Das kleinste Teilchen der Erde. Genau das Komplexe: das Geheimnis des kleinsten Teilchens im Universum oder wie man ein Neutrino fängt. Kleinste Polizeistation

Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften M. KAGANOV.

Das Magazin „Wissenschaft und Leben“ berichtet einer langen Tradition zufolge über die neuesten Errungenschaften der modernen Wissenschaft, die neuesten Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik, Biologie und Medizin. Um jedoch zu verstehen, wie wichtig und interessant sie sind, ist es notwendig, zumindest ein allgemeines Verständnis der Grundlagen der Wissenschaft zu haben. Die moderne Physik entwickelt sich rasant, und die Menschen der älteren Generation, die vor 30 bis 40 Jahren in der Schule und am College studiert haben, sind mit vielen ihrer Bestimmungen nicht vertraut: Sie existierten damals einfach nicht. Und unsere jungen Leser hatten noch keine Zeit, sich mit ihnen vertraut zu machen: Populärwissenschaftliche Literatur wird praktisch nicht mehr veröffentlicht. Deshalb haben wir den langjährigen Autor der Zeitschrift M.I. Kaganov gebeten, über Atome und Elementarteilchen und die Gesetze, die sie beherrschen, darüber zu sprechen, was Materie ist. Moses Isaakovich Kaganov ist theoretischer Physiker, Autor und Co-Autor von mehreren hundert Werken zur Quantentheorie von Festkörpern, zur Metalltheorie und zum Magnetismus. Er war ein leitender Mitarbeiter des nach ihm benannten Instituts für Körperliche Probleme. P. L. Kapitsa und Professor an der Moskauer Staatlichen Universität. M. V. Lomonosov, Mitglied der Redaktion der Zeitschriften „Nature“ und „Quantum“. Autor zahlreicher populärwissenschaftlicher Artikel und Bücher. Lebt jetzt in Boston (USA).

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Der griechische Philosoph Demokrit war der erste, der das Wort „Atom“ verwendete. Nach seiner Lehre sind Atome unteilbar, unzerstörbar und in ständiger Bewegung. Sie sind unendlich vielfältig, haben Vertiefungen und Ausbuchtungen, mit denen sie ineinandergreifen und alle materiellen Körper bilden.

Tabelle 1. Die wichtigsten Eigenschaften von Elektronen, Protonen und Neutronen.

Deuteriumatom.

Der englische Physiker Ernst Rutherford gilt zu Recht als Begründer der Kernphysik, der Radioaktivitätslehre und der Theorie des Atomaufbaus.

Im Bild: die Oberfläche eines Wolframkristalls, 10 Millionenfach vergrößert; Jeder helle Punkt ist sein einzelnes Atom.

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Bei der Erstellung der Strahlungstheorie kam Max Planck im Jahr 1900 zu dem Schluss, dass Atome erhitzter Materie Licht in Portionen, Quanten, mit einer Wirkungsdimension (J.s) und einer Energie proportional zur Strahlungsfrequenz emittieren sollten: E = hn .

Im Jahr 1923 übertrug Louis de Broglie Einsteins Idee der dualen Natur des Lichts – Welle-Teilchen-Dualität – auf die Materie: Die Bewegung eines Teilchens entspricht der Ausbreitung einer unendlichen Welle.

Beugungsexperimente bestätigten überzeugend die Theorie von de Broglie, die besagte, dass die Bewegung jedes Teilchens von einer Welle begleitet wird, deren Länge und Geschwindigkeit von der Masse und Energie des Teilchens abhängen.

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Ein erfahrener Billardspieler weiß immer, wie die Kugeln nach dem Schlag rollen und treibt sie problemlos in die Tasche. Bei atomaren Teilchen ist es viel schwieriger. Es ist unmöglich, die Flugbahn eines fliegenden Elektrons anzugeben: Es ist nicht nur ein Teilchen, sondern auch eine im Raum unendliche Welle.

Nachts, wenn keine Wolken am Himmel sind, der Mond nicht sichtbar ist und keine Lichter im Weg sind, ist der Himmel voller hell leuchtender Sterne. Es ist nicht notwendig, nach bekannten Sternbildern zu suchen oder erdnahe Planeten zu finden. Schau nur! Versuchen Sie sich einen riesigen Raum vorzustellen, der voller Welten ist und sich über Milliarden Lichtjahre erstreckt. Nur aufgrund der Entfernung erscheinen die Welten als Punkte, und viele von ihnen sind so weit entfernt, dass sie einzeln nicht unterscheidbar sind und zu Nebeln verschmelzen. Es scheint, dass wir uns im Zentrum des Universums befinden. Jetzt wissen wir, dass das nicht stimmt. Die Ablehnung des Geozentrismus ist ein großes Verdienst der Wissenschaft. Es hat viel Mühe gekostet, zu erkennen, dass sich die kleine Erde in einem zufälligen, scheinbar nicht markierten Bereich des riesigen (im wahrsten Sinne des Wortes!) Weltraums bewegt.

Aber das Leben entstand auf der Erde. Es entwickelte sich so erfolgreich, dass es einen Menschen hervorbringen konnte, der in der Lage war, die Welt um ihn herum zu begreifen und nach den Gesetzen zu suchen und zu finden, die die Natur regieren. Die Errungenschaften der Menschheit beim Verständnis der Naturgesetze sind so beeindruckend, dass man unwillkürlich stolz darauf ist, zu dieser Prise Intelligenz zu gehören, die am Rande einer gewöhnlichen Galaxie verloren geht.

Angesichts der Vielfalt von allem, was uns umgibt, ist die Existenz allgemeiner Gesetze erstaunlich. Nicht weniger erstaunlich ist das Alles besteht aus nur drei Arten von Teilchen – Elektronen, Protonen und Neutronen.

Um anhand der Grundgesetze der Natur Observablen abzuleiten und neue Eigenschaften verschiedener Stoffe und Objekte vorherzusagen, wurden komplexe mathematische Theorien erstellt, die gar nicht so leicht zu verstehen sind. Aber die Konturen des wissenschaftlichen Weltbildes können ohne Rückgriff auf strenge Theorie erfasst werden. Dazu braucht es natürlich Lust. Aber nicht nur das: Auch das erste Kennenlernen erfordert einige Arbeit. Wir müssen versuchen, neue Fakten zu verstehen, unbekannte Phänomene, die auf den ersten Blick nicht mit der bestehenden Erfahrung übereinstimmen.

Die Errungenschaften der Wissenschaft führen oft zu der Vorstellung, dass ihr „nichts heilig“ sei: Was gestern wahr war, wird heute verworfen. Mit Wissen geht ein Verständnis dafür einher, wie ehrfurchtsvoll die Wissenschaft mit jedem Körnchen angesammelter Erfahrung umgeht, mit welcher Vorsicht sie voranschreitet, insbesondere in Fällen, in denen es notwendig ist, tief verwurzelte Ideen aufzugeben.

Der Zweck dieser Geschichte besteht darin, die grundlegenden Merkmale der Struktur anorganischer Substanzen vorzustellen. Trotz der unendlichen Vielfalt ist ihr Aufbau relativ einfach. Vor allem, wenn man sie mit jedem, selbst dem einfachsten lebenden Organismus, vergleicht. Aber es gibt auch eine Gemeinsamkeit: Alle lebenden Organismen sind wie anorganische Stoffe aus Elektronen, Protonen und Neutronen aufgebaut.

Es ist unmöglich, die Unermesslichkeit zu erfassen: Um den Aufbau lebender Organismen zumindest allgemein vorzustellen, bedarf es einer besonderen Geschichte.

EINFÜHRUNG

Die Vielfalt der Dinge, Gegenstände – alles, was wir nutzen, was uns umgibt, ist immens. Nicht nur durch ihren Zweck und ihr Design, sondern auch durch die Materialien, aus denen sie hergestellt wurden – Stoffe, wie man sagt, wenn ihre Funktion nicht betont werden muss.

Stoffe und Materialien wirken solide und der Tastsinn bestätigt, was die Augen sehen. Es scheint, dass es keine Ausnahmen gibt. Fließendes Wasser und festes Metall, die sich so sehr unterscheiden, sind sich in einem Punkt ähnlich: Sowohl Metall als auch Wasser sind fest. Zwar können Sie Salz oder Zucker in Wasser auflösen. Sie finden einen Platz für sich im Wasser. Ja, und Sie können einen Nagel in einen festen Körper einschlagen, beispielsweise in ein Holzbrett. Mit erheblichem Aufwand können Sie erreichen, dass der Platz, den der Baum einnahm, durch einen Eisennagel eingenommen wird.

Wir wissen genau: Von einem festen Körper kann man ein kleines Stück abbrechen, man kann fast jedes Material schleifen. Manchmal ist es schwierig, manchmal passiert es spontan, ohne unser Zutun. Stellen wir uns vor, wir wären am Strand, im Sand. Wir verstehen: Ein Sandkorn ist bei weitem nicht das kleinste Teilchen der Substanz, aus der Sand besteht. Wenn Sie es versuchen, können Sie die Sandkörner beispielsweise zerkleinern, indem Sie sie durch Walzen leiten – durch zwei Zylinder aus sehr hartem Metall. Zwischen den Walzen wird das Sandkorn in kleinere Stücke zerkleinert. Im Wesentlichen wird auf diese Weise in Mühlen aus Getreide Mehl hergestellt.

Nachdem das Atom nun fest in unserer Wahrnehmung der Welt verankert ist, ist es sehr schwer vorstellbar, dass die Menschen nicht wussten, ob der Zerkleinerungsprozess begrenzt ist oder die Substanz auf unbestimmte Zeit zerkleinert werden kann.

Es ist nicht bekannt, wann sich Menschen diese Frage zum ersten Mal stellten. Es wurde erstmals in den Schriften antiker griechischer Philosophen erwähnt. Einige von ihnen glaubten, dass eine Substanz, egal wie klein sie ist, in noch kleinere Teile zerlegt werden kann – es gibt keine Grenze. Andere äußerten die Idee, dass es winzige unteilbare Teilchen gibt, aus denen alles besteht. Um zu betonen, dass diese Teilchen die Grenze der Fragmentierung darstellen, nannten sie sie Atome (im Altgriechischen bedeutet das Wort „Atom“ unteilbar).

Es ist notwendig, diejenigen zu benennen, die als erste die Idee der Existenz von Atomen vertreten haben. Dies sind Demokrit (geboren um 460 oder 470 v. Chr., gestorben im hohen Alter) und Epikur (341-270 v. Chr.). Die Atomwissenschaft ist also fast 2500 Jahre alt. Das Konzept der Atome wurde nicht sofort von allen akzeptiert. Noch vor etwa 150 Jahren gab es selbst unter Wissenschaftlern nur wenige Menschen, die von der Existenz von Atomen überzeugt waren.

Tatsache ist, dass Atome sehr klein sind. Sie sind nicht nur mit bloßem Auge, sondern beispielsweise auch mit einem Mikroskop mit 1000-facher Vergrößerung nicht zu erkennen. Denken wir einmal darüber nach: Wie groß sind die kleinsten Partikel, die man sehen kann? Jeder Mensch hat ein unterschiedliches Sehvermögen, aber wahrscheinlich sind sich alle einig, dass es unmöglich ist, ein Teilchen zu sehen, das kleiner als 0,1 Millimeter ist. Wenn Sie also ein Mikroskop verwenden, können Sie, wenn auch mit Schwierigkeiten, Partikel mit einer Größe von etwa 0,0001 Millimetern oder 10 -7 Metern erkennen. Indem wir die Größe der Atome und die interatomaren Abstände (10–10 Meter) mit der Länge vergleichen, die wir als Grenze der Sehfähigkeit akzeptierten, werden wir verstehen, warum uns jede Substanz fest erscheint.

2500 Jahre sind eine riesige Zeit. Egal was auf der Welt passierte, es gab immer Menschen, die versuchten, die Frage zu beantworten, wie die Welt um sie herum funktioniert. Manchmal waren die Probleme der Struktur der Welt ein größeres, manchmal weniger besorgniserregendes Problem. Die Geburt der Wissenschaft im modernen Sinne erfolgte vor relativ kurzer Zeit. Wissenschaftler haben gelernt, Experimente durchzuführen – der Natur Fragen zu stellen und ihre Antworten zu verstehen, Theorien zu entwickeln, die die Ergebnisse von Experimenten beschreiben. Die Theorien erforderten strenge mathematische Methoden, um zuverlässige Schlussfolgerungen zu ziehen. Die Wissenschaft hat einen langen Weg zurückgelegt. Auf diesem Weg, der für die Physik vor etwa 400 Jahren mit den Arbeiten von Galileo Galilei (1564-1642) begann, wurden unendlich viele Informationen über den Aufbau der Materie und die Eigenschaften von Körpern unterschiedlicher Natur gewonnen, unendlich viele Verschiedene Phänomene wurden entdeckt und verstanden.

Die Menschheit hat gelernt, die Natur nicht nur passiv zu verstehen, sondern sie auch für ihre eigenen Zwecke zu nutzen.

Wir werden die Geschichte der Entwicklung atomarer Konzepte über 2500 Jahre und die Geschichte der Physik über die letzten 400 Jahre nicht berücksichtigen. Unsere Aufgabe ist es, so kurz und klar wie möglich zu erzählen, was und wie alles aufgebaut ist – die Objekte um uns herum, Körper und wir selbst.

Wie bereits erwähnt besteht alle Materie aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Ich weiß das seit der Schule, aber es überrascht mich immer wieder, dass alles aus nur drei Arten von Partikeln besteht! Aber die Welt ist so vielfältig! Darüber hinaus sind auch die Mittel, mit denen die Natur baut, recht eintönig.

Es ist eine komplexe Wissenschaft, konsistent zu beschreiben, wie verschiedene Arten von Substanzen aufgebaut sind. Sie verwendet ernsthafte Mathematik. Es muss betont werden, dass es keine andere, einfache Theorie gibt. Aber die physikalischen Prinzipien, die dem Verständnis der Struktur und Eigenschaften von Stoffen zugrunde liegen, sind zwar nicht trivial und schwer vorstellbar, aber dennoch verständlich. Mit unserer Geschichte werden wir versuchen, allen zu helfen, die sich für die Struktur der Welt, in der wir leben, interessieren.

METHODE DER FRAGMENTE ODER TEILEN UND VERSTEHEN

Es scheint, dass der natürlichste Weg, um zu verstehen, wie ein bestimmtes komplexes Gerät (Spielzeug oder Mechanismus) funktioniert, darin besteht, es zu zerlegen und in seine Einzelteile zu zerlegen. Sie müssen nur sehr vorsichtig sein und bedenken, dass das Falten viel schwieriger sein wird. „Zerbrechen heißt nicht aufbauen“, heißt es im Volksmund. Und noch etwas: Wir verstehen vielleicht, woraus das Gerät besteht, aber wir werden wahrscheinlich nicht verstehen, wie es funktioniert. Manchmal muss man eine Schraube lösen, und schon funktioniert das Gerät nicht mehr. Es ist nicht so sehr notwendig, es zu zerlegen, sondern vielmehr zu verstehen.

Da es sich nicht um die tatsächliche Zersetzung aller Objekte, Dinge, Organismen um uns herum handelt, sondern um das Imaginäre, also um das Geistige, und nicht um reale Erfahrungen, müssen Sie sich keine Sorgen machen: Sie tun es nicht sammeln müssen. Darüber hinaus sollten wir unsere Anstrengungen nicht vernachlässigen. Denken wir nicht darüber nach, ob es schwierig oder einfach ist, das Gerät in seine Einzelteile zu zerlegen. Augenblick. Woher wissen wir, dass wir das Limit erreicht haben? Vielleicht können wir mit mehr Aufwand weiterkommen? Gestehen wir uns ein: Wir wissen nicht, ob wir die Grenze erreicht haben. Wir müssen uns auf die allgemein anerkannte Meinung berufen und uns darüber im Klaren sein, dass dies kein sehr verlässliches Argument ist. Wenn Sie jedoch bedenken, dass dies nur eine allgemein akzeptierte Meinung und nicht die endgültige Wahrheit ist, ist die Gefahr gering.

Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass die Teile, aus denen alles aufgebaut ist, Elementarteilchen sind. Und doch ist das noch nicht alles. Wenn wir uns das entsprechende Nachschlagewerk ansehen, werden wir überzeugt sein: Es gibt mehr als dreihundert Elementarteilchen. Die Fülle an Elementarteilchen ließ uns über die Möglichkeit der Existenz von Subelementarteilchen nachdenken – Teilchen, aus denen die Elementarteilchen selbst bestehen. So entstand die Idee der Quarks. Sie haben die erstaunliche Eigenschaft, dass sie in einem freien Staat offenbar nicht existieren. Es gibt ziemlich viele Quarks – sechs, und jedes hat sein eigenes Antiteilchen. Vielleicht ist die Reise in die Tiefen der Materie noch nicht zu Ende.

Für unsere Geschichte ist die Häufigkeit der Elementarteilchen und die Existenz subelementarer Teilchen unwichtig. Elektronen, Protonen und Neutronen sind direkt am Aufbau von Stoffen beteiligt – alles entsteht nur aus ihnen.

Bevor wir die Eigenschaften realer Teilchen besprechen, wollen wir darüber nachdenken, welche Teile wir gerne sehen würden, aus denen alles aufgebaut ist. Wenn es darum geht, was wir sehen möchten, müssen wir natürlich die Vielfalt der Ansichten berücksichtigen. Wählen wir einige Funktionen aus, die obligatorisch erscheinen.

Erstens müssen Elementarteilchen die Fähigkeit besitzen, sich zu verschiedenen Strukturen zu verbinden.

Zweitens würde ich gerne glauben, dass Elementarteilchen unzerstörbar sind. Angesichts der langen Geschichte der Welt ist es schwer vorstellbar, dass die Partikel, aus denen sie besteht, sterblich sind.

Drittens möchte ich, dass es nicht zu viele Details gibt. Wenn wir uns Bausteine ​​ansehen, sehen wir, wie viele verschiedene Gebäude aus den gleichen Elementen erstellt werden können.

Wenn wir uns mit Elektronen, Protonen und Neutronen vertraut machen, werden wir feststellen, dass ihre Eigenschaften unseren Wünschen nicht widersprechen, und der Wunsch nach Einfachheit entspricht zweifellos der Tatsache, dass an der Struktur aller Stoffe nur drei Arten von Elementarteilchen beteiligt sind.

ELEKTRONEN, PROTONEN, NEUTRONEN

Stellen wir Ihnen die wichtigsten Eigenschaften von Elektronen, Protonen und Neutronen vor. Sie sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Größe der Ladung wird in Coulomb angegeben, die Masse in Kilogramm (SI-Einheiten); Die Wörter „Spin“ und „Statistik“ werden im Folgenden erklärt.

Achten wir auf den Unterschied in der Masse der Teilchen: Protonen und Neutronen sind fast 2000-mal schwerer als Elektronen. Folglich wird die Masse eines jeden Körpers fast ausschließlich durch die Masse der Protonen und Neutronen bestimmt.

Das Neutron ist, wie der Name schon sagt, neutral – seine Ladung ist Null. Und ein Proton und ein Elektron haben Ladungen gleicher Größe, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen. Ein Elektron ist negativ geladen und ein Proton ist positiv geladen.

Unter den Eigenschaften von Partikeln gibt es kein scheinbar wichtiges Merkmal – ihre Größe. Um die Struktur von Atomen und Molekülen zu beschreiben, können Elektronen, Protonen und Neutronen als materielle Punkte betrachtet werden. Die Größen von Protonen und Neutronen müssen nur bei der Beschreibung von Atomkernen beachtet werden. Selbst im Vergleich zur Größe von Atomen sind Protonen und Neutronen ungeheuer klein (in der Größenordnung von 10 bis 16 Metern).

Im Wesentlichen geht es in diesem kurzen Abschnitt darum, Elektronen, Protonen und Neutronen als Bausteine ​​aller Körper in der Natur vorzustellen. Wir könnten uns einfach auf Tabelle 1 beschränken, aber wir müssen verstehen, wie Elektronen, Protonen und Neutronen funktionieren Welche Konstruktionen durchgeführt werden, was dazu führt, dass sich Partikel zu komplexeren Strukturen verbinden und was diese Strukturen sind.

ATOM IST DIE EINFACHSTE KOMPLEXE STRUKTUR

Es gibt viele Atome. Es erwies sich als notwendig und möglich, sie auf besondere Weise anzuordnen. Die Ordnung ermöglicht es, die Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Atomen hervorzuheben. Die vernünftige Anordnung der Atome ist das Verdienst von D. I. Mendeleev (1834-1907), der das nach ihm benannte Periodengesetz formulierte. Wenn wir die Existenz von Perioden vorübergehend außer Acht lassen, ist das Prinzip der Anordnung der Elemente äußerst einfach: Sie werden nacheinander entsprechend dem Gewicht der Atome angeordnet. Das leichteste ist das Wasserstoffatom. Das letzte natürliche (nicht künstlich erzeugte) Atom ist das Uranatom, das mehr als 200-mal schwerer ist.

Das Verständnis der Struktur von Atomen erklärte das Vorhandensein von Periodizität in den Eigenschaften von Elementen.

Gleich zu Beginn des 20. Jahrhunderts zeigte E. Rutherford (1871-1937) überzeugend, dass fast die gesamte Masse eines Atoms in seinem Kern konzentriert ist – einem kleinen (selbst im Vergleich zu einem Atom) Raumbereich: dem Radius des Der Kern ist etwa 100.000 Mal kleiner als das Atom. Als Rutherford seine Experimente durchführte, war das Neutron noch nicht entdeckt. Mit der Entdeckung des Neutrons wurde erkannt, dass Kerne aus Protonen und Neutronen bestehen, und es ist natürlich, sich ein Atom als einen Kern vorzustellen, der von Elektronen umgeben ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Protonen im Kern ist – danach Alles in allem ist das Atom als Ganzes neutral. Protonen und Neutronen als Baumaterial des Kerns erhielten einen gemeinsamen Namen – Nukleonen (aus dem Lateinischen Kern - Kern). Dies ist der Name, den wir verwenden werden.

Die Anzahl der Nukleonen in einem Kern wird üblicherweise mit dem Buchstaben angegeben A. Es ist klar, dass A = N + Z, Wo N ist die Anzahl der Neutronen im Kern und Z- die Anzahl der Protonen, die der Anzahl der Elektronen in einem Atom entspricht. Nummer A heißt Atommasse und Z- Ordnungszahl. Atome mit den gleichen Ordnungszahlen werden Isotope genannt: Im Periodensystem befinden sie sich in derselben Zelle (auf Griechisch). Isos - gleich , Topos - Ort). Tatsache ist, dass die chemischen Eigenschaften von Isotopen nahezu identisch sind. Wenn Sie sich das Periodensystem genau ansehen, können Sie davon überzeugt sein, dass die Anordnung der Elemente streng genommen nicht der Atommasse, sondern der Ordnungszahl entspricht. Wenn es etwa 100 Elemente gibt, dann gibt es mehr als 2000 Isotope. Allerdings sind viele von ihnen instabil, also radioaktiv (aus dem Lateinischen). Radio- Ich strahle, Aktivus- aktiv), zerfallen sie und geben dabei verschiedene Strahlungen ab.

Rutherfords Experimente führten nicht nur zur Entdeckung von Atomkernen, sondern zeigten auch, dass im Atom die gleichen elektrostatischen Kräfte wirken, die gleich geladene Körper voneinander abstoßen und unterschiedlich geladene Körper anziehen (z. B. Elektroskopkugeln).

Das Atom ist stabil. Folglich bewegen sich die Elektronen in einem Atom um den Kern: Die Zentrifugalkraft kompensiert die Anziehungskraft. Dieses Verständnis führte zur Schaffung eines Planetenmodells des Atoms, in dem der Kern die Sonne und die Elektronen die Planeten sind (aus der Sicht der klassischen Physik ist das Planetenmodell inkonsistent, aber mehr dazu weiter unten).

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Größe eines Atoms abzuschätzen. Unterschiedliche Schätzungen führen zu ähnlichen Ergebnissen: Die Größen der Atome sind natürlich unterschiedlich, entsprechen aber ungefähr mehreren Zehntel Nanometern (1 nm = 10 -9 m).

Betrachten wir zunächst das Elektronensystem eines Atoms.

Im Sonnensystem werden Planeten durch die Schwerkraft von der Sonne angezogen. In einem Atom wirkt eine elektrostatische Kraft. Es wird oft als Coulomb bezeichnet, zu Ehren von Charles Augustin Coulomb (1736–1806), der feststellte, dass die Wechselwirkungskraft zwischen zwei Ladungen umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist. Die Tatsache, dass zwei Gebühren Q 1 und Q 2 anziehen oder abstoßen mit einer Kraft gleich F C = Q 1 Q 2 /R 2 , Wo R- Der Abstand zwischen den Ladungen wird als „Coulombsches Gesetz“ bezeichnet. Index " MIT" der Gewalt zugeordnet F durch den ersten Buchstaben von Coulombs Nachnamen (auf Französisch). Coulomb). Unter den unterschiedlichsten Aussagen gibt es nur wenige, die so zu Recht als Gesetz bezeichnet werden wie das Coulombsche Gesetz: Schließlich ist der Umfang seiner Anwendbarkeit praktisch unbegrenzt. Geladene Körper, unabhängig von ihrer Größe, sowie atomare und sogar subatomare geladene Teilchen – sie alle ziehen sich gemäß dem Coulombschen Gesetz an oder stoßen sich ab.

EINE ENTDECKUNG ÜBER DIE SCHWERKRAFT

Mit der Schwerkraft wird der Mensch bereits in der frühen Kindheit vertraut. Durch den Fall lernt er, die Schwerkraft der Erde zu respektieren. Die Bekanntschaft mit beschleunigter Bewegung beginnt normalerweise mit der Untersuchung des freien Falls von Körpern – der Bewegung eines Körpers unter dem Einfluss der Schwerkraft.

Zwischen zwei Massenkörpern M 1 und M 2 Kraftakte F N=- GM 1 M 2 /R 2 . Hier R- Abstand zwischen Körpern, G- Gravitationskonstante gleich 6,67259,10 -11 m 3 kg -1 s -2 , der Index „N“ wird zu Ehren von Newton (1643 – 1727) vergeben. Dieser Ausdruck wird als Gesetz der universellen Gravitation bezeichnet und betont seine universelle Natur. Gewalt F N bestimmt die Bewegung von Galaxien, Himmelskörpern und den Fall von Objekten auf die Erde. Das Gesetz der universellen Gravitation gilt in jedem Abstand zwischen Körpern. Wir werden die Veränderungen im Bild der Schwerkraft, die Einsteins allgemeine Relativitätstheorie (1879-1955) einführte, nicht erwähnen.

Sowohl die elektrostatische Coulomb-Kraft als auch die Newtonsche Kraft der universellen Gravitation sind gleich (da 1/ R 2) mit zunehmendem Abstand zwischen den Körpern abnehmen. Dadurch können Sie die Wirkung beider Kräfte in jedem Abstand zwischen den Körpern vergleichen. Wenn man die Kraft der Coulomb-Abstoßung zweier Protonen in ihrer Größe mit der Kraft ihrer gravitativen Anziehung vergleicht, stellt sich Folgendes heraus F N/ F C= 10 -36 (Q 1 =Q 2 = e P; M 1 = =M 2 =M P). Daher spielt die Schwerkraft für die Struktur des Atoms keine wesentliche Rolle: Sie ist im Vergleich zur elektrostatischen Kraft zu klein.

Elektrische Ladungen zu erkennen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen zu messen, ist nicht schwierig. Wenn die elektrische Kraft so groß ist, warum ist sie dann nicht wichtig, wenn man beispielsweise fällt, springt oder einen Ball wirft? Denn in den meisten Fällen haben wir es mit neutralen (ungeladenen) Körpern zu tun. Im Weltraum gibt es immer viele geladene Teilchen (Elektronen, Ionen unterschiedlichen Vorzeichens). Unter dem Einfluss einer enormen (auf atomarer Skala) anziehenden elektrischen Kraft, die von einem geladenen Körper erzeugt wird, strömen geladene Teilchen zu ihrer Quelle, bleiben am Körper haften und neutralisieren seine Ladung.

WELLE ODER TEILCHEN? SOWOHL WELLE ALS AUCH PARTIKEL!

Es ist sehr schwierig, über atomare und noch kleinere, subatomare Teilchen zu sprechen, vor allem weil ihre Eigenschaften in unserem Alltag keine Entsprechung haben. Man könnte meinen, dass es zweckmäßig wäre, sich die Teilchen, aus denen solch kleine Atome bestehen, als materielle Punkte vorzustellen. Aber es stellte sich heraus, dass alles viel komplizierter war.

Ein Teilchen und eine Welle... Es scheint, dass es keinen Sinn macht, überhaupt zu vergleichen, sie sind so unterschiedlich.

Wenn Sie an eine Welle denken, stellen Sie sich wahrscheinlich zuerst eine kräuselnde Meeresoberfläche vor. Wellen kommen vom offenen Meer ans Ufer; die Wellenlängen – die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenkämmen – können unterschiedlich sein. Es ist leicht, Wellen mit einer Länge von mehreren Metern zu beobachten. Bei Wellen vibriert die Wassermasse offensichtlich. Die Welle deckt ein beträchtliches Gebiet ab.

Die Welle ist zeitlich und räumlich periodisch. Wellenlänge ( λ ) ist ein Maß für die räumliche Periodizität. Die zeitliche Periodizität der Wellenbewegung ist an der Häufigkeit der Ankunft der Wellenberge am Ufer erkennbar und lässt sich beispielsweise an der Auf- und Abbewegung eines Schwimmkörpers erkennen. Bezeichnen wir die Periode der Wellenbewegung – die Zeit, in der eine Welle vergeht – mit dem Buchstaben T. Der Kehrwert der Periode heißt Frequenz ν = 1/T. Die einfachsten Wellen (harmonische) haben eine bestimmte Frequenz, die sich im Laufe der Zeit nicht ändert. Jede komplexe Wellenbewegung kann als eine Reihe einfacher Wellen dargestellt werden (siehe „Wissenschaft und Leben“ Nr. 11, 2001). Streng genommen nimmt eine einfache Welle unendlich viel Raum ein und existiert unendlich lange. Ein Teilchen, wie wir es uns vorstellen, und eine Welle sind völlig unterschiedlich.

Seit Newton gibt es eine Debatte über die Natur des Lichts. Was Licht ist, ist eine Ansammlung von Teilchen (Korpuskeln, aus dem Lateinischen). Korpuskulum- kleiner Körper) oder Wellen? Die Theorien konkurrierten lange Zeit miteinander. Die Wellentheorie gewann: Die Korpuskulartheorie konnte die experimentellen Fakten (Interferenz und Beugung des Lichts) nicht erklären. Die Wellentheorie konnte die geradlinige Ausbreitung eines Lichtstrahls problemlos bewältigen. Eine wichtige Rolle spielte dabei die Tatsache, dass die Länge der Lichtwellen nach alltäglichen Vorstellungen sehr klein ist: Der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts liegt zwischen 380 und 760 Nanometern. Die kürzeren elektromagnetischen Wellen sind Ultraviolett, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, und die längeren sind Infrarot-, Millimeter-, Zentimeter- und alle anderen Radiowellen.

Ende des 19. Jahrhunderts schien der Sieg der Wellentheorie des Lichts über die Korpuskulartheorie endgültig und unwiderruflich zu sein. Das 20. Jahrhundert brachte jedoch gravierende Veränderungen mit sich. Es schien wie Licht oder Wellen oder Partikel. Es stellte sich heraus – sowohl Wellen als auch Partikel. Für Lichtteilchen, für ihre Quanten, wie man so sagt, wurde ein spezielles Wort geprägt – „Photon“. Das Wort „Quantum“ kommt vom lateinischen Wort Quantum- wie viele und „Photon“ - vom griechischen Wort Fotos - Licht. Wörter, die den Namen von Partikeln bezeichnen, haben in den meisten Fällen die Endung Er. Überraschenderweise verhält sich Licht in manchen Experimenten wie Wellen, während es sich in anderen wie ein Teilchenstrom verhält. Nach und nach gelang es, eine Theorie zu entwickeln, die vorhersagte, wie sich Licht in welchem ​​Experiment verhalten würde. Heutzutage wird diese Theorie von allen akzeptiert; das unterschiedliche Verhalten von Licht ist nicht mehr überraschend.

Die ersten Schritte sind immer besonders schwierig. Ich musste gegen die etablierte Meinung in der Wissenschaft verstoßen und Aussagen machen, die wie Ketzerei wirkten. Echte Wissenschaftler glauben wirklich an die Theorie, mit der sie die von ihnen beobachteten Phänomene beschreiben. Es ist sehr schwierig, eine akzeptierte Theorie aufzugeben. Die ersten Schritte wurden von Max Planck (1858–1947) und Albert Einstein (1879–1955) unternommen.

Nach Planck-Einstein wird Licht in getrennten Portionen, Quanten, emittiert und von der Materie absorbiert. Die von einem Photon getragene Energie ist proportional zu seiner Frequenz: E = Hν. Proportionalitätsfaktor H nannte Plancksche Konstante zu Ehren des deutschen Physikers, der sie 1900 in die Strahlungstheorie einführte. Und bereits im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts wurde klar, dass das Plancksche Wirkungsquantum eine der wichtigsten Weltkonstanten ist. Natürlich wurde sorgfältig nachgemessen: H= 6.6260755.10 -34 J.s.

Ist ein Lichtquant viel oder wenig? Die Frequenz des sichtbaren Lichts beträgt etwa 10 14 s -1 . Zur Erinnerung: Frequenz und Wellenlänge des Lichts hängen durch die Beziehung ν = zusammen C/λ, wo Mit= 299792458,10 10 m/s (genau) – die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Quantenenergie Hν beträgt, wie leicht zu erkennen ist, etwa 10 -18 J. Aufgrund dieser Energie kann eine Masse von 10 -13 Gramm auf eine Höhe von 1 Zentimeter gehoben werden. Im menschlichen Maßstab ist es ungeheuer klein. Aber das ist eine Masse von 10 14 Elektronen. Im Mikrokosmos ist der Maßstab völlig anders! Natürlich kann ein Mensch eine Masse von 10-13 Gramm nicht spüren, aber das menschliche Auge ist so empfindlich, dass es einzelne Lichtquanten sehen kann – dies wurde durch eine Reihe subtiler Experimente bestätigt. Unter normalen Bedingungen erkennt der Mensch das „Lichtkorn“ nicht und nimmt es als kontinuierlichen Strom wahr.

Wenn man weiß, dass Licht sowohl eine korpuskuläre als auch eine Wellennatur hat, kann man sich leichter vorstellen, dass „echte“ Teilchen auch Welleneigenschaften haben. Dieser ketzerische Gedanke wurde erstmals von Louis de Broglie (1892-1987) geäußert. Er versuchte nicht herauszufinden, was die Natur der Welle war, deren Eigenschaften er vorhersagte. Nach seiner Theorie ein Teilchen mit Masse M, mit hoher Geschwindigkeit fliegen v, entspricht einer Welle mit der Wellenlänge l = hmv und Häufigkeit ν = E/H, Wo E = mv 2/2 - Teilchenenergie.

Die Weiterentwicklung der Atomphysik führte zu einem Verständnis der Natur der Wellen, die die Bewegung atomarer und subatomarer Teilchen beschreiben. Es entstand eine Wissenschaft namens „Quantenmechanik“ (in den Anfangsjahren wurde sie häufiger als Wellenmechanik bezeichnet).

Die Quantenmechanik bezieht sich auf die Bewegung mikroskopischer Teilchen. Bei der Betrachtung der Bewegung gewöhnlicher Körper (zum Beispiel aller Teile von Mechanismen) macht es keinen Sinn, Quantenkorrekturen (Korrekturen aufgrund der Welleneigenschaften der Materie) zu berücksichtigen.

Eine der Erscheinungsformen der Wellenbewegung von Teilchen ist das Fehlen einer Flugbahn. Damit eine Flugbahn existiert, ist es notwendig, dass das Teilchen zu jedem Zeitpunkt eine bestimmte Koordinate und eine bestimmte Geschwindigkeit hat. Doch genau das verbietet die Quantenmechanik: Ein Teilchen kann nicht gleichzeitig einen bestimmten Koordinatenwert haben X, und ein bestimmter Geschwindigkeitswert v. Ihre Unsicherheiten Dx Und Dv verbunden durch die von Werner Heisenberg (1901-1974) entdeckte Unschärferelation: D X D v ~ h/m, Wo M ist die Masse des Teilchens und H- Plancksche Konstante. Das Plancksche Wirkungsquantum wird oft als das universelle Quantum der „Wirkung“ bezeichnet. Ohne Angabe des Begriffs Aktion, achten Sie auf den Beinamen Universal-. Er betont, dass die Unschärferelation immer gültig ist. Wenn man die Bewegungsbedingungen und die Masse des Teilchens kennt, kann man abschätzen, wann es notwendig ist, die Quantengesetze der Bewegung zu berücksichtigen (mit anderen Worten, wann die Welleneigenschaften von Teilchen und ihre Konsequenz – die Unschärferelationen) nicht vernachlässigt werden können , und wenn es durchaus möglich ist, die klassischen Bewegungsgesetze zu verwenden. Wir betonen: Wenn es möglich ist, dann ist es notwendig, denn die klassische Mechanik ist deutlich einfacher als die Quantenmechanik.

Bitte beachten Sie, dass das Plancksche Wirkungsquantum durch die Masse dividiert wird (sie sind in Kombinationen enthalten). Hm). Je größer die Masse, desto geringer ist die Rolle der Quantengesetze.

Um zu spüren, wann es durchaus möglich ist, Quanteneigenschaften zu vernachlässigen, werden wir versuchen, die Unsicherheiten D abzuschätzen X und D v. Wenn D X und D v im Vergleich zu ihren durchschnittlichen (klassischen) Werten vernachlässigbar sind, beschreiben die Formeln der klassischen Mechanik die Bewegung perfekt; wenn sie nicht klein sind, muss die Quantenmechanik verwendet werden. Es macht keinen Sinn, die Quantenunsicherheit zu berücksichtigen, selbst wenn andere Gründe (im Rahmen der klassischen Mechanik) zu einer größeren Unsicherheit führen als die Heisenberg-Beziehung.

Schauen wir uns ein Beispiel an. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass wir die Möglichkeit der Anwendung der klassischen Mechanik aufzeigen möchten, betrachten wir ein „Teilchen“ mit einer Masse von 1 Gramm und einer Größe von 0,1 Millimetern. Im menschlichen Maßstab ist dies ein Korn, ein leichtes, kleines Teilchen. Aber es ist 10 24-mal schwerer als ein Proton und eine Million Mal größer als ein Atom!

Lassen Sie „unser“ Getreide in einem mit Wasserstoff gefüllten Gefäß wandern. Wenn ein Korn schnell genug fliegt, kommt es uns so vor, als würde es sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit geradlinig bewegen. Dieser Eindruck ist falsch: Durch den Aufprall von Wasserstoffmolekülen auf das Korn ändert sich dessen Geschwindigkeit bei jedem Aufprall geringfügig. Lassen Sie uns genau abschätzen, wie viel.

Die Temperatur von Wasserstoff sei 300 K (wir messen die Temperatur immer auf einer absoluten Skala, auf der Kelvin-Skala; 300 K = 27 °C). Multiplikation der Temperatur in Kelvin mit der Boltzmann-Konstante k B = 1,381,10 -16 J/K, wir werden es in Energieeinheiten ausdrücken. Die Änderung der Geschwindigkeit eines Korns kann mithilfe des Impulserhaltungssatzes berechnet werden. Bei jedem Zusammenstoß eines Korns mit einem Wasserstoffmolekül ändert sich seine Geschwindigkeit um etwa 10 -18 cm/s. Die Änderung erfolgt völlig zufällig und in zufälliger Richtung. Daher ist es naheliegend, den Wert von 10 -18 cm/s als Maß für die klassische Unsicherheit der Korngeschwindigkeit (D.) zu betrachten v) cl für diesen Fall. Also, (D v) Klasse = 10 -18 cm/s. Es ist offenbar sehr schwierig, den Standort eines Korns mit einer Genauigkeit von mehr als 0,1 seiner Größe zu bestimmen. Akzeptieren wir (D X) cl = 10 -3 cm. Schließlich (D X) Klasse (D v) cl = 10 -3 .10 -18 = 10 -21 . Es scheint ein sehr kleiner Wert zu sein. In jedem Fall sind die Unsicherheiten in Geschwindigkeit und Position so gering, dass die durchschnittliche Bewegung des Korns berücksichtigt werden kann. Aber im Vergleich zur Quantenunsicherheit, die durch die Heisenberg-Beziehung (D X D v= 10 -27) ist die klassische Heterogenität enorm – in diesem Fall übersteigt sie sie um das Millionenfache.

Fazit: Bei der Betrachtung der Bewegung eines Korns besteht keine Notwendigkeit, seine Welleneigenschaften, d. h. die Existenz einer Quantenunsicherheit von Koordinaten und Geschwindigkeit, zu berücksichtigen. Wenn es um die Bewegung atomarer und subatomarer Teilchen geht, ändert sich die Situation dramatisch.

Was wissen wir über Teilchen, die kleiner als ein Atom sind? Und was ist das kleinste Teilchen im Universum?

Die Welt um uns herum... Wer von uns hat seine bezaubernde Schönheit nicht bewundert? Sein bodenloser Nachthimmel, übersät mit Milliarden funkelnder, geheimnisvoller Sterne und die Wärme seines sanften Sonnenlichts. Smaragdgrüne Felder und Wälder, stürmische Flüsse und weite Meere. Glitzernde Gipfel majestätischer Berge und üppige Almwiesen. Morgentau und Nachtigallengezwitscher im Morgengrauen. Eine duftende Rose und das leise Rauschen eines Baches. Ein strahlender Sonnenuntergang und das sanfte Rascheln eines Birkenhains ...

Kann man sich etwas Schöneres vorstellen als die Welt um uns herum?! Kraftvoller und eindrucksvoller? Und gleichzeitig fragiler und zarter? All dies ist die Welt, in der wir atmen, lieben, uns freuen, jubeln, leiden und traurig sind ... All dies ist unsere Welt. Die Welt, in der wir leben, die wir fühlen, die wir sehen und die wir zumindest irgendwie verstehen.

Allerdings ist es viel vielfältiger und komplexer, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Wir wissen, dass üppige Wiesen ohne den fantastischen Aufruhr eines endlosen Reigens aus flexiblen grünen Grashalmen, üppige Bäume in einem smaragdgrünen Gewand – ohne viele Blätter an ihren Zweigen und goldene Strände – ohne zahlreiche funkelnde Körner nicht entstanden wären von Sand, der unter nackten Füßen in der sanften Sommersonne knirscht. Das Große besteht immer aus dem Kleinen. Klein – von noch kleiner. Und dieser Reihenfolge sind wohl keine Grenzen gesetzt.

Daher bestehen Grashalme und Sandkörner wiederum aus Molekülen, die aus Atomen gebildet werden. Wie wir wissen, enthalten Atome Elementarteilchen – Elektronen, Protonen und Neutronen. Sie gelten aber auch nicht als letzte Instanz. Die moderne Wissenschaft behauptet, dass beispielsweise Protonen und Neutronen aus hypothetischen Energiebündeln – Quarks – bestehen. Es besteht die Vermutung, dass es ein noch kleineres Teilchen gibt – ein Preon, noch unsichtbar, unbekannt, aber vermutet.

Die Welt der Moleküle, Atome, Elektronen, Protonen, Neutronen, Photonen usw. normalerweise aufgerufen Mikrokosmos. Er ist die Basis Makrokosmos- die menschliche Welt und ihr entsprechende Mengen auf unserem Planeten und Megawelt- die Welt der Sterne, Galaxien, des Universums und des Weltraums. Alle diese Welten sind miteinander verbunden und existieren nicht ohne die andere.

Die Megawelt haben wir bereits im Bericht über unsere erste Expedition kennengelernt „Atem des Universums. Erste Reise“ und wir haben bereits eine Vorstellung von fernen Galaxien und dem Universum. Auf dieser gefährlichen Reise entdeckten wir die Welt der Dunklen Materie und Dunklen Energie, erkundeten die Tiefen von Schwarzen Löchern, erreichten die Gipfel strahlender Quasare und entkamen auf wundersame Weise dem Urknall und nicht zuletzt dem Big Crunch. Das Universum erschien vor uns in seiner ganzen Schönheit und Erhabenheit. Während unserer Reise stellten wir fest, dass Sterne und Galaxien nicht von selbst entstanden, sondern über Milliarden von Jahren hinweg mühsam aus Teilchen und Atomen entstanden waren.

Es sind Teilchen und Atome, aus denen die gesamte Welt um uns herum besteht. Sie sind es, die in ihren unzähligen und vielfältigen Kombinationen vor uns erscheinen können, entweder in Form einer wunderschönen holländischen Rose oder in Form eines rauen Haufens tibetischer Steine. Alles, was wir sehen, besteht aus diesen geheimnisvollen Vertretern des Geheimnisvollen Mikrowelt. Warum „geheimnisvoll“ und warum „geheimnisvoll“? Denn leider weiß die Menschheit immer noch sehr, sehr wenig über diese Welt und ihre Vertreter.

Die moderne Wissenschaft über den Mikrokosmos ist ohne die Erwähnung des Elektrons, Protons oder Neutrons nicht vorstellbar. In jedem Nachschlagewerk zur Physik oder Chemie finden wir ihre Masse auf die neunte Dezimalstelle genau, ihre elektrische Ladung, ihre Lebensdauer usw. Laut diesen Nachschlagewerken hat ein Elektron beispielsweise eine Masse von 9,10938291(40) x 10 -31 kg, eine elektrische Ladung von minus 1,602176565(35) x 10 -19 C, eine Lebensdauer von unendlich oder mindestens 4,6 x 10 26 Jahre (Wikipedia).

Die Genauigkeit der Bestimmung der Parameter des Elektrons ist beeindruckend und der Stolz auf die wissenschaftlichen Errungenschaften der Zivilisation erfüllt unsere Herzen! Allerdings schleichen sich gleichzeitig einige Zweifel ein, die man, so sehr man sich auch anstrengt, nicht ganz loswerden kann. Die Bestimmung der Masse eines Elektrons von einer Milliarde, einer Milliarde, eines Milliardstel Kilogramms und sogar deren Abwiegung auf die neunte Dezimalstelle ist meines Erachtens keine einfache Angelegenheit, genau wie die Messung der Lebensdauer eines Elektrons bei 4.600.000.000.000.000.000.000.000 000 Jahre.

Darüber hinaus hat noch nie jemand genau dieses Elektron gesehen. Mit den modernsten Mikroskopen ist nur die Elektronenwolke um den Atomkern sichtbar, in der sich das Elektron, wie Wissenschaftler glauben, mit enormer Geschwindigkeit bewegt (Abb. 1). Wir kennen noch nicht genau die Größe des Elektrons, seine Form und seine Rotationsgeschwindigkeit. In Wirklichkeit wissen wir sehr wenig über das Elektron sowie über Proton und Neutron. Wir können nur spekulieren und raten. Leider ist das heute alles, was wir tun können.

Reis. 1. Foto von Elektronenwolken, aufgenommen von Physikern am Charkower Institut für Physik und Technologie im September 2009

Aber ein Elektron oder ein Proton sind die kleinsten Elementarteilchen, aus denen ein Atom einer Substanz besteht. Und wenn unsere technischen Mittel zur Erforschung der Mikrowelt es uns noch nicht ermöglichen, Teilchen und Atome zu sehen, fangen wir vielleicht mit etwas anderem an Ö größer und bekannter? Zum Beispiel aus einem Molekül! Es besteht aus Atomen. Ein Molekül ist ein größeres und verständlicheres Objekt, das wahrscheinlich eingehender untersucht wird.

Leider muss ich Sie erneut enttäuschen. Moleküle sind für uns nur auf dem Papier in Form abstrakter Formeln und Zeichnungen ihrer vermeintlichen Struktur verständlich. Auch von einem Molekül mit ausgeprägten Bindungen zwischen Atomen können wir uns noch kein klares Bild machen.

Im August 2009 gelang es europäischen Forschern mithilfe der Rasterkraftmikroskopie erstmals, die Struktur eines relativ großen Pentacenmoleküls (C 22 H 14) abzubilden. Mit modernster Technik konnten lediglich fünf Ringe erkannt werden, die die Struktur dieses Kohlenwasserstoffs bestimmen, sowie Flecken einzelner Kohlenstoff- und Wasserstoffatome (Abb. 2). Und das ist alles, was wir jetzt tun können ...

Reis. 2. Strukturdarstellung des Pentacen-Moleküls (oben)

und ihr Foto (unten)

Einerseits erlauben uns die erhaltenen Fotografien zu behaupten, dass der von Chemikern gewählte Weg zur Beschreibung der Zusammensetzung und Struktur von Molekülen nicht mehr zweifelhaft ist, andererseits können wir nur noch Vermutungen darüber anstellen

Wie kommt es schließlich zur Verbindung von Atomen in einem Molekül und Elementarteilchen in einem Atom? Warum sind diese atomaren und molekularen Bindungen stabil? Wie entstehen sie, welche Kräfte tragen sie? Wie sieht ein Elektron, Proton oder Neutron aus? Wie ist ihre Struktur? Was ist ein Atomkern? Wie koexistieren ein Proton und ein Neutron im selben Raum und warum stoßen sie ein Elektron aus diesem Raum ab?

Fragen dieser Art gibt es viele. Auch Antworten. Zwar basieren viele Antworten nur auf Annahmen, die neue Fragen aufwerfen.

Meine ersten Versuche, in die Geheimnisse der Mikrowelt einzudringen, stießen auf eine eher oberflächliche Darstellung vieler grundlegender Kenntnisse über die Struktur von Objekten der Mikrowelt, die Prinzipien ihrer Funktionsweise, die Systeme ihrer Verbindungen und Beziehungen durch die moderne Wissenschaft. Es stellte sich heraus, dass die Menschheit immer noch nicht genau versteht, wie der Atomkern und seine Bestandteile – Elektronen, Protonen und Neutronen – aufgebaut sind. Wir haben nur eine allgemeine Vorstellung davon, was bei der Spaltung des Atomkerns tatsächlich passiert und welche Ereignisse im Laufe dieses Prozesses auftreten können.

Die Untersuchung von Kernreaktionen beschränkte sich auf die Beobachtung von Prozessen und die Feststellung bestimmter experimentell abgeleiteter Ursache-Wirkungs-Beziehungen. Forscher haben gelernt, nur zu bestimmen Verhalten bestimmter Teilchen unter dem einen oder anderen Einfluss. Das ist alles! Ohne ihre Struktur zu verstehen, ohne die Mechanismen der Interaktion aufzudecken! Nur Verhalten! Basierend auf diesem Verhalten wurden die Abhängigkeiten bestimmter Parameter ermittelt und, was noch wichtiger ist, diese experimentellen Daten in mehrstufige mathematische Formeln überführt. Das ist die ganze Theorie!

Leider reichte dies aus, um mutig mit dem Bau von Kernkraftwerken, verschiedenen Beschleunigern, Kollidern und der Entwicklung von Atombomben zu beginnen. Nachdem die Menschheit grundlegende Kenntnisse über nukleare Prozesse erhalten hatte, trat sie sofort in einen beispiellosen Wettlauf um den Besitz mächtiger Energie unter ihrer Kontrolle ein.

Die Zahl der Länder, die über nukleares Potenzial verfügen, wuchs sprunghaft. Atomraketen in großer Zahl warfen bedrohliche Blicke auf ihre unfreundlichen Nachbarn. Es entstanden Kernkraftwerke, die kontinuierlich billige elektrische Energie produzierten. Riesige Summen wurden für die nukleare Entwicklung immer neuer Designs ausgegeben. Die Wissenschaft, die versucht, in den Atomkern zu blicken, baute intensiv hochmoderne Teilchenbeschleuniger.

Allerdings erreichte die Materie nicht die Struktur des Atoms und seines Kerns. Die Leidenschaft für die Suche nach immer mehr neuen Teilchen und das Streben nach Nobel-Insignien hat eine eingehende Untersuchung der Struktur des Atomkerns und der darin enthaltenen Teilchen in den Hintergrund gedrängt.

Doch oberflächliches Wissen über nukleare Prozesse machte sich beim Betrieb von Kernreaktoren sofort negativ bemerkbar und führte in vielen Situationen zum Auftreten spontaner nuklearer Kettenreaktionen.

Diese Liste zeigt die Daten und Orte spontaner Kernreaktionen:

21.08.1945. USA, Los Alamos National Laboratory.

21.05.1946. USA, Los Alamos National Laboratory.

15.03.1953. UdSSR, Tscheljabinsk-65, PA „Majak“.

21.04.1953. UdSSR, Tscheljabinsk-65, PA „Mayak“.

16.06.1958. USA, Oak Ridge, Radiochemische Anlage Y-12.

15.10.1958. Jugoslawien, B. Kidrich Institut.

30.12.1958. USA, Los Alamos National Laboratory.

01.03.1963. UdSSR, Tomsk-7, Sibirische Chemiefabrik.

23.07.1964. USA, Woodreaver, radiochemische Anlage.

30.12.1965 Belgien, Mol.

05.03.1968. UdSSR, Tscheljabinsk-70, VNIITF.

10.12.1968. UdSSR, Tscheljabinsk-65, PA „Mayak“.

26.05.1971. UdSSR, Moskau, Institut für Atomenergie.

13.12.1978. UdSSR, Tomsk-7, Sibirische Chemiefabrik.

23.09.1983. Argentinien, RA-2-Reaktor.

15.05.1997. Russland, Nowosibirsk, Fabrik für chemische Konzentrate.

17.06.1997. Russland, Sarow, VNIIEF.

30.09.1999. Japan, Tokaimura, Kernbrennstoffkraftwerk.

Zu dieser Liste müssen zahlreiche Unfälle mit Luft- und Unterwasserträgern von Atomwaffen, Vorfälle in Betrieben des Kernbrennstoffkreislaufs, Notfälle in Kernkraftwerken und Notfälle beim Testen von Atom- und thermonuklearen Bomben hinzugefügt werden. Die Tragödien von Tschernobyl und Fukushima werden uns für immer in Erinnerung bleiben. Tausende Menschen starben bei diesen Katastrophen und Notfällen. Und das lässt einen sehr ernsthaft nachdenken.

Allein der Gedanke an den Betrieb von Kernkraftwerken, die die ganze Welt augenblicklich in eine kontinuierliche radioaktive Zone verwandeln können, ist erschreckend. Leider sind diese Befürchtungen begründet. Zuallererst die Tatsache, dass die Schöpfer von Kernreaktoren bei ihrer Arbeit verwendete kein grundlegendes Wissen, sondern eine Aussage über bestimmte mathematische Abhängigkeiten und das Verhalten von Teilchen, auf deren Grundlage eine gefährliche Kernstruktur aufgebaut wurde. Für Wissenschaftler sind Kernreaktionen immer noch eine Art „Black Box“, die unter bestimmten Maßnahmen und Anforderungen funktioniert.

Wenn jedoch in dieser „Box“ etwas zu geschehen beginnt und dieses „Etwas“ in der Anleitung nicht beschrieben ist und über den Rahmen des erworbenen Wissens hinausgeht, dann können wir, abgesehen von unserem eigenen Heldentum und unserer nicht-geistigen Arbeit, nichts dagegen haben auf die sich abzeichnende Atomkatastrophe. Massen von Menschen sind gezwungen, einfach demütig auf die drohende Gefahr zu warten, sich auf schreckliche und unvorstellbare Folgen vorzubereiten und sich ihrer Meinung nach in eine sichere Entfernung zu begeben. Nuklearspezialisten zucken in den meisten Fällen nur mit den Schultern, beten und warten auf die Hilfe höherer Mächte.

Japanische Nuklearwissenschaftler, die mit modernster Technologie ausgestattet sind, können das seit langem abgeschaltete Atomkraftwerk in Fukushima immer noch nicht eindämmen. Sie können nur feststellen, dass die Strahlung im Grundwasser am 18. Oktober 2013 die Norm um mehr als das 2.500-fache überschritten hat. Einen Tag später stieg der Gehalt an radioaktiven Stoffen im Wasser fast um das 12.000-fache! Warum?! Japanische Spezialisten können diese Frage noch nicht beantworten oder diese Prozesse stoppen.

Das Risiko, eine Atombombe zu bauen, war immer noch irgendwie gerechtfertigt. Die angespannte militärisch-politische Lage auf dem Planeten erforderte von den kriegführenden Ländern beispiellose Verteidigungs- und Angriffsmaßnahmen. Nuklearforscher haben sich der Situation ergeben und Risiken eingegangen, ohne sich mit den Feinheiten der Struktur und Funktionsweise von Elementarteilchen und Atomkernen zu befassen.

Allerdings musste in Friedenszeiten mit dem Bau von Kernkraftwerken und Collidern aller Art begonnen werden nur unter der Bedingung, Was Die Wissenschaft hat den Aufbau des Atomkerns, des Elektrons, des Neutrons, des Protons und ihrer Beziehungen vollständig verstanden. Darüber hinaus muss in Kernkraftwerken die Kernreaktion streng kontrolliert werden. Aber Sie können nur das wirklich und effektiv verwalten, was Sie gründlich wissen. Vor allem, wenn es um die derzeit stärkste Energieart geht, die gar nicht so leicht einzudämmen ist. Das passiert natürlich nicht. Nicht nur beim Bau von Kernkraftwerken.

Derzeit gibt es in Russland, China, den USA und Europa 6 verschiedene Kollider – leistungsstarke Beschleuniger von Gegenströmen von Teilchen, die diese auf enorme Geschwindigkeiten beschleunigen und den Teilchen eine hohe kinetische Energie verleihen, um sie dann miteinander kollidieren zu lassen. Der Zweck der Kollision besteht darin, die Produkte von Teilchenkollisionen zu untersuchen, in der Hoffnung, dass man bei ihrem Zerfall etwas Neues und bisher Unbekanntes sehen kann.

Es ist klar, dass die Forscher sehr daran interessiert sind, zu sehen, was dabei herauskommt. Die Geschwindigkeit von Teilchenkollisionen und der Grad der Zuweisung wissenschaftlicher Forschung nehmen zu, aber das Wissen über die Struktur dessen, was kollidiert, bleibt seit vielen, vielen Jahren auf dem gleichen Niveau. Belastbare Prognosen zu den Ergebnissen geplanter Studien gibt es noch nicht und kann es auch nicht geben. Nicht zufällig. Wir verstehen vollkommen, dass wissenschaftliche Prognosen nur möglich sind, wenn wir über genaue und verifizierte Kenntnisse zumindest der Details des vorhergesagten Prozesses verfügen. Die moderne Wissenschaft verfügt noch nicht über solche Kenntnisse über Elementarteilchen. In diesem Fall können wir davon ausgehen, dass das Hauptprinzip bestehender Forschungsmethoden der Satz ist: „Probieren wir es aus und sehen, was passiert.“ Leider.

Daher ist es selbstverständlich, dass heute immer häufiger Fragen im Zusammenhang mit den Gefahren von Experimenten diskutiert werden. Es geht nicht einmal um die Möglichkeit, dass bei Experimenten mikroskopisch kleine Schwarze Löcher entstehen, die, wenn sie wachsen, unseren Planeten verschlingen können. Ich glaube nicht wirklich an eine solche Möglichkeit, zumindest nicht auf dem heutigen Niveau und Stand meiner intellektuellen Entwicklung.

Aber es gibt eine tiefere und realere Gefahr. Beispielsweise kollidieren im Large Hadron Collider Ströme von Protonen oder Bleiionen in verschiedenen Konfigurationen. Es scheint, welche Bedrohung kann von einem mikroskopisch kleinen Partikel ausgehen, und zwar sogar unter der Erde, in einem Tunnel, der von einem starken Metall- und Betonschutz umgeben ist? Ein Partikel mit einem Gewicht von 1.672.621.777(74) x 10 -27 kg und ein massiver, tonnenschwerer, mehr als 26 Kilometer langer Tunnel in der Mächtigkeit schweren Erdreichs sind eindeutig unvergleichliche Kategorien.

Die Bedrohung besteht jedoch. Bei der Durchführung von Experimenten ist es wahrscheinlich, dass es zu einer unkontrollierten Freisetzung großer Energiemengen kommt, die nicht nur durch den Bruch intranuklearer Kräfte, sondern auch durch die im Inneren befindliche Energie von Protonen oder Bleiionen entstehen. Eine nukleare Explosion einer modernen ballistischen Rakete, die auf der Freisetzung der intranuklearen Energie eines Atoms basiert, wird im Vergleich zu der starken Energie, die bei der Zerstörung von Elementarteilchen freigesetzt werden kann, nicht schlimmer erscheinen als ein Neujahrskracher. Ganz unerwartet können wir den Feengeist aus der Flasche lassen. Aber nicht dieser flexible, gutmütige und Alleskönner, der nur zuhört und gehorcht, sondern ein unkontrollierbares, allmächtiges und rücksichtsloses Monster, das keine Gnade und Gnade kennt. Und es wird nicht fabelhaft sein, sondern ganz real.

Aber das Schlimmste ist, dass in einem Collider, genau wie bei einer Atombombe, eine Kettenreaktion beginnen kann, die immer mehr Energieportionen freisetzt und alle anderen Elementarteilchen zerstört. Dabei spielt es keine Rolle, woraus sie bestehen – Metalltunnelkonstruktionen, Betonwände oder Felsen. Überall wird Energie freigesetzt, die alles auseinanderreißt, was nicht nur mit unserer Zivilisation, sondern mit dem gesamten Planeten zusammenhängt. In einem Augenblick können von unserer süßen blauen Schönheit nur noch erbärmliche, formlose Fetzen übrig bleiben, die sich über die weiten Weiten des Universums verteilen.

Das ist natürlich ein schreckliches, aber sehr reales Szenario, und viele Europäer verstehen das heute sehr gut und stellen sich aktiv gegen gefährliche, unvorhersehbare Experimente, die die Sicherheit des Planeten und der Zivilisation fordern. Jedes Mal werden diese Reden immer organisierter und verstärken die interne Besorgnis über die aktuelle Situation.

Ich bin nicht gegen Experimente, denn ich verstehe vollkommen, dass der Weg zu neuem Wissen immer dornig und schwierig ist. Es ist fast unmöglich, es ohne Experimente zu überwinden. Ich bin jedoch zutiefst davon überzeugt, dass jedes Experiment nur dann durchgeführt werden sollte, wenn es für Mensch und Umwelt sicher ist. Heute haben wir kein Vertrauen in eine solche Sicherheit. Nein, denn es gibt kein Wissen über jene Teilchen, mit denen wir heute bereits experimentieren.

Die Situation erwies sich als viel besorgniserregender, als ich es mir zuvor vorgestellt hatte. Voller Sorge stürzte ich mich kopfüber in die Welt des Wissens über den Mikrokosmos. Ich gebe zu, das hat mir nicht viel Freude bereitet, da es in den entwickelten Theorien der Mikrowelt schwierig war, einen klaren Zusammenhang zwischen Naturphänomenen und den Schlussfolgerungen zu erfassen, auf denen einige Wissenschaftler unter Verwendung der theoretischen Prinzipien der Quantenphysik, der Quantenmechanik, basierten und die Theorie der Elementarteilchen als Forschungsapparat.

Stellen Sie sich mein Erstaunen vor, als ich plötzlich entdeckte, dass das Wissen über die Mikrowelt eher auf Annahmen basiert, für die es keine klare logische Begründung gibt. Da sie mathematische Modelle mit bestimmten Konventionen in Form des Planckschen Wirkungsquantums mit einer Konstante von mehr als dreißig Nullen nach dem Komma sowie verschiedenen Verboten und Postulaten gesättigt haben, haben die Theoretiker sie jedoch ausreichend detailliert und genau beschrieben A Gibt es praktische Situationen, die die Frage beantworten: „Was passiert, wenn...?“ Die Hauptfrage „Warum passiert das?“ blieb jedoch leider unbeantwortet.

Es schien mir, dass es viel schwieriger ist, das grenzenlose Universum und seine sehr weit entfernten Galaxien zu verstehen, die sich über unglaublich große Entfernungen erstrecken, als einen Weg der Erkenntnis zu finden zu dem, was tatsächlich „unter unseren Füßen liegt“. Auf der Grundlage meiner Sekundar- und Hochschulausbildung war ich der festen Überzeugung, dass unsere Zivilisation keine Fragen mehr über die Struktur des Atoms und seines Kerns oder über Elementarteilchen und ihre Struktur oder über die Kräfte hat, die das Elektron in seiner Umlaufbahn halten Aufrechterhaltung der stabilen Verbindung von Protonen und Neutronen im Atomkern.

Bis zu diesem Zeitpunkt hatte ich mich nicht mit den Grundlagen der Quantenphysik befassen müssen, aber ich war zuversichtlich und ging naiverweise davon aus, dass diese neue Physik uns wirklich aus der Dunkelheit des Missverständnisses über die Mikrowelt herausführen würde.

Aber zu meinem großen Bedauern habe ich mich geirrt. Die moderne Quantenphysik, die Physik des Atomkerns und der Elementarteilchen sowie die gesamte Physik der Mikrowelt befinden sich meiner Meinung nach nicht nur in einem beklagenswerten Zustand. Sie stecken seit langem in einer intellektuellen Sackgasse fest, die es ihnen nicht ermöglicht, sich auf dem Weg der Erkenntnis des Atoms und der Elementarteilchen weiterzuentwickeln und zu verbessern.

Forscher der Mikrowelt, streng eingeschränkt durch die etablierten unerschütterlichen Meinungen der großen Theoretiker des 19. und 20. Jahrhunderts, haben es mehr als hundert Jahre lang nicht gewagt, zu ihren Wurzeln zurückzukehren und den schwierigen Weg der Erforschung der Tiefen unseres Planeten erneut zu beginnen umgebende Welt. Meine kritische Sicht auf die aktuelle Situation rund um das Studium der Mikrowelt ist bei weitem nicht die einzige. Viele fortschrittliche Forscher und Theoretiker haben mehr als einmal ihren Standpunkt zu den Problemen geäußert, die sich beim Verständnis der Grundlagen der Theorie des Atomkerns und der Elementarteilchen, der Quantenphysik und der Quantenmechanik ergeben.

Eine Analyse der modernen theoretischen Quantenphysik lässt uns eindeutig zu dem Schluss kommen, dass das Wesen der Theorie in der mathematischen Darstellung bestimmter Durchschnittswerte von Teilchen und Atomen liegt, basierend auf Indikatoren bestimmter mechanistischer Statistiken. Das Hauptthema der Theorie ist nicht die Untersuchung von Elementarteilchen, ihrer Struktur, ihren Verbindungen und Wechselwirkungen bei der Manifestation bestimmter Naturphänomene, sondern vereinfachte probabilistische mathematische Modelle, die auf in Experimenten gewonnenen Abhängigkeiten basieren.

Leider wurden hier, wie auch bei der Entwicklung der Relativitätstheorie, die abgeleiteten mathematischen Abhängigkeiten in den Vordergrund gerückt, was die Natur der Phänomene, ihren Zusammenhang und die Ursachen ihres Auftretens in den Schatten stellte.

Die Untersuchung der Struktur von Elementarteilchen beschränkte sich auf die Annahme der Anwesenheit von drei hypothetischen Quarks in Protonen und Neutronen, deren Sorten sich im Zuge der Entwicklung dieser theoretischen Annahme von zwei, dann drei, vier, sechs, zwölf änderten. Die Wissenschaft hat sich einfach an die Ergebnisse von Experimenten angepasst und ist gezwungen, neue Elemente zu erfinden, deren Existenz noch nicht bewiesen ist. Hier erfahren wir von Preonen und Gravitonen, die noch nicht gefunden wurden. Sie können sicher sein, dass die Zahl der hypothetischen Teilchen weiter zunehmen wird, während die Wissenschaft der Mikrowelt immer tiefer in eine Sackgasse gerät.

Das mangelnde Verständnis der physikalischen Prozesse, die in Elementarteilchen und Atomkernen ablaufen, des Mechanismus der Wechselwirkung von Systemen und Elementen der Mikrowelt, brachte hypothetische Elemente – Träger der Wechselwirkung – wie Eich- und Vektorbosonen, Gluonen, in die Arena der modernen Wissenschaft , virtuelle Photonen. Sie stehen an der Spitze der Liste der Einheiten, die für die Interaktionsprozesse einiger Teilchen mit anderen verantwortlich sind. Und es spielt keine Rolle, dass nicht einmal ihre indirekten Anzeichen entdeckt wurden. Wichtig ist, dass sie zumindest irgendwie dafür verantwortlich gemacht werden können, dass der Atomkern nicht in seine Bestandteile zerfällt, dass der Mond nicht auf die Erde fällt, dass Elektronen immer noch auf ihrer Umlaufbahn rotieren und dass die Das Magnetfeld des Planeten schützt uns immer noch vor kosmischen Einflüssen.

Das alles machte mich traurig, denn je mehr ich mich mit den Theorien der Mikrowelt befasste, desto mehr wuchs mein Verständnis für die Sackgassenentwicklung des wichtigsten Bestandteils der Theorie der Struktur der Welt. Die Position der heutigen Wissenschaft zum Mikrokosmos ist nicht zufällig, sondern natürlich. Tatsache ist, dass die Grundlagen der Quantenphysik im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert von den Nobelpreisträgern Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli und Paul Dirac gelegt wurden. Damals verfügten die Physiker nur über die Ergebnisse einiger erster Experimente zur Untersuchung von Atomen und Elementarteilchen. Es muss jedoch zugegeben werden, dass diese Studien mit unvollkommenen Geräten durchgeführt wurden, die der damaligen Zeit entsprachen, und dass die experimentelle Datenbank gerade erst begonnen wurde, sich zu füllen.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass die klassische Physik die zahlreichen Fragen, die sich beim Studium der Mikrowelt stellten, nicht immer beantworten konnte. Daher begann die wissenschaftliche Welt zu Beginn des 20. Jahrhunderts über die Krise der Physik und die Notwendigkeit revolutionärer Veränderungen im System der Mikroweltforschung zu sprechen. Diese Situation veranlasste fortschrittliche theoretische Wissenschaftler definitiv dazu, nach neuen Wegen und neuen Methoden zum Verständnis der Mikrowelt zu suchen.

Das Problem lag, das müssen wir anerkennen, nicht in den veralteten Vorgaben der klassischen Physik, sondern in einer unzureichend entwickelten technischen Basis, die damals verständlicherweise nicht die notwendigen Forschungsergebnisse liefern und Nahrung für tiefere theoretische Entwicklungen liefern konnte. Die Lücke musste geschlossen werden. Und es war gefüllt. Eine neue Theorie – die Quantenphysik, die hauptsächlich auf probabilistischen mathematischen Konzepten basiert. Daran war nichts auszusetzen, außer dass sie gleichzeitig die Philosophie vergaßen und sich von der realen Welt lösten.

Klassische Vorstellungen über Atom, Elektron, Proton, Neutron usw. wurden durch ihre probabilistischen Modelle ersetzt, die einem bestimmten wissenschaftlichen Entwicklungsstand entsprachen und sogar die Lösung sehr komplexer angewandter Ingenieurprobleme ermöglichten. Das Fehlen der notwendigen technischen Grundlagen und einige Erfolge bei der theoretischen und experimentellen Darstellung der Elemente und Systeme der Mikrowelt schufen die Voraussetzungen für eine gewisse Abkühlung der wissenschaftlichen Welt hin zu einer tiefgreifenden Untersuchung der Struktur von Elementarteilchen, Atomen und ihren Kernen . Darüber hinaus schien die Krise in der Physik der Mikrowelt überwunden zu sein, eine Revolution hatte stattgefunden. Die wissenschaftliche Gemeinschaft beeilte sich mit Begeisterung, die Quantenphysik zu studieren, ohne sich die Mühe zu machen, die Grundlagen der Elementar- und Fundamentalteilchen zu verstehen.

Natürlich konnte mich dieser Stand der modernen Wissenschaft über die Mikrowelt nur begeistern, und ich begann sofort, mich auf eine neue Expedition, auf eine neue Reise vorzubereiten. Auf eine Reise in die Mikrowelt. Wir haben bereits eine ähnliche Reise gemacht. Dies war die erste Reise in die Welt der Galaxien, Sterne und Quasare, in die Welt der dunklen Materie und dunklen Energie, in die Welt, in der unser Universum geboren wird und ein erfülltes Leben führt. In seinem Bericht „Atem des Universums. Erster Ausflug„Wir haben versucht, die Struktur des Universums und die darin ablaufenden Prozesse zu verstehen.

Als mir klar wurde, dass auch die zweite Reise nicht einfach sein würde und Milliarden von Billionen Malen dauern würde, um den Raum zu verkleinern, in dem ich die Welt um mich herum studieren müsste, begann ich mich darauf vorzubereiten, nicht nur in die Struktur eines Atoms einzudringen oder Molekül, sondern auch in die Tiefen des Elektrons und Protons, Neutrons und Photons und in Volumina, die millionenfach kleiner sind als die Volumina dieser Teilchen. Dies erforderte eine spezielle Ausbildung, neues Wissen und fortschrittliche Ausrüstung.

Die bevorstehende Reise begann ganz am Anfang der Erschaffung unserer Welt, und dieser Anfang war der gefährlichste und mit dem unvorhersehbarsten Ausgang. Aber es hing von unserer Expedition ab, ob wir einen Ausweg aus der aktuellen Situation in der Wissenschaft des Mikrokosmos finden würden oder ob wir auf der wackeligen Hängebrücke der modernen Kernenergie balancieren würden und jede Sekunde das Leben und die Existenz der Zivilisation aufs Spiel setzen würden Planet in Lebensgefahr.

Um die ersten Ergebnisse unserer Forschung zu erfahren, war es notwendig, zum Schwarzen Loch des Universums zu gelangen und unter Vernachlässigung des Selbsterhaltungsgefühls in die brennende Hölle des universellen Tunnels zu stürzen. Nur dort, unter Bedingungen ultrahoher Temperaturen und fantastischem Druck, während wir uns vorsichtig in schnell rotierenden Strömen materieller Teilchen bewegen, könnten wir sehen, wie die Vernichtung von Teilchen und Antiteilchen erfolgt und wie der große und mächtige Vorfahre aller Dinge – Äther – wiedergeboren wird , alle ablaufenden Prozesse verstehen, einschließlich der Entstehung von Teilchen, Atomen und Molekülen.

Glauben Sie mir, es gibt nicht viele Draufgänger auf der Erde, die sich dazu entschließen können. Darüber hinaus wird das Ergebnis von niemandem garantiert und niemand ist bereit, die Verantwortung für den erfolgreichen Ausgang dieser Reise zu übernehmen. Während der Existenz der Zivilisation hat noch niemand das Schwarze Loch der Galaxie besucht, aber hier - UNIVERSUM! Hier ist alles erwachsen, grandios und kosmisch maßstäblich. Kein Witz hier. Hier können sie den menschlichen Körper in einem Augenblick in einen mikroskopisch kleinen heißen Energieklumpen verwandeln oder ihn über die endlosen kalten Weiten des Weltraums verteilen, ohne das Recht auf Wiederherstellung und Wiedervereinigung. Das ist das Universum! Riesig und majestätisch, kalt und heiß, endlos und geheimnisvoll ...

Deshalb lade ich alle ein, sich unserer Expedition anzuschließen, und möchte Sie warnen: Wenn jemand Zweifel hat, ist es noch nicht zu spät, dies abzulehnen. Alle Gründe werden akzeptiert. Wir sind uns des Ausmaßes der Gefahr voll bewusst, aber wir sind bereit, ihr um jeden Preis mutig entgegenzutreten! Wir bereiten uns darauf vor, in die Tiefen des Universums einzutauchen.

Es ist klar, dass es alles andere als einfach ist, sich zu schützen und am Leben zu bleiben, während man in einen glühenden Universaltunnel voller gewaltiger Explosionen und nuklearer Reaktionen eintaucht, und unsere Ausrüstung muss den Bedingungen entsprechen, unter denen wir arbeiten müssen. Daher ist es unerlässlich, für alle Teilnehmer dieser gefährlichen Expedition die beste Ausrüstung vorzubereiten und die Ausrüstung sorgfältig abzuwägen.

Auf unserer zweiten Reise werden wir zunächst das nehmen, was es uns ermöglicht hat, einen sehr schwierigen Weg durch die Weiten des Universums zu überwinden, als wir an dem Bericht über unsere Expedition arbeiteten „Atem des Universums. Die erste Reise. Natürlich ist es das Gesetze der Welt. Ohne ihren Einsatz hätte unsere erste Reise kaum erfolgreich enden können. Es waren die Gesetze, die es ermöglichten, zwischen der Anhäufung unverständlicher Phänomene und den zweifelhaften Schlussfolgerungen der Forscher zu deren Erklärung den richtigen Weg zu finden.

Falls du dich erinnerst, Gesetz des Gleichgewichts der Gegensätze, Die Vorherbestimmung, dass in der Welt jede Manifestation der Realität, jedes System sein entgegengesetztes Wesen hat und mit dieser im Gleichgewicht ist oder danach strebt, ermöglichte es uns, neben der gewöhnlichen Energie auch die Präsenz dunkler Energie in der Welt um uns herum zu verstehen und zu akzeptieren Energie und zusätzlich zur gewöhnlichen Materie auch dunkle Materie. Das Gesetz des Gleichgewichts der Gegensätze ermöglichte die Annahme, dass die Welt nicht nur aus Äther besteht, sondern dass Äther auch aus zwei Arten davon besteht – positiv und negativ.

Gesetz der universellen Verbindung, was eine stabile, sich wiederholende Verbindung zwischen allen Objekten, Prozessen und Systemen im Universum bedeutet, unabhängig von ihrer Größe, und Gesetz der Hierarchie, die die Ebenen jedes Systems im Universum vom niedrigsten zum höchsten ordnete, ermöglichte den Aufbau einer logischen „Leiter der Wesen“ von Äther, Teilchen, Atomen, Substanzen, Sternen und Galaxien bis zum Universum. Und dann Wege finden, eine unglaublich große Anzahl von Galaxien, Sternen, Planeten und anderen materiellen Objekten zunächst in Teilchen und dann in Ströme heißen Äthers umzuwandeln.

Wir fanden eine Bestätigung dieser Ansichten in der Praxis. Gesetz der Entwicklung, die die evolutionäre Bewegung in allen Bereichen der Welt um uns herum bestimmt. Durch die Analyse der Wirkung dieser Gesetze kamen wir zu einer Beschreibung der Form und einem Verständnis der Struktur des Universums, lernten die Entwicklung von Galaxien kennen und sahen die Mechanismen der Bildung von Teilchen und Atomen, Sternen und Planeten. Uns wurde völlig klar, wie aus dem Kleinen das Große und aus dem Großen das Kleine entsteht.

Nur Verständnis Gesetz der Kontinuität der Bewegung, das die objektive Notwendigkeit des Prozesses der ständigen Bewegung im Raum für alle Objekte und Systeme ausnahmslos interpretiert, ermöglichte es uns, die Rotation des Kerns des Universums und der Galaxien um den universellen Tunnel zu erkennen.

Die Gesetze der Struktur der Welt waren eine Art Karte unserer Reise, die uns half, uns auf der Route fortzubewegen und die schwierigsten Abschnitte und Hindernisse auf dem Weg zum Verständnis der Welt zu überwinden. Daher werden die Gesetze der Struktur der Welt das wichtigste Attribut unserer Ausrüstung auf dieser Reise in die Tiefen des Universums sein.

Die zweite wichtige Voraussetzung für den Erfolg des Vordringens in die Tiefen des Universums wird natürlich sein Experimentelle Ergebnisse Wissenschaftler haben sie mehr als hundert Jahre lang durchgeführt, und das alles Wissens- und Informationsbestand über Phänomene Mikrowelt von der modernen Wissenschaft gesammelt. Bei unserer ersten Reise kamen wir zu der Überzeugung, dass viele Naturphänomene unterschiedlich interpretiert und völlig gegensätzliche Schlussfolgerungen gezogen werden können.

Falsche Schlussfolgerungen, gestützt auf umständliche mathematische Formeln, führen die Wissenschaft in der Regel in eine Sackgasse und sorgen nicht für die notwendige Entwicklung. Sie legen den Grundstein für weiteres fehlerhaftes Denken, das wiederum die theoretischen Positionen der entwickelten fehlerhaften Theorien prägt. Es geht nicht um Formeln. Formeln können absolut korrekt sein. Aber die Entscheidungen der Forscher darüber, wie und auf welchem ​​Weg sie vorankommen wollen, sind möglicherweise nicht ganz richtig.

Die Situation lässt sich mit dem Wunsch vergleichen, über zwei Straßen von Paris zum nach Charles De Gaulle benannten Flughafen zu gelangen. Die erste ist die kürzeste, die nicht länger als eine halbe Stunde dauern kann, wenn man nur ein Auto benutzt, und die zweite ist genau das Gegenteil, sie umrundet die Welt mit dem Auto, Schiff, Spezialausrüstung, Booten, Hundeschlitten quer durch ganz Frankreich Atlantik, Südamerika, Antarktis, Pazifischer Ozean, Arktis und schließlich durch Nordostfrankreich direkt zum Flughafen. Beide Wege führen uns von einem Punkt zum selben Ort. Aber in welcher Zeit und mit welchem ​​Aufwand? Ja, und die Aufrechterhaltung der Genauigkeit und das Erreichen Ihres Ziels während einer langen und schwierigen Reise ist sehr problematisch. Daher ist nicht nur der Bewegungsablauf wichtig, sondern auch die Wahl des richtigen Weges.

Auf unserer Reise werden wir, genau wie bei der ersten Expedition, versuchen, die Schlussfolgerungen über die Mikrowelt, die bereits gezogen und von der gesamten wissenschaftlichen Welt akzeptiert wurden, aus einem etwas anderen Blickwinkel zu betrachten. Zunächst einmal in Bezug auf die Erkenntnisse aus der Untersuchung von Elementarteilchen, Kernreaktionen und bestehenden Wechselwirkungen. Es ist durchaus möglich, dass das Elektron durch unser Eintauchen in die Tiefen des Universums nicht als strukturloses Teilchen, sondern als ein komplexeres Objekt der Mikrowelt vor uns erscheint und der Atomkern seine Vielfalt offenbart Struktur, die ihr eigenes, ungewöhnliches und aktives Leben führt.

Vergessen wir nicht, die Logik mitzunehmen. Sie ermöglichte es uns, uns an den schwierigsten Orten unserer letzten Reise zurechtzufinden. Logiken war eine Art Kompass, der die Richtung des richtigen Weges anzeigte, wenn man durch die Weiten des Universums reiste. Es ist klar, dass wir auch jetzt nicht darauf verzichten können.

Allerdings wird Logik allein offensichtlich nicht ausreichen. Auf dieser Expedition können wir nicht ohne Intuition auskommen. Intuition wird es uns ermöglichen, etwas zu finden, worüber wir noch nicht einmal eine Ahnung haben und wo noch niemand vor uns gesucht hat. Die Intuition ist unser wunderbarer Assistent, auf dessen Stimme wir aufmerksam hören werden. Die Intuition wird uns zwingen, uns zu bewegen, unabhängig von Regen und Kälte, Schnee und Frost, ohne feste Hoffnung und klare Informationen, aber genau das wird es uns ermöglichen, unser Ziel entgegen allen Regeln und Richtlinien zu erreichen, denen die gesamte Menschheit unterliegt Ich habe mich seit der Schule daran gewöhnt.

Schließlich können wir ohne unsere ungezügelte Fantasie nirgendwo hingehen. Vorstellung- das ist das Wissenswerkzeug, das wir brauchen, das es uns ermöglicht, ohne die modernsten Mikroskope zu sehen, was viel kleiner ist als die kleinsten Teilchen, die bereits entdeckt oder von Forschern nur vermutet wurden. Die Vorstellungskraft wird uns alle Prozesse demonstrieren, die in einem Schwarzen Loch und im universellen Tunnel ablaufen, die Mechanismen für die Entstehung von Gravitationskräften bei der Bildung von Teilchen und Atomen liefern, uns durch die Galerien des Atomkerns führen und uns das geben Gelegenheit, einen faszinierenden Flug auf einem leicht rotierenden Elektron um eine feste, aber ungeschickte Gesellschaft aus Protonen und Neutronen im Atomkern zu machen.

Leider können wir auf dieser Reise in die Tiefen des Universums nichts anderes mitnehmen, da der Platz sehr knapp ist und wir uns auf das Nötigste beschränken müssen. Aber das kann uns nicht aufhalten! Das Ziel ist für uns klar! Die Tiefen des Universums erwarten uns!

Diese Welt ist seltsam: Manche Menschen streben danach, etwas Monumentales und Gigantisches zu schaffen, um auf der ganzen Welt berühmt zu werden und in die Geschichte einzugehen, während andere minimalistische Kopien gewöhnlicher Dinge schaffen und die Welt damit nicht weniger in Erstaunen versetzen. Diese Rezension enthält die kleinsten Objekte, die es auf der Welt gibt, und sind gleichzeitig nicht weniger funktional als ihre Gegenstücke in Originalgröße.

1. SwissMiniGun-Pistole

Die SwissMiniGun ist nicht größer als ein normaler Schraubenschlüssel, kann aber winzige Kugeln abfeuern, die mit einer Geschwindigkeit von über 430 km/h aus dem Lauf fliegen. Dies ist mehr als genug, um eine Person aus nächster Nähe zu töten.

2. Schälen Sie 50 Autos

Mit einem Gewicht von nur 69 kg ist der Peel 50 das kleinste Auto, das jemals für den Straßenverkehr zugelassen wurde. Dieser dreirädrige Pepelats konnte eine Geschwindigkeit von 16 km/h erreichen.

3. Kalou-Schule

Die UNESCO hat die iranische Kalou-Schule als die kleinste der Welt anerkannt. Es gibt nur drei Schüler und den ehemaligen Soldaten Abdul-Muhammad Sherani, der jetzt als Lehrer arbeitet.

4. Teekanne mit einem Gewicht von 1,4 Gramm

Es wurde vom Keramikmeister Wu Ruishen geschaffen. Obwohl diese Teekanne nur 1,4 Gramm wiegt und auf Ihre Fingerspitze passt, können Sie darin Tee zubereiten.

5. Sark-Gefängnis

Das Sark-Gefängnis wurde 1856 auf den Kanalinseln erbaut. Es gab nur Platz für zwei Gefangene, die in sehr beengten Verhältnissen untergebracht waren.

6. Tumbleweed

Dieses Haus wurde „Perakati Field“ (Tumbleweed) genannt. Es wurde von Jay Schafer aus San Francisco gebaut. Obwohl das Haus kleiner ist als die Schränke mancher Leute (es ist nur 9 Quadratmeter groß), verfügt es über einen Arbeitsbereich, ein Schlafzimmer und ein Bad mit Dusche und WC.

7. Mills End Park

Der Mills End Park in Portland ist der kleinste Park der Welt. Sein Durchmesser beträgt nur... 60 Zentimeter. Gleichzeitig verfügt der Park über ein Schwimmbad für Schmetterlinge, ein Miniatur-Riesenrad und winzige Statuen.

8. Edward Niño Hernandez

Edward Niño Hernandez aus Kolumbien ist nur 68 Zentimeter groß. Im Guinness-Buch der Rekorde wurde er als kleinster Mann der Welt anerkannt.

9. Polizeistation in einer Telefonzelle

Im Wesentlichen ist es nicht größer als eine Telefonzelle. Aber es war tatsächlich eine funktionierende Polizeistation in Carabella, Florida.

10. Skulpturen von Willard Wigan

Der britische Bildhauer Willard Wigan, der unter Legasthenie und schlechten schulischen Leistungen litt, fand Trost in der Schaffung von Miniaturkunstwerken. Seine Skulpturen sind mit bloßem Auge kaum zu erkennen.

11. Mycoplasma Genitalium-Bakterium

12. Schweine-Circovirus

Obwohl immer noch darüber diskutiert wird, was als „lebendig“ gilt und was nicht, klassifizieren die meisten Biologen ein Virus nicht als lebenden Organismus, da es sich nicht vermehren kann oder keinen Stoffwechsel hat. Ein Virus kann jedoch viel kleiner sein als jeder lebende Organismus, einschließlich Bakterien. Das kleinste ist ein einzelsträngiges DNA-Virus namens Porcines Circovirus. Seine Größe beträgt nur 17 Nanometer.

13. Amöbe

Das kleinste mit bloßem Auge sichtbare Objekt ist etwa 1 Millimeter groß. Das bedeutet, dass ein Mensch unter bestimmten Bedingungen eine Amöbe, einen Pantoffelwimpertier und sogar ein menschliches Ei sehen kann.

14. Quarks, Leptonen und Antimaterie...

Im letzten Jahrhundert haben Wissenschaftler große Fortschritte beim Verständnis der Weite des Weltraums und der mikroskopischen „Bausteine“, aus denen er besteht, gemacht. Als es darum ging, herauszufinden, was das kleinste beobachtbare Teilchen im Universum war, stießen die Menschen auf einige Schwierigkeiten. Irgendwann dachten sie, es sei ein Atom. Wissenschaftler entdeckten dann ein Proton, ein Neutron und ein Elektron.

Aber damit war es noch nicht getan. Heute weiß jeder, dass diese Teilchen, wenn man sie an Orten wie dem Large Hadron Collider ineinander schleudert, in noch kleinere Teilchen wie Quarks, Leptonen und sogar Antimaterie zerlegt werden können. Das Problem besteht darin, dass es unmöglich ist, zu bestimmen, was das Kleinste ist, da die Größe auf der Quantenebene irrelevant wird und alle üblichen Regeln der Physik nicht gelten (einige Teilchen haben keine Masse, während andere sogar eine negative Masse haben).

15. Vibrierende Saiten subatomarer Teilchen

Wenn man bedenkt, was oben darüber gesagt wurde, dass das Konzept der Größe auf Quantenebene keine Bedeutung hat, könnte man an die Stringtheorie denken. Dabei handelt es sich um eine leicht kontroverse Theorie, die besagt, dass alle subatomaren Teilchen aus vibrierenden Saiten bestehen, die interagieren, um Dinge wie Masse und Energie zu erzeugen. Da diese Strings technisch gesehen keine physikalische Größe haben, kann man argumentieren, dass sie in gewissem Sinne die „kleinsten“ Objekte im Universum sind.

Die Antwort auf die ständige Frage: Was ist das kleinste Teilchen im Universum, das sich mit der Menschheit entwickelt hat?

Früher dachte man, Sandkörner seien die Bausteine ​​dessen, was wir um uns herum sehen. Dann wurde das Atom entdeckt und für unteilbar gehalten, bis es gespalten wurde, um die darin enthaltenen Protonen, Neutronen und Elektronen freizulegen. Es stellte sich auch heraus, dass es sich nicht um die kleinsten Teilchen im Universum handelte, da Wissenschaftler herausfanden, dass Protonen und Neutronen aus jeweils drei Quarks bestehen.

Bisher konnten Wissenschaftler keine Hinweise darauf finden, dass sich etwas in den Quarks befindet und dass die grundlegendste Materieschicht oder das kleinste Teilchen im Universum erreicht wurde.

Und selbst wenn Quarks und Elektronen unteilbar sind, wissen Wissenschaftler nicht, ob es sich um die kleinsten existierenden Materieteilchen handelt oder ob es im Universum sogar noch kleinere Objekte gibt.

Die kleinsten Teilchen im Universum

Es gibt sie in verschiedenen Geschmacksrichtungen und Größen, einige haben erstaunliche Verbindungen, andere verdampfen sich im Wesentlichen gegenseitig, viele von ihnen haben fantastische Namen: Quarks, bestehend aus Baryonen und Mesonen, Neutronen und Protonen, Nukleonen, Hyperonen, Mesonen, Baryonen, Nukleonen, Photonen, usw. .d.

Das Higgs-Boson ist ein Teilchen, das für die Wissenschaft so wichtig ist, dass es „Gottesteilchen“ genannt wird. Es wird angenommen, dass es die Masse aller anderen bestimmt. Das Element wurde erstmals 1964 theoretisiert, als Wissenschaftler sich fragten, warum manche Teilchen massereicher sind als andere.

Das Higgs-Boson wird mit dem sogenannten Higgs-Feld in Verbindung gebracht, von dem man annimmt, dass es das Universum ausfüllt. Zwei Elemente (das Higgs-Feldquantum und das Higgs-Boson) sind dafür verantwortlich, den anderen Masse zu verleihen. Benannt nach dem schottischen Wissenschaftler Peter Higgs. Mit Hilfe des 14. März 2013 wurde die Bestätigung der Existenz des Higgs-Bosons offiziell bekannt gegeben.

Viele Wissenschaftler argumentieren, dass der Higgs-Mechanismus das fehlende Puzzleteil gelöst und das bestehende „Standardmodell“ der Physik, das bekannte Teilchen beschreibt, vervollständigt.

Das Higgs-Boson bestimmt grundlegend die Masse von allem, was im Universum existiert.

Quarks

Quarks (gemeint sind Quarks) sind die Bausteine ​​von Protonen und Neutronen. Sie sind nie allein, sondern existieren nur in Gruppen. Anscheinend nimmt die Kraft, die Quarks zusammenhält, mit der Entfernung zu. Je weiter man kommt, desto schwieriger wird es, sie zu trennen. Daher kommen freie Quarks in der Natur nie vor.

Quarks sind Elementarteilchen sind strukturlos, spitz ca. 10–16 cm groß.

Protonen und Neutronen bestehen beispielsweise aus drei Quarks, wobei Protonen zwei identische Quarks enthalten, während Neutronen zwei verschiedene Quarks haben.

Supersymmetrie

Es ist bekannt, dass die grundlegenden „Bausteine“ der Materie, Fermionen, Quarks und Leptonen sind und die Wächter der Kraft, Bosonen, Photonen und Gluonen sind. Die Theorie der Supersymmetrie besagt, dass sich Fermionen und Bosonen ineinander umwandeln können.

Die vorhergesagte Theorie besagt, dass es zu jedem uns bekannten Teilchen ein verwandtes gibt, das wir noch nicht entdeckt haben. Beispielsweise ist ein Elektron ein Selektron, ein Quark ein Squark, ein Photon ein Photino und ein Higgs ein Higgsino.

Warum beobachten wir diese Supersymmetrie nicht jetzt im Universum? Wissenschaftler gehen davon aus, dass sie viel schwerer sind als ihre normalen Artgenossen und dass ihre Lebensdauer umso kürzer ist, je schwerer sie sind. Tatsächlich beginnen sie zusammenzubrechen, sobald sie entstehen. Die Erzeugung von Supersymmetrie erfordert eine recht große Energiemenge, die erst kurz nach dem Urknall vorhanden war und möglicherweise in großen Beschleunigern wie dem Large Hadron Collider erzeugt werden könnte.

Physiker gehen davon aus, dass die Symmetrie in einem verborgenen Bereich des Universums gebrochen wurde, den wir weder sehen noch berühren, sondern nur durch die Schwerkraft spüren können.

Neutrino

Neutrinos sind leichte subatomare Teilchen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit überallhin pfeifen. Tatsächlich strömen jederzeit Billionen Neutrinos durch Ihren Körper, obwohl sie selten mit normaler Materie interagieren.

Einige stammen von der Sonne, während andere von kosmischer Strahlung stammen, die mit der Erdatmosphäre und astronomischen Quellen wie explodierenden Sternen in der Milchstraße und anderen entfernten Galaxien interagiert.

Antimaterie

Es wird angenommen, dass alle normalen Teilchen Antimaterie mit der gleichen Masse, aber entgegengesetzter Ladung haben. Wenn Materie aufeinander trifft, zerstören sie sich gegenseitig. Beispielsweise ist das Antimaterieteilchen eines Protons ein Antiproton, während der Antimateriepartner eines Elektrons Positron genannt wird. Antimaterie ist eine der teuersten Substanzen der Welt, die Menschen identifizieren konnten.

Gravitonen

In der Quantenmechanik werden alle fundamentalen Kräfte durch Teilchen übertragen. Licht besteht beispielsweise aus masselosen Teilchen, sogenannten Photonen, die eine elektromagnetische Kraft übertragen. Ebenso ist das Graviton ein theoretisches Teilchen, das die Schwerkraft trägt. Wissenschaftler müssen noch Gravitonen entdecken, die schwer zu finden sind, weil sie so schwach mit Materie interagieren.

Energiefäden

In Experimenten fungieren winzige Teilchen wie Quarks und Elektronen als einzelne Materiepunkte ohne räumliche Verteilung. Aber Punktobjekte erschweren die Gesetze der Physik. Denn es ist unmöglich, einem Punkt unendlich nahe zu kommen, da die wirkenden Kräfte unendlich groß werden können.

Eine Idee namens Superstringtheorie könnte dieses Problem lösen. Die Theorie besagt, dass alle Teilchen keine punktförmigen, sondern kleine Energiefäden sind. Das heißt, alle Objekte in unserer Welt bestehen aus vibrierenden Energiefäden und Membranen. Nichts kann unendlich nah am Faden sein, denn ein Teil wird immer etwas näher sein als der andere. Dieses Schlupfloch scheint einige der Probleme mit der Unendlichkeit zu lösen und macht die Idee für Physiker attraktiv. Wissenschaftler haben jedoch immer noch keine experimentellen Beweise dafür, dass die Stringtheorie richtig ist.

Eine andere Möglichkeit, das Punktproblem zu lösen, besteht darin, zu sagen, dass der Raum selbst nicht kontinuierlich und glatt ist, sondern tatsächlich aus diskreten Pixeln oder Körnern besteht, die manchmal als Raum-Zeit-Struktur bezeichnet werden. In diesem Fall können sich die beiden Teilchen nicht unbegrenzt einander annähern, da sie immer durch eine Mindestkorngröße voneinander getrennt sein müssen.

Punkt des Schwarzen Lochs

Ein weiterer Anwärter auf den Titel des kleinsten Teilchens im Universum ist die Singularität (ein einzelner Punkt) im Zentrum eines Schwarzen Lochs. Schwarze Löcher entstehen, wenn Materie in einem Raum kondensiert, der klein genug ist, dass die Schwerkraft greift, wodurch Materie nach innen gezogen wird und schließlich zu einem einzigen Punkt unendlicher Dichte kondensiert. Zumindest nach den aktuellen Gesetzen der Physik.

Die meisten Experten glauben jedoch nicht, dass Schwarze Löcher wirklich unendlich dicht sind. Sie glauben, dass diese Unendlichkeit das Ergebnis eines internen Konflikts zwischen zwei aktuellen Theorien ist – der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. Sie gehen davon aus, dass die wahre Natur der Schwarzen Löcher enthüllt werden wird, wenn die Theorie der Quantengravitation formuliert werden kann.

Planck-Länge

Energiefäden und selbst das kleinste Teilchen im Universum können die Größe einer „Planck-Länge“ haben.

Die Länge des Balkens beträgt 1,6 x 10 -35 Meter (der Zahl 16 sind 34 Nullen und ein Dezimalpunkt vorangestellt) – ein unfassbar kleiner Maßstab, der mit verschiedenen Aspekten der Physik verbunden ist.

Die Planck-Länge ist eine „natürliche Längeneinheit“, die vom deutschen Physiker Max Planck vorgeschlagen wurde.

Die Plancksche Länge ist zu kurz, als dass sie mit einem Instrument gemessen werden könnte. Es wird jedoch angenommen, dass sie darüber hinaus die theoretische Grenze der kürzesten messbaren Länge darstellt. Nach dem Unschärfeprinzip sollte kein Instrument jemals in der Lage sein, weniger zu messen, da das Universum in diesem Bereich probabilistisch und unsicher ist.

Diese Skala gilt auch als Trennlinie zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik.

Die Planck-Länge entspricht der Entfernung, in der das Gravitationsfeld so stark ist, dass es beginnen kann, aus der Energie des Feldes Schwarze Löcher zu erzeugen.

Offenbar ist das kleinste Teilchen im Universum mittlerweile etwa so groß wie ein Brett: 1,6 x 10 −35 Meter

Schlussfolgerungen

Aus der Schule war bekannt, dass das kleinste Teilchen im Universum, das Elektron, eine negative Ladung und eine sehr kleine Masse von 9,109 x 10 -31 kg hat und der klassische Radius des Elektrons 2,82 x 10 -15 m beträgt.

Allerdings operieren Physiker bereits mit den kleinsten Teilchen im Universum, der Planck-Größe, die etwa 1,6 x 10 −35 Meter beträgt.

Sie erscheinen in unterschiedlichen Formen und Größen, einige kommen in zerstörerischen Duos vor, was bedeutet, dass sie sich am Ende gegenseitig zerstören, und einige haben unglaubliche Namen wie „Neutralinos“. Hier ist eine Liste winziger Teilchen, die selbst Physiker in Erstaunen versetzen.

Gott Partikel

Das Higgs-Boson ist ein Teilchen, das für die Wissenschaft so wichtig ist, dass es den Spitznamen „Gottesteilchen“ trägt. Wissenschaftler glauben, dass dies allen anderen Teilchen Masse verleiht. Es wurde erstmals 1964 diskutiert, als sich Physiker fragten, warum manche Teilchen mehr Masse haben als andere. Das Higgs-Boson ist mit dem Higgs-Feld verbunden, einer Art Gitter, das das Universum ausfüllt. Das Feld und das Boson gelten als verantwortlich für die Massezunahme anderer Teilchen. Viele Wissenschaftler glauben, dass der Higgs-Mechanismus die fehlenden Puzzleteile enthält, um das Standardmodell, das alle bekannten Teilchen beschreibt, vollständig zu verstehen, aber der Zusammenhang zwischen ihnen ist noch nicht bewiesen.

Quarks

Quarks sind Blöcke aus Protonen und Neutronen mit entzückenden Namen, die niemals einzeln sind und immer nur in Gruppen existieren. Offenbar nimmt die Kraft, die Quarks zusammenhält, mit der Entfernung zu, das heißt, je mehr jemand versucht, eines der Quarks von der Gruppe wegzubewegen, desto stärker wird es zurückgezogen. Daher gibt es in der Natur einfach keine freien Quarks. Insgesamt gibt es sechs Arten von Quarks, Protonen und Neutronen bestehen beispielsweise aus mehreren Quarks. In einem Proton gibt es drei davon – zwei vom gleichen Typ und einen vom anderen, aber in einem Neutron sind es nur zwei, beide von unterschiedlichem Typ.

Super Partner

Diese Teilchen gehören zur Theorie der Supersymmetrie, die besagt, dass es für jedes dem Menschen bekannte Teilchen ein anderes ähnliches Teilchen gibt, das noch nicht entdeckt wurde. Beispielsweise ist der Superpartner eines Elektrons ein Selectron, der Superpartner eines Quarks ein Squark und der Superpartner eines Photons ein Photino. Warum werden diese Superteilchen derzeit nicht im Universum beobachtet? Wissenschaftler glauben, dass sie viel schwerer sind als ihre Partner und dass ein höheres Gewicht ihre Lebensdauer verkürzt. Diese Teilchen beginnen sich zu zersetzen, sobald sie entstehen. Die Erzeugung eines Teilchens erfordert eine enorme Energiemenge, wie sie beispielsweise beim Urknall entsteht. Vielleicht finden Wissenschaftler einen Weg, Superteilchen beispielsweise im Large Hadron Collider zu reproduzieren. Was die größere Größe und das größere Gewicht der Superpartner betrifft, glauben Wissenschaftler, dass die Symmetrie in einem verborgenen Bereich des Universums gebrochen wurde, der weder gesehen noch gefunden werden kann.

Neutrino

Dabei handelt es sich um leichte subatomare Teilchen, die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Tatsächlich bewegen sich zu jedem Zeitpunkt Billionen von Neutrinos durch Ihren Körper, aber sie interagieren fast nie mit gewöhnlicher Materie. Einige Neutrinos stammen von der Sonne, andere von der kosmischen Strahlung, die mit der Atmosphäre interagiert.

Antimaterie

Alle gewöhnlichen Teilchen haben einen Partner in Antimaterie, identische Teilchen mit entgegengesetzter Ladung. Wenn Materie und Antimaterie aufeinander treffen, zerstören sie sich gegenseitig. Für ein Proton ist ein solches Teilchen ein Antiproton, für ein Elektron jedoch ein Positron.

Gravitonen

In der Quantenmechanik werden alle fundamentalen Kräfte von Teilchen ausgeübt. Licht besteht beispielsweise aus Teilchen mit der Masse Null, sogenannten Photonen, die eine elektromagnetische Kraft übertragen. Ebenso sind Gravitonen theoretische Teilchen, die die Schwerkraft tragen. Wissenschaftler versuchen immer noch, Gravitonen zu finden, aber das ist sehr schwierig, da diese Teilchen nur sehr schwach mit Materie interagieren. Wissenschaftler geben den Versuch jedoch nicht auf, denn sie hoffen, dass es ihnen dennoch gelingt, Gravitonen einzufangen, um sie genauer zu untersuchen – dies könnte ein echter Durchbruch in der Quantenmechanik sein, da viele ähnliche Teilchen bereits untersucht wurden, aber Das Graviton bleibt ausschließlich theoretisch. Wie Sie sehen, kann Physik viel interessanter und spannender sein, als Sie sich vorstellen können. Die ganze Welt ist mit verschiedenen Partikeln gefüllt, von denen jedes ein riesiges Forschungs- und Studienfeld sowie eine riesige Wissensbasis über alles darstellt, was einen Menschen umgibt. Und man muss nur bedenken, wie viele Teilchen bereits entdeckt wurden – und wie viele Menschen noch entdeckt werden müssen.