Электрона на самом деле не существует и вот почему
Очень часто в комментариях под моими материалами про электрон и попытку его исследования (которая пока что, увы, строится только на литературных обзорах источников разной степени достоверности) пишут, что мол - "Вот! Никакого электрона не существует совсем!" При этом речь идёт не про отрицание принадлежности электрона к стандартным частицам и его "мячикоподобность".
Отрицается сам факт существования некоторой субстанции, именуемой электроном. Давайте попробуем разобраться насколько серьезно стоит относиться к таким высказываниям и что говорит наука.
В первую очередь, хотелось бы отметить, что здесь действительно имеет место некоторое болото. Слишком большое количество теорий приводит к путанице, но именно что отрицать существование электрона мне кажется неправильным.
Как вообще узнали про существование электрона?
Электрон был открыт в 1897 году британским физиком Джозефом Джоном Томсоном в ходе эксперимента с катодными лучами. Мы уже касались этой идеи, когда обсуждали варианты моделей атома. Одна из первых моделей - это пудинг с изюмом, которую и предложил Томсон. Он предположил, что атом состоит из некоторой субстанции, внутри которой подобно изюму разбросаны электроны.
Открытие было сделано в результате изучения газового разряда. Занимаясь исследованием прохождения электрического тока через разреженные газы, учёный обнаружил электрон и определил его заряд.
Опыт Томсона заключался в изучении пучков катодных лучей, проходящих через систему параллельных металлических пластин, создававших электрическое поле, и систем катушек, создававших магнитное поле.
Было обнаружено, что лучи отклонялись при действии отдельно обоих полей, а при определенном соотношении между ними пучки не изменяли прямой траектории. Это соотношение полей зависело от скорости частиц. Проведя ряд измерений, Томсон выяснил, что скорость движения частиц гораздо ниже скорости света - таким образом было показано, что частицы должны обладать массой. Далее было выдвинуто предположение о наличии этих частиц и в атомах.
И вот тут уже появляется много вопросов. Если свести всё к упрощенному описанию, то Томсон пропускал через электрическое и магнитное поле что-то непонятно что и это что-то при определенном соотношении параметров вело себя странным образом. Из этого чисто логически было выведено умозаключение, что среди этих всех лучей есть какие-то там частички, а специфику частичек описали посредством косвенных факторов. Банально расчётным путём выявили, что если при таком-то значении напряженности поля частица отклоняется, то у неё такая то масса и масса вообще есть.
Специфический опыт, не правда ли?
Кстати тут бы стоило вспомнить ещё и Иоганна Эмиля Вихерта. По некоторым сведениям, его доклад с аналогичными выводами вышел аж на 4 месяца раньше выступления Томсона.
Что скажет современная наука?
Что же, идея электрона с тех пор неплохо закрепилась. Электрон вычленили из излучения, которое толком не могли описать и по косвенным признакам обозначили, что он там есть. Факт его существования сильно упрощал многие процессы. Скажем, описывать электрофизику стало значительно проще. Сформулировать понимание природы электрического тока тоже. Эта модель так и продолжает использоваться.
Современная наука описывает электрон как элементарную частицу, обладающую отрицательным элементарным электрическим зарядом. Электрон относится к классу фермионов - частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу Паули о запрете на нахождение двух одинаковых фермионов в одном квантовом состоянии.
С точки зрения квантовой механики, электрон имеет как волновые, так и частицеподобные свойства. Его поведение описывается уравнениями Шрёдингера или Дирака в зависимости от контекста.
Электроны являются носителями электричества в различных материалах и играют ключевую роль в электронных устройствах и электрических цепях. И важно тут отметить, что все модели, опирающиеся на эту логику, подтвердили свою правильность на практике. Точнее как правильность...Грубо говоря, компьютер работает благодаря умению рассчитывать всё через электроны. Но от того природа электрона яснее не стала.
Так может быть его можно просто увидеть?
Напрашивается самый правильный вариант, который должен был бы поставить точку во всех спорах. Если электрон есть, то его можно УВИДЕТЬ. Но на эту тему я уже подробно рассказывал в ролике про измерения.
Основная сложность в том, что все методики по сути косвенные и не далеко ушли от логики Томсона "нашёл что-то сам не понимаю что".
Увидеть в оптический микроскоп электрон технически невозможно. Длина волны света не позволяет работать с такими размерами частиц. Свет просто не фиксирует ЭТО. Как-то пощупать электрон тоже невозможно. По факту до настоящего времени самым объективным способом обнаружения считалось изучение следа от электрона в пузырьковой камере - это когда частичка пролетела и остался её трек. По кривизне этого трека мы определяем такие параметры, как заряд и скорость частицы.
С одной стороны, если по грязи проехал велосипедист и оставил характерный след, то мы можем предполагать, что тут действительно был велосипедист. С другой - велосипедист мог быть толстым или не очень. В красной майке или жёлтой. Информации из экспериментального метода мы получаем катастрофически мало. Вся методика лично у меня ассоциируется с поиском снежного человека по его следам - какие-то следы нашли, а кто ходил не ясно. И вроде как правильно думать, что вероятно снежный человек, а вроде и нет. Может быть мужик голый здоровенный искал речку.
Правда благодаря современным квантовым теориям и экспериментам, проводимым с использованием ускорителей частиц и других средств, мы имеем все более глубокое понимание природы электронов и их взаимодействия с другими частицами и полями. Электроны можно ускорять, что говорит о некоторой правильности обозначенного подхода. Но "пощупать электрон" всё равно нельзя. Только косвенные признаки.
И что же тогда такое "электрон"?
Электрон так и воспринимается наукой как неделимый лептон. Правда есть сведения, что при некоторых условиях эта неделимая субатомная частица всё-таки разваливается. Про это я рассказывал в этом ролике. Но всё это остаётся на уровне гипотезы и предполагает весьма "особенные" недостижимые условия. В теории он бы мог развалиться на холон, спинон и орбитон.
Так или иначе, электрон всё также присутствует в "современном" атоме как неделимая субатомная частица. Правда история его появления там продолжает быть относительно мутной. Поправьте меня в комментариях, но кажется Резерфорд в своё время обнаружил рассеяние альфа-частиц ядром атома, а вот электрон так и остался расчётным аля "для равновесия".
Оно стало примерно так
Современное понимание электрона исказилось довольно сильно и, мне кажется, это правильный путь. Те, кто регулярно следят за моей научно-популярной активностью наверняка обратили внимание на мой подход. Мне видится правильной модель устройства материи, которая заключается в наличии математического описания пространства, согласно которому распределяется энергия. Та или иная субатомная частица при этом является энергией определенной формы.
Примерно так и получается в современном описании электрона. С позиции квантовых полей электрон есть колебание одного из полей. Отсюда вам и странные свойства, и всякие корпускулярно-волновые дуализм. Это скорее волна, чем частица. А волна - это энергия в среде. Собственно, наука приходит к такому же мнению - электрон есть энергия в определенной форме её существования. Отсюда я склонен предполагать, что современная физика вполне неплохо описывает это явление.
Ах да, и модель атома Резерфорда, само собой, уже не актуальна, а согласно современной модели Шрёдингера всё примерно так и работает.
К чему же мы в итоге пришли?
На мой взгляд глупо отрицать существование электрона. Все расчёты, которые опираются на логику существования электрона, подтвердили свою правильность и проверены на практике. ЭЛТ-телевизоры или электронные микроскопы, где вместо света используется поток электронов неплохое подтверждение этого.
ЭЛТ-трубка
Кстати, факт того, что электроны ведут себя как свет, вполне себе позволяет рассматривать электрон, как квант поля или количество энергии.
По сути мы нашли что-то и свойства этого описали. Но что мы нашли до конца никому так и не ясно.
Я бы не отрицал существование электрона, но поставил бы вопрос о его реальном устройстве. Складывается впечатление, что мы работаем с каким-то "куском" некоторого поля, которое действительно ведет себя таким образом и поддаётся расчётам. Но это не есть исчерпывающая картина мира. Нужно продолжать исследования.
Часто используются термины "пучок электронов" и прочее. Но по сути мы работаем с пучком непонятно чего, которое удалось рассчитать.
Электрон - это точно не мячик для пинг-понга. Возможно даже и не частица. Скорее это квант энергии определенной формы, которая проявляется при взаимодействии с окружающим миром таким образом.
Те, кто говорят, что электрона нет, отчасти правы. Они выступают против человеческой глупости. Ведь стоит проработать источники и понимаешь, что реального обнаружения электрона толком и не было. Но зато в любом учебнике всё это описывается как должное. Даже тени сомнения не возникает. При этом если задать всего один вопрос "а как узнали, что этот электрон вообще есть?" всё валится.
Но и своим излишним нигилизмом эти ребята отрицают очевидное и оспаривают реальные закономерности, которые ОБЪЕКТИВНО подтверждают наличие чего-то, что мы называем электроном. Впрочем, проблема следует во многом из-за непонимания устройства материи. Ну и да - моё мнение про электрон: он есть.
👉 Все такие интересные статьи сначала выходят на моём ДЗЕНе, а ещё там публикуются все мои эксклюзивные материалы. Подписывайтесь!
⚡ Лучшие эксклюзивные материалы проекта в моём Telegram
И да, не забывайте подписаться в Пикабушке!
