорбитвозрастаетпо мерепродвижения отвнешнихподоболочекквнутренним.Существующаятеория, намойвзгляд,необъясняетболееилименеехорошо природутакогоявления.Итолько молекулярная теория“ядра”может,видимо,объяснитьэтотфеноменобразованияэллиптическихтраекторийэлектронных подоболочек.Действительно,еслипредположить, чтоукаждого протонаестьсвойсобственный“спутник” -электрон, вращающийсявокругнего,впервомприближении,покруговойорбите,тогдаприформированииследующейболее“тяжелой”подоболочки ядрацентр тяжести“”ядрапереместитсякэтой,вновь сформированнойоболочкеи,следовательно, электроны-спутникивнутреннихподоболочекядрабудутвынужденывращаться вокругновогоцентра
....... LUIMMifliVfltt/fUЛШШШ\".IШ lVUiV_______________________noxiiiiiiiичсскиморбитам,ивитоге для электронныхоболочекиподоболочекмы'чимужетакназываемоеэлектронноеоблако,которое характеризуеттольковероятностьжденияэлектроноввгойилиинойобласти атома.п= 3Рис.2.2-1.Изрис.2.2-1можно сделатьвывод,чтопявляетсяхарактеристикойуровня сложностинияпротонных оболочек,т.е.характеризует иерархичность строения.Еслисейчасскаждойподоболочкой,оболочкой сопоставитьееуровеньиерархиив>хическойпозиционнойсистемеПериодическойсистемыхимических элементовисравнитьгенныезначениясозначениямип,томыдолжныполучить иерархическийсмыслглавногоовогочислап.Другоеквантовоечисло-m sхарактеризуетдвойственностьсобственныхвекторовгетствующейоболочки, подоболочки (противоположностьилиантипараллельность>впротонных оболочек).Квантовоечисло1определяетуровни иерархииэолочексоответствующей оболочки,ат, характеризует количественный состав-1->олочекМолекулярнаямодель ядраатомаможетстатьестественным обобщениемыхмоделей,и впервую очередь-оболочечной,причемматематическоеописание такойщдолжноосновыватьсянаиерархических принципах,изакономерностях,изложенныхюящейработе.2.2.1.1. ЗАКОНОМЕРНОСТЬОГРАНИЧЕННОСТИ,ПРЕЕМСТВЕННОСТИИЗАМКНУТОСТИЯДЕРНЫХОБОЛОЧЕК.Этазакономерностьпредполагает, что каждая оболочкаиподоболочка ядраявляетсяиченной, замкнутойиимееттолькооднусвойственную ей пространственнуюструктуру,епосредственновытекаетизсвойств иерархическихпространств,законовиерархии,вующихврамкахПериодическойсистемы химическихэлементов,каксложнойхическойсистемы.В соответствии этойсзакономерностью,например, очереднойнуклон,геризующийсястрогоопределенным состоянием,можетприкреплятьсякнуклоннойчкеневлюбом,а строговопределенномместе,обладая для этого строгоопределеннойгей,формируя при этомстрогоопределеннуюпространственнуюструктуру. Если бысоответствовалодействительности, тотогдамымоглибыиметь множествоидентичныхтавуядер, нообладающихразнымисвойствамивследствиеразличияихпространственнойгуры.Этотпринцип является«вложенным».В квантовоймеханике считается,чтолюбая{тарная частица,включаянуклон,может считаться групповымволновымпакетоми,
ПушаМ.И.“(Кишшпнк',1У??гуд,fследовательно,можетхарактеризоватьсятакими понятиями, как групповая скорость,радиусгруппового пакета, сфера“гравитации”ит.п.Тогда,еслипредположить, чтоопределенныетипыэлементов могутсопрягатьсямеждусобойстрогоопределенными“сферамигравитации” ,томыполучимещеоднухарактеристику,характеризующуюихплотность упаковкивструктуре.Из соотношений(2.3-4)-(2.3-6)можнопредположить, чтосуществуюттольконесколькоосновныхтипаупаковкиструктур,характеризующихсяследующимиотношениямиих“гравитационных радиусов”1:4:9:16:..........1:3:5:7:...1:2: 3:4:1:2:2:2:...1:1:1:1Эти соотношения могутявлятьсясобственными значениямисоответствующих“волновыхпакетов” ,“склеивание”которыхдолжнопроисходитьпограницамсоприкосновенияих“сфергравитации” .2.2.1.2. ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ДВОЙСТВЕННОСТИ.Этазакономерность предполагает,что каждомуэлементу(волновомупакету,оболочке,подоблочке ядра)можетбытьпоставленвсоответствиедвойственныйемуэлемент.Такпротониэлектронмогут считаться двойственнымипоотношениюдругкдругу, т.е.каждому протону,обладающему соответствующейэнергией,можетбытьпоставленвсоответствиетолькоодинсоответствующийемудвойственныйэлемент-электрон,имеющийсоответствующуюэнергию.Двойственныеэлементывструктурахядрамогутхарактеризоваться,например,противоположнымиспинами.Таким образом,принципдвойственностипредполагаетсуществование четырехкомплексно-сопряженных элементах,-х,X\"1 ,-X\"1сопряжениекоторыхвструктурах происходитстрогоопределенным, периодическимиобразом.Всоответствиисзакономерностьюодвойственностиядерныеоболочкивначалеобразуют оболочкус внутреннейдвойственностью. Вначалестроится цепочкапротонов,затемонадополняетцепочкойпротонов, носпротивоположнымиспинами, формируятакимобразомцепочкус внешнейдвойственностью.Таким образом,полностьюсформированнаяядернаяоболочкасостоитиздвухподоболочек(внешняядвойственность).Далееоболочка,состоящаяиз двухдвойственныхподоболочек,копируетсебя новуювкомплексно-сопряженнуюоболочку,завершаетполныйциклформированияядернойоболочки.2.2.1.3.ПРИНЦИПСАМОСОГЛАСОВАННОСТИ.Всоответствиисэтимпринципом,кактолькопроисходит“замыкание”ядернойподоболочки(оболочки),товнейподдействием разности потенциалов “”между“головой” и“хвостом ”цепочки, свернутойвспираль, возникаетсамосогласованноеполе.Врезультатечеговозникаетновыйволновойпакет.Возникаетэффектвозникновениясобственногоспинаэтоговолнового пакета. Возникаетмеханизмсаморегуляции замкнутой “”оболочки(подоболочки).С системнойточкизрениясамосогласованноеполеявляетсяследствиемпроявленияосновных закономерностей построениясложныхиерархическихсистем.Самосогласованноеполекакбыдемонстрирует принцип саморегуляцииполяядра. Поскольку этополепосвоейструктуре,всилузакономерностиодвойственности,имеет структуру,двойственную структуреядра,поэтомуисамо это поле являетсясистемным,т.е.являетсяцелостнымобразованием.Вышеужеотмечалось,чтовсоответствиистеориейиерархии взаимодействиемеждуоболочкамиосуществляетсячерезихсенсорные s-подоболочки.Приэтомвсеэтиподоболочки,начинаяот2з-подоболочки,включаютсяпослер-подоболочек,а с4 б -подо6олочки,происходитпространственная перестройка структурыатомас тем,чтобывтиснутьэту подоболочку наее
_[□иноеместо.Этазакономерностьможетсвидетельствоватьотом,чтотакаяэстранственная перестройкакакразиосуществляетсястем,чтобыненарушатьлюционныепринципыформированияатомныхоболочекиосуществлятьвзаимодействиекдуоболочкаминепосредственночерезs-подоболочки,какэтоипроисходитвовсех1архическихсистемах.Приэтомлюбоемалоевозмущение1s-подоболочкиспособноюсредственнопередатьвозмущающееуправлениевсемостальным s-подоболочкамизмутить»всюсистему.Возникновениесамосогласованногополя,впервом приближении, можнообъяснитьрезультатрезонансногообменавнутрирассматриваемоговолнового пакета(подоболочкиIоболочкиядра)болееэлементарнымиволновыми пакетами-частицами.Здесьможноютитьроль положительнойобратнойсвязи,когдаследствиестановитсяпричиной.Вмомент,даобменначинаетноситьсинхронныйхарактер,вдействиевступает стабилизирующийгор-обратнаяотрицательнаясвязь, котораяпрепятствуетизменениюсамосогласованногоя.Принципсамосогласованногополяпозволяетобъяснитьпричинуразличныхмущенийватоме,таккаксамоэтополеиявляетсярезультатомэтихвозмущений,сгвительно,еслинуклон отождествитьсволновымпакетом,“расплывание”которогосоиенембудетпроисходитьпоцепочке(спирали),то такой волновой пакетбудетстабильным.Подобноерасплываниеволновыхпакетоввзамкнутом иерархичном пространстве ядраиабудетравносильноразложению этогопакетав“замкнутый”истрогоупорядоченныйсостоящийизболее элементарныхволновыхпакетов. Этоозначает, что данным волновымкламможноприменитьусловиеквантования, врезультатечеголюбая оболочечнаяцепочкаобретаеткаплевиднуюквантованнуюформу-спираль.Возможно,чтоименноэтотфеноменитвосновематематических методованализафункций путемразложенияихвтотилийряд.Таким образом,принципсамосогласованногополя представляетсобойдиалектическоеiciBO порядка ибеспорядка,когдаврезультатерасплывания волновых пакетов возникаетчтованнаякаплевиднаяспираль,причем дальнейшеерасплывание приводитк1икновениюволновыхпакетов,которые начинаютпериодически“путешествовать”покругуиваятемсамым периодические возмущенияданнойподоболочки(оболочки)ядра-inoBoroволновогопакета.Врезультатеподобныхпериодическихвозмущенийоболочкиiполучают естественнуювозможность“дышать”иизменять своепространственное>жениеотносительно другдруга,сжимаяилираскручиваясвоюсобственнуюцепочкураль).2.2.2.АНАЛИЗПРИНЦИПОВПОСТРОЕНИЯНУКЛОННЫХОБОЛОЧЕКАнализпринциповзаполненияэлектронныхоболочек,позволилвыдвинутьгипотезум,чтоэлектронныеоболочкиипротонные оболочкисвязаны отношениямивнешнейственности.Отсюданемедленновытекаетпредположение,чтопротонныеоболочкиватомаимеютаналогичнуюструктуру.Еслиструктуруэлектронных оболочеки,соответственно, структуру Периодическойгмыхимическихэлементовизобразитьввидеследующей структурной матрицыИзрисунка видно,что каждаяоболочкаможет бытьпредставленаввидеудвоеннойчки(спирали),которыевсвоюочередьтакжеудваиваются.Возникаетудивительно1етричнаякартинастроения протонныхоболочек каквокругосиX,такивокругосиУ.
ЖУ▲Еслипринять, чтодвегруппыцепочек,относительноосиУхарактеризуютсяотношениямивнутреннейдвойственности,тодвегруппы цепочек,относительноосиX характеризуютсяужеотношениямивнешнейдвойственности.Такимобразом,ужеэтотрисунокпоказывает,чтоструктура протонных оболочек представляет собойдвойнуюспираль(внешняядвойственность), при этомкаждаяизэтихоболочекобладаетвнутреннейдвойственностью.Этумодель можнодополнить,еслипредположить,чтопротонныеоболочкиядраформируютсявмомент “замыканияспирали”протонных подоболочек.Вэтотмоментпроисходиткоренноеизменениесвойствядраатома.Отношенияс внешнейдвойственностью,характеризующиепротонные подоболочки, трансформируютсявотношениясвнутреннейдвойственностью.Здесьважноучесть,чтоприформировании протоннойоболочкивначалеформируетсяподоболочкасоднимнаправлением спина,азатем- спротивоположным.Приэтомприроданачинаетпроцесспоследовательнойестественнойнормировкиэкспоненциальныхфункцийподоболочек,обладающих разнымспином.Этотпроцессзавершаетсявмомент“замыкания”спиралейподоболочеквоболочку. Далеепроцессповторяется,ноужевортогональнойплоскости,всоответствиисбазиснымиэкспоненциальнымифункциями иерархическихподпространств.Изрисунка видно,чтов 4-хгруппахпротоновимеютсятолько4протона,которыеотносятсяксенсорнымподоболочкам.Это самыечувствительныепротоныатома.Именнонаэтипротоныложитсявсяответственность за взаимодействиесвнешней средой.Вышебылопоказано,чтовосновемолекулярноймоделиядралежитоболочечнаямодель(М.Гепперт-Майер,И.Х.Д.Йенсен,1949-1950),т.к.оболочечнаямодельядрахарактеризует главное свойствоядер-периодичностьихстроения.Подобнотому,каквПериодическойтаблице наиболеестабильныинертныегазы, наиболее стабильнытеядра,укоторыхполностью застроены нейтронныеипротонныеоболочки.
Рис.2.2-2Оболочечнаямодельядраиеепоследующиемодификации объясняют чрезвычайножийкругэкспериментальныхданныхпоспектрамвозбужденияядер.Воболочечнойлипредполагается, чтонуклоны движутся независимодругот другавнекоторомсреднемнциальномполе(потенциальнойяме),создаваемомдвижениемвсехнуклоновядрасогласованноеполе).Потенциал зависитотрасстояния доцентраядра. Нуклонывполеимпотенциалом находятсянаопределенныхуровняхэнергии.В основномсостояниионишяютнижниеуровни,причемвсоответствииспринципомПауливодном состояниигг находитьсянеболееодногопротонаинеболееодного нейтрона.Нарис.2.2-2приведена:уровнейэнергиинуклонавпотенциальнойямеоболочечной моделиглубинойоколо40ирадиусомR=8*10'13смдлядостаточно тяжелого ядра[21].При определенииположенияуровнейучтеноспин-орбитальноевзаимодействие,котороеахвелико.Врезультатеуровень энергиисданным1сильнорасщепляется надва подуровняIвысшихуровней нижнийизних,как правило,оказываетсявдругойгруппе близкихней.Группаблизкихуровнейобразуетоболочку.Числануклонов,соответствующихшеннымоболочкам,приведенынасхемесправавскобках.Ядра,содержащиелишьшенныепротонамиилинейтронамиоболочки,считаютсямагическими:этогелий-Het.кислород-Q6 ,кальций-О$,свинецЯдра,магическиепопротонаминейтронам, называютсядваждымагическими.В1ых оболочкахмагическимичислами являются<2,8,20,50,82,126>Магическиеядраотличаются отсвоих“соседей”повышеннойстабильностью,т.е.щичностьсвойств присущанетолько атомам,ноиядрам. Однако создатьпериодическуюмуядернесравненносложнее,поэтомудонастоящеговременинеттакойстройной
IwiiiwM.ll.ivj .121периодическойсистемыядер,котораябыточно описывалаипредсказываласвойствавсехизотопов,какэто делаетпериодическаясистемахимическихэлементов.Микромолекулярпаямодельядраможетвнестиопределенныйвкладпоуточнению структурыядра и, следовательно,посозданиюпериодической системыядер.Согласномоделиядерныхоболочекполныймоментимпульсаядра(т.е.спинядра) равенсуммевнутреннихмоментовимпульсапротонов?АиорбитальныхмоментовимпульсануклоноввядреmA,гдет=0,1,2,3,...Учитываяуказанные тривклада,можнообъяснитьзначения спиноввсехостальныхядер,встречающихсявприроде:_____________________________________________ZNЯдерныйспинчетчет0четнечет1/2,3/2, 5/2,7/2нечетчет1/2,3/2,5/2,7/2нечетнечет_______________________________Следуетотметить,чтонуклонный составвстречающихсявестественных условияхизотоповрезко меняется ядра с,иещераз,начиная ядрасАгМеждуядрами^Неи^(9вдвойныецепочки)строятсяпосхеме:всестабильныеизотопы(безучета ихсворачивания+п+р+п+р+п+р+п+р+...междуlgOИ«Лгнуклонный состав оказывается иным=+п +п+р+р+п +п+р+р+...Естественнобылопредположить (Бартлей), чтонуклонывядретожеподчиняютсяпринципузапретаПаули.Такимобразом, можно поместитьподванейтронаиподвапротонана оболочку ядраs-(сорбитальным моментомимпульса нуклона,равным нулю),ит.д.Когдаs-,р-,d-оболочкизаполняются, образуетсяядроВообще,числопротоновили нейтронов, заполняющих любую оболочку,равно2(21+1),где1=0,1,2,3,...Согласно принципа запретаПаули никакиедва протонаилинейтронанемогутиметьодинаковыенаборыквантовыхчисел.Протоны заполняютсвои,предназначенныеимуровнипарами,причемнакаждый уровеньпопадаютдвапротонаспротивоположнонаправленнымиспинами.Такжевпринципеведутсебянейтроны.Наконец, когдапротоныи нейтроныдостраиваютсвоизамкнутыеоболочки,тогдаполныйспинядраравеннулю.Например, ядро%Niимеетнулевойспин.Вслучаяхядер,длякоторых Zчетно,Nнечетно, илиZнечетно, Nчетно,одинпротонили одиннейтроннеобъединенвпару сдругими нуклонами. Спинтакогонуклона1/2АбудетскладыватьсясегоорбитальныммоментомимпульсаmA,асуммарныйспинядраможетиметьзначенияmA+1/2А,т.е.полуцелоезначение,посколькуm -целое.Соответственнонечет-нечетядраимеютцелыеспины,ачет-четныеядраимеют нулевыеспины.Однакоосновное предположениеоболочечноймодели-онезависимомдвижениинуклоноввсамосогласованномполенаходитсявпротиворечииснекоторымидругимимоделямиядра,втомчислеи спредлагаемоймолекулярноймоделью.Основноепредположениемолекулярноймодели,какэто былоуказановыше,является предположениеотом,чтонуклонысохраняют пространственную ориентацию друг относительно друганеизменной,заисключением случаев,когдаядропереходитввозбужденное состояние,врезультатечегонуклонные цепочки смещаютсядруг относительно друга,сжимаясьилиразжимаясьвпространствесамосогласованногополя.Потенциал этогополязависитотрасстояниядо центраядра.Нуклонывполес таким потенциалом находятсянаопределенныхуровняхэнергии.В
192ЬьшдМЛ.Уишишааш\",12Wi >iнс сIIпеннымшприродувозникновениявращающегомомента,возникающеговядерныхнуклонныхпеночках, свернутыхвспираль,такимобразом,чтомежду’головой”и“хвостом”цепочкивозникаетразностьпотенциалов.Изрисунка2.2-1виднорасщеплениеуровнейэнергиина2подуровня.Всемладшиеподоболочкиявляются независимыми,несвязаннымивединуюцепочку,юнаопределенномуровнепроисходитсноваявлениесвязываниядвухсоседнихподуровнейвединыйуровень,единуюоболочку,анасамомпоследнемуровне,1редставленномна рисункемывидим,чтовместо“склейки”вмешиваетсяисамаямладшаяподоболочкаболеестаршегоуровняиерархиии,следовательно,происходит‘замыкание”вспираль.2.2.3.СТРУКТУРНЫЕ МАТРИЦЫНУКЛОННЫХОБОЛОЧЕКВышебылопоказано,чтомикромолекулярнаямодель ядраатомаявляется:стественнымобобщениемядерныхмоделей,ивпервуюочередьоболочечной.Всилу>сновногопредположениямоделиэлектронныеоболочкидолжны бытьстрогоюпряженыссоответствующимипротонными оболочками.Можнопредположить,чтотроениепротонных оболочекбудетпротивоположным строению электронных>болочек,например,всилуихвнешнейдвойственности(противоположностиихаряда).Понятиюпротивоположноестроениеможнопридаватьразличныйсмысл.Запример,Топологическаяпротивоположностьструктур.Этоможетозначать,чтотруктура протонных оболочек должнабытьвывернутанаизнанкуотносительнотруктурыэлектронных оболочек.Сточкизрения физикиэтоозначает,чтоесли,апример,“плотность”энергиивэлектронныхоболочкахувеличиваетсяотцентрапериферии,товнуклонныхоболочкахмыимеемпротивоположнуютенденцию-плотность”энергии нуклоновувеличиваетсяотперифериикцентру.Иэторедположениеимеетопределенное подтверждение.Такизрис. 2.2-1,следует, чтоамые“тяжелые”нуклонныеоболочкинаходятсявцентреядра,асамые“легкие”лектронныеподоболочки,ивпервуюочередьs-оболочки,являютсясамымивешними, именно черезнихиосуществляетсявзаимодействиеатомовсвнешнейредой.Спиныпротоновиспиныихспутников-электронов,также должныбытьопряжены-онидолжныбытьтакжепротивоположными (антипараллельными).Виртуальная противоположностьструктур.При этомпредположениисамиуклонныеоболочкиобразуютнеподвижный“кристалл” ,вподоболочкахиболочкахкоторогосуществуетвращающеесясамосогласованноеполе,приводящееовращениесопряженныеснимиэлектроны,т.е.всопряженнойэлектроннойтруктуре,электроныполучаютужереальноевращениеподдействиемАмосогласованногополя.Нарис. 2.2-3приведенаматрица, изображающаявозможныйвидсопряжения1ектронныхипротонных оболочек.Изэтогорисункавидно,чтопротивоположностьгихструктур проявляетсявтом, чтоэтиструктуры являются симметричнымигносительноглавнойдиагоналиматрицысимметрииэтихоболочек.
Рис.2.2-3Рассмотрим теперьподробнее наиболеевероятныйвариантформированияядерных цепочексточкизрениямолекулярноймодели.Дляэтогоизобразимвначалесхемувзаимопроникновенияуровнейэнергииватомномядре(рис.2)ввидеследующейпоследовательностейчисловых цепочек.7Зак.655
Рис.2.2-4.Спектро1рафическиеобозначенияподуровнейIsIpIpId Id2sIfIf2pIpigig2dlh2d3h2flh113p2f3p2)ПJ2?2)/(71gbЛ(8(И)г—41Изэтогорисункавидно,чтопоследовательностьнуклонныхцепочек можетбытьписана,впервом приближенииввидеследующихчисловыхпоследовательностейС 0(х)=(2,2)G,(x)=(4,2)(2.2-1)G 2 (x)=(6,4,2)G 3(x)=(8,6,4,2)ивобщемвидеG(х)= (2,6,12,20,30,42,...)асхемаможетбытьтеперьпредставленавдругом,эквивалентномвиде (рис.2.2-5).Изэтогорисункавидно,что последний числовой ряд являетсяупорядоченнойтерпозициейдругихболееэлементарныхчисловыхпоследовательностей,бактеризующихсоставипоследовательностьзаполненияпротонныхинейтронныхтоболочекядраатома.Подводя итогиданногораздела следует заметить,что хотяэти последовательности1аютдостаточнохорошеесовпадениедляподсчетамассовыхчиселдлянаиболеебильныхизотоповхимическихэлементов, особенновпределахсхемы(рис. 2.2-4), онижат все-такитолькокачественнойхарактеристикойструктурыядра.Дело,видимовI,чтопомереусложненияструктурыядра,происходитвсеболее явное отделение>тонныхинейтронныхоболочек.Врезультате избыточные нейтронывнейтронныхочках,остаются висеть“хвостом” ,втовремякак основныенейтроныгруппируютсяругпротонныхцепочек.гнноэтиособенностистроенияядраатомаинаходятсвоеотражениевструктуре•иодическойтаблицы,вструктурестроенияэлектронныхоболочек,вструктуремов,кристалловимолекул.Изрисунковвидно,чтомыимеемсуперпозициюдвухтовыхпоследовательностей2,6,10,14,...4,8,12,...
toiillМ.Н.Ukliutujuuuiiui\"12221ШккСпектрографическиеоботочения подуровнейIs1р1рIdId2sиIf2р>р>8<к2dlh2d3h2flh11Зр2fЗр7.)Г$ 2)S')s2 /V 4■►№ ьX•*S'$♦и ■*уа••t2 )т•1*»—**—■— ■(ч♦(И)♦■■Рис.2.2-5.Израссмотренныхранеезакономерностейможносделать вывод,что ряд4,8,12,...характеризуетужепоследовательностьзаполнениянейтронныхподоболочекватоме.Выделяя из рис.2.2-4числовые цепочки,характеризующиепоследовательностьзаполненияэлектронныхоболочек,мыполучимструктуру,характеризующуюстроениепротонных оболочек.Осуществляяаналогичноеобъединениеоставшихсячисловыхпоследовательностейвсимметричныедвойныецепочки,мыполучимряды<4,4><8,4,8,4><12,8,4,...>Следуетпредположить,чтоэтапоследовательность характеризуетструктурунейтронныхоболочек,иэтораспределениенуклоноввподоболочкахподчиняетсяпростойзакономерности<2,4+2,6+4, 8+6,...>аихраспределениевоболочкахобразуетряд<2, 4+2,6+4+2,8+6+4+2,...>Изрисунка видно, чтонейтронныецепочкисвязываютмеждусобойсоседниедвойныецепочкиразнойдлины.7
J-lБеляевМ.И.'Основы2.2.4.СТРУКТУРНАЯМАТРИЦАЯДЕРНЫХОБОЛОЧЕК14385127161143851274114385123411438583411438583411431258341147125834111671258341Вданномрисункевверхнейтреугольнойматрицерасположеныгруппировки(подоболочки)нуклоновсоднимнаправлениемспинов,авнижнейтреугольнойматрице- спротивоположнымиспинами.Изрисункавидно,чтомежду“соседними”протоннымиинуклоннымиподоболочкамисуществует связь,аименно: числонейтроноввподоболочкеравносуммечиселпротоноввсоседнихснейпротонныхподоболочках.Еслимытеперьпроведемещеодно“расщепление”полученнойматрицы,томыполучим“спиновую”матрицу,котораяхарактеризуетспинынуклонныхподоболочек.Анализполученнойматрицыпоказывает,чтомыпришликпротиворечиюспринципомПаули,т.к.изрисунковвидно,чтофункциональноепространствонейтроновипротоновнесмешиваетсямеждусобой, нейтронныеипротонные цепочкиформируютсякаждаяпосвоемузакону.Действительно,вышебылопоказано,чтоэтрицательно заряженныеструктурыявляютсяпротивоположными.Нотогдаинейтральнаяструктуратакже должныиметьособенности строенияиматрицагруппшммметриидолжнаотражатьэтиособенности.Изприведенных рисунковвидно,что группировкипротоновспараллельнымипинамиобразуютнечетныечисловыепоследовательности,втовремя какруппировкинейтронов-четныепоследовательности.Вспоминаяразложениеэкспоненциальнойфункциивряде,2Ах=e (cos(Ax)lAx+ sin(Xx))южносказать,что протонныеоболочкиобразуютнечетные функции,анейтронныеболонки-четные. Именновэтом случае суперпозициядвух этихфункцийобразуетовуюэкспоненциальную“волну” .Изматрицынарисункеследует также то, чтогруппировкапротоновв^полненныхподоболочкахпосвоимсвойствам(полуцелыеспины)действительновляютсяфермионамииюдчиняются статистике Ферми-Дирака,втовремякакгруппировки нейтроноввляютсябозонами, т.к.ихспинкратенмоментуAu,следовательно,должныодчинятьсястатистикеБозе-Энштейна.Такимобразом,никакогопротиворечиясринципомПаулипризаполнении нейтронныхоболочек практическинет.
МЛ,Vtiifiitiдальни\",I'.Wiуд>1--------------------------------------Заметим, чтопоследовательность заполнениянуклонныхоболочексодноименнымиспинамихарактеризуется отношениямивида<1,2,3,4>,которые характеризуетсоставподоболочекиерархического пространства1-гоуровня иерархии,откудаследуетвывод,чтоинейтронныеподоболочкииоболочкиформируютсяизподоболочекэтогоиерархическогопространства.Однаковотличие от протонныхподоболочекиоболочек, которые принадлежаткиерархическомупространству2-гоуровня иерархии(подоболочкивсоответствииссоотношениями<1,3,5,7,...>сворачиваютсявоболочки2-гоуровня иерархииссоотношениями<1,4,9,16,..>),сворачиваниенейтронных оболочекосуществляетсяпутемнепосредственногосворачиваниянейтронныхподоболочек1-гоуровняиерархиивряд<1,3,6,10>,которыйхарактеризуетподоболочки2-гоуровня иерархии.Такимобразом,мыполучаем,чтонейтронныеоболочкивядреатомасоставляютпоследовательность<4,8,12,16,..>,анейтронныеоболочкидолжны описыватьсясотношениями<4,12,24,40,..>.Изсвойствиерархическогопространства2-гоуровняиерархииследует, чтонейтронныеоболочки,еслионимогутиметьтенденциюкдальнейшему сворачиванию,могутсвернутьсятольковпоследовательность<4,12,24,40,...>.Врезультатеобъединениянуклонныхоболочекмыполучилиновые нуклонные“частицы” ,которыебудут иметь целыйилиполуцелыйспин,чтомыинаблюдаемвдействительности,и,следовательно,каждоеядробудетобладатьвсоответствиисосвоимспином илисвойствамифермиона,илисвойствами бозона.Заметимсразу,чтосоответственнофермионыибозоныбудутотноситьсякразнымиерархическимподпространствам.Вскрытаязакономерность позволяетвпринципезаписатьструктурулюбогоядрахимическогоэлементаввиденекоторойструктурнойформулы,котораябудетявлятьсяматрицей групп симметрииэтогоядраи,темсамым, определитьвсеособенностиегостроения.Подобныеструктурныеформулыбудутотражатьстроение“идеального атома”химическогоэлемента.Здесьпонятие“идеальный означает”соответствие законамсимметрии,соответствиематрицегруппсимметрииданногоэлемента.Фактическидляэлементовихмассовыечислабудутотличатьсяотидеальныхпомереростаномераэлемента,засчетизбыточностинейтронов.Напрашиваетсявывод, что“гравитационныерадиусы”протоновинейтроновразличны.Еслигравитационныерадиусыпротоновсоставляютотношения<1:4:9:16>,тогравитационныерадиусынейтроновмогутхарактеризоватьсясоотношениями вида<2:4:6:8>.Это значит,чтоони имеютразную внутреннююпространственнуюструктуруиразмещаютсявнутригравитационныхрадиусовпротонов.Внутренняяструктураоказываетвлияниенавсеструктурныесвойствапространства,порожденногоэтимиструктурами.Именнопространственныеструктурныесвойствапротонаинейтронаявляются определяющими дляформированияПериодическойсистемыхимических элементов.Дляпостроенияструктурной матрицыможноиспользоватьследующийалгоритм.Вначалеопределяетсяразмерность матрицыгруппсимметрии.d= n+mгдеп -номероболочки(периода),содержащейхимический элемент,п=1,2, ...,8.m -номерподоболочки,вкоторойсодержитсяданныйхимический элемент.Затемопределяется числопротоновдляверхнейинижнейтреугольнойчастиструктурнойматрицы.Еслипорядковыйномерхимическогоэлементачетный,тоN=X/2,N*=X/2
БеляевМ.И.\"Основымилогии\".1999год.СгдеXпорядковыйномерхимическогоэлемента,Nчислопротоноввосновнойгруппе(верхняятреугольнаяматрица)N*' числопротоноввсопряженнойгруппе(нижняятреугольнаяматрица)ЕслижеX-нечетно,тоN=(X+l)/2,N*=(X+l)/2Далеевсоответствиисправиламизаполнения электронных оболочекзаполняемэуктурнуюматрицудля протонных оболочек.Затемиспользуя тежеправила,заполняемэуктурнуюматрицудлянейтронных оболочек.Рассмотримвначалеструктурныематрицыядеризотоповнекоторыххимическихгментовсзаполненными нуклоннымиоболочками’ 0110413 ‘0\"We =11)41003000структрнаяматрицасодержитдефицитнейтроновпосравнениюснаиболееГКТМГЫТЛГ>ЛТПГТГ»К<111ДАXS014385иная<СильнымиизотопомД^>.14300100100000000000Здесьужедваизбыточных нейтронапосравнениюснаиболее стабильным изотопом471Го13851210143854101430001274385010104100300000000000оооооооооо385Здесь наблюдается дефицит нейтронов посравнению наиболее стабильным изотопом сЛИОднакоизприведенныхструктурныхматрицвидно,чтоониболееестественнымэазомобъясняютпричиныизбыточности(или дефицитности)нейтроноввядрахи могутжитьсредством длякачественногоанализаструктурыядратогоили иногоэлемента,т.к.собныболееглубокообъяснить причинустабильноститогоилииногохимическогоэлемента.Рассмотрим дляпримераещеструктурныематрицыдлянекоторыхстабильныхядер,1адающих“магическими свойствами.Рассмотрим дважды магическоеядро’ 011041340 ‘340Сд-410123410103210
БеляевМ.И.\"Основымилогии\".1999юл.ОL2XИзматрицы видно, чтонейтронныеоболочкизаполненынееженсполное11.10Далеенепредставляет особоготрудапостроить структурныематрицыдлявсеххимическихэлементов до60элементавключительно,т.к.всилусвойствиерархии,после60элемента,которыйявляетсяточкой“перегиба”Периодическойсистемыхимическихэлементов,могутнаблюдатьсяболеесильныеотклоненияотсимметриистроенияядер. Этиотличиябудуткасатьсятольконейтронныхоболочек.Кромегою,практикадействительно подтверждает,чтоудельная энергиясвязинуклоноввядре(энергиясвязи,приходящаясяна одиннуклонА=Есв/А)сростоммассовогочиславозрастаетидостигаетмаксимальногозначенияприА =50-60.ДалеесростомАудельнаяэнергиясвязипостепенноуменьшается.Рассмотримещеодин элемент’ 01438512716 ’1014385127410143850341014300252Г,_92U83410100058341000012583000007125000000167000000023VСравнениеснаиболее стабильным изотопомурана92,показывает,чтоматрица содержитизбыток14нейтронов.Имеяструктурнуюматрицуианализируясостависвойстваконкретного элементаможновыяснитьпричинутакихотклонений.Следуетзаметить,чтонейтронныеподоболочкинеимеютспособностиформироватьоболочки1-гоуровняиерархиииподоболочки2-гоуровня иерархии.Ониспособнытолькоещеразудвоиться,образуяряд<4,8,12,16>.Такимобразомструктурные матрицы,основанныеназакономерностяхпостроенияиерархическихпространствнуклонныхоболочекмогутиспользоватьсякакинструментанализаструктурыисвойствядер химическихэлементов.РЕЗЮМЕ1.Из рисунка2.2-2виднорасщепление уровнейэнергиина2подуровня.Всемладшиеподоболочкиявляются независимыми,несвязаннымивединуюцепочку,нонаопределенномуровнепроисходит сноваявлениесвязываниядвухсоседнихподуровнейвединыйуровень,единуюоболочку, подоболочкикакбывкладываютсядругвдруга,происходитихсворачиваниевспираль,приэтом«склейки»подоболочекосуществляются за счетвзаимодействияихсенсорныхподоболочек.2. Из этойзакономерностиможносделатьвыводотом,чтоэтазакономерность,проявляющаясявстроении электронныхинуклонныхоболочек должнабытьсправедливаивПериодическойтаблицеэлементарных частиц.Так,исходяиз этойгипотезы,иможноужесейчаспредположить,чтовслучае,еслиэлектронбудетпринадлежатьккакой-либоактивной подоболочкетекущейоболочки Периодическойтаблицыэлементарныхчастиц,топротондолженпринадлежатькактивнойподоболочкеследующей,на1уровеньболее старшейоболочки иерархическогопространства элементарныхчастиц. Именноврезультатетакого
яii.iiiuiiiiHиполучаетсяатом,одноизсамыйустойчивых естественных“сплавов”рархическихподоболочекиерархическихподпространств.3.Анализполученныхрезультатовпозволяетсделать выводотом,чтомеждуекгроннымиинуклоннымиоболочкамиимеет местострогоесоответствие,если«дположить,чтоскаждымпротономядрасвязантолькоодинэлектрон, которыйявляетсяэиндивидуальным спутником.Толькоэтопредположениеможет объяснитьвсетечудесамметриииасимметрииэлектронных оболочек. Электронныеипротонныеоболочкиявляютсяойственными (внешняядвойственность). Действительно, посколькукаждыйэлектронащаетсявокругсвоегопротона,каждый из которыхвобщем случаевращаетсяпошптическойорбитевокругобщегоцентрамасс,тоотсюдаивозникаетэффектэлектронноголака,эффект,в результате которогомы можемговорить толькооборбиталяхэлектронов,необихорбитах. Сопряженность парыпротон-электронпозволяетестественнымобразомьяснитьиприроду появленияатомныхорбиталей, которыехарактеризуютужетолькоюятностьнахожденияэлектронавтойилидругойобластиатома.4.Анализмоделейядра,строенияэлектронныхинуклонныхоболочек показал,чтогрицагруппсимметрии способнаболееглубокообъяснить природу строенияядраатома,зметриюего ядерныхоболочекиподоболочек,иатомавцелом, чтопозволилодать|ретическоеипрактическое обоснование“микромолекулярной”моделиядраатома,болеегбокоотражающее природуиерархическогостроения ПериодическойсистемыД.И.нделеева.5.Обнаруженоновое,неизвестноеранееявление, сутькоторогозаключается втом, что>тоныинейтроныядраобразуют самостоятельные“”оболочкииподоболочки,которыермируютсявсоответствующие двойныецепочки,образуястрогоупорядоченную,■архическуюпоследовательностьнуклонных оболочек,обладающих способностьюкьнейшемуудвоениюисворачиванию двойныевцепочки.6.Выявлено,чтонейтронныеподоболочкииоболочкинеспособныформироватьархическоепространствоболеестаршегоуровняиерархии.Однакоони,всилусвоейгреннейдвойственности способныкудвоению(внешняядвойственность).Всилутого, чтотронныеподоболочки и оболочки принадлежаткиерархическомупространству1-гоуровняархии, а протонные подоболочкииоболочкитакжеотносятсяк1-мууровнюиерархии,тофактыпозволяютувереннопредсказать, что Периодическая система элементарныхчастицествует,имеетисторическую неразрывнуюсвязьсПериодическойсистемойхимическихлентов,идолжна относитьсякиерархическому пространству1-го уровняиерархии.7.Анализ Периодическойсистемыхимическихэлементовпозволил вскрытьжомерностистроенияядерныхоболочекиподоболочек.Вцеломможносказать,чтоэтишомерностилежатвосновеэволюции Периодическойсистемы химическихэлементов,ониявляютсясамыми простымиифундаментальнымизакономерностями, которымиьзовалась,пользуется будетипользоватьсяПрироданавсехпоследующихэтапах эволюции:рии.Такимобразом,этизакономерностисоставляют ствол дереваэволюции,откоторого>чковываютсявседругие иерархическиесистемы,независимоотихприроды.Это дерево эволюциисамым естественнымпутемвосстанавливаетнедостающее звено1юцииотнеживойматерии-кживой.ВсемногообразиеПериодическойсистемызческихэлементов,многообразиеживойинеживойприроды складывается изнескольких:тыхзаконов,формирующих механизмысаморегуляции,самовоспроизведенияи■развития.8.Закономерностистроения Периодическойсистемыхимическихэлементов,связьэтихномерностейсостроениемядра атома,свидетельствуетотом,чтоатомыпредставляют>йсложныемногоуровневыесистемы,вкоторыхимеютсяидействуютмеханизмырегуляции,самовоспроизведенияисаморазвития.
,БеляевМ.И.Основыминннн\".19??i...nJLГлава3.ЗАКОНОМЕРНОСТИСТРОЕНИЯЭЛЕМЕНТАРНЫХЧАСТИЦ.3.1.ВВЕДЕНИЕ.Внастоящеевремя систематизацияипоискпериодическойсистемыдля элементарныхчастиц,аналогичнойпериодическойсистемехимическихэлементов,покаещенеувенчалисьуспехом,хотясистематизацияэлементарныхчастицфактическизавершена. Многиеученыеискалисвязьмеждусвойствамиэлементарных частициПериодическойсистемойхимическихшементов,нотакойсвязидосихпорнеобнаружено. Однакотакаясвязьдолжнасуществоватьионасуществует.ВПериодическойтаблицесвойствахимических элементовизначальнобылипоставленыипрямуюзависимость отмассовыхчиселэтихэлементов.Номассахимическихэлементовнеопределяластруктурные свойстваэтихэлементов.Например,существуютизотопыспорядковым номеромА,массовые числакоторыхбольше,чемуэлементовспорядковымномеромВ,гдеА<В.Определяющим критериемсвойствхимическихэлементовявлялисьсвойстваих внутреннейструктуры,ихпринадлежностькопределеннойиерархическойоболочке11сриодическойсистемы химических элементов.Выше,врамкахосновтеориииерархическихлинейныхпространств,атакжеприанализе11ериодическойсистемыбылопоказано,чтопоследняяотноситсякиерархическойсистеме2-гоуровня иерархии.Изобоснованияконечности Периодическойтаблицыследует,чтоонадолжнасодержать всебедругоеиерархическое пространство,смладшим уровнем иерархиииграничитьсиерархическимпространствомболеестаршегоуровняиерархии.Какоеизэтихиерархическихпространств принадлежитПериодическойтаблицеэлементарныхчастиц?Встает вопросотом,какиеиерархическиеподпространствадолжныбыть“соседними” .Очевидно,что“соседней”Периодической таблицей должна бытьПериодическаясистема элементарныхчастиц,вкоторойонибудутрасполагатьсявзависимости от свойств иерархическогопространства,которомуони принадлежат.Изосновтеориииерархическихпространствследует,что нарольПериодическойтаблицыэлементарныхчастицмогут претендоватьтолько дваиерархическихподпространстваиерархическоеподпространство1-уровняиерархииииерархическоепространство3-гоуровняиерархии.Дляэтогоприведемкраткийобзорсуществующихклассификаций элементарныхчастиц[3].3.2.СПИСОКЭЛЕМЕНТАРНЫХЧАСТИЦ3.2.1. КВАНТОВЫЕЧИСЛАЭЛЕМЕНТАРНЫХЧАСТИЦ.Элементарныечастицы-этопереднийкрайсовременнойфизики;онсоответствуетнаиболеефундаментальному уровню рассмотренияфизическойкартинымира. Естественно,чтоименноздесьпроявляются наиболееважныезакономерности,определяющиевконечномсчетеструктуру материиихарактерфизическихпроцессов.Поэтому принципиальноважнывопросы,связанныесзаконамисохраненияипринципами инвариантностивмиреэлементарныхчастиц.Различаюттри основныехарактеристикичастицы-массу,электрическийзаряд,спин.Нарядусмассой,электрическимзарядом,спином,онбудетвключатьвремя жизни,специфическиезаряды(электронный, мюонный,барионный),изоспин,странностьидругиехарактеристики.Массапокоя.Физики считают,чтовсеэлементарныечастицывсилусамогоихсуществованияпредставляютсобой локализованныесгустки энергии,поэтомуизсоотношенийЭйнштейнамеждуэнергией и массойЕ =тс 2=yj(m0 c2 + )р 2с 2сразуможно заключить,что каждаяэлементарная частица должнаиметьсвоюсобственнуюмассупокоя.Этоположениеявляетсясправедливым вообщедлялюбойфизическойсистемы,
БеляевМ.И.\"Основымилогии\".1999год.С1Ыр=0 иизформулыполучается:Е =тс 2 .Имеютсянекоторые частицы,аименноы инейтрино,которыеникогданемогут находитьсявсостояниипокоя.Длянихствляетсязамечательная теоретическая возможность— ихмассапокоят 0точноравнаГоворят, чтотакиечастицынеимеютмассыпокоя.Длянихформулапринимаетвид1ассыпокояэлементарных частиц,мыможемихклассифицироватьпомассам1 .Iпокояэлементарных частиц частоуказываютвединицах массыпокоя электронат сэотонат рилижеихдаютвэнергетическихединицах,напримервэлектронвольтах.Наименьшеймассой покояобладаетэлектрон(т=9,1НО'28г);поэтомумассуразличныхдчастовыражаютвмассахэлектрона.Кроме того,применяютэнергетическуюединицумегаэлектрон-вольт);1МэВ=106эВ.Применениеэнергетическойединицыдлявыраженияоснованонаизвестном соотношенииЭйнштейна:Е =тс 2 .Выраженнаявэнергетическихцахмассаэлектрона составляет0,511МэВ.Отметим,чтоэлементарные частицы вполне определенного классапофизическимгвамимеютхарактерныедлянихзначениямасс покоя.Нетникакогонепрерывногорамасспокояэлементарныхчастиц.Имеетместоквантованиемасспокоячастиц.Такимом,каждаячастицаимеетсвоюсобственнуюмассупокояЭлектрический заряд..Кратностьэлектрическогозарядаатомных частицзарядуронапервымопределил Милликен.Стехпор законкратностиэлектрическогозарядадыхчастиц зарядуэлектрона Милликенаобщепринят.Согласноэтомузакону заряды,>ымиобладаютатомы,ядра, элементарные частицы,оказываютсяилиравныминулю,(елымикратными(положительнымиилиотрицательными)основного заряда-зарядарона.Электрическийзарядэлементарных частицобозначаютцифрами:0,+1,-1.Впервомезарядотсутствует(частица нейтральная).Вовторомслучаезарядравенповеличине.уэлектрона,новотличиеотнегоположителен.Втретьемслучаезарядипо величине,и<акусовпадаетсзарядомэлектрона.Заметим, что электрическийзарядзаряженных:нтарныхчастицтакжевточности равенпо величинезарядуэлектрона,тоесть1,6*10' ’Спинэлементарнойчастицы—специфическиймоментимпульсачастицы,которыйтбытьназвансобственныммоментомимпульса,посколькуонне связан сперемещениемщывпространстве,неуничтожим,еговеличинанезависит отвнешних условий.Этот:нтимпульса можно условносвязатьсвращением частицывокругсобственнойоси.югиейспина может служитьсобственныймоментимпульсапланетыилигироскопа.Спиновыйимагнитныймоменты.Спиновыйимагнитный моменты—эторазныезическиевеличины:одинмоментявляетсямеханической величиной,адругой-ктромагнитной. Ноони,однако,тесносвязаныодинсдругим,поэтомумырассматриваемздесьвместе.В1921г.Комптонсделалпредположение, чтозаряженныйэлектронможетлцатьсявокругсвоейосии,такимобразом,представляет собойестественный маленькийктромагнит, магнетизмкоторогоможетбытьединицеймагнетизмаватомнойфизике,эпредположениеКомптонапозженемноговинойколичественнойформебылоюльзованоУленбекомиГаудсмитоминезависимо БыховскимиЮрисцелью объясненияуктуры тонкогорасщеплениялинийатомныхспектров.обыправильноучестьэффектысобственного магнетизма электронаиобъяснитьособое,:нь интересноерасщеплениеспектральныхлиний, наблюдаемоевэффектеЗеемана,збходимопредположить,чтоэлектронпредставляетсобой постоянныймагнитсмагнитнымзольныммоментом,равнымодномумагнетонуБора:>иэкспериментальномнахождении масс покоячастицследуетсчитаться стем,чтоназмделениоднаизэлементарных частицнеможет бытьизолированаполностьюотпнихвлиянийидействительно приведенавсостояние покоя.Поэтомумассыпокояицопределяютнеизстатических,аиздинамическихэкспериментов.
ehУказанныймагнитныйдипольныймоментвращающегося электронаможнопиразин,черезегомомент импульса-спин,учитывая,чтообеэти величинывекторные.Тогдавместоформулы(37.5)можнонаписатьформулугде,А—дипольный магнитныймоментэлектронаи,1^—егоспиновыймоментимпульса.Ужеизэтихформулможно сделать вывод,чтовэлементарныхчастицах,имеющихдипольныймагнитный моментгосподствуют поляризованные,двойственныеотношения.(уществуетодинзамечательныйфизический эффект,проявляемый спиновыммоментомимпульса,которыйюжнопонятьтолькоспозицийквантовоймеханики.Можно,конечно,и(меритьпроекциювекторасобственногодипольного магнитногомоментаэлектронанаиобуюпроизвольнуюось.Задавось,кажемосьz,мыполучаемсоответствующуюпроекциюпроекцию/ЛвгвекторамагнитногомоментадЗначениеL aспинового момента импульса электронавсегда равноУэ~д,апроекцияэтого2векторананаправление любой определеннойоси,оказывается,всегда равна:l^==lacos9=m„h=+1/Й,такчтопроекция магнитного момента электронаналюбую осьимеет толькодвазначения.Такимобразом,впространствевекторспиновогомоментаимпульсаможетбытьориентировантолькодвумяспособами:«по» или«против»осивращения..Этот векторспинового момента импульсахотяирассматриваетсякаквекторвобычномтрехмерномпространстве,ноимееттолько двазначения проекции,причемпоотношениюклюбойосиодноизнихвсегда равно1/2h ,адругое— 1/2h .Векторстакимсвойствомназываютспинором,аобэтомегосвойстве говоряткраткотак:«электронимеетспин1/2Й .Такимобразом,мыснова имеем чистодвойственныеотношения.Электронможнопредставитькак очень легкий,крохотный,неделимый сгустокэнергии.Этотсгустокзанимаетнекоторыйконечныйобъем,и,такимобразом,мыимеемнекоторую элементарнуюобластьсотличнойот нуляплотностьюэнергии.Норазмерностьплотности энергиитакаяже,какдавления,аизмеханикимызнаем,чтосдавлениемсвязанаскоростьизменениянекоторогоимпульса.Следовательно,этот элементарныйобъемсотличнойотнуляплотностьюэнергиидолженобладатьнекоторымимпульсом,которыйвсевремяизменяется.Еслиэтотимпульс остаетсяпостояннымпоабсолютномузначению, тоонможетизменяться,только вращаясьвокругнекоторойфиксированнойоси.Таким образом,урассматриваемогосгустка энергии должен быть моментимпульса,илиспин,которыйследуетсчитатьегособственныммоментомимпульса,имеющимдвойственныезначения.3.2.2.СЕМЕЙСТВАЭЛЕМЕНТАРНЫХЧАСТИЦИзфизикиизвестно, чтовсечастицывприроде разбиваютсянадваразныхтипа,сразнымиправиламиповедения.Водномслучае действуютправила,предписывающиечастицамодногоитогожетипа избегать друг друга,т.е.действоватьвсоответствиисзакономерностьюодвойственности.Согласноэтимправилам,однотипныечастицымогутзаполнятьсостояниятолькопоодиночке.Всечастицыданноготипаобъединяютсяподобщимназваниемфермионы.Вдругомслучаедействуют прямопротивоположныеправила,нетолькоразрешающие,нодажепредписывающие однотипнымчастицамзаполнятьвбольшихколичестваходноитожесостояние.Этичастицы принятоназыватьбозонами.
Search
Read the Text Version
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- 77
- 78
- 79
- 80
- 81
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- 92
- 93
- 94
- 95
- 96
- 97
- 98
- 99
- 100
- 101
- 102
- 103
- 104
- 105
- 106
- 107
- 108
- 109
- 110
- 111
- 112
- 113
- 114
- 115
- 116
- 117
- 118
- 119
- 120
- 121
- 122
- 123
- 124
- 125
- 126
- 127
- 128
- 129
- 130
- 131
- 132
- 133
- 134
- 135
- 136
- 137
- 138
- 139
- 140
- 141
- 142
- 143
- 144
- 145
- 146
- 147
- 148
- 149
- 150
- 151
- 152
- 153
- 154
- 155
- 156
- 157
- 158
- 159
- 160
- 161
- 162
- 163
- 164
- 165
- 166
- 167
- 168
- 169
- 170
- 171
- 172
- 173
- 174
- 175
- 176
- 177
- 178
- 179
- 180
- 181
- 182
- 183
- 184
- 185
- 186
- 187
- 188
- 189
- 190
- 191
- 192
- 193
- 194
- 195
- 196
- 197
- 198
- 199
- 200
- 201
- 202
- 203
- 204
- 205
- 206
- 207
- 208
- 209
- 210
- 211
- 212
- 213
- 214
- 215
- 216
- 217
- 218
- 219
- 220
- 221
- 222
- 223
- 224
- 225
- 226
- 227
- 228
- 229
- 230
- 231
- 232
- 233
- 234
- 235
- 236
- 237
- 238
- 239
- 240
- 241
- 242
- 243
- 244
- 245
- 246
- 247
- 248
- 249
- 250
- 251
- 252
- 253
- 254
- 255
- 256
- 257
- 258
- 259
- 260
- 261
- 262
- 263
- 264
- 265
- 266
- 267
- 268
- 269
- 270
- 271
- 272
- 273
- 274
- 275
- 276
- 277
- 278
- 279
- 280
- 281
- 282
- 283
- 284
- 285
- 286
- 287
- 288
- 289
- 290
- 291
- 292
- 293
- 294
- 295
- 296
- 297
- 298
- 299
- 300
- 301
- 302
- 303
- 304
- 305
- 306
- 307
- 308
- 309
- 310
- 311
- 312
- 313
- 314
- 315
- 316
- 317
- 318
- 319
- 320
- 321
- 322
- 323
- 324
- 325
- 326
- 327
- 328
- 329
- 330
- 331
- 332
- 333
- 334
- 335
- 336
- 337
- 338
- 339
- 340
- 341
- 342
- 343
- 344
- 345
- 346
- 347
- 348
- 349
- 350
- 351
- 352
- 353
- 354
- 355
- 356
- 357
- 358
- 359
- 360
- 361
- 362
- 363
- 364
- 365
- 366
- 367
- 368
- 369
- 370
- 371
- 372
- 373
- 374
- 375
- 376
- 377
- 378
- 379
- 380
- 381
- 382
- 383
- 384
- 385
- 386
- 387
- 388
- 389
- 390
- 391
- 392
- 393
- 394
- 395
- 396
- 397
- 398
- 399
- 400
- 401
- 402
- 403
- 404
- 405
- 406
- 407
- 408
- 409
- 410
- 411
- 412
