Излучает ли вращающееся заряженное кольцо?

[Mase]

В реальном атоме, электроны не излучают. Это одно из мест, где КМ стартовала как теория, а классику с планетарным движением электронов-частиц признали недееспособной. Рассмотрим, можно ли объяснить это классически?

Для классического объяснения неизлучения атомом, могу предложить отказаться от точечного заряда. А электрон, например, представить в виде заряженного распределенного колечка, вращающегося воркуг своей оси с протоном в центре атома.
Т.е. кругового тока. Но летает не частица, а именно такой ток с непрерывной равномерной плотностью заряда.
Он будет иметь магнитный момент, но не будет излучать!. Так как плотность тока в кольце не меняется со временем ни в каком сечении.
Следовательно, магнитное поле постоянно, значит оно не меняется во времени и нет излучения.
Как пример, возьмем индуктивность - один или несколько витков провода с постоянным током в цепи - излучения в такой системе нет. Ток круговой - потери только омические. Магнитное поле в сверхпроводящем кольце может удерживаться неизмеримо долго.

С другой стороны, как контрпример, в синхротроне, пучок частиц движется по кругу и излучает. Но тот пучок во-первых - не непрерывен, а состоит из отдельных частиц-облаков, которые уже локализованы и их размеры уже малы по сравнению с размером круга вдоль которого они движутся, и вращается постоянно находясь под неравномерным и нестационарным ускорением. Это не совсем то. Мы отказываемся локализовать заряд в примере выше. А здесь уже манипуляция его конфигурацией.

Конечно, это упрощение, но можно допустить более общее утверждение, - любое вращающееся так или иначе заряженное облако с распределенной массой и зарядом, в котором в любом сечении плотность тока стационарна, не вызовет генерации излучения.
Т.е. облако не обязано быть кольцом, оно лишь должно иметь стационарную форму, и собственное перетекание плотности заряда и массы в сечении кольца, создает инерциальные и электромагнитные силы, удерживающие его падение на ядро атома. циклическое вращение заряда создаст магнитный момент/спин.
Почему так можно считать - потому что постоянный ток создает постоянное магнитное поле (не переменное, как с электроном-частицей), что не может служить основой для излучения и потери энергии.

Тем самым, подобрав допустимую конфигурацию этого облака, мы возможно, получим моды электрона или классический аналог КМ состояний электрона в атоме. Т.е. s, p и другие орбитали (моды резонатора). (Надо экспериментировать)

Получается сложный классический резонатор с модами, переключение которых, нарушает стационарность системы и вызвает излучение или поглощение. Энергия излучения или поглощения определяется разницей энергий этих мод. Все прямо как в КМ. Все вполне непротиворечиво на первый взгляд, но это не КМ.

Конечно, это просто идея, и наверное, уже рассматривалась как таковая и раньше, но как тут реализовать/объяснить "принцип Паули" и другие эффекты, я еще не думал.

Но тут уже можно попытаться использовать классические уравнения для описания электрона, как заряженного облака для моделирования атома.
Все классическое и познаваемое в такой модели. В КМ - многое непознаваемо и случайно.
Эволюцию такой системы можно попробовать численно смоделировать, не заморачиваясь пока излишними допущениями.

* * *

Итак, главный вопрос: Будет ли кольцо с равномерным неквантованным распределенным зарядом, стационарно движущимся вокруг оси, излучать?
Если нет, то претензии классике для описания атома могут быть ослаблены, забудь мы об электроне-точке и перейдя к его распределенному описанию.

[Mase]

А как тогда выглядит квантовый переход в вашей схеме?

Если под переходом имеется в виду излучение/поглощение "фотона".
То фотонов тут нет, это просто переключение электронного облака с одной стационарной моды на другую. Как раз это момент нестационарности плотности тока, что приведет к вынужденному излучению или поглощением ЭМ энергии из классической электродинамики. Причем энергия эта точно квантуется, как разница энергий различных мод вот такого классического резонатора. Какие будут тут моды - вопрос. Возможно, это можно смоделировать. Возможно, этот вопрос уже давно решен.

То что, я указал в предыдущем посте заряженное кольцо - это как простой случай для понимания сути - необязательно это кольцо, лишь бы это заряженное облако было стационарным и устойчивым, тогда оно не будет излучать и будет стабильным.

Пока это все условно и лишь идея. Я не против КМ представлений, но монопольность описания квантовой механики на текущий момент мне не нравится, и я пытаюсь адаптировать классическую физику, чтобы можно было описать атомные явления. Вдруг из этого что-то выйдет.

[wandarer]

Ну тогда вы и против химии. Как известно из квантовой механики некоторые электронные облака вокруг атомов обладают гантелевидной формой и при этом электроны в атомах не излучают. В свою очередь форма электронных облаков и их расположение объясняют валентность атомов. Так что круговыми орбитами ограничиваться нельзя. Да и откуда у атомов тогда возьмется объем, если вращение идет в одной плоскости? Или вы считаете что круговой ток может прецессировать?

[Mase]

Ну тогда вы и против химии. Как известно из квантовой механики некоторые электронные облака вокруг атомов обладают гантелевидной формой и при этом электроны в атомах не излучают. В свою очередь форма электронных облаков и их расположение объясняют валентность атомов. Так что круговыми орбитами ограничиваться нельзя. Да и откуда у атомов тогда возьмется объем, если вращение идет в одной плоскости? Или вы считаете что круговой ток может прецессировать?

Нет, совсем не против химии.
Я же указал выше, что кольцо - это только простейший пример конфигурации электрона, чтобы показать (с использованием классических рассуждений), почему распределенный электрон может не излучать. 

Форма же облака может быть произвольная, не обязательно кольцо. Лишь бы она была стационарной во времени. Это "условие неизлучения".

Наверняка есть и другие условия, что электрон имеет фиксированный суммарный заряд. Это и другие ограничения могут наложить отпечаток на допустимые моды такого нелинейного резонатора (или орбитали).

Вот гантелевидное облако, например, если оно стационарно и не меняет свою форму во времени, а перетекание заряда в нем идет по определенным стационарным потокам, то это не противоречит предложенной идее. И такая форма имеет право на существование.

Хотя согласен, что идея сырая. Но отличие от прежней классики заключается только в том, что мы отказываемся от электрона-точки.
Заменяем его облаком. С "электроном-точкой" это приводило к тому, что электрон бы неизбежно упал на ядро за счет излучения. Это и было одним из доводов, почему создали Квантовую Механику. А тут он может и не излучать.

Надо моделировать и экспериментировать. Возможно, что решение совпадет с квантовомеханическим для плотности вероятности гантелевидной формы, но объяснение будет классическим.
Если это случится, то это означает, что функция плотности вероятности - это просто физическое поле. Тогда это натолкнет на серьезные раздумия....

[wandarer]

... это означает, что функция плотности вероятности - это просто физическое поле. Тогда это натолкнет на серьезные раздумия....

У А.Г.Кирьяко: http://www.partphys.envy.nu/Russian/Oglavlenie_knigi.htm несколько другая интерпретация функции плотности вероятности. Советую прочитать.

[Mase]

... это означает, что функция плотности вероятности - это просто физическое поле. Тогда это натолкнет на серьезные раздумия....

У А.Г.Кирьяко: http://www.partphys.envy.nu/Russian/Oglavlenie_knigi.htm несколько другая интерпретация функции плотности вероятности. Советую прочитать.

Спасибо, кстати, ссылка не открывается, почему-то.

[wandarer]

У меня Internet Explorer 6.0 с безопасностью Зона Интернет свободно открывает. На компьютере еще должен быть установлен Adobe Reader - у меня установлена версия 7.0.1.

[Пенелопа]

Даже если ограничится водородом, и забыть про зачем-то фиксированные орбиты, то в классике все равно ничего не получится. 
  Потому, что если кольцо не будет вращаться оно упадет на ядро атома. Его притянет.  Если будет    вращаться, то это тоже самое, что вращение планет (тот же закон 1/r²),   и мы знаем, что кольцо неустойчиво из-за приливных сил. Кроме этого вращающееся кольцо, и там будет ток, а значит оно бужет излучать тепло и терять свою энергию. 

Не говоря уже о том, что электрон не может в классике менять форму, а в теорией проводимости,в  кристаллах и прочем электрон не может иметь такую форму,  а главное - размеры.

[Хартиков Сергей]

     Цитата Mase: "Как пример, возьмем индуктивность - один или несколько витков провода с постоянным током в цепи - излучения в такой системе нет. Ток круговой - потери только омические. Магнитное поле в сверхпроводящем кольце может удерживаться неизмеримо долго."

     Вообще-то, обычное кольцо с током, конечно, излучает. Просто скорости не те, и потери на излучение неизмеримо малы, поэтому ими пренебрегают в элетротехнических расчетах. Скорость электронов проводимости в проводнике - миллиметры в секунду.

[Тать]

Хартиков Сергей

Вообще-то, обычное кольцо с током, конечно, излучает. Просто скорости не те, и потери на излучение неизмеримо малы, поэтому ими пренебрегают в элетротехнических расчетах. Скорость электронов проводимости в проводнике - миллиметры в секунду.

Прочитайте заголовок темы: кольцо вращается. Как обычно в умозрительных опытах можем принять скорость любой. Если линейная скорость 1 км/сек, что вполне достижимо, будет ли и как и сколько излучаться?

[Mase]

Ув. Сергей, спасибо за проявленное внимание к этой теме.
Вначале напомню также, что мы рассматриваем только классический способ объяснения, и КМ пока не применяем. Просьба участникам к ней не аппелировать. Просьба также не аппелировать к другим экспериментам, это просто сырая идея и пока рассматриваем только этот частный случай. Если все окажется правдоподобным, то можно перейти к рассмотрению других аспектов.

     Цитата Mase: "Как пример, возьмем индуктивность - один или несколько витков провода с постоянным током в цепи - излучения в такой системе нет. Ток круговой - потери только омические. Магнитное поле в сверхпроводящем кольце может удерживаться неизмеримо долго."

     Вообще-то, обычное кольцо с током, конечно, излучает. Просто скорости не те, и потери на излучение неизмеримо малы, поэтому ими пренебрегают в элетротехнических расчетах. Скорость электронов проводимости в проводнике - миллиметры в секунду.

Все правильно, ОБЫЧНОЕ макроскопическое проводящее кольцо будет излучать, поскольку это макроскопический объект и электроны там локализованные сущности. Вы правы. И если поставить наблюдателя (классического) рядом с аким кольцом, то он может зафиксировать пролет/проплывание одного заряда, потом другого. Тем самым поле становится переменным изза нестационарности тока. Будет дробовой ток.
Также и в атоме, где электрон принимается за частицу. Она (частица-электрон) по периодическому закону то приближается к любой выбранной точке (с наблюдателем в ней), то удаляется от нее. Тогда, в этой точке будет переменное ЭМ поле, которое обязано излучать, просто потому, что оно переменное. Т.е. указанные выше примеры, с макроскопическим ОБЫЧНЫМ кольцом, были неудачные. Именно по этой же причине излучает и синхротрон.

Но мы рассматриваем качественно другую ситацию. Мы отказываемся от электрона-точки и считаем его облаком распределенного непрерывного заряда. Ну, например, то же кольцо или другие подходящие конфигурации (какие именно - это вопрос на потом).
И, если наблюдатель находится вблизи одиночного атома с вращающимся распределенным стационарным зарядовым полем, то плотность тока зафиксирована для любой точки пространства и постоянна во времени.
Следовательно, в точке наблюдателя, какой бы мы ее не выбрали, всегда будет постоянное магнитное поле, а не переменное.
Следовательно, тут нет излучения до тех пор, пока стационарность определенной моды (орбитали) не нарушена.
Как только стационарность нарушается, происходит излучение или вынужденное поглощение ЭМ энергии. Орбиталь меняет при этом конфигурацию с изменением своей энергии. Причем, полагая, что зарядовое облако остается на атоме, то энергия излученного ЭМ пакета будет строго эквивалентна разности энергий двух мод.

И, первое, что было в качестве аргумента против классического объяснения строения атома , т.е. парадокс о падении электрона на ядро за счет потерь на излучения имеет шанс быть объяснен таким вот способом. Конечно, это сырая идея. Но это только начало. Если народ согласится с этим, можно будет начать двигаться дальше.

[lapay]

Дипольное излучение атома (вероятность квантового перехода), в первом приближении, хорошо описывается классической формулой "падения" точечного электрона на атом. Если дипольный переход, по каким-то причинам запрещён, то атом может излучить фотон по квадрупольному, или какому-либо ещё мультипольному механизму. В этом случае действительно, формально, электрон как-бы распадается на две, четыре, и так далее частиц. В предельном случае бесконечного мультипольного излучения (заряженного облака) излучения нет.
Квантовая механика отличается от классической только квантованием действия. Но это отличие чрезвычайно существенно именно в области малых квантовых чисел (например, атоме), поэтому все попытки ещё более, чем это возможно, свести КМ к классической, безрезультатны.

[Mase]

Дипольное излучение атома (вероятность квантового перехода), в первом приближении, хорошо описывается классической формулой "падения" точечного электрона на атом. Если дипольный переход, по каким-то причинам запрещён, то атом может излучить фотон по квадрупольному, или какому-либо ещё мультипольному механизму. В этом случае действительно, формально, электрон как-бы распадается на две, четыре, и так далее частиц. В предельном случае бесконечного мультипольного излучения (заряженного облака) излучения нет.
Квантовая механика отличается от классической только квантованием действия. Но это отличие чрезвычайно существенно именно в области малых квантовых чисел (например, атоме), поэтому все попытки ещё более, чем это возможно, свести КМ к классической, безрезультатны.

Ув. Лапай, давайте пока раберемся с фактом, можно ли сделать электрон-облако неизлучающим?.
Сейчас пока я хочу лишь показать, что классическое стационарное заряженное облако может не излучать, лишь бы оно было стационарно (плотность тока как количества заряда в единицу времени в любом выбраном сечении постоянно и не меняется со временем).
Жду подтверждения от всех желающих или контрпримеры, но только классические. Особенно от таких "сильных" участников форума, как Хартикова С. и ему подобных.

Как только этот вопрос мы закроем, т.е. скажем "Да" или "Нет". Если скажем "Нет", то тему нет смысла развивать дальше.
Если "Да", то тогда будем рассматривать теперь его возможные моды электрона-облака, их устойчивость
и процесс генерации/приема ЭМ излучения (переключения мод). Тогда мы вернемся к Вашему утверждению. Также рассмотрим потом по мере продвижения и "приливные силы" (Пенелопа), и др. возможные замечания. Но давайте все делать постепенно. Иначе запутаемся.
Первое же принципиально доказанное "НЕТ" закроет вопрос. Но пока мы на него еще не наткнулись, но и гнать вперед не стоит.

[Пенелопа]

Сейчас пока я хочу лишь показать, что классическое стационарное заряженное облако может не излучать, лишь бы оно было стационарно (плотность тока как количества заряда в единицу времени в любом выбраном сечении постоянно и не меняется со временем).

А вопрос  оно будет ли оно стабильно Вас не интересует?   Этот вопрос изучлся в механике небесных тел.  Нельзя иметь стабильное кольцо.

[EvilShurik]

А если предположить, что электрическое поле вблизи ядра атома имеет луковичное строение? Области где поле максимально, чередуются с областями, где оно отсутствует? Электрон находится как раз на таком максимуме? Тогда его положение будет стабильным. Дискретность поля может быть связана с солитонной природой электромагнитного взаимодействия.

[интурист]

Ну ,зарядите вы железку и разберитесь излучает она или нет.

[lapay]

В пользу "размытия" электрона в кольцо или сферу свидетельствует существование спин-орбитального взаимодействия в атоме водорода. С классических позиций спин электрона-точки (заряженный волчок) не может взаимодействовать с неподвижным ядром, а он взаимодействует.
С другой стороны, это взаимодействие можно описать через прецессию Томаса, приводящей ( в системе отсчёта вращающегося электрона) к дополнительному уменьшению (или увеличению - это спорный вопрос) вращения ядра, и определённому взаимодействию, через магнитное поле, со спином электрона.
Такое объяснение должно приводить к определённым релятивистским экспериментальным последствиям - регистрации магнитного поля вращающимся, вокруг заряженной сферы, кольцом.

[Mase]

Я полагаю, что мы все согласились, что если плотность тока в электронном облаке стационарна - то оно не будет излучать. Закроем этот вопрос.

Сегодня пересмотрел курс КМ (University Physics, Sears and Zemansky).

Уравнение Шредингера, которое должно описывать поведение частицы, в некотором смысле, оно эквивалентно описанию поведения струны (в одномерном случае). Т.е. распределенного объекта с распределенной плотностью и жесткостью. Со двойной производной. Если граничные условия заданы, то есть соответствующие моды КМ частицы, как и у гитарной струны. (Без рассмотрения эволюции во времени)

Теперь, если посмотреть на электронное облако - оно тоже имеет распределенную массу и заряд. Причем, если есть флуктуация его плотности заряда-массы, то возникает кулоновская сила, которая противодействует ей. Полагая отношение плотности заряда к плотности массы облака постоянным (? ? ?), мы тоже имеем некоторую жесткость в распределенной системе, наподобие того,что мы имеем в струне.
Тогда, возможно, поведение такого облака в присутствии ядра атома будет описываться уравнением, аналогичным уравнению Шредингера. Хотя надо все честно проверять - руки еще не дошли.

Можно попробовать численно классически смоделировать облако-электрон из большого набора малых элементарных зарядов (микроэлектронов) - все параметры для данной задачи известны - просто планетарный полет множества заряженных точек с учетом всех взаимовзаимодействий между ними.
Запустить тучу микроэлектронов. При отсутствии макроскопической стационарности по тому или иному критерию - создавать вязкую силу, аналогичную ЭМ излучению - т.е. торможению соответсвующих микрочастиц. Тогда вся система сэволюционирует к некоторому стационарному решению, при котором вся лишняя энергия будет считаться рассеяной в излучении.

[lapay]

Если в атоме водорода электрон рассмотреть как облако из большого количества частиц, то это должно отображаться через существование нелинейного кулоновского взаимодействия электрона самого с собой. Этого нет. В классической механике нет предела падения точечного  электрона или электронного облака на ядро - падение будет продолжаться до полного исчезновения электростатического поля.

[Mase]

Если в атоме водорода электрон рассмотреть как облако из большого количества частиц, то это должно отображаться через существование нелинейного кулоновского взаимодействия электрона самого с собой. Этого нет. В классической механике нет предела падения точечного  электрона или электронного облака на ядро - падение будет продолжаться до полного исчезновения электростатического поля.

Я предложил дискретизацию облака только в целях моделирования эволюции облака на PC. Конечно на самом деле, пока "микроэлектроны" не предполагаются. Так то оно подразумевается непрерывным.  Это просто для простоты моделирования
Правильнее было бы рассмотреть уравнения и изучить его аналитически (или найти численные решения, но другим способом, методом конечных элементов, каким-нибудь подгоном решения или др.). Если оно совпадет со Шредингеровским, то это было бы неплохо. А внутреннее взаимодействие в облаке обязано быть. Так как заряд и масса его распределены - это сугубо нелинейная сущность - есть внутреннее кулоновское взаимодействие (что как раз необходимо для комптон-эффекта).