CRÍTICAS À EQUAÇÃO E AO SIGNIFICADO FÍSICO DA CONSTANTE DA ESTRUTURA FINA

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1 CRÍTICAS À EQUAÇÃO E AO SIGNIFICADO FÍSICO DA CONSTANTE DA ESTRUTURA FINA Segundo a Teoria aeita, a Constante de estrutura fina, é onsiderada omo universal. É uma grandeza que tem origem na observação de finas estruturas nos espetros dos elementos alalinos, tais omo lítio, sódio, potássio e outros, além do próprio hidrogênio. São todos átomos que possuem apenas um elétron em sua última amada de energia do estado não exitado. A ompreensão desse fenômeno se deu à luz da orreção relativístia para as transições de estados mais exitados quando estes perdem a degeneresênia do número quântio orbital para produzir as raias no espetro observado. Possui algumas araterístias peuliares e sua natureza é ompreendida apenas dentro do ontexto relativístio. Por ser de natureza relativístia, essa onstante também vai desempenhar um papel primordial na onstituição do núleo atômio, onde governa a físia quântia relativístia. Partíulas onstituintes do núleo são resultados da interação entre partíulas elementares arregadas eletriamente. Por exemplo, o nêutron é onstituído de um próton, um elétron e um neutrino. Agindo tenuamente em ambiente onde governam forças de intensidade inimaginável, omo a força eletromagnétia, a onstante de estrutura fina, porém, aaba por desempenhar papel fundamental. Relação matemátia para orrigir a energia inétia da radiação emitida da fórmula de Niels Bohr para a Fórmula da Energia Cinétia Newtoniana: A teoria atual relaiona a energia inétia da radiação emitida omo originária do elétron que após o impato, pula para uma amada de mais energia e em um pequeno intervalo de tempo algum elétron deste nível de energia volta à amada original e emita essa diferença de energia em forma de radiação. Como um elétron emite a radiação, em período posterior, oorre violação do prinípio da onservação das energias ou da onservação dos momentos neste pequeno intervalo. Dessa forma, a Meânia Quântia aeita que a onservação de energia não é neessariamente válida em pequenos intervalos de tempo. Este proesso em que a energia não é onservada pelos fatores envolvidos (o elétron que reebeu o impato), mas, pelo sistema, é hamado de troa virtual de um fóton entre elétrons. Por ausa desta interpretação, não houve a possibilidade de se utilizar a Fórmula da energia inétia para mensurar esta energia emitida, pois, ela era apenas devolvida por algum elétron, posteriormente, em um pequeno intervalo de tempo. Desta forma, fiou impossível dissoiar esta energia inétia de um elétron que retorna de um nível maior para outro de menor energia. Para mensurar matematiamente essa energia, houve a neessidade de um artifíio matemátio, embutido na fórmula da Teoria atual, para adequar aos valores reais dessa energia emitida, supostamente, pelo elétron orbital. Assim, foi apresentada a Fórmula, que relaiona a energia inétia da radiação, emitida pelo elétron orbital, om a massa do elétron e om a veloidade da luz (Fórmula

2 da energia de Albert Einstein ( M. ), om o número atômio ( Z ), om a amada eletrônia ( n ) e a introdução da Constante da Estrutura Fina ) (α ). E( n) Z. α. Me. ( n) Tem-se, então, para o estado fundamental ( n 1) do átomo de hidrogênio ( K 1) :. Me KeV E( 1) α x ( h).( ).( Ry) 13, 6eV (137) Sabe-se que a Constante da Estrutura Fina (α ) é: Ve (1) , ( α ) (α ) (α ) 7, ( α ) 1 137, Observação: A Teoria atual onsidera que a veloidade Ve (1) seja a veloidade do elétron orbital da amada K, mas, omo demonstrado matematiamente nas determinações das energias inétias das radiações emitidas, produzidas pelos impatos dos elétrons nos posítrons nuleares do hidrogênio, esta veloidade é do elétron aelerado da Série de Lyman. A veloidade da luz não se enquadra nestas relações, mas, omo é utilizada a Fórmula da Energia de Albert Einstein ( M. ) para altas veloidades, foi utilizada uma relação matemátia, a Constante da Estrutura Fina para anular a veloidade da luz e substituí-la pela veloidade do elétron aelerado da Série de Lyman, Transformando a Fórmula de Niels Bohr na Fórmula da energia inétia Newtoniana. Após estas onsiderações, pode-se substituir a Constante da Estrutura Fina na Fórmula (da Teoria atual) e enontrar a relação orrigida dessa Fórmula (que é a própria Fórmula da Energia Cinétia Newtoniana):

3 . Me. Ve Me. E (1) α ( ). Ve E. Me. x E. Esta transformação demonstra que a fórmula da energia de Albert Einstein não mensura a energia emitida e que foi utilizada a fórmula da energia inétia de Newton, o que é uma grande evidênia que não oorre emissão pelo elétron orbital, pois, esta energia é imediata e resultante de um impato e não dá para usá-la, para uma emissão em um momento posterior, omo no aso de um elétron que retorna a uma amada de menor energia e emita a diferença de energia em forma de radiação. Camadas eletrônias não possuem níveis de energia, não sendo, portanto, quantizadas omo afirma a Teoria atualmente aeita. A Constante da Estrutura Fina é uma relação matemátia para orrigir a energia inétia da radiação emitida da teoria de Niels Bohr (que utiliza a Teoria de Einstein), para a Fórmula da Energia Cinétia Newtoniana. E (1) α. Transforma.( Me. ). em A energia inétia da radiação limite da Série de Lyman é determinada pela Fórmula da energia inétia do impato do elétron aelerado: E. (9, (40) ) ( , ) 18 E.., J. s Ve , m / s (Relação da energia inétia om a massa do elétron aelerado e sua veloidade na Série de Lyman) O modelo de Bohr, também, fornee uma expressão da onstante de Rydberg em termos das onstantes fundamentais pela seguinte expressão:

4 Ryd. H α (4π ) ( D e CP ) ( λ e CP ) Me. λecp ( D e CP ). π ( De CP ) Representa a onda Compton do elétron ( λ e CP ) dividida π. Me. por ( π ). Relação empíria em que as onstantes usadas não têm representação físia do evento: Ve Ryd. H (4π ) π. Me. Simplifiando esta relação empíria enontra-se o que representa fisiamente a Constante de Rydberg: Ryd. H Ve (4π ) π. Me. Ryd. H. A Constante de Rydberg é a Frequênia limite da Série de Lyman dividida pela veloidade da luz: F Ryd. H, omo: F h Ryd. H. O onvenimento de Albert Einstein, que se tratava de uma das maiores evidênias, para a validade de toda a Teoria de Niels Bohr: Niels Bohr, ao enontrar empiriamente o valor numério da onstante Rydberg para o hidrogênio, estipulou que ela deveria ser proporional ao quadrado da arga do núleo, prevendo que o espetro do átomo do hélio ionizado, uma vez, deveria ser semelhante ao do hidrogênio, om a multipliação da onstante de Rydberg por quatro. Tal interpretação foi onfirmada om a desoberta do hélio e para Albert Einstein essa onfirmação foi uma das mais onvinentes evidênias para a validade das ideias da Teoria Niels Bohr.

5 No entanto, esta onlusão aertada, a respeito do hélio ionizado, apesar do onvenimento de Einstein, não poderia ser onsiderada garantia para a validade da Teoria de Niels Bohr. O que representa a relação da Constante de Rydberg om a energia inétia na Teoria de Bohr: Da expressão que relaiona a onstante de Plank, a veloidade da luz e a Constante de Rydberg, onlui-se que representa a frequênia limite da Série de Lyman vezes a onstante de Plank: E. ( F) ( h). Utilização da Constante de Plank em eletro Volt: Pode-se obter: ( ) ( ) E. ( h) Ry F E. ( h) ( ) ( ) ( h) ( F) 13, ev ou E. ( ) /( q) 13, ev Para se determinar a energia inétia ( ), em eletro Volt, deve-se dividir esta expressão (que resulta em energia inétia em Joule), pela suposta arga elétria fundamental, em Coulomb (q). ( q) 1, (35) C O sinal negativo da Fórmula de Niels Bohr seria indiativo de emissão da radiação pelo elétron orbital, o que na realidade não oorre. O átomo quântio de Neils Bohr e sua onsideração sobre a relação entre a onstante de estrutura fina e a fraqueza da interação eletromagnétia: Neils Bohr obteve, em termos apenas das onstantes fundamentais e do número quântio, a expressão das energias permitidas para os estados ligados do átomo, hegando à onlusão que a ordem de grandeza da energia de ligação do átomo é uma dezena de ( e. V ) e as energias de exitação serão laramente da ordem de ( e. V ), deixando laro que a pequena dimensão destes valores em omparação om a energia de

6 massa do elétron deve-se ao pequeno valor da onstante de estrutura fina, ou ainda, a prova da interação eletromagnétia ser uma interação fraa. Consequênias destas determinações para as relações matemátias da Teoria de Niels Bohr e suas interpretações quântias: 1. A onlusão de Niels Bohr sobre a ordem de grandeza da energia de ligação do átomo e as energias de exitação, areditando que a pequena dimensão dos valores da energia, em omparação om a energia de massa, do elétron, ter relação om a onstante da estrutura fina, ou ainda, uma prova da interação eletromagnétia fraa, não tem oerênia om os resultados apresentados neste trabalho.. A suposta Constante da estrutura fina é um artifíio matemátio para aertar as relações físias orretas e não tem importânia físia alguma, a não ser para a Teoria atual, pois, sem ela não se onsegue aertar os valores experimentais mesmo aproximativos, mas, não que tal onstante seja fundamental, mas, por ela ser a únia saída enontrada. 3. A razão entre a veloidade do elétron aelerado da Série de Lyman e a veloidade da luz, não possui araterístias peuliares e sua natureza ser ompreendida apenas dentro do ontexto relativístio é pretensioso, pois, esta razão não tem representação físia e não desempenha nenhum papel na onstituição do núleo atômio, bem omo a sua relação om a físia quântia relativístia é deorrente de sua valorização extrema, após ter sido utilizada para a determinação matemátia da Teoria de Niels Bohr dentro do ontexto da Teoria da Relatividade espeial de Albert Einstein. Ambas desenvolvidas levando em onsideração a premissa inorreta de que as emissões são provenientes do elétron orbital. 4. Segundo a Teoria, no hidrogênio à temperatura ordinária, os átomos estão no seu estado fundamental ( n 1) e o espetro de emissão poderia ser observado produzindo-se uma desarga elétria no gás, onde seriam induzidas transições para estados exitados ( n > 1) e que os átomos exitados voltariam ao estado fundamental através de uma série de transições, emitindo radiação. Mas, omo mostra este estudo, essas afirmações não ondizem om a realidade dos aonteimentos a nível atômio, pois, o fenômeno não é proveniente de emissões de elétrons. As séries se relaionam om emissões produzidas pelos impatos dos elétrons aelerados e não têm relação om emissões do elétron orbital e om a quantização das amadas eletrônias. 5. Neils Bohr utiliza uma relação matemátia, a Lei de Coulomb, em um evento que areditava ser produzido pelo elétron orbital. Este fato produziu equívoos em toda sua Teoria Atômia:

7 Pela Lei de Coulomb: F K q 1 q d A Força (F) é igual à energia inétia ( E..) do elétron orbital, isto é, determinará sua veloidade: F E.. Ve E Me : 6. Niels Bohr utilizou esta relação, no entanto, utilizou a energia (E) das emissões, que não se relaionavam om a energia inétia do elétron orbital, por onsiderar que a veloidade enontrada fosse do elétron orbital da primeira amada (V 1). 7. A veloidade do elétron orbital do hidrogênio ( V orb ) deorre da mensuração da Energia (força) da Lei de Coulomb que somente pode ser definida se for enontrado a distânia entre o entro de massa do elétron orbital e o entro de massa do próton. 8. Além de utilizar, inorretamente, a energia das emissões, para determinar a veloidade linear, utilizou também para determinar sua veloidade angular, o momento angular do elétron, bem omo para a determinação dos raios das amadas eletrônias do hidrogênio. 9. A expressão que determina os raios das órbitas, desrita abaixo, não representa matematiamente estas dimensões e nem determina o raio da órbita do estado fundamental do hidrogênio ou o raio de Bohr, pois, está se utilizando a veloidade do elétron aelerado omo se fosse o elétron orbital e om isto, a equação hega, também, a determinações não representativas dessas grandezas: Supostos raios das outras amadas: r( n) K. Ze. De. n De. n Z. α. Z.α Suposto raio da amada K do Hidrogênio: r ( 1) r( B) 0,59Aº

8 10. Niels Bohr utiliza na determinação desta medida a Energia inétia produzida nas raias espetrais. Esta energia não tem relação om o elétron orbital: Suposto raio da primeira amada o hidrogênio: Relações inorretas: As emissões não oorrem pelo elétron orbital e não tem relação om a amada eletrônia e o resultado enontrado por Niels Bohr, para os raios das amadas eletrônias, não são representadas pelas medidas mensuradas, pois, não há relações físias entre as grandezas usadas e essas medidas enontradas. A Frequênia da radiação emitida é determinada pela energia inétia do elétron aelerado e não tem relação om o elétron orbital. A veloidade é do elétron aelerado e não do elétron orbital. 11. A Teoria de Bohr determina que a veloidade do elétron na órbita de número quântio (n) é enontrada pela seguinte equação, porém, é utilizada a veloidade do elétron aelerado, resultando em relações inorretas: Suposta veloidade do elétron nas outras órbitas: Como: Vn Z.α. n Então: Ve( Lyman) α Ve( Lyman) Ve( Lyman) Vn n ( Ve ) Elétrons. aelerados. nas. outras. Séries ( Ve) Lyman (n) Representa, na realidade, a relação entre as veloidades dos elétrons aelerados das outras Séries om a Série de Lyman e não as amadas eletrônias. 1. A veloidade do elétron orbital para o estado fundamental do hidrogênio, também, não é representada pela equação abaixo:

9 Suposta veloidade do elétron em seu estado fundamental : 1 Ve Ve( 1) α. Ve. do. elétron. aelerado. da. Série. de. Lyman 137,077 Ve.188. km / s 13. A veloidade do elétron aelerado, determinante da energia inétia das emissões da Série de Lyman: Relações orretas entre a energia inétia do impato do elétron aelerado na linha equatorial do Núleo do hidrogênio determinante da frequênia da radiação emitida após a aniquilação do elétron aelerado omo um posítron nulear. E.. ( F).( h) ( F) E.. ( F) ( h).( h) Ve , m / s (Veloidade do elétron aelerado na Série de Lyman) 14. A esquematização abaixo não representa orretamente os atores envolvidos nas emissões das raias espetrais do hidrogênio e tem que ser revista:

10 15. A Teoria atual onsidera que, ao ganhar energia, o elétron pule para uma amada eletrônia de maior energia, no entanto, apesar desse elétron reeber mais energia sua veloidade diminui à metade, diminuindo quatro vezes a sua energia inétia (omo no suposto aso do elétron que pule da amada K para a L), além disto, um elétron que perde energia pulando da amada L para a amada K, emita a diferença de energia em forma de radiação, mesmo dobrando sua veloidade (quadrupliando sua energia inétia). 16. Esta interpretação passa para a amada eletrônia a quantização da energia e, pelo que foi dito, o elétron reebe o impato, ganha energia inétia, pula para outra amada por ausa desta energia, mas omo a amada é quantizada, este elétron tem mais energia, mesmo om uma veloidade que é a metade da anterior e quando volta á amada anterior, perde energia, emite radiação e ainda dobra sua veloidade quadrupliando sua energia inétia. 17. Relações entre as Séries espetrais do Hidrogênio e a veloidade dos elétrons aelerados Conforme demonstrado na determinação das Séries espetrais do hidrogênio, as radiações são produzidas pelas aniquilações, em ângulos determinados, entre os elétrons aelerados e posítrons externos, onstituintes do próton de hidrogênio e não tem relação om o elétron orbital ou om energias em amadas eletrônias. As verdadeiras relações entre as veloidades dos elétrons aelerados om as emissões estão apresentadas a seguir: Relação das

11 Séries Veloidade dos elétrons aelerados (km/s) Energia Máxima em eletro Volt Frequênia Limite 14 ( x..10 hertz / s)) Comprimento de onda limite (Angstroms) veloidades ao quadrado om a série de Lyman Lyman.188,347 13,613 3, ,67 - Balmer 1.094,173 3,403 8, ,068 1/4 Pashen 79,449 1,51 3, ,403 1/9 Brakett 547,086 0,850, ,7 1/16 Pfund 437,669 0,544 1, ,675 1/5 Humphreys 364,74 0,378 0, ,61 1/36 A relação entre a veloidade do elétron (supostamente orbital) e a veloidade da luz: Ve A introdução da relação ( ) tem relação om a transformação de ( m. ) para ( ), onforme demonstrado na determinação das emissões espetrais do hidrogênio, mas, na sua determinação são utilizadas outras onstantes: Ve( Lyman) A Constante da Estrutura fina é simplesmente uma relação α ( ), mas, foi apresentada uma Fórmula empíria utilizando-se várias onstantes até se hegar bem próximo aos valores da relação entre a veloidade do elétron e a veloidade da luz. A utilização destas onstantes aabou por onstruir uma importânia extrema, para uma relação que nada representa. Os erros desta equação serão mostrados após o estudo da Constante de Coulomb. e e α h..4π. εο. εο. Ke. π 1/137 Constantes utilizadas na Fórmula: (e) Carga do elétron em Coulomb; (h) Constante de Plank em Joule; (h) Constante de Plank normalizada por ( π ) ; () Veloidade da luz; (εο) Constante Elétria; (K) Constante de Coulomb Conlusões sobre a utilização das Constantes Fundamentais na definição matemátia da Constante da estrutura fina :

12 Utilização dos valores das onstantes na determinação da relação entre a veloidade do elétron aelerado e a veloidade da luz: α e. εο. 19 ( )(1, (35) 10 ) 1 8, , (9) α 7, α 1 137, ( ) Niels Bohr areditava estar utilizando a suposta arga elétria fundamental ( e q), em Coulomb, mas, será demonstrado que ele utilizou nessa equação a energia inétia por giro [( e ) ( e../ hertz) ] do Experimento de Millikan e a Constante de Plank (h), na mesma unidade de medida (ambas em Joule). Ve Os valores obtidos aproximam bastante da relação ( ) originalmente utilizada para a transformação de ( Me. ), para produzir os resultados das emissões espetrais, mas, o emprego destas onstantes não têm signifiado físio em relação aos reais aonteimentos, apenas hegam a um resultado numério aproximado. Com a utilização dessa fórmula empíria não se hega à veloidade do elétron aelerado da Série de Lyman. Crítias à Fórmula apresentada para a determinação matemátia da Constante da estrutura fina: Diferenças entre a veloidade do elétron na utilização da fórmula da Constante e a veloidade que se enontra om a utilização das raias espetrais do hidrogênio: Veloidade exata do elétron aelerado da Série de Lyman enontrada om a utilização das raias espetrais do hidrogênio: Ve , m / s Veloidade do elétron pela fórmula de Niels Bohr, onde é utilizada a arga em Coulomb e a Constante de Plank em Joule: α e. εο. Ke π α

13 e Ve. εο. h Ve Ke π h Ve , m / s Essa Veloidade é 656, m / s mais baixa que a veloidade orreta enontrada no estudo das emissões produzidas pela energia inétia de impato do elétron aelerado da Série de Lyman. Consequênia da diferença de veloidades enontradas pela Fórmula aima e a enontrada pela utilização das raias espetrais do hidrogênio: A diferença de veloidade é substanial e representa uma energia inétia de: Energia Cinétia que fia faltando ao se utilizar Fórmula das onstantes itadas: E 1, J Valor da Constante indiada pelo Comitê para Ciênia e Tenologia em 010 (CODATA - 010): Valor da Constante da estrutura fina segundo o Comitê: Observação: α 7, (4) , (44) Este valor é uma relação entre uma veloidade espeífia do elétron aelerado na Série de Lyman, dividida pela veloidade da luz e este resultado não pode ser alterado, a não ser que as medições das radiações eletromagnétias emitidas do espetro do hidrogênio ou da veloidade da luz não estejam orretas, o que não é verdadeiro.

14 Então: Veloidade do elétron aelerado da Série de Lyman: Ve , m / s Veloidade da Luz m / s Valor aurado para a suposta Constante da Estrutura fina: Ve Lyman ( α ) 3 7, ( α ) 1 137, Para a determinação da veloidade do elétron foi onsiderado o valor da massa do elétron indiado pelo CODATA em 010 ( 9, (40) kg. ). A suposta arga elétria fundamental e a energia inétia por giro (por hertz): Para se hegar à veloidade (que a Teoria atual aredita ser do elétron orbital e não do elétron aelerado), Neils Bohr utiliza várias onstantes, empiriamente, até que o resultado fique bem próximo da razão entre a veloidade do elétron aelerado da Série Ve de Lyman e a veloidade da luz. Niels Bohr areditava que estaria utilizando a suposta arga elétria fundamental na fórmula, no entanto, perebe-se que está sendo utilizada a energia inétia por giro ( e e../ hertz) em Joule (do Experimento de Millikan).