РАЗМЕРЫ ОБИТАТЕЛЕЙ МИКРОМИРА

Все обитатели микромира – локализованные (ограниченные в пространстве) образования, поэтому размер каждого обитателя микромира и пределы его изменения - главная исходная информация, формирующая правильные представления о нём.

Существует международная система единиц, в которой даны названия множителям изменения физических величин [5]. Однако, в ней нет чёткого обозначения начала отсчёта. В результате названия множителей не содержат в себе интервал изменения величины. Чтобы они соответствовали интервалам изменения величины, необходимо ввести начало в шкалу её изменения. Тогда появляются диапазоны, которые формируют более чёткие представления о меняющихся размерах обитателей макро и микро миров.

Обычно за начало отсчёта берут ноль. Поступим и мы так же. Вводим в таблицу международной системы единиц ноль, как начало отсчёта, и сразу получаем диапазоны изменения величин с названиями, которые раньше соответствовали названиям множителей (табл. 1).

Таблица 1. Диапазоны изменения величин, их наименования и обозначения

Диапазон изменения	Наименование величин	Обозначения русское/междунар.
	йота
	зета	З/Z
	экса	Э/Е
	пета	П/Р
	тера	Т/Т
	гига	Г/G
	мега	М/М
	кило	к/k
	гекто	г/h
0,0-	дека	а/da
0,0	начало	Начало/Start (H/S)
	деци	д/d
	санти	с/с
	милли	м/m
	микро	мк/
	нано	н/n
	пико	п/p
	фемто	ф/f
	атто	а/a

Теперь понятие нано, например, характеризует не названиемножителя , а название диапазона изменения величины . Это важное новое свойство понятия нано повышает логичность его использования.

Поскольку в системе СИ в качестве единицы геометрической длины принят метр, то нано множитель - одна миллиардная часть метра. Одну десятую миллиардной части метра ( ) называют ангстремом. Если обитатель микромира имеет размер, равный 1000 ангстрем, то мы можем записать его так , а можем и так . Если же размер объекта микромира равен 0,001 ангстрема, то его можно записать так или так . Что же взять за основу, чтобы облегчить формирование представлений о размерах обитателей микромира? Опыт показывает, что удобнее всего все размеры записывать так, чтобы до запятой стояли простые числа от 1 до 9. В этом случае формируется чёткое представление о порядках размеров обитателей микромира и легче устанавливается диапазон, которому они принадлежат. Например, число означает, что размер объекта микромира равен трем миллионным метра и он соответствует нанодиапазону.

Отметим, что основными величинами в системе СИ являются: длина (L), измеряемая в метрах (м); масса (М), измеряемая в кг; время (Т), измеряемое в секундах (с); сила электрического тока (I), измеряемая в амперах (А); термодинамическая температура ( ), измеряемая в кельвинах (К); сила света (J), измеряемая в канделах (кд); количество вещества (N), измеряемое в молях (моль).

Остальные единицы измерений считаются дополнительными. Главное, что нам необходимо запомнить: энергия в системе СИ измеряется в джоулях (Дж), а в микромире используется внесистемная единица энергии электрон-вольт (эВ, eV). Один электрон-вольт равен .

Носителями тепла и информации являются, в основном, фотоны, которые излучаются и поглощаются электронами и протонами, поэтому они также - участники всех нанотехнологий, а их размеры изменяются (рис. 1) от атто диапазона до милли диапазона

Рис. 1. Шкала диапазонов изменения размеров обитателей микромира

Природа обитателей микромира такова, что все они изменяют свои геометрические размеры в определённых пределах [2]. Например, все параметры фотона: длина волны , равная радиусу , масса , частота колебаний и энергия , изменяются в интервале, примерно, 16-ти порядков ( ). Электрон в свободном состоянии всегда имеет строго постоянные параметры. Это постоянство обеспечивается совокупностью более 20 констант, управляющих формированием его структуры. Параметры электрона меняются только тогда, когда он находится в составе атома, молекулы или кластера. Протон – локализованное образование. В свободном состоянии он также имеет строго постоянные параметры. Они меняются только тогда, когда протон вступает в связь с нейтроном при формировании ядра. Нейтрон – также локализованное образование с постоянными параметрами, которые могут меняться при синтезе нейтронных кластеров [2].

Атомы, молекулы и кластеры (совокупности электронов, протонов нейтронов и молекул) – локализованные образования с меняющимися параметрами. Процессом изменения этих параметров управляют фотоны, излучаемые и поглощаемые электронами атомов и протонами ядер [2].

Мы уже отметили, что для облегчения формирования представлений о размерах обитателей микромира, желательно иметь названия диапазонов их изменений. Они появляются, если взять ноль (0) в качестве начала изменения диапазонов множителей системы СИ. В результате получаются и диапазоны, и их названия (табл. 1). В этом случае множитель превращается в диапазон изменения, который придаёт понятию НАНО обобщающий физический смысл.

Итак, мы ввели диапазоны изменения единиц, их наименования и обозначения (рис. 1). Используем эти диапазоны для представления размеров основных обитателей микромира: фотонов, электронов, протонов, нейтронов, ядер, атомов, молекул и кластеров, и таким образом свяжем эти размеры с системой СИ (табл. 1, рис. 1).

Введённый нами диапазон НАНО, соответствует параметрам обитателей микромира, изменяющимся в интервале м. (табл. 1 и рис. 1). Это - диапазон изменения размеров атомов, молекул и кластеров. Однако, атомы соединяют в молекулы электроны, а их размеры находятся в ФЕМТО диапазоне (табл. 1 и рис. 1). Теоретическая величина радиуса свободного электрона строго постоянна и равна . Она отличается от его экспериментальной величины в 6-м знаке после запятой . Размеры протонов, нейтронов и ядер находятся в ФЕМТО диапазоне . Носителями тепла и информации являются, в основном, фотоны, которые излучаются и поглощаются электронами и протонами. Их размеры изменяются от АТТО диапазона до САНТИ диапазона (табл. 1, рис. 1). Интересно отметить, что максимум излучения во Вселенной формируют фотоны с размерами . Это МИЛИ диапазон (табл. 1, рис. 1) [2].

Таким образом, мы придали более обобщающий физический смысл популярному греческому слову НАНО (карлик), но и в этом случае оно не охватывает все диапазоны изменения параметров обитателей микромира, поэтому логичнее было бы использовать для этого давно существующие понятия макромир и микромир, из которых следуют обобщающие названия «макротехнологии» и «микротехнологии».

Вполне естественно, что корректная интерпретация любого микротехнологического процесса невозможна без детальной информации об основных обитателях микромира: фотонах, электронах, протонах, нейтронах, ядрах, атомах, молекулах и кластерах. Анализу структур этих образований и их поведению посвящены два тома учебника «Теоретические основы физхимии микромира». Пятое интернетовское издание этого учебника размещению на сайте http://www.micro-world.su/ для свободного копирования. В нём показана глубина проникновения человеческой мысли в тайны микромира на данном этапе развития Земной цивилизации.

Считаем необходимым отметить ещё один важный факт. Неожиданно к научным проблемам микромира, которые мы решаем, присоединились и научные проблемы макромира. Так как теории, описывающие поведение обитателей микромира и макромира, взаимосвязаны, то анализ противоречий в старых теориях микромира показал, что некоторые из них являются следствиями ошибочности теорий макромира, считавшихся абсолютно правильными.

Ошибочным оказался закон равномерного движения тел - первый закон Ньютона, который гласит: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку приложенные силы не заставят его изменить это состояние» [3].Из этой формулировки следует, что сумма сил, действующих на равномерно и прямолинейно движущееся тело, равна нулю, что, как считалось, эквивалентно отсутствию математической модели, описывающей прямолинейное равномерное движение тела.

Более 300 лет все соглашались с ненадобностью математической модели для описания равномерного прямолинейного движения тела или его равномерного вращения, несмотря на явную потребность в такой модели. Если рассматривать равномерное прямолинейное движение автомобиля, то, двигаясь равномерно, он расходует топливо и совершает работу по перемещению автомобиля. Значит, существует сила, движущая автомобиль равномерно и совершающая работу. Из этого следует, что должна быть математическая модель для описания равномерного прямолинейного движения тела, в которую должна входить указанная сила и мы обязаны уметь рассчитывать её. Однако, более 300 лет существования динамики Ньютона, учёные не умели делать это.

В микромире равномерно и прямолинейно движется фотон – носитель информации и тепловой энергии. Так как фотон имеет массу, то согласно первому закону Ньютона сумма сил, действующих на него, равна нулю и мы лишаемся возможности описать прямолинейное и равномерное движение фотона и найти силы, движущие его с постоянной скоростью, близкой к 300000км/сек. Это явный и яркий пример нарушения принципа причинности. Следствие – равномерное прямолинейное движение фотона - очевидный факт, а причина, реализующая это движение, отсутствует в ортодоксальной физике.

Ошибка, сформировавшая такое представление, оказалась простой. Равномерное прямолинейное движение любого тела и любого материального объекта всегда следует после ускоренного движения, поэтому закон, описывающий равномерное движение любых материальных объектов нельзяставить на первое место. Равномерное движение материальных объектов всегда - следствие ускоренного движения. Поставка на первое место следствия затрудняет определение причины рождения этого следствия. Вроде бы просто, но человечеству потребовалось более 300 лет, чтобы увидеть и понять эту простоту, в которой скрывалось нарушение причинно-следственных связей.

Исправление описанной ошибки, привело к пересмотру законов динамики Ньютона, которая получила уже более точное название – Механодинамика [3]. Так как обитатели микромира имеют массы, электрические и магнитные поля, то невозможно описание их поведения и взаимодействий без знаний новых законом механодинамики, и мы будем пользоваться этими законами по мере надобности.

ФОТОН

Вводная часть

В ХХ веке считалось, что электромагнитное излучение формируется электромагнитными волнами Максвелла, состоящими из двух взаимно перпендикулярных синусоид, описывающих изменение напряжённостей электрического Е и магнитного Н полей (рис. 2). Однако, новые экспериментальные данные поставили такую структуру излучения под сомнение, так как она не позволяла получать ответы на многие вопросы, формирующие излучение. Поэтому пришлось вернуться к идее индийского учёного Бозе, который предположил в 1924 году, что излучаемое электромагнитное поле представляет собой совокупность фотонов, которую он назвал идеальным фотонным газом.

Английский учёный Алан Холден представил совокупность фотонов, формирующих волну, в виде шариков (рис. 3). В результате возникла задача выявления внутренней структуры шариков, формирующих такую волну. Но эта задача оказалась достаточно сложной.

Тем не менее, она была решена российской наукой и мы проследим последовательность её решения. Необходимость знания этой последовательности обусловлена тем, что на ней базируется вся последующая информация о формировании и поведении обитателей микромира. Поэтому изучению теории фотона надо уделить особое внимание. Её математическое содержание многократно проще математических теорий электромагнитного излучения, господствовавших в ХХ веке. Однако, образное представление физической сути, содержащейся в математических символах новой теории фотона, сложнее.

Рис. 2. Схема электромагнитной волны

Рис. 3. Схема фотонной волны длиною

В XX веке мало уделялось внимания пониманию физической сути излучений, поэтому сформировались условия, при которых математическое описание было поставлено на первое место. Мы же на первое место ставим формирование физических представлений о структурах и поведении обитателей микромира при их взаимодействиях, а математическое описание – на второе место.

Вполне естественно, что последовательность познания структуры фотона надо базировать на давно известных математических моделях, которые описывают его поведение в различных экспериментах. Поскольку фотонную волну (рис. 3) формируют корпускулы - фотоны, то теория, которая описывает их корпускулярные свойства, названа корпускулярной теорией фотона.