Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Каким был бы Мир, если бы электрон был бозоном?...

     В конце последнего поста серии "Простая физика" задался вопросом "Как выглядели бы Вселенная и наш Мир, если у электрона не было бы полуцелого спина?". С точки зрения физика - вопрос идиотский. Но для проверки усвоения принципа Паули не физиками - нормальное упражнение. Частичные и вполне разумные ответы на поставленный вопрос дали videoelektronic и pacca343 . И поскольку к ним больше никто не присоединился, попытаюсь развить и дополнить их соображения. Разумеется, без детальных расчетов.
    Оговорюсь лишь, что дальше для краткости буду говорить Наш Мир, имея ввиду тот, в котором мы живем (с обычным электроном). И говорить Новый Мир, когда речь будет идти о Мире, в котором электрон не имеет полуцелого спина (стал бозоном), а протоны и нейтроны такие же, как и в Нашем Мире.
1. Ядра всех элементов таблицы Менделеева в Новом Мире останутся такими же, как и в Нашем Мире. Поскольку их синтез, как результат сильного взаимодействия протонов и нейтронов, идет в термоядерных реакциях в недрах звезд. А электроны в сильном взаимодействии не участвуют.
    2. На свойствах атомов водорода и гелия отсутствие у электрона полуцелого спина практически никак не скажется (пренебрегаем эффектами тонкого и сверхтонкого расщепления их энергетических уровней). Но атомы, начиная с 3-го номера таблицы Менделеева - лития, станут совсем другими. Ибо все электроны, не обремененные обязанностью соблюдать принцип Паули, будут садиться на самую нижнюю электронную оболочку в атоме. К чему это приведет?
       Номер элемента в таблице Менделеева равен электрическому заряду ядра атома. Чем больше заряд ядра, тем сильнее электроны притягиваются к нему. Тем меньше размер электронной оболочки. Единственной в Новом Мире. Тем меньше размер атома. То есть, размер атома в Новом Мире будет уменьшаться с ростом его номера в Менделеевской таблице. Насколько?
       Размер атома гелия меньше размера атома водорода примерно в 1,6 раза. Оба обладают одной электронной оболочкой. Но вдвое различающимся зарядом ядра. Если предположить, что при удвоении заряда ядра размер атома будет уменьшаться в 1,6 раза, то:
      атом бериллия (№ 4) в Новом Мире будет примерно в 2,5 раза меньше атома водорода,
      атом кислорода (№ 8) в Новом Мире будет примерно в 4 раза меньше атома водорода,
      атом железа (№ 26) в Новом Мире будет примерно в 9 раз меньше атома водорода. И так далее...
      Уже это означает, что недра планет и звезд будут в Новом Мире гораздо более стратифицированы. В частности, железо, медь, золото и многие другие металлы сконцентрировались бы существенно ближе к центру Земли. А на поверхности остались бы только элементы первых строк таблицы Менделеева.
      Но это не все. Энергия связи электрона в атоме гелия примерно в 1,8 раза больше, чем в атоме водорода.  Электрон из атома водорода можно выбить квантом мягкого ультрафиолета. А из атома гелия - квантом уже заметно более жесткого ультрафиолета. Отсюда ясно, что выбить электрон из последующих в таблице Менделеева атомов будет тем труднее, чем больше атомный номер этого элемента. В частности, взять электрон из атомов углерода, азота и кислорода в Новом Мире можно будет только энергией кванта рентгеновской части спектра.
     Последнее обстоятельство существенно затруднит образование даже хорошо знакомых нам простых молекул. А химию на более поздних элементах таблицы Менделеева мне вообще трудно себе представить. И, тем более, органическую химию и Жизнь.
  3. Кое-какие изменения должны произойти и в ядерной физике. Так, свободный нейтрон неустойчив и распадается на протон, электрон и антинейтрино. Закон сохранения спина в этом распаде должен соблюдаться. И в Нашем Мире соблюдается. Но в Новом Мире придется:
   а) либо сделать антинейтрино (и все остальные типы нейтрино) бозоном,
   б) либо запретить такой распад и сделать нейтрон вечным.
   Разумеется, и другие распады и реакции элементарных частиц с участием электрона должны как то измениться.
  4. Мы знаем, что в Нашем Мире сверхпроводимость обеспечивается куперовскими парами электронов. В Новом Мире в образовании таких пар необходимость отпадет. Поскольку электрон стал бозоном и на него принцип Паули не распространяется. Будут ли все металлы сверхпроводниками и при каких температурах будут ими - это вопрос.
  5. В Новом Мире не будет белых карликов (звезд). Которые в Нашем Мире держатся на давлении вырожденного электронного газа. Будут только обычные звезды, нейтронные звезды и черные дыры.
  Разумеется, этот перечень отличий Нового Мира от Нашего заведомо не полон. Буду рад дополнять его вашими, друзья, соображениями.
Tags: Физика на пальцах
Subscribe
promo moralg march 5, 2018 03:01 43
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments