9960226 К кольцу кольцо - весь мир налицо (из журнала "Юный Техник", №8, 1994 г., н/п)

9960226 К кольцу кольцо – весь мир налицо (из журнала "Юный Техник", №8, 1994 г., н/п)

"Как известно, у кольца начала нет, и нет конца", – пелось в популярной песенке. Но вряд ли ее создатели предполагали, что это суждение может быть распространено на мир электронов, атомов и молекул.

Ядро – "планета", вокруг которого вращается по орбите крошечный спутник – электрон. Так представлял себе атом водорода в начале нашего века известный английский физик Эрнест Резерфорд.

Модель хороша своей наглядностью. Поэтому ей и по сей день пользуются на уроках физики в школе. Однако ученые вскоре убедились, что на самом деле все в атомном мире обстоит далеко не столь просто. Во всяком случае, сегодня специалисты, говоря о делах атомных, чаще прибегают к такому понятию, как электронное облако. То есть, говоря иначе, согласно современным представлениям, электрон – не точка, а нечто туманное, размазанное по всей орбите.

Подобная точка зрения, согласитесь, не очень удобная. Попробуйте-ка, например, вообразить себе переход электрона с одной орбиты на другую, да при этом не забудьте, счет электронам у многих атомов идет на десятки...

Такова была лишь одна из причин, по которой Александр Кушелев, ныне руководитель общественной лаборатории "Наномир", решился на довольно рискованный шаг. Он предположил, что электрон – это электромагнитный луч, замкнутый в кольцо. Тогда для наглядности его можно смоделировать проволочным или пластиковым аналогом.

Кушелев сделал доклад на кафедре физики в Московском энергетическом институте. Но профессионалы с улыбкой объяснили ему, что до него уже многие шли по этому пути и приходили... в тупик. Подобную модель нельзя воспринимать всерьез хотя бы потому, что каждый электрон, как ныне хорошо известно, обладает моментом вращения – спином. Так вот, для твердого шарика и для кольца спин обязательно должен быть целым. На деле же, как показывают измерения и расчеты, спин у электрона равен 1/2.

"Кто-то вспомнил про знаменитый эксперимент Майкельсона, который отвергает существование светоносного эфира, – рассказывал сам Кушелев, – а мои идеи, дескать, льют воду на эфирову мельницу, и, наконец, посоветовал внимательнее читать школьные и вузовские учебники..."

Другой бы, возможно, на том и успокоился. Александр же стал искать факты, подтверждающие его предположения. Со временем он выяснил, что на эксперимент Майкельсона критики ссылались напрасно (подробно по этому поводу см., например, в "ЮТ" №11-12 за 1993 г. – ред.); опыты-то ученого свидетельствовали как раз в пользу существования эфира.

"Над проблемой полуцелого спина я ломал голову несколько месяцев", – вспоминает Кушелев. Разгадка была найдена с помощью эфиродинамики. Так некоторые исследователи называют область знания, которая пытается и сегодня исследовать эту субстанцию, особенности ее поведения.

"Когда выяснилось, что электрон – это половина процесса, преобразующего внутреннюю энергию эфира в электромагнитную, – продолжает Александр, – все стало на свои места. Ведь в таком случае должна существовать и вторая половина – поле электрона, с помощью которого производится обратное преобразование. А равенство выделенной и поглощенной энергии требует равенства спинов электрона и его поля. Сумма спинов равна единице, следовательно, спин половины процесса должен быть равен как раз 1/2. Физики могут быть удовлетворены..."

Впрочем, лично я, автор строк об идеях Кушелева, не думаю, что скептики так просто сдадут свои позиции. Вполне допускаю также, что в их опровержениях имеются свои резоны. Однако здесь хотелось бы заострить внимание читателя на другом.

Если помните, в самом начале мы толковали о наглядности. С этой точки зрения представления Кушелева и его соратника Дмитрия Кожевникова, на мой взгляд, не лишены привлекательности.

Еще когда Кушелев не знал, что спин замкнутого в кольцо луча-электрона не может быть полуцелым, он собрал из восьми колец восьмигранную оболочку атома кислорода. Получилась довольно симпатичная конструкция, которой весьма обрадовались... кристаллографы. Оказалось, они издавна для простоты рассуждений представляют атомы абстрактными многогранниками; так им проще строить кристаллические решетки. А тут новый способ наглядного представления, возможно, даже имеющий физический смысл.


Все эти полые спирали, шарообразные конструкции из колец представляют собой компьютерные модели атомов и молекул. Программу для их построения А. Кушелев составил, исходя из своих представлений об электроне.

Однако строить атомы и молекулы из цветных колечек – занятие, может быть и увлекательное, но весьма трудоемкое и длительное. Нельзя ли его как-то ускорить? Оказывается, можно. И тут на помощь, конечно же, приходит компьютер. Кушелев с Кожевниковым разработали компьютерную программу, которая позволяет очень быстро создавать подобные структуры на экране дисплея. А это, в свою очередь, привело к тому, что появилась возможность наглядно воссоздавать конструкции, состоящие уже не из десятков, а из сотен и даже тысяч колечек. Например, всего за несколько секунд компьютер по генетическому коду собирает пространственную структуру белковой молекулы.

Видите, модели, которые используют химики, весьма похожи на творения Кушелева

"Международная программа "геном человека" поставила целью полностью определить всю генетическую последовательность вида "Homo sapiens", – говорит Кушелев. – Так вот, наша программа по этим кодам сможет построить все 100 тысяч разновидностей белков человека. В том числе 2000 известных человечеству сегодня..."

Эту философскую игрушку придумал древнегреческий ученый Герон Александрийский, который жил 2500 лет тому назад.

Сделать ее несложно. Сначала надо заготовить колечки. Проще всего воспользоваться готовыми – подходящие кольца, например, продаются в магазинах галантереи для подвески ковров на стены. Если же готовых колец нет, можно сделать их самостоятельно. Для этого на трубку или круглый прут диаметром около 1.5 см плотно, виток к витку, намотайте проволоку толщиной 1...1.5 мм, а потом разделите кусачками получившуюся пружину на отдельные витки. Снимите заусенцы с их концов (лучше всего сделать это на наждаке) и пассатижами при сборке подогните проволоку так, чтобы зазор в кольце был минимальным.

Оптимальная длина цепочки Герона – 25...30 см; ее составляют примерно из 40...50 колец. Учтите, что возможны два варианта – левоспиральный и правоспиральный. Какой именно вы используете – дело вкуса, только не меняйте варианты по ходу сборки – уж если начали делать, скажем, левую цепочку, так и доведите ее до конца.

Теперь можно приступать к экспериментам. Поднимите цепочку в руке так, чтобы она вытянулась вертикально, а потом отпустите верхнее кольцо; кажется, что оно моментально сбегает вниз до самого конца. Но это зрительный обман. На самом деле колечки переваливаются по очереди; по цепочке таким образом сбегает волна колец.

Цепочка может нам продемонстрировать и то, как исчезают две противоположно заряженные частицы в процессе аннигиляции. Для этого достаточно взять цепочку двумя руками за противоположные концы и запустить колечки навстречу друг другу. Две волны, бегущие с разных концов, встретившись, исчезнут, взаимно поглощенные.

А что произойдет, если колечко пустить по кругу? Цепочку Герона ведь можно замкнуть, соединив последнее звено с первым. Получится модель... электрона "по Кушелеву".

Если мы зацепим "падающее кольцо" и потянем его вверх, то оно, при достаточном усилии, начнет подниматься, как бы демонстрируя нам противоборство механического напряжения и гравитации. Ведь для того, чтобы преодолеть силу тяжести, надо приложить какое-то усилие...

"Закатить" колечко вверх способны и центробежные силы инерции. Для этого достаточно взять цепочку двумя руками с обоих концов и крутануть, словно скакалку.

Наибольшее удивление непосвященных вызывает демонстрация попеременно опускающихся и поднимающихся колечек. Из рук при этом цепочку не выпускают, только меняют местами – то правую руку поднимают вверх, то левую. А по цепочке все бегут и бегут колечки. Откуда они берутся? Попробуйте догадаться.