Най-малката частица на земята. Само за сложното: мистерията на най-малката частица във Вселената или как да уловим неутрино. Най-малкото полицейско управление

Доктор на физико-математическите науки М. КАГАНОВ.

По дългогодишна традиция списание "Наука и живот" разказва за най-новите постижения на съвременната наука, за най-новите открития в областта на физиката, биологията и медицината. Но за да разберете колко важни и интересни са те, е необходимо да имате поне обща представа за основите на науката. Съвременната физика се развива бързо и хората от по-старото поколение, тези, които са учили в училище и в института преди 30-40 години, не са запознати с много от нейните разпоредби: тогава те просто не са съществували. И нашите млади читатели все още не са имали време да научат за тях: научно-популярната литература практически е престанала да се публикува. Ето защо помолихме М. И. Каганов, дългогодишен автор на списанието, да ни разкаже за атомите и елементарните частици и за законите, които ги управляват, за това какво представлява материята. Моисей Исаакович Каганов е теоретичен физик, автор и съавтор на няколкостотин статии по квантовата теория на твърдите тела, теорията на металите и магнетизма. Той беше водещ член на Института по физически проблеми на името на V.I. П. Л. Капица и професор в Московския държавен университет. М. В. Ломоносов, член на редакционните колегии на списанията "Nature" и "Quantum". Автор на много научно-популярни статии и книги. Сега живее в Бостън (САЩ).

Наука и живот // Илюстрации

Гръцкият философ Демокрит е първият, който използва думата "атом". Според учението му атомите са неделими, неразрушими и в постоянно движение. Те са безкрайно разнообразни, имат вдлъбнатини и издутини, с които се преплитат, образувайки всички материални тела.

Таблица 1. Най-важните характеристики на електроните, протоните и неутроните.

атом на деутерий.

Английският физик Ернст Ръдърфорд с право се смята за основател на ядрената физика, теорията за радиоактивността и теорията за структурата на атома.

На снимката: повърхността на волфрамов кристал, увеличена 10 милиона пъти; всяка ярка точка е нейният отделен атом.

Наука и живот // Илюстрации

Наука и живот // Илюстрации

Работейки върху създаването на теорията за радиацията, Макс Планк през 1900 г. стига до извода, че атомите на нагрятото вещество трябва да излъчват светлина на порции, кванти, имащи размерност на действие (J.s) и енергия, пропорционална на честотата на излъчване: E = hn.

През 1923 г. Луи дьо Бройл прехвърля идеята на Айнщайн за двойствената природа на светлината - двойствеността вълна-частица - към материята: движението на частица съответства на разпространението на безкрайна вълна.

Дифракционните експерименти убедително потвърдиха теорията на де Бройл, според която движението на всяка частица е придружено от вълна, дължината и скоростта на която зависят от масата и енергията на частицата.

Наука и живот // Илюстрации

Опитният играч на билярд винаги знае как ще се търкалят топките след удар и лесно ги вкарва в джоба. С атомните частици е много по-трудно. Невъзможно е да се посочи траекторията на летящ електрон: това е не само частица, но и вълна, безкрайна в пространството.

През нощта, когато на небето няма облаци, луната не се вижда и светлините не пречат, небето е изпълнено с ярко блестящи звезди. Не е необходимо да търсите познати съзвездия или да се опитвате да намерите планети, близки до Земята. Само гледай! Опитайте се да си представите огромно пространство, което е изпълнено със светове и се простира на милиарди милиарди светлинни години. Само поради разстоянието световете изглеждат като точки, а много от тях са толкова далече, че не се различават поотделно и се сливат в мъглявина. Изглежда, че сме в центъра на Вселената. Сега знаем, че това не е така. Отхвърлянето на геоцентризма е голяма заслуга на науката. Отне много усилия, за да разберем, че малката Земя се движи в произволна, привидно неразпределена област от безгранично (буквално!) пространство.

Но животът се е зародил на Земята. Тя се разви толкова успешно, че успя да създаде човек, способен да разбира света около себе си, да търси и намира законите, които управляват природата. Постиженията на човечеството в познаването на природните закони са толкова впечатляващи, че човек неволно се чувства горд от принадлежността си към тази щипка разум, изгубена в периферията на една обикновена Галактика.

Предвид многообразието на всичко, което ни заобикаля, съществуването на общи закони е удивително. Не по-малко поразително е това всичко е изградено от частици само от три вида - електрони, протони и неутрони.

За да се използват основните закони на природата за извличане на наблюдаеми величини и прогнозиране на нови свойства на различни вещества и обекти, са създадени сложни математически теории, които не са никак лесни за разбиране. Но контурите на научната картина на света могат да бъдат разбрани, без да се прибягва до строга теория. Естествено, това изисква желание. Но не само: дори едно предварително запознанство ще трябва да похарчи малко работа. Човек трябва да се опита да разбере нови факти, непознати явления, които на пръв поглед не съответстват на съществуващия опит.

Постиженията на науката често водят до идеята, че за нея „нищо не е свято“: това, което е било вярно вчера, днес се отхвърля. Със знанието възниква разбирането за това колко благоговейно науката се отнася към всяко зрънце натрупан опит, с каква предпазливост се движи напред, особено в случаите, когато е необходимо да се изоставят вкоренените идеи.

Целта на тази история е да се запознаят с основните характеристики на структурата на неорганичните вещества. Въпреки безкрайното им разнообразие, структурата им е относително проста. Особено в сравнение с всеки, дори най-простият жив организъм. Но има едно общо нещо: всички живи организми, както и неорганичните вещества, са изградени от електрони, протони и неутрони.

Невъзможно е да обхванете необятността: за да се запознаете поне в общи линии със структурата на живите организми, е необходима специална история.

ВЪВЕДЕНИЕ

Разнообразието от вещи, предмети - всичко, което използваме, което ни заобикаля, е безгранично. Не само по тяхното предназначение и структура, но и по материалите, използвани за създаването им - вещества, както се казва, когато няма нужда да се подчертава тяхната функция.

Веществата, материалите изглеждат твърди, а докосването потвърждава това, което очите виждат. Изглежда, че няма изключения. Течащата вода и твърдият метал, толкова различни един от друг, си приличат по едно нещо: и металът, и водата са твърди. Вярно е, че солта или захарта могат да се разтворят във вода. Те намират своето място във водата. Да, и в твърдо тяло, например дървена дъска, можете да забиете пирон. Със значителни усилия е възможно да се постигне, че мястото, което е било заето от дърво, ще бъде заето от железен пирон.

Много добре знаем, че от твърдо тяло може да се отчупи малко парче, практически всеки материал може да бъде смачкан. Понякога е трудно, понякога се случва спонтанно, без наше участие. Представете си себе си на плажа, на пясъка. Разбираме, че песъчинката далеч не е най-малката частица от веществото, което изгражда пясъка. Ако опитате, можете да намалите песъчинките, например, като преминете през ролките - през два цилиндъра от много твърд метал. След като влезе между ролките, песъчинката се раздробява на по-малки парчета. Всъщност така се прави брашно от зърно в мелниците.

Сега, когато атомът е твърдо навлязъл в нашия мироглед, е много трудно да си представим, че хората не са знаели дали процесът на раздробяване е ограничен или дали едно вещество може да бъде раздробено до безкрайност.

Не е известно кога хората за първи път са си задали този въпрос. За първи път е записано в писанията на древногръцките философи. Някои от тях вярваха, че колкото и дробно да е едно вещество, то позволява разделяне на още по-малки части - няма ограничение. Други предполагат, че има малки неделими частици, които изграждат всичко. За да подчертаят, че тези частици са границата на раздробяване, те ги нарекли атоми (на старогръцки думата "атом" означава неделим).

Необходимо е да се назоват тези, които първи изложиха идеята за съществуването на атоми. Това са Демокрит (роден около 460 или 470 г. пр. н. е., починал в дълбока старост) и Епикур (341-270 г. пр. н. е.). И така, атомната наука е на почти 2500 години. Идеята за атомите в никакъв случай не беше приета веднага от всички. Дори преди 150 години имаше малко хора, уверени в съществуването на атоми, дори сред учените.

Това е така, защото атомите са много малки. Те не се виждат не само с просто око, но и например с 1000-кратно увеличение на микроскопа. Нека помислим: какъв е размерът на най-малките частици, които могат да се видят? Различните хора имат различно зрение, но вероятно всеки ще се съгласи, че е невъзможно да се види частица, по-малка от 0,1 милиметър. Следователно, ако използвате микроскоп, можете, макар и трудно, да видите частици с размер около 0,0001 милиметра или 10 -7 метра. Сравнявайки размерите на атомите и междуатомните разстояния (10-10 метра) с дължината, приета от нас като граница на способността за зрение, ще разберем защо всяко вещество ни се струва твърдо.

2500 години са много време. Без значение какво се случва в света, винаги е имало хора, които са се опитвали да отговорят на въпроса как работи светът около тях. Понякога проблемите на организацията на света тревожеха повече, понякога - по-малко. Раждането на науката в съвременния й смисъл се случи сравнително наскоро. Учените са се научили да експериментират – да задават въпроси на природата и да разбират нейните отговори, да създават теории, които описват резултатите от експериментите. Теориите изискват строги математически методи, за да направят валидни заключения. Науката е извървяла дълъг път. По този път, който за физиката започва преди около 400 години с трудовете на Галилео Галилей (1564-1642), е получена безкрайно много информация за структурата на материята и свойствата на тела от различно естество, безкраен брой различни явленията бяха открити и разбрани.

Човечеството се е научило не само пасивно да разбира природата, но и да я използва за свои цели.

Няма да разглеждаме историята на развитието на атомните концепции за 2500 години и историята на физиката през последните 400 години. Нашата задача е да разкажем възможно най-кратко и ясно от какво и как е изградено всичко - предметите около нас, телата и самите ние.

Както вече споменахме, цялата материя се състои от електрони, протони и неутрони. Знам за това още от ученическите си години, но не спира да ме учудва, че всичко е изградено от частици само от три вида! Но светът е толкова разнообразен! Освен това средствата, които природата използва за извършване на строителството, също са доста еднакви.

Последователното описание на начина, по който се изграждат различни видове вещества е сложна наука. Тя използва сериозна математика. Трябва да се подчертае, че няма друга проста теория. Но физическите принципи, които са в основата на разбирането на структурата и свойствата на веществата, въпреки че са нетривиални и трудни за представяне, все пак могат да бъдат разбрани. С нашата история ще се опитаме да помогнем на всички, които се интересуват от устройството на света, в който живеем.

МЕТОД НА ШАРД, ИЛИ РАЗДЕЛИ И ЗНАЙ

Изглежда, че най-естественият начин да разберете как работи някакво сложно устройство (играчка или механизъм) е да го разглобите, разложите на съставните му части. Просто трябва да сте много внимателни, като помните, че ще бъде много по-трудно да се сгънете. „Да рушиш – не да градиш“ – гласи народната мъдрост. И още нещо: от какво се състои устройството, може би ще разберем, но как работи е малко вероятно. Понякога е необходимо да развиете един винт и това е всичко - устройството е спряло да работи. Необходимо е не толкова да се разглобява, а да се разбира.

Тъй като не говорим за действителното разлагане на всички предмети, неща, организми около нас, а за въображаемото, тоест за умственото, а не за реалното преживяване, тогава не е нужно да се притеснявате: не трябва да съберат. Също така, нека не пестим от усилията. Нека не мислим колко трудно или лесно е да се разложи устройството на съставните му части. Чакай малко. И как да разберем, че сме достигнали лимита? Може би с повече усилия можем да стигнем по-далеч? Признаваме си: не знаем дали сме достигнали лимита. Трябва да използваме общоприетото мнение, като осъзнаваме, че това не е много надежден аргумент. Но ако помните, че това е само общоприето мнение, а не истината от последна инстанция, тогава опасността е малка.

Вече е общоприето, че елементарните частици служат като детайли, от които всичко е изградено. И докато не всички. След като погледнем в съответния справочник, ще се убедим: има повече от триста елементарни частици. Изобилието от елементарни частици ни накара да се замислим за възможността за съществуването на субелементарни частици – частици, които изграждат самите елементарни частици. Така се ражда идеята за кварките. Те имат удивителното свойство, че изглежда не съществуват в свободно състояние. Има доста кварки - шест и всеки има своя собствена античастица. Може би пътуването в дълбините на материята не е приключило.

За нашата история изобилието от елементарни частици и съществуването на субелементарни частици не е от съществено значение. Електроните, протоните и неутроните участват пряко в изграждането на веществата – всичко се изгражда само от тях.

Преди да обсъдим свойствата на реалните частици, нека помислим как бихме искали да видим детайлите, от които е изградено всичко. Когато става въпрос за това, което бихме искали да видим, разбира се, трябва да вземем предвид разнообразието от гледни точки. Нека изберем няколко функции, които изглеждат задължителни.

Първо, елементарните частици трябва да имат способността да се обединяват в различни структури.

Второ, бих искал да мисля, че елементарните частици са неразрушими. Знаейки каква дълга история има светът, е трудно да си представим, че частиците, от които е съставен, са смъртни.

Трето, бих искал самите детайли да не са прекалено много. Разглеждайки градивните елементи, виждаме как различни сгради могат да бъдат създадени от едни и същи елементи.

Запознавайки се с електроните, протоните и неутроните, ще видим, че техните свойства не противоречат на нашите желания, а желанието за простота несъмнено съответства на факта, че в структурата на всички вещества участват само три вида елементарни частици.

ЕЛЕКТРОНИ, ПРОТОНИ, НЕУТРОНИ

Нека представим най-важните характеристики на електроните, протоните и неутроните. Те са събрани в таблица 1.

Големината на заряда е дадена в кулони, масата е дадена в килограми (единици SI); думите "завъртане" и "статистика" ще бъдат обяснени по-долу.

Нека обърнем внимание на разликата в масата на частиците: протоните и неутроните са почти 2000 пъти по-тежки от електроните. Следователно масата на всяко тяло се определя почти изцяло от масата на протоните и неутроните.

Неутронът, както подсказва името му, е неутрален - зарядът му е нула. Протон и електрон имат еднаква величина, но противоположни по знак заряди. Електронът е зареден отрицателно, а протонът е зареден положително.

Сред характеристиките на частиците няма привидно важна характеристика - техният размер. Описвайки структурата на атомите и молекулите, електроните, протоните и неутроните могат да се считат за материални точки. Размерът на протона и неутрона ще трябва да се помни само когато се описват атомните ядра. Дори в сравнение с размера на атомите, протоните и неутроните са чудовищно малки (от порядъка на 10 -16 метра).

По същество този кратък раздел се свежда до представянето на електрони, протони и неутрони като градивни елементи на всички тела в природата. Можем просто да се ограничим до таблица 1, но трябва да разберем как от електрони, протони и неутрони се извършва изграждане, което кара частиците да се комбинират в по-сложни структури и какви са тези структури.

АТОМ - НАЙ-ПРОСТАТА ОТ СЛОЖНАТА СТРУКТУРА

Има много атоми. Оказа се необходимо и възможно те да бъдат подредени по специален начин. Подреждането дава възможност да се подчертае разликата и сходството на атомите. Разумното подреждане на атомите е заслуга на Д. И. Менделеев (1834-1907), който формулира периодичния закон, който носи неговото име. Ако временно пренебрегнем съществуването на периоди, тогава принципът на подреждане на елементите е изключително прост: те се подреждат последователно според теглото на атомите. Най-лекият е водородният атом. Последният естествен (а не изкуствено създаден) атом е атомът на урана, който е повече от 200 пъти по-тежък от него.

Разбирането на структурата на атомите обяснява наличието на периодичност в свойствата на елементите.

В самото начало на 20-ти век Е. Ръдърфорд (1871-1937) убедително показа, че почти цялата маса на атома е концентрирана в неговото ядро ​​- малка (дори в сравнение с атом) област от пространството: радиусът на ядрото е приблизително 100 хиляди пъти по-малко от размера на атом. Когато Ръдърфорд прави своите експерименти, неутронът все още не е открит. С откриването на неутрона се разбра, че ядрата се състоят от протони и неутрони и е естествено да се мисли за атома като за ядро, заобиколено от електрони, чийто брой е равен на броя на протоните в ядрото - след всички, атомът като цяло е неутрален. Протоните и неутроните, като строителен материал на ядрото, получиха общо име - нуклони. (от латински ядро-ядро). Това е името, което ще използваме.

Броят на нуклоните в ядрото обикновено се обозначава с буквата НО. Това е ясно A = N + Z, където не броят на неутроните в ядрото и З- броят на протоните, равен на броя на електроните в атома. Брой НОсе нарича атомна маса и Z-атомно число. Атомите с еднакъв атомен номер се наричат ​​изотопи: в периодичната таблица те са в една и съща клетка (на гръцки isos -равен , топос -място). Факт е, че химичните свойства на изотопите са почти идентични. Ако внимателно разгледате периодичната таблица, можете да видите, че, строго погледнато, подреждането на елементите не съответства на атомната маса, а на атомния номер. Ако има около 100 елемента, тогава има повече от 2000 изотопа.Вярно е, че много от тях са нестабилни, тоест радиоактивни (от лат. радио- излъчвам актив- активни), те се разпадат, излъчвайки различни лъчения.

Експериментите на Ръдърфорд не само доведоха до откриването на атомните ядра, но също така показаха, че в атома действат същите електростатични сили, които отблъскват еднакво заредени тела едно от друго и привличат противоположно заредени тела (например топки на електроскоп) едно към друго.

Атомът е стабилен. Следователно електроните в атома се движат около ядрото: центробежната сила компенсира силата на привличане. Разбирането на това доведе до създаването на планетарен модел на атома, в който ядрото е Слънцето, а електроните са планетите (от гледна точка на класическата физика, планетарният модел е непоследователен, но повече за това по-долу) .

Има няколко начина за оценка на размера на атома. Различните оценки водят до подобни резултати: размерите на атомите, разбира се, са различни, но приблизително равни на няколко десети от нанометъра (1 nm = 10 -9 m).

Разгледайте първо системата от електрони в атома.

В Слънчевата система планетите са привлечени от слънцето чрез гравитация. В атома действа електростатична сила. Често се нарича Кулон след Шарл Августин Кулон (1736-1806), който установява, че силата на взаимодействие между два заряда е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Фактът, че две такси Q 1 и Q 2 се привличат или отблъскват със сила, равна на Е° С = Q 1 Q 2 /r 2 , където r- разстоянието между зарядите, се нарича "закон на Кулон". индекс " ОТ"назначен на сила Ес първата буква от фамилията на Кулон (на френски Кулон). Сред най-разнообразните твърдения има малко, които също така правилно се наричат ​​​​закон като закона на Кулон: в края на краищата обхватът на неговата приложимост е практически неограничен. Заредените тела, независимо от техния размер, както и атомните и дори субатомните заредени частици - всички те привличат или отблъскват в съответствие със закона на Кулон.

Отклонение върху гравитацията

Хората се запознават с гравитацията в ранна възраст. Докато пада, той се научава да зачита силата на гравитацията към Земята. Запознаването с ускореното движение обикновено започва с изучаването на свободното падане на телата - движението на тялото под въздействието на гравитацията.

Между две тела с маса М 1 и М 2 сила действа Е N=- GM 1 М 2 /r 2 . Тук r- разстояние между телата, G-гравитационна константа, равна на 6.67259.10 -11 m 3 kg -1 s -2 , индексът "N" е даден в чест на Нютон (1643 - 1727). Този израз се нарича закон на всемирното привличане, което подчертава неговия универсален характер. Сила Ен определя движението на галактиките, небесните тела и падането на обекти на Земята. Законът за всемирното притегляне е валиден за всяко разстояние между телата. Няма да споменаваме промените в картината на гравитацията, които направи общата теория на относителността на Айнщайн (1879-1955).

Както кулоновата електростатична сила, така и нютоновата сила на универсалната гравитация са еднакви (като 1/ r 2) намаляват с увеличаване на разстоянието между телата. Това ви позволява да сравните действието на двете сили на всяко разстояние между телата. Ако силата на кулоновото отблъскване на два протона се сравни по големина със силата на тяхното гравитационно привличане, тогава се оказва, че ЕН / Е C= 10 -36 (Q 1 =Q 2 = д p; М 1 = =М 2 =м p). Следователно гравитацията не играе съществена роля в структурата на атома: тя е твърде малка в сравнение с електростатичната сила.

Не е трудно да се открият електрически заряди и да се измери взаимодействието между тях. Ако електрическата сила е толкова голяма, тогава защо не е важно кога, да речем, падат, скачат, хвърлят топка? Защото в повечето случаи имаме работа с неутрални (незаредени) тела. В космоса винаги има много заредени частици (електрони, йони с различни знаци). Под въздействието на огромна (в атомен мащаб) привлекателна електрическа сила, създадена от заредено тяло, заредените частици се втурват към своя източник, прилепват към тялото и неутрализират неговия заряд.

ВЪЛНА ИЛИ ЧАСТИЦА? И ВЪЛНА И ЧАСТИЦА!

Много е трудно да се говори за атомни и още по-малки, субатомни частици, най-вече защото техните свойства нямат аналог в нашето ежедневие. Човек може да си помисли, че частиците, които изграждат такива малки атоми, могат удобно да бъдат представени като материални точки. Но всичко се оказа много по-сложно.

Частица и вълна... Изглежда, че дори сравняването е безсмислено, толкова са различни.

Вероятно, когато мислите за вълна, първо си представяте вълна на морската повърхност. Вълните идват на брега от открито море, дължините на вълните - разстоянията между два последователни гребена - могат да бъдат различни. Лесно се наблюдават вълни с дължина от порядъка на няколко метра. По време на разбъркване, очевидно, масата на водата се колебае. Вълната обхваща значителна площ.

Вълната е периодична във времето и пространството. Дължина на вълната ( λ ) е мярка за пространствена периодичност. Периодичността на движението на вълните във времето се вижда от честотата на пристигане на гребените на вълните до брега и може да бъде открита например чрез колебанията на поплавъка нагоре и надолу. Нека обозначим с буквата периода на вълново движение - времето, през което преминава една вълна T. Реципрочната стойност на периода се нарича честота ν = 1/T. Най-простите вълни (хармонични) имат определена честота, която не се променя с времето. Всяко сложно вълново движение може да бъде представено като набор от прости вълни (виж "Наука и живот" № 11, 2001 г.). Строго погледнато, простата вълна заема безкрайно пространство и съществува неограничено време. Една частица, както си я представяме, и една вълна са напълно различни.

От времето на Нютон има дебат за природата на светлината. Какво е светлина - колекция от частици (корпускули, от лат корпускулум- тяло) или вълни? Теориите отдавна се съревновават. Вълновата теория спечели: корпускулярната теория не можеше да обясни експерименталните факти (интерференция и дифракция на светлината). Вълновата теория лесно се справи с праволинейното разпространение на светлинен лъч. Важна роля изигра фактът, че дължината на вълната на светлинните вълни, според ежедневните концепции, е много малка: обхватът на дължината на вълната на видимата светлина е от 380 до 760 нанометра. По-късите електромагнитни вълни са ултравиолетовите, рентгеновите и гама-лъчите, а по-дългите са инфрачервените, милиметровите, сантиметровите и всички други радиовълни.

В края на 19 век победата на вълновата теория на светлината над корпускулярната изглежда окончателна и неотменима. Въпреки това, 20-ти век направи сериозни корекции. Изглеждаше като светлина или вълни или частици. Оказа се - и вълни, и частици. За частиците на светлината, за нейните кванти, както се казва, е измислена специална дума - "фотон". Думата "квант" идва от латинската дума квантово- колко и "фотон" - от гръцката дума снимки-светлина. Думите, обозначаващи името на частиците, в повечето случаи имат окончание той. Изненадващо, в някои експерименти светлината се държи като вълни, докато в други се държи като поток от частици. Постепенно беше възможно да се изгради теория, която предсказва как и в какъв експеримент ще се държи светлината. В момента тази теория се приема от всички, различното поведение на светлината вече не е изненадващо.

Първите стъпки винаги са особено трудни. Трябваше да се противопоставя на установеното мнение в науката, да изказвам твърдения, които изглеждаха ерес. Истинските учени искрено вярват в теорията, която използват, за да опишат наблюдаваните явления. Много е трудно да се изостави приетата теория. Първите стъпки са направени от Макс Планк (1858-1947) и Алберт Айнщайн (1879-1955).

Според Планк-Айнщайн светлината се излъчва и абсорбира от материята в отделни части, кванти. Енергията, пренасяна от фотона, е пропорционална на неговата честота: д = ч v. Фактор на пропорционалност чКонстантата на Планк е кръстена на немския физик, който я въвежда в теорията на радиацията през 1900 г. И още през първата третина на 20 век става ясно, че константата на Планк е една от най-важните световни константи. Естествено, беше внимателно измерено: ч= 6.6260755.10 -34 J.s.

Квант светлина - много ли е или малко? Честотата на видимата светлина е около 10 14 s -1 . Спомнете си, че честотата и дължината на вълната на светлината са свързани с връзката ν = ° С/λ, където с= 299792458.10 10 m/s (точно) - скоростта на светлината във вакуум. квантова енергия чν, както е лесно да се види, е около 10 -18 J. Благодарение на тази енергия маса от 10 -13 грама може да бъде издигната на височина от 1 сантиметър. В човешки мащаб чудовищно малък. Но това е масата на 10 14 електрона. В микрокосмоса мащабът е съвсем различен! Разбира се, човек не може да усети маса от 10 -13 грама, но човешкото око е толкова чувствително, че може да види отделни светлинни кванти - това беше потвърдено от поредица от фини експерименти. При нормални условия човек не различава "зърното" на светлината, възприемайки го като непрекъснат поток.

Знаейки, че светлината има както корпускулярна, така и вълнова природа, е по-лесно да си представим, че "истинските" частици също имат вълнови свойства. За първи път такава еретична мисъл е изразена от Луи дьо Бройл (1892-1987). Той не се опита да разбере какво е естеството на вълната, чиито характеристики прогнозира. Според неговата теория частица от масата м, летящ със скорост v, съответства на вълна с дължина на вълната l = hmvи честота ν = д/ч, където д = мв 2/2 - енергия на частиците.

По-нататъшното развитие на атомната физика доведе до разбиране на природата на вълните, които описват движението на атомните и субатомните частици. Възниква наука, наречена „квантова механика“ (в първите години често се нарича вълнова механика).

Квантовата механика е приложима за движението на микроскопични частици. Когато се разглежда движението на обикновени тела (например всякакви подробности за механизмите), няма смисъл да се вземат предвид квантовите корекции (корекции, дължащи се на вълновите свойства на материята).

Едно от проявленията на вълновото движение на частиците е липсата на траектория. За съществуването на траектория е необходимо във всеки момент от време частицата да има определена координата и определена скорост. Но точно това е забранено от квантовата механика: една частица не може да има едновременно определена стойност на координатата хи определена стойност на скоростта v. Тяхната несигурност Dxи двса свързани с връзката на неопределеността, открита от Вернер Хайзенберг (1901-1974): D хд v ~ h/m, където ме масата на частицата и ч-Константа на Планк. Константата на Планк често се нарича универсален квант на "действието". Без да уточнявам срока действие, обърнете внимание на епитета универсален. Той подчертава, че връзката на неопределеността винаги е вярна. Познавайки условията на движение и масата на частицата, е възможно да се прецени кога е необходимо да се вземат предвид квантовите закони на движение (с други думи, когато вълновите свойства на частиците и тяхното следствие, отношенията на несигурност, не могат бъде пренебрегната), и когато е напълно възможно да се използват класическите закони на движение. Подчертаваме, че ако е възможно, значи е необходимо, тъй като класическата механика е много по-проста от квантовата.

Имайте предвид, че константата на Планк е разделена на масата (те са включени в комбинации ч/м). Колкото по-голяма е масата, толкова по-малка е ролята на квантовите закони.

За да усетим кога със сигурност е възможно да пренебрегнем квантовите свойства, ще се опитаме да оценим величините на несигурностите D хи Д v. Ако Д хи Д vса пренебрежимо малки спрямо техните средни (класически) стойности, формулите на класическата механика идеално описват движението, ако не са малки, то е необходимо да се използва квантовата механика. Няма смисъл да се взема предвид квантовата несигурност, дори когато други причини (в рамките на класическата механика) водят до по-голяма несигурност от връзката на Хайзенберг.

Нека разгледаме един пример. Имайки предвид, че искаме да покажем възможността за използване на класическата механика, помислете за „частица“, чиято маса е 1 грам и размерът е 0,1 милиметра. В човешки мащаб това е зърно, лека, малка частица. Но той е 10 24 пъти по-тежък от протон и милион пъти по-голям от атом!

Нека "нашето" зърно се движи в съд, пълен с водород. Ако зърното лети достатъчно бързо, ни се струва, че се движи по права линия с определена скорост. Това впечатление е погрешно: поради ударите на водородните молекули върху зърното, скоростта му се променя леко при всеки удар. Нека преценим колко.

Нека температурата на водорода е 300 K (ние винаги измерваме температурата в абсолютна скала, по скалата на Келвин; 300 K = 27 o C). Умножаване на температурата в келвини по константата на Болцман к B , = 1381,10 -16 J/K, ще го изразим в енергийни единици. Промяната в скоростта на зърното може да се изчисли с помощта на закона за запазване на импулса. При всеки сблъсък на зърно с водородна молекула скоростта му се променя с приблизително 10 -18 cm / s. Промяната е напълно случайна и в произволна посока. Следователно е естествено да се разглежда стойността от 10 -18 cm/s като мярка за класическата несигурност на скоростта на зърното (D v) cl за този случай. Така че (Д v) cl \u003d 10 -18 cm / s. Очевидно е много трудно да се определи местоположението на зърно с точност, по-голяма от 0,1 от неговия размер. Да приемем (Д х) cl \u003d 10 -3 см. Накрая, (D х) cl (D v) cl \u003d 10 -3,10 -18 \u003d 10 -21. Изглежда, че е много малко количество. Във всеки случай, неопределеността на скоростта и позицията е толкова малка, че може да се вземе предвид средното движение на зърно. Но в сравнение с квантовата несигурност, продиктувана от връзката на Хайзенберг (D хд v= 10 -27), класическата нехомогенност е огромна - в този случай тя я превишава милион пъти.

Заключение: когато се разглежда движението на зърно, не е необходимо да се вземат предвид неговите вълнови свойства, тоест наличието на квантова несигурност на координатите и скоростта. Когато става въпрос за движението на атомни и субатомни частици, ситуацията се променя драматично.

Какво знаем за частиците, по-малки от атом? А коя е най-малката частица във Вселената?

Светът около нас...Кой от нас не се е възхищавал на пленителната му красота? Неговото бездънно нощно небе, осеяно с милиарди мигащи мистериозни звезди и топлината на нежната му слънчева светлина. Изумрудени полета и гори, бурни реки и безбрежни морски простори. Искрящи върхове на величествени планини и пищни алпийски ливади. Утринна роса и славеева трека на зазоряване. Уханна роза и тихо ромонче на поток. Пламтящ залез и нежното шумолене на брезова горичка...

Възможно ли е да се мисли за нещо по-красиво от света около нас?! По-мощен и впечатляващ? И в същото време по-крехка и нежна? Всичко това е светът, в който дишаме, обичаме, радваме се, ликуваме, страдаме и скърбим... Всичко това е нашият свят. Светът, в който живеем, който чувстваме, който виждаме и който поне по някакъв начин разбираме.

Тя обаче е много по-разнообразна и сложна, отколкото може да изглежда на пръв поглед. Знаем, че пищните поляни не биха се появили без фантастичния бунт на безкраен танц на гъвкави зелени стръкчета трева, буйни дървета, облечени в изумрудени одежди - без много листа по клоните си, и златни плажове - без многобройни искрящи песъчинки хруска под боси крака под лъчите на лятното нежно слънце. Голямото винаги се състои от малкото. Малки - от още по-малки. И тази последователност вероятно няма ограничение.

Следователно стръкчетата трева и песъчинките от своя страна се състоят от молекули, образувани от атоми. Атомите, както знаете, са съставени от елементарни частици - електрони, протони и неутрони. Но те, както се смята, не са крайната власт. Съвременната наука твърди, че протоните и неутроните например се състоят от хипотетични енергийни клъстери - кварки. Има предположение, че има още по-малка частица - преонът, която все още е невидима, неизвестна, но предполагаема.

Светът на молекулите, атомите, електроните, протоните, неутроните, фотоните и др. Наречен микросвят. Той е основата макрокосмос- светът на човека и съизмеримите с него величини на нашата планета и мега свят- светът на звездите, галактиките, Вселената и Космоса. Всички тези светове са взаимосвързани и не съществуват един без друг.

Вече се запознахме с мега света в репортажа за първата ни експедиция. „Дъхът на Вселената. Първо пътуване"и вече имаме представа за далечните галактики и Вселената. По време на това опасно пътуване открихме света на тъмната материя и тъмната енергия, изследвахме дълбините на черните дупки, достигнахме върховете на блестящите квазари и като по чудо избегнахме Големия взрив и не по-малко Големия срив. Вселената се появи пред нас в цялата си красота и величие. По време на нашето пътуване разбрахме, че звездите и галактиките не са се появили сами, а са били старателно, в продължение на милиарди години, образувани от частици и атоми.

Частиците и атомите изграждат целия свят около нас. Именно те, в техните безбройни и разнообразни комбинации, могат да се появят пред нас или под формата на красива холандска роза, или под формата на тежка купчина тибетски скали. Всичко, което виждаме, се състои от тези мистериозни представители на мистериозното микросвят.Защо „мистериозен“ и защо „загадъчен“? Защото човечеството, за съжаление, все още знае много малко за този свят и за неговите представители.

Невъзможно е да си представим съвременната наука за микрокосмоса без да споменем електрона, протона или неутрона. Във всеки справочен материал по физика или химия ще намерим тяхната маса до деветия знак след десетичната запетая, техния електрически заряд, продължителност на живота и т.н. Например, в съответствие с тези справочници, един електрон има маса 9,10938291 (40) x 10 -31 kg, електрически заряд - минус 1,602176565 (35) x 10 -19 C, живот - безкрайност или поне 4,6 x 10 26 години (Уикипедия).

Точността на определяне на параметрите на електрона е впечатляваща, а гордостта от научните постижения на цивилизацията изпълва сърцата ни! Вярно е, че в същото време се прокрадват някои съмнения, които при цялото желание не могат да бъдат напълно прогонени. Определянето на масата на един електрон, равна на един милиард - милиард - милиардна част от килограма, и дори претеглянето му до деветия знак след десетичната запетая, смятам, не е никак лесна задача, както и измерването на живота на един електрон при 4 600 000 000 000 000 000 000 000 000 години.

Освен това никой никога не е виждал точно този електрон. Най-модерните микроскопи позволяват да се види само електронен облак около ядрото на атома, в който, както смятат учените, един електрон се движи с голяма скорост (фиг. 1). Все още не знаем със сигурност нито размера на електрона, нито неговата форма, нито скоростта на неговото въртене. В действителност ние знаем много малко за електрона, както и за протона и неутрона. Можем само да спекулираме и да гадаем. За съжаление, за днес това, докато всичките ни възможности.

Ориз. 1. Снимка на електронни облаци, направена от физици от Харковския институт по физика и технологии през септември 2009 г.

Но електронът или протонът са най-малките елементарни частици, които изграждат атом на всяко вещество. И ако нашите технически средства за изучаване на микросвета все още не ни позволяват да видим частици и атоми, може би можем да започнем с нещо относно все по-известни? Например от молекула! Състои се от атоми. Молекулата е по-голям и по-разбираем обект, който е много вероятно да бъде по-задълбочено изследван.

За съжаление отново трябва да ви разочаровам. Молекулите са разбираеми за нас само на хартия под формата на абстрактни формули и чертежи на тяхната предполагаема структура. Все още не можем да получим ясен образ на молекула с ясно изразени връзки между атомите.

През август 2009 г., използвайки технологията на атомно-силовата микроскопия, европейски изследователи за първи път успяха да получат изображение на структурата на доста голяма молекула пентацен (C 22 H 14). Най-модерната технология позволи да се видят само пет пръстена, които определят структурата на този въглеводород, както и петна от отделни въглеродни и водородни атоми (фиг. 2). И това е всичко, което можем да направим за сега...

Ориз. 2. Структурно представяне на молекулата на пентацена (отгоре)

и нейна снимка (по-долу)

От една страна, получените снимки ни позволяват да твърдим, че пътят, избран от химиците, описващ състава и структурата на молекулите, вече не е под съмнение, но, от друга страна, можем само да гадаем, че

Как в крайна сметка става съчетаването на атомите в една молекула, а на елементарните частици – в един атом? Защо тези атомни и молекулни връзки са стабилни? Как се формират, какви сили ги поддържат? Как изглежда електрон, протон или неутрон? Каква е тяхната структура? Какво е атомно ядро? Как протонът и неутронът съжителстват в едно и също пространство и защо отхвърлят електрон от него?

Има много въпроси от този род. Отговорите също. Вярно е, че много отговори се основават само на предположения, които пораждат нови въпроси.

Първите ми опити да проникна в тайните на микросвета се натъкнаха на доста повърхностно представяне от съвременната наука на много фундаментални знания за устройството на обектите на микросвета, за принципите на тяхното функциониране, за системите на техните взаимовръзки и взаимоотношения. Оказа се, че човечеството все още не разбира ясно как е устроено ядрото на атома и съставните му частици - електрони, протони и неутрони. Имаме само общи идеи за това какво всъщност се случва в процеса на делене на атомното ядро, какви събития могат да се случат по време на дългия ход на този процес.

Изследването на ядрените реакции беше ограничено до наблюдение на процесите и установяване на определени причинно-следствени връзки, получени експериментално. Изследователите са се научили да определят само поведениеопределени частици при едно или друго въздействие. Това е всичко! Без да разберем структурата им, без да разкрием механизмите на взаимодействие! Само поведение! Въз основа на това поведение бяха определени зависимостите на определени параметри и за по-голяма важност тези експериментални данни бяха облечени в многостепенни математически формули. Това е цялата теория!

За съжаление това беше достатъчно, за да се пристъпи смело към изграждането на атомни електроцентрали, различни ускорители, колайдери и създаването на ядрени бомби. Получило първични знания за ядрените процеси, човечеството веднага се включи в безпрецедентна надпревара за притежание на мощна енергия, подчинена на това.

Скокообразно нараства броят на страните с ядрени способности в експлоатация. Ядрените ракети в огромни количества гледаха заплашително към недружелюбни съседи. Започнаха да се появяват атомни електроцентрали, които непрекъснато генерираха евтина електрическа енергия. Бяха изразходвани огромни средства за ядрено разработване на все повече и повече нови проекти. Науката, опитвайки се да погледне вътре в атомното ядро, интензивно изгражда супермодерни ускорители на частици.

Материята обаче не е стигнала до структурата на атома и неговото ядро. Очарованието от търсенето на все повече и повече нови частици и преследването на Нобелова награда изместиха на заден план задълбоченото изследване на структурата на атомното ядро ​​и неговите съставни частици.

Но повърхностното познаване на ядрените процеси веднага се прояви негативно по време на работата на ядрените реактори и провокира появата на спонтанни ядрени верижни реакции в редица ситуации.

Този списък предоставя дати и места за възникване на спонтанни ядрени реакции:

21.08.1945 г. САЩ, Национална лаборатория в Лос Аламос.

21 май 1946 г. САЩ, Национална лаборатория в Лос Аламос.

15.03.1953 г. СССР, Челябинск-65, производствено обединение Маяк.

21.04.1953 г. СССР, Челябинск-65, производствено обединение Маяк.

16.06.1958 г. САЩ, Оук Ридж, радиохимичен завод Y-12.

15 октомври 1958 г Югославия, Институт Б. Кидрич.

30 декември 1958 г САЩ, Национална лаборатория в Лос Аламос.

01.03.1963 г. СССР, Томск-7, Сибирски химически комбинат.

23.07.1964 г. САЩ, Woodryver, Радиохимичен завод.

30 декември 1965 г Белгия, Мол.

05.03.1968 г. СССР, Челябинск-70, ВНИИТФ.

10 декември 1968 г СССР, Челябинск-65, производствено обединение Маяк.

26 май 1971 г СССР, Москва, Институт по атомна енергия.

13 декември 1978 г. СССР, Томск-7, Сибирски химически комбинат.

23.09.1983 г. Аржентина, реактор RA-2.

15 май 1997 г Русия, Новосибирск, завод за химически концентрати.

17.06.1997 г. Русия, Саров, ВНИИЕФ.

30.09.1999 г Япония, Токаймура, завод за производство на ядрено гориво.

Към този списък трябва да се добавят многобройни аварии с въздушни и подводни носители на ядрени оръжия, инциденти в предприятия от ядрения горивен цикъл, аварии в атомни електроцентрали, аварии по време на тестването на ядрени и термоядрени бомби. Трагедията на Чернобил и Фукушима ще остане завинаги в нашата памет. Зад тези катастрофи и извънредни ситуации стоят хиляди мъртви хора. И те кара да се замислиш много сериозно.

Самата мисъл за работещи атомни електроцентрали, които моментално могат да превърнат целия свят в непрекъсната радиоактивна зона, е ужасяваща. За съжаление, тези опасения са основателни. На първо място, фактът, че създателите на ядрени реактори в работата си използва не фундаментално знание, а изложение на определени математически зависимости и поведение на частиците, въз основа на които е изградена опасна ядрена структура. За учените досега ядрените реакции са нещо като "черна кутия", която работи при изпълнение на определени действия и изисквания.

Но ако нещо започне да се случва в тази „кутия“ и това „нещо“ не е описано в инструкциите и излиза извън обхвата на получените знания, тогава ние, освен собствения си героизъм и неинтелектуален труд, не можем да противопоставим нищо към ядрения елемент, който е избухнал. Маси от хора са принудени просто смирено да чакат предстоящата опасност, да се подготвят за ужасни и неразбираеми последствия, като се преместват на безопасно, според тях, разстояние. Ядрените специалисти в повечето случаи просто вдигат рамене, молят се и чакат помощ от висши сили.

Японски ядрени учени, въоръжени с най-съвременни технологии, все още не могат да обуздаят атомната електроцентрала във Фукушима, която отдавна е изключена. Те могат само да констатират, че на 18 октомври 2013 г. нивото на радиация в подпочвените води е надвишило нормата над 2500 пъти. Ден по-късно нивото на радиоактивните вещества във водата се повишава почти 12 000 пъти! Защо?! Японските специалисти все още не могат да отговорят на този въпрос или да спрат тези процеси.

Рискът от създаване на атомна бомба беше някак оправдан. Напрегнатата военно-политическа обстановка на планетата изискваше безпрецедентни мерки за отбрана и нападение от противоборстващите страни. Подчинявайки се на ситуацията, атомните изследователи поеха рискове, без да се задълбочават в тънкостите на структурата и функционирането на елементарните частици и атомните ядра.

В мирно време обаче трябваше да започне изграждането на атомни електроцентрали и колайдери от всякакъв тип само при условие, Какво науката е разгадала напълно структурата на атомното ядро, и електрона, и неутрона, и протона, и техните взаимоотношения.Освен това ядрените реакции в атомните електроцентрали трябва да бъдат строго контролирани. Но можете наистина и ефективно да управлявате само това, което познавате задълбочено. Особено ако става въпрос за най-мощния вид енергия днес, който не е никак лесен за ограничаване. Това, разбира се, не се случва. Не само по време на строителството на атомни електроцентрали.

В момента в Русия, Китай, САЩ и Европа има 6 различни колайдера - мощни ускорители на насрещни потоци частици, които ги ускоряват до голяма скорост, придавайки на частиците висока кинетична енергия, за да ги избутат една в друга. Целта на сблъсъка е да се изследват продуктите от сблъсъци на частици с надеждата, че в процеса на тяхното разпадане ще бъде възможно да се види нещо ново и все още непознато.

Ясно е, че изследователите са много заинтересовани да видят какво ще излезе от всичко това. Скоростта на сблъсъците на частици и нивото на финансиране за научни изследвания се увеличават, но знанията за структурата на това, което се сблъсква, остават същите от много, много години. Обосновани прогнози за резултатите от планираните изследвания все още няма и не може да има. Не случайно. Ние добре знаем, че е възможно да се предвиди научно само при условие на точно и проверено познаване на поне детайлите на прогнозирания процес. Съвременната наука все още не разполага с такива знания за елементарните частици. В този случай може да се приеме, че основният принцип на съществуващите методи на изследване е позицията: "Нека се опитаме да го направим - да видим какво ще се случи." За жалост.

Ето защо е съвсем естествено, че днес все по-често се обсъждат въпроси, свързани с опасността от продължаващите експерименти. Не става въпрос дори за възможността в хода на експериментите да се появят микроскопични черни дупки, които, нараствайки, могат да погълнат нашата планета. Не вярвам много в подобна възможност, поне на сегашното ниво и етап от моето интелектуално развитие.

Но има по-сериозна и по-реална опасност. Например в Големия адронен колайдер потоци от протони или оловни йони се сблъскват в различни конфигурации. Изглежда, каква заплаха може да дойде от микроскопична частица и дори под земята, в тунел, обвит в мощна метална и бетонна защита? Частица с тегло 1,672 621 777 (74) x 10 -27 kg и солиден многотонен тунел с повече от 26 километра в дебелината на тежка почва са очевидно несравними категории.

Заплахата обаче съществува. При провеждане на експерименти е много вероятно да има неконтролирано освобождаване на огромно количество енергия, което ще се появи не само в резултат на прекъсване на вътрешноядрените сили, но и в резултат на енергията, разположена вътре в протони или олово йони. Ядрена експлозия на съвременна балистична ракета, базирана на освобождаването на вътрешноядрената енергия на атом, няма да изглежда по-ужасна от новогодишен крекер в сравнение с най-мощната енергия, която може да се освободи по време на унищожаването на елементарни частици. Можем внезапно да пуснем приказния джин от бутилката. Но не онзи сговорчив добродушен и майстор на всичко, който само се подчинява и подчинява, а неконтролируемо, всемогъщо и безмилостно чудовище, което не познава милост и милост. И няма да е приказно, а съвсем реално.

Но най-лошото е, че както в ядрена бомба, в колайдера може да започне верижна реакция, която освобождава все повече и повече порции енергия и унищожава всички останали елементарни частици. В същото време няма никакво значение от какво ще се състоят - метални конструкции на тунела, бетонни стени или скали. Енергията ще се освободи навсякъде, разкъсвайки всичко, което е свързано не само с нашата цивилизация, но и с цялата планета. В един миг от нашата сладка синя красота могат да останат само жалки безформени парчета, летящи през големите и необятни простори на Вселената.

Това, разбира се, е ужасен, но съвсем реален сценарий и много европейци днес разбират това много добре и активно се противопоставят на опасни непредвидими експерименти, изискващи сигурността на планетата и цивилизацията. Всеки път тези изказвания са все по-организирани и засилват вътрешната загриженост за настоящата ситуация.

Не съм против експериментите, защото много добре разбирам, че пътят към новите знания винаги е трънлив и труден. Без експерименти е почти невъзможно да го преодолеете. Въпреки това съм дълбоко убеден, че всеки експеримент трябва да се провежда само ако е безопасен за хората и околния свят. Днес нямаме такава сигурност. Не, защото няма знания за онези частици, с които вече експериментираме днес.

Ситуацията се оказа много по-тревожна, отколкото си представях преди. Сериозно притеснен, се потопих с глава в света на знанието за микросвета. Признавам, че това не ми достави особено удоволствие, тъй като в развитите теории за микросвета беше трудно да се улови ясна връзка между природните явления и заключенията, на които се основават някои учени, използвайки теоретичните положения на квантовата физика, квантовата механика и теорията на елементарните частици като изследователски апарат.

Представете си изумлението ми, когато внезапно открих, че знанията за микрокосмоса се основават повече на предположения, които нямат ясни логически обосновки. Имайки наситени математически модели с определени условности под формата на константа на Планк с константа над тридесет нули след десетичната запетая, различни забрани и постулати, теоретиците обаче описват достатъчно подробно и точно адали практически ситуации, които отговарят на въпроса: "Какво ще стане, ако ...?". Основният въпрос обаче: „Защо се случва това?“, за съжаление, остана без отговор.

Струваше ми се, че познаването на безграничната Вселена и нейните толкова далечни галактики, разположени на фантастично огромно разстояние, е много по-трудно, отколкото да се намери пътят на знанието към това, което всъщност „лежи под краката ни“. Въз основа на основата на моето средно и висше образование, аз искрено вярвах, че нашата цивилизация вече няма въпроси нито за структурата на атома и неговото ядро, нито за елементарните частици и тяхната структура, нито за силите, които държат електрона в орбита и поддържат стабилна връзка на протони и неутрони в ядрото на атома.

До този момент не ми се беше налагало да изучавам основите на квантовата физика, но бях сигурен и наивно предполагах, че тази нова физика е това, което наистина ще ни изведе от мрака на неразбирането на микросвета.

Но, за мое дълбоко огорчение, сгреших. Съвременната квантова физика, физиката на атомното ядро ​​и елементарните частици, както и цялата физика на микросвета според мен не просто са в плачевно състояние. Те са заседнали в интелектуална безизходица за дълго време, което не им позволява да се развиват и усъвършенстват, движейки се по пътя на познанието на атома и елементарните частици.

Изследователите на микрокосмоса, строго ограничени от установената твърдост на възгледите на големите теоретици от 19-ти и 20-ти век, повече от сто години не смеят да се върнат към корените си и да започнат отново трудния път на изследване на дълбините. на заобикалящия ни свят. Критичният ми поглед към настоящата ситуация около изучаването на микросвета далеч не е единственият. Много прогресивни изследователи и теоретици многократно са изразявали своята гледна точка по проблемите, които възникват в хода на разбирането на основите на теорията на атомното ядро ​​и елементарните частици, квантовата физика и квантовата механика.

Анализът на съвременната теоретична квантова физика ни позволява да направим съвсем определено заключение, че същността на теорията се крие в математическото представяне на определени средни стойности на частици и атоми, въз основа на показатели на някои механистични статистики. Основното нещо в теорията не е изучаването на елементарните частици, тяхната структура, техните връзки и взаимодействия по време на проявата на определени природни явления, а опростени вероятностни математически модели, базирани на зависимостите, получени по време на експериментите.

За съжаление и тук, както и при развитието на теорията на относителността, на първо място бяха поставени изведените математически зависимости, които засенчиха природата на явленията, тяхната взаимовръзка и причините за възникване.

Изследването на структурата на елементарните частици беше ограничено до предположението за наличието на три хипотетични кварка в протоните и неутроните, чиито разновидности, с развитието на това теоретично предположение, се промениха от две, след това три, четири, шест, дванадесет .. Науката просто се адаптира към резултатите от експериментите, принудени да измислят нови елементи, чието съществуване все още не е доказано. Тук можем да чуем и за преони и гравитони, които все още не са открити. Човек може да бъде сигурен, че броят на хипотетичните частици ще продължи да расте, тъй като науката за микросвета отива все по-дълбоко и по-дълбоко в задънена улица.

Липсата на разбиране на физическите процеси, протичащи вътре в елементарните частици и ядрата на атомите, механизма на взаимодействие между системите и елементите на микрокосмоса доведоха до хипотетични елементи - носители на взаимодействие - като калибровъчни и векторни бозони, глуони, виртуални фотони. арена на съвременната наука. Именно те оглавиха списъка на образуванията, отговорни за процесите на взаимодействие на едни частици с други. И няма значение, че дори косвените им признаци не са открити. Важно е те да могат по някакъв начин да бъдат държани отговорни за факта, че ядрото на атома не се разпада на своите компоненти, че Луната не пада на Земята, че електроните все още се въртят в орбитата си и магнитното поле на планетата полето все още ни предпазва от космическо влияние.

От всичко това стана тъжно, защото колкото повече се задълбочавах в теорията на микросвета, толкова повече нарастваше разбирането ми за задъненото развитие на най-важния компонент от теорията за структурата на света. Позицията на днешната наука за микросвета не е случайна, а естествена. Факт е, че основите на квантовата физика са положени от носителите на Нобелова награда Макс Планк, Алберт Айнщайн, Нилс Бор, Ервин Шрьодингер, Волфганг Паули и Пол Дирак в края на деветнадесети и началото на двадесети век. Физиците по това време разполагат само с резултатите от някои първоначални експерименти, насочени към изучаване на атоми и елементарни частици. Все пак трябва да се признае, че тези изследвания също са проведени на несъвършено оборудване, съответстващо на това време, и експерименталната база данни едва започва да се попълва.

Ето защо не е изненадващо, че класическата физика не винаги може да отговори на многобройните въпроси, възникнали в хода на изучаването на микросвета. Ето защо в началото на ХХ век в научния свят започва да се говори за кризата на физиката и необходимостта от революционни промени в системата на изследване на микросвета. Тази разпоредба определено тласна прогресивните теоретични учени да търсят нови начини и нови методи за познаване на микросвета.

Проблемът, трябва да отдадем почит, не беше в остарелите разпоредби на класическата физика, а в неразвитата техническа база, която по това време, което е съвсем разбираемо, не можеше да осигури необходимите резултати от изследванията и да даде храна за по-дълбоки теоретични разработки. Празнината трябваше да бъде запълнена. И се напълни. Нова теория - квантовата физика, базирана предимно на вероятностни математически концепции. В това нямаше нищо лошо, освен че по този начин те забравиха философията и се откъснаха от реалния свят.

Класически представи за атома, електрона, протона, неутрона и др. бяха заменени от техните вероятностни модели, които съответстваха на определено ниво на развитие на науката и дори направиха възможно решаването на много сложни приложни инженерни проблеми. Липсата на необходимата техническа база и някои успехи в теоретичното и експериментално представяне на елементите и системите на микросвета създадоха условия за известно охлаждане на научния свят към задълбочено изследване на структурата на елементарните частици, атомите и техните ядра. . Особено след като кризата във физиката на микрокосмоса изглеждаше потушена, беше настъпила революция. Научната общност с ентусиазъм се втурна към изучаването на квантовата физика, без да си прави труда да разбере основите на елементарните и фундаменталните частици.

Естествено, такава ситуация в съвременната наука за микросвета не можеше да не ме развълнува и аз веднага започнах да се подготвям за нова експедиция, за ново пътуване. Пътуване в микрокосмоса. Ние вече направихме подобно пътуване. Това беше първото пътуване до света на галактиките, звездите и квазарите, до света на тъмната материя и тъмната енергия, до света, където нашата Вселена се ражда и живее пълноценен живот. В доклада си „Дъхът на Вселената. Първо пътуване» Опитахме се да разберем структурата на Вселената и процесите, които протичат в нея.

Осъзнавайки, че второто пътуване също няма да е лесно и ще изисква милиарди трилиони пъти, за да намаля мащаба на пространството, в което ще трябва да изучавам света около мен, започнах да се подготвям да проникна не само в структурата на атома или молекула, но и в дълбините на електрона и протона, неутрона и фотона, и то в обеми милиони пъти по-малки от обемите на тези частици. Това изисква специално обучение, нови знания и съвременно оборудване.

Предстоящото пътуване предполагаше начало от самото начало на създаването на нашия свят и именно това начало беше най-опасното и с най-непредсказуем изход. Но от нашата експедиция зависеше дали ще намерим изход от сегашната ситуация в науката за микросвета или ще останем да балансираме върху нестабилния въжен мост на съвременната ядрена енергия, всяка секунда разкривайки живота и съществуването на цивилизацията на планета до смъртна опасност.

Работата е там, че за да се запознаем с първоначалните резултати от нашето изследване, беше необходимо да стигнем до черната дупка на Вселената и, пренебрегвайки чувството за самосъхранение, да се втурнем в пламтящия ад на универсалния тунел. Само там, в условията на свръхвисоки температури и фантастично налягане, внимателно движейки се в бързо въртящите се потоци от материални частици, можехме да видим как се извършва анихилацията на частиците и античастиците и как великият и могъщ прародител на всички неща се ражда отново - Етер, за да разберете всички протичащи процеси, включително образуването на частици, атоми и молекули.

Повярвайте ми, няма толкова много смелчаци на Земята, които могат да решат това. Освен това резултатът не е гарантиран от никого и никой не е готов да поеме отговорност за успешния резултат от това пътуване. По време на съществуването на цивилизацията никой дори не е посещавал черната дупка на галактиката, но тук - ВСЕЛЕНА!Всичко тук е пораснало, грандиозно и с космически мащаб. Тук няма шеги. Тук за миг те могат да превърнат човешкото тяло в микроскопичен нажежен енергиен съсирек или да го разпръснат из безкрайните студени простори на космоса без право на възстановяване и обединяване. Това е Вселената! Огромни и величествени, студени и нажежени, необятни и загадъчни...

Затова, канейки всички да се присъединят към нашата експедиция, трябва да ви предупредя, че ако някой има съмнения, не е късно да откаже. Всякакви причини се приемат. Напълно осъзнаваме мащаба на опасността, но сме готови смело да се изправим срещу нея на всяка цена! Готвим се да се гмурнем в дълбините на Вселената.

Ясно е, че да се защитим и да останем живи, потапяйки се в горещ универсален тунел, изпълнен с мощни експлозии и ядрени реакции, далеч не е лесна задача и нашето оборудване трябва да съответства на условията, в които ще трябва да работим. Ето защо е наложително да подготвите най-доброто оборудване и внимателно да обмислите оборудването за всички участници в тази опасна експедиция.

На първо място, при второто пътуване ще вземем това, което ни позволи да преодолеем много труден път през просторите на Вселената, когато работехме върху доклад за нашата експедиция. „Дъхът на Вселената. Първо пътуване.Разбира се, това законите на света. Без тяхното приложение първото ни пътешествие едва ли щеше да завърши успешно. Именно законите позволиха да се намери правилният път сред купищата неразбираеми явления и съмнителните заключения на изследователите в тяхното обяснение.

ако си спомняте, закон за баланса на противоположностите,предопределяйки, че в света всяко проявление на реалността, всяка система има своята противоположна същност и е или се стреми да бъде в баланс с нея, ни позволи да разберем и приемем присъствието в света около нас, освен обикновена енергия, също и тъмна енергия , а също, в допълнение към обикновената материя, тъмна материя. Законът за баланса на противоположностите позволи да се приеме, че светът не само се състои от етер, но и етерът се състои от двата си вида - положителен и отрицателен.

Законът за универсалната взаимосвързаност, което предполага стабилна, повтаряща се връзка между всички обекти, процеси и системи във Вселената, независимо от техния мащаб, и закон на йерархията, подреждайки нивата на всяка система във Вселената от най-ниското до най-високото, направи възможно изграждането на логична „стълба от същества“ от етера, частиците, атомите, веществата, звездите и галактиките до Вселената. И след това да намерите начини да трансформирате невероятно огромен брой галактики, звезди, планети и други материални обекти, първо в частици, а след това в потоци горещ етер.

Намерихме потвърждение на тези възгледи в действие. закон на развитието, което определя еволюционното движение във всички сфери на заобикалящия ни свят. Чрез анализа на действието на тези закони стигнахме до описание на формата и разбиране на структурата на Вселената, научихме еволюцията на галактиките, видяхме механизмите на образуване на частици и атоми, звезди и планети. Стана ни напълно ясно как от малкото се образува голямото, а от голямото – малкото.

Само разбиране закон за непрекъснатост на движението, който тълкува обективната необходимост от процеса на постоянно движение в пространството за всички обекти и системи без изключение, ни позволи да стигнем до осъзнаването на въртенето на ядрото на Вселената и галактиките около универсалния тунел.

Законите на структурата на света бяха своеобразна карта на нашето пътуване, която ни помогна да се движим по маршрута и да преодолеем най-трудните му участъци и препятствия, срещани по пътя към разбирането на света. Следователно законите на устройството на света също ще бъдат най-важният атрибут на нашето оборудване в това пътуване в дълбините на Вселената.

Второто важно условие за успеха на проникването в дълбините на Вселената, разбира се, ще бъде експериментални резултатиучени, които те държаха повече от сто години, и цялата запас от знания и информация за явления микросвятнатрупани от съвременната наука. По време на първото пътуване се убедихме, че много природни явления могат да се тълкуват по различен начин и да се правят напълно противоположни изводи.

Погрешните заключения, подкрепени от тромави математически формули, като правило водят науката в задънена улица и не осигуряват необходимото развитие. Те полагат основата за по-нататъшно погрешно мислене, което от своя страна формира теоретичните положения на развитите погрешни теории. Не става въпрос за формули. Формулите могат да бъдат абсолютно правилни. Но решенията на изследователите за това как и по какъв път да се движат напред може да не са съвсем правилни.

Ситуацията може да се сравни с желанието да стигнете от Париж до летище Шарл дьо Гол по два пътя. Първият е най-краткият, за който може да се отдели не повече от половин час само с кола, а вторият е точно обратното, около света с кола, кораб, специално оборудване, лодки, кучешки впрягове през Франция, Атлантика, Южна Америка, Антарктика, Тихия океан, Арктика и накрая през североизточната част на Франция директно до летището. И двата пътя ще ни водят от една точка до едно и също място. Но колко дълго и с какви усилия? Да, и да бъдем точни и да стигнем до дестинацията в процеса на дълго и трудно пътуване е много, много проблематично. Следователно не само процесът на движение е важен, но и изборът на правилния път.

В нашето пътуване, както и в първата експедиция, ние ще се опитаме да погледнем малко по-различно на изводите за микрокосмоса, които вече са направени и приети от целия научен свят. На първо място, във връзка със знанията, получени в резултат на изучаването на елементарни частици, ядрени реакции и съществуващи взаимодействия. Напълно възможно е в резултат на нашето потапяне в дълбините на Вселената електронът да се появи пред нас не като безструктурна частица, а като някакъв по-сложен обект на микрокосмоса, а атомното ядро ​​да разкрие своята разнообразна структура, живее своя необичаен и активен живот.

Нека не забравяме да вземем логиката със себе си. Това ни позволи да намерим пътя си през най-трудните места от последното ни пътуване. Логикибеше вид компас, показващ посоката на правилния път по време на пътуване през просторите на Вселената. Ясно е, че и сега не можем без него.

Една логика обаче явно няма да е достатъчна. В тази експедиция не можем без интуиция. Интуициятаще ни позволи да открием това, за което все още дори не можем да предполагаме и където никой не е търсил нищо преди нас. Именно интуицията е нашият прекрасен помощник, в чийто глас ще се вслушаме внимателно. Интуицията ще ни кара да се движим, независимо от дъжд и студ, сняг и мраз, без твърда надежда и ясна информация, но именно тя ще ни позволи да постигнем целта си въпреки всички правила и насоки, с които цялото човечество е свикнало от училищната скамейка.

И накрая, не можем да отидем никъде без нашето необуздано въображение. Въображение- това е инструментът на познанието, от който се нуждаем, който ще ни позволи да видим без най-модерните микроскопи това, което е много по-малко от най-малките частици, които вече са открити или само се предполага от изследователите. Въображението ще ни покаже всички процеси, които се случват в черна дупка и в универсален тунел, ще осигури механизми за възникване на гравитационни сили по време на образуването на частици и атоми, ще ни преведе през галериите на ядрото на атома и ще направи възможно направете завладяващ полет на лек въртящ се електрон около солидна, но тромава компания от протони и неутрони в атомното ядро.

За съжаление, на това пътуване в дълбините на Вселената няма да можем да вземем нищо друго - има много малко място и трябва да се ограничим дори до най-необходимите неща. Но това не може да ни спре! Разбираме целта! Дълбините на Вселената ни очакват!

Този свят е странен: някои обичат да създадат нещо монументално и гигантско, за да станат известни по целия свят и да влязат в историята, докато други създават минималистични копия на обикновени неща и не по-малко удивляват света с тях. Този преглед съдържа най-малките елементи, които съществуват в света и в същото време са не по-малко функционални от техните колеги в пълен размер.

1. Пистолет SwissMiniGun

SwissMiniGun не е по-голям от обикновен гаечен ключ, но е в състояние да изстрелва малки куршуми, които излизат от цевта при скорости над 430 км/ч. Това е повече от достатъчно, за да убие човек от близко разстояние.

2. Car Peel 50

С тегло само 69 ​​кг, Peel 50 е най-малкото превозно средство, одобрено някога за използване по пътищата. Този триколесен "пепелац" може да достигне скорост от 16 км / ч.

3. Училище Калу

ЮНЕСКО призна иранското училище Калу за най-малкото в света. Има само 3 ученици и бивш войник Абдул-Мухамед Шерани, който сега е учител.

4. Чайник с тегло 1,4 грама

Създаден е от майстора на керамиката У Руйшен. Въпреки че този чайник тежи само 1,4 грама и се побира на върха на пръста ви, можете да варите чай в него.

5. Затворът Сарк

Затворът Сарк е построен на Нормандските острови през 1856 г. Имаше място само за 2-ма затворници, които освен това бяха в много тесни условия.

6. Тумбол

Тази къща се наричаше "Перакати-поле" (Tumbleweed). Построен е от Джей Шафер от Сан Франциско. Въпреки че къщата е по-малка от килерите на някои хора (само 9 квадратни метра), тя има работно място, спалня и баня с душ и тоалетна.

7. Милс Енд Парк

Mills End Park в Портланд е най-малкият парк в света. Диаметърът му е само ... 60 сантиметра. В същото време в парка има басейн за пеперуди, миниатюрно виенско колело и малки статуи.

8. Едуард Ниньо Ернандес

Растежът на Едуард Ниньо Ернандес от Колумбия е само 68 сантиметра. Книгата на рекордите на Гинес го призна за най-малкия човек в света.

9. Полицейски участък в телефонна кабина

Всъщност това не е нищо повече от телефонна кабина. Но всъщност беше действащ полицейски участък в Карабела, Флорида.

10. Скулптури на Уилард Уигън

Британският скулптор Уилард Уигън, който страда от дислексия и лош успех в училище, намери утеха в създаването на миниатюрни произведения на изкуството. Неговите скулптури са едва видими с просто око.

11. Бактерията Mycoplasma Genitalium

12. Цирковирус по свинете

Въпреки че все още има дебат за това кое може да се счита за "живо" и кое не, повечето биолози не класифицират вируса като жив организъм поради факта, че не може да се възпроизвежда или няма метаболизъм. Вирусът обаче може да бъде много по-малък от всеки жив организъм, включително бактериите. Най-малкият е едноверижен ДНК вирус, наречен свински цирковирус. Размерът му е само 17 нанометра.

13. Амеба

Размерът на най-малкия обект, видим с просто око, е приблизително 1 милиметър. Това означава, че при определени условия човек може да види амеба, ресничеста обувка и дори човешко яйце.

14. Кварки, лептони и антиматерия...

През миналия век учените са направили големи крачки в разбирането на необятността на космоса и микроскопичните „градивни елементи“, от които е съставен. Когато трябваше да разберат коя е най-малката видима частица във Вселената, хората се сблъскаха с определени трудности. В един момент те си помислили, че е атом. Тогава учените откриха протона, неутрона и електрона.

Но не свърши дотук. Днес всеки знае, че когато натиснете тези частици една в друга на места като Големия адронен колайдер, те могат да бъдат разбити на още по-малки частици, като кварки, лептони и дори антиматерия. Проблемът е, че е невъзможно да се определи кое е най-малкото, тъй като размерът на квантово ниво става без значение, както и всички обичайни правила на физиката не важат (някои частици нямат маса, а други дори имат отрицателна маса).

15. Вибриращи струни от субатомни частици

Предвид казаното по-горе за факта, че концепцията за размер няма значение на квантово ниво, можем да си припомним теорията на струните. Това е малко противоречива теория, която предполага, че всички субатомни частици са съставени от вибриращи струни, които взаимодействат, за да създадат неща като маса и енергия. По този начин, тъй като тези струни технически нямат физически размер, може да се твърди, че те са в известен смисъл „най-малките“ обекти във Вселената.

Отговорът на продължаващия въпрос: коя е най-малката частица във Вселената е еволюирал заедно с човечеството.

Някога хората смятаха, че песъчинките са градивните елементи на това, което виждаме около нас. Тогава атомът беше открит и се смяташе за неделим, докато не беше разделен, за да се разкрият протоните, неутроните и електроните вътре. Те също не се оказаха най-малките частици във Вселената, тъй като учените откриха, че протоните и неутроните са изградени от по три кварка.

Досега учените не са успели да видят никакви доказателства, че има нещо вътре в кварките и че е достигнат най-фундаменталният слой материя или най-малката частица във Вселената.

И дори ако кварките и електроните са неделими, учените не знаят дали те са най-малките частици от съществуващата материя или вселената съдържа обекти, които са още по-малки.

Най-малките частици във Вселената

Те идват в различни вкусове и размери, някои имат невероятна връзка, други по същество се изпаряват взаимно, много от тях имат фантастични имена: бариони и мезони, кварки, неутрони и протони, нуклони, хиперони, мезони, бариони, нуклони, фотони и т.н. .д.

Хигс бозонът е толкова важна за науката частица, че се нарича „Божията частица“. Смята се, че той определя масата на всички останали. Елементът беше теоретизиран за първи път през 1964 г., когато учените се чудеха защо някои частици са по-масивни от други.

Бозонът на Хигс е свързан с така нареченото поле на Хигс, за което се смята, че изпълва Вселената. Два елемента (квантът на полето на Хигс и бозонът на Хигс) са отговорни за придаването на маса на другите. Кръстен на шотландския учен Питър Хигс. На 14 март 2013 г. беше официално обявено потвърждението за съществуването на Хигс бозона.

Много учени твърдят, че механизмът на Хигс е решил липсващото парче от пъзела, за да завърши съществуващия "стандартен модел" на физиката, който описва известните частици.

Хигс бозонът фундаментално определя масата на всичко, което съществува във Вселената.

Кварки

Кварките (в превод луди) са градивните елементи на протоните и неутроните. Те никога не са сами, съществуват само на групи. Очевидно силата, която свързва кварките заедно, се увеличава с разстоянието, така че колкото по-далеч, толкова по-трудно ще бъде да ги разделим. Следователно свободни кварки никога не съществуват в природата.

Кварки фундаментални частициса безструктурни, пунктирани с размер около 10-16см.

Например протоните и неутроните са съставени от три кварка, като протоните имат два еднакви кварка, докато неутроните имат два различни.

Суперсиметрия

Известно е, че основните "тухли" на материята - фермионите - са кварките и лептоните, а пазителите на силата на бозоните са фотоните, глуоните. Теорията на суперсиметрията казва, че фермионите и бозоните могат да се превръщат един в друг.

Предсказуемата теория казва, че за всяка позната ни частица има сестринска частица, която все още не сме открили. Например за електрон това е селекрон, за кварк е скварк, за фотон е фотино, а за хигс е хигсино.

Защо не наблюдаваме тази суперсиметрия във Вселената сега? Учените смятат, че те са много по-тежки от своите конвенционални братовчеди и колкото по-тежки са, толкова по-кратък е животът им. Всъщност те започват да се разпадат веднага щом се появят. Създаването на суперсиметрия изисква доста енергия, която е съществувала само малко след големия взрив и е възможно да бъде създадена в големи ускорители като Големия адронен колайдер.

Що се отнася до причината за възникването на симетрията, физиците спекулират, че симетрията може да е била нарушена в някакъв скрит сектор на Вселената, който не можем да видим или докоснем, а можем да усетим само гравитационно.

Неутрино

Неутриното са леки субатомни частици, които свистят навсякъде със скорост, близка до скоростта на светлината. Всъщност трилиони неутрино преминават през тялото ви във всеки един момент, въпреки че рядко взаимодействат с нормалната материя.

Някои идват от слънцето, докато други идват от космически лъчи, взаимодействащи със земната атмосфера и астрономически източници, като експлодиращи звезди в Млечния път и други далечни галактики.

Антиматерия

Смята се, че всички нормални частици имат антиматерия с еднаква маса, но противоположен заряд. Когато материята и се срещнат, те се унищожават взаимно. Например частицата на антиматерията на протона е антипротон, докато партньорът на антиматерията на електрона се нарича позитрон. Антиматерията е едно от най-скъпите вещества в света, които хората са успели да идентифицират.

Гравитони

В областта на квантовата механика всички фундаментални сили се предават от частици. Например светлината се състои от безмасови частици, наречени фотони, които носят електромагнитна сила. По същия начин гравитонът е теоретична частица, която носи силата на гравитацията. Учените все още не са открили гравитони, които са трудни за намиране, защото взаимодействат толкова слабо с материята.

Нишки от енергия

При експерименти малки частици като кварки и електрони действат като единични точки на материята без пространствено разпределение. Но точковите обекти усложняват законите на физиката. Тъй като е невъзможно да се приближи безкрайно близо до точката, тъй като действащите сили могат да станат безкрайно големи.

Една идея, наречена теория на суперструните, може да реши този проблем. Теорията гласи, че всички частици, вместо да са точкови, всъщност са малки нишки от енергия. Тоест всички обекти на нашия свят се състоят от вибриращи нишки и мембрани от енергия. Нищо не може да бъде безкрайно близо до нишката, защото една част винаги ще бъде малко по-близо от другата. Тази „вратичка“ изглежда решава някои от проблемите на безкрайността, което прави идеята привлекателна за физиците. Въпреки това учените все още нямат експериментални доказателства, че струнната теория е правилна.

Друг начин за решаване на точковия проблем е да се каже, че самото пространство не е непрекъснато и гладко, а всъщност се състои от отделни пиксели или зърна, понякога наричани пространствено-времева структура. В този случай две частици не могат да се приближават една към друга за неопределено време, защото винаги трябва да бъдат разделени от минималния размер на зърното на пространството.

точка на черна дупка

Друг претендент за титлата най-малка частица във Вселената е сингулярност (единична точка) в центъра на черна дупка. Черните дупки се образуват, когато материята се кондензира в достатъчно малко пространство, което гравитацията грабва върху нея, карайки материята да бъде изтеглена навътре, като в крайна сметка се кондензира в една точка с безкрайна плътност. Поне според сегашните закони на физиката.

Но повечето експерти не смятат черните дупки за наистина безкрайно плътни. Те вярват, че тази безкрайност е резултат от вътрешен конфликт между две съвременни теории – общата теория на относителността и квантовата механика. Те предполагат, че когато теорията за квантовата гравитация може да бъде формулирана, истинската природа на черните дупки ще бъде разкрита.

Дължина на Планк

Енергийните нишки и дори най-малката частица във Вселената могат да бъдат с размерите на „дължина на дъска“.

Дължината на лентата е 1,6 x 10 -35 метра (числото 16, предшествано от 34 нули и десетична запетая) - неразбираемо малък мащаб, който се свързва с различни аспекти на физиката.

Дължината на Планк е „естествената единица“ за измерване на дължината, предложена от немския физик Макс Планк.

Дължината на Планк е твърде малка за измерване с който и да е инструмент, но освен това се смята, че представлява теоретичната граница на най-късата измерима дължина. Съгласно принципа на несигурността, нито един инструмент никога не трябва да може да измерва нещо по-малко, тъй като в този диапазон Вселената е вероятностна и несигурна.

Тази скала също се счита за разделителната линия между общата теория на относителността и квантовата механика.

Дължината на Планк съответства на разстоянието, където гравитационното поле е толкова силно, че може да започне да прави черни дупки от енергията на полето.

Очевидно сега най-малката частица във Вселената е с размерите на дъска: 1,6 10 −35 метра

заключения

От училищната скамейка се знае, че най-малката частица във Вселената, електронът, има отрицателен заряд и много малка маса, равна на 9,109 х 10 -31 kg, а класическият радиус на електрона е 2,82 х 10 -15 m. .

Въпреки това, физиците вече работят с най-малките частици във Вселената, с размера на Планк, който е около 1,6 x 10 −35 метра.

Те идват във всякакви форми и размери, някои идват в разрушителни дуети, които в крайна сметка се унищожават един друг, а някои имат невероятни имена като "neutralino". Ето списък на най-малките частици, които изумяват дори самите физици.

Божия частица

Хигс бозонът е частица, която е толкова важна за науката, че е наречена „Божията частица“. Именно тя, както смятат учените, дава маса на всички останали частици. За първи път се заговори през 1964 г., когато физиците се чудеха защо някои от частиците имат по-голяма маса от други. Бозонът на Хигс е свързан с полето на Хигс, вид решетка, която изпълва Вселената. Счита се, че полето и бозонът са отговорни за придаването на маса на други частици. Много учени смятат, че именно механизмът на Хигс съдържа липсващите части от пъзела за пълно разбиране на стандартния модел, който описва всички известни частици, но връзката между тях все още не е доказана.

Кварки

Кварките са възхитително наречени единици от протони и неутрони, които никога не са сами и винаги съществуват само в групи. Очевидно силата, която свързва кварките заедно, се увеличава с увеличаване на разстоянието, т.е. колкото повече някой се опитва да отблъсне един от кварките от групата, толкова повече той ще бъде привлечен обратно. Следователно свободните кварки просто не съществуват в природата. Има общо шест вида кварки и например протоните и неутроните са съставени от няколко кварка. В протона има три от тях - два от един и същи тип и един от другия, а в неутрона - само два, и двата от различен тип.

Супер партньори

Тези частици принадлежат към теорията за суперсиметрията, която казва, че за всяка известна на човека частица има друга подобна частица, която все още не е открита. Например, супермоделът на електрона е селектрон, суперпартньорът на кварка е скварк, а суперпартньорът на фотона е фотино. Защо тези суперчастици не се наблюдават във Вселената сега? Учените смятат, че те са много по-тежки от своите събратя, а по-голямото тегло намалява експлоатационния живот. Тези частици започват да се разпадат веднага щом се родят. Създаването на частица изисква огромно количество енергия, като тази, произведена от Големия взрив. Може би учените ще намерят начин да възпроизвеждат суперчастици, например в Големия адронен колайдер. Що се отнася до по-големия размер и тегло на суперпартньорите, учените смятат, че симетрията е била нарушена в скрит сектор от Вселената, който не може да бъде видян или открит.

Неутрино

Това са леки субатомни частици, които се движат със скорост, близка до скоростта на светлината. Всъщност трилиони неутрино се движат през тялото ви във всеки един момент, но те почти никога не взаимодействат с обикновената материя. Някои неутрино идват от Слънцето, други идват от космически лъчи, взаимодействащи с атмосферата.

антиматерия

Всички обикновени частици имат партньор в антиматерията, идентични частици с противоположни заряди. Когато материята и антиматерията се срещнат, те взаимно се компенсират. За протона такава частица е антипротон, но за електрона е позитрон.

Гравитони

В квантовата механика всички фундаментални сили се извършват от частици. Например светлината се състои от частици с нулева маса, наречени фотони, които носят електромагнитна сила. По същия начин, гравитоните са теоретичните частици, които носят силата на гравитацията. Учените все още се опитват да намерят гравитони, но е много трудно да се направи това, тъй като тези частици взаимодействат много слабо с материята. Учените обаче не се отказват от опитите, защото се надяват, че все пак ще успеят да уловят гравитони, за да ги изследват по-подробно - това може да е истински пробив в квантовата механика, тъй като много такива частици вече са изследвани, но гравитонът остава изключително теоретичен. Както можете да видите, физиката може да бъде много по-интересна и вълнуваща, отколкото можете да си представите. Целият свят е пълен с различни частици, всяка от които е огромно поле за изследване и изучаване, както и огромна база от знания за всичко, което заобикаля човека. И трябва само да се замислим колко частици вече са открити - и колко хора тепърва ще откриват.