Дата публикации: Nov 27, 2014 7:13:38 AM

Дьюи Б. Ларсон

Дело против ядра атома

структура физической вселенной; по материалам издания

Dewey B. Larson "The Case Against the Nuclear Atom"

Скунсу не надо быть красивым,

его и так все уважают

ПРЕДИСЛОВИЕ

изм. от 01.12.2011 г - ( )

Одна из первых вещей, которую студент в области науки или техники приобретает в начале его учебы в колледже, возвышенная уверенность в объективности научного метода и безупречный статус их результатов, наряду с довольно критичным и снисходительным отношением к другим областям знания, которые работают на менее точной основе. У меня до сих пор очень яркие воспоминания, как мои одноклассники и я посмотрели на утверждение в нашем учебнике экономики, в котором автор изложил теорию заработной платы, которую он только что придумал. Он признавал, что теория не принесла желаемых результатов, но автор пошел на то, чтобы сказать, что он не смог придумать лучшего объяснения, и поэтому эта теория должна быть правильной в любом случае. Конечно, мы сказали себе, что нам очень приятно быть отождествленными с отраслями знаний, в которых выводы делаются с помощью логических и математических процессов, а не на основе этих нелепых рассуждений.

Но те из нас, кто впоследствии имел возможность идти по проторенному пути, в ходе исследовательской работы того или иного рода, были полны иллюзий на этот счет. Несмотря на высокие идеалы, которыми научный мир подписывает свои теории, и степень, в которой общее согласие рассматривается как эквивалентное доказательство в современной научной практике, не менее удивительно. Это правда, что области, в которых факты, которые были положительно и однозначно установлены, гораздо больше в науке, чем в других областях, но за пределами этих полностью разведанных участков, ученые не желают признавать свою неосведомленность, как их коллеги в других дисциплинах, и склонны представлять свое мнение в качестве положительных знаний

Наиболее серьезный аспект этой политики заключается в том, что она имеет тенденцию к закреплению основных ошибок, когда они однажды сделаны. Неизбежно, что теоретики, рано или поздно, вляпаются в них, но существующая практика создает почти непроходимые барьеры на правильном пути. Существующая практика состоит в том, чтобы "спасти" теорию, добавив эквивалент одного из эпициклов Птолемеевой астрономии. Потом, когда неприятности развиваются дальше, добавляется другой эпицикл, и так далее. Каждое дополнение не только хоронит ошибки оригинальной теории, которые были, делая их значительно более трудными, но и ставит автора новой теории в положении, когда он не может ответить на основной вопрос прямо, он вынужден бороться со всеми эпициклами в то время, когда, на самом деле, они могут быть совсем неуместными.

Одна из самых "эпициклических" физических теорий – теория ядра атома. Я постоянно сталкиваюсь с противоречиями этой теории в своей работе, и, хотя они не были сложными для демонстрации недостатков этой теории, теория и ее эпициклы настолько прочно вошли в современную научную мысль, что даже самые вопиющие недостатки мало влияют на общие положение теории. Обычная реакция на демонстрацию провала теории в каком-либо конкретном применении очень напоминает отношение автора учебника по экономике. "Возможно, мне придется признать, что теория дает неправильные ответы в частном случае", - говорит физик, - "но это должно быть правильным, как общее положение, в любом случае, потому что каждый, кто знает что-нибудь о науке, это принимает".

Выводы этой работы, несомненно, будут крайне неприятны для тех, кто был так уверен в правильности своих атомных теорий много лет, но факты четки и безошибочны, когда кто-нибудь хорошо посмотрит на них. Однако, болезненная необходимость перестройки мышления может быть, и чем раньше это случится, тем скорее можно будет получить некоторые материальные выгоды из огромного количества времени, денег и усилий, которые сейчас тратятся на тщетные попытки найти ответы на бессмысленные проблемы для установления природы и свойств несуществующих частиц и сил.

Д. Ларсон, август 1962 г.

ВВЕДЕНИЕ

“ История ясно показывает, что успехи науки всегда были омрачены тираническим влиянием некоторых предвзятых понятий, которые были превращены в неприступные догмы. Только по этой причине, каждый серьезный ученый, должен периодически делать глубокую переоценку своих основных принципов ”.

(Луи де Бройль )

В ретроспективе легко признать многие вопиющие примеры, но с позиции прошедших столетий, мы скорее склонны недооценивать умственные способности тех, кто сформулировал и тех, кто принял эти идеи, которые сейчас так основательно дискредитированы. Мы улыбаемся, глядя на астрономов древней Греции и Арабских стран, которые основное внимание в физической вселенной уделяли теории, в которой вся вселенная вращается вокруг крошечной планеты, на которой человечество обитает, но мы склонны забывать, что Птолемеева теория вселенной выполняет все требования, записанные более тысячи лет назад, и выступает на равных со многими современными теориями. Затем, наши нынешние учебники относятся к теории флогистона в таких терминах, как "ложная, почти смешная, гипотеза", но они не в состоянии вынести того, что это смешно только в свете современных знаний; в рамках компетенции, предоставленной современными научными знаниями, но это было правдоподобное и логичное объяснение тех явлений, к которым она применяется, и она была принята ведущими учеными эпохи, такими, как Пристли, Шееле и Кавендиш, чей интеллектуальный рост не страдает от этого. Почти то же самое можно сказать и о теории калорий, теории эфира, и десятках подобных, хотя, возможно, и менее ярких примеров.

Наверное, самым удивительным открытием, что ждет тех, кто обращается в свете критических вопросов к современной теории атома, является степень, в которой научные профессии готовы принести в жертву логику и последовательность для того, чтобы сохранить эту заветную теорию от уничтожения в продвижении знаний. Очень распространенной практикой является, например, сделать вывод, благоприятным для теории из эксперимента или наблюдения, которые на самом деле не имеет отношения к атомной теории. Один современный учебник по физике говорит нам: "...с тем же значением (отношение e/m) были получены из газа, содержащегося в трубке, определенные субатомные частицы (электрон) , то есть, составные частицы атомов". Теперь совершенно очевидно, что этот опыт не говорит нам ничего подобного; это свидетельствует о том, что все электроны одинаковы, но дальнейший вывод, что они являются трехсторонними участниками атомов, является полностью выдуманным. Можно подумать, что авторы не знают, что они говорят, если бы не тот факт, что мы найдем их, говорящими в точности то же самое, немного другими словами дальше, и мы сталкиваемся с таким же заявлением снова и снова, в научной литературе.

Круговая аргументация, которая базируется на "доказательствах" предложения исходной предпосылки, которая предполагает, что предположения являются широко распространенным явлением. Один текст обязуется доказать существование ионов в твердом состоянии, и дает нам схему NaCI кристаллов, потом говорит, без дальнейших споров, что единственная возможная трактовка такой структуры ... это то, что атомы не распадаются и, следовательно, состоят из ионов". Это утверждение выглядит совершенно нелепо. Это может быть оправдано только как первое предложение теории электрических сцеплений материи, и это, конечно, все равно предполагает, что это должно быть доказано. Другой текст считает позитрон относящимся к атомной структуре, и отвечает на вопрос, как и почему позитрон в природе не встречается так часто, как электрон. "Причина в том, что вскоре после создания, позитрон исчезает в результате столкновения с электроном". Для того, чтобы придать этому объяснению хоть какой-либо смысл, мы должны предположить, что вселенная перенаселена электронами, что оправдывает : именно эту ситуацию.

Опять же, мы находим в учебниках совершенно поразительное количество утверждений в поддержку атомной теории, которые являются совершенно без основательны, как, например, следующее: "...поздние работы, особенно в том, что Мозли в 1913 году... показал, что... атомный номер элемента представляет собой число электронов вне ядра атома, а также число протонов в ядре того же атома." Даже минимального рассмотрения работы Мозли достаточно, чтобы показать, что единственный факт, который он установил, что атомный номер представляет собой некоторое количество единиц, что атом содержит. Связь атомного номера с протонами и электронами - это чистая гипотеза, разработанная в попытке объяснить результаты Мозли и других исследователей, и на сегодняшний день тенденция к пропаганде результатов этой и аналогичных экспериментальных работ, является неприкрытым искажением фактов.

Хотя возможность существования некой внутренней структуры внутри атома была предметом спекуляции гораздо раньше (Гипотеза Праута, например, была выдвинута в 1815 г.), первое экспериментальное указание на то, что "бильярдный шар" может быть упрощен, пришло с открытием электрона и определением его основных свойств в последние годы XIX века. Ранее, частицы меньше чем атом не наблюдались, и хотя нет никаких оснований считать, что электрон может быть определен как материя, или как составная часть материи, было очевидно возможно в этой связи, прийти к большому обсуждению и спекуляции. Но лишь спустя несколько лет была открыта радиоактивность, и в порыве экспериментальной деятельности, которые последовали, вскоре было установлено, что один из "лучей", исходящих от радиоактивных распадов, был потоком электронов. Впоследствии альфа-частицы, которые также исходит из радиоактивных материалов, были идентифицированы как положительно заряженные атомы гелия.

Еще до положительной идентификации альфа-частиц, Резерфорд и Содди продемонстрировали, что атомы радиоактивных элементов преобразуются в атомы других элементов, ниже в атомном масштабе, и когда было установлено, что электроны атомов гелия выбрасываются из исходного атома в процессе радиоактивного распада, это, естественно, привело к выводу, что атомы построены из таких частиц. Этот вывод был еще более правдоподобным потому, что существование противоположно направленных энергий в этих двух "атомных строительных блоках", также указывало на характер той силы, которая держит блоки вместе. С таким моментом в его пользу, это понятие атома, состоящего из положительно и отрицательно заряженных частиц, почти сразу же было принято, и никогда не было сделано серьезных вызодов.

Следующий вопрос, по какому пути составные частицы располагаются в атоме, был разрешен к удовлетворению заинтересованных в научном мире почти так же быстро. Эксперимент Резерфорда, в 1911 г. показал, что если атом состоит из электронов и положительно заряженных частиц, последние должны быть сосредоточены в очень маленьком регионе. Поэтому он постулировал атом как примерный аналог солнечной системы, с положительно заряженным ядром, вокруг которого электроны распределяются в какой-то мере в достаточном количестве, чтобы атом в целом был электрически нейтрален. Пренебрегая деталями, этот атом Резерфорда, с 1911 г. является "официальной" концепцией атомной структуры.

Первая гипотеза, что была предложена в качестве средства достижения этой ситуации была в том, что существуют некоторые электроны в атомном ядре в дополнение к электронам, изначально постулированным, и это было общепринятое мнение в течение следующих двадцати лет или около того. Есть, однако, некоторые очень серьезные возражения, относительно идеи электронов внутри ядра, и теоретики вздохнули с облегчением в 1932 году, когда открытие нейтрона предложило новый строительный блок, который может заменить атомные электроны. С 1932 атомное ядро стало состоять из протонов и нейтронов в соответствующей пропорции для каждого из элементов и изотопов.

Между тем, были большие неприятности, связанные с орбитальными электронами во внешних областях ядерного атома. Как только подробные расчеты были сделаны, выяснилось, что этот атом не был стабильным и даже не мог поддерживать себя при тепловых столкновениях. Нильс Бор встретился с этой проблемой беспрецедентным образом, смело утверждая, что атомные электроны не следуют обычным законам физики, вместо того, чтобы определить уникальные поведенческие характеристики для соответствия существующей ситуации. Несмотря на широкие возможности, предоставленные этим шансом, чтобы описать свои физические законы, Бор окунулся в постоянно растущие трудности, и от этого, в конечном итоге, пришлось отказаться. В настоящее время "официальный" вид атома, о котором еще будет сказано позже, рассматривается как нечто, что, как Гейзенберг говорит: "не существует объективно и это, в некотором смысле, только символ".

ЯДРО

Первичная основа для принятия теории ядерного атома, как практически всеобщего убеждения, была окончательно доказана в экспериментах Резерфорда в 1911 году. До этого времени считалось, что твердым материалом было только то, что и следует из названия, непрерывная и, по сути, непроницаемая субстанция. Но когда Резерфорд направил альфа-частицы на тонкую металлическую пластинку, он обнаружил, вопреки всем ожиданиям, что большинство этих частиц прошли прямо через пластину так, как если бы не было препятствия на пути совсем, и что большинство из тех, которые были отклонены, изменили свое направление только на относительно небольшой угол. Лишь у очень небольшой части произошли крупные изменения в направлении движения. Математическим анализом результатов, Резерфорд был в состоянии определить приблизительный размер области, в которой частицы столкнулись с сопротивлением, и как результат своей работы он пришел к выводу, что практически вся масса атома сосредоточена в очень маленьком объеме, и что остальная часть объема, который атом занимает в твердом состоянии, в основном открытое пространство.

Эксперименты Резерфорда были повторены с дополнительной точностью другими исследователями, и, похоже, с уверенностью можно сказать, что экспериментальные факты были точны. Таким образом, следует признать, что первый вывод Резерфорда, изложенный в предыдущем пункте, полностью согласуется с наблюдаемым фактом. Но здесь мы сталкиваемся с примером удивительно распространенной черты современной физической науки, с любопытной неспособностью исследовать возможные варианты. Снова и снова в ходе расследований, из которых настоящее обсуждение и возникло, критика общепринятого представления, или заключения, имеет сообщить, что это является лишь одним из возможных объяснений наблюдаемых фактов, и что существуют другие, иногда многие другие объяснения, которые имеют столь же хорошее, если не лучшее право на признание, но которые, как свидетельствуют архивные материалы, никогда не были изучены.

В этом случае, наблюдаемые факты полностью согласуются с гипотезой, что большая часть массы атома сосредоточена в очень маленькой области, но они, в равной степени, согласуются с гипотезой, что вся масса сосредоточена в этой области. Другими словами, что это атом, а не ядро атома. Это альтернативное заключение дает нам полное и последовательное объяснение результатов экспериментов Резерфорда в условиях существующих знаний. На основе этого, нет необходимости постулировать существование атомного ядра, и принцип Оккама, одно из здравых правил науки, говорит нам, что мы не должны создавать лишних гипотез. Все обнародованные факты эксперимента полностью в гармонии с выводом, что они просто установили истинный размер атома, указывая, что это значительно меньше того, что считалось ранее.

Почему, в таком случае мы можем спросить, была так легко и слепо принята гипотеза ядра? Ответ заключается в том, что это лишь один из множества случаев, в области науки, где предположение выглядит настолько правдоподобным, что никто не берет на себя труд изучить его более тщательно.

В такой атмосфере, где каждый предполагает, что размеры атома уже известны, открытие того, что вся или почти вся масса сосредоточена в очень малом объеме, в центре области, занимаемой атомом, логически ведет к выводу, которого Резерфорд и достиг; выводу, что было найдено атомное ядро. С другой стороны, если бы было признано истинное положение дел, и он понял, что предыдущие идеи, касающиеся размера атома, являются чистыми предположениями, что в действительности атомарные размеры были совершенно неизвестны до экспериментов Резерфорда, единственный законный вывод, который можно сделать из этих экспериментов, является то, что они определили истинный размер атома.

Он часто заявлял, что размеры атома можно определить путем наблюдений за газами, интерпретированы с помощью кинетической теории, используя такие явления, как вязкость, которые относятся к длинам свободного пробега молекул. Но когда это "доказательство" будет тщательно изучено, то, что мы на самом деле найдем из этого источника, является минимальным межатомным расстоянием в газообразном состоянии, сравнимое с тем, которое существует в конденсированных состояниях. Это приводит нас обратно к вопросу по поводу значимости атомных расстояний в твердом состоянии, которое может быть легко измерены в широком диапазоне условий, путем использования современных методов. В эру Резерфорда были все основания полагать, что эта дистанция была относительно постоянной величиной, и даже сегодня мы видим, отчетности в наших учебниках, такие как: "каждый вид атома сохраняет, тем не менее, довольно хорошо определенный объем, который сжимается вообще едва ли, даже под воздействием сильного давления".

Если заявления такого рода являются показателем общего мнения о профессии, неудивительно, что физики были не в силах оторваться от атомной теории образца 1911 года. Огромное количество экспериментальных работ было создано в последние годы, где бесспорно доказано, что конкретный вид атома может иметь широкий диапазон "атомных объемов", если мы используем этот термин для обозначения расстояния, определяющего межатомное расстояние. Кроме того, эта работа показывает, что под давлением, все твердые вещества проходят очень существенное уменьшение объема в условиях высоких давлений. Цезий, например, теряет почти две трети от его первоначального объема при 100.000 атм., калий больше, чем наполовину. Большинство веществ гораздо меньше сжимаемы, чем эти щелочные металлы, но при достаточном давлении они ведут себя аналогичным образом. Металлы, например, железо, медь, цинк, серебро, кадмий, олово, были сжаты до половины своих первоначальных объемов при давлении от 3 до 4 миллионов атмосфер, и нет признаков того, что мы приближаемся к какому-либо ограничению даже на крайнем верхнем конце экспериментального диапазона давления.

Эту картину наблюдаемой сжимаемости очень трудно примирить с текущими понятиями. Это находится в полном противоречии с оригинальной идеей Бора. Размеры орбит в атоме Бора устанавливаются квантовыми соображениями, и никаких промежуточных орбит не допускаются. Но если атомы находятся в контакте, как предполагается, сжатие под давлением означает, что орбиты (по крайней мере внешние, если их несколько) должны пересекаться. Это является прямым противоречием основных постулатов теории. Несколько десятилетий назад это было возможно предположить, чтобы спасти теорию, что постоянное снижение размера орбиты имеет статистический эффект, но широта специального предположения сужается, при новых экспериментальных знаниях, и такое предположение становится несостоятельным.

Прямое сравнение такого рода с действующими атомными теориями, которые были разработаны путем расширения и модификации оригинальных идей Бора , является более сложным, поскольку эти теории были опущены до точки, где они, по существу, ни с чем, кроме математических абстракций и трудностей, не стыкуются конкретно.

С другой стороны, если мы принимаем простые интерпретации экспериментов Резерфорда и заключаем, что они устанавливают истинный размер атома, что сейчас отводится размеру ядра, очевидно, что атомные расстояния просто представляет собой точку равновесия, при котором силы притяжения и силы отталкивания равны. Из этого следует, что применение внешнего давления будет сдвигать эту точку равновесия внутрь, а также, что размер смещения будет зависеть от приложенного давления. Таким образом, мы легко и естественно приходим к теоретическому объяснению той ситуации, которую мы наблюдаем экспериментально.

Мы также находим, при измерении сжимаемости отдельных кристаллов, что сжатие в любом одном измерении, в значительной степени независимо от того, что происходит в двух других. Эта информация естественно и логично совмещается с концепцией равновесия расстояний между атомами, но если это статическое равновесие заменить динамическим равновесием, требуемым по ядерной теории, объяснения наблюдаемых характеристик при линейном сжатии, становятся очень трудными.

Далее, мы заметим, что размеры различных атомов, в соответствии с межатомными расстояниями, являются полностью несовместимыми с атомными величинами. Все, что структура атома, может показать, что атомная масса является мерой количества единиц основного атомного компонента (что бы это ни было), что этот конкретный атом содержит. Там также достаточных доказательств, чтобы поддержать вывод, что части этой главной составляющей все одинаковые, или, по крайней мере, почти так. Современная теория рассматривает два вида первичных составляющих, протоны и нейтроны, но эти лица очень похожи и взаимозаменяемы, и каждый протон должен быть в сопровождении одного электрона. Независимо от теоретической точки зрения, с которой мы подошли к вопросу, истинный объем атома должен быть, по крайней мере, примерно пропорционален атомному весу, поскольку вряд ли мы можем принять, что единицы одного и того же рода приводят к разнообразным размерам. Но "атомные объемы" , рассчитанные из межатомных расстояний или из наблюдаемой плотности, вне гармонии с соответствующим атомным весом. Например, атом натрия, который имеет меньше, чем одну восьмую атомной массы атома золота, занимает более чем два объема последнего. Если предполагаемое ядро является на самом деле атомом, все попадает на линию, поскольку экспериментальная информация указывает на то, что объем "ядра" прямо пропорционален его атомному весу, как и должно быть.

Кроме того, если мы принимаем точку зрения, что атомы находятся в контакте в твердом состоянии, что современные теории утверждают, мы вынуждены прийти к довольно странному выводу, что размеры и даже формы атомов очень разнообразны. На этой основе атомом углерода, например, сферический в кристалле алмаза, с межатомным расстоянием 1,54 A, в графитовом кристалле, тот же атом простирается до 3,40 A в одном измерении, в то время, как межатомное расстояние в двух других измерениях остается примерно таким же, как в алмазе. Изменчивость такого рода в атоме, по сути, не является невозможной, но это, по меньшей мере, неправдоподобно. Альтернативное толкование выводов Резерфорда, которое ставит атом в так называемое ядро, не требует каких-либо вариаций в атоме; в этом случае изменчивость в природе отношений между соседними атомами.

Важным моментом здесь является то, что нет независимых подтверждений существования изменчивости в области атомных отношений. Различия в валентности, такие, как те, которые мы встречаем в различных окислах азота, показывают, что существуют различия в манере, в которой силы кислорода и азота взаимодействуют. Это альтернативное толкование, следовательно, не требует специального предположения изменчивости в области атомного расстояния, с готовностью объясняя факты, которые уже установлены. С другой стороны, нет никаких независимых свидетельств какого-либо вида колебания в атоме, которые необходимы для того, чтобы примирить наблюдаемые факты с атомной теорией. Неважно, как много различных видов твердых тел могут существовать, когда мы получаем вещества в газообразном состоянии и повышаем температуру достаточно высоко, чтобы разделить его на атомы, мы видим атомы любого конкретного элемента все одинаковыми (за исключением изотопного различия, которое не входят в эту картину).

Если мы не делаем лишних предположений, чтобы начать интерпретировать выводы Резерфорда, просто как определение размера атома, то мы можем объяснить все наши дальнейшие наблюдения в отношении фактов, уже известных из независимых источников. Но если мы сделаем совершенно ненужные предположения о существовании ядерной структуры, чтобы объяснить открытие Резерфорда, то, куда бы мы ни поехали, мы должны установить дополнительные специальные предположения, чтобы примирить теорию ядра с наблюдаемыми фактами. Имеющиеся фактические доказательства, не оказывают поддержки гипотезы, что атомные расстояние в твердом состоянии являются отражением размера атома, как утверждает атомная теория, напротив, это свидетельство полностью в соответствии с выводом, что так называемые ядра, являются, в действительности, самим атомом, тот же вывод, который является наиболее логичной интерпретацией результатов экспериментов Резерфорда.

Важность этого вывода, так же далека, как статус ядерной теории, что вряд ли можно переоценить. Как будет показано в последующих обсуждениях, основные элементы теории, без которых она безнадежно проигрывает, полностью возлагаются на убеждение, что существование ядра окончательно доказано экспериментами Резерфорда. Характер предположений, участвующих в создании этих основных элементов теории таков, что даже разумных сомнений в обоснованности выводов Резерфорда достаточны, чтобы устранить не обоснованность для принятия этих предположений, и, таким образом, разрушить эту теорию полностью. На самом деле нет определенных доказательств того, что гипотеза Резерфорда неверна. Его работы, с последующим подтверждением его экспериментального исследования, являются достаточным доказательством существования чего-то массивного в центре области, занимаемой атомом , но ни его работы, ни любые другие, не дали каких-либо доказательств, которые бы подтверждали существование гипотетической космической части атома. Напротив, целый ряд фактов указывают на вывод, что нет такой внешней детали, и, что массивное "кое-что", что Резерфорд назвал ядром, на самом деле атом.

Кажется почти невероятным, что базовые понятия, такие, как атомное ядро, могут проскользнуть в структуру научной мысли без всякого критического рассмотрения, но литература эпохи Резерфорда показывает, что это именно то, что произошло. Никто, ни тогда, ни после, судя по всему, учитывая любые рассмотрения на следующей точке, которая должна быть рассмотрена после экспериментальных результатов Резерфорда: вопрос о том, насколько выводы, которые он вынул, были обоснованными.

Один из самых странных аспектов всей ситуации заключается в том, что практически каждый элементарный учебник химии, изданный за последние полвека, содержит диаграмму кристалла хлорида натрия, в которой атомы натрия и хлора изображены в качестве оккупирующих относительно небольшие области в альтернативных углах куба, и ничего, кроме пустого пространства, в остальной части структуры. Это в точности та картина, которая возникает, когда мы делаем тщательное и критическое изучение всех доступных данных, по линии которых говорилось в предыдущих пунктах. Вот один из тех парадоксов, так часто встречающихся в жизни. Ответ был прямо перед нами все время, но никто не был в состоянии подняться достаточно высоко за традиционный взгляд, чтобы быть в состоянии увидеть, что это ответ.

До настоящего времени принимаются идеи, что атомное ядро состоит из числа протонов, равного атомному номеру конкретного элемента, и достаточного количества нейтронов, с учетом оставшегося атомного веса. Даже без осложнений, чтобы обсудить детали этой гипотетической структуры, немедленно сталкиваемся с двумя серьезными проблемами. Во-первых, они являются, по определению, положительно заряженными атомами водорода, и на таких коротких расстояниях будут оказывать очень мощные силы отталкивания друг на друга. Существующие знания, поэтому, говорят нам, что такая структура невозможна. Во-вторых, экспериментальные данные показывают, что нейтрон нестабилен в земных условиях, с полураспадом всего около 13 минут. На основе имеющихся знаний, нейтрон не может быть составной частью стабильного атома.

Вера в то, что существование ядра доказано выводами Резерфорда, дала два специальных предположения для того, чтобы примирить противоречивые пункты: (1) что какие-то "ядерные силы" существуют в оппозиции к силам отталкивания, которые, в противном случае, могли бы уничтожить гипотетическую структуру, и (2) , что нестабильный нейтрон стабилен в ядерной среде.

Конечно укладка одного из этих фальшивых предположения поверх другого не может быть оправдана ни при каких обстоятельствах, и это как раз именно та ситуация, когда протоно-нейтронные теории показывают, что эксперименты Резерфорда не доказывают существование ядра. Без конкретных и положительных доказательств, что ядро существует, нет никаких оснований, на которых мы можем даже говорить о нуклонах, в лице известных фактов, которые противоречат ядерной структуре.

Гипотетическое ядро уже было в крайне тяжелом положении, и физики поняли, что если ответ не может быть найден на многократно повторяемый вопрос: "Что удерживает ядро вместе?", протоно-нейтронная концепция, скорее всего, рухнет от собственного веса. Единственное, что держит ее в живых перед лицом полного отсутствия прогресса, в ответ на этот важнейший вопрос, так это до сих пор твердая убежденность, что существование ядра положительно установленный факт. Теперь, когда показано, что доказательства этой точки зрения не существует, последние остатки обоснования протоно-нейтронной концепции сметены, и дальнейшие комментарии будут излишни.

Давайте теперь обратимся к рассмотрению некоторых других аспектов ядерной теории. В этой связи, следует отметить, что предположения, которые уже обсуждались, были отнюдь не единственными, вовлеченными в основу теории. На самом деле, эта теория опирается на длинную цепочку предположений: внеочередной продукт научного воображения, который примечателен не только из-за беспрецедентного количества допущений, которые были призваны на службу в строительстве теории, но также из-за резкого характера некоторых допущений, которые постулируют поведенческие характеристики, полностью отличные от всего, что когда-либо встречалось в других местах в физическом мире. Следующий список основных допущений теории, который был подготовлен, чтобы показать значимость различных вопросов, которые будут обсуждаться здесь, иллюстрирует эту точку зрения, в частности, десятки дополнительных предположений были сделаны в разработке деталей теории.

(1) что атом построен из частей.

(2) что части известны как субатомные частицы.

(3) что эти части расположены в ядерной структуре.

(4) что есть орбитальные компоненты - электроны.

(5) что орбитальные электроны не следуют за обычными физическими законами.

(6) что ядро составлено из протонов и нейтронов.

(7) что есть неизвестная ядерная сила скрепления ядра.

(8) что есть неизвестный фактор, который делает устойчивым нейтрон в ядре.

Таким образом, эта дискуссия показала, что "доказательства" предположения (3) до сих пор являются недействительными, и что без определенного доказательства (3), предположения (7) и (8), являются полностью необоснованными, что оставляет предположение (6) без основы, чтобы стоять. Давайте далее обратим внимание на предположения (4) и (5), которые имеют дело с электронами.

ЭЛЕКТРОНЫ

Весьма маловероятно, что принятие ядерной гипотезы Резерфорда было бы так внезапно и так безоговорочно, если бы не тот факт, что почва уже была подготовлена для такой гипотезы, открытием электрона и радиоактивности, которая показала (1) , что частицы меньше, чем атомы, существуют, и (2) , что такие частицы выбрасываются из атома в радиоактивном процессе распада. Вывод, что атом - сложная структура, построенная из этих субатомных частиц, таким образом, естественен и логичен, следовательно, вопрос, на который Резерфорд и его современники пытались ответить, был не общий вопрос атомного состава, ответ на который они считали само собой разумеющимся, но вопрос, как электроны и другие субатомные частицы располагаются в атоме.

Однако, естественные и логические выводы, при первом рассмотрении, не всегда выдерживают более целенаправленный и тщательный анализ, что и произошло в данном случае. Оригинальный аргумент, основанный на известных характеристиках радиоактивности, может быть обобщен следующим образом:

а. При определенных условиях атомы распадаются.

b. Электроны найдены среди продуктов распада.

c. Следовательно, электроны элементы атома.

На первый взгляд этот аргумент может показаться логичным, и в годы становления атомной гипотезы был принят без обсуждения. Даже сегодня он все еще ортодоксальная доктрина. Но истинное состояние аргумента может быть четко выведено из аналогичного аргумента относительно фотона.

a. При определенных условиях атомы распадаются.

b. Фотоны найдены среди продуктов распада.

c. Тем не менее, фотоны не элементы атома.

Здесь мы находим, что на основе точно тех же самых доказательств, физик приходит к диаметрально противоположным выводам. Поскольку устоявшиеся представления относительно электрона предполагают, что он мог быть атомным элементом, результаты от распада приняты как доказательство, тогда как подобные устоявшиеся представления относительно фотона предполагают, что он не мог быть атомным элементом, и точно те же самые доказательства взяты, чтобы показать, что фотон был создан в процессе распада. Фактически, конечно, вещественные доказательства не различают эти альтернативы, и при этом они не устраняют возможность, что некоторое другое объяснение может быть правильным. То, что показывают доказательства, это что электрон также

a. был элемент атома, или

b. существовал ранее в пределах, но не является частью атома, или

c. был получен из окружающего пространства,

d. был создан в процессе распада, или

e. порожден из некоторой комбинации предшествующего, или

f. возник из определенной последователности шагов.

В то время, когда ядерный атом был изначально задуман, существующие физические знания были не достаточно широки, чтобы позволить визуализацию этих альтернатив, которые были перечислены. Идея, что электроны могут быть созданы в некоторых физических процессах, например, была, вероятно, совершенно немыслима для Томсона или Резерфорда. Но сегодня это обычное явление. Такие события сейчас наблюдаются в самых различных процессах, начиная от производства электрон-позитронной пары энергичным фотоном, до производства веера миллионов частиц из первичных космических лучей. Эта новая информация сделала очевидным, что испускание электронов из радиоактивного материала, не обязательно предполагает, что изначально он был в ней. Современное мышление способствует созданию гипотезы, как лучшего объяснения этого явления, и учебники, медленно и неохотно, пытаются отразить эту новую точку зрения. Каплан говорит нам, "...он должен был сделать вывод, что в бета-радиоактивности электроны создаются по закону излучения".

Но тот же учебник, который дает нам это вывод, основанный на современных доказательствах, все еще повторяет, на другой странице, совершенно противоречивое мнение XIX века, что эмиссия электронов из материи является "убедительным свидетельством того, что электроны существуют, как таковые ,внутри атомов", и это продолжается до настоящего времени в атомной теории, во многом на том основании, что устаревшие идеи полностью в соответствии с сегодняшними фактическими знаниями. Это не особенность данного конкретного текста. Любой другой современный текст, который мы могли бы выбрать, дает нам, по сути, ту же противоречивую картину. Например, еще один текст говорит нам, "распад в эксперименте (в котором указана эмиссия протонов атома), при условии определенного доказательства, показывает, что протоны - это компоненты ядра всех элементов". Затем, на следующей странице, текст продолжает: "можно утверждать, что если электрон может выделяться из ядра, должно быть он был там и раньше", но, несмотря на то, что это точно такой же аргумент, который характеризуется как "определенное доказательство" на предыдущей странице, здесь убит заявлением, "это решение, ... , однако, не может быть удовлетворено." Вот наглядный пример того, что подразумевается в вводной главе, когда современная атомная теория была описана как любопытная и противоречивая смесь старых идей с современными заключениями. Любая теория, которая настолько запутана, что авторы учебников могут "доказать" основную точку далеко идущего заявления на одной странице и категорически опровергнуть это доказательство на другой, чтобы никто не видел, что есть конфликт, остро нуждается в капитальном ремонте.

Из имеющейся в настоящее время информации совершенно ясно, что электрон - это не постоянный "строительный блок", что было предусмотрено в 1911 году, а мелькнувшие частицы, которые могут быть созданы или разрушены с относительной легкостью. Признание этого факта следует проводить с осознание того, что это не только радиоактивность, которая перестала быть доказательством присутствия электронов в веществе, но и появление электронов в любом физическом процесс е уже не может приниматься как указание на то, что эти электроны существовали до начала этого процесса. В самом деле, масса доказательств в пользу вывода, что в большинстве случаев они создаются в процессе, и что там, где электроны на самом деле есть до создания, они существуют, но не как части атома материи.

Этот вывод касается не только электронов, но и электрических зарядов в целом, независимо от того, могут они или не могут быть однозначно идентифицированы с наличием или отсутствием электронов. Полвека назад считалось, что появление положительно и отрицательно заряженных ионов, когда материал распадается, является убедительным доказательством того, что ионы, также существовали в нерастворенном вещества, и даже сегодня мы можем найти учебники химии, имеющие такие заявления, как это, "Мы теперь знаем, что ионные соединения существуют в виде ионов даже в кристаллическом состоянии." Но оказалось, что многие вещества, которые образуют ионы в растворе, безусловно, не "ионной" природы в твердом, и тот же учебник, из которого приведенное выше заявление было взято, говорит нам несколько страниц спустя, "если ионы не присутствуют в электролите, прежде чем он растворился, они должны быть сформированы из молекул соединения, когда он растворяется."

Это точно такая же ситуация, с которой мы столкнулись в связи с вопросом о происхождении электронов, которые появляются при радиоактивном распаде. Многие вещества распадаются на ионы, по крайней мере частично, и в веществах такого типа, которые согласно ныне принятой теории, могут состоять из ионов в твердом состоянии, образование ионов в растворе часто интерпретируется как доказательство того, что эти вещества из них и состоят. Но там, где есть доказательства, почему существование ионов в твердом состоянии несовместимо с современными теориями, точно так же доказывает, что данные ионы являются созданными в рамках процесса ионизации. Здесь, опять же, мы имеем ситуацию, что вещественные доказательства не дают различий между этими альтернативами, как это необходимо, чтобы считать, что некоторые ионы, созданные в процессе, очевидно существовали, но вполне возможно, и даже вероятно, что все ионы, таким образом, создаются в процессе, то есть, это и есть способ, которым ионы образуются. Таким образом, гипотеза о том, что ионы существуют в твердом веществе до разделения, не только без доказательства того, что и спрашивается; она даже не наиболее вероятное доступное объяснение наблюдаемых фактов. Созданное объяснение имеет то очевидное преимущество, что оно использует тот же механизм ионизации для всех веществ, принимая во внимание, что альтернативные и общепринятые объяснения требует двух различных процессов.

Резюмируя все вышесказанное, теперь очевидно, что электроны и электрические заряды, в общем, легко создаются в физических процессах различных видов, и, следовательно, эмиссии электронов из вещества при таких процессах не могут больше рассматриваться как доказательство, что электроны, например, существовали в этом веществе , прежде чем процесс состоялся.

Голая правда заключается в том, что вся история развития концепции атомного электрона - это история складывания одного неподдерживаемого предположения поверх другого, без конкретных и положительных доказательств, которые предполагают эмиссию электронов из вещества. Оригинальный постулат Бора, например, уже просто смешен, если он сначала должен предположить, что электрон является составляющей материи, и затем перейти к постулату поведенческих характеристик, для таких гипотетических атомов, полностью непохожему на все, что когда-либо наблюдалось. Если его действия в отказе от твердой почвы существующих физических фактов и переход на неизведанный путь чистой гипотезы может быть оправдан, что сомнительно, то это может быть оправдано, только на том основании, что он думал, что определенное и положительное доказательство того, что электрон является составляющей вещества, уже доказано и, следовательно, если поведение этих атомных электронов не может быть объяснено в нормальной манере, было бы разумно предположить, что они должны следовать некоторым другим законам.

Одной из характеристик физических теорий является то, что они приводят к легкому и естественному пути "появления определенных неизбежностей", как выразился Бриджмен, для объяснения физических явлений, кроме тех, для которых они были первоначально разработаны. Первоначальная Квантовая Теория Планка, например, была разработана для объяснения поведения распределения энергии излучения, но одним из первых и важных последствий, было простое и логичное объяснение фото-электрического эффекта, связанного, но совершенно другого явления. Аналогичным образом, мы могли бы ожидать, что если концепция электрона, как составной части материи была корректной, найти, легко и естественно, решения других проблем. Но вся история этой концепции была как раз противоположной. Ничего легкого и естественного, каждый шаг был принят насильственно и искусственно, и каждый шаг вперед, на новые территории, был возможен, только если пожертвовать часть существующего физического знания.

Как один наблюдатель выразился, "Бор решил проблему стабильности системы движущихся электрических зарядов, просто констатируя, что причина нестабильности... не существует". Для неспециалиста это может показаться чересчур радикальным пересмотром слова "решение", но как бы то ни было, последующая история атома Бора и его прямых потомков - один длинный ряд проблем, для решения которых, кажется, нет других решений, чем утверждать, что они не существуют. Орбиты, которые Бор постулировал для электронов, не могут быть конкретно расположены, поэтому появился постулат, что нет определенных орбит. Теоретический импульс и положение отдельного электрона не могут примириться, был сформулирован "Принцип Неопределенности", утверждающий, что электрон не может иметь определенного импульса и определенную позицию в то же время, даже с выгодой этого необыкновенного принципа. Определение позиции оказалось невозможным, так как это было постулировано, и лучшее, что может быть сделано, чтобы вычислить вероятность того, что электрон может находиться в определенном месте, хотя некоторые теоретические последствия были несовместимы с обычными причинно-следственными связями, было постулировано, что причинно-следственные связи не действуют на субатомном уровне. Сейчас, в сравнительно недавние годы, длинный список допущений и постулатов стал завершением предположения, финансируемого Копенгагенской школой теоретиков (которые представляют "официальную" точку зрения современной теоретической физики), и выразил ранее цитируемый отрывок Гейзенберга, что этот атомный электрон даже не "существует " объективно.

Все эти "решения" проблемы, которая возникла при разработке концепции электрона как атомной составляющей, разумеется изменили характеристики атомного электрона очень сильно. Как атом был изначально задуман, отрицательно-заряженная составляющая - предположительно это тот же электрон, что наблюдается экспериментально. Этот экспериментальный электрон - определенная и четкая вещь, несмотря на его непостоянство. Мы можем выпускать ее на волю конкретными процессами. Мы можем измерить его массу, его заряд, и его скорость. Мы можем контролировать его движения, и у нас есть методы, с помощью которых мы можем записать путь, который он проходит в ответ на эти методы. Действительно, мы можем точно контролировать движение электрона, мы можем использовать его в качестве мощного средства производства увеличенного изображения объектов, которые слишком малы для оптического увеличения. Короче говоря, экспериментальный электрон - это хорошо себя ведущее и вполне нормальное физическое лицо. Но такой электрон не может даже начать отвечать требованиям, которые были созданы, шаг за шагом, для атомного электрона, как концепции частицы, чтобы "решить" одну проблему за другой. Атомный электрон не соответствует привычным физическим законам, как его экспериментальной коллега, но имеет некоторые уникальные и беспрецедентные характеристики собственного поведения, включая странную и совершенно необъяснимую возможность перехода с одной орбиты на другую (или делать что-то совершенно непонятное, что имеет тот же эффект) при отсутствии видимых причин, и, похоже, полный иммунитет от всех физических ограничений. Мы можем общаться с ним только на статистической основе, и даже то, как Герберт Дингл отмечает, мы можем сделать эффективными наши статистические методы, для решения таких частиц, "только путем приписывания частицам свойств, которыми не обладают все мыслимые объекты". Кроме того, как уже отмечалось, ведущие теоретики в настоящее время, нам говорят, что атомный электрон не может быть определен в рамках трехмерной структуры физического пространства, он должен рассматриваться лишь как символ, а не как объективно реальная частица.

Учитывая тот факт, что атомный электрон не имеет даже отдаленного сходства с экспериментальными электронами, это совершеннейший абсурд по-прежнему опирать физические теории на предположение, что оба идентичны.

Следует подчеркнуть, заявление, что отрицательно заряженные учредители атома (если такие учредители существуют) являются чисто гипотетическими структурами, не связанными с существованием экспериментального электрона - это не то, что было разработано в этой работе, или что зависит, в любом случае, от представленных аргументов. Это просто необходимое следствие очевидного, того, что современные физики игнорируют: тот факт, что два физических лица не являются идентичными, они имеют мало или вообще не похожи друг на друга.

Оригинальной концепцией атома было то, что он является неделимой конечной частицей материи; слово атом, на самом деле, означает неделимый. Но открытие радиоактивности показало, что атом не является неделимым, и это процесс распада, в котором частицы выбрасываются из исходного атома, превращая его в атом другого рода. Естественный вывод, который можно сделать из этого нового знания, по-прежнему остается одной из главных опор для современной теории атома, это то, что атом представляет собой сложную структуру, состоящую из субатомных частиц. Действительность такого вывода в своих общих аспектах будет рассмотрена позже. На данный момент мы имеем дело только с вопросом о природе этих частиц.

В самом деле, этот вывод, кажется, подразумевается в первую очередь. Но этот, казалось бы, очевидный вывод, оказался совершенно ошибочным. Три типа частиц, исходящих из распадающегося атома, показывают, что ни одна, из этих трех, не существовала, как таковая, в атоме до распада. Альфа-частицы - положительно заряженные атомы гелия, и было быстро понято, что они не могут являться первичными "строительными блоками" атома, а современное мнение, как уже отмечалось, является то, что бета-частицы, которые создаются в процессе дезинтеграции, и гамма-частицы (если растянуть понятие "частица" достаточно далеко, чтобы включить их) являются фотонами, подразделением радиации, и всегда считались продуктом распада, но не как уже существующая структура.

Это проливает совершенно новый свет на картину. Если бы мы смогли показать, что частицы, выбрасываемые атомом, были такого характера, что можно логически заключить, что они были "кирпичиками", из которых атом построен, тогда мы могли бы принять позицию, что радиоактивность дает удовлетворительное объяснение общего характера атомной структуры. Но физики не могут и не утверждают, что это правда, хотя, в сущности, мы обнаруживаем, что они продвигают любопытное утверждение о том, что выбросы некоторых частиц из атома во время радиоактивного распада, являются доказательством того, что атом состоит из некоторых других частиц. Это очень далеко от тех выводов, которые, казалось бы, так естественны и логичны при первом рассмотрении явления радиоактивности. Это не только оставляет вопрос состава атома в воздухе, но то, что необходимо сделать вывод, что все частицы, выбрасываемые радиоактивным атомом, созданы в процесс дезинтеграции, что, также, поднимает ряд серьезных вопросов в предположении, что атом состоит из "частей".

В любом случае теперь ясно, что электронам или любым другим частицам, что предлагаются в качестве атомных учредителей, придется стоять на своих собственных ногах, без какой-либо поддержки от радиоактивности. Выводы начала 1900-х годов, напротив, просто должны быть переписаны, в свете современных знаний, независимо от того, насколько неохотно теоретики должны делать этот шаг. С этой точки зрения, достижения в экспериментальных знаниях дали нам, что утверждение , "эмиссия электронов из атома, является убедительным свидетельством того, что электроны существовали, как таковые, внутри атома" , должно быть пересмотрено на "создание электронов в физических процессах, таких как радиоактивность, является убедительным свидетельством того, что электроны существовали, как таковые, внутри атома", что, конечно, делает его абсурдным. Если электрон должен быть поддержан, как атомная составляющая, то некоторая картина атома, построенная полностью или в части электронов, должна быть пересмотрена, но, как получено ранее в дискуссии, это не может быть сделано, если атомный электрон имеет свойства электрона, который наблюдается экспериментально. Следовательно, мы возвращаемся к тому, что если есть отрицательно заряженные составляющие атома, они не являются экспериментально наблюдаемыми электронами, это чисто гипотетические частицы другой природы.

В этот момент, можно сказать, что ядерный атом, как он в настоящее время задуман, невозможен. Было показано, что два пункта, которые претендуют на то, чтобы представить доказательство истинности основного предположения, на которое ядерная теория опирается, не только не поставляют любые такие доказательства, когда они были тщательно проанализированы, но, на самом деле, представляют убедительные доказательства обратного. Кроме того, было показано, что без доказательств этих двух пунктов, радиоактивности и экспериментов Резерфорда, вся структура ядерной теории рушится. Каждый из восьми основных допущений этой теории, что были перечислены выше, рушатся, за исключением предположения (1), которое мы еще не рассмотрели.

Наиболее еретических вывод? Может быть и так. Но рассмотрим следующее утверждение Schrоdinger, одного из главных архитекторов современной физической теории, который вряд ли может быть классифицирован как научный еретик, и спросим себя, действительно ли он сказал точно то же самое, но в более осторожных словах:

“Как только мы осознаем это состояние дел, на эпистемологический вопрос: "как электроны действительно существуют на этих орбитах в атоме?", следует ответить решительным никак, если мы предпочитаем говорить, что ввод не имеет никакого смысла. Действительно, там не будет смысла в расспрашивании о реальном существовании чего-то, если вы убеждены, что эффект, посредством которого это будет проявляться, если он существует, является безусловно не заметным. Несмотря на неизмеримый прогресс, который мы обязаны теории Бора, я считаю, это очень прискорбно, что долгая и успешная обработка его модели подорвала нашу теоретическую деликатность со ссылкой на такие вопросы. Мы не должны колебаться, чтобы поднять ее снова, иначе мы можем оказаться в слишком большой спешке, чтобы поддержать новую теорию, которая сейчас вытеснена теорией Бора, и считаю, что мы не достигли цели, которые действительно еще далеко”.

ПРОБЛЕМЫ ЧАСТИЦЫ

Вывод, что теория ядра атома является ошибочной и, что в действительности не существует такой вещи, как атомное ядро, будет трудно принять нынешнему поколению ученых. От лица, имеющего с детства представление о атоме Бора, которое участвовало в дискуссии по поводу использования "ядерной энергии" , которое читает «Ядерные Исследования» и «Годовой Обзор Ядерной Науки», и, возможно, давало уроки по "ядерной физике", нельзя ожидать смотреть с восторгом на перспективу жизни без ядра. Можно, конечно, напомнить ему, что атом Бора уже давно исчез из виду и то, что "официальный" атом современной физики не возможно даже представить себе, поэтому, говорят эксперты, так мало фотографий. Мы также можем отметить, что "атомная энергетика" и "атомная физика", уже находятся в общем пользовании. Большинство "ядерных физиков" в Соединенных Штатах, работают, прямо или косвенно, для использования в Комиссии по Атомной Энергии. Но скорее всего, это только утешение. Им не легко примирился с потерей старого друга в мире идей.

В любом случае, очевидно, что дело против такой популярной теории, как ядерный атом, должно быть очень сильным, чтобы быть убедительным, но случай, что был представлен в настоящем документе - сильный, он является prima facie. В трех предыдущих главах подошли прямо к сути вопроса. Было показано, идея, что атомы находятся в контакте в твердом состоянии, не более чем предположение, и что имеется много элементов доказательств, которые указывают, что это предположение является ошибочным. Было показано, что нет ничего в выводах Резерфорда, что требует или оправдывает постулат о существовании ядра, и что в свете того, что сейчас известно об условиях, в твердом состоянии, ясно, что небольшое, но массивное "что-то", что Резерфорд нашел как ядро, есть сам атом. Было показано, что если существуют какие-либо отрицательно заряженные трехсторонние участники в атоме, они не могут быть электронами типа тех, что мы наблюдаем экспериментально. Если такие составляющие вообще существуют, то они должны быть чисто гипотетическими частицами, с совершенно разным и беспрецедентным характером. Без ядра и без электронов, не может быть ядерного атома такого рода, постулируют современные теории.

Это прочный и герметичный корпус. Когда атомная теория анализируется глубоко, ясно, что она целиком лежит на двух предположениях: (I) что Резерфорд доказал существование ядра, и (2) , что радиоактивность доказывает, что электроны представляют собой один из компонентов материи. Ни одно из этих допущений не может быть сохранено в свете существующих физических знаний, как и другие основные допущения в постулатах теории Бора, без положительного доказательства существования атомной структуры, которую Резерфорд и радиоактивность должны были представлять. Теория, следовательно, разрушается. Одной из непосредственных реакций, несомненно, будет, "Как это может теории быть не в порядке, когда она дала нам так много правильных ответов за все эти годы?"

На этот вопрос легко ответить. Все эти теории дали правильные ответы на многие вопросы, в течение длительного периода времени, но они были, в конечном счете, тем не менее не правильными. Нет резкой границы между правдой и ложью, в обычной физической теории, потому что большинство теорий сложные структуры, в которых истина и ошибка присутствуют одновременно. Большинство ошибочных теорий содержат, по крайней мере, некоторые истины, иначе бы они никогда не были выданы в первую очередь; принимая во внимание, что наиболее вероятно, что правильные теории содержат, по крайней мере, небольшую степень погрешности. Это является причиной, почему ошибочные теорий часто ведут к важным научным достижениям. Если эти теории будут на 100% правильны, они, вероятнее всего, будут препятствовать открытию истины, чего не бывает с частично истинными. Как Рейхенбах сказал, "Знание и половина правды, может быть достаточной директивой для творческого человека на его пути к полной истине."

Весь фундамент астрономической науки, например, был положен в то время, когда считалось, что солнце вращается вокруг земли. Теперь мы говорим, что эта теория неверна, и если мы посмотрим на правых и неправых, как взаимоисключающих, и визуализируем наше представление о вселенной, как ответы на ряд true-false (правда-ложь) вопросов, поразительные результаты, полученные от использования геометрической гипотезы, совершенно необъяснимы. Если мы признаем, однако, что в области идей, мы имеем не только чисто черные и чисто белые, но и бесконечную градацию оттенков серого, объяснение простое. Геоцентрическую гипотезу можно разбить на две части:

1. В системе земля- солнце, один компонент вращается вокруг другого.

2. Земля - неподвижный компонент.

В свете сегодняшних знаний, мы утверждаем, что утверждение (2) неверно, но мы принимаем заявления (1) в качестве правильного. Очень много предложений, зависящих только от предположения (1) , и они не обязательно влияют на характер предположения (2).

Даже после того, как теория была заменена чем-то более общим, этот элемент истины, который она содержит, может быть достаточным, чтобы оправдать сохранение его для использования в специальном поле. Было установлено, например, что Законы Движения Ньютона не правильно выражают общую ситуацию, и для общего использования они должны быть заменены выражениями Эйнштейна или некоторым эквивалентом. Но помимо работающих в несколько более экзотических областях, тысячи инженеров в нашей огромной технологической системы, по-прежнему настраивают свою работу на Законы Ньютона, и идут по своим делам, как будто они никогда не слышали об Эйнштейне. Мы должны все же признать, что Законы Ньютона являются "плохими" в том смысле, что они не равны для всех тех требований, которые сейчас предъявляются для них, и необходимо разработать теорию для более широкого охвата.

Поскольку общая структура современной физической теории в значительной степени основана на теории атома, теория ядерного атома должна взять на себя большую долю ответственности за неудовлетворительное состояние физической теории в целом.

Но настоящий полигон для испытания атомной теории сегодня - это то, что известно как "физика элементарных частиц" . "...будущее физики", - говорит Джордж Гамов, "заключается в дальнейшем исследовании и понимании элементарных частиц". Здесь область, в которой атомные теории должны быть непосредственно применены; здесь быстро расширяющееся поле, в котором экспериментальные факты являются загадочными и непонятными, и помощь адекватной теории срочно необходима, здесь есть место, где в настоящее время принимаются ядерные теории, сталкивающиеся с серьезной проверкой своих возможностей.

Теории ядра, таким образом, были взвешены на весах и найдены легкими. Даже без разрушительного раскрытия информации в предыдущих главах, очевидно, что эта теория далеко не соответствуют сегодняшним потребностям в ней, и кардинальная перестройка неизбежна. В свете информации, разработанной в данном документе, ясно, что существующая теория не может быть просто дополнена чем-то новым. Атомная теория - это не просто неполная теория, это в принципе неправильно, атом так не устроен.

БЕЗГРАНИЧНЫЕ ПОСТУЛАТЫ

Четыре предыдущих главы определили основной тезис этой работы. Они показывают, что когда аргументы в пользу концепции ядерного атома, разработанные пятьдесят лет назад, на основе весьма ограниченного объема экспериментальной информации, пересматриваются в свете огромного запаса фактических знаний, теперь доступных, они разрушаются полностью, и оставляют теорию целиком и полностью без поддержки. Однако, в первой половине века, теория ядра была принята как учение в своей области, это стало связано со многими другими этапами физической теории, и она не может быть решительно отброшена без определенного эффекта в этих других областях. Действительно, считается, совершенно ошибочно, что эти побочные эффекты представляют некоторое подтверждение для атомной теории. Обсуждение этих взаимосвязанных элементов, поэтому считается целесообразным.

Одним из самых интересных и выявленных особенностей современной атомной физики является тот факт, что первоначальная теория Бора, уже похоронена под несколькими слоями модификаций или изменений, по-прежнему изображая атомную структуру, которая представлена. "Этот (Бора) атом... неправильный. Это, увы! я учил еще в школе и в университете", сетует Британский наблюдатель. "Нет физических и химических доказательств правильности современной атомной картины", говорит один элементарный учебник по физике, который затем переходит к настоящей чистке теории Бора, по-видимому, не обращая внимания на то, что такое заявление является верхом абсурда, когда "современная атомная картинка", на которую он ссылается, категорически открещивалась от ведущих теоретиков в физической области.

Вот чрезвычайная ситуация, которая заслуживает вдумчивого рассмотрения. Две точки выделяются особенно. Во-первых, это весьма знаменательно, что те, кто отвечает за курс физики в вузах, сознательно не включают пост-Боровские изменения в основной курс. В учебнике, из которого выше была взята цитата , 1271 страница, в том числе один полный раздел о "Современной Физике", пространства достаточно, чтобы позволить, по крайней мере, какие-то упоминания о "официальной" доктрине сегодняшнего дня. Но далеко не все, на этих страницах, наводит студента на малейший намек на то, что признано лидерами в этой области, чтобы понять "современную атомную картину", что "атом современной физики можно только символизировать дифференциальным уравнением в абстрактном многомерном пространстве...", и что "понимание первого порядка ... почти по определению, невозможно, в мире атомов."

Можно только догадываться о причинах этой политики, но какими бы они ни были, они, безусловно, демонстрируют решительное отсутствие уверенности в работе современных теоретиков. Это очень любопытное явление, но вполне понятно, что те, кто должны научить предмету физики, должно быть, имеют несколько меньше энтузиазма по поводу представления для юных зрителей скептических теорий, что порвали все связи с повседневным опытом и поехали на неконтролируемые экскурсии в причудливый мир фантазий, полностью оторванный от физической реальности: теории, которые "превратили атом во что-то недоступное нашим чувствам и нашему воображению." Университет сегодня имеет достаточно задач на руках в попытке дать ученикам понимание "первого порядка", для которых такое понимание еще возможно. Вряд ли в этом можно винить преподавателей теории, которая, по общему признанию, не может быть четко понята.

Даже самое поверхностное рассмотрение истории развития ядерной концепции, осуществляемой с помощью кого-то, кто не так близок к теме, неизбежно предполагает прямую связь между этой непонятностью и беспрецедентной степенью, с которой созданные физические принципы были выброшены за борт в ходе развития. Своеобразный подход и "некоторые смелые в рассмотрении и проверке новые идеи", - говоря словами Джона Уилера, имеют важное значение для прогресса, но урок, который следует извлечь из истории, состоит в том, что новые идеи, которые, на самом деле, являются продуктивными, приводят к методам установки точек в вопросах в уже существующей структуре знаний, а не те, которые избегают проблем, заключающихся в том, что существующие знания не применяются к указанным вопросам. Эта точка может быть продемонстрирована при рассмотрении нескольких примеров.

Открытие нейтрино уже было показано в качестве иллюстрации тезиса, который был полностью неподдерживаемым, когда первоначально был представлен, все же достиг всеобщего признания и экспериментального подтверждения. Важный аспект этого дела заключается в том, что гипотеза нейтрино не включала любого отклонения от установленных физических законов; напротив, основной целью постулирования новых частиц, была необходимость избежать предположений, нарушающих установленные физические принципы закона сохранения энергии.

Теория Планка , квантовой лучистой энергии, широко приветствовалась, как творческая и революционная гипотеза, и, действительно, он совершил революцию в научном мышлении, наверное, одно из самых значительных изменений в точке зрения во всей научной истории, но это не изменило все существующие физические законы; он просто определил правильный набор существующих законов, применимых к данной конкретной ситуации. Законы науки, применимые к непрерывным явлениям, не применимы к явлениям, существующим только в дискретных единицах (материя, например). Что Планк и сделал, чтобы показать, что ранее существующие концепции радиации, как непрерывного явления, являются не правильными, и что она действительно существует в дискретных единицах. Известные физические законы, действующие на дискретные единицы, следовательно, применимы к радиации. Этот довольно прозаический способ описания инновации, едва ли не в полной мере отдал должное подвигу воображения, которое заставило Планка вырваться из узкой колеи установленной мысли, и разработать свою новую теорию, но это правильное изложение ситуации, тем не менее.

Еще одно осуществление научного воображения , гипотеза Кекула о бензольном кольце, которое, как говорят, было предложено в его сне, в котором он видел змею с хвостом в ее пасти. Вот еще одна смелая гипотеза, теперь прочно установленная, но совсем без поддержки эксперимента, когда первоначально была предложена. Опять же, это успешный продукт воображения, объяснение, которое заботится о специальной функции бензола и ароматических соединений в целом, в рамках существующей физической и химической теории, и не заключается в том, чтобы быть любым из принципов, применимых в других органических соединениях, не относящихся к ароматическим веществам.

Теперь давайте сравним оригинал постулата Бора с этими тремя весьма успешными творческими гипотезами. Во всех случаях гипотезы, в рамках рассмотрения, были полностью в отсутствии прямой поддержки, и трудно представить, что это более истинно Постулаты Бора отрицают обоснованность установленных физических законов, так далеко, как принимают обоснованность его атома. Его постулаты не просто описывают структуру теории, в порядке гипотезы нейтрино, или бензольного кольца, они создают совершенно новую структуру, полностью вне существующей системы.

Это очень подозрительная процедура, и весьма сомнительно, что результаты, полученные таким образом, могут быть признанны, если только на спекулятивной основе. Это, конечно, верно, что гипотезы Бора были приняты с почти неприличной поспешностью. Предложение ядерного атома изначально было в 1911 году. Два года спустя, в 1913 г., Бор вышел с его постулатами. Теперь зададимся вопросом, может ли быть утверждено на полном серьезе, что два года изучения, совершенно новой гипотезы революционного характера, которая затрагивает самые основные физические теории, достаточно, чтобы установить вне разумных сомнений, (1) , что новая гипотеза является правильной, и (2) что она не может быть размещена в существующих рамках физической теории?

Вместо того, чтобы требовать тщательного и исчерпывающего исследования всей ситуации, перед отказом от каких-либо определенных физических законов, физики быстро обняли теорию Бора, и это признание продвинуло ядерную гипотезу Резерфорда в фоновом режиме, произведя эффект освобождения ядерной гипотезы от дальнейшего допроса. Позже, когда неизбежные трудности возникали, они были приняты как указания на необходимость пересмотра некоторых идеи Бора, вместо того, чтобы быть признаны в их истинном значении, как результаты ошибочной основной гипотезы. И таким образом, изменения и пересмотры имеют продолжение, отступающее все дальше от реальности с каждым изменением, по-видимому, не подозревая, что вся сложная структура опирается на совершенно фиктивное основание.

Прежде чем перейти к другой стороне вопроса, можно также отметить, что отказ от создания физической основы, участвующей в гипотезе Бора и его преемников, является беспрецедентным в физической науке. Существует общая тенденция между современной атомной теорией и Теорией Относительности Эйнштейна, как концептуальной революцией аналогичного характера, но следует подчеркнуть, что гипотезы Эйнштейна имеют совершенно иной характер, и независимо от того, являются ли они на самом деле действительными, они не открыты для критических возражений, которые применяются к гипотезам Бора.

Эйнштейн не сказал, что свойства объектов, движущихся с большими скоростями, явления, которые не имеют отношения к законам, которые применяются для объектов, движущихся на относительно низкой скорости. По его постулатам, все объекты следуют точно по тем же законам, но выражения этих законов, ранее выведенные для объектов, движущихся на низких скоростях, упрощенные формы общепринятых выражений, и они действительны, просто в других терминах общего выражения.

За исключением того факта, что постулаты Эйнштейна применяются к некоторым из основных субъектов физической науки, и, следовательно, имеют необычайно далеко идущие последствия, они ничем не отличаются от многих других новых разработок в науке. Это, на самом деле, путь, по которому научное знание, как правило, развивается. Исследования в ограниченной области показывают, что явления в стадии рассмотрения образуют определенную модель поведения, и это принимает форму математического выражения этого поведения. Позже, эти исследования будут распространены на более широкие области, и обнаружив, что оригинальный рисунок представляет собой частный случай более общей закономерности, изменяя оригинал математического выражения, как правило, с помощью дополнительных условий, какое-то новое выражение может быть получено, что распространяется на всю область. Каждое из этих обобщенных выражений, включая Эйнштейна, должно оправдать себя в обычной манере, но эта процедура, по которой они развиваются, вполне разумна и логична.

Вывод, что "достижения наших чувств" влияют на диапазон применимости физических законов, еще одна из тех антропоморфных концепций, от которой наука пыталась высвободиться на протяжении веков. Нет никакого основания полагать, что мы занимаем любое привилегированное или уникальное положение в регионе, доступном нашему наблюдению, в любом случае, отделенном от остальной вселенной. Насколько нам известно, существует только одна вселенная, одна все объемлющая вселенная, и есть основания полагать, что законы, применяемые к любой части этой вселенной, распространяются на все области. Конечно, мы не оправдываем предположения, скорее наоборот, чтобы сохранить некоторые любимые теории от коллапса, теоретики, которые потерпели неудачу в своих попытках решить проблемы, с которыми они сталкиваются, по сути является тем, что сторонники современной атомной теории и просят нас сделать.

1 - 2

Усложнять просто, упрощать сложно