Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 50

В итоге, является ли процесс поднятия из плоского состояния (с нарушением симметрии) — самым простым процессом из возможных, которые могли произойти? Будучи связанным с образованием наиболее простой кристаллической решётки, причём наиболее простыми частицами среды вакуума, поднятие, с откалыванием всего одной грани — действительно представляется самым простым процессом, и вариантом образования вещества / кристаллизации вакуума.

Этот вариант, как самый простой — имеет своим следствием, дальнейшее образование таких объектов как атомы. В итоге, существование лёгких элементарных частиц, электронов, образующих электронные оболочки вокруг атомных ядер (где каждый протон — примерно в 1 836 раз массивнее электрона, а нейтрон — в 1 839 раз), — также представляется самым простым вариантом устройства вещества, и окружающего Мира. (В иных условиях, в других (менее вероятных) Мирах — вместо атомов могут существовать совершенно другие объекты).

Благодаря наличию атомов — возможно образование ионов и химические реакции (между атомами), приводящие к появлению молекул, камней, океанов и т. д.

Итак, почему наш Мир таков как есть? Потому что такое строение Мира, которое реализовалось — является наиболее вероятным = наиболее простым, что можно наглядно видеть из геометрии.

Аналогична — причина появления человека в крупной галактике (Млечный Путь), что также реализовалось как наиболее вероятное событие (т. к. число звёзд тут, по сравнению с соседними галактиками — огромно).

Человек мог появиться и в малой галактике, но это — менее вероятно, и не реализовалось. Так — и окружающий Мир, мог быть другим, но получился таким как есть, потому что этот, реализовавшийся вариант его устройства — наиболее прост (= вероятен), согласно наглядной геометрии (элементарных частиц и вакуума).

Далее: Итак, мы рассмотрели, в целом, общую картину Большого Взрыва, в связи с наглядными (постнеклассическими) представлениями об уровне вещества вакуума и элементарных частиц. При этом, детали, которые можно назвать (относительно) частными — были, естественно, опущены, а все процессы — рассматривались упрощённо (а некоторые моменты — ещё будут уточнены, позже). К рассмотрению уровня вещества вакуума и элементарных частиц, мы ещё будем возвращаться, далее, а сейчас — переходим к рассмотрению более высокого уровня вещества окружающего Мира, после атомных ядер, — т. е. атомов:

Атом — состоит из ядра и электронов, что можно наглядно видеть, и уже рассматривалось ранее, на примере атома гелия-4 (рис. 203). Беря в расчёт, что электрон не является ни точкой, ни твёрдым шариком, но обладает безграничными размерами, и является волной (на постнеклассическом этапе — нелинейной волной в кристаллической среде вакуума), электрон может, взаимодействуя сам с собой (самодействие) и с атомным ядром, образовывать стоячие волны, — основу атомных (электронных) орбиталей (при этом, в размере любой орбитали должно укладываться целое число т. н. волн де Бройля электрона (что является условием образования стоячей волны)). Это число — было названо главным квантовым числом (n) (одно из первых, открытых в квантовой механике).

Орбитали с одинаковым n — составляют т. н. электронные оболочки атома, см. табл. 64. Из табл. видно, что первая электронная оболочка атома состоит из всего одной, 1s-орбитали, на которой может расположиться два электрона с противоположными спинами, что можно наглядно видеть на рис. 214. Вторая электронная оболочка, как видно из табл. 64 — состоит из одной 2s- и трёх 2p-орбиталей, и содержит уже 8 электронов. Третья — 18. И т. д.

Таблица 64

Число электронов на оболочках в атоме (примечание: s, p, d, f, g — орбитали; их число — указано в скобках)

Рис. 214

Причину, почему на атомных оболочках находится именно столько электронов — можно усмотреть из предположения о симметрии энергоуровней атомных ядер и атомов (как уже, в целом, рассматривалось ранее). С другой стороны, эти числа (2, 8, 18, 32 и 50) — в точности соответствуют увеличению площади сферы, при возрастании её радиуса на одинаковую величину: Например, если радиус сферы, которая соответствует месту, занимаемому 2 электронами, увеличить в два раза — площадь сферы возрастёт в 4 раза (согласно известной формуле S = 4πr² = πd²), и т. о. на ней будет место для 8 электронов. Если радиус увеличить в три раза — площадь возрастёт в 9 раз, и будет место уже для 18 электронов (третья оболочка). И т. д., в четыре — для 32 (четвёртая оболочка), в пять — для 50 (на этой, пятой оболочке, уже имеются, пока неоткрытые, орбитали энергоуровня g, принадлежащие элементам за пределами (современной) таблицы Менделеева).

Как видно, на каждой сфере = в каждой электронной оболочке, всякому электрону — отводится одинаковый участок площади (например, если на сфере первой оболочки электрон занимает одну условную единицу площади, то на пятой электронной оболочке, он тоже занимает такую же единицу площади, но площадь сферы возросла в 50 раз, что даёт место 50-ти таким электронам). Если попробовать реально расположить электроны на сфере, например, как на рис. 215, — получим лишь отдалённое, сильно упрощённое представление о форме атомных орбиталей.

Рис. 215

Для вычисления формы атомных орбиталей, можно применить уравнение Шрёдингера (волновое уравнение), сформулированное ещё на неклассическом этапе. Это уравнение — есть способ расчёта формы орбитали, исходя из простейших исходных данных, таких как электрическое притяжение электрона и ядра, с учётом волновой природы электрона (описываемой волновой функцией), и т. п.

Уравнение даёт определённые формы т. н. сферических гармоник, которые можно получить и чисто геометрическими уравнениями — уравнениями сферических гармоник (уравнение Лапласа, входящее в состав уравнения Шрёдингера), для определения трёхмерной геометрии математической функции, привязанной к точке симметрии — см. примеры на рис. 216. Уравнение Шрёдингера — лишь конкретизирует случай сферических гармоник, в применении к атому.

1s-орбиталь, вычисленная по этому уравнению — имеет вид симметричной сферы (точнее, шара), с максимальной плотностью вероятности нахождения электрона — в центре ядра, см. рис. 217.

Рис. 216 ^[VII]. Сферические гармоники (соответствуют орбиталям: 1s (Y₀), 2p (Y₁), 3d (Y₂), 4f (Y₃))

Рис. 217 ^[VIII]. Срезы первых атомных орбиталей

Следующая, 2s-орбиталь, согласно уравнению Шрёдингера — имеет строение в виде вложенных друг в друга сфер, в т. ч. центрального пятна (центральной сферы), см. рис. 217. Понять образование такой формы орбитали, и ещё более сложных форм — можно по аналогии с другими примерами стоячих волн, например, стоячими волнами на поверхности мембраны (барабана), см. рис. 218–220.