Грандиознейшая мистификация

Переход.....Назад

Грандиознейшая научная мистификация:
кто ее разоблачит?

к.т.н. Мамаев А. В.

Речь далее пойдет об опытах Эллиса - Вустера, описанных в статье 1927 г. (оригинал на английском языке Ellis C. D., Wooster W. A. The average energy of disintegration of Radium E // Proc. Roy. Soc. - 1927.- v. 117.- p. 109 - 123. см. здесь ellis.zip (635 KB), перевод на русский язык см. здесь статья Эллиса и Вустера "Средняя энергия распада радия Е" ).

После заглавия обсуждаемой статьи написано, что C. D. Ellis является доктором философии (Ph. D.) и лектором Кембриджского ун-та, а W. A. Wooster является студентом (B. A. Charles Abererombie Smith Student of Peterhouse, Cambridge)

В конце статьи ее авторы выражают благодарность (за непрерывную поддержку и помощь) профессору, сэру Эрнесту Резерфорду (1871-1937), который в 1925-30 был президентом Лондонского королевского общества (содействия естествознанию) и по совместительству директором Кавендишской физической лаборатории (с 1919), а также (за помощь в подготовке источников радия Е и за исследование гамма-излучения радия Е) мистеру Астону.

Выписка из книги Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. – 2-е изд. - М.: Наука, 1983, 400 с.:

C. D. Ellis (Эллис Чарльз Друммонд) (1895-1980) – английский физик, член Лондонского королевского об-ва. Родился в Лондоне. Окончил Военную академию в Вулвиче и Кебриджский ун-т, работал в Кавендишской лаборатории. В 1936-46 – профессор Лондонского ун-та, в 1945-65 – директор “Финанс Корпорейшн Индастри”. Научные работы посвящены атомной физике, радиоактивности, фотоэффекту. Совместно с У. Вустером выполнил (1927) измерения средней энергии электронов в бета-распаде (опыты Эллиса-Вустера). Измерил скорости фотоэлектронов, выбиваемых под действием излучения высокой частоты, и подтвердил закон фотоэффекта Эйнштейна в области высоких частот (для видимых и ультрафиолетовых лучей справедливость его доказал Р. Милликен).

W. A. Wooster (Вустер Уильям Альфред) (1903) – английский физик. Родился в Лондоне. Окончил Лондонский (1924) и Кебриджский (1925) ун-ты. В 1928-60 работал в Кебриджском ун-те, с 1947 – директор “Кристал Стракчерс лимитед”. Работы посвящены изучению естественной радиоактивности, рентгеновских лучей, физике кристаллов. Совместно с Ч. Эллисом выполнил (1927) измерения средней энергии электронов, освобождающихся при бета-распаде.

Примечание Мамаева А. В.: Каким студентом в Кембридже был У. Вустер в 1927 г., если он закончил Кебриджский ун-т в 1925 г.? Есть два варианта: или помощь сэра Э. Резерфорда заключалась в том, что он 2 года держал под сукном давно выполненную работу, не допуская ее публикации в трудах того самого Королевского общества, президентом которого он тогда был, или в справочниках указывают неправильный год окончания У. Вустером Кембриджского ун-та, чтобы придать большую значимость результатам опытов Эллиса-Вустера. Ведь если одним из авторов столь важной статьи является еще не дипломированный специалист, то и доверие к ней совсем не такое, какое будет в том случае, если опыты выполнены научными “зубрами”.

1. Значение опытов Эллиса - Вустера

Поиск в Интернете по словам “Эллис, Вустер” позволяет получить такую информацию (см http://doklad.ru/monika/doklad/view/zip-6138-2.html ). Автор приведенных ниже слов, написанных в 1997 году, - аспирант кафедры физики Елецкого Государственного педагогического института Устюжанин Роман Юрьевич.

<<Если механизм возникновения альфа- и гамма-излучения без особых трудностей был объяснен квантовой механикой, то испускание бета-частиц (электронов) оказалось одной из труднейших для понимания проблем ядерной физики. Действительно, при альфа-распаде ядро атома испускает альфа-частицу, представляющую собой ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Таким образом, при альфа-распаде не образуется новых частиц, поскольку и протоны и нейтроны уже имелись в ядре. Был понят и процесс гамма-излучения, при котором из ядра вылетала новая (не бывшая, ранее в нем) частица - гамма-квант (фотон). Он был связан с тем, что путем гамма-радиоактивности ядро атома освобождалось от избыточной энергии аналогично тому, как рождался фотон в атоме при переходе электрона с верхней орбиты на нижнюю. Как альфа-, так и гамма-радиоактивность протекала в полном соответствии с законом сохранения энергии, импульса и момента количества движения.

Что же касается бета-распада, то это явление оказалось значительно более сложным и поставило перед учеными ряд проблем. Прежде всего потому, что при этом виде радиоактивности из ядра вылетает ранее не находившаяся там бета-частица - электрон. Когда к этому явлению были применены законы сохранения, то выявилась совершенно необычная ситуация: энергия, импульс и момент количества движения начального ядра не были равны, импульсу и моменту количества движения продуктов распада вновь образовавшегося ядра и испущенного электрона. Баланс указанных величин не только почти никогда не сходился, но и каждый раз давал различную величину. Ядро одного и того же радиоактивного изотопа испускает электроны различной энергии, начиная от некоторой максимальной до нулевой. При этом оказывается, что образующееся конечное ядро имеет всегда одну и ту же энергию. Начальное же ядро, превращаясь в результате радиоактивного распада в новое ядро, теряет одну и ту же энергию, в точности равную максимально возможной энергии испущенного электрона. Возник, естественно, вопрос: куда девается энергия в тех случаях, когда энергия электрона меньше максимальной?

Это был отнюдь не единственный сюрприз, преподнесенный физикам бета-радиоактивностью. Когда подсчитали импульс исходного ядра и его момент количество движения и сравнили с импульсом и моментом количества движения вновь образовавшегося ядра и электрона, то оказалось, что и здесь баланс не сходится. Таким образом, в процессе бета-распада как будто нарушались все три классических закона сохранения, между тем как во всех других известных явлениях микромира они неукоснительно соблюдались.

Для объяснения загадки бета-распада было предложено много гипотез, имеющих в настоящее время лишь, исторический интерес. В 1922 г. Л. Мейтнер предложила, что бета-электроны растрачивают часть своей энергии внутри атома, когда пролетают через его электронную оболочку. Эта гипотеза подверглась строгой опытной проверке в 1927 г. Эллисом и Вустером. Опыт этих ученых состоял в следующем: радиоактивный препарат RаЕ в толстостенной свинцовой оболочке помещался в медный калориметр. Количество энергии, выделенной препаратом за определенный промежуток времени, точно измерялось. Согласно гипотезе Мейтнер следовало ожидать, что средняя энергия, приходящаяся на один акт распада, должна была бы равняться максимальной энергии в бета-спектре. В действительности же эта энергия оказалась равной средней энергии, составляющей около одной трети от величины граничной энергии бета-частиц. Еще более тщательные опыты, осуществленные в 1930 г. самой Мейтнер совместно с Ортманом, подтвердили результат Эллиса и Вустера. Таким образом, вновь было установлено, что часть энергии ядерного превращения бесследно исчезает.

Единственным выходом из положения представлялось допущение о том, что в процессе бета-распада закон сохранения энергии нарушается. Именно такой выход и предложил Бор в 1930 г. Гипотеза Бора, как и рассмотренная выше, заключалась в предположении, что закон сохранения энергии нарушается в элементарных актах бета-распада, но выполняется статистически для достаточно большого числа таких актов. Во имя решения одной проблемы Бор предлагал столь большую жертву, что если бы она оправдалась, то это означало бы по существу крушение не только физики, но и всего естествознания в целом. Ибо с момента признания закона сохранения и превращения энергии как основы физического естествознания науке не был известен ни один факт, который противоречил бы этому закону. После исследований Комптона и других физиков не было сомнений в выполнении этого закона и в области микромира.

Гипотеза Бора о статистическом выполнении закона сохранения энергии в бета-распаде была опровергнута в 1933 г. опытами Эллиса и Мотта.

Сразу же после появления она (гипотеза Бора) встретила дружные возражения физиков. Уж слишком велика была жертва. Один из основоположников современной теории бета-распада швейцарский физик В. Паули писал по этому исподу: "На мой взгляд, эта гипотеза не только неудовлетворительна, но даже недопустима. Прежде всего, в этих процессах электрический заряд сохраняется, а я не вижу оснований считать сохранение заряда более фундаментальным, чем сохранение энергии и импульса".

В 1931 г. на физической конференции в Пасадене Паули доложил ученым о своей интерпретации бета-распада: "Законы сохранения выполняются, так как испускание бета-частиц сопровождается проникающей радиацией из нейтральных частиц... Сумма энергий бета-частицы и нейтральной частицы..., испущенных ядром в отдельном акте, равна энергии, соответствующей верхней границе бета-спектра. Само собой разумеется, что мы допускаем во всех элементарных процессах не только сохранение энергии, но и сохранение импульса и момента количества движения".

Поскольку в результате бета-распада заряд ядра изменяется на единицу, предполагаемая частица должна быть электрически нейтральной. Такой частицей мог бы быть и фотон, но эту возможность отрицал опыт Эллиса и Вустера. Масса ядра при бета-распаде практически не изменяется, и поэтому частица должна была обладать ничтожно малой массой. Таким образом, постулированная Паули частица по своим свойствам отличалась от известных в то время частиц. Позже она была названа нейтрино. Введение этой гипотетической частицы объясняло парадоксы бета-распада. Указанные свойства нейтрино приводили к тому, что оно совершенно свободно проходило сквозь стенки приборов, не испытывая электромагнитных взаимодействий, и поэтому уносимая им энергия не могла быть, естественно, учтена.

Гипотеза нейтрино позволила также отстоять и закон сохранения момента количества движения в ядре. Трудности с этим законом возникли в 1932 г., когда В.Гейзенбергом и Л. Иваненко была предложена нейтронно-протонная схема строения атомов ядра. Согласно этой схеме электронов в ядре быть не должно, они рождаются в процессе бета-распада. Теория ядра приводила к заключению, что спин исходного ядра в единицах h/2p должен выражаться целым числом. Между тем спин электрона равен половине, а орбитальный момент количества движения электронов мог быть только целым числом h/2p . Поэтому получалось, что в результате бета-распада целый спин ядра должен был бы переходить в полуцелый и наоборот. Это означало нарушение закона сохранения момента количества движения. Эта трудность сейчас устранялась, если нейтрино приписать полуцелый спин (1/2).

Таким образом, согласно гипотезе Паули нейтрино явилось той частицей, которая компенсировала как недостающую энергию, так и спин. В дальнейшем был уточнен и закон сохранения импульса на основе допущения, что импульс ядра отдачи должен быть равен по величине и направлен противоположно суммарному импульсу электрона и нейтрино.

В одном из своих более поздних выступлений Паули подчеркнул, что он всегда был против того, чтобы решать какие бы то ни было трудности в физических проблемах путем отказа от закона сохранения энергии: "Во-первых, я считаю, что аналогия между законами сохранения энергии и сохранения электрического заряда имеет глубокое значение и может являться надежной руководящей нитью. Вряд ли можно, отказавшись от закона сохранения энергии, сохранить закон сохранения электрического заряда, а этот последний закон никогда еще не приводил ни к каким затруднениям. Поэтому я с самого начала отказывался верить в нарушение сохранения энергии".

Гипотеза Паули о нейтрино была изложена впервые в печати с его разрешения двумя участниками семинара Карлсоном и Оппенгеймером в 1932г., а год спустя автор ее, выступая на седьмом Сольвеевском конгрессе, посвященном теме "Строение и свойства атомных ядер", обстоятельно доложил участникам конгресса о тех предпосылках, которые привели его к столь необычной гипотезе).

В 1934 г. итальянский физик Э. Ферми на основе гипотезы о нейтрино и протонно-нейтронной схемы строения атомного ядра создал теорию бета-распада, которая успешно объяснила все основные черты этого процесса. В последующие годы много усилий было затрачено на экспериментальное доказательство существования нейтрино. Сначала эти доказательства были получены косвенно, а в период 1953-1955 гг. путем постановки довольно сложных экспериментов американские физики Коуэн и Райнес обнаружили нейтрино в свободном состоянии.

Вот что говорит физическая энциклопедия [4] ([4] – это “Физический энциклопедический словарь / Гл.ред. А.М.Прохоров, - М.: Сов. Энциклопедия, 1983. -928 с., ил., 2 л. цв. ил.”) о нейтрино.

“Представление о нейтрино введено в 1930 швейцарским физиком В. Паули с целью объяснить непрерывный энергетический спектр электронов при бета-распаде: общие принципы квантовой механики и закон сохранения энергии требовали, чтобы электроны имели определенную энергию, равную энергии, выделяемой при бета-распаде. Согласно гипотезе Паули, в бета-распаде вместе с электроном рождается новая нейтральная сильно проникающая и, следовательно, трудно обнаружимая частица с массой <0.01 массы протона. Распределение дискретной порции энергии между нейтрино и электроном и приводит к нарушению моноэнергетичности спектра электронов. Для того чтобы соблюдался и закон сохранения момента количества движения, новой частице приписали полуцелый спин. ... В 1932 Ферми предложил называть новую частицу "нейтрино" (уменьшительное от нейтрон)”.

Решение проблемы бета-распада окончательно убедило физиков в том, что классические законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения выполняются столь же неукоснительно в микромире, как и в макромире. Что касается других двух законов сохранения - массы и электрического заряда, то их выполнение в микромире не вызывало сомнений начиная с 1919 г., когда Резерфорд произвел первое искусственное расщепление атомного ядра азота, бомбардируя его альфа-частицами.>>

К этим словам следует добавить, что за открытие нейтрино получены нобелевские премии в 1988 году (Л. Ледерман, М. Шварц и Дж. Стейнберг - за метод нейтринного пучка и демонстрацию дублетной структуры лептонов через открытие мюонного нейтрино) и в 1995 году (Ф. Райнес – за детектирование нейтрино).

В книге Мурин А. И. Физические основы радиохимии, М., Высш. школа, 1971, стр. 100 можно прочитать:

"Предположение, что в элементарном акте бета-распада электроны рождаются всегда с одной и той же энергией, равной верхней границе бета-спектра, но при прохождении через вещество источника, остатки газа в приборе и стенки детектора излучения в результате некоего особого, неведомого физикам сильного взаимодействия с атомами теряют часть своей энергии, было опровергнуто калориметрическими опытами. Поместив бета-активный радий Е в калориметр с толстыми стенками, Эллис и Вустер показали, что средняя энергия, приходящаяся на один акт распада составляет 337 ± 20 кэВ и отнюдь не соответствует верхней границе бета-спектра ( примерно 1,2 МэВ). Этим доказывается, что бета-частицы в самом акте распада рождаются с разными кинетическими энергиями".

Таким образом, опыты Эллиса-Вустера считаются общепризнанным научным достижением, послужившими основанием для появления гипотезы о существовании “нейтрино”.

2. Почему опыт Эллиса-Вустера являются мистификацией?

Не будем с самого начала давать разъяснения, как можно объяснить непрерывный энергетический спектр электронов бета-распада без гипотезы нейтрино, а выясним сначала, действительно ли метод, использованный в опыте Эллиса-Вустера (ОЭВ), является полностью свободным от какой либо гипотезы (entirely free from any hypothesis) относительно того, почему электроны бета-распада имеют непрерывный энергетический спектр.

2.1. Что было измерено в опыте Эллиса-Вустера?

Постановка задачи на эксперимент никаких возражений не вызывает. Авторы пишут в разделе "Общий принцип эксперимента" статьи "Средняя энергия распада радия Е", что их цель состоит в том, чтобы с помощью калориметра, стенки которого имеют достаточную толщину, способную поглотить полностью все электроны бета-распада, измерить выделяющуюся в единицу времени энергию всех этих электронов, а затем разделить измеренную таким образом энергию на количество атомов, распадающихся в единицу времени, и экспериментально определить энергию, выделяющуюся при каждом распаде радия Е (их статья называется "Средняя энергия распада радия Е"). Возражения возникают тогда, когда авторы, измерив совершенно великолепно энергию бета-распада, выделяющуюся в единицу времени в калориметре, делят затем эту энергию не на количество распадающихся в единицу времени атомов, как они провозгласили в цели своего эксперимента, а на количество электронов, вылетающих в единицу времени из бета-активного вещества и определяют не энергию, выделяющуюся при распаде одного атома радия Е, а среднюю энергию электронов, вылетающих из бета-активного вещества.

Чтобы доказать это утверждение (которое без доказательств останется пустым базарным трепом) придется проанализировать все три математических выражения, имеющихся в рассматриваемой статье. Причем именно выражения, а не формулы, поскольку под формулой понимается математическое выражение со знаком равенства (или неравенства). В этом смысле формул в рассматриваемой работе нет.

Первое математическое выражение, приведенное в обсуждаемой статье, имеет вид

N_E l_E exp(- l _E t). (1)

Выражение (1), по словам авторов, определяет количество распадов (disintegrations) в секунду атомов радия Е в момент времени t при условии, что в момент времени t=0 количество атомов радия Е было равным N_E.

Физический смысл параметра l _E в выражении (1) авторы не разъясняют – статья-то пишется не для придурков, а для членов Лондонского Королевского общества.

Из учебников узнаем, что параметр l _Eназывается постоянной распада радия Е и определяется через период полураспада T_E формулой l _E = ln(2)/T_E. Произведение N_El_E есть число атомов, ежесекундно распадающихся в момент времени t=0.

Второе математическое выражение, имеющееся в обсуждаемой статье, имеет вид

N_E l_E l_Р [exp(- l _P t) – exp(-l _E t)]/( l _E- l _Р). (2)

Выражение (2), опять же по словам авторов, определяет для произвольного момента времени t количество распадов в секунду атомов полония при условии, что в момент времени t=0 атомов полония не было. Смысл параметров l _Eи l _Ропять же в статье не разъясняется. Но мы уже знаем, что для полония, атомы которого образуются при распаде радия Е, l _Р = ln(2)/T_P, причем период полураспада полония равен T_P = 139 дней.

Третье математическое выражение, имеющееся в обсуждаемой статье, имеет вид

exp(- l _E t)/( l _E- l _Р) / X l _Р[exp(- l _P t) – exp(-l _E t)]. (3)

Причем в выражении (3) допущена ошибка – лишний знак деления перед первой открывающей скобкой. Вместо выражения (3) должно быть выражение без этого первого знака деления, а именно:

exp(- l _E t)( l _E- l _Р)/ X l _Р[exp(- l _P t) – exp(-l _E t)]. (4)

Будем считать эту ошибку ошибкой наборщика, не замеченной авторами при корректуре.

В выражениях (3) или (4) переменная Х обозначает, по словам авторов, отношение энергии, выделяющейся при распаде одного атома полония (at a polonium disintegration), к средней энергии, выделяющейся при распаде одного атома радия Е (average energy given out at a radium E disintegration).

Обращаю внимание всех читателей на то, что из одного лишь этого определения для переменной Х следует, что никаких других гипотез, кроме одной-единственной гипотезы, что при распаде каждого атома радия Е выделяется различная энергия [иначе откуда бы взяться термину “средняя энергия” (average energy)], авторы не рассматривают и не собираются (по крайней мере, в этой статье) рассматривать.

Само выражение (3), по словам авторов, обозначает отношение (ratio) “нагревательного эффекта” (heating effect) радия Е к такому же нагревательному эффекту полония (to that of polonium).

Что следует понимать под выражением (3), авторы не разъясняют. Но логику их рассуждений можно восстановить, пользуясь информацией, имеющейся в статье, в том числе и в таблице 1 рассматриваемой статьи.

1. Авторы производят кратковременное измерение температуры нагрева свинцового контейнера с толщиной стенок в 1 мм (с находящимся внутри него радиоактивным препаратом радия Е) в семь различных дней и получают семь различных значений этой температуры, выраженной в миллиметрах отклонения показаний гальванометра Пашена, и заносят результаты этих измерений в следующую таблицу А.

Таблица А

Номер опыта	1	2	3	4	5	6	7
Время после предыдущего измерения		Одни сутки без пяти минут	Двое суток	Двое суток	Четверо суток	Шесть суток	Девять суток
Показания гальванометра, мм	22,0	20,8	19,0	17,8	16,1	14,2	12,85

2. При этом в первый же день авторы путем измерения альфа-активности образца определили, что количество полония в образце было равным нулю за 2,25 дня до первого опыта (примерно тогда начался процесс изготовления радиоактивного образца). Произведя последний 7-ой опыт, авторы вычисляют значение экспоненты exp(-l _E t) из выражения (1) для периода полураспада радия Е, равного Т_Е = 5 дням и времени t = 26 дней. И получают значение exp(- l _E t) = exp(- ln2*26/5)=0,027.

3. Авторы строят график зависимости показаний гальванометра от времени по таблице А, приведенной выше в п. 1, и получают картинку, изображенную ниже на Рис. А.

Рис. А.

Таблица А и график на Рис. А – это единственно, что получено экспериментально в опытах Эллиса-Вустера с источником на платиновой проволоке.

Кривая на нашем Рис. А – это верхняя кривая на Рис. 3А из обсуждаемой статьи. Ниже воспроизведены как рис. 3А, так и рис. 3В из статьи Эллиса и Вустера..

603.gif (20375 bytes)

4. Произведя экстраполяцию кривой, изображенной на рис. А, на 2,25 дней назад до дня проведения первого опыта, авторы получили для суммарного нагрева калориметра в момент времени, когда полония вообще не было, значение N_E = 24,8 мм. Умножив эти 24,8 мм на число 0,027, полученное выше в п. 2, авторы получили значение 0,67 мм для нагрева, обусловленного распадами радия Е в момент проведения 7-го опыта. Они отложили эти 0,67 мм так, как это показано на Рис. А выше, получив точку Р, через которую должна проходить линия, обозначающая вклад распадов полония (нижняя кривая на Рис. 3А обсуждаемой статьи) в общий нагрев калориметра (верхняя кривая на Рис. 3А обсуждаемой статьи). Этот вклад распадов полония в нагрев калориметра в момент проведения 7-го эксперимента составляет величину, равную (12,85 – 0,67) мм = 12,18 мм. Получив эти 12,18 мм для вклада распадов полония в нагрев калориметра, авторы записывают эту цифру в колонку 3 своей таблицы 1 для своего 7-го опыта.

Далее, рассчитав по выражению (1) вклад распадов радия Е в общий нагрев калориметра для остальных дней, в которые производились измерения нагрева калориметра, при значениях N_E = 24,8 мм и Т_Е = 5 дней, они получили значения, приведенные в 4-ой колонке таблицы 1 обсуждаемой работы. Эту таблицу мы теперь и воспроизводим, добавив к ней нумерацию колонок и пару колонок справа (колонки 7 и 8) для пояснений проведенных авторами расчетов.

Таблица 1 из обсуждаемой статьи (первые 6 колонок)

Истинный возраст, дни	Общий нагрев, мм, (L_E+P)	Нагрев от полония, мм (L_P)	Нагрев от радия Е, мм (L_E)	X	~~Энергия распада радия Е~~ Средняя энергия электронов, эВ	Y = L_E/L_{P из экспери-} _мента	Z= N_e/N_a по формуле (12)
1	2	3	4	5	6	7	8
2,25	22,0	3,68	18,3	15,4	330 000	4,97	76,54
3,20	20,8	4,91	15,9	15,5	337 000	3,24	50,22
5,20	19,0	6,99	12,0	15,5	337 000	1,72	26,66
7,20	17,8	8,64	9,2	15,6	335 000	1,06	16,54
11,20	16,1	10,53	5,6	14,5	360 000	0,53	7,69
17,20	14,2	11,83	2,4	14,7	355 000	0,20	2,94
26,20	12,85	12,18	0,67	15,1	346 000	0,055	0,83

5. Вычитая из цифр общего нагрева (L_E+P,колонка 2) нагрев за счет бета-распада радия Е (L_E, колонка 4), авторы получили для нагрева калориметра за счет альфа-распадов полония значения, приведенные в колонке 3 (L_P). По данным первых четырех колонок этой таблицы авторы построили свой Рис. 3А. Никаких претензий к расчетам авторов для первых четырех колонок их таблицы 1 нет.

А теперь самое главное – что такое Х в выражениях (3) и (4) и как получены значения Х в 5-той колонке этой таблицы, послужившие основой для расчета средней энергии распада радия Е в колонке номер 6.

6. Разделив построчно данные из колонки 4 на данные из колонки 3, авторы получают величины Y, которые мы привели в колонке 7 (ни колонки (7), ни приведенных в ней цифр в обсуждаемой статье нет). Физический смысл величин Y из колонки 7 такой – это отношение энергии L_E, выделяющейся в калориметре в единицу времени за счет торможения всех электронов, вылетающих в единицу времени из радия Е вследствие бета-распадов атомов радия Е , к энергии L_P, выделяющейся в калориметре в единицу времени за счет торможения всех альфа-частиц от всех распадающихся в единицу времени атомов полония. Эти цифры получены из эксперимента и, действительно, ни от какой гипотезы относительно того, сколько энергии выделяется при каждом бета-распаде, они не зависят.

Действительно, величина Y определяется по формуле

Y = L_E / L_P, (5)

причем

L_E = W_{e ср} N_e = W_E N_eп, (6)

L_P= W_a N_a , (7)

где L_E - величина суммарной энергии, выделяемой в калориметре всеми электронами, вылетающими из радия Е в единицу времени, причем как первичными электронами распада, рождающимися непосредственно при распадах ядер атомов радия Е, так и вторичными электронами, выбиваемыми первичными электронами из атомов радия Е. Эта величина L_E есть одновременно и суммарная энергия, выделяющаяся всеми распадающимися в единицу времени атомами радия Е;

W_{e ср}– еще не известная (на момент написания статьи) средняя энергия одного электрона, вылетающего из бета-активного вещества и передающего свою энергию калориметру;

W_E - это энергия, выделяющаяся при бета-распаде одного атома радия Е;

L_P – величина суммарной энергии, выделяемой в единицу времени в калориметре всеми альфа-частицами, образовавшимися при альфа-распадах атомов полония ;

W_a = 5,22 10⁶ электронвольт - энергия одной альфа-частицы, вылетающей из радиоактивного вещества при альфа-распаде атомов полония;

N_a - суммарное количество альфа-частиц, вылетающих из радиоактивного образца в единицу времени;

N_e – суммарное количество электронов, вылетающих из радиоактивного образца в единицу времени, причем независимо от того, является ли этот вылетевший электрон первичным электроном бета-распада (родившимся непосредственно при распаде ядра) или это вторичный электрон, выбитый первичным электроном из электронной оболочки какого-нибудь атома, то есть N_eможно представить в виде суммы

N_e= N_eп + N_eв, (8)

где N_eп - это число первичных электронов, равное числу атомов радия Е, распадающихся в единицу времени,

N_eв - это число вторичных электронов.

Следовательно, формулу (5) можно переписать в виде

Y= (W_E N_eп)/ (W_a N_a ). (5а)

Если обозначить

Х = W_a / W_E , (9)

что авторы и делают словесно в своей статье (они пишут: “если Х обозначает отношение энергии, выделяющейся при альфа-распаде одного атома полония к средней энергии, выделяющейся при распаде одного атома радия Е” – они ведь правильно считают, что электрон уносит всю энергию бета-распада атома, аналогично тому, как альфа-частица уносит всю энергию альфа-распада атома, но вот количество происшедших бета-распадов ядер они считают равным не количеству первичных электронов распада N_eп, а количеству всех электронов N_e= N_eп+ N_eв, вылетающих из бета-активного вещества), то формулу (5а) можно переписать в виде

Y = (N_eп/N_a )/ X. (5b)

Если теперь ввести обозначение

Z = N_eп/N_a, (10)

то формулу (5b) можно записать в виде

Y = Z/X (5с)

или, разрешив формулу (5с) относительно Х, получим

Х = Z/Y. (11)

7. Теперь, получив из эксперимента в п. 6 величину Y (отношение энергии, выделяемой всеми электронами бета-распада в единицу времени, к энергии, выделяемой всеми альфа-частицами в единицу времени), чтобы получить из эксперимента среднюю энергию, приходящуюся на один распадающийся атом радия Е (что является целью опытов Эллиса и Вустера), авторам следовало бы получить из эксперимента величину Z = N_eп/N_a - основанное на эксперименте отношение количества первичных электронов N_eп бета-распадов радия Е (количества атомов радия Е, распадающихся в единицу времени) к общему количеству альфа-частиц N_a, вылетающих в единицу времени из радиоактивного вещества.

А что делают авторы рассматриваемой статьи?

Отличить первичные электроны бета-распада от вторичных электронов вообще невозможно (все электроны одинаковы). Поэтому Эллис и Вустер доказывают ссылками на другие ранее проведенные эксперименты, которые якобы доказывают (об этом речь еще впереди) ошибочную гипотезу, что количество электронов, вылетающих из радиоактивного вещества при бета-распадах, всегда равно количеству распавшихся ядер, то есть что все вылетающие из радия Е электроны являются только первичными электронами, а вторичных электронов вообще нет, то есть, что N_e= N_eп, а N_eв= 0. На этом основании они, считая количество вылетающих из бета-активного вещества электронов равным количеству распавшихся ядер атомов, для получения величины Z делят свое выражение (1) на свое выражение (2) и получают выражение

Z = N_e/N_a = exp(- l _E t) (l _E- l _Р)/ l _Р [exp(- l _P t) – exp(-l _E t)]. (12)

Если сравнить правую часть формулы (12) с выражением (4), то мы обнаружим, что они во всем совпадают друг с другом, кроме переменной X в знаменателе выражения (4).

Доказав (якобы), что количество электронов, вылетающих в единицу времени из бета-активного вещества, равно количеству распадающихся ядер атомов (чего не может быть никогда, но об этом речь дальше), авторы рассматриваемого эксперимента вычисляют для времени проведения всех семи экспериментов величину Z по формуле (12). Мы тоже проделали эти вычисления, записав полученные цифры в колонку 8 (ни колонки 8, ни приведенных в ней цифр в обсуждаемой статье нет).

8. Теперь, чтобы получить Х по формуле (11) (то есть по формуле Х = Z/Y), авторы делят рассчитанную по формуле (12) величину Z из колонки 8 на полученные из эксперимента значения Y из колонки 7 и получают значения Х из колонки 5. Можете проверить каждую цифру. Именно так они и получены.

9. Затем, разрешая формулу (9) относительно W_{e ср}, можно получить формулу

W_{e ср} = W_a /Х, (13)

подставлять в нее известную энергию альфа-частиц W_a = 5,22 10⁶ электронвольт и полученные указанным выше образом значения Х из таблицы 1, и заявлять, что средняя энергия, выделяющаяся при каждом бета-распаде, примерно в 3 раза меньше максимальной энергии бета-распада. На самом же деле Эллис и Вустер определили среднюю энергию электронов, вылетающих из радия Е.

Если бы авторы рассматриваемой статьи расписали подробно все свои операции, описанные выше под номерами 6, 7, 8 и 9 (примерно на двух машинописных страницах), то НИКТО не поверил бы им, что они получили среднюю энергию, выделяющуюся при каждом бета-распаде атома радия Е. Всем было бы понятно, что полученные ими результаты действительно НЕ ЗАВИСЯТ ни от какой гипотезы относительно того, сколько вылетающих из радиоактивного вещества электронов приходится на распад одного бета-активного атома, но результаты эти есть нечто совсем другое, чем они их объявили. Ведь целью своих опытов они провозгласили получение средней энергии, приходящейся на распад одного атома, а получили они среднее значение энергии одного электрона, вылетающего из бета-активного радия Е.

Но Эллис и Вустер описывают эти операции так:

“Если Х есть отношение энергии, выделяющейся при распаде одного ядра полония к средней энергии, выделяющейся при распаде одного ядра радия Е, тогда в момент времени t отношение нагревательного эффекта радия Е к нагревательному эффекту полония будет равно

exp(-l_Et)(l_E - l_P)/ Х l_P[exp(-l_Pt) – exp(-l_Et)].

Кривые рис. 3А позволяют вычислить Х по этому выражению, а затем, разделив значение 5,22х10⁶ электрон-вольт - энергию, выделяющуюся при распаде одного атома полония, на эту величину Х, получим нагревательный эффект радия Е. Результаты анализа этого эксперимента по этой методике приведены в таблице 1.”

И теперь можно торжественно заявлять, что “…среднюю энергию распада можно определить другим методом, совершенно не зависящем от какой-либо гипотезы , а именно – с использованием теплового эффекта бета-лучей.” И, к сожалению, этот базарный треп никем не опровергнут уже более 75 лет. И до сих пор в учебниках можно увидеть ссылки на опыты Эллиса-Вустера, как на эксперименты, в которых измерена средняя энергия распадов радия Е, и как на неопровержимое доказательство того, что электроны бета-распада уносят не всю энергию бета-распада.

ГДЕ ЖЕ ДОПУЩЕНА ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ОШИБКА?

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ОШИБКА СПРЯТАНА В РАССУЖДЕНИИ:

exp(-l_Et)(l_E - l_P)/ Х l_P[exp(-l_Pt) – exp(-l_Et)].

И спрятана эта ошибка значительно лучше, чем прячут сокращение на нуль при "доказательстве" того, что, например, 3=4. Это мы показали выше в п.п. 6, 7, 8, 9:

Вторичные электроны, выбиваемые из электронных оболочек атомов первичными электронами, не рождаются в актах бета-распадов ядер. Они (вторичные электроны) черпают свою энергию не из энергии распада ядер, а отбирают часть энергии у первичных электронов

ПОЭТОМУ

Чтобы вычислить среднюю энергию, выделяющуюся при бета-распаде одного ядра, нужно энергию, выделившуюся в калориметре, делить не на количество всех электронов (первичных + вторичных), вылетающих из бета-активного вещества, а только на количество первичных электронов. А этой информации у Эллиса и Вустера нет. Они считают все электроны, вылетающие из бета-активного вещества, первичными (родившимися в актах бета-распадов ядер атомов радия Е). А то, что вторичные электроны имеются, - об этом говорит хотя бы тот факт, что первичные электроны, пролетая сквозь радиоактивное вещество, производят ИОНИЗАЦИЮ атомов этого вещества, то есть ВЫБИВАЮТ из электронных оболочек атомов электроны, которые и становятся ВТОРИЧНЫМИ электронами, получающими свою энергию от ПЕРВИЧНЫХ электронов.

Приведенную выше двойную формулу (6)

L_E = W_{e ср} N_e = W_E N_eп, (6)

следует расписать на две формулы:

1) Энергия, выделяющаяся при бета-распадах ядер атомов:

L_E = W_E N_eп- эта формула показывает, что в одном акте бета распада выделяется энергия W_E, эта энергия уносится ПЕРВИЧНЫМИ электронами, количество которых N_eп равно количеству распавшихся ядер атомов в единицу времени. При столкновениях первичных электронов с атомами радиоактивного вещества из этих атомов вылетают ВТОРИЧНЫЕ электроны, отбирающие часть энергии у ПЕРВИЧНЫХ электронов. В результате случайных столкновений ЭНЕРГИЯ первичных электронов случайным образом распределяется между ПЕРВИЧНЫМИ и ВТОРИЧНЫМИ электронами.

2) Энергия всех электронов (ПЕРВИЧНЫХ и ВТОРИЧНЫХ), вылетающих из бета-активного вещества, поглощается в калориметре. Поглощенная в калориметре энергия приблизительно равна (часть энергии уносит гамма-излучение, не задерживаемое стенками калориметра) энергии, выделившейся при бета-распадах ядер атомов, то есть

L_E = W_{e ср} N_e - эта формула показывает, что на один электрон, вылетающий из бета-активного вещества (а вылетают из него как первичные, так и вторичные электроны: N_e= N_eп+ N_eв) приходится в среднем энергия W_{e ср}.

НО ПОКА ВСЕ ВЕРЯТ В МИСТИФИКАЦИЮ

И никто не удосуживается даже задаться такими вопросами:

Даже если электроны с кинетической энергией от 40 кэВ до 1,1 МэВ рождаются непосредственно при распадах ядер бета-активного вещества, то как это может быть, что они не выбивают значительного количества вторичных электронов из атомов самого радиоактивного вещества?
Если все электроны, вылетающие из бета-активного вещества радия Е, являются только первичными электронами бета-распадов ядер, то как они могут тормозиться полностью в слое свинца толщиной 1 мм? Ведь радий Е – это висмут ⁸³Bi₂₁₀, а свинец толщиной 1 мм, в котором все электроны тормозятся, – это ⁸²Pb₂₀₇.
Если электроны бета-распада не выбивают электронов из электронных оболочек атомов ⁸³Bi₂₁₀ , то каков механизм торможения этих электронов в свинце ⁸²Pb₂₀₇?

ВЫВОД

Эллис и Вустер ставили перед собой задачу измерить среднюю энергию, выделявшуюся при распаде одного атома радия Е, но измерили они среднюю энергию, приходящуюся на один электрон, вылетающий из бета-активного вещества.

При этом никаких убедительных экспериментальных доказательств того, что число электронов, вылетающих в единицу времени из радиоактивного вещества, равно количеству атомов радиоактивного вещества, распадающихся в единицу времени, не предоставлено.

Теперь об экспериментах, которые якобы доказывают, что число электронов в спектре бета-распада близко к числу распадающихся атомов.

9 января 2004 г.

(Продолжение следует)

Переход.....Вперед