Поскольку коллапсирует при акте наблюдения именно волновая функция, то необходимо рассмотреть, что она из себя представляет.
Волновая функция — это комплекснозначная функция, которая используется в квантовой механике для математического описания состояния квантовой системы. Она является основным носителем информации о корпускулярных и волновых свойствах микрообъектов.
Основные характеристикиЗависимость от переменных. Волновая функция может зависеть от пространственных координат, импульса, времени или других обобщённых координат системы. В координатном представлении она описывает состояние частицы как функцию её координат и времени. В импульсном представлении — определяет вероятность обнаружить частицу с определённым значением импульса.
Комплексная природа. Волновая функция содержит действительную и мнимую части.
Вероятностный смысл. Согласно вероятностной интерпретации, предложенной Максом Борном в 1926 году, квадрат модуля волновой функции |Ψ|^2 имеет смысл плотности вероятности того, что частица будет обнаружена в определённой точке пространства в данный момент времени.
Условие нормировки. Интеграл от квадрата модуля волновой функции по всему доступному для движения частице объёму должен быть равен единице: ∫ |Ψ|^2 dV = 1. Это означает, что частица существует в пространстве с объёмом V.
Эволюция во времениИзменение волновой функции во времени определяется уравнением Шрёдингера — основным уравнением нерелятивистской квантовой механики. Оно имеет вид волнового уравнения, поэтому исторически термин «волновая функция» возник именно отсюда.
Для частицы массы m, движущейся под действием силы, порождаемой потенциалом V(x, y, z, t), уравнение Шрёдингера записывается так:
iℏ∂Ψ/(∂ t) = -ℏ^2/2m Δ Ψ + V(x, y, z, t)Ψ,
где ℏ — приведённая постоянная Планка, Δ — оператор Лапласа.
Если потенциал не зависит от времени, волновая функция удовлетворяет стационарному уравнению Шрёдингера.
Из этих данных, взятых из множества источников в сети, вырисовывается общая картина, что волновая функция задается уравнением Шрёдингера и служит для математического описания состояния квантовой системы. В частности электрона. Поэтому рассмотрим уравнение Шредингера со своих позиций более подробно.
Несостоятельность концепции ШредингераКак известно уравнение Шредингера не выведено, а придумано, соответственно, у него нет какого-либо доказательства. Все обоснование его правильности основывается на совпадении результатов расчетов, сделанных по этому уравнению, постулатам Бора, а также совпадению результатов расчетов спектров излучений экспериментальным данным.
Однако расчетная модель электрона и атома Бора, как показано в предыдущем разделе, сами оказываются неверными. Реальный электрон не является точечным, не вращается вокруг ядра, состоит из огромного множества волновых процессов, присущих каждому электрону, соответственно, одинокая волновая функция Шредингера в принципе не способна описать действительный электрон.
А совпадение спектров излучения расчетных с полученными в экспериментах объясняется просто – переходы электронов в атоме с места на место действительно происходят, происходят дискретно, поэтому и излучения имеют не непрерывный спектр, а дискретный.
Итак, рассмотрим концепцию атома на основе вероятностной квантовой механики. В основе уравнения Шредингера лежит идея Луи де Бройля сопоставить электрону некую волновую функцию. Эмпирически было установлено, что электрон обладает волновыми свойствами, для объяснения которых и была предложена идея сопоставления электрона с некой волной. Шредингер конкретизировал математический вид волновой функции, которую стали соотносить с электроном. Ему удалось в явном виде записать уравнение для волн волновой механики с использованием дебройлевских волн, связанных с материальными частицами:
Специфическим отличием этого волнового уравнения от классических уравнений распространения различных волн состоит в присутствии мнимых коэффициентов (i), которые принципиально неустранимы. Чтобы понять это, пришлось найти физический смысл мнимой части комплексного числа. Смысл получился следующий. Умножение комплексного числа на i меняет мнимую и действительную часть местами. Мнимая часть становится действительной, а действительная мнимой. Это означает, что умножение на i есть переход рассмотрения физических явлений через границу физической системы. Действительная часть комплексного числа описывает процессы внутри системы, а мнимая - вне системы, либо наоборот. Это означает, что внутри рассматриваемой системы и вне ее располагается нечто однородное, например, среда в виде эфира, но разделенное физической границей.
В многоэлектронном атоме множество границ, каждая частица (каждый электрон и протон) имеет свою границу, но переменная i в уравнении всего одна. Какой объект описывают входящие в уравнение величины, где эти величины располагаются (внутри или вне частицы, какой частицы)? – описать с помощью одного коэффициента мнимости (i) невозможно. Для одноэлектронных атомов что-то еще можно предложить в качестве смысла волновой функции, а для многоэлектронных атомов смысл переменных становится принципиально невозможным.
Поскольку волновую функцию Шредингера наделить физическим смыслом теоретикам не удалось, ее наделили нефизическим смыслом - вероятностью местонахождения электрона в потенциальном поле ядра. Однако в результате придания волновой функции ᴪ вероятностного смысла уравнение Шредингера перестало быть уравнением электрона, оно вообще перестало быть физическим уравнением. В самом уравнении образовалась смесь физических и нефизических переменных, в результате чего оно утратило какой бы то ни было смысл.
Интерпретация решений указанного уравнения как плотности вероятности нахождения электрона в определённой точке пространства атома, в сущности, притянуто за уши. Понятие вероятность не может употребляться без понятия «событие», потому что в теории вероятности существует лишь вероятность события – как количество благоприятных событий по сравнению с общим количеством событий. Тем самым вероятностная интерпретация волновой функции описания электрона исказила само понятие вероятности. Из чисто ментального понятия, исчисляемого человеком, вероятностью наделили явление нахождения электрона в атоме. В реальном атоме все события, как правило, однократные, поэтому нет оснований для подсчета их вероятности, во-вторых, в атоме прост некому исчислять какие-либо вероятности, в-третьих, реальном атоме просто нет никаких вероятностей и не может быть в принципе. Вероятности вообще относятся к мысленным операциям исследователя и к реальному атому и его составляющим частицам и явлениям отношения не имеют.
Нахождение вероятности обнаружения электрона в некоторой точке бессмысленно еще и потому, что электрон по размерам не является точечным объектом, соответственно, при всем желании теоретиков даже мысленно электрон не может находиться в точке. Тем не менее, вероятностную интерпретацию строения электрона и всех других частиц микромира приняли, как верную, а для обоснования вероятностной интерпретации частиц ее дополнили принципом неопределенности Гейзенберга, в результате чего все развитие теории микромира пошло в ложном направлении.
Таким образом, волновая функция, призванная описывать электрон и его свойства, после принятия вероятностной интерпретации перестала иметь отношение к свойствам электрона. Конкретно для электрона искомая математическая функция должна была давать описание известных свойств электрона:
- заряда, его величины, стабильности величины заряда;
- массы, ее величины, стабильности массы покоя;
- энергии электрического потока = 13,6 эВ;
- внутренней энергии электрона = 511003,4 эВ;
- спина = ± ħ/2;
- магнетона = 9,27٠10^-24 Дж/Тл;
- размера.
Но ничего этого уравнение Шредингера и вся
квантовая механика не дает и дать не может.
Кроме того, в волновой функции Шредингера заложены изначально неверные положения по его построению и последующему решению:
- при обосновании уравнения Шредингера предполагают, что электроны движутся вокруг ядра, а они, как показывает новая концепция строения электрона, в атоме не движутся;
- предполагается, что электроны находятся в центрально-радиальном поле ядра, а на самом деле оно не является таковым, поскольку каждый последующий электрон, попадая в атом, искажает центральный и радиальный характер поля атома;
- предполагается, что атомы водородоподобные, что в атоме всего один электрон, а их в атоме много;
- предполагается, что электроны не взаимодействуют между собой, а они обладают зарядом и должны взаимодействовать;
- с одной стороны предполагают, что электроны в атоме движутся в поле ядра, но при нахождении решения уравнения находят лишь стационарное решение, то есть электроны лишены движения, что является внутренним противоречием этой концепции;
- общего решения для многоэлектронных атомов уравнение Шредингера вообще не имеет. Поэтому для нахождения пространственных характеристик орбиталей волновую функцию и уравнение сначала переводят в полярную систему координат, затем разделяют одно уравнение на несколько, описывающие раздельно угловые координаты и радиальную составляющую координат. Такое разделение трехмерных координат единой системы отсчета на автономные части представляется полным абсурдом. Ведь на то она и именуется системой отсчета, что все отдельные оси координат связаны в единую систему. Но теоретики, видимо от безысходности, пошли на это разделение, отделили радиальную составляющую от угловых, и естественно получили абсурдные результаты;
- главный дефект волновой функции Шредингера заключается в том, что в нем предполагается всего одна волновая функция, в то время как в реальном электроне содержится 137 волновых процессов. Одна волновая функция в принципе не сможет описать множество волновых процессов внутри электрона.
- нелепостью являются и идеи интерпретировать волновую функцию как плотность вероятности нахождения электрона в определенной точке пространства. Физические явления вообще не имеют отношения к вероятностям. Все физические явления происходят между конкретными объектами и происходят по принципу «один на один», происходят однократно, со стопроцентной вероятностью, либо просто не происходят. Так что вероятностям и плотностям вероятностей вообще не место в составе физических процессов. Соответственно, волны де Бройля, являющиеся волнами плотности вероятности, приплетены к атомам и электронам совершенно напрасно.
- для свободного электрона, то есть электрона, не имеющего связи с атомом, в отсутствие потенциальной функции ядра, волновая функция Шредингера вообще не определена. В реальности свободные электроны есть, но никакой математической формулы для описания свободного электрона, увы, не придумано. А если уравнения для свободного электрона нет, то и нечего решать.
Из всего этого перечня дефектов волновой функции Шредингера следует простой вывод: волновая функция Шредингера не справляется с возлагаемыми на нее задачами описания электрона, чем делает волновую функцию Шредингера ненужной.
Предлагаемая ниже идея построения электрона на основе уравнения Комптона из 137 электромагнитных колебаний устраняет все отмеченные недостатки волновой функции Шредингера и способна заменить полностью всю эту дефективную вероятностную концепцию.
Вымышленные орбиталиПоскольку уравнение Шредингера содержит принципиальные ошибки, а с введением вероятностной интерпретации волновой пси-функции вообще перестало описывать электрон, то и решение уравнения имеет мало что общего с реальностью. Фактически электрон оказался выброшен из атома, а вместо него вставлен новый объект, именуемый орбиталью.

При этом полученные орбитали на поверку оказываются абсурдными, как и само уравнение, неспособные что-либо прояснить в строении электрона и атома:
- из чего построены орбитали – совершенно непонятно. Видимо из плотности вероятности, однако вероятность не является физическим параметром, что лишает орбитали иметь какие-либо физические свойства, что не позволяет установить способы их взаимодействия с реальными физическими объектами в атоме - электронами, протонами, зарядами, потенциалами, напряженностями, в другими явлениями;
- в соответствии с расчетами все s-орбитали оказываются сферическими, расположенными вокруг ядра, а остальные (p, d, f) орбитали – оказываются радиальными, начинающимися непосредственно от ядра в сторону от него, тем самым, сферические орбитали и радиальные орбитали зачем-то пересекаются и накладываются друг на друга;
- все радиальные орбитали (например, 2р, 3р, 4р и 5р) в одном атоме накладываются друг на друга по своему угловому местоположению в пространстве. Все d и f-орбитали также накладываются друг на друга по направлению относительно ядра. Это абсурдно.
- размер орбитали для первой боровской орбиты рассчитывается вовсе не по уравнению Шредингера, а совсем по другим соотношениям. Для многоэлектронных атомов в формулу расчета размера орбитали r =n2h2ε0/me2Z вводится количество протонов Z, что приводит к тому, что размер орбитали одного и того же типа в разных атомах уменьшается в Z раз. Например, для сотового номера атома размер орбиталей в сто раз меньше чем для атома водорода, что представляется нелепостью.
- В построении из орбиталей многоэлектронного атома, по идее, должны присутствовать орбитали разных типов, однако попытка совмещения орбиталей разных типов в одном атоме приводит к абсурдным результатам, с одной стороны, - множественное наложение разных орбиталей друг на друга, с другой – пустые места в атоме. При этом все радиальные орбитали пересекаются со всеми сферическими, а радиальные накладываются еще и друг на друга по углу места. Никакого атома из таких орбиталей не получается при всем желании. Видимо поэтому в литературе изображаются орбитали лишь одного типа, а рисунки совмещения разных орбиталей в одном атоме вообще нигде не приводятся. В реальном атоме все электроны объединены в один атом, соответственно, орбитали, замещающие электроны в атоме, тоже должны быть изображены вместе, но таких совмещенных рисунков в существующей теории не приводится, их нет ни справочной литературе, ни специальной, нет в сети.
- В химической литературе довольно часто встречаются забавные утверждения, что «электрон переходит на другую орбиталь». Это утверждение неверное. Орбиталь в лучшем случае можно понимать, как мысленно представляемый объект, служащий для объяснения некоторых явлений в атомах и используемый только в существующей квантовой химии. В реальности никакой электрон не сможет ни обнаружить, ни разместиться на воображаемой теоретиками орбитали, поскольку «воображалы» не предусмотрели для орбиталей никаких физических свойств.
- Общепринятое определение орбитали: "пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно пребывание электрона, называют атомной орбиталью" – вступает в противоречие с утверждениями «электрон занимает орбиталь».
Противоречие заключается в том, что если взять ядро без электронов, то вокруг него не будет электрона, следовательно, в таком пространстве не будет и орбитали. Орбиталь это же пространство, в котором вероятно пребывание электрона, а этого пребывания нет, и нет, потому что ядро рассматривается без электронов. Из этого следует, что в пустом атоме (без электронов) не может быть орбиталей. Если же, наоборот, взять свободный электрон, то в нем опять не будет орбитали, поскольку орбиталь это пространство вокруг ядра, а у свободного электрона нет ядра. Таким образом, гипотетическое разделение ядра и электрона уничтожает само понятие орбитали.
Кстати, в этом случае возникают проблемы и с уравнением Шредингера. Ведь оно строится из соображений нахождения электрона в центрально-радиальном поле ядра, именно поле ядра по версии классической физики удерживает электрон от растекания по пространству. А что удерживает свободный электрон от растекания его заряда по пространству? Ничего. Получив свободу, электрон вынужден будет исчезнуть путем растекания заряда по пространству вселенной. Однако в реальности такого не происходит – электрон обладает целостностью в любом случае, хоть в атоме, хоть в свободном состоянии. Это означает, что волновая функция Шредингера не работает ни для многоэлектронных атомов, ни для свободного электрона.
Видя такое противоречие в понимании орбитали, апологеты квантовой химии начинают оспаривать приведенное выше определение орбитали, однако другие определения имеют такое же противоречие.
Например, определение из википедии (статья «орбиталь в химии»): «В химии и физике атомные орбитали – это функция, называемая волновой, которая описывает свойства, характерные для не более двух электронов в окрестностях атомного ядра или системы ядер, как в молекуле. Орбиталь часто изображается как трехмерная область, внутри которой существует 95-процентная вероятность нахождения электрона.»
В этом определении также акцентируется внимание на местоположении орбитали в атоме и указывается связь орбитали с пребыванием там электрона. Противоречивость этого понимания уже показана. Если же рассматривать орбиталь как некую функцию, то эта функция, судя по приведенному же определению, описывает свойства, характерные для электронов, а вовсе не свойства орбитали.
Оспаривать определение орбитали для защиты орбитальной концепции бессмысленно. Вот определение из учебника для 8 класса:
Атомная орбиталь — это область пространства, в которой вероятность нахождения электрона максимальна.
В учебнике дается и рисунок орбитали для атома водорода:
Во всех определениях орбиталь определяется как область пространства, а далее имеются не принципиальные отличия в понимании этого мысленно представляемого объекта. При этом во всей химической литературе применяются словосочетания: «электрон переходит на другую орбиталь» или электрон «заполняет орбиталь». Везде орбиталь интерпретируется как область пространства. Вот здесь-то и обнаруживается еще одно логическое противоречие. Определение орбитали говорит о наличии электрона в определенном пространстве около ядра и только такая область пространства считается орбиталью. А при переходе электрона на другую орбиталь говорится, что электрон занимает орбиталь, из чего следует, что орбиталь - это место свободное от электрона. И это не мои выдумки или высказывания, это фразы из разных контекстов одной и той же квантовой теории. В одном случае утверждается, что орбиталь это место, занятое электроном, а в другом утверждается, что орбиталь это место, свободное от электрона. Причем это противоречие содержится во всей химической литературе, его начинают преподавать с самого начала преподавания химии, с 8 класса.
Приведенный рисунок s-орбитали и ядра атома содержит еще одно противоречие – ядро атома (в простейшем случае для водорода это протон) располагается внутри электрона. Тем самым одна частица (протон) оказывается расположенной внутри другой частицы – внутри электрона. Вы взгляните на рисунок атома водорода - это ли не абсурд?!
На самом деле орбитали, как области пространства, в котором находится электрон, нет ни у ядра, ни у электрона. Пространство, занимаемое электроном, в принципе невозможно отделить от электрона. А его отделяют и называют новым именем – орбиталь. В сущности, элементарную частицу под названием электрон заменяют на орбиталь, как область пространства, где электрон расположен, а затем начинают разыскивать, где же этот несчастный электрон расположен. Однако, прежде чем искать, где расположен электрон, нужно определить его пространственный размер и форму, но этим, увы, никто не занимается.
Кроме противоречий логического характера у орбитальной концепции есть нестыковки и физического характера. В частности, в атоме нет ничего такого физического, что могло бы служить специфической областью пространства, именуемой орбиталью. В электрическом поле ядра атома, в отсутствие электронов, нет никаких нелинейностей, неоднородностей, выделяющих одно место пространства в атоме по сравнению с другими местами. Электрическое поле ядра без электронов является центрально-радиальным и монотонно спадает при удалении от него. Только появление электрона в атоме может изменить характеристики электрического поля. И что интересно – попадание электрона в атом действительно изменяет итоговое поле в реальности, однако изменение поля ядра приводит к тому, что поле перестает быть центрально-радиальным. А уравнение Шредингера работает только для центрально-радиального поля. Опять незадача.
Кроме того, расчеты орбиталей по уравнению Шредингера дают величины, которые вообще имеют энергетические размерности, а вовсе не пространственные. Электрон, переходя на новую орбиталь, переходит на новый энергетический уровень, а вовсе не принимает новое местоположение в пространстве в районе ядра. Выходит, словосочетание «переходит на новую орбиталь» вообще не связано с пространственным перемещением электрона, но на иллюстрациях во всей химической литературе, на многочисленных рисунках орбиталей в сети изображаются именно пространственные характеристики орбиталей, расположенные в пространстве атома. Изображается система отсчета с пространственными осями x, y, z. Опять незадача.
Далее, орбитали, рассматриваемые при переходе электрона на другой энергетический уровень, имеют значения энергий, несопоставимые с энергией электрона. Энергии перехода соответствуют энергии связи электрона с ядром, с максимумом в 13,6 эВ, в то время как энергия электрона составляет 511004 эВ, что никак не вяжется с типичными утверждениями о переходе электрона на новый энергетический уровень. Ни на какой новый энергетический уровень собственно электрон не переходит и не может переходить. Энергия электрона на самом деле вообще не изменяется. Энергия связи относится к энергии среды, а не к энергии электрона. Происходит всего лишь разрыв или установление связи между электроном и протоном. Величина энергии связи электрона с протоном переменная, зависящая от пространственного местоположения электрона в атоме, и изменяющаяся в диапазоне значений энергии от 0 до 13,6 эВ. Переход электрона на новый энергетический уровень вообще не имеет никакого отношения к пространственным перемещениям электрона. Пространственно переход может происходить разве что на гипотетической пространственной иллюстрации на графике энергий, либо в мышлении теоретиков, рассматривающих поведение электрона в атоме.
Таким образом, орбиталь и вся орбитальная концепция химии имеет множественные нестыковки и противоречия. Физическое пространство, занимаемое электроном, нельзя отделить от электрона, а они отделяются. Рассматривать отдельно электрон и место пространства, которое он занимает, абсурдно. Орбиталь, как некое самостоятельное образование, представляет собой теоретически ненужный объект и практически отсутствующий в атоме. Можно говорить, что волновая функция, которая изначально планировалась, как способ описания электрона, на самом деле описала нечто иное, чем электрон. Волновая функция, будучи сама некорректной, породила и соответствующий некорректный объект – орбиталь, которую можно считать уродливым созданием, родившемся вместо электрона. Некорректным является и сам подход – сначала придумать описание объекта (волновую функцию), а затем подбирать, что же подходит под придуманное описание.
Чтобы исправить сложившуюся в теоретической химии ситуацию, нужно сначала найти действительное строение электрона и только потом придумывать соответствующее ему описание. Однако защитники существующей орбитально-вероятностной концепции заверяют всех, что их концепция базируется на строгом математическом аппарате, подтверждается экспериментально и моделированием. Но все это на поверку оказывается дезинформацией.
Это хорошо, что подобные ложные представления теоретиков коллапсируют при каждом акте наблюдения.